JP2863199B2

JP2863199B2 - ガスタービン機関

Info

Publication number: JP2863199B2
Application number: JP1145841A
Authority: JP
Inventors: 昭義西原; 康之浜地; 博史小川; 三樹雄堀田; 俊充福井; 幸人米田
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH0311129A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、ガスタービン機関の軸受支持構造に関する
ものである。

（ロ）従来技術従来からガスタービン機関の軸受支持装置に関する技
術は公知とされているのである。

例えば、実開昭58−122753号公報や、実開昭58−1227
52号公報や、実開昭56−163725号公報や、実開昭64−32
434号公報や、実開昭56−127830号公報に記載の技術の
如くである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点本発明は、次の点を改善せんとするものである。

まず、コンプレッサー室Ｐとタービンロータ室側の圧
力差により発生していたタービンロータ軸2bに掛かる課
題なスラスト力を、カップリング４の拡張面4aの部分に
発生するスラスト力によりある程度減殺し、タービンロ
ータ軸2bを軸受け支持しているスクイズフィルム軸受３
や玉軸受50の耐久性の低下を阻止するものである。

次に、タービンロータ軸2bを支持する最も重要な軸受
であるスクイズフィルム軸受３のスクイズフィルムＳ
を、燃焼ガス室Ａの高熱が伝達されることにより破壊さ
れることのないようにして、該スクイズフィルム軸受３
の耐久性を向上したものである。

（ニ）問題を解決するための手段本発明の目的は以上の如くであり、次に該目的を達成
する為の構成を説明する。

ガスタービン機関において、コンプレッサ１のコンプ
レッサ軸1aと、タービンロータ２のタービンロータ軸2b
との結合部をカップリング４にて結合し、該カップリン
グ４に拡張面4aを設けて、コンプレッサ吐出側の圧縮空
気圧と、タービンロータ側の低圧空気圧との圧力差を該
拡張面4aに付勢して、軸方向のスラスト力を減殺したも
のである。

また、ガスタービン機関においてタービンロータ軸2b
の軸受３の外輪に潤滑油によるスクイズフィルムＳを構
成すると共に、タービンロータ２側の高熱が該スクイズ
フィルムＳに伝達するのを防ぐべく、周囲に潤滑油溜ま
り部T,Qを構成したものである。

（ホ）実施例本発明の目的・構成は以上の如くであり、次に添付の
図面に示した実施例の構成を説明する。

第１図はガスタービンに発電機Ｄを付設した状態の正
面図、第２図はガスタービン部分の正面断面図、第３図
はガスタービンと発電機Ｄとの接合カップリング部の拡
大断面図、第４図はタービンロータ軸2bとコンプレッサ
軸1aとを連結するカップリング４とスクイズフィルムＳ
の部分を示す拡大断面図、第５図は燃焼器スクロール９
とノズルケース24と排気ディフューザ31との連結構成を
示す拡大断面図、第６図はタービンロータ軸2bのみを取
り出した図面、第７図は軸受ボス部44とスクイズフィル
ム軸受３の部分を示す拡大断面図である。

第１図において、ガスタービンＧの上方に燃焼器10が
突出しており、該燃焼器10より噴出する燃焼ガスにより
タービンロータ２のロータ翼2aを回転し、該タービンロ
ータ２のタービンロータ軸2bを減速装置Ｍ方向へ突出
し、該タービンロータ軸2bにコンプレッサ１を固定し、
コンプレッサ１により吐出する圧縮空気を燃焼器10に供
給している。

そして、タービンロータ軸2bが減速装置Ｍ内に突出
し、該減速装置Ｍ内において減速後に、出力軸側カップ
リング20とダイナモ軸側カップリング21により連結して
発電機Ｄのダイナモ軸７を駆動している。

第２図において、ガスタービンＧと減速装置Ｍの構成
について説明する。

ガスタービンＧは燃焼器10より噴出する燃焼ガスを燃
焼器スクロール９とにより構成した燃焼ガス室Ａ内に噴
出し、絃燃焼ガス室Ａ内において渦巻流として、タービ
ンノズル24aの部分から吐出し、タービンロータ２のロ
ータ翼2aを回転している。

