JP4548691B2 - 二重壁の軸受円錐体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの冷却に関し、より具体的には、ガスタービンの軸受ハウジングと排気フレーム構造との間の開放口を塞ぐ二重壁の軸受円錐体に関する。
【０００２】
【従来技術】
軸受円錐体は、ガスタービンにおける障壁であり、ガスタービンの軸受ハウジングと排気フレーム構造との間の開放口を塞ぐ。図１のように、この障壁１００により、ロータ後部シャフト１０４及びタービンの第３段ホイール１０６の周りに空洞１０２が形成され、タービンの第３段ホイール１０６はパージ空気を供給され、空洞１０２内に高温のタービン排気ガスが漏れるのを防止している。通常、排気フレーム冷却回路から放出される空気は、ロータ後部シャフト空洞１０２を加圧しパージするのに使用される。
【０００３】
後部シャフト空洞におけるパージ空気の状態により生じる不都合な熱勾配によって、タービンの第３段ホイールとロータ後部シャフトとのラベット継手において、摩擦の問題が生じていた。第３段ホイールの後部面への排気フレーム冷却空気の衝突及びロータ後部シャフト空洞内への軸受円錐体を通り抜ける軸受トンネルの冷たい空気の漏れ(図１の矢印参照）が、不都合な熱勾配の主要な原因である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、冷却回路の変更が、ロータ後部シャフトの熱的境界条件を改善する一助となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の例示的な実施形態では、ガスタービンの軸受ハウジングと排気フレームとの間の開放口を塞ぐ軸受円錐体が、内径及び外径を備える円錐形の前部プレートを備える。円錐形の後部プレートは、円錐形の前部プレートに入れ子状に間隔をおいて載置れ、また内径及び外径を備える。ハブは、前部プレート及び後部プレートの内径を接続する。好ましくは、ハブは、前部プレート及び後部プレート間の空気流を調量する働きをする孔がその中に設けられる。前部及び後部プレートは、それぞれの外径において前部及び後部サポートプレートに接続される。
また、前部及び後部サポートプレートを接続するガセットプレートを設けることができる。
【０００６】
本発明の別の例示的な実施形態では、ガスタービンの軸受ハウジングの排気フレーム冷却回路は、本発明の軸受円錐体を通る冷却空気流により構成される。冷却回路は、軸受円錐体の前部プレート及び後部プレート間の空気流路を含む。
【０００７】
本発明のさらに別の例示的な実施形態では、ガスタービンは、タービンホイールを支持する軸受ハウジングと、高温燃焼ガスを受け入れまた冷却回路を備える排気フレームを含んでいる。本発明の軸受円錐体は、軸受ハウジングと排気フレームとの間の開放口に配置される。排気フレームには、軸受円錐体の後部サポートプレートを受け入れるスロットを設けることができ、軸受円錐体の後部サポートプレートとスロットとの間にロープパッキンシールが配置される。好ましくは、ハブは、ウェーブシールを介して軸受ハウジングに係合される。軸受円錐体の円錐形の前部プレートは、浮動分割リングシールを介して排気フレームの内部バレルＩＤに係合される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図２から図４を参照にすると、本発明の二重壁の軸受円錐体は、入れ子状に間隔を置いて載置されている２つのプレート、即ち後部プレート１２及び前部プレート１４から構成される。プレート１２、１４は、プレート１２、１４のそれぞれの内径で単一のハブ１６によって接続される。
【０００９】
入れ子状に載置された円錐形のプレート１２、１４は、それらの外径でそれぞれ後部及び前部サポートプレート１８、１９に接続される。ガセットプレート２０は後部及び前部サポートプレート１８、１９と接続し、圧力荷重による応力を最小限にする。
【００１０】
図３に示すように、ハブ１６は、ロータ後部シャフト空洞への空気の流れを調量するように寸法を定められた孔をその中に備える。
【００１１】
図４及び図５を参照すると、軸受円錐体の後部サポートプレート１８の外径は排気フレームのスロット２３と接合するが、このスロットは従来の軸受円錐体の配置を支持するのと同一のスロットである。このスロットの接合面での軸方向の間隙は減少されており、ロープパッキンシール２４（図５）またはその他の適当なシールが、軸受円錐体の後部サポートプレート１８とスロットの間に配置される。
【００１２】
