JP2013083159A

JP2013083159A - 潤滑油供給装置

Info

Publication number: JP2013083159A
Application number: JP2011221728A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ishizaka; 浩一石坂; Masa Hirota; 雅廣田; Kazuyoshi Kurata; 和義藏田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-05-09
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: JP5818622B2

Abstract

【課題】大型化や重量の増大を抑えつつ軸受を潤滑および冷却すること。
【解決手段】ガスタービンのタービン軸を回転可能に支持する軸受５２に対して潤滑油を供給する潤滑油供給装置１において、一端２ａが外気に開放され他端２ｂが軸受５２に向けて配置された給気管２と、ガスタービンの圧縮機に一端が接続され給気管２の内部に貫入された他端３ｂが軸受５２側に向けて配置され、かつ途中に絞り部３ｃが設けられた抽気管３と、潤滑油が貯留される潤滑油タンク５に一端４ａが接続され給気管２の内部に貫入された他端４ｂが抽気管３よりも給気管２の一端２ａ側に配置された潤滑油管４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービンのタービン軸を支持する軸受に対して潤滑油を供給する潤滑油供給装置に関するものである。

従来、例えば、特許文献１に記載の潤滑油供給装置（ベアリング機構）は、メンテナンス性を向上させることができ、かつ機構を簡素化することを目的としている。この潤滑油供給装置は、母機に搭載され、前記母機から発射されるまでの待機時に、同母機の飛行に伴うラム圧によりエンジンのロータを回転させた状態でエンジンスタートを行うべく待機する飛昇体（飛翔体）のエンジンにおけるベアリング機構であって、前記待機時にグリースにより潤滑されるロータを回転自在に支持する軸受と、前記飛翔体のエンジンが始動されて母機から発射され飛翔する飛翔時には、コンプレッサからの圧縮空気を利用して前記軸受を潤滑するためのオイルミストを発生するオイルミスト発生手段とを備える。

また、従来、例えば、特許文献２に記載の潤滑油供給装置（潤滑装置）は、装置の従来要素の１つが故障して油の圧力損失が生じた場合でも、エンジンの継続した動作を可能とするように受動的に動作することを目的としている。この潤滑油供給装置は、通常の運転モードおよび異常な運転モードにおいて潤滑を要する要素のための潤滑装置であって、通常の運転モードにおいて潤滑剤を受け入れるとともに、予備の量の潤滑剤を閉じ込めるリザーバと、予備の量の潤滑剤と連通するとともに、両方の運転モードにおいてタービンエンジンの流体流路から抽出された加圧流体によって直接かつ連続的に駆動される吸引器とを有する。

特開２００１−１６５３９０号公報特許第４１３９７９７号公報

上述した従来の潤滑油供給装置は、タービンエンジンの圧縮機から抽気した高圧流体を用い、この高圧流体によってタンクに貯留された潤滑油を吸い込んでオイルミストとして軸受に供給することで、部品増による大型化や重量の増大を抑え、製造コストを低減することが可能である。しかし、従来の潤滑油供給装置では、高圧流体が高温であることから、軸受が過熱して軸受の回転機能が低下するおそれがあるため、冷却手段が必要となる。特許文献２に記載の潤滑油供給装置は、高圧流体と潤滑油とが混合する以前に、高圧流体を通す配管を潤滑油のタンク内に貫入することで、高圧流体を冷却しているが、高圧流体の熱交換の媒体が潤滑油であるため、当該潤滑油が加熱され、結果として軸受の冷却効果が小さい。

本発明は上述した課題を解決するものであり、大型化や重量の増大を抑えつつ軸受を潤滑および冷却することのできる潤滑油供給装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の潤滑油供給装置は、ガスタービンのタービン軸を回転可能に支持する軸受に対して潤滑油を供給する潤滑油供給装置において、一端が外気に開放され他端が前記軸受に向けて配置された給気管と、前記ガスタービンの圧縮機に一端が接続され前記給気管の内部に貫入された他端が前記軸受側に向けて配置され、かつ途中に絞り部が設けられた抽気管と、潤滑油が貯留される潤滑油タンクに一端が接続され前記給気管の内部に貫入された他端が前記抽気管よりも前記給気管の一端側に配置された潤滑油管と、を備えることを特徴とする。

