JP5364426B2

JP5364426B2 - ターボ機械

Info

Publication number: JP5364426B2
Application number: JP2009099836A
Authority: JP
Inventors: 欣志武田; 義幸井; 正人片岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: JP2010249040A

Description

本発明はターボ機械、特にガスタービン側壁部における潤滑油漏れ防止機構に関する。

ガスタービンには、入口ケーシングと圧縮室との間に、側壁と称されるタービン軸の軸受け部が設けられている。この側壁部はガスタービンの構造上、周方向に複数に分割されている。圧縮機内は入口ケーシングよりも低い負圧となっているため、ガスタービンの運転中に分割部が開いた場合、対向した分割面を介して入口ケーシング側から圧縮機フローパスエリアへの潤滑油漏れが避けられない。

潤滑油が圧縮機翼面に付着して圧縮機効率の低下を引き起こすと共に、潤滑油の減少に伴う潤滑油の補充が必要になるため、潤滑油漏れ防止の手法が必要となっている。ラビリンス部からの潤滑油漏れを防止する手法としては、潤滑油ポンプの駆動と連動して、コンプレッサー側ラビリンス部とタービン側ラビリンス部に圧縮空気を外部より供給して、潤滑油の洩れを防止する切換機構を設けたガスタービンが知られている（特許文献１参照）。

また、タービン軸の一端にブロワ扇車を固着すると共にタービン軸の所要位置にスラストブッシュをタービン軸と一体的に回転し得るように嵌着し、タービン軸のブロワ扇車背面側とスラストブッシュとの間に、油切リングをタービン軸と一体的に回転し得るように嵌着し、油切リングの外周に太径部と細径部とを設けると共に油切リングのスラストブッシュ側端部に油切リングの太径部もしくは細径部の外径よりも径の大きい円盤状の突起を設け、油切リングの太径部と細径部とに空気抜室および空気抜室当板と接触するシールリングを装着した油切装置が知られている（特許文献２参照）。

実開平６−８７６３８号公報実公昭５８−５６３３８号公報

しかし、従来技術では側壁部に収容されたラビリンスシールからの潤滑油漏れは防止できるが、側壁部の分割面からの潤滑油漏れは防止できなかった。一方で、周囲の部材との干渉のため、側壁部材を一体に締結するボルトなどを設けることは困難である。

上記の課題を解決するために、本発明によるターボ機械は、タービンの圧縮室と入口ケーシングとの間に設けられた側壁において、該側壁は周方向に複数の側壁部材に分割されるとともに、高圧空気源に連通された第１の流路と大気に連通した第２の流路とが、それぞれ周方向に連続的に設けられ、タービン軸と前記側壁との間には径方向の隙間が設けられ、前記複数の側壁部材の分割面の少なくとも一方に、前記分割面が互いに離間することにより、前記分割面と前記第２の流路とを連通させる溝部を設け、該溝部は前記第２流路と前記径方向の隙間とを互いに連通させることを特徴とする。

また、本発明によるターボ機械は、前記第１の流路は、前記側壁内部の前記第２の流路の内周側に配置されており、前記溝部は前記側壁部材の対向した前記分割面の双方にそれぞれ設けられている。

さらに、本発明によるターボ機械は、前記第１の流路には、前記入口ケーシングの前記第１の流路と第２の流路との間の部分に周方向に沿って設けられた少なくとも１つの高圧空気導入孔から高圧空気が流入し、前記第２の流路には、前記入口ケーシングの前記第２の流路に隣接した部分に周方向に沿って設けられた少なくとも１つの大気導入孔から大気が流入する。

本発明によれば、側壁部分割面を介した入口ケーシング側から圧縮機側への潤滑油漏れを防止することが可能である。

本発明の実施形態によるガスタービンの側壁部の概略的な位置を示した部分断面図である。従来技術によるガスタービンの側壁下半部の分割面を示した図である。本発明の実施形態による側壁下半部を示した図である。本発明の実施形態による側壁下半部の分割面およびその周囲の詳細を示した図である。従来技術による潤滑油漏れ発生の機構を示した概略図である。本発明の潤滑油漏れ防止の機構の実施例を示した概略図である。本発明の潤滑油漏れ防止の機構の別の実施例を示した概略図である。