回転後の燃流ガスはノズルケース24から排気ディフュ
ーザ31を経て、外気に排出されるのである。

また、該タービンロータ２の回転をタービンロータ軸
2bより減速装置Ｍ側に伝達し、該タービンロータ軸2bが
コンプレッサー室Ｐに突出した部分にコンプレッサ１の
コンプレッサ軸1aを、カップリング４を介して連結して
いる。

そして、該コンプレッサ１により吸入した空気を圧縮
空気として吐出し、圧縮空気通路Ｅを経て燃焼器10に供
給しているのである。

タービンロータ軸2bの端部が減速装置Ｍ内に突出した
部分に出力カップリング５を介して筒軸34が連結されて
おり、該筒軸34の端部に小径ギア軸35が外嵌されてい
る。該小径ギア軸35にカウンター軸39の上の大径ギア37
が噛合しており、該大径ギア37の上には潤滑油ポンプ駆
動ギア38と小径ギア15が固定されている。該小径ギア15
は出力軸12の上の大径ギア14と噛合している。

また、出力軸12には始動ギア40が固設されており、該
始動ギア40は起動モータ33のギアと起動時のみ噛合すべ
く構成している。

出力軸12の発電機Ｄ側には出力軸側カップリング20が
固定されており、該出力軸側カップリング20にトルク吸
収弾性体23を介して、ダイナモ軸側カップリング21が連
結されている。

また、出力軸側カップリング20の周囲に芯出ベアリン
グ８を介装して、ダイナモ軸側カップリング21を芯出し
した上で軸受している。

次に、第３図において、出力軸12とダイナモ軸７との
連結部について説明する。

該発電機Ｄは片軸受型の発電機を付設している。即
ち、発電機Ｄのダイナモ軸７を発電機Ｄのケースに支持
する軸受は、左端部の軸受41だけであり、ダイナモ軸７
の右端部はダイナモ軸側カップリング21と出力軸側カッ
プリング20を介して出力軸12により支持しているのであ
る。

出力軸12は減速装置Ｍのケースに軸受42と43により強
固に支持されているので、該出力軸12の右端においてダ
イナモ軸７を軸受支持することは強度上の問題は無いの
である。

ダイナモ軸７の右端の軸受支持は、実質上は出力軸12
の軸受42,43が兼用しているのであるが、出力軸側カッ
プリング20とダイナモ軸側カップリング21の間にトルク
吸収弾性体23を介装しているので、該トルク吸収弾性体
23の弾性収縮幅だけダイナモ軸側カップリング21が軸芯
回りに振動する恐れがあるので、このトルク吸収弾性体
23の収縮により発生する振動を吸収する為に、負荷は支
持しないが芯出しのみを行う為の芯出ベアリング８を、
出力軸側カップリング20とダイナモ軸側カップリング21
の間に介装しているのである。

トルク吸収弾性体23は弾性体固定ボルト25により出力
軸側カップリング20の外周に固着しており、該弾性体固
定ボルト25に嵌挿した上端のトルク吸収弾性体23を減速
装置Ｍのケースに設けた点検整備口から脱着作業を可能
としているのである。44は発電機Ｄを冷却する為の冷却
ファン羽根である。

次に、第４図と第６図において、タービンロータ軸2b
と筒軸34の連結部について説明する。

減速装置Ｍのケースより軸受ボス51を突出し、該軸受
ボス51の内側にコンプレッサ１のコンプレッサ軸1a部分
を軸受支持する玉軸受50を嵌挿している。該玉軸受50を
紬受ボス51の方向に押圧する役目を出力カップリング５
の右端がしている。

