JP3969742B2 - 軸受装置から液状潤滑材を排出するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、中心軸線の回りに回転する軸に対する軸受装置から液状潤滑材特に軸受油を排出するための装置に関する。この軸受装置は潤滑材が供給され軸を支持する軸受、この軸受に隣接して軸を包囲する少なくとも一つの密封装置および流出する潤滑材を捕集して排出するための集合室を有している。本発明はまた軸受装置、特に蒸気タービンの軸に対する軸受装置から液状潤滑材を排出するための方法に関する。
本発明は特にタービン設備特に蒸気タービン設備における滑り軸受装置に関する。タービン設備に使用することのできる滑り軸受装置並びにこのような滑り軸受装置から液状潤滑材特に潤滑油を排出するための装置は、例えばヨーロッパ特許出願公開第０３０６６３４号明細書並びに国際特許出願公表第９４／０１７１３号明細書に記載されている。
ヨーロッパ特許出願公開第０３０６６３４号明細書に、タービン機械特に蒸気タービンに対する滑り軸受において静止状態から出発して運転回転数（例えば３０００ｒｐｍ）までの回転数にわたる広い回転数範囲において滑り軸受面から流出する軸受油を円滑に排出できるような漏洩油排出装置付きの非接触式軸封装置が記載されている。そのために油集合環状通路付きの装置が設けられている。この油集合環状通路は曲がり管上にスリット状に延びる弓形開口の形で開けられ、この弓形開口は環状通路の外側輪郭の測地学的な最低点で始まり軸回転方向に見てたかだか油集合環状通路の軸受メタル接合個所までしか達しない軸の円周角範囲にわたって延びている。滑り軸受の密封装置に侵入した漏洩油を排出するために、測地学的に密封装置の下側に漏洩油集合室が溶接されている。この集合管は軸方向に向いた吸込み孔を介して渦を発生する駆動ノズルに開口している。この駆動ノズルは吸込みキャップの形で油集合環状通路の油出口に存在している。これによって滑り軸受に付属された密封装置からの漏洩油もある程度排出できる。
国際特許出願公表第９４／０１７１３号明細書に、軸受装置特に蒸気タービンの終端ジャーナル軸受から潤滑材特に軸受油を排出するための方法および装置が記載されている。その場合終端ジャーナル軸受にタービン軸を包囲する密封装置が付設されている。その両者間に軸を取り囲む集合室が設けられ、この集合室に軸に沿って軸受から流出する潤滑材が流入し、そこから排出される。潤滑材はほとんど速度損失なしに集合室から排出される。軸受油は噴射管を通して排出管に導入される。噴射管と排出管とから成る装置は吸込作用を発生するジェットポンプを形成している。
本発明の課題は、液状の潤滑材が供給され中心軸線の回りに回転する軸を支持する軸受を有する軸受装置から液状潤滑材を排出するための装置を、その軸受から流出する潤滑材が安価な構造的な経費で加速して排出されるように形成することにある。本発明の別の課題は、それに応じて液状潤滑材を加速して排出するための方法を提供することにある。
本発明によればその装置に向けられた課題は、軸受に隣接して軸を包囲する少なくとも一つの密封装置および軸受の第１の端部に付属され軸を取り囲みここから流出する潤滑材を捕集して排出し得る集合室を有している軸受装置において、測地学的に軸受の下側に配置され潤滑材排出路に接続されている潤滑材溜まり室が設けられ、集合室が潤滑材溜まり室を貫通して潤滑材排出路に通じている潤滑材を加速して排出するための転向通路を有していることによって解決される。