以下、図１から図６に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１では本発明の実施形態による、ガスタービンにおける側壁部１の位置を概略的に示している。側壁部１は入口ケーシング２の圧縮機フローパスエリア４に隣接した位置において、入口ケーシング２に固定されている。

図３に示したように、側壁１は全体として軸線Ｃを中心とした環状に形成されており、中央にはタービン軸（図示略）が貫通される開口部１４が形成されている。側壁１は水平面で上下２つに分割されており、その分割面８は内周部が入口ケーシング２側に突出した略Ｌ字状をなしている。側壁の内周側には、複数のラビリンスシール６が側壁上半部および側壁下半部の中心軸方向に沿ってそれぞれ配置されており、タービン軸を伝わる油漏れを防止している。図３では側壁下半部のみが示されている。

側壁１の突出部の内部には、第１の流路であるシール空気供給エリア１０が側壁１の周方向に沿って形成されている。シール空気供給エリア１０は側壁１の内部の全周に渡って連続的に形成された略長方形断面の流路であり、側壁１の入口ケーシング２との合わせ面に形成された高圧空気導入孔２０を介して、側壁１の外部に通じている。同時に、シール空気供給エリア１０は側壁１の分割面８において開放されている。

図３および図４に示したように、シール空気供給エリア１０には大気圧よりも高圧のシール空気が、高圧空気導入孔２０を通して導入される。シール空気供給エリア１０の内周側には、径方向に沿った複数の連通孔２４が形成されており、これら複数の連通孔２４は側壁１の周方向に沿って配置されている。これら複数の連通孔２４はシール空気供給エリア１０と側壁１とタービン軸５との間の径方向の隙間とを連通させている。

図３に示したように、側壁１の入口ケーシング２との合わせ面１３内には、第２の流路である大気開放エリア１２が側壁１の周方向に沿って、シール空気供給エリア１０の外周側に連続的に形成されている。この大気開放エリア１２、分割面８および合わせ面１３において開放されている。入口ケーシング２のフランジ部には、大気開放エリア１２に隣接した位置に周方向に沿って複数の大気導入孔が形成されており、フランジ部が側壁１の合わせ面１３に取り付けられることで略長方形断面の第２の流路が形成されると共に、大気開放エリア１２が大気導入孔２２を介して外気に通じている。

大気開放エリア１２の内周側には、径方向に沿った複数の連通孔１６が形成されており、これら複数の連通孔１６は側壁１の周方向に沿って配置されている。これら複数の連通孔１６は大気開放エリア１２と側壁１とタービン軸５との間の径方向の隙間とを連通させている。

図３および図４に示したように、側壁１の分割面８には、側壁１とタービン軸との間に設けられた隙間と大気開放エリア１２とを連通するように、大気開放エリア１２から径方向に沿って溝１８が形成されている。溝１８は所定の幅および深さを持ってシール空気供給エリア１０の圧縮機側に配置されており、シール空気供給エリア１０とは離間されている。本実施形態においては、溝１８は側壁下半部の分割面８に形成されているが、側壁上半部の分割面８に溝１８が形成されてもよい。または、側壁下半部および側壁上半部の双方の分割面８に、溝１８がそれぞれ形成されていてもよい（図７参照）。

次に、本発明の作用効果について説明する。側壁上半部と側壁下半部とは、それぞれの分割面を互いに対向して合わせて組み合わせられることによって側壁１を構成している。側壁１の中央部は開口部１４となっており、この開口部１４を貫通するようにタービン軸５が配置されている。

高圧のシール空気は、供給源（図示略）から高圧空気導入孔２０を介してシール空気供給エリア１０へと導入される。この高圧のシール空気は、シール空気供給エリア１０の内周側に形成された複数の連通孔２４を通ってタービン軸とラビリンスシール６との間の隙間へと流入する。これにより、タービン軸を伝わって入口ケーシング２から圧縮機フローパスエリア４へと流入する潤滑油の漏れを防止している。

