JP2012005273A - 蒸気タービン発電機の軸受保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の外輪外周側に生ずるクリアランスを適正に保持して軸受の挙動を安定化させ、軸受内部に充填されたグリースが漏出して飛散することを確実に防止でき、軸受の寿命延長を図り得る蒸気タービン発電機の軸受保持構造を提供する。
【解決手段】発電機ケーシング７と軸受１２，１５との間に、該軸受１２，１５と線膨張係数が同等な材質のスリーブ２６を、運転時に該スリーブ２６と発電機ケーシング７との間に隙間が生じないよう、介装する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービン発電機の軸受保持構造に関するものである。

一般に、蒸気タービン発電機は、蒸気のエネルギを利用してタービンを回転駆動することにより、発電を行うようにしたものである。

前記蒸気タービン発電機としては、近年、自動車に搭載できる小型・軽量の発電機の開発が進められており、この種の蒸気タービン発電機は、発電機ケーシングを軽量化のためにアルミニウム合金製とし、該アルミニウム合金製とした発電機ケーシングに対し、軸受鋼で構成される軸受を介してタービン軸を回転自在に支持せしめた構造を有している。

尚、前述の如き自動車に搭載できるような小型・軽量の蒸気タービン発電機は、特許文献、非特許文献には見当たらないが、蒸気タービンを用いた発電装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開２００９−６８３６７号公報

ところで、前述の如き蒸気タービン発電機においては、発電機ケーシングを構成するアルミニウム合金の線膨張係数が２４×１０^-6［１／℃］であるのに対し、軸受を構成する軸受鋼の線膨張係数が１２．５×１０^-6［１／℃］であり、常温（２０［℃］）で組み立てられて製造された蒸気タービン発電機の発電機ケーシング及び軸受は、運転時には、流通する蒸気により、およそ８０［℃］程度まで温度上昇する。

このため、前記蒸気タービン発電機の運転時には、前記発電機ケーシングと軸受の外輪との間に生ずるクリアランスをｃとすると、該軸受の外径をＤ＝φ１７［ｍｍ］とし、製造時と運転時との温度差をΔＴとした場合、
ｃ＝Ｄ×ΔＴ×（２４−１２．５）×１０^-6
＝１７×（８０−２０）×（２４−１２．５）×１０^-6
＝０．０１１７３［ｍｍ］
≒１２［μｍ］
といったように前記クリアランスが拡がる形となり、軸受の挙動が不安定になって軸受内部に充填されているグリースが漏出し、飛散してしまい、軸受の寿命が短くなるという不具合があった。

尚、本発明者等は、前記グリースの漏出を見込んで、該グリースを軸受内部に多めに充填することも検討したが、グリースを軸受内部に多めに充填した場合、摩擦が増えて逆に発熱量が増加し、グリースの劣化を早めてしまい、好ましい対策であるとは言えなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、軸受の外輪外周側に生ずるクリアランスを適正に保持して軸受の挙動を安定化させ、軸受内部に充填されたグリースが漏出して飛散することを確実に防止でき、軸受の寿命延長を図り得る蒸気タービン発電機の軸受保持構造を提供しようとするものである。

本発明は、発電機ケーシングに対し、両側に軸を有し一方の軸にタービンが設けられたロータを、前記発電機ケーシングと線膨張係数の異なる材質からなる軸受を介して回転自在に支持せしめた蒸気タービン発電機の軸受保持構造であって、
前記発電機ケーシングと軸受との間に、該軸受と線膨張係数が同等な材質のスリーブを、運転時に該スリーブと発電機ケーシングとの間に隙間が生じないよう、介装したことを特徴とする蒸気タービン発電機の軸受保持構造にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前記発電機ケーシングと軸受との間には、該軸受と線膨張係数が同等な材質のスリーブを、運転時に該スリーブと発電機ケーシングとの間に隙間が生じないよう、介装してあるため、常温で組み立てられて製造された蒸気タービン発電機の発電機ケーシング、スリーブ及び軸受が、運転時に流通する蒸気により、温度上昇したとしても、前記発電機ケーシングとスリーブとの間にがたつきが生じる心配はなく、又、前記スリーブは軸受と線膨張係数が同等な材質を用いているため、該スリーブと軸受との間で温度上昇に伴う膨張差もほとんど生じないこととなる。

この結果、前記蒸気タービン発電機の運転時に、従来のように、前記発電機ケーシングと軸受の外輪との間のクリアランスが拡がってしまうことが避けられ、軸受の挙動が不安定とならず、軸受内部に充填されているグリースが漏出しにくくなり、軸受の寿命を長くすることが可能となる。

