JP5611425B2 - 軸受箱 - Google Patents

Description

本発明は、軸受箱に関し、特に、発電システムのタービンや圧縮機の間に配置される軸受箱に関するものである。

発電システムのタービンや圧縮機の間に配置される軸受箱としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特開２００２−３１７６０３号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたタービンおよび圧縮機はそれぞれ、下車室本体部分（ケーシング）から回転軸の軸方向に沿って延びる猫足部分を介して、軸受箱に付随的かつ一体的に設けられた猫足台の上に設置されている。
また、発電システム稼働中、タービンケーシングおよび圧縮機ケーシングは高温（最低でも１００℃以上）となるため、これらケーシングに付随的かつ一体的に設けられた猫足部分に大きな熱伸び差が生じる。
一方、猫足台を含む軸受箱は、その内部に収容された軸受（ジャーナル軸受およびスラスト軸受）が発熱源となるが、その周辺を油冷しているため低温（室温〜３０℃前後）であり、熱伸びはわずかである。

その結果、猫足部分と猫足台との間に大きな水平方向（回転軸の軸方向と直交する方向）の熱伸び差が生じ、この熱伸び差により猫足部分と猫足台との接触面に摩擦力（ケーシング重量およびスラスト荷重にそれぞれ摩擦係数を乗じた値の力）が生じる。この摩擦力は、図９に示すように、軸受箱本体１００の底板１１ｂよりも高いところに位置する猫足部分（図示せず）と猫足台１３との接触面１３ａに作用するため、猫足台１３の下部（底部）を支点とした回転モーメントを引き起こす。

このような回転モーメントが生じると、軸受箱本体全体が上に凸の蒲鉾形状に変形し、軸受箱本体１００の底板１１ｂに浮き上がりが生じ、その内部に収容された軸受が上方に持ち上げられるとともに、回転軸（より詳しくは、タービンの回転軸、圧縮機の回転軸、およびこれら回転軸を連結する連結軸）が上方に持ち上げられて、回転軸にアライメントずれが生じる。
そして、このようなアライメントずれは、タービンケーシングおよび圧縮機ケーシングの内部で、回転部（ロータ表面や動翼チップ等）と静止部（ケーシング、翼環、静翼やガスシール等の内面）とのクリアランスの増加・減少を引き起こす原因となり、タービンおよび圧縮機の性能を低下させ、場合によっては内部接触を引き起こして、発電システムの運転に支障をきたすおそれもある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、熱伸び差による軸受箱本体の底板の浮き上がりを防止することができ、軸受箱が軸受け支持する回転軸のアライメントずれを防止することができる軸受箱を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る軸受箱は、軸受を収容する収容部と底板とを備え、台板を介して基礎上に設置される平面視矩形状を有する軸受箱本体と、この軸受箱本体の上方を覆う上蓋とを備えた軸受箱であって、前記軸受箱本体の四隅にそれぞれ設けられた猫足台の側面と前記収容部の側面との間に空間が形成されており、前記猫足台の側面と前記収容部の側面とが前記底板の上面よりも高い位置において連結されておらず、前記猫足台の変形が、前記収容部に伝わらないように構成されている。

本発明に係る軸受箱によれば、熱伸び差によって軸受箱本体全体が上に凸の蒲鉾形状に変形し、軸受箱本体の底板に浮き上がりが生じ、その内部に収容された軸受が上方に持ち上げられるとともに、軸受に支持された回転軸が上方に持ち上げられて、回転軸にアライメントずれが生じるのを防止することができる。

本発明に係る発電システムは、回転軸のアライメントずれを防止する軸受箱を備えているので、タービンケーシングおよび圧縮機ケーシングの内部での、回転部（ロータ表面や動翼チップ等）と静止部（ケーシング、翼環、静翼やガスシール等の内面）とのクリアランスの増加または減少、接触等を防止することができて、タービンおよび圧縮機の性能低下を防止することができるとともに、発電システムの信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、熱伸び差による軸受箱本体の底板の浮き上がりを防止することができ、軸受箱が軸受け支持する回転軸のアライメントずれを防止することができるという効果を奏する。