この潤滑油供給装置によれば、ガスタービンが運転されると、圧縮機で圧縮された高圧の作動流体が、絞り部による減圧よって抽気管を通って給気管の内部で軸受側に向けて導かれる。このため、給気管では、一端側が低圧となって外気が吸引され軸受に向けて供給される。同時に、給気管の内部では、潤滑油管の他端から潤滑油が給気管の内部に吸引され、外気の吸引と混合してオイルミストとなり軸受に供給される。この潤滑油供給装置によれば、圧縮機で圧縮された作動流体は高温であるが、外気によって作動流体および潤滑油が冷却される。しかも、圧縮機で圧縮された高圧の作動流体が給気管に導かれることによって、給気管を通して外気と潤滑油とを吸引するため、潤滑油を送るポンプを必要としない。また、外気によって作動流体および潤滑油を冷却するため、潤滑油を冷却するための熱交換器を必要としない。この結果、ガスタービンの大型化や重量の増大を抑えつつ軸受を潤滑および冷却することができる。

また、本発明の潤滑油供給装置は、前記抽気管の他端と前記潤滑油管の他端とを配置した間の前記給気管の部位にベンチュリー部が形成されていることを特徴とする。

この潤滑油供給装置によれば、ベンチュリー部によって給気管の内部であって潤滑油管の他端から軸受側の圧が下がるので、高圧の作動流体との差圧がより大きくなるため、外気と潤滑油とを効率よく給気管の内部に吸引することができ、効率よくオイルミストを軸受に供給することができる。

また、本発明の潤滑油供給装置は、飛昇体のガスタービンエンジンにおいて適用されることを特徴とする。

飛昇体のガスタービンエンジンでは、軸受を潤滑する場合にグリース潤滑が多く適用されているが、より長時間の飛昇によってグリースが失われた場合、軸受を潤滑することができなくなる。
そこで、オイルミストを供給して軸受を潤滑すればよいが、潤滑油を送るポンプや、潤滑油を冷却するための熱交換器などを装備することは、飛昇体の大型化や重量の増大を招くことから好ましくない。この点、本発明の潤滑油供給装置によれば、ガスタービンの大型化や重量の増大を抑えつつ軸受にオイルミストを供給することが可能であり、かつ軸受を冷却することが可能であることから、飛昇体の長時間の飛昇に対してより顕著な効果を得ることができる。

本発明によれば、大型化や重量の増大を抑えつつ軸受を潤滑および冷却することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る潤滑油供給装置の概略図である。図２は、図１に示す潤滑油供給装置の拡大図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施の形態に係る潤滑油供給装置の概略図であり、図２は、図１に示す潤滑油供給装置の拡大図である。本実施の形態の潤滑油供給装置は、ガスタービン５０におけるタービン軸５１を回転可能に支持する軸受５２に対して潤滑油を供給するものである。

ガスタービン５０は、図１に例示するように、圧縮機５３と、燃焼器５４と、タービン５５とを含み構成されている。

タービン軸５１は、ガスタービン５０のケーシング５０ａに対し、軸受５２によって回転可能に支持されている。軸受５２は、タービン軸５１の中心軸Ｓに沿う長手方向で複数（図１では２つを示す）設けられている。

圧縮機５３は、インペラ５３１と、ディフューザ５３２とを備え、これらインペラ５３１およびディフューザ５３２がケーシング５０ａに収容されている。インペラ５３１は、ディスク５３１ａと、このディスク５３１ａの周囲に放射状に配置された複数枚のブレード５３１ｂとを含み構成されている。ディスク５３１ａは、タービン軸５１に取り付けられており、これによりインペラ５３１は、タービン軸５１とともに中心軸Ｓの回りに同一方向に回転する。ケーシング５０ａは、作動流体（例えば、空気）を通過させる流路５３３を形成する。流路５３３は、中心軸Ｓを中心として環状に形成され、インペラ５３１のディスク５３１ａの小径側であるブレード５３１ｂの前縁側から、各ブレード５３１ｂ間を通過しつつ半径方向外側に向かってディスク５３１ａの大径側であるブレード５３１ｂの後縁側に至る。ディフューザ５３２は、ケーシング５０ａが形成する流路５３３において、インペラ５３１の下流側に設けられており、流路５３３の対向する壁面間に複数枚のベーンを有し、インペラ５３１の回転によってブレード５３１ｂを通過した作動流体の有する運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する。

燃焼器５４は、ケーシング５０ａによって形成され、主圧力室５４１と、燃焼器室５４２とを備えている。主圧力室５４１は、中心軸Ｓを中心として環状に形成され、圧縮機５３の流路５３３の下流側に接続されて、作動流体を燃焼器室５４２に導くものである。燃焼器室５４２は、中心軸Ｓを中心として環状に形成され、主圧力室５４１に通じて設けられ、燃料ノズル５４３が設けられており、タービン５５に通じて形成されている。

