JP2015137708A - 油切装置及び回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の消費量を削減できるとともにスラッジの発生を低く抑えることができる油切装置及び回転機械を提供すること。【解決手段】本発明の油切装置４は、ロータ２の外周面に対して隙間を有してロータ２を囲む油切本体２３と、回ロータ２の回転中心に沿った方向に油切本体２３から離間した位置において油切本体２３に対して位置関係が固定された状態でロータ２の外周面に対してクリアランスを有してロータ２を囲むバッフルプレート２２と、油切本体２３とバッフルプレート２２との間において油切本体２３に対してクリアランスを有してロータ２に固定されロータ２の外周面から径方向外側に張り出した板状の回転板２５とを備え、ロータ２の径方向における回転板２５の張り出し量ｈ１は、回転板２５と油切本体２３との間のクリアランスｗ１の１０倍以上である。【選択図】図２

Description

本発明は、油切装置及び回転機械に関する。

従来、蒸気タービン等の回転機械における回転軸は、潤滑油によって潤滑された状態で軸受けに支持されることによって、摩擦が低減されつつ軸受けに対して回転可能とされている。
たとえば特許文献１には、静止ラビリンスに対峙する回転体シール部の内側に突起を設けると共にこの突起に近接してバッフル板を設けることが開示されている。
特許文献１に記載の技術では、バッフル板と回転体シール部に形成された突起とにより潤滑油の循環を生み出して潤滑油の漏れ量を少なくすることができる。
また、特許文献２には、潤滑油の炭化を防止することができる技術が開示されている。

実開昭６０−１７８６６５号公報 特開２００２−３０９０３号公報

潤滑油の漏れは、潤滑油の消費量が増大することに加えて、スラッジの発生を引き起こす可能性があり、高温部の油漏れの場合、火災の発生もあり得るので、潤滑油の漏れをさらに低減することが求められている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、潤滑油の消費量を削減できるとともにスラッジの発生を低く抑えることができ、火災が発生する可能性をさらに低減できる油切装置及び回転機械を提供することである。

本発明の一態様は、回転軸の外周面に対して隙間を有して前記回転軸を囲む油切本体と、前記回転軸の回転中心に沿った方向に前記油切本体から離間した位置において前記油切本体に対して位置関係が固定された状態で前記回転軸の外周面に対してクリアランスを有して前記回転軸を囲むバッフルプレートと、前記油切本体と前記バッフルプレートとの間において前記油切本体に対してクリアランスを有して前記回転軸に固定され前記回転軸の外周面から径方向外側に張り出した板状の回転板と、を備え、前記回転軸の径方向における前記回転板の張り出し量は、前記回転板と前記油切本体との間のクリアランスの１０倍以上である油切装置である。
このような油切装置によれば、油切本体とバッフルプレートとの間に回転板が介在しているので、油切本体と回転軸との隙間とバッフルプレートと回転軸との隙間とを通じて潤滑油が漏れる量を低く抑えることができる。さらに、油切本体と回転板との間に入り込んだ潤滑油は回転板の回転動作によって回転軸の径方向外側へ押し出されるので、バッフルプレート側から油切本体側へと流入しようとする潤滑油を押し返すことができるので、油切本体へ流入する潤滑油の量を減らすことができる。このため、潤滑油の消費量を削減できるとともにスラッジの発生を低く抑えることができる。

前記回転板は、前記回転板の外面のうち前記油切本体に向けられた面に、前記回転軸の回転中心方向に対して交差する方向に延びる凸部を有していてもよい。
この場合、凸部によって、潤滑油が回転軸の径方向外側へ向かって汲み上げられるので、油切本体へ流入する潤滑油の量をさらに減らすことができる。

本発明の別の態様は、上記態様の油切装置と、前記回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持するケーシングとを備えた回転機械である。

本発明によれば、バッフルプレートと油切本体との間において回転軸に固定された回転板によって、潤滑油の消費量を削減できるとともにスラッジの発生を低く抑えることができる。

