JP2014181774A - 回転軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】より長い期間、回転軸を支持することができる回転軸支持構造を提供することにある。
【解決手段】径方向外側に突出したスラストカラーが形成された回転軸を支持する回転軸支持構造であって、スラストカラーと対面し、スラストカラーの回転軸の軸方向に直交する面を支持面で支持するスラスト軸受と、支持面のスラストカラーとは反対側の面側から軸方向にスラスト軸受を支持する支持機構と、を有し、支持機構のスラスト軸受の端面に対面する側は、回転軸が傾く方向に対して直交する方向に傾斜している。
【選択図】図１１

Description

本発明は、回転軸をスラスト方向に支持する回転軸支持構造に関するものである。

ガスタービン、蒸気タービン等の回転機械は、回転軸を回転させる機構である。このような回転軸を有する回転機械では、スラスト力を受けて、スラスト方向の回転軸に平行な方向の位置を規制するためにスラスト軸受を設けているものがある。また、スラスト軸受は、装着位置を調整するための機構を設ける場合がある。

ここで、特許文献１には、スラスト軸受は、装着される軸受ケースとの間に調整ライナーを設け、軸受ケースに対する装着位置を調整することが記載されている。

特開２００２−７０８５３号公報

ところで、調整ライナーは、スラスト軸受を軸受ケース内に装着する際、適正で一様な厚みの部材を用いて、スラスト軸受の軸方向の位置を調整することを目的としたものである。従って、調整ライナー等の調整機構を設けて、回転軸に対してスラスト軸受を装着した場合でも、軸やケーシングの熱伸びまたは軸の自重等により回転軸が撓んで傾きが生じる。そのため、スラスト軸受の回転軸との接触面の負荷が不均一となり、接触面の一部に他の部分よりも大きい負荷が作用する場合がある。スラスト軸受の一部の負荷が大きくなり、スラスト軸受が損傷して回転軸を支持することができなくなると、ガスタービン、蒸気タービン等の回転機械が運転できなくなる恐れがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、より長い期間、回転軸を支持することができる回転軸支持構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の回転軸支持構造は、径方向外側に突出したスラストカラーが形成された回転軸を支持する回転軸支持構造であって、前記スラストカラーと対面し、前記スラストカラーの前記回転軸の軸方向に直交する面を支持面で支持するスラスト軸受と、前記支持面の前記スラストカラーとは反対側の面側から軸方向に前記スラスト軸受を支持する支持機構と、を有し、前記支持機構の前記スラスト軸受の端面に対面する側は、前記回転軸が傾く方向に対して直交する方向に傾斜していることを特徴とする。

本発明によれば、回転軸の回転方向において、スラスト軸受の一部に荷重が集中することを抑制することができ、スラスト軸受の寿命をより長くすることができる。これにより、より長い期間、回転軸を支持することができる。

本発明の回転軸支持構造では、前記スラスト軸受は、前記スラストカラーを間に挟んで前記スラストカラーの軸方向に直交する２つの面である上流側の面および下流側の面のそれぞれに対面して前記軸方向の両側に配置され、前記支持機構は、前記回転軸の延在方向において、前記スラストカラーの下流側に配置された前記スラスト軸受の更に前記下流側に配置された第１支持機構と、前記スラストカラーの上流側に配置された前記スラスト軸受の更に上流側に配置された第２支持機構と、からなり、前記第１支持機構は、上流側を向く面が、前記スラストカラーの下流側に配置された前記スラスト軸受の前記軸方向の端面に対面し、径方向の下側に向かうにしたがって、上流側に向かう向きに傾くように配置され、前記第２支持機構は、前記軸方向の下流側を向く面が、前記スラストカラーの上流側に配置された前記スラスト軸受の前記軸方向の端面に対面し、径方向上側に向かうにしたがって、前記軸方向の下流側に向かう向きに傾くように配置されていてもよい。

本発明によれば、回転軸のスラスト方向の両端をスラスト軸受および支持機構で支持することができ、スラスト力がいずれの方向に作用しても、スラスト軸受の一部に荷重が集中することを抑制することができ、スラスト軸受の寿命をより長くすることができる。

本発明の回転軸支持構造では、前記支持機構は、前記スラスト軸受に固定された調整ライナーを含み、前記調整ライナーは、前記回転軸周りの径方向の端部から径方向の反対側の端部に向かって厚みが徐々に変化してもよい。

本発明によれば、調整ライナーによりスラスト軸受の向きを調整することで、回転軸の回転方向において、スラスト軸受の一部に荷重が集中することを抑制することができ、スラスト軸受の寿命をより長くすることができる。

本発明の回転軸支持構造では、前記第１支持機構および前記第２支持機構は、それぞれ前記スラスト軸受に固定された調整ライナーを含み、前記調整ライナーは、前記回転軸周りの径方向の端部から径方向の反対側の端部に向かって厚みが徐々に変化し、前記第１支持機構の前記調整ライナーは、前記第２支持機構の前記調整ライナーに対して、径方向の厚み変化が逆方向となるように配置されていてもよい。

本発明によれば、第１支持機構と第２支持機構の互いに対面する面が、互いに平行になる。そのため、支持機構とスラスト軸受は均一な面で接触でき、スラストカラーを介して均一なスラスト荷重が伝達できる。