タービン５５は、ディスク５５ａと、このディスク５５ａの外周に配置された複数枚のタービンブレード５５ｂとを含み構成されている。ディスク５５ａは、タービン軸５１に取り付けられており、これによりタービン５５は、タービン軸５１とともに中心軸Ｓの回りに同一方向に回転する。また、タービン５５は、ケーシング５０ａによって形成されたタービンノズル５５１によって周囲を覆われている。

このようなガスタービン５０は、圧縮機５３において、中心軸Ｓの回りにインペラ５３１が回転することによって、作動流体は、圧縮されつつ、主圧力室５４１に導かれ、燃焼器５４内に入り、燃焼器５４内に燃料ノズル５４３によって供給された燃料と混合されて燃焼させられた後、高温の燃焼ガスとなってタービン５５へ導かれ、タービン５５とともにタービン軸５１を中心軸Ｓの回りに回転し、その後、燃焼ガスは、タービンノズル５５１から排出される。このガスタービン５０は、例えば、飛昇体のエンジンとして適用される。

上述したガスタービン５０の軸受５２に対し、潤滑油を供給する本実施の形態の潤滑油供給装置１は、図１および図２に示すように、給気管２と、抽気管３と、潤滑油管４とを含み構成されている。この潤滑油供給装置１は、図１に示すように、複数の軸受５２に対応してそれぞれ設けられている。また、複数の軸受５２がケーシング５０ａで形成された１つの軸受収容部（図示せず）に収容されている場合は、この軸受収容部に対応して１つの潤滑油供給装置１が設けられていてもよい。

給気管２は、ケーシング５０ａに取り付けられており、一端２ａが外気に開放され、他端２ｂが軸受５２（または軸受収容部）に向けて配置されている。すなわち、給気管２は、ケーシング５０ａ（飛昇体）の外部と、軸受５２を配置した部分とを通じさせる通路を形成するものである。

抽気管３は、ケーシング５０ａに取り付けられており、ガスタービン５０の圧縮機５３における高圧側（ディフューザ５３２の後段）に一端３ａが接続され、他端３ｂが給気管２の内部に貫入されている。給気管２の内部に貫入された他端３ｂは、軸受５２側に向けて配置されている。すなわち、抽気管３は、圧縮機５３の高圧側と、給気管２の内部とを通じさせる通路を形成するものである。また、抽気管３は、その途中に絞り部３ｃが設けられている。絞り部３ｃは、オリフィスまたは開閉弁などによって形成される。絞り部３ｃが開閉弁の場合、抽気管３の途中を絞るように開閉弁を調整しておく。さらに。抽気管３は、給気管２の内部に貫入された他端３ｂが絞られたチョーク３ｄが形成されている。

潤滑油管４は、潤滑油が貯留される潤滑油タンク５に一端４ａが接続され、他端４ｂが給気管２の内部に貫入されている。給気管２の内部に貫入された他端４ｂは、抽気管３よりも給気管２の一端２ａ側に配置されている。すなわち、潤滑油管４は、潤滑油タンク５と、給気管２の内部とを通じさせる通路を形成するものである。

このように、本実施の形態の潤滑油供給装置１は、一端２ａが外気に開放され他端２ｂが軸受５２に向けて配置された給気管２と、ガスタービン５０の圧縮機５３に一端３ａが接続され給気管２の内部に貫入された他端３ｂが軸受５２側に向けて配置され、かつ途中に絞り部３ｃが設けられた抽気管３と、潤滑油が貯留される潤滑油タンク５に一端４ａが接続され給気管２の内部に貫入された他端４ｂが抽気管３よりも給気管２の一端２ａ側に配置された潤滑油管４とを備える。

この潤滑油供給装置１は、ガスタービン５０が運転されると、圧縮機５３で圧縮された高圧の作動流体が、絞り部３ｃによる減圧よって抽気管３を通って給気管２の内部で軸受５２側に向けて導かれる。このため、給気管２では、一端２ａ側が低圧となって外気が吸引され軸受５２に向けて供給される。同時に、給気管２の内部では、潤滑油管４の他端４ｂから潤滑油が給気管２の内部に吸引され、外気の吸引と混合してオイルミストとなり軸受５２に供給される。