本発明の第１実施形態の油切装置を備えた回転機械の模式図である。 同油切装置を示す断面図である。 図２のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の第２実施形態の油切装置の断面図である。 同油切装置における回転板を図４のＸ方向から見た図である。 同回転板の他の構成例を示す図で、図４のＸ方向から見た図である。 同実施形態の変形例の構成を示す図で、図４のＹ方向から見た図である。 図７のＢ−Ｂ線における断面図である。 同実施形態の他の変形例の構成を示す断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態の油切装置は、回転機械に用いられる。回転機械は、蒸気やガス等の流体を羽根車に接触させて流体エネルギーを回転エネルギーに変換することで動力を得る原動機である。
本実施形態の油切装置が適用される回転機械の種類は特に限定されないが、以下では、回転機械の例として、蒸気タービン１を挙げて説明を行う。

図１は、本実施形態の油切装置を備えた回転機械の模式図である。図２は、同油切装置を示す断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。
図１に示す蒸気タービン１は、軸線Ｏを中心に回転するロータ２（回転軸）と、ロータ２に接続され一体となって回転することで動力を得るタービン本体１０と、ロータ２に接続されロータ２を軸線Ｏ方向に支持する軸受台３と、軸受台３に連結された油切装置４とを備える。

ロータ２は、軸線Ｏを中心とする円柱形状をなして形成されている。ロータ２は蒸気タービン１に対して軸線Ｏ方向に延在しており、蒸気タービン１の回転軸をなしている。ロータ２の外周側には、ロータ２とともに回転し、複数の羽根車である動翼を有するタービン本体１０が取り付けられている。
タービン本体１０の概略構成としては、詳細は図示しないが、例えば、ロータ２に突設された複数の動翼（羽根車）と、複数の動翼を収容するケーシングと、ケーシングの内周面に突設された静翼と、を備えている。上記複数の動翼は、ロータ２を中心にして放射状に配設されており、これら複数の動翼と上記複数の静翼とは軸線Ｏ方向に交互に配設されている。タービン本体１０は、流体が流入して動翼と静翼とに当たることで動力を発生させる動力発生部となっている。

軸受台３は、潤滑油を介してロータ２を支持するように、ロータ２の外周面を覆う軸受部２０と、軸受部２０を支持する軸受台２１とを備える。
軸受台３には、図示しない給油機構によって潤滑油が供給されている。

図２に示すように、油切装置４は、軸受台２１に固定されたバッフルプレート２２と、軸受台２１に固定された油切本体２３と、バッフルプレート２２と軸受台２１との間に配されロータ２に固定された回転板２５とを備える。

バッフルプレート２２は、ロータ２の外周面に対してクリアランスを有しており、軸受台３に給油された潤滑油が油切本体２３まで流れ込むのを防止する。本実施形態では、バッフルプレート２２は、軸受台２１に固定されているので静止系である。すなわち、ロータ２はバッフルプレート２２に対して回転する。

油切本体２３は、ロータ２の外周面に対してクリアランスを有しており、油切本体２３は、ロータ２の外周面に向けられた面にラビリンスシール２４を有している。油切本体２３とロータ２との間には潤滑油が介在している。

図３に示すように、回転板２５は、ロータ２に固定された複数の板部材２５ａが組み合わされて、ロータ２を囲む円環状をなしている。回転板２５は、ロータ２の外周面からロータ２の径方向外側に張り出している。ロータ２の回転中心方向から見たときに、回転板２５と油切本体２３とは少なくとも一部が重なっている。また、図２に示すように、回転板２５と油切本体２３との間には隙間（クリアランス）を有する。したがって、回転板２５は、油切本体２３に対しては非接触状態でロータ２とともに回転される。
回転板２５は、ロータ２に対して、ねじ止め等によって固定されている。なお、回転板２５の取り外しが不要であれば、回転板２５は溶接やリベット止めにてロータ２に固定されてもよい。

回転板２５と油切本体２３との間の隙間の大きさは、蒸気タービン１の使用時における潤滑油の粘度等を考慮して適宜設定されてよい。

ロータ２の径方向における回転板２５の寸法は、ロータ２の外周面から回転板２５の最外部までの長さ、すなわちロータ２の外周面からの回転板２５の張り出し量ｈ１（図２，図３参照）が、回転板２５と油切本体２３との間の隙間（クリアランス）の大きさｗ１（図２参照）の１０倍以上となるように設定されることが好ましい。たとえば、回転板２５と油切本体２３との間の隙間が２ｍｍから３ｍｍに設定された場合、ロータ２の外周面から回転板２５の最外部までの長さは２０ｍｍから３０ｍｍ程度であってよい。