本発明に係る軸受箱を具備した発電システムの要部斜視図である。 図１を回転軸の軸方向に沿って切った断面図である。 本発明の第１参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。 本発明の一実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。 本発明の第２参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。 本発明の第３参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体の概略を示す斜視図である。 本発明の第４参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。 本発明の第５参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。 熱伸び差による軸受箱本体の変形を説明するための図であって、従来の軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。

以下、本発明に係る軸受箱の第１参考実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る軸受箱を具備した発電システムの要部斜視図、図２は図１を回転軸の軸方向に沿って切った断面図、図３は本発明の第１参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。

図１に示すように、発電システム１は、タービン２と、圧縮機３と、図示しない発電機と、タービン２と圧縮機３との間、およびタービン２と発電機との間にそれぞれ配置された軸受箱４とを備えている。
タービン２は、内部を流れる作動流体（例えば、空気、高温の蒸気や燃焼ガス等）によって回転力を得て、この回転力によって回転軸５（図２参照）および連結軸６（図２参照）を介して連結された圧縮機３および発電機をそれぞれ駆動するものである。

図２に示すように、軸受箱４は、回転軸５の端部を軸受け支持するジャーナル軸受７と、連結軸６の中央部を軸受け支持するスラスト軸受８と、これらジャーナル軸受７およびスラスト軸受８を収容するとともに、台板９を介して基礎（支持台：架台）１０上に配置（固定）された軸受箱本体１１と、軸受箱本体１１の上方を覆う上蓋１２とを備えている。
軸受箱本体１１の四隅に位置する各角部には、タービン２の下車室本体部分２ａ（図１参照）の四隅に位置する各角部から回転軸５の軸方向に沿って突出する（延びる）猫足部分２ｂ（図１参照）、および圧縮機３の下車室本体部分３ａ（図１参照）の四隅に位置する各角部から回転軸５の軸方向に沿って突出する（延びる）猫足部分３ｂ（図１参照）を支持する猫足台１３（図６参照）が設けられている。
また、軸受箱本体１１の中央部には、回転軸５の軸方向に沿って延びて、ジャーナル軸受７およびスラスト軸受８を収容する収容部１１ａが設けられている。

そして、図３に示すように、軸受箱本体１１には、猫足台１３の各側面と軸受箱本体１１の底板１１ｂとを連結（結合）する複数枚（例えば、４枚）の補強リブ１４が設けられている（固定されている）とともに、収容部１１ａと猫足台１３との間には、収容部１１ａの各側面と猫足台１３とを連結（結合）する複数枚（例えば、８枚）の接続リブ１５が設けられている（固定されている）。

本実施形態に係る軸受箱４によれば、軸受箱本体１１に新設された補強リブ１４によって、軸受箱本体１１全体の剛性が高められる（向上させられる）こととなるので、熱伸び差によって軸受箱本体１１全体が上に凸の蒲鉾形状に変形し、軸受箱本体１１の底板１１ｂに浮き上がりが生じ、その内部に収容されたジャーナル軸受７およびスラスト軸受８が上方に持ち上げられるとともに、回転軸５および連結軸６が上方に持ち上げられて、回転軸５にアライメントずれが生じるのを防止することができる。

また、このような回転軸５のアライメントずれが防止されることにより、タービンケーシングおよび圧縮機ケーシングの内部での、回転部（ロータ表面や動翼チップ等）と静止部（ケーシング、翼環、静翼やガスシール等の内面）とのクリアランスの増加または減少、接触等を防止することができて、タービンおよび圧縮機の性能低下を防止することができるとともに、発電システムの信頼性を向上させることができる。

本発明に係る軸受箱の一実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４は本発明の一実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。
本実施形態に係る軸受箱２１は、軸受箱本体１１の代わりに軸受箱本体２２を備えているという点で上述した第１参考実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１参考実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

図４に示すように、軸受箱本体２２は、第１参考実施形態のところで説明した軸受箱本体１１から補強リブ１４および接続リブ１５を取り除いた（省略した）ものである。すなわち、軸受箱本体２２は、補強リブ１４および接続リブ１５を備えていないという点で、第１参考実施形態のところで説明した軸受箱本体１１と異なっている。