ハブ１６の軸受ハウジングとの接合面では、半径方向の間隙は最小化されており、メリーランド州ベルツヴィルのＥＧ＆Ｇ航空宇宙設計製品部門（Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）から入手できるＷａｖｅ Ｓｅａｌ（登録商標）などの金属シール２６（図６）が、軸受ハウジングとハブ１６との間に配置される。他のシールも用いることができるが、ＥＧ＆ＥのＷａｖｅ Ｓｅａｌ（登録商標）が、相対運動を吸収する能力があるので、好ましい。
【００１３】
二重壁の軸受円錐体の前部サポートプレート１９には浮動分割リングシール２７(図７）が使用され、排気フレームの内部バレルの内径（ＩＤ）２８との接合面に位置する。他のシールを用いることができるが、分割リングシールは、排気フレームに対する軸受ハウジングの軸心のずれを吸収しながら、比較的ぴったりと適合させることができる。また、分割リングシールにより、本発明の二重壁の軸受円錐体を、第２の接合スロットを機械加工することなく、既存の排気フレームに取り付けることが可能になる。
【００１４】
本発明の配置により、二重壁の軸受円錐体は、軸受トンネルの空気に対して正圧の空気圧を与えることにより、排気フレームの接合面において、軸受トンネルの空気がロータ後部シャフト空洞内へ漏れるのをシールする。排気フレーム冷却回路から加圧された空気が二重壁の軸受円錐体内を流れることで、軸受円錐体の排気フレームに対する接合面での全ての空気漏れは、軸受トンネルのより冷たい空気がロータの後部シャフト空洞内に漏れるというよりむしろ、軸受トンネル内に向って漏れることになる。さらに、排気フレームの冷却空気は方向を変えられ、タービンの第３段ホイールの後部面への衝突が除去され、また、ロータ後部シャフト空洞のＩＤにおいて空気をパージすることができるので、後部シャフト空洞全体にわたって流れ及び熱的境界条件をより確定的な設定とすることができる。ハブの調量孔により排気フレームを通る全体の空気流が減少される結果、付加的な温度の上昇をもたらし、ロータの後部シャフトの熱応答性にとって有利になる。
【００１５】
図２によると、冷却回路はこのように、排気フレーム中の高温燃焼ガスを横切り、軸受円錐体の前部プレートおよび後部プレート間を通り、ハブの孔を通る冷却空気流で構成される。軸受円錐体により、ロータの後部シャフト空洞内への軸受トンネルの空気の漏れに対して正圧がかけられる。本発明の二重壁の軸受円錐体により、ロータ後部シャフト空洞の空気温度は、約１００°Ｆ上昇し、その結果、第３段タービンホイールとロータ後部シャフトとの間にみられる摩擦パターンを生ずるラベット径の開口をなくす。
【００１６】
本発明は、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるのではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更形態及び同等の構成を保護することを意図していると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 軸受円錐体及び冷却回路を示す従来のガスタービンの断面図。
【図２】 本発明の二重壁の軸受円錐体を示すガスタービンの断面図。
【図３】 二重壁の軸受円錐体構造を示す図。
【図４】 本発明の軸受円錐体の接合面シールを示す図。
【図５】 図４のロープシールの拡大図。
【図６】 図４のウェーブシールの拡大図。
【図７】 図４の分割リングシールの拡大図。
【符号の説明】
１０２ 空洞
１０４ ロータ後部シャフト
１０６ タービンの第３段ホイール
１０ 軸受円錐体
１２ 円錐形の後部プレート
１４ 円錐形の前部プレート
１６ ハブ
１８ 後部サポートプレート
１９ 前部サポートプレート
２０ ガセットプレート
２２ 孔
２３ 排気フレームのスロット
２４ ロープ実装シール
２６ 金属シール
２７ 浮動分割リング・シール
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの冷却に関し、より具体的には、ガスタービンの軸受ハウジングと排気フレーム構造との間の開放口を塞ぐ二重壁の軸受円錐体に関する。
【０００２】
【従来技術】
軸受円錐体は、ガスタービンにおける障壁であり、ガスタービンの軸受ハウジングと排気フレーム構造との間の開放口を塞ぐ。図１のように、この障壁１００により、ロータ後部シャフト１０４及びタービンの第３段ホイール１０６の周りに空洞１０２が形成され、タービンの第３段ホイール１０６はパージ空気を供給され、空洞１０２内に高温のタービン排気ガスが漏れるのを防止している。通常、排気フレーム冷却回路から放出される空気は、ロータ後部シャフト空洞１０２を加圧しパージするのに使用される。
【０００３】