次に、本実施形態の油切装置及びこれを備えた回転機械の作用について説明する。
本実施形態の回転機械（蒸気タービン１）は、ロータ２が潤滑油を介して軸受台３に支持されることで、蒸気エネルギーによってロータ２が回転する（図１参照）。ロータ２を支持する軸受台３には潤滑油が常時供給されている。軸受台３に供給された潤滑油の一部は、図２に示すようにバッフルプレート２２とロータ２との隙間を通じて油切本体２３側へと流れ込む場合がある。ここで、本実施形態では、バッフルプレート２２とロータ２との隙間と、油切本体２３とロータ２との隙間とを結ぶ直線を横切るように回転板２５が設けられている。このため、バッフルプレート２２とロータ２との隙間を通じて軸受台３から油切装置４側へ流れ込んだ潤滑油は、回転板２５によってせき止められることにより、油切本体２３とロータ２との隙間に直接は入り込まないようになっている。

なお、軸受台３が配された側が相対的に高圧となり油切装置４が配された側が相対的に低圧となる場合には、潤滑油が油切装置４側へと押し出される力を受ける場合があるが、本実施形態では、ロータ２と共に回転する回転板２５が、回転板２５と油切本体２３との間にある潤滑油をロータ２の径方向外側へと汲み上げるように移動させる（図２参照）。これは、潤滑油の粘性によって潤滑油の一部が回転板２５に付着し、回転板２５がロータ２とともに回転することで、回転板２５に付着した潤滑油を遠心力を用いてロータ２の径方向外側へ移動させることによる。さらに、潤滑油の他に、回転板２５と油切本体２３との間の空間内の空気も回転板２５によってロータ２の径方向外側へと汲み上げられるので、油切本体２３とロータ２との隙間における油ミストの発生量の低減も期待できる。その結果、回転板２５と油切本体２３との間を通じて油切本体２３とロータ２と隙間まで流れ込もうとする潤滑油は回転板２５によって押し戻される。

このように、本実施形態の油切装置及びこれを備えた回転機械によれば、油切本体２３とロータ２との間に流れ込む潤滑油の量を削減することができる。

また、潤滑油が蒸気タービン１における高温箇所に流れ込むと、潤滑油が燃焼したり、スラッジが発生したりするなど、運用上の不都合が生じる可能性が考えられるが、本実施形態では、潤滑油の漏れが低減されたことにより、潤滑油が燃えたりスラッジが発生したりする可能性を低く抑えることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本実施形態の油切装置の断面図である。図５は、同油切装置における回転板を図４のＸ方向から見た図である。図６は、同回転板の他の構成例を示す図で、図４のＸ方向から見た図である。
図４に示す本実施形態の油切装置４Ａは、第１実施形態で説明した回転板２５が、回転軸の回転中心に対して交差する方向に延びる凸部２６を有している点で、上記第１実施形態と構成が異なっている。

図５に示すように、本実施形態において、凸部２６は、回転板２５の外面の内、油切本体２３側に向けられた面において、回転軸の中心を中心とする放射状に複数設けられている。

回転板２５の外面からの凸部２６の突出高さは、回転板２５と油切本体２３との間のクリアランスの大きさ未満とされており、すなわち、凸部２６は油切本体２３に対して僅かに隙間を空けた状態で油切本体２３に対して移動可能となっている。

図５に示すように、凸部２６は、回転軸の外面近傍に一端が位置し、回転板２５の外周部分に他端が位置するように、直線状をなしている。なお、凸部２６の形状は、直線状に限らず、たとえば、図６に示すように、回転軸の回転方向Ｒ１へ向かうに従って回転板２５の径方向内側へ向かうように傾斜していたり曲線状をなしていたりしてもよい。

本実施形態では、第１実施形態と同様に回転軸が回転されると回転板２５が回転軸とともに回転するので、回転板２５に設けられた凸部２６も回転板２５と一体に回転する。回転板２５と油切本体２３との間に入り込んだ潤滑油は、回転軸の回転中心を中心として回転移動する凸部２６によって押され、遠心力によって回転板２５の径方向外側へ押し出される。これにより、回転板２５と油切本体２３との間の隙間にある潤滑油は回転軸の回転力によってバッフルプレート２２側へと押し戻される。
本実施形態の油切装置は、上記第１実施形態と比較して潤滑油の押し出し力が強い。

