JP4156261B2 - ガスタービンエンジンの運転方法、油溜め減圧装置及び該装置を備えたガスタービンエンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンに用いられる油溜め減圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは、一般的に軸を回転可能に支持する少なくとも１つの軸受組立体を含む。軸受組立体はオイルで潤滑され、また他のエンジン構成部品からの熱はその同じオイルにより吸収されて放散される。従って、軸受組立体は油溜めの内部に収納され、該油溜めは、加圧状態で潤滑オイルを軸受組立体に供給する供給ポンプと潤滑オイルを油溜めから除去する排油ポンプとを備える。排油ポンプは、戻りオイルをタンク又はリザーバに戻す前に熱交換器を通過させる。軸受組立体の油溜めはまた、ロータ軸に沿った油溜めからのオイルの漏洩の最少化を促進するシール組立体を含む。
【０００３】
軸受組立体の油溜めからのオイルの漏洩の減少をさらに促進するために、少なくとも幾つかの公知の軸受組立体の油溜めがまた、加圧空洞の内部に収納される。空洞はロータ軸の周りに延びる密封ラビリンスを備える。運転中に、軸受組立体の油溜めの周りを正圧に維持するために、加圧された空気がそれを取り囲む各加圧空洞に供給される。従って、より低い運転圧力を有する軸受組立体の油溜めからより高い運転圧力を有する加圧空洞へのオイルの漏洩の減少を促進する。
【特許文献１】
米国特許５，３１９，９２０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一部のエンジン運転状態の間は、加圧空洞に供給される空気の加圧が、軸受組立体の油溜め又はシールからオイルが漏洩するのを防止するには不十分である場合がある。さらに、このような漏洩が過大である場合には、そのような漏洩の元を確認して、さらなる漏洩を生じないように防止するためにエンジンを修理する必要があり、これは時間と費用のかかる処置となる可能性がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
例示的な実施形態において、 ガスタービン用の油溜め減圧装置は、対費用効果が良くかつ信頼性のある方法で軸受組立体の油溜めからのオイルの漏洩の減少を促進する。エンジンは、少なくとも１つの軸受組立体を含む。油溜め減圧装置は、油溜め加圧空洞と、油溜めオイル空洞と、空気ポンプとを含む。軸受組立体は、油溜めオイル空洞の内部に収納され、油溜め加圧空洞と流体連通するように連結される。空気ポンプは、油溜めオイル空洞と流体連通するように連結される。
【０００６】
低出力又は無負荷エンジン運転時には、油溜め減圧装置が起動して、オイルが油溜めオイル空洞から誤って漏洩するのを防止することができる。より具体的には、油溜め減圧装置の空気ポンプは、油溜めオイル空洞内の運転圧力が油溜め加圧空洞内の運転圧力よりも低下するように、油溜めオイル空洞から空気を吸引する。その結果、対費用効果が良くかつ信頼性のある方法で低出力又は無負荷エンジン運転時に、より低い圧力にされた油溜めオイル空洞からオイルが漏洩するのを防止する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、及び燃焼器１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。圧縮機１２及びタービン２０は第１の軸２２により連結され、また圧縮機１４及びタービン１８は第２の軸２４により連結される。１つの実施形態において、エンジン１０は、オハイオ州シンシナチにあるＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＬＭ２５００型又はＬＭ２５００＋型エンジンである。
【０００８】
エンジン１０はまた、軸２２及び２４を回転可能に支持する複数の軸受組立体２６を含む。各軸受組立体２６は、各軸受組立体２６を冷却しかつ潤滑するために各軸受組立体２６にオイルを供給する潤滑装置２８と流体連通するように連結される。潤滑装置２８は業界では公知であり、付属駆動装置又はギヤボックス３２により駆動される供給及び排油ポンプ組立体３０を含み、これもまた業界では公知である。より具体的には、組立体３０の供給部（図１には示さず）は、軸受組立体２６の油溜め（図１には示さず）に加圧状態で供給源（図示せず）からオイルを供給して、各軸受（図１には示さず）を冷却しかつ潤滑する。組立体３０の排油部（図１には示さず）は、軸受組立体の油溜めから潤滑オイルを吸引し、熱交換装置（図示せず）を介してオイルを供給源に戻す。
【０００９】