この場合、流出する潤滑材特に軸受油の推進力が利用される。潤滑材は軸受から流出する際に、潤滑材が回転軸によって接線方向に吹き飛ばされるので推進力を有している。これによって、流出する潤滑材は接線方向に大きな速度を有している。この速度は転向湾曲管によって十分維持されるので、潤滑材は集合室から加速して排出される。転向湾曲管が接続されている集合室は潤滑材排出路と共にインゼクタのように作用し、軸受の第１の端部と反対側に位置する第２の端部から流出する潤滑材を加速する。この潤滑材は特に軸受ハウジングによって形成されている潤滑材溜まり室に直接流入する。軸の通常運転中において軸受装置に潤滑材が供給されている場合、潤滑材溜まり室の中に潤滑材溜まりが生ずる。軸の回転中に潤滑材が加速して排出されることによって、潤滑材溜まりのレベル（液位）が測地学的に密封装置より下に位置することが保証される。これによって潤滑材溜まりから密封装置への潤滑材の流入は有効に防止される。密封装置の外側に復水器と接続されている空気室が続く蒸気タービンにおいては、復水器への油の望ましくない侵入が有効に防止される。
軸受の第２の端部が潤滑材溜まり室に流れ技術的に直接接続されているように形成されていると有利である。これによって、軸受の第１の端部のインゼクタとして作用する集合室によって加速されて潤滑材溜まり室に支障なしに排出され、これによって軸受装置の内部における潤滑材の望ましくない分配特に軸受装置の密封装置への侵入が十分防止される。
軸受の第２の端部から流出する潤滑材の望ましくない分配は、軸受の第２の端部に隣接し潤滑材を捕集して排出するための集合室によって保証され、その集合室は潤滑材溜まり室への潤滑材の直接的な排出を有利に保証する。
軸受は密封装置とインゼクタとして使用する集合室との間に配置されるのが有利であり、これによって軸受から密封装置の方向に流出する潤滑材の加速的な排出が保証されるので、密封装置への潤滑材の侵入は十分防止される。
それでも密封装置に侵入した潤滑材を吸い出すために、密封装置ハウジングに直接吸込み室が設けられ、この吸込み室は軸を包囲し互いに隣接する二つのシールリングで形成された中間室と流体技術的に接続されている。この流体技術的な接続は、密封装置ハウジングにある多数の孔で行われるのが有利である。これによって中間室に侵入した軸受油を流出することができる。密封装置は好適には多数のシールテープを利用し、従って軸の中心軸線に沿って存在しそれぞれ吸込み室と流体技術的に接続されている多数の中間室を利用している。
吸込み室は好適には密封装置ハウジングに設けられ特に軸方向に延びている少なくとも一つの孔を有している。密封装置に侵入すると予測される潤滑材の量に応じて設置すべき孔が決定され、その場合密封装置ハウジングの熱力学的負荷も考慮される。
吸込み室は好適には潤滑材溜まり室を貫通し潤滑材排出路に開口している吸込み管に接続され、これによってその潤滑材排出路の横断面積が吸込み管によって狭められている。この有利な僅かな横断面積の縮小のために局所的に潤滑材排出路に付加の僅かな負圧が発生される。この負圧は密封装置に侵入した潤滑材の排出を助長する。負圧で自ずと機能するこの密封装置からの潤滑材の吸出しは、たとえ軸受ハウジングからの潤滑剤蒸気の吸引作用が止まっても機能する。従って軸受、特に密封装置に続いている蒸気タービン設備の排気室内における滑り軸受からの潤滑材の流出に対する信頼性が更に与えられる。これによって排気室に接続された復水器が潤滑材で濡らされて蒸気タービンの効率が減少されることは確実に防止される。密封装置に侵入した潤滑材の吸出しは、潤滑材が重力の作用だけで軸受から流出する軸受装置と異なって、インゼクタとして作用する転向湾曲管付きの集合室によって促進される。
好適にはこの装置はタービン設備特に蒸気タービン設備における軸受装置特に滑り軸受装置を有為にするために適している。この装置は特に発電所などにおける高負荷タービン設備に利用するために適し、特にこれはタービン設備の蒸気が充満されている蒸気室の中に配置されている終端ジャーナル軸受における滑り軸受装置を有為にするために適している。軸受装置は勿論上述した構成要素のほかの構成要素を持たせることもできる。多くの蒸気タービンにおいて軸受装置における密封装置は多分割構造および又は構造化して形成されている。即ち軸に沿って見て、タービンの内部と軸受との間にしばしば複数の密封装置部分が位置し、それらの各密封装置部分間に、形態および機能に応じて蒸気が供給されるか真空引きされるか換気される空間が配置されている。これは各部分密封装置において所定の特性特に所定の量、所定の方向および所定の組成をした漏洩流を生じさせ、この潤滑材の漏洩流を所定の個所で密封装置から導き出させ、その都度の組成に応じて他の処理に導くことができる。