本実施形態に係る軸受箱２１によれば、熱伸び差により猫足部分２ｂ，３ｂ（図１参照）と猫足台１３との接触面１３ａに生じた摩擦力（ケーシング重量およびスラスト荷重にそれぞれ摩擦係数を乗じた値の力）は、猫足台１３だけ（のみ）を猫足台１３の下部（底部）を支点として変形させることとなるので、熱伸び差によって軸受箱本体２１全体が上に凸の蒲鉾形状に変形し、軸受箱本体２１の底板１１ｂに浮き上がりが生じ、その内部に収容されたジャーナル軸受７およびスラスト軸受８が上方に持ち上げられるとともに、回転軸５および連結軸６が上方に持ち上げられて、回転軸５にアライメントずれが生じるのを防止することができる。
その他の作用効果は、上述した第１参考実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係る軸受箱の第２参考実施形態について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の第２参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。
本実施形態に係る軸受箱３１は、補強リブ１４の代わりに締結手段３３を備えているという点で上述した第１参考実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１参考実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

締結手段３３は、例えば、台板９の上面中央部に軸方向に沿って形成された直線状のＴ形溝３４と、底板１１ｂの下面中央部にボルト３５を介して取り付けられ、Ｔ形溝３４にスライド可能に嵌り込むＴ形キー３６とを備えている。

本実施形態に係る軸受箱３１によれば、台板９の中央部と底板１１ｂの中央部とが、締結手段３３を介して強固（堅固）に連結（結合）されており、これにより、軸受箱本体３２全体の剛性が高められる（向上させられる）こととなるので、熱伸び差によって軸受箱本体３２全体が上に凸の蒲鉾形状に変形し、軸受箱本体３２の底板１１ｂに浮き上がりが生じ、その内部に収容されたジャーナル軸受７およびスラスト軸受８が上方に持ち上げられるとともに、回転軸５および連結軸６が上方に持ち上げられて、回転軸５にアライメントずれが生じるのを防止することができる。
その他の作用効果は、上述した第１参考実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係る軸受箱の第３参考実施形態について、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の第３参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体の概略を示す斜視図である。
本実施形態に係る軸受箱４１は、補強リブ１４の代わりに摩擦力（摩擦係数）低減手段４３を備えているという点で上述した第１参考実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１参考実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

摩擦力（摩擦係数）低減手段４３は、例えば、優れた自己潤滑性、耐候性、および低摩擦特性を有する四フッ化エチレン樹脂（PTFE）からなるシート状の部材であり、各猫足台１３の接触面１３ａを覆うように取り付けられている（配置されている）。

本実施形態に係る軸受箱４１によれば、猫足部分２ｂ，３ｂと猫足台１３との接触面１３ａにおける摩擦係数を低減させることができるとともに、猫足台１３の下部（底部）を支点とした回転モーメントを低減させることができるので、熱伸び差によって軸受箱本体４２全体が上に凸の蒲鉾形状に変形し、軸受箱本体４２の底板１１ｂに浮き上がりが生じ、その内部に収容されたジャーナル軸受７およびスラスト軸受８が上方に持ち上げられるとともに、回転軸５および連結軸６が上方に持ち上げられて、回転軸５にアライメントずれが生じるのを防止することができる。
その他の作用効果は、上述した第１参考実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係る軸受箱の第４参考実施形態について、図７を参照しながら説明する。図７は本発明の第４参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。
本実施形態に係る軸受箱５１は、補強リブ１４の代わりにテンションワイヤ５３を備えているという点で上述した第１参考実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１参考実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

テンションワイヤ５３は、軸受箱本体５２の上に上蓋１２を被せた状態で、上蓋１２の上方を通って、軸受箱本体５２の左側に位置する猫足台１３と右側に位置する猫足台１３とを連結（結合）する複数本（例えば、２本）のワイヤロープであり、各テンションワイヤ５３は、所定のテンション力をかけた状態で架け渡されている。