エンジン運転中、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気が低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送り込まれる。燃焼器１６からの空気流（図１には示さず）は、タービン１８及び２０を駆動して、ノズル３６を通ってガスタービンエンジン１０を流出する。
【００１０】
図２は、ロータ軸４２を回転可能に支持する軸受組立体４０を含む潤滑装置２８の概略図である。１つの実施形態において、ロータ軸４２は図１に示すロータ軸２２のような軸である。別の実施形態において、ロータ軸４２は図１に示すロータ軸２４のような軸である。軸受組立体４０は、油溜めオイル空洞４４の内部に収納され、それぞれ潤滑装置の供給部４６及び排油部４８と流体連通している。より具体的には、潤滑装置の供給部４６は、油溜めオイル空洞４４に供給源（図示せず）から加圧状態でオイルを供給して、各軸受組立体の軸受５０を冷却しかつ潤滑する。さらに、潤滑装置の排油部４８は、油溜めオイル空洞４４から潤滑オイルを吸引してオイルを供給源に戻す。
【００１１】
この例示的な実施形態においては、油溜めオイル空洞４４は、複数のシール組立体６０を含み、潤滑装置の供給部分４６から加圧状態で供給されるオイルが、軸４２に沿って空洞４４から誤って漏洩するのを防止することができる。各シール組立体６０は、空気シール部分６２及びオイルシール部分６４を含む。オイルシール部分６４は、複数の逆巻きねじ山６５を備える各シール組立体６０の内部に連結される。さらに、各オイルシール部分６４はオイルスリンガ６６を含むので、ロータ軸４２に沿って各シール組立体６０に流入するオイルは、軸４２が回転している時には、油溜めオイル空洞４４に戻される。油溜めオイル空洞４４はまた、油溜め減圧装置（図２には示さず）に連結される油溜め通気口７０も含む。
【００１２】
油溜めオイル空洞４４は、油溜め加圧空洞８０の内部に収容されている。油溜め加圧空洞８０は、空気源と流体連通しており、油溜め加圧空洞８０を加圧するための加圧空気８２を受ける。１つの実施形態において、加圧空気８２は高圧圧縮機１４から供給される。油溜め加圧空洞８０は、複数の空気シール組立体８６を含み、油溜め加圧空洞８０に供給される加圧空気８２が、軸４２に沿って油溜め加圧空洞８０から誤って逸出するのを防止することができる。１つの実施形態において、シール組立体８６は密封ラビリンスシールとして知られている。油溜めオイル空洞の油溜め通気口７０は、油溜め加圧空洞８０を貫いて延びる。
【００１３】
図３は、潤滑装置２８と共に用いられる油溜め減圧装置９０の概略図である。この例示的な実施形態において、油溜め減圧装置９０は、空気／オイル分離器９２及び空気ポンプ９４を含む。空気／オイル分離器９２は、業界では公知であり、付属駆動装置又はギヤボックス３２により駆動され、これもまた業界では公知である。より具体的には、空気／オイル分離器９２は入口９５及び出口９６を含む。別の実施形態においては、油溜め減圧装置９０は空気／オイル分離器９２を含まない。分離器入口９５は、油溜めオイル空洞の油溜め通気口７０に連結され、これは業界では公知であり、油溜めオイル空洞４４を流出する空気と空気と共に運ばれてきたオイルを分離する。
【００１４】
分離器の出口９６は空気ポンプ９４に連結される。より具体的には、空気ポンプ９４は、空気／オイル分離器９２の下流に位置し、吸入口９８及び排出口１００を含む。空気ポンプの吸入口９８は、空気／オイル分離器の出口９６と流体連通するように連結され、また空気ポンプの排出口１００は、エンジン１０から排気を放出する公知のエンジン排気及びガス抜き装置１０２と流体連通するように連結される。別の実施形態においては、空気ポンプの排出口１００はガス抜き装置１０２とは連結されず、代わりに公知のエンジン外に固定設置された空気／オイル分離器と流体連通するように連結される。油溜め減圧装置の空気ポンプ９４は、空気ポンプ９４及び油溜め減圧装置９０の作動を制御するエンジン制御装置（図示せず）に電気的に接続される。
【００１５】
通常のエンジン運転時には、オイル及び加圧空気８２が油溜めオイル空洞４４に供給されるので、エンジン圧力は油溜めオイル空洞４４からの不測のオイル漏洩の減少を促進するのに十分である。より具体的には、通常のエンジン運転時には、加圧空気８２は、油溜め加圧空洞８０の内部の運転圧力を油溜めオイル空洞４４の内部の運転圧力を超えるように上昇させる。従って、加圧空気８２は、油溜めオイル空洞のシール組立体６０を通り抜けて油溜めオイル空洞４４中に押し込まれるので、オイルが油溜めオイル空洞４４からシール組立体６０を通り抜けて誤って漏洩するのを防止する。
【００１６】