中心軸線の回りに回転する軸に対する軸受装置から液状潤滑材を排出するための方法に向けられた課題は、液状潤滑材が供給され軸を支持する軸受、この軸受に隣接して軸を包囲する少なくとも一つの密封装置および軸受の第１の端部に付属され軸を取り囲みここから流出する潤滑材を捕集して排出する集合室を有している中心軸線を中心として回転する軸に対する軸受装置から液状潤滑材を排出するための方法において、集合室から測地学的に軸受の下側に位置する潤滑材溜まり室を貫通している転向通路を介して、加速された潤滑材が潤滑材排出路に導かれることによって解決される。流出する潤滑材の大きな接線方向の流速を利用している転向通路を備えたそのような集合室によって、潤滑材を加速して排出することができる。転向通路は好適には垂直に延びる潤滑材排出路に垂直方向に開口し、この潤滑材排出路は部分的に潤滑材で充填されている潤滑材溜まり室に接続されている。潤滑材溜まり室を貫通して潤滑材排出路に開口している転向湾曲管は潤滑材排出路に負圧を発生し、この負圧によって潤滑材溜まり室から潤滑材が加速して排出される。これによって潤滑材溜まり室内における潤滑材のレベルは測地学的に密封装置より下に維持され、これによって潤滑材は決して潤滑材溜まり室から密封装置に侵入せず、これを貫流しない。
潤滑材溜まり室は軸受の中心軸線に沿って第１の端部と反対側に位置する第２の端部から流出する潤滑材特に軸受油によって充填される。流出する潤滑材の導入は軸受の第２の端部と潤滑材溜まり室との間の自由な流体技術的な接続によって保証される。このために軸を包囲するもう一つの集合室が設けることができ、ここから潤滑材が潤滑材溜まり室に流入する。
密封装置の二つのシールリング間に形成された中間室に流入する潤滑材は密封装置ハウジング内に位置する吸込み室特に軸方向孔に導かれ、そこから潤滑材溜まり室を貫通する吸込み管を介して潤滑材排出路に流入する。潤滑材排出路に開口している吸込み管によって、密封装置に侵入した潤滑材を加速して排出させる付加の負圧が発生される。
以下図に示した実施例を参照して本発明に基づく装置および方法を詳細に説明する。図は部分的な概略図を示す。
図１は蒸気タービンの終端ジャーナル軸受における軸受装置のタービン軸線に沿った縦断面図、
図２は図１における密封装置の範囲の拡大詳細図である。
図１には中心軸線３に沿って延びる蒸気タービン軸４の終端範囲が示されている。タービン軸４は軸受ハウジング２０で包囲されている滑り軸受として形成された軸受５と軸受ハウジング２０をタービン軸４について封止する密封装置７とを含んでいる軸受装置２によって支持されている。この軸受装置２は潤滑材８特に軸受油を軸受ハウジング２０から排出するための装置１を有している。密封装置７並びに軸受５はタービン軸４を円筒状に取り巻いている。軸受５は蒸気タービン設備の通常運転中に潤滑材８を軸受５に導く潤滑材導入路（図示せず）を有している。潤滑材８はタービン軸４の端面２７に属する第１の端部９ａに入り、密封装置７に向いた第２の端部９ｂから流出する。その第１の端部９ａに直接軸受５から大きな接線速度で流出する潤滑材８を捕集してための集合室１０が配置されている。この集合室１０はその測地学的に最も低い点に潤滑材８を導き出す転向通路２５を有している。この転向通路２５は測地学的に軸受５の下側に位置する潤滑材溜まり室１１をほぼ垂直に貫通して導かれ、ほぼ垂直に延びる潤滑材排出路１２に開口している。潤滑材排出路１２は軸受ハウジング２０の支持体２８に埋め込まれている。潤滑材排出路１２は潤滑材溜まり室１１から直接測地学的に下向きに延びている。第２の端部９ｂには同様に第２の端部９ｂから流出する潤滑材８を捕集して排出するための集合室１０ａが設けられている。