本発明の回転軸支持構造では、前記支持機構は、前記回転軸が内部に保持され、かつ、前記スラスト軸受の前記支持面とは反対側の面側に配置されたケーシングと、前記ケーシングに挿入され、前記スラスト軸受側の端面が前記スラスト軸受と接触した複数のボルトを有する調整機構と、を有し、前記調整機構は、複数の前記ボルトが、前記回転軸周りに配置され、前記ケーシングから突出する移動量が前記回転軸周りの位置に応じて変化してもよい。

本発明によれば、ボルトの位置によりスラスト軸受の向きを調整することで、回転軸の回転方向において、スラスト軸受の一部に荷重が集中することを抑制することができ、スラスト軸受の寿命をより長くすることができる。また、微調整を簡単に行うことできる。

本発明の回転軸支持構造では、前記支持機構は、前記回転軸が内部に保持され、かつ、前記スラスト軸受の前記支持面とは反対側の面側に配置されたケーシングと、前記ケーシングは、前記スラスト軸受を前記支持面とは反対側の面から支持し、当該支持する面が鉛直方向に対して傾斜してもよい。

本発明によれば、ケーシングを加工することによりスラスト軸受の向きを調整することで、回転軸の回転方向において、スラスト軸受の一部に荷重が集中することを抑制することができ、スラスト軸受の寿命をより長くすることができる。

本発明の回転軸支持構造では、前記支持機構は、前記スラスト軸受の前記支持面を含み、前記支持面は、鉛直方向に対して傾斜してもよい。

本発明によれば、スラスト軸受を加工することによりスラスト軸受の向きを調整することで、回転軸の回転方向において、スラスト軸受の一部に荷重が集中することを抑制することができ、スラスト軸受の寿命をより長くすることができる。

本発明の回転軸支持構造では、前記スラスト軸受は、前記支持面に配置され、前記回転軸の周方向に複数配置され、前記スラストカラーと摺動するパッドと、前記支持面の反対側の面から前記パッドを支持し、前記支持機構に支持されるパッド支持手段を有し、前記パッド支持手段は、前記パッドを前記回転軸に垂直な面に対して移動可能な状態で支持してもよい。

本発明によれば、パッドを移動可能な状態とすることで、パッドの移動によっても、回転軸の回転方向において、スラスト軸受の一部に荷重が集中することを抑制することができ、スラスト軸受の寿命をより長くすることができる。

本発明の回転軸支持構造によれば、スラスト軸受を支持する支持機構の端面を回転軸の傾きにあわせて傾斜させることで、スラスト軸受を回転軸にあわせて傾斜させることができる。これにより、回転軸の回転方向において、スラスト軸受の一部に荷重が集中することを抑制することができ、スラスト軸受の寿命をより長くすることができる。また、より長い期間、回転軸を支持することができる。

図１は、回転軸支持構造の一実施例であるスラスト軸受機構を備えるガスタービンの概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。 図３は、本実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。 図４は、本実施例のスラスト軸受の概略構成を示す正面図である。 図５は、図４に示すスラスト軸受の一部を示す斜視図である。 図６は、図４に示すスラスト軸受の一部を示す側面展開図である。 図７は、本実施例の調整ライナーの概略構成を示す正面図である。 図８は、図７に示す調整ライナーの概略構成を示す側面図である。 図９は、本実施例の調整ライナーの概略構成を示す正面図である。 図１０は、図９に示す調整ライナーの概略構成を示す側面図である。 図１１は、本実施例のスラスト軸受機構の機能を説明するための説明図である。 図１２は、比較例のスラスト軸受機構の機能を説明するための説明図である。 図１３は、変形例の調整ライナーの概略構成を示す正面図である。 図１４は、図１３に示す調整ライナーの概略構成を示す側面図である。 図１５は、他の実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。 図１６は、図１５に示すスラスト軸受機構の支持機構を拡大して示す断面図である。 図１７は、他の実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。 図１８は、他の実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る回転軸支持構造の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

以下の実施例では、ガスタービンの回転軸を軸受装置で支持する場合として説明する。軸受装置は、本実施例の回転支持構造の一例であるスラスト軸受機構を備えている。回転支持構造の一例であるスラスト軸受機構は、回転軸をスラスト方向（回転軸の軸方向）に支持する機構であり、ケーシングと回転軸との間に配置されている。スラスト軸受機構は、回転軸のスラストカラーの軸方向の２つの端面とそれぞれ対面する２つスラスト軸受と、それぞれのスラスト軸受とケーシングとの間に配置された支持機構と、を有する。スラスト軸受は、スラストカラーからの荷重を支持する複数の軸受パッドと、軸受パッドを支持するレベリング機構と、軸受を収納するハウジングと、を有する。また、支持機構は、スラスト軸受に対応してそれぞれ配置された調整ライナーを含んでいる。