該出力カップリング５はコンプレッサ軸1aの外周に嵌
合しており、また円周の一部を削除して直線的に平坦状
部分を構成した断面Ｄ型嵌合孔5aの部分でタービンロー
タ軸2bの断面Ｄ型切欠部2dに係合嵌入している。また出
力カップリング５の右側にはスプライン孔が設けられて
おり、該スプライン孔に筒軸34のスプライン部が係合し
て動力をタービンロータ軸2bから出力カップリング５を
介して筒軸34に伝達している。

そして、該出力カップリング５をタービンロータ軸2b
に固定する固定ナット６が設けられており、該固定ナッ
ト６は出力カップリング５のスプライン孔の凹部に嵌入
している。

該固定ナット６を稔じ込んで行くと、出力カップリン
グ５が玉軸受50を押圧し締結されるのである。

また、出力カップリング５の外周に回転数センサー32
の検出用ギア5bが刻設されている。

該コンプレッサ軸1aとタービンロータ軸2bは右端にお
いてカップリング４によっても一体化されており、同じ
回転数で回転するので、出力カップリング５とコンプレ
ッサ軸1aとの間で相対回転は発生しないのである。

故に、出力カップリング５は玉軸受50に支持されて、
軸芯位置が決定しているコンプレッサ軸1aとタービンロ
ータ軸2bとの位置関係を、両軸に嵌合していることによ
り決定し、タービンロータ軸2bの芯出しを行っているの
である。

次に、コンプレッサ軸1aの右側端部と、タービンロー
タ軸2bとの連結部について、第４図、第７図より説明す
る。

減速装置Ｍのケースより軸受ボス部44がタービンロー
タ軸2bの周囲まで突設されており、該軸受ボス部44の軸
受孔にスクイズフィルム軸受３を嵌合して、タービンロ
ータ軸2bの径大部を軸受支持している。該タービンロー
タ軸2bはタービンロータ２と一体化されている。

そして、該軸受ボス部44の左側にシール体ハウジング
45が嵌挿されており、該シール体ハウジング45に環状シ
ール体52,53を介して、カップリング４が嵌挿されてい
る。

該カップリング４は、断面Ｄ型孔4b,4cを構成してお
り、該断面Ｄ型孔4bにコンプレッサ軸1aの断面Ｄ型切欠
部が嵌入し、断面Ｄ型孔4c部分にタービンロータ軸2bの
断面Ｄ型切欠部2cが嵌入して、タービンロータ軸2bとコ
ンプレッサ軸1aとを一体的に回転するように結合してい
るのである。

該カップリング４はこのタービンロータ軸2bとコンプ
レッサ軸1aの結合の役目と共に、コンプレッサー室Ｐと
タービンロータ室の圧力の相違により玉軸受50に掛かる
スラスト力を緩和させる役目をしているのである。

即ち、タービンロータ２によりタービンロータ軸2bを
右方向に引っ張るスラスト力が440kg程度であり、コン
プレッサ軸1aによりタービンロータ軸2bを左方向に引っ
張るスラスト力は250kg程度であり、スラスト力の差190
kgがタービンロータ軸2bの右方向のスラスト力として作
用し、これがスクイズフィルム軸受３や玉軸受50等の耐
久性に悪影響を与えるのである。

本発明においては、190kgものスラスト力が常時作用
するのを、せめて100kg程度に下降させる為に、カップ
リング４に拡張面4aを構成し、該拡張面4aの背室ｍにコ
ンプレッサ１の吐出空気を圧縮空気案内孔ｎより導入し
て、該拡張面4aの部分に略100kgの左方向へのスラスト
力として作用させたものである。

これにより、タービンロータ軸2bの残る190kgの右方
向へのスラスト力を、100kg減殺して、残った右方向へ
のスラスト力を90kgとして、スクイズフィルム軸受３や
玉軸受50等の耐久性を向上させたものである。

また、スクイズフィルム軸受３の耐久性を向上する為
に、該スクイズフィルム紬受３の外周にスクイズフィル
ムＳを構成すべく、潤滑油供給パイプ48より、継手潤滑
油路55と軸受ボス部44の油路56を介して、スクイズフィ
ルム軸受３のアウター外周に潤滑油を供給しているので
ある。