本実施形態に係る軸受箱５１によれば、テンションワイヤ５３によって、軸受箱本体５２全体の剛性が高められる（向上させられる）こととなるので、熱伸び差によって軸受箱本体５２全体が上に凸の蒲鉾形状に変形し、軸受箱本体５２の底板１１ｂに浮き上がりが生じ、その内部に収容されたジャーナル軸受７およびスラスト軸受８が上方に持ち上げられるとともに、回転軸５および連結軸６が上方に持ち上げられて、回転軸５にアライメントずれが生じるのを防止することができる。
その他の作用効果は、上述した第１参考実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係る軸受箱の第５参考実施形態について、図８を参照しながら説明する。図８は本発明の第５参考実施形態に係る軸受箱の軸受箱本体を正面から見た正面図である。
本実施形態に係る軸受箱６１は、補強リブ１４の代わりにテンションワイヤ６３を備えているという点で上述した第１参考実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１参考実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

テンションワイヤ６３は、収容部１１ａの下方（より詳しくは、台板９の内部）に配置された滑車６４に掛け回されて、軸受箱本体６２の左側に位置する猫足台１３と底板１１ｂの中央部とを連結（結合）し、軸受箱本体６２の右側に位置する猫足台１３と底板１１ｂの中央部とを連結（結合）する複数本（例えば、４本）のワイヤロープであり、各テンションワイヤ６３には、所定のテンション力がかけられている。

本実施形態に係る軸受箱６１によれば、テンションワイヤ６３および滑車６４によって、軸受箱本体６２全体の剛性が高められる（向上させられる）こととなるので、熱伸び差によって軸受箱本体６２全体が上に凸の蒲鉾形状に変形し、軸受箱本体６２の底板１１ｂに浮き上がりが生じ、その内部に収容されたジャーナル軸受７およびスラスト軸受８が上方に持ち上げられるとともに、回転軸５および連結軸６が上方に持ち上げられて、回転軸５にアライメントずれが生じるのを防止することができる。
その他の作用効果は、上述した第１参考実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施することができる。
例えば、上述した第３参考実施形態では、摩擦力（摩擦係数）低減手段４３として、優れた自己潤滑性、耐候性、および低摩擦特性を有する四フッ化エチレン樹脂（PTFE）からなるシート状の部材を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ころ軸受等、摩擦力（摩擦係数）を低減させるものであればいかなるものであってもよい。

１ 発電システム
２ タービン
３ 圧縮機
４ 軸受箱
７ ジャーナル軸受（軸受）
８ スラスト軸受（軸受）
９ 台板
１０ 基礎
１１ 軸受箱本体
１１ａ 収容部
１１ｂ 底板
１２ 上蓋
１３ 猫足台
１３ａ 摩擦面
１４ 補強リブ
１５ 接続リブ
２１ 軸受箱
２２ 軸受箱本体
３１ 軸受箱
３２ 軸受箱本体
３３ 締結手段
４１ 軸受箱
４２ 軸受箱本体
４３ 摩擦係数低減手段
５１ 軸受箱
５２ 軸受箱本体
５３ テンションワイヤ
６１ 軸受箱
６２ 軸受箱本体
６３ テンションワイヤ
６４ 滑車
１００ 軸受箱本体

Claims (2)

1. 軸受を収容する収容部と底板とを備え、台板を介して基礎上に設置される平面視矩形状を有する軸受箱本体と、この軸受箱本体の上方を覆う上蓋とを備えた軸受箱であって、
   前記軸受箱本体の四隅にそれぞれ設けられた猫足台の側面と前記収容部の側面との間に空間が形成されており、前記猫足台の側面と前記収容部の側面とが前記底板の上面よりも高い位置において連結されておらず、前記猫足台の変形が、前記収容部に伝わらないように構成されていることを特徴とする軸受箱。
2. 請求項１に記載の軸受箱と、圧縮機やタービンの回転により発電を行う発電機を有するターボマシンと、内部を流れる作動流体との間で熱交換を行う熱交換器とを備えてなることを特徴とする発電システム。

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