図１は、回転軸支持構造の一実施例であるスラスト軸受機構を備えるガスタービンの概略構成を示す模式図である。ガスタービン１０は、図１に示すように、圧縮機１２と、燃焼器１４と、タービン１６と、軸受装置１８と、軸受装置１９と、回転軸２０と、を有する。ガスタービン１０の各部は、ケーシング２４の内部に配置されている。ガスタービン１０は、圧縮機１２の一部とタービン１６の一部とが回転軸２０に固定され、回転軸２０とともに回転する。圧縮機１２は、空気を取り入れて圧縮する。圧縮機１２で圧縮された空気は、燃焼器１４に供給される。燃焼器１４は、圧縮機１２で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼ガスＧを発生させる。

タービン１６は、燃焼器１４で発生した燃焼ガスＧをその内部に導入して膨張させて回転軸２０に設けられた動翼２２に吹き付けることで、燃焼ガスＧの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させる。

具体的には、タービン１６は、図１に示すように、回転軸２０と、回転軸２０側に設けられた複数の動翼２２と、回転軸２０および動翼２２を収容するケーシング２４と、ケーシング２４側に固定された複数の静翼２６とを備える。タービン１６は、動翼２２と静翼２６とが、回転軸２０の軸方向に交互に配列されている。動翼２２は、燃焼器１４から噴射されて回転軸２０の軸方向に流れる燃焼ガスＧによって回転軸２０を回転させる。回転軸２０の回転エネルギーは、回転軸２０に連結された機構、例えば発電機により取り出される。

軸受装置１８は、回転軸２０の圧縮機１２側の端部に設けられている。軸受装置１８は、ジャーナル軸受機構３０と、スラスト軸受機構４０と、潤滑油供給機構４１と、を有する。ジャーナル軸受機構３０は、ケーシング２４に固定されており、回転軸２０の径方向の荷重を受け、ケーシング２４に対する回転軸２０の径方向の移動を規制する。スラスト軸受機構４０は、ケーシング２４に固定されており、回転軸２０の軸方向の荷重を受け、ケーシング２４に対する回転軸２０の軸方向の移動を規制する。潤滑油供給機構４１は、ジャーナル軸受機構３０とスラスト軸受機構４０に潤滑油を供給し、回収して、潤滑油を循環させる。

軸受装置１９は、回転軸２０のタービン１６側の端部に設けられている。軸受装置１９は、ジャーナル軸受機構３０と、潤滑油供給機構４２と、を有する。ジャーナル軸受機構３０は、ケーシング２４に固定されており、回転軸２０の径方向の荷重を受け、ケーシング２４に対する回転軸２０の径方向の移動を規制する。潤滑油供給機構４２は、ジャーナル軸受機構３０に潤滑油を供給し、回収して、潤滑油を循環させる。ガスタービン１０は、以上のような構成であり、軸受装置１８、１９が回転軸２０をケーシング２４に対して支持されている。

次に、図２から図１２を用いて、回転軸を支持する回転軸支持構造の一例であるスラスト軸受機構４０について説明する。なお、本実施例では、構成をわかりやすく示すために、各部の鉛直方向、水平方向に対して傾斜している部分を実際の傾斜よりも大きく、つまり傾斜角を大きくして示している。まず、図２および図３を用いて、スラスト軸受機構４０の概略構成について、説明する。図２は、本実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。図３は、本実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。なお、以下の説明において、軸方向とは、回転軸が延びる方向（図１に示すＸ軸方向）を指し、径方向とは回転軸に対して直交する方向（図１におけるＺ軸方向及びＹ軸方向）を意味する。また、径方向の外側とは、回転軸から離れる方向を言い、径方向の内側とは回転軸に近づく方向を意味する。更に、便宜上、図１の紙面上で右側方向を、下流側（圧縮機側からタービン側を見る方向）と言い、左側方向を上流側（タービン側から圧縮機側を見る方向）と言う。また、鉛直方向とは、水平面に対して垂直な方向を言う。なお、本実施例のスラスト軸受機構４０は、回転軸の中心よりも上流側に配置されている。したがって、回転軸２０は、スラスト軸受機構４０の設置位置よりも上流側の部分が短くなり、下流側の部分が長くなる。

スラスト軸受機構４０は、図２および図３に示すように、回転軸２０に設けられたスラストカラー５０に対応して配置されている。スラストカラー５０は、回転軸２０から径方向外側に突出している。また、スラスト軸受機構４０は、軸方向の両端がケーシング２４にはさまれている。つまり、スラスト軸受機構４０は、軸方向の両端がケーシング２４に固定されることで、軸方向の位置が固定される。スラスト軸受機構４０は、スラスト軸受５２、５４と、支持機構５６と、を有する。

スラスト軸受５２、５４は、スラストカラー５０を挟んで、軸方向の上流側および下流側に配置されている。スラスト軸受５２は、軸方向において、スラストカラー５０より下流側に配置されており、スラストカラー５０の回転軸２０に直交する面と対面している。スラスト軸受５４は、軸方向において、スラストカラー５０より上流側に配置されており、スラストカラー５０の回転軸２０の上流側の面と対面している。

次に、図４から図６を用いて、スラスト軸受について説明する。なお、スラスト軸受５２と、スラスト軸受５４は、配置される位置が異なるのみで同様の構成であるので、スラスト軸受５４を用いて説明する。図４は、本実施例のスラスト軸受の概略構成を示す正面図である。図５は、図４に示すスラスト軸受の一部を示す斜視図である。図６は、図４に示すスラスト軸受の一部を示す側面展開図である。