これにより、スクイズフィルム軸受３の外周に潤滑油
のフィルム上の部分ができて、タービンロータ２の高速
回転に対してスクイズフィルム軸受３の耐久性を向上す
るのである。

しかし、該カップリング４自体にタービンロータ２の
高熱が伝達されるので、スクイズフィルムＳの部分が高
熱となると、スクイズフィルムＳの油膜性能が低下する
のである。

これを防ぐ為に、スクイズフィルムＳの左右に潤滑油
溜まり部T,Qを構成し、該潤滑油溜まり部T,Qにより、右
側環状シール体嵌入体46と、左側のシール体ハウジング
45から軸受ボス部44のスクイズフィルムＳの部分に高熱
が伝達されるのを防止しているのである。

該潤滑油溜まり部T,Qの潤滑油は、潤滑油供給パイプ4
8より油路56を経た潤滑油を、右側環状シール体嵌入体4
6に開口した油路57により軸受３の内輪転動部に案内
し、一部は該潤滑油溜まり部Ｑを、一部はスクイズフィ
ルム軸受３の球間隙を通過して左側の潤滑油溜まり部Ｔ
に至るように構成しているのである。

そして、潤滑油溜まり部T,Qの潤滑油は潤滑油溜まり
部T,Qから油継手47の油路を経て、潤滑油供給パイプ48
の外周に構成した排出油路49を経て、出力室Ｂ内に還流
されるのである。

潤滑油溜まり部T,Qは軸受ボス部44の左側端とシール
体ハウジング45の右端との間に構成しており、潤滑油溜
まり部Ｑは、軸受ボス部44の右端部と右側環状シール体
嵌入体46の左端部との間に構成しているのである。

また、右側環状シール体嵌入体46に後述するタービン
ケース29の基部が嵌合している。

次に、第５図において、潤滑油溜まり部Ｑとノズルケ
ース24とタービンケース29の取付構成について説明す
る。

前述の如くガスタービンケースから突出した軸受ボス
部44に右側環状シール体嵌入体46を固設し、該右側環状
シール体嵌入体46の外周にタービンケース29を固定して
いる。

タービンロータ２もカップリング４、コンプレッサ軸
1aを介して玉軸受50により支持されているので、タービ
ンケース29とロータ翼2aとは一定の間隙を保っている。

これに対して、燃焼器スクロール９とノズルケース24
は弾性環状部材30を介して弾性的に支持されているので
ある。

即ち、タービンケース29の外周にノズルケース24のタ
ービンノズル24aの部分が遊嵌されており、外周部分は
弾性環状部材30により支持した環状支持体59に抜け止め
固定され支持されているのである。

また、ノズルケース24の排気ディフューザ31側は、摺
動リング嵌挿体61に内嵌した摺動リング58を介して、排
気ディフューザ31の外周に遊嵌されている。該排気ディ
フューザ31自体はガスタービン機関Ｇのケースに支持さ
れており、確実に位置決めがなされているのである。

故に、確実にガスタービン機関Ｇのケースに固定され
た排気ディフューザ31とタービンケース29の上に設けた
弾性環状部材30を介して取り付けられたノズルケース24
は摺動リング58によりタービンロータ軸2bの軸方向にス
ライド移動可能としてある。

また、該ノズルケース24に対して、燃焼器スクロール
９を、タービンロータ軸2bの軸心方向にスライド可能に
拘束しない状態で支持しているのである。

即ち、燃焼器スクロール９は取付部9bにより摺動リン
グ嵌挿体61に固定されているのである。該摺動リング嵌
挿体61自体が摺動リング58の部分で排気ディフューザ31
に対して摺動するのであり、燃焼器スクロール９も軸方
向にスライドするのである。そして燃焼器スクロール９
のタービンノズル24a側も、タービンノズル側端部9c,9d
でノズルケース24にスライド可能に嵌挿されているので
ある。