（変形例１）
次に、本実施形態の変形例について説明する。図７は、同実施形態の変形例の構成を示す図で、図４のＹ方向から見た図である。図８は、図７のＢ−Ｂ線における断面図である。
図７及び図８に示すように、本変形例では、複数の板部材２５ａが繋ぎ合わされて形成された回転板２５において、各板部材２５ａのつなぎ目部分に上記実施形態の凸部２６と同様の効果を奏する凸部２６Ａが設けられている点で、上記第２実施形態と構成が異なっている。

すなわち、本実施形態では、回転板２５は、回転軸の回転中心が延びる方向において各板部材２５ａの一部が重ねられていることにより、各板部材２５ａが重ねられた部分が上記第２実施形態で説明した凸部２６と同様に油切本体２３側に突出した形状とされている。

本実施形態の凸部２６Ａの数は、回転板２５を構成する板部材２５ａの枚数に対応している。本実施形態では、たとえば２枚の板部材２５ａが組み合わされて回転板２５が構成されている場合、各板部材２５ａのつなぎ目である二か所において、回転軸の径方向に延びる凸部２６が生じるようになっている。

複数の板部材２５ａを突き合わせて回転板２５を構成する場合、各板部材２５ａの隙間から潤滑油が漏れ出す可能性が考えられる。これに対して、本変形例では、各板部材２５ａが重ねられていることにより、各板部材２５ａの隙間から侵入する潤滑油の量を減らすことができる。
また、上記第２実施形態と同様に、上記第１実施形態と比較して潤滑油の押し出し力が強い。

（変形例２）
次に、上記実施形態の他の変形例について説明する。図９は、同実施形態の他の変形例の構成を示す断面図である。
本変形例では、第１実施形態及び第２実施形態で説明した回転板２５に代えて、図９に示すように、ロータ２と係合する段差構造２７を有する回転板２５Ａが設けられている。
すなわち、本変形例では、回転板２５Ａには、ロータ２に取り付けられたときにロータ２の径方向外側に向く係合面２７ａが形成されており、ロータ２には、ロータ２の回転中心（軸線Ｏ）に向く被係合面２ａが形成されている。
係合面２７ａが被係合面２ａに接している状態では、ロータ２が回転動作する際に係合面２７ａが被係合面２ａに押圧されるような力がかかる回転板２５Ａにかかる遠心力ではロータ２は変形しないので、回転板２５Ａはロータ２の被係合面２ａに係合された状態で維持される。

本変形例では、回転板２５Ａにかかる遠心力を被係合面２ａが受け止める構成を有しているので、回転板２５Ａをロータ２に取り付けるためのねじ等の強度に余裕ができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
また、上述の各実施形態及びその変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

１ 蒸気タービン（回転機械）
２ ロータ（回転軸）
２ａ 被係合面
３ 軸受台
４，４Ａ 油切装置
１０ タービン本体
２０ 軸受部
２１ 軸受台
２２ バッフルプレート
２３ 油切本体
２４ ラビリンスシール
２５，２５Ａ 回転板
２６，２６Ａ 凸部
２７ 段差構造
２７ａ 係合面
Ｏ 軸線（ロータの回転中心）

Claims (3)

1. 回転軸の外周面に対して隙間を有して前記回転軸を囲む油切本体と、
   前記回転軸の回転中心に沿った方向に前記油切本体から離間した位置において前記油切本体に対して位置関係が固定された状態で前記回転軸の外周面に対してクリアランスを有して前記回転軸を囲むバッフルプレートと、
   前記油切本体と前記バッフルプレートとの間において前記油切本体に対してクリアランスを有して前記回転軸に固定され前記回転軸の外周面から径方向外側に張り出した板状の回転板と、
   を備え、
   前記回転軸の径方向における前記回転板の張り出し量は、前記回転板と前記油切本体との間のクリアランスの１０倍以上である
   油切装置。
2. 請求項１に記載の油切装置であって、
   前記回転板は、前記回転板の外面のうち前記油切本体に向けられた面に、前記回転軸の回転中心方向に対して交差する方向に延びる凸部を有する
   油切装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の油切装置と、
   前記回転軸と、
   前記回転軸を回転可能に支持するケーシングと、
   を備えた回転機械。

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