スラスト軸受５４は、スラストカラー５０の回転軸２０に直交する面と対面して配置されており、軸方向のスラスト荷重を負担して、スラストカラー５０の軸方向への移動を規制する。スラスト軸受５４は、いわゆるレベリング機能つきティルティングパッド軸受であり、スラストカラー５０からの荷重を支持する複数の軸受パッド（ティルティングパッド）７０と、軸受パッド７０を支持するレベリング機構７２と、軸受を収納するハウジング７４と、を有する。レベリング機構７２は、軸受パッド７０からの荷重を受ける上部レベリングプレート７６と、上部レベリングプレート７６からの荷重を受ける下部レベリングプレート７８、上部レベリングプレート７６と下部レベリングプレート７８との間に配置され、両者から受ける荷重を伝達する接続ピン８０と、ハウジング７４に対する下部レベリングプレート７８の移動を拘束する移動止めピン８２と、を有する。

複数の軸受パッド７０は、同一形状であり、スラストカラー５０と対面する位置に回転軸２０を中心として周方向（円周方向）に等間隔に回転軸の中心Ｃに対して対称に配置されている。軸受パッド７０には、潤滑油供給機構４１から潤滑油が供給され、スラストカラー５０と対面する面に潤滑油膜が形成される。これにより、軸受パッド７０とスラストカラー５０との間には、潤滑油膜が形成され、スラストカラー５０の回転時にスラストカラー５０と軸受パッド７０との間で生じる摩擦等を低減することができる。軸受パッド７０は、スラストカラー５０と対面する面とは反対側の面、つまり、上部レベリングプレート７６と対面する面の中央部付近にピボット７１を有する。ピボット７１は、凸球面状の支持具であり、上部レベリングプレート７６と接触する。軸受パッド７０は、ピボット７１を介して上部レベリングプレート７６と接触することで、上部レベリングプレート７６に対してピボット７１を中心に傾動可能となる。ここで、軸受パッド７０と上部レベリングプレート７６との間には後述する移動止めピン８２と同様の連れ回り防止手段が設けられている。

ハウジング７４は、スラストカラー５０から軸受パッド７０に荷重が伝達され、更に上部レベリングプレート７６、接続ピン８０および下部レベリングプレート７８を介して伝達された荷重を受け止める支持部材、支持構造物または支持基盤である。ハウジング７４は、スラストカラー５０と対面する面と軸方向で反対側の面に位置する部材である。調整ライナー６０は、軸方向の上流側からハウジング７４に固定されている。

レベリング機構７２は、軸受パッド７０とハウジング７４との間に配置され、上部レベリングプレート７６と下部レベリングプレート７８とを有する。上部レベリングプレート７６と下部レベリングプレート７８とは、回転軸の周方向において、交互に配置されている。下部レベリングプレート７８は、ハウジング７４側の面の中央部にピボット８４を有する。ピボット８４は、凸球面状の支持具であり、ハウジング７４と接触している。下部レベリングプレート７８は、ピボット８４のハウジング７４の上面との接点を中心にして傾動自由である。

レベリング機構７２は、上部レベリングプレート７６と下部レベリングプレート７８との間に接続ピン８０を有する。上部レベリングプレート７６と下部レベリングプレート７８とは、それぞれ、回転軸の回転方向の端部に荷重受け突出部７６ａ、７８ａが設けられている。接続ピン８０は、円柱形状であり、上部レベリングプレート７６と下部レベリングプレート７８との荷重受け突出部７６ａ、７８ａの間に、径方向が円柱の軸方向となる向きで配置されている。また、上部レベリングプレート７６、各接続ピン８０および各下部レベリングプレート７８は回転軸を中心として対称に配置されている。下部レベリングプレート７８の下面には凹孔７８ｂが形成されており、この凹孔７８ｂに入る形状の移動止めピン８２がハウジング７４に設けられている。

レベリング機構７２は、軸受パッド７０からの荷重がピボット７１、上部レベリングプレート７６、接続ピン８０、下部レベリングプレート７８、ピボット８４を介して、ハウジング７４に伝達される。

スラスト軸受５４は、スラストカラー５０からの荷重を軸受パッド７０で受け、スラストカラー５０の軸方向の位置を規制する。また、スラスト軸受５４は、すべり軸受であり、軸受パッド７０は、スラストカラー５０が回転しても、軸方向に回転しない状態でスラストカラー５０を支持する。また、スラスト軸受５４は、上部レベリングプレート７６、接続ピン８０および下部レベリングプレート７８の組合せにより、上部レベリングプレート７６、下部レベリングプレート７８が周方向に連動して、軸受パッドの位置を調整することができ、回転軸２０の周方向において、軸受パッド７０の負担荷重を均等化させることができる。

次に、図２および図３に加え、図７から図１２を用いて、支持機構５６について説明する。図７は、本実施例の第１支持機構に係る調整ライナーの概略構成を示す正面図である。図８は、図７に示す調整ライナーの概略構成を示す側面図である。図９は、本実施例の第２支持機構に係る調整ライナーの概略構成を示す正面図である。図１０は、図９に示す調整ライナーの概略構成を示す側面図である。図１１は、本実施例のスラスト軸受機構の機能を説明するための説明図である。図１２は、比較例のスラスト軸受機構の機能を説明するための説明図である。