このようにノズルケース24と燃焼器スクロール９を、
どちらもガスタービン機関Ｇのタービンケース29に対し
て、タービンロータ軸2bの軸心から外周方向に伸縮可能
で、且つタービンロータ軸2bの軸方向に、スライド可能
な、拘束されない浮いた様な状態で支持したことによ
り、燃焼器10の燃焼ガスによりこれらの部材が伸縮を繰
り返した際においても、全体的に燃焼器スクロール９と
ノズルケース24が伸縮して、結合部に無理が掛からない
ように構成しているのである。

（ヘ）発明の効果本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を
発揮するものである。

請求項（１）の如く、コンプレッサ１のコンプレッサ
軸1aと、タービンロータ２のタービンロータ軸2bとの結
合部をカップリング４にて結合し、該カップリング４に
拡張面4aを設けて、コンプレッサ吐出側の圧縮空気圧
と、タービンロータ側の低圧空気圧との圧力差を該拡張
面4aに付勢して、軸方向のスラスト力を減殺したので、
コンプレッサー室Ｐとタービンロータ軸2bに掛かる過大
なスラスト力を、カップリング４の拡張面4aの部分に発
生するスラスト力によりある程度減殺することができる
ので、タービンロータ軸2bを軸受支持しているスクイズ
フィルム軸受３や玉軸受50の耐久性の低下を阻止するこ
とが出来たものである。

請求項（２）の如く、タービンロータ軸2bの軸受３の
外輪に潤滑油によるスクイズフィルムＳを構成すると共
に、タービンロータ２側の高熱が該スクイズフィルムＳ
に伝達するのを防ぐべく、周囲に潤滑油溜まり部T,Qを
構成したので、タービンロータ軸2bを支持する最も重要
な軸受であるスクイズフィルム軸受３のスクイズフィル
ムＳを、燃焼ガス室Ａ側の高熱が伝達されることにより
破壊することがなく、該スクイズフィルム軸受３の耐久
性を向上することが出来たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンに発電機Ｄを付設した状態の正面
図、第２図はガスタービン部分の正面断面図、第３図は
ガスタービンと発電機Ｄとの接合カップリング部の拡大
断面図、第４図はタービンロータ軸2bとコンプレッサ軸
1aとを連結するカップリング４とスクイズフィルムＳの
部分を示す拡大断面図、第５図は燃焼器スクロール９と
ノズルケース24と排気ディフューザ31との連結構成を示
す拡大断面図、第６図はタービンロータ軸2bのみを取り
出した図面、第７図は軸受ボス部44とスクイズフィルム
軸受３の部分を示す拡大断面図である。Ａ……燃焼ガス室Ｂ……出力室Ｄ……発電機Ｐ……コンプレッサー室１……コンプレッサ 1a……コンプレッサ軸２……タービンロータ 2a……ロータ翼 2b……タービンロータ軸４……カップリング 4a……拡張面７……ダイナモ軸８……芯出ベアリング９……燃焼器スクロール 12……出力軸 23……トルク吸収弾性体 24……ノズルケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀田三樹雄大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (72)発明者福井俊充大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (72)発明者米田幸人大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (56)参考文献実開昭63−28847（ＪＰ，Ｕ) 実公昭62−11314（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02C 7/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービン機関において、コンプレッサ
１のコンプレッサ軸1aと、タービンロータ２のタービン
ロータ軸2bとの結合部をカップリング４にて結合し、該
カップリング４に拡張面4aを設けて、コンプレッサ吐出
側の圧縮空気圧と、タービンロータ側の低圧空気圧との
圧力差を該拡張面4aに付勢して、軸方向のスラスト力を
減殺したことを特徴とするガスタービン機関。
【請求項２】ガスタービン機関において、タービンロー
タ軸2bの軸受３の外輪に潤滑油によるスクイズフィルム
Ｓを構成すると共に、タービンロータ２側の高熱が該ス
クイズフィルムＳに伝達するのを防ぐべく、周囲に潤滑
油溜まり部T,Qを構成したことを特徴とするガスタービ
ン機関。