この集合室１０ａは潤滑材８の潤滑材溜まり室１１へのほぼ妨げのない流出を保証し、これによって潤滑材溜まり室１１は蒸気タービン設備の通常運転中、測地学的に密封装置７より下に位置するレベルまで潤滑材８特に軸受油で充填される。終端ジャーナル軸受５ａを包囲する軸受ハウジング２０は蒸気タービン設備の蒸気室特に排気管の中に配置されている。軸受装置２は支持体２８、２８ａを介して蒸気室内に保持され、その一つあるいは複数の支持体２８は中空となっており、特に潤滑材排出路１２を含んでいる。軸受ハウジング２０は特に蒸気を軸受装置２から隔てるために使用される。軸受ハウジング２０内を空気導入路２２が貫通して導かれ、これは軸受ハウジング２０の外で密封装置７の周囲に開口している。空気導入路２２は別の支持体２８ａの中を通して導かれている。軸受ハウジング２０は油蒸気吸引路２１に接続されているので、軸受ハウジング２０内には常に僅かな負圧がかかっている。密封装置７は図２に詳細に示されている密封装置ハウジング６を有する非接触軸封装置であり、蒸気の流出ないし空気の流入および潤滑材８特に油ないし油蒸気の流出を防止する。軸受ハウジング２０の外で密封装置７とタービン軸４の動翼２４を支持する部分との間に、図示されていない吸引路並びにもうもうと立ち込める蒸気及び遮蔽蒸気の蒸気導入路が設けられている。
密封装置７の中に侵入した潤滑材８を排出するために密封装置７に吸出し管１７が接続されている。この吸出し管１７は潤滑材溜まり室１１内を潤滑材８で充填されている範囲１９を通って導かれ、曲がり管２６でほぼ垂直に潤滑材排出路１２に開口している。これによって潤滑材排出路１２の断面積１８は減少され、これによって付加の負圧が生ずる。転向通路２５が配置されている集合室１０および吸出し管１７が接続されている密封装置７は、潤滑材８を加速して排出するための装置１の一部である。
軸受油８は滑り軸受の軸受５の両端部９ａ、９ｂから流出し、タービン軸４が回転する結果大きな周速を有している。集合室１０において軸受油８は捕集され、転向通路２５を通って潤滑材排出路１２に導かれる。この集合室１０、転向通路２５および潤滑材排出路１２の配列はインゼクタのように作用し、第２の端部９ｂから流出する軸受油８を加速し、この軸受油８は直接潤滑材溜まり室１１に導かれ、そこに油溜まりとしてとどまる。これによって装置にかかる僅かな経費で形成された潤滑材８、軸受油、の排出装置は、油蒸気吸引路２１と無関係にタービン軸４の回転だけで機能する。
図２には図１における密封装置７が拡大して示されている。密封装置７は密封装置ハウジング６を有し、この密封装置ハウジング６にはタービン軸４に沿って密封装置ハウジング６を囲むように多数のシールリング１５が配置されている。この密封装置７においては非接触シール舌片形密封装置が扱われている。それぞれ隣接するシールリング１５間にそれぞれ中間室１４が形成されている。密封装置ハウジング６は吸込み室１３を有し、この吸込み室１３はそれぞれ連絡路２３を通して多数の中間室１４と接続されているている。吸込み室１３は軸方向に中心軸線３に対して平行に密封装置ハウジング６に設けられている一つあるいは多数の孔１６を有している。これらの各孔１６に上述の吸込み管１７が接続されている。多数の孔１６が存在する場合にこれらを共通の通路に接続することも勿論でき、この共通の通路に吸込み管１７が接続される。
密封装置ハウジング６に直接設けられ中間室１４と流体技術的に接続されている吸込み室１３によって、密封装置７に侵入した潤滑材８、特に漏洩油は確実に排出できる。これによって軸受ハウジング２０からの潤滑材８の最終的な流出が軸受５から空気導入路２２の方向に中間室１４を順次充填することが有効に防止される。密封装置ハウジング６における孔１６を通して、潤滑材８は中間室１４から吸込み管１７を介して潤滑材排出路１２に導かれる。吸込み管１７が転向湾曲管２５の範囲で潤滑材排出路１２に開口していることによってこの潤滑材排出路１２の横断面積が狭められ、これによって局所的にさらに負圧が発生される。この負圧によって密封装置７に侵入した潤滑材８は重力の作用の結果のみならず的確な吸込み作用によって排出される。この吸込み作用はインゼクタとして作用する転向湾曲管２５付き集合室１０によって一層助長される。この吸込み作用は油蒸気吸引路２１と無関係に機能し、これによって滑り軸受５から蒸気タービンの排気室への油の流出の防止にさらに寄与する。