支持機構５６は、２つの調整ライナー（第１支持機構）５８と調整ライナー（第２支持機構）６０とを組合せて用いる構造である。２つの調整ライナー５８、６０は、同じ形状でよいが、取付け方法が異なっている。すなわち、ケーシング２４内にスラスト軸受５２、５４を取付ける際、軸の傾きに合わせて、調整ライナー５８、６０の径方向の厚み変化の方向が互いに逆方向となるように取付ける必要がある。なお、軸が傾く場合でも、スラスト軸受５２、５４を収納したケーシング２４は、常に水平面（水平度）が維持されている。本実施例のケーシング２４は、スラスト軸受５２を軸方向に支持する軸方向の下流側の端面が水平面に直交する面となり、スラスト軸受５４を軸方向に支持する軸方向の上流側の端面が水平面に直交する面となる。以下に調整ライナーの違いを含めて、調整ライナーの構造を説明する。

調整ライナー５８は、スラスト軸受５２の軸方向の下流側の面に配置され、スラスト軸受５２に固定されている。調整ライナー５８は、軸方向の下流側の面がケーシング２４と接触している。調整ライナー５８は、軸方向の端部がそれぞれスラスト軸受５２とケーシング２４とに接触することで、ケーシング２４に対するスラスト軸受５２の軸方向の位置を所定の位置としている。

調整ライナー５８は、図７及び図８に示すように、回転軸を中心に環状に形成され、径方向の一方の周方向端面から他方の周方向端面に向けて、回転軸中心Ｃを通り、径方向両側の周方向端面を結ぶ線に沿って厚みが一様に変化する。調整ライナー５８は、周方向において、環状部材５８ａと環状部材５８ｂの２つに分割された部材である。調整ライナー５８は、２つの環状部材５８ａ、５８ｂの径方向に形成された面である分割面５９同士を接して配置することで、全体として１つのリング形状となる。ここで、分割面５９は、水平方向（ケーシング２４の水平面に平行な方向）９０に対して所定角度傾斜した位置とする。これにより、取り付け時に、２つの環状部材５８ａ、５８ｂを正しい配置で装着しやすくすることができる。

調整ライナー５８は、図８に示すように、径方向の一方の周方向端面から他方の周方向端面に向けて、回転軸中心Ｃを通り、径方向両側の周方向端面を結ぶ線に沿って厚みが変化する。具体的には、調整ライナー５８は、図８の紙面上で径方向上側から径方向下側に向かうに従って厚みが厚くなる形状であり、径方向上側の周方向端面の最少厚みＬ１と径方向下側の周方向端面の最大厚みＬ２との関係がＬ１＜Ｌ２となる。また、調整ライナー５８は、下流側を向く端面５８ｍがケーシング２４の水平面に垂直な面となり、下流側を向く端面５８ｎがケーシング２４の水平面に垂直な面に対して傾斜した面となる。端面５８ｍは、調整ライナー５８の軸方向の下流側の端面である。また、端面５８ｎは、調整ライナー５８の軸方向の上流側の端面である。

これにより、調整ライナー５８は、下流側を向く端面５８ｍがケーシング２４の水平面に垂直な面に接している。また、ケーシング２４の水平面に垂直な面に対して傾斜した上流側に向く端面５８ｎは、スラスト軸受５２に固定される。従って、スラスト軸受５２の軸方向の上流側および下流側を向く面は、ケーシングの水平面に対して傾斜した向きを持つことができる。

調整ライナー６０は、スラスト軸受５２の軸方向の上流側の面に配置され、スラスト軸受５４に軸方向から固定されている。調整ライナー６０は、軸方向の上流側の面がケーシング２４と接触している。調整ライナー６０は、軸方向の端面６０ｍ、６０ｎがそれぞれスラスト軸受５４とケーシング２４とに接触することで、ケーシング２４に対するスラスト軸受５４の軸方向の位置を所定の位置としている。

調整ライナー６０は、図９及び図１０に示すように、回転軸２０を中心に環状に形成され、径方向の一方の周方向端面から他方の周方向端面に向けて、回転軸中心Ｃを通り、径方向両側の周方向端面を結ぶ線に沿って厚みが一様に変化する。調整ライナー６０は、周方向において、環状部材６０ａと環状部材６０ｂの２つに分割された部材である。調整ライナー６０は、２つの環状部材６０ａ、６０ｂの径方向に分割された面である分割面６１が接して配置することで、全体として１つのリング形状となる。ここで、分割面６１は、水平方向９０（ケーシングの水平面に平行な方向）に対して所定角度傾斜した位置とする。これにより、取り付け時に、２つの環状部材６０ａ、６０ｂを正しい配置で装着しやすくすることができる。

調整ライナー６０は、図１０に示すように、径方向の一方の周方向端面から他方の周方向端面に向けて、回転軸中心Ｃを通り、径方向両側の周方向端面を結ぶ線に沿って厚みが変化する。具体的には、調整ライナー６０は、図１０の紙面上で径方向上側から径方向下側に向かうに従って厚みが薄くなる形状であり、径方向上側の周方向端面の厚みＬ３と径方向下側の周方向端面の厚みＬ４との関係がＬ４＜Ｌ３となる。また、調整ライナー６０は、上流側を向く端面６０ｎがケーシングの水平面に垂直な面に平行な面となり、下流側を向く端面６０ｍケーシング２４の水平面に垂直な面に対して傾斜した面となる。端面６０ｍは、調整ライナー６０の軸方向の下流側の端面である。また、端面６０ｎは、調整ライナー６０の軸方向の上流側の端面である。