前記蒸気タービン発電機の軸受保持構造においては、前記スリーブを発電機ケーシングに対し圧入することができる。

又、前記蒸気タービン発電機の軸受保持構造においては、前記スリーブを発電機ケーシングの鋳造時に鋳ぐるむようにすることもできる。

本発明の蒸気タービン発電機の軸受保持構造によれば、軸受の外輪外周側に生ずるクリアランスを適正に保持して軸受の挙動を安定化させ、軸受内部に充填されたグリースが漏出して飛散することを確実に防止でき、軸受の寿命延長を図り得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の蒸気タービン発電機の軸受保持構造の実施例を示す側断面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の蒸気タービン発電機の軸受保持構造の実施例であって、１は両側に軸２，３を備えたロータであり、該ロータ１の一方の軸２にはタービン４が一体に嵌着されている。５は前記タービン４を収容するように形成されたタービンハウジングであり、該タービンハウジング５は、蒸気を前記タービン４に導くためのガス通路６を有していると共に、タービン４を回転駆動した後の低圧となった蒸気を排気するための排出通路６ａを有している。

７ａは固定ボルト８によって前記タービンハウジング５に一体に組み付けるようにした発電機ケーシング７を構成するステータハウジングであり、該ステータハウジング７ａは、前記一方の軸２に近づくよう内周側に突出し更に内周部がロータ１に近づくように環状に突出した筒状突出部９を有しており、該筒状突出部９によって形成されるモータステータ収容部１０に、ロータ１を包囲するように形成したモータステータ１１のタービンハウジング５側の一端部（図１の例では左側端部）を収容して保持するようになっている。更に、前記筒状突出部９の内周部と一方の軸２との間には第一の軸受１２が配置されて一方の軸２を回転可能に支持するようになっている。尚、前記モータステータ１１は、内側のコイルからなるステータ１１ａと、該ステータ１１ａの外周に嵌着されたステータスリーブ１１ｂとから構成されている。

７ｂは固定ボルト１３によって前記ステータハウジング７ａに一体に組み付けるようにして該ステータハウジング７ａと共に発電機ケーシング７を構成する軸受フランジであり、該軸受フランジ７ｂは、前記モータステータ１１の反タービンハウジング５側の他端部（図１の例では右側端部）の内側において軸方向へ突出して該モータステータ１１の他端部を保持するようにした筒状突出部１４を有しており、更に、該筒状突出部１４の内周部と前記ロータ１の他方の軸３との間には第二の軸受１５が配置されて他方の軸３を回転可能に支持するようになっている。

尚、前記タービンハウジング５に一体に組み付けられるステータハウジング７ａの端面には、前記ガス通路６の蒸気をタービン４へ周方向から導くノズル部１６に対して周方向に複数配置するようしたベーン１７を有し且つ該各ベーン１７を固定するノズルフランジ１８が取り付けられている。

又、前記軸受フランジ７ｂには、コネクタ取付カバー１９が固定ボルト２０によって一体に組み付けられると共に、該コネクタ取付カバー１９には、前記モータステータ１１のステータ１１ａにコード２１を介して電気的に接続された発電機コネクタ２２が固定ボルト２３によって一体に組み付けられている。

更に又、前記タービンハウジング５とステータハウジング７ａとの間、前記モータステータ１１の外周とステータハウジング７ａとの間、前記ステータハウジング７ａと軸受フランジ７ｂとの間、並びに前記軸受フランジ７ｂとコネクタ取付カバー１９との間にはそれぞれ、Ｏリング等からなるシール材を介装してあり、前記モータステータ１１の外周とステータハウジング７ａとの間に設けたシール材２４は、ステータハウジング７ａに形成されたモータステータ１１用の冷却水路２５に対し給排口（図示せず）を介して流通される冷却水のシールを行うようになっている。

そして、前記発電機ケーシング７を構成するステータハウジング７ａと軸受フランジ７ｂはアルミニウム合金で形成され、その線膨張係数は２４×１０^-6［１／℃］であるのに対し、前記第一の軸受１２と第二の軸受１５は軸受鋼で形成され、その線膨張係数は１２．５×１０^-6［１／℃］であるが、本実施例の場合、前記発電機ケーシング７と軸受１２，１５との間に、該軸受１２，１５と線膨張係数が同等な材質のスリーブ２６を、運転時に該スリーブ２６と発電機ケーシング７との間に隙間が生じないよう、介装してある。