Claims (6)

1. 液状潤滑材（８）が供給され中心軸線（３）の回りに回転する軸（４）を支持する軸受（５）、この軸受（５）に隣接して軸（４）を包囲する少なくとも一つの密封装置（７）、および軸受（５）の第１の端部（９ａ）に付属され軸（４）を取り囲み第１の端部（９ａ）から流出する潤滑材（８）を捕集して排出し得る集合室（１０）を有する軸受装置（２）から液状潤滑材を排出するための装置（１）において、測地学的に軸受（５）の下側に潤滑材排出路（１２）と接続されている潤滑材溜まり室（１１）が設けられ、集合室（１０）は潤滑材溜まり室（１１）を貫通して潤滑材排出路（１２）に通じている潤滑材（８）を加速して排出するための転向通路（２５）を有し、かつ軸受（５）の第２の端部（９ｂ）が中心軸線（３）に沿って第１の端部（９ａ）と反対側に位置する第２の端部（９ｂ）は、潤滑材（８）を潤滑材溜まり室（１１）に直接流すためにこの潤滑材溜まり室（１１）と流体技術的に接続され、前記密封装置（７）は、吸込み室（１３）を備える密封装置ハウジング（６）と軸（４）を取り囲み中間室（１４）を形成する少なくとも二つのシールリング（１５）とを有し、その中間室（１４）が流体技術的に前記吸込み室（１３）と接続され、さらに、前記潤滑材溜まり室（１１）を貫通して導かれ前記潤滑材排出路（１２）に開口している吸込み管（１７）に前記吸込み室（１３）が接続され、前記潤滑材排出路（１２）の横断面積が前記吸込み管（１７）によって狭められていることを特徴とする軸受装置から液状潤滑材を排出するための装置（１）。
2. 第２の端部（９ｂ）から流出する潤滑材（８）を捕集してて排出するために第２の端部（９ｂ）に隣接する今一つの集合室（１０ａ）が設けられている請求項１記載の装置（１）。
3. 軸受（５）が密封装置（７）と集合室（１０）との間に配置されている請求項１又は２に記載の装置（１）。
4. 吸込み室（１３）が密封装置ハウジング（６）に開けられた孔（１６）を有している請求項１ないし３のいずれか１つに記載の装置（１）。
5. 軸受装置（２）が終端ジャーナル軸受（５ａ）を含んでいる蒸気タービン設備における請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置（１）。
6. 液状潤滑材（８）が供給され中心軸線（３）の回りに回転する軸（４）を支持する軸受（５）、この軸受（５）に隣接して軸（４）を包囲する少なくとも一つの密封装置（７）および軸受（５）の第１の端部（９ａ）に付属され軸を取り囲み第１の端部（９ａ）から流出する潤滑材（８）を捕集して排出する集合室（１０）を有する軸受装置（２）から液状潤滑材を排出するための方法において、集合室（１０）から測地学的に軸受（５）の下側に位置する潤滑材溜まり室（１１）を貫通している転向通路（２５）を介して、潤滑材（８）が潤滑材排出路（１２）に加速して導かれ、かつ第１の端部（９ａ）に中心軸線（３）に沿って反対側に位置する第２の端部（９ｂ）から流出する潤滑材（８）が潤滑材溜まり室（１１）に直接導入され、転向通路（２５）が潤滑材溜まり室（１１）の潤滑材（８）で充填された範囲（１９）に開口し、さらに、前記密封装置（７）の二つのシールリング（１５）間に形成された中間室（１４）から前記潤滑材（８）が吸込み室（１３）に導かれ、そこから前記潤滑材溜まり室（１１）を貫通している吸込み管（１７）を介して前記潤滑材排出路（１２）に導かれることを特徴とする軸受装置から液状潤滑剤を排出するための方法。

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