後部シャフト空洞におけるパージ空気の状態により生じる不都合な熱勾配によって、タービンの第３段ホイールとロータ後部シャフトとのラベット継手において、摩擦の問題が生じていた。第３段ホイールの後部面への排気フレーム冷却空気の衝突及びロータ後部シャフト空洞内への軸受円錐体を通り抜ける軸受トンネルの冷たい空気の漏れ(図１の矢印参照）が、不都合な熱勾配の主要な原因である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、冷却回路の変更が、ロータ後部シャフトの熱的境界条件を改善する一助となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の例示的な実施形態では、ガスタービンの軸受ハウジングと排気フレームとの間の開放口を塞ぐ軸受円錐体が、内径及び外径を備える円錐形の前部プレートを備える。円錐形の後部プレートは、円錐形の前部プレートに入れ子状に間隔をおいて載置れ、また内径及び外径を備える。ハブは、前部プレート及び後部プレートの内径を接続する。好ましくは、ハブは、前部プレート及び後部プレート間の空気流を調量する働きをする孔がその中に設けられる。前部及び後部プレートは、それぞれの外径において前部及び後部サポートプレートに接続される。
また、前部及び後部サポートプレートを接続するガセットプレートを設けることができる。
【０００６】
本発明の別の例示的な実施形態では、ガスタービンの軸受ハウジングの排気フレーム冷却回路は、本発明の軸受円錐体を通る冷却空気流により構成される。冷却回路は、軸受円錐体の前部プレート及び後部プレート間の空気流路を含む。
【０００７】
本発明のさらに別の例示的な実施形態では、ガスタービンは、タービンホイールを支持する軸受ハウジングと、高温燃焼ガスを受け入れまた冷却回路を備える排気フレームを含んでいる。本発明の軸受円錐体は、軸受ハウジングと排気フレームとの間の開放口に配置される。排気フレームには、軸受円錐体の後部サポートプレートを受け入れるスロットを設けることができ、軸受円錐体の後部サポートプレートとスロットとの間にロープパッキンシールが配置される。好ましくは、ハブは、ウェーブシールを介して軸受ハウジングに係合される。軸受円錐体の円錐形の前部プレートは、浮動分割リングシールを介して排気フレームの内部バレルＩＤに係合される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図２から図４を参照にすると、本発明の二重壁の軸受円錐体は、入れ子状に間隔を置いて載置されている２つのプレート、即ち後部プレート１２及び前部プレート１４から構成される。プレート１２、１４は、プレート１２、１４のそれぞれの内径で単一のハブ１６によって接続される。
【０００９】
入れ子状に載置された円錐形のプレート１２、１４は、それらの外径でそれぞれ後部及び前部サポートプレート１８、１９に接続される。ガセットプレート２０は後部及び前部サポートプレート１８、１９と接続し、圧力荷重による応力を最小限にする。
【００１０】
図３に示すように、ハブ１６は、ロータ後部シャフト空洞への空気の流れを調量するように寸法を定められた孔をその中に備える。
【００１１】
図４及び図５を参照すると、軸受円錐体の後部サポートプレート１８の外径は排気フレームのスロット２３と接合するが、このスロットは従来の軸受円錐体の配置を支持するのと同一のスロットである。このスロットの接合面での軸方向の間隙は減少されており、ロープパッキンシール２４（図５）またはその他の適当なシールが、軸受円錐体の後部サポートプレート１８とスロットの間に配置される。
【００１２】
ハブ１６の軸受ハウジングとの接合面では、半径方向の間隙は最小化されており、メリーランド州ベルツヴィルのＥＧ＆Ｇ航空宇宙設計製品部門（Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）から入手できるＷａｖｅ Ｓｅａｌ（登録商標）などの金属シール２６（図６）が、軸受ハウジングとハブ１６との間に配置される。他のシールも用いることができるが、ＥＧ＆ＥのＷａｖｅ Ｓｅａｌ（登録商標）が、相対運動を吸収する能力があるので、好ましい。
【００１３】
二重壁の軸受円錐体の前部サポートプレート１９には浮動分割リングシール２７(図７）が使用され、排気フレームの内部バレルの内径（ＩＤ）２８との接合面に位置する。他のシールを用いることができるが、分割リングシールは、排気フレームに対する軸受ハウジングの軸心のずれを吸収しながら、比較的ぴったりと適合させることができる。また、分割リングシールにより、本発明の二重壁の軸受円錐体を、第２の接合スロットを機械加工することなく、既存の排気フレームに取り付けることが可能になる。
【００１４】