これにより、調整ライナー６０は、上流側を向く端面６０ｎがケーシングの水平面に垂直な面に接しつつ、下流側を向く端面６０ｍは、ケーシングの水平面に垂直な面に対して傾斜した面を形成するスラスト軸受５４に固定される。従って、スラスト軸受５４の軸方向の上流側および下流側を向く端面は、ケーシングの水平面に対して傾斜した向きを持つことができる。

スラスト軸受機構（回転軸支持構造）４０は、２つの調整ライナー５８、６０の取付け位置を、回転軸中心Ｃを通る線に沿った径方向の厚み変化が互いに逆方向となるように取付ける。例えば、調整ライナー５８の軸方向の最少厚みＬ１を有する周方向端部の位置と、調整ライナー６０の最大厚みＬ３の周方向端部の位置が、周方向で一致するように調整ライナー５８、６０を取付ければよい。このように取り付ければ、調整ライナー５８の軸方向の最大厚みＬ２を有する周方向端部の位置と、調整ライナー６０の軸方向の最少厚みＬ４を有する周方向端部の位置も、周方向で一致する。すなわち、このように調整ライナー５８、６０を組み合わせて取り付けることにより、調整ライナー５８のスラスト軸受５２側の面（上流側を向く端面５８ｎ）と調整ライナー６０のスラスト軸受５４側の面（下流側を向く端面６０ｍ）とを傾斜させることができる。更に、調整ライナーの端面５８ｎ、６０ｍを傾斜させることで、互いに平行な面が形成でき、スラスト軸受５２、５４のスラストカラー５０との接触面をケーシングの水平面に垂直な面に対して傾斜させ、且つ互いに平行な面とすることができる。

ここで、図１１に示すように、回転軸２０は、水平方向９０に配置しても熱伸びや自重等により撓む。このため、ケーシングの水平面に垂直な面９２に対してスラストカラー５０の回転軸２０の軸方向の中心を通る回転軸に垂直な面（基準面）９４が所定角度傾斜した状態となる。具体的には、回転軸２０は、軸方向において、上流側から下流側に向かうにしたがって径方向下側に向かう向きで傾斜する。これにより、スラストカラー５０は、回転軸に対して基準面９４が、径方向上側から径方向下側に向かうにしたがって、回転軸２０の上流側に移動する向きに傾斜している。

ここで、スラスト軸受機構４０は、調整ライナー５８、６０を、ケーシング２４の水平面に垂直な面に設置し、かつ、スラスト軸受５２、５４と接触する面を基準面９４と同様の向きに傾斜させている。すなわち、調整ライナー５８、６０のスラスト軸受５２、５４に接触する側の面が、回転軸が傾く方向に対して直交する方向に傾斜する。これにより、スラスト軸受５２、５４のスラストカラー５０と対面する面を、スラストカラー５０の傾斜に合わせて傾斜させることができる。

これにより、スラスト軸受機構４０は、スラストカラー５０からスラスト軸受５２、５４、具体的には軸受パッド７０にかかる荷重を、回転軸２０の周方向において、より均一化することができる。

例えば、図１２に示すように、調整ライナー９６、９８を周方向に厚みが一定となる形状にした場合、スラスト軸受５２、５４のスラストカラー５０と対面する面がケーシングの水平面に垂直な面９２と平行な面となり、対面するスラストカラーの径方向の面（軸方向に直交する面）とは平行にならない。従って、スラストカラー５０からの荷重が、スラスト軸受５２の径方向上側の一部とスラスト軸受５４の径方向下側の一部に集中し、回転軸２０の周方向において、荷重が不均一となる。

これに対して、本実施例のスラスト軸受機構４０は、上述したように、スラストカラー５０からスラスト軸受５２、５４に対してかかる荷重を、回転軸２０の周方向において、より均一化することができるため、スラスト軸受け５２、５４の一部に荷重が集中し、一部の軸受パッド７０のメタル温度が上昇し、軸受が損傷することを抑制することができる。これにより、ガスタービン全体としての耐久性を向上させ、寿命を長くすることができる。

図１３は、変形例の調整ライナーの概略構成を示す正面図である。図１４は、図１３に示す調整ライナーの概略構成を示す側面図である。図１３および図１４に示す調整ライナー１０２は、上述した調整ライナーと同様に径方向の位置によって厚みが変化する傾斜部１０４と、傾斜部１０４に対して、厚みが薄くなり、径方向の位置によらず厚みが一定となる凹部１０６とが、周方向に交互に配置されている。調整ライナー１０２は、周方向の位置によって、スラスト軸受と接触する部分と接触しない部分とが交互に設けられる。このように、調整ライナーは、周方向の全周がスラスト軸受またはケーシングと接触している必要はなく、スラスト軸受とケーシングの相対位置を所定の位置とすることができ、スラスト軸受の軸を水平方向に対して、回転軸の自重等の傾きにあわせた方向に傾斜させることができればよい。なお、本変形例に示す調整ライナー１０２は、いずれの支持機構（第１支持機構、第２支持機構）にも使えるが、２つの調整ナイナーの取付方向を径方向の厚み変化が互いに逆方向となるように取付けた一組の調整ライナーを組み合わせて使用する必要がある。