前記スリーブ２６としては、例えば、機械構造用炭素鋼鋼材であるＳ４５Ｃを選定することができ、その線膨張係数は１２．１×１０^-6［１／℃］である。

前記ステータハウジング７ａの筒状突出部９と軸受フランジ７ｂの筒状突出部１４の内周側に前記スリーブ２６を圧入する場合、予め、運転時に前記発電機ケーシング７と軸受１２，１５の外輪との間に生ずるクリアランスが、例えば、ｃ≒１２［μｍ］程度である場合には、余裕を見て前記スリーブ２６の外径よりおよそ２０［μｍ］程度小さい内径の凹部９ａ，１４ａを、前記ステータハウジング７ａの筒状突出部９と軸受フランジ７ｂの筒状突出部１４の内周側に形成しておき、該凹部９ａ，１４ａに前記スリーブ２６を圧入すれば良い。

尚、前記スリーブ２６は、前述の如く圧入する代わりに、前記発電機ケーシング７を構成するステータハウジング７ａと軸受フランジ７ｂの鋳造時に鋳ぐるむようにすることも可能である。

次に、上記実施例の作用を説明する。

前記タービンハウジング５のガス通路６に導入された蒸気は、ノズル部１６からベーン１７を経てタービン４へ導かれ、該タービン４を回転駆動した後の低圧となった蒸気は排出通路６ａから排出されるが、前記タービン４が回転駆動されることにより、ロータ１がモータステータ１１のステータ１１ａに対して回転し、発電が行われ、該モータステータ１１のステータ１１ａにコード２１を介して電気的に接続された発電機コネクタ２２から電気が取り出される。

ここで、前記発電機ケーシング７を構成するステータハウジング７ａと軸受フランジ７ｂはアルミニウム合金で形成され、その線膨張係数は２４×１０^-6［１／℃］であるのに対し、前記第一の軸受１２と第二の軸受１５は軸受鋼で形成され、その線膨張係数は１２．５×１０^-6［１／℃］であるが、本実施例の場合、前記発電機ケーシング７と軸受１２，１５との間には、該軸受１２，１５と線膨張係数が同等な材質（例えば、機械構造用炭素鋼鋼材であるＳ４５Ｃを選定した場合、その線膨張係数は１２．１×１０^-6［１／℃］）のスリーブ２６を、圧入、或いは前記発電機ケーシング７を構成するステータハウジング７ａと軸受フランジ７ｂの鋳造時に鋳ぐるむという手段を用いて、介装するようにしてあるため、常温（２０［℃］）で組み立てられて製造された蒸気タービン発電機の発電機ケーシング７、スリーブ２６及び軸受１２，１５が、運転時に流通する蒸気により、およそ８０［℃］程度まで温度上昇したとしても、前記発電機ケーシング７とスリーブ２６との間にがたつきが生じる心配はなく、又、前記スリーブ２６は軸受１２，１５と線膨張係数が同等な材質を用いているため、該スリーブ２６と軸受１２，１５との間で温度上昇に伴う膨張差もほとんど生じないこととなる。

この結果、前記蒸気タービン発電機の運転時に、従来のように、前記発電機ケーシング７と軸受１２，１５の外輪との間のクリアランスが拡がってしまうことが避けられ、軸受１２，１５の挙動が不安定とならず、軸受１２，１５内部に充填されているグリースが漏出しにくくなり、軸受１２，１５の寿命を長くすることが可能となる。

こうして、軸受１２，１５の外輪外周側に生ずるクリアランスを適正に保持して軸受１２，１５の挙動を安定化させ、軸受１２，１５内部に充填されたグリースが漏出して飛散することを確実に防止でき、軸受１２，１５の寿命延長を図り得る。

尚、本発明の蒸気タービン発電機の軸受保持構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ロータ
２ 軸
３ 軸
４ タービン
７ 発電機ケーシング
７ａ ステータハウジング
７ｂ 軸受フランジ
９ 筒状突出部
９ａ 凹部
１１ モータステータ
１２ 軸受
１４ 筒状突出部
１４ａ 凹部
１５ 軸受
２６ スリーブ

Claims (3)

1. 発電機ケーシングに対し、両側に軸を有し一方の軸にタービンが設けられたロータを、前記発電機ケーシングと線膨張係数の異なる材質からなる軸受を介して回転自在に支持せしめた蒸気タービン発電機の軸受保持構造であって、
   前記発電機ケーシングと軸受との間に、該軸受と線膨張係数が同等な材質のスリーブを、運転時に該スリーブと発電機ケーシングとの間に隙間が生じないよう、介装したことを特徴とする蒸気タービン発電機の軸受保持構造。
2. 前記スリーブを発電機ケーシングに対し圧入するようにした請求項１記載の蒸気タービン発電機の軸受保持構造。
3. 前記スリーブを発電機ケーシングの鋳造時に鋳ぐるむようにした請求項１記載の蒸気タービン発電機の軸受保持構造。

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