本発明の配置により、二重壁の軸受円錐体は、軸受トンネルの空気に対して正圧の空気圧を与えることにより、排気フレームの接合面において、軸受トンネルの空気がロータ後部シャフト空洞内へ漏れるのをシールする。排気フレーム冷却回路から加圧された空気が二重壁の軸受円錐体内を流れることで、軸受円錐体の排気フレームに対する接合面での全ての空気漏れは、軸受トンネルのより冷たい空気がロータの後部シャフト空洞内に漏れるというよりむしろ、軸受トンネル内に向って漏れることになる。さらに、排気フレームの冷却空気は方向を変えられ、タービンの第３段ホイールの後部面への衝突が除去され、また、ロータ後部シャフト空洞のＩＤにおいて空気をパージすることができるので、後部シャフト空洞全体にわたって流れ及び熱的境界条件をより確定的な設定とすることができる。ハブの調量孔により排気フレームを通る全体の空気流が減少される結果、付加的な温度の上昇をもたらし、ロータの後部シャフトの熱応答性にとって有利になる。
【００１５】
図２によると、冷却回路はこのように、排気フレーム中の高温燃焼ガスを横切り、軸受円錐体の前部プレートおよび後部プレート間を通り、ハブの孔を通る冷却空気流で構成される。軸受円錐体により、ロータの後部シャフト空洞内への軸受トンネルの空気の漏れに対して正圧がかけられる。本発明の二重壁の軸受円錐体により、ロータ後部シャフト空洞の空気温度は、約１００°Ｆ上昇し、その結果、第３段タービンホイールとロータ後部シャフトとの間にみられる摩擦パターンを生ずるラベット径の開口をなくす。
【００１６】
本発明は、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるのではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更形態及び同等の構成を保護することを意図していると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 軸受円錐体及び冷却回路を示す従来のガスタービンの断面図。
【図２】 本発明の二重壁の軸受円錐体を示すガスタービンの断面図。
【図３】 二重壁の軸受円錐体構造を示す図。
【図４】 本発明の軸受円錐体の接合面シールを示す図。
【図５】 図４のロープシールの拡大図。
【図６】 図４のウェーブシールの拡大図。
【図７】 図４の分割リングシールの拡大図。
【符号の説明】
１０２ 空洞
１０４ ロータ後部シャフト
１０６ タービンの第３段ホイール
１０ 軸受円錐体
１２ 円錐形の後部プレート
１４ 円錐形の前部プレート
１６ ハブ
１８ 後部サポートプレート
１９ 前部サポートプレート
２０ ガセットプレート
２２ 孔
２３ 排気フレームのスロット
２４ ロープ実装シール
２６ 金属シール
２７ 浮動分割リング・シール
Claims (4)
- ガスタービンの軸受ハウジングと排気フレームとの間の開放口を塞ぐ軸受円錐体であって、
内径及び外径を備える円錐形の前部プレート（１４）と、
前記円錐形の前部プレートに入れ子状に間隔を置いて載置され、内径及び外径を備える円錐形の後部プレート（１２）と、
前記前部プレート及び前記後部プレートの前記内径を接続するハブ（１６）と、
を含むことを特徴とする軸受円錐体。 - 前記ハブ（１６）が、前記前部プレート（１４）及び前記後部プレート（１２）間の空気流を調量する孔をその中に備えることを特徴とする請求項１に記載の軸受円錐体。
- ガスタービンの軸受ハウジング内の排気フレーム冷却回路であって、前記冷却回路が、内径及び外径を備える円錐形の前部プレート（１４）と、前記円錐形の前部プレートに入れ子状に間隔を置いて載置され、内径及び外径を備える円錐形の後部プレート（１２）と、前記前部プレート及び前記後部プレートの前記内径を接続するハブ（１６）とを含む軸受円錐体を通る冷却空気流によって構成され、さらに、前記軸受円錐体の前記前部プレート及び前記後部プレート間の空気流路を含むことを特徴とする冷却回路。
- タービンホイールを支持する軸受ハウジングと、
高温燃焼ガスを受け入れ、冷却回路を備える排気フレームと、
前記軸受ハウジングと前記排気フレームとの間の開放口に配置され、内径及び外径を備える円錐形の前部プレート（１４）と、前記円錐形の前部プレートに入れ子状に間隔を置いて載置され、内径及び外径を備える円錐形の後部プレート（１２）と、前記前部プレート及び前記後部プレートの前記内径を接続するハブ（１６）とを含む軸受円錐体と、
を含むことを特徴とするガスタービン。
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| JP2000379563A Expired - Fee Related JP4548691B2 (ja) | 1999-12-15 | 2000-12-14 | 二重壁の軸受円錐体 |
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