ここで、上記実施例では、調整ライナーにより、スラスト軸受の軸を水平方向に対して、回転軸の自重等による傾きにあわせた方向に傾斜させ、スラストカラーからスラスト軸受にかかる荷重が一部に集中することを抑制したが、位置を調整する機構は、これに限定されない。支持機構は、スラスト軸受のスラストカラーと接触する面を、ケーシングの水平面に垂直な面に対して、所定の方向（上述した方向）に傾斜させることができればよく、種々の機構を用いることができる。

図１５は、他の実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。図１６は、図１５に示すスラスト軸受機構の支持機構を拡大して示す断面図である。図１５および図１６に示す支持機構１１０は、調整ライナー１１１と、ボルト１１２と、を有する。調整ライナー１１１は、厚みが一定のリング形状の部材である。ボルト１１２は、ケーシング１１４に形成されたボルト穴１１６に挿入されている。ボルト１１２とボルト穴１１６とは、周方向に所定の間隔で複数配置されている。本実施例では、ボルト１１２とボルト穴１１６が、スラスト軸受の向きを調整する調整機構となる。

ボルト１１２は、調整ライナー１１１側の端部が、ケーシング１１４よりも調整ライナー１１１側に突出し、突出している端部が調整ライナー１１１と接触する。本実施例のボルト１１２は、調整ライナー１１１側の端部が、ケーシング１１４よりも距離Ｌ５、調整ライナー１１１側に突出している。支持機構１１０は、ボルト１１２がケーシング１１４から軸方向に突出する移動量を、周方向または径方向の位置によって変えることができる。その結果、ボルト１１２が接触する調整ライナー１１１のケーシング１１４の水平面に垂直な面に対する向きつまり傾斜を調整することができる。すなわち、支持機構１１０は、ボルト１１２の軸方向の移動量により調整ライナー１１１の向きを調整することで、スラスト軸受５２の向きをケーシングの水平面に垂直な面に対して傾斜した向きとすることができる。

このように、支持機構１１０は、ボルト１１２を用いた構成としても、上記と同様にスラスト軸受を傾斜させることができる。また、本実施例では、調整ライナー１１１を配置したが、調整ライナー１１１を設けずにボルト１１２をスラスト軸受５２の軸方向の下流側の面に接触させてもよい。また、支持機構１１０は、ボルト１１２の周方向の位置によって、突出する移動量を変化させることで、傾斜を調整できるため、調整を簡単に行うことができる。なお、図１５において、本実施例に示す支持機構を機能させるためには、スラストカラーを挟んで軸方向の下流側に配置された支持機構１１０に対し、軸方向の上流側に支持機構１２０を設ける必要がある。但し、支持機構１２０は、支持機構１１０と同じ構造でよいが、ボルト１１２に相当するボルト１２２は、軸方向の下流側から上流側に向けて調整ライナー１２１に接触させる構造とする必要がある。ボルト１２２は、ケーシング１２４に形成されたボルト穴に挿入されている。上記２つの支持機構１１０、１２０を一組の支持機構として組み合わせて、スラストカラーを挟んで配置し、調整ライナーのボルトが接触する面の傾きを互いに径方向に逆向きとなるように調整して使用すればよい。

図１７は、他の実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。図１７に示す支持機構１５０は、調整ライナー１１１と、ケーシング１５２の軸方向の下流側の端面１５４と、を有する。調整ライナー１１１は、厚みが一定のリング形状の部材である。ケーシング１５２の端面１５４は、調整ライナー１１１と接触する面、つまり、スラスト軸受５２と対面する面である。端面１５４は、ケーシングの水平面に垂直な方向に対して角度θ傾斜している。

支持機構１５０は、このように、ケーシング１５２の端面１５４をケーシングの水平面に垂直な面９２に対して角度θ傾斜させることで、端面１５４に接触する調整ライナー１１１およびスラスト軸受５２をケーシングの水平面に垂直な方向に対して角度θ傾斜させることができる。なお、角度θは、上述した実施例と同様の傾斜角度である。

図１８は、他の実施例のスラスト軸受機構の概略構成を示す断面図である。図１８に示す支持機構１６０は、調整ライナー１１１と、スラスト軸受１６２の端面１６４と、を有する。調整ライナー１１１は、厚みが一定のリング形状の部材である。スラスト軸受１６２の端面１６４は、調整ライナー１１１と接触する面、つまり、調整ライナー１１１と対面する面である。端面１６４は、ケーシングの水平面に垂直な方向に対して角度θ、傾斜している。

支持機構１６０は、このように、スラスト軸受１６２の端面１６４をケーシングの水平面に垂直な方向に対して角度θ傾斜させることで、端面１６４に接触する調整ライナー１１１およびスラスト軸受１６２がケーシングの水平面に垂直な面に平行な面であっても、スラスト軸受１６２の角度θ傾斜させることができる。なお、角度θは、上述した実施例と同様の傾斜角度である。