大気はタービンの機外から大気導入孔２２を介して大気開放エリア１２に導入される。導入された大気は、大気開放エリア１２の内周側に形成された複数の連通孔１６および分割面８に形成された溝１８を通ってタービン軸５とラビリンスシール６との間の隙間へと流入する。これにより、タービン軸５を伝わって入口ケーシング２から圧縮機フローパスエリア４へと流入する潤滑油の漏れを防止している。

タービン軸の入口ケーシング側にはタービン軸５の軸受け（図示略）が設けられており、この軸受けには潤滑油が供給されている。これによって、入口ケーシング２側は霧状潤滑油で充満している。

入り口ケーシング２内の気圧は負圧となっている。また、圧縮機フローパスエリア４内の気圧は入口ケーシング２内の気圧よりもさらに低い負圧となっている。通常は、側壁１は対向した分割面８がそれぞれ密着するように合わせられているため、入口ケーシング２内の霧状潤滑油が圧縮機４内に流入することはない。

タービンの回転に伴い、機械的振動や圧力の変動などの要因により、側壁上半部と側壁下半部との間に隙間が形成される場合がある。この場合、圧力差の関係により、入口ケーシング２内の霧状潤滑油が圧縮機フローパスエリア４内に流入しようとする（図５参照）。

しかしながら、側壁上半部と側壁下半部との間に隙間が形成されると同時に、大気開放エリア１２が開放される。これにより、大気開放エリア１２および溝１８に充満されていた大気は、圧力差の関係により入口ケーシング２内および圧縮機フローパスエリア４内に流出する（図６参照）。したがって、入口ケーシング２内と圧縮機フローパスエリア４内とは、流出する大気により分断されて、結果として入口ケーシング２内の霧状潤滑油は圧縮機内に流入することがない。

次に、本発明の他の実施例を説明する。図７に示したように、溝１８は側壁１の分割面８の一方に設けるようにしてもよい。側壁下半部に設ければ、溝１８はドレンの役割も果たし、潤滑油が流入したとしても溝１８により排出される。さらに加工部が少なくなり、加工コスト並びに加工時間を短縮できるという利点がある。

上述の作用により、潤滑油がタービン翼に付着することが抑制されるため、圧縮機効率の低下を防止することができ、且つメンテナンスが容易になる。さらに、潤滑油の漏れを防止することで潤滑油の消費を抑制することができ、機械維持のためのコストダウンを実行できる。

本発明は、ガスタービンを含んだターボ機械の潤滑油の漏れ防止に利用することができる。

１・・・側壁
２・・・入口ケーシング
４・・・圧縮機フローパスエリア
５・・・タービン軸
６・・・ラビリンスシール
８・・・分割面
１０・・・シール空気供給エリア
１２・・・大気開放エリア
１３・・・合わせ面
１４・・・開口部
１６・・・連通孔
１８・・・溝
２０・・・高圧空気導入孔
２２・・・大気導入孔
２４・・・連通孔
２５・・・霧状潤滑油
Ｃ・・・軸線

Claims

タービンの圧縮室と入口ケーシングとの間に設けられた側壁において、
該側壁は周方向に複数の側壁部材に分割されるとともに、
高圧空気源に連通された第１の流路と大気に連通した第２の流路とが、それぞれ周方向に連続的に設けられ、タービン軸と前記側壁との間には径方向の隙間が設けられ、
前記複数の側壁部材の対向した分割面の少なくとも一方に、前記分割面と前記第２の流路とを連通させる溝部を設け、該溝部は前記第２の流路と前記径方向の隙間とを互いに連通させることを特徴とするターボ機械。
前記第１の流路は、前記側壁内部の前記第２の流路の内周側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
前記溝部は前記側壁部材の対向した分割面の双方にそれぞれ設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のターボ機械。
前記第１の流路には、前記入口ケーシングの前記第１の流路と第２の流路との間の部分に周方向に沿って設けられた少なくとも１つの高圧空気導入孔から高圧空気が流入することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ機械。
前記第２の流路には、前記入口ケーシングの前記第２の流路に隣接した部分に周方向に沿って設けられた少なくとも１つの大気導入孔から大気が流入することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のターボ機械。