このように、本実施の形態の潤滑油供給装置１では、圧縮機５３で圧縮された作動流体は高温であるが、外気によって作動流体および潤滑油が冷却される。しかも、本実施の形態の潤滑油供給装置１は、圧縮機５３で圧縮された高圧の作動流体が給気管２に導かれることによって、給気管２を通して外気と潤滑油とを吸引するため、潤滑油を送るポンプを必要としない。また、本実施の形態の潤滑油供給装置１は、外気によって作動流体および潤滑油を冷却するため、潤滑油を冷却するための熱交換器を必要としない。この結果、ガスタービン５０の大型化や重量の増大を抑えつつ軸受５２を潤滑および冷却することが可能になる。

なお、抽気管３の他端３ｂにチョーク３ｄを形成することによって、給気管２の内部で軸受５２側への作動流体の流速がより早くなることから、外気と潤滑油とを効率よく給気管２の内部に吸引することが可能になる。

なお、潤滑油タンク５は、潤滑油が吸引された場合、当該潤滑油の吸引に伴って収縮する材料（例えば、可撓性を有する合成樹脂材）で形成され、または、収縮部（例えば、蛇腹構造）を有して形成されている。その他、潤滑油タンク５は、潤滑油の吸引に伴ってタンク外の空気を吸い込むように吸引口（または吸引管）を設けてもよい。吸引口（または吸引管）は、潤滑油が漏れないように逆止弁を設ける。

また、本実施の形態の潤滑油供給装置１は、抽気管３の他端３ｂと潤滑油管４の他端４ｂとを配置した間の給気管２の部位にベンチュリー部２ｃが形成されていることが好ましい。

この潤滑油供給装置１によれば、ベンチュリー部２ｃによって給気管２の内部であって潤滑油管４の他端４ｂから軸受５２側の圧が下がるので、高圧の作動流体との差圧がより大きくなるため、外気と潤滑油とを効率よく給気管２の内部に吸引することができ、効率よくオイルミストを軸受５２に供給することが可能になる。

また、本実施の形態の潤滑油供給装置１は、飛昇体のガスタービンエンジンにおいて適用されることが好ましい。

飛昇体のガスタービンエンジンでは、軸受５２を潤滑する場合にグリース潤滑が多く適用されているが、より長時間の飛昇によってグリースが失われた場合、軸受５２を潤滑することができなくなる。そこで、オイルミストを供給して軸受５２を潤滑すればよいが、潤滑油を送るポンプや、潤滑油を冷却するための熱交換器などを装備することは、飛昇体の大型化や重量の増大を招くことから好ましくない。この点、本実施の形態の潤滑油供給装置１によれば、ガスタービン５０の大型化や重量の増大を抑えつつ軸受５２にオイルミストを供給することが可能であり、かつ軸受５２を冷却することが可能であることから、飛昇体の長時間の飛昇に対してより顕著な効果を得ることが可能になる。なお、飛昇体において、軸受５２に潤滑油を供給する場合、本実施の形態のオイルミストの供給に併せてグリース潤滑を行ってもよい。

なお、本実施の形態の潤滑油供給装置１は、軸受５２の回り方向に沿って複数設けられていることが、潤滑油を軸受５２に対して潤滑油を効率よく供給するうえで好ましい。この場合、給気管２が複数設けられ、各給気管２に対して分岐された抽気管３および潤滑油管４が貫入される形態となる。

１潤滑油供給装置
２給気管
２ａ一端
２ｂ他端
２ｃベンチュリー部
３抽気管
３ａ一端
３ｂ他端
３ｃ絞り部
３ｄチョーク
４潤滑油管
４ａ一端
４ｂ他端
５潤滑油タンク
５０ガスタービン
５１タービン軸
５２軸受
５３圧縮機
５４燃焼器
５５タービン

Claims

ガスタービンのタービン軸を回転可能に支持する軸受に対して潤滑油を供給する潤滑油供給装置において、
一端が外気に開放され他端が前記軸受に向けて配置された給気管と、
前記ガスタービンの圧縮機に一端が接続され前記給気管の内部に貫入された他端が前記軸受側に向けて配置され、かつ途中に絞り部が設けられた抽気管と、
潤滑油が貯留される潤滑油タンクに一端が接続され前記給気管の内部に貫入された他端が前記抽気管よりも前記給気管の一端側に配置された潤滑油管と、
を備えることを特徴とする潤滑油供給装置。
前記抽気管の他端と前記潤滑油管の他端とを配置した間の前記給気管の部位にベンチュリー部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑油供給装置。
飛昇体のガスタービンエンジンにおいて適用されることを特徴とする請求項１または２に記載の潤滑油供給装置。