図１７および図１８に示す支持機構１５０、１６０において、本来の支持機構として機能させるためには、スラストカラーを挟んで軸方向の上流側および下流側に同じ構造の支持機構を配置して、一組の支持機構として使用してもよい。なお、本実施例においても、スラストカラーを挟んで軸方向の上流側および下流側に配置された調整ライナーの傾きが、互いに径方向に逆向きとなるように配置すればよい。

なお、図１７および図１８に示すようにケーシングやスラスト軸受の端面に傾斜を設けることでもスラスト軸受を長寿命化させることができるが、径方向に厚みが変化する調整ライナーを用いて傾斜を設けることで、簡単に調整することができる。

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８、１９ 軸受装置
２０ 回転軸
２２ 動翼
２４ ケーシング
２６ 静翼
３０ ジャーナル軸受機構
４０ スラスト軸受機構（回転軸支持構造）
５０ スラストカラー
５２、５４ スラスト軸受
５６、１１０ 支持機構
５８ 調整ライナー（第１支持機構）
６０ 調整ライナー（第２支持機構）
７０ 軸受パッド
７１、８４ ピボット
７２ レベリング機構
７６ 上部レベリングプレート
７８ 下部レベリングプレート
８０ 接続ピン
８２ 移動止めピン
７４ ハウジング
１０２ 調整ライナー

Claims (8)

1. 径方向外側に突出したスラストカラーが形成された回転軸を支持する回転軸支持構造であって、
   前記スラストカラーと対面し、前記スラストカラーの前記回転軸の軸方向に直交する面を支持面で支持するスラスト軸受と、
   前記支持面の前記スラストカラーとは反対側の面側から軸方向に前記スラスト軸受を支持する支持機構と、を有し、
   前記支持機構の前記スラスト軸受の端面に対面する側は、前記回転軸が傾く方向に対して直交する方向に傾斜していることを特徴とする回転軸支持構造。
2. 前記スラスト軸受は、前記スラストカラーを間に挟んで前記スラストカラーの軸方向に直交する２つの面である上流側の面および下流側の面のそれぞれに対面して前記軸方向の両側に配置され、
   前記支持機構は、前記回転軸の延在方向において、前記スラストカラーの下流側に配置された前記スラスト軸受の更に前記下流側に配置された第１支持機構と、前記スラストカラーの上流側に配置された前記スラスト軸受の更に上流側に配置された第２支持機構と、からなり、
   前記第１支持機構は、上流側を向く面が、前記スラストカラーの下流側に配置された前記スラスト軸受の前記軸方向の端面に対面し、径方向の下側に向かうにしたがって、上流側に向かう向きに傾くように配置され、
   前記第２支持機構は、前記軸方向の下流側を向く面が、前記スラストカラーの上流側に配置された前記スラスト軸受の前記軸方向の端面に対面し、径方向上側に向かうにしたがって、前記軸方向の下流側に向かう向きに傾くように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の回転軸支持構造。
3. 前記支持機構は、前記スラスト軸受に固定された調整ライナーを含み、
   前記調整ライナーは、前記回転軸周りの径方向の端部から径方向の反対側の端部に向かって厚みが徐々に変化することを特徴とする請求項１または２に記載の回転軸支持構造。
4. 前記第１支持機構および前記第２支持機構は、それぞれ前記スラスト軸受に固定された調整ライナーを含み、
   前記調整ライナーは、前記回転軸周りの径方向の端部から径方向の反対側の端部に向かって厚みが徐々に変化し、
   前記第１支持機構の前記調整ライナーは、前記第２支持機構の前記調整ライナーに対して、径方向の厚み変化が逆方向となるように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の回転軸支持構造。
5. 前記支持機構は、前記回転軸が内部に保持され、かつ、前記スラスト軸受の前記支持面とは反対側の面側に配置されたケーシングと、
   前記ケーシングに挿入され、前記スラスト軸受側の端面が前記スラスト軸受と接触した複数のボルトを有する調整機構と、を有し、
   前記調整機構は、複数の前記ボルトが、前記回転軸周りに配置され、前記ケーシングから突出する移動量が前記回転軸周りの位置に応じて変化することを特徴とする請求項１または２に記載の回転軸支持構造。
6. 前記支持機構は、前記回転軸が内部に保持され、かつ、前記スラスト軸受の前記支持面とは反対側の面側に配置されたケーシングと、
   前記ケーシングは、前記スラスト軸受を前記支持面とは反対側の面から支持し、当該支持する面が径方向に対して傾斜していることを特徴する請求項１または２に記載の回転軸支持構造。
7. 前記支持機構は、前記スラスト軸受の前記支持面を含み、
   前記支持面は、鉛直方向に対して傾斜していることを特徴する請求項１または２に記載の回転軸支持構造。
8. 前記スラスト軸受は、前記支持面に配置され、前記回転軸の周方向に複数配置され、前記スラストカラーと摺動するパッドと、
   前記支持面の反対側の面から前記パッドを支持し、前記支持機構に支持されるパッド支持手段を有し、
   前記パッド支持手段は、前記パッドを前記回転軸に垂直な面に対して移動可能な状態で支持することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転軸支持構造。

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