JP2863200B2 - ガスタービン機関 - Google Patents

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、実公昭51−15850号公報や、実開昭57−84334
号公報や、実開昭56−113101号公報や、実開昭58−1227
53号公報や、実公昭57−43058号公報や、特開昭48−676
40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。

燃焼器10から発生する高熱燃焼ガスがノズルケース24
に投入されて、該ノズルケース24は膨脹するのである
が、この場合に、ノズルケース24の固着部に無理な力を
加えることなく、ノズルケース24の伸縮が行えるように
支持したものである。

また、ノズルケース24をタービンケース29や排気ディ
フューザ31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に支
持することにより、ノズルケース24と排気ディフューザ
31との、燃焼ガス密封機構を摺動リング58により構成で
きるので、コストが安価で組立も簡単となったものであ
る。

また、前述の如くノズルケース24をタービンケース29
や排気ディフューザ31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、該ノズルケース24に対して、燃焼器ス
クロール９を固着することなく、燃焼器スクロール９の
内外の圧力差によりノズルケース24に対して固着するこ
とにより、高熱燃焼ガスによる膨脹・圧縮に対して柔軟
な状態で、ノズルケース24と燃焼器スクロール９を支持
することが出来るように構成したものである。

（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。

タービンノズル24aを一体的に構成したノズルケース2
4を、タービンロータ２を囲むように配置して、タービ
ンケース29に対して弾性環状部材30により弾性的に支持
した状態で支持すると共に、ノズルケース24に燃焼器ス
クロール９のタービンノズル側端部を、タービンロータ
軸2b方向にスライド自在に嵌合し、燃焼器スクロール９
の排気ディフューザ31側端部をノズルケース24に固定
し、該ノズルケース24の排気ディフューザ31側は、摺動
リング58を介してタービンロータ軸2bの軸心から外周方
向に伸縮自在で、軸心方向に摺動自在に、排気ディフュ
ーザ31に対して支持し、ノズルケース24をタービンケー
ス29に対して、燃焼器スクロール９の外周側が高圧で、
内周側が低圧であることにより発生する圧力差により付
勢押圧させたものである。

（ハ）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により構成した燃焼ガス室Ａ内に噴
出し、該燃焼ガス室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、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の内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とダービンロータ軸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、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型孔4b・4c（第７図）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、該拡散面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だけ減殺して、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軸受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、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外周側
に、摺動リング嵌挿体61に内嵌した摺動リング58を介装
している。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、拘束されない浮いた様な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
向にスライド可能に支持しているのである。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のケースに対して、固着せ
ずに、拘束されない浮いたよう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。

第１に、タービンノズル24aと一体的に構成したノズ
ルケース24を、タービンケース29にタービンロータ２を
囲むように遊合し、ノズルケース24を弾性環状部材30に
より弾性支持したので、燃焼ガス室Ａからの高熱燃焼ガ
スが拡張面4aの部分を通過することによりノズルケース
24が膨脹した場合において、ノズルケース24の全体を弾
性環状部材30により、拘束されない浮いた様な状態に支
持しているので、固着部に無理な力を加えることなく、
ノズルケース24の伸縮が行えるのである。

第２に、ノズルケース24を、拘束されない浮いた様な
状態に支持することにより、ノズルケース24と排気ディ
フューザ31との燃焼ガス密封機構を摺動リング58により
構成できるので、コストが安価で組立も簡単となったも
のである。

第３に、ノズルケース24に燃焼器スクロール９のター
ビンノズル側端部を、タービンロータ軸2b方向にスライ
ド自在に嵌合し、燃焼器スクロール９の排気ディフュー
ザ31側端部をノズルケース24に固定し、該ノズルケース
24の排気ディフューザ31側は、摺動リング58を介してタ
ービンロータ軸2bの軸心から外周方向に伸縮自在で、軸
心方向に摺動自在に、排気ディフューザ31に対して支持
し、ノズルケース24をタービンケース29に対して、燃焼
器スクロール９の外周側が高圧で、内周側が低圧である
ことにより発生する圧力差により付勢押圧させたので、
燃焼器スクロール９の外周側が、流速が遅い為に高圧
で、燃焼器スクロール９の内周側が、タービンノズル24
aを回転させる為に吐出されて、大気圧に近く低下する
ので低圧である為に発生する内外の圧力差により、付勢
押圧することができるのである。

これにより、燃焼器スクロール９をノズルケース24に
対して膨張伸縮可能に支持し、ノズルケース24を更にタ
ービンケース29に対して、膨張伸縮可能に支持すること
ができるのである。

故に、燃焼器スクロール９もノズルケース24も、高熱
により膨張進出したとしても、他の部品に対して拘束さ
れない状態で、浮いた状態に支持しながら、燃焼器スク
ロール９の内外の圧力差により、燃焼器スクロール９を
ノズルケース24に、ノズルケース24をタービンケース29
に支持させることが出来たのである。

【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 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 (56)参考文献 特公 昭51−15850（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02C 7/00 - 7/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービンノズル24aを一体的に構成したノ
   ズルケース24を、タービンロータ２を囲むように配置し
   て、タービンケース29に対して弾性環状部材30により弾
   性的に支持した状態で支持すると共に、ノズルケース24
   に燃焼器スクロール９のタービンノズル側端部を、ター
   ビンロータ軸2b方向にスライド自在に嵌合し、燃焼器ス
   クロール９の排気ディフューザ31側端部をノズルケース
   24に固定し、該ノズルケース24の排気ディフューザ31側
   は、摺動リング58を介してタービンロータ軸2bの軸心か
   ら外周方向に伸縮自在で、軸心方向に摺動自在に、排気
   ディフューザ31に対して支持し、ノズルケース24をター
   ビンケース29に対して、燃焼器スクロール９の外周側が
   高圧で、内周側が低圧であることにより発生する圧力差
   により付勢押圧させたことを特徴とするガスタービン機
   関。