しかしながら、エンジン低出力又は無負荷運転時には、エンジン圧力が、オイルが油溜めオイル空洞４４からシール組立体６０を通り抜けて誤って漏洩するのを防止するのに十分ではない可能性がある。このような運転状態の間は、エンジン制御装置が油溜め減圧装置９０を起動させて、油溜めオイル空洞４４から誤ってオイルが漏洩するのを防止することを可能にする。より具体的には、油溜め減圧装置の空気ポンプ９４の作動により、空気／オイル分離器９２を介して油溜めオイル空洞４４から空気を吸引し、油溜めオイル空洞４４の内部の運転圧力を油溜め加圧空洞８０の内部の運転圧力以下に低下させる。その結果、油溜め加圧空洞８０に供給される加圧空気８２は、油溜めオイル空洞４４内部のオイルの運転圧力より高い運転圧力を有することになり、オイルが油溜めオイル空洞のシール組立体６０を通り抜けて漏洩するのが防止される。
【００１７】
上述の油溜め減圧装置は、対費用効果が良くかつ高い信頼性がある。油溜め減圧装置は、空気／油分離器に連結される空気ポンプを含み、次に空気／油分離器は油溜めオイル空洞の油溜め通気口に連結される。油溜め減圧装置は、減圧装置が低出力及び無負荷エンジン運転状態の間に起動されるように、エンジン制御装置に電気的に接続される。このようなエンジン運転状態の間には、空気ポンプは、空洞からのオイル漏洩が対費用効果が良くかつ信頼性のある方法で防止されるのが促進されるように、軸受組立体の油溜め空洞の内部の運転圧力を低下させる。
【００１８】
本発明を、種々の特定の実施形態について説明してきたが、本発明は特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変形形態で実施できることは当業者には分かるであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジンの潤滑装置を含むガスタービンエンジンの概略図。
【図２】 図1に示すガスタービンエンジンに用いることができる公知の潤滑装置の概略図
【図３】 図２に示す潤滑装置に用いられる油溜め減圧装置の概略図。
【符号の説明】
２８ 潤滑装置
３２ 付属ギヤボックス
４４ 油溜めオイル空洞
７０ 油溜め通気口
８０ 油溜め加圧空洞
９０ 油溜め減圧装置
９２ 空気／オイル分離器
９４ 空気ポンプ
１０２ エンジン排気及びガス抜き装置

Claims (8)

1. 油溜め加圧空洞（８０）と、
   該油溜め加圧空洞と流体連通する油溜めオイル空洞（４４）と、
   該油溜めオイル空洞と流体連通し、前記油溜め加圧空洞に比して前記油溜めオイル空洞の内部に真空を発生するように構成された空気ポンプ（９４）と、
   エンジンの付属ギヤボックス（３２）に連結された空気／オイル分離器（９２）と
   を含み、
   該空気／オイル分離器（９２）は前記空気ポンプ（９４）と流体連通することを特徴とするガスタービンエンジン（１０）用の油溜め減圧装置（９０）。
2. 前記油溜めオイル空洞（４４）は前記油溜め加圧空洞（８０）の内部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の油溜め減圧装置（９０）。
3. 前記空気ポンプ（９４）は、前記油溜めオイル空洞（４４）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の油溜め減圧装置（９０）。
4. 前記空気ポンプ（９４）は前記空気／オイル分離器の下流に配置され、該空気／オイル分離器は前記油溜めオイル空洞（４４）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の油溜め減圧装置（９０）。
5. 前記エンジン（１０）はエンジン排気装置を含み、前記空気ポンプは前記エンジン排気装置と流体連通することを特徴とする、請求項１に記載の油溜め減圧装置（９０）。
6. 少なくとも１つの軸受組立体（２６）と、
   該軸受組立体に潤滑オイルを供給するように構成された油溜め減圧装置（９０）と、を含み、
   該油溜め減圧装置は、油溜め加圧空洞（８０）と、該油溜め加圧空洞と流体連通する油溜めオイル空洞（４４）と、該油溜めオイル空洞と流体連通し、前記油溜め加圧空洞に比して前記油溜めオイル空洞の内部に真空を発生するように構成された空気ポンプ（９４）と、エンジンの付属ギヤボックス（３２）に連結された空気／オイル分離器（９２）とを含み、該該空気／オイル分離器（９２）は前記空気ポンプ（９４）と流体連通することを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。
7. 前記油溜め減圧装置の空気ポンプ（９４）は、前記油溜めオイル空洞（４４）の下流に配置されることを特徴とする、請求項６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
8. エンジン排気装置を更に含み、前記空気ポンプは前記エンジン排気装置と流体連通することを特徴とする、請求項６に記載のガスタービンエンジン（１０）。

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