JPH01310128A

JPH01310128A - ガスタービン

Info

Publication number: JPH01310128A
Application number: JP14210088A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Goto; 勉後藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1989-12-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ガスタービンに係り、特に冷間始動性の改善
を図ったガスタービンに関する。

（従来の技術）ガスタービンは燃焼室内で燃料を燃焼させ、その高温ガ
スを直接羽根車（あるいはタービン）に作用させ、これ
によって車軸を回転するようにした一種の回転式原動機
であり、例えば自動車用ガスタービンの利点としては軽
量高出力、排気清浄、低騒音、冷却水不要等があげられ
る。このようなガスタービンは高速回転するため、特に
その潤滑対策が重要である。

従来のこの手段のガスタービンとしては、例えばＧＴＳ
　Ｊ　　１９８３　　ＴＯＫＹＯＩ　ＧＴＣ（Ｉｎｔｅ
　−ｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎ　Ｃｏ
ｎｇｒｅｓｓ）−９０に記載のものがある。このガスタ
ービンを第５〜８図に基づき説明する。第５図はガスタ
ービンの全体的構成を示すブロック図であり、同図にお
いて、実線は燃料や水系統等を示し、破線は電気的な制
御系統を示す。ガスタービンｌの駆動軸２は２つのころ
１がり軸受３で回転自在に支持され、駆動軸２の一端側
には増速ギヤ４と一体で圧縮機５が連結され、他端側に
はタービン６が同軸上に連結される。

空気の流れとしては、外気７は熱交換器８に入り、余熱
された後圧縮機５で圧縮され、燃焼器９内で高圧燃焼ガ
スとなり、タービン６を駆動した後、排気１０として熱
交換器８を経て大気へ放出される。

燃料は燃料タンク１１内に貯蔵され、燃料ポンプ１２に
より電磁弁１３を介して燃焼器９に圧送され、空気ポン
プ１４より送られる空気１５と一緒に噴射弁１６から燃
焼器９内に噴射され、始動時は点火栓１７により着火し
、以後運転中は自動的に連続燃焼をする。また、オイル
はオイルタンク１８からオイルポンプ１９で吸上げられ
てころがり軸受３に供給され、潤滑後オイルタンク１８
に戻る。

冷却水は高負荷運転時にウォータポンプ２０により圧送
され、ころがり軸受３をウォータギヤラリ２１により冷
却した後、ラジェータ２２を経てウオークポンプ２０に
戻る経路で循環し、ラジェータ２２は電動ファン２３か
らの外気の噴きつけによって冷却される。

一方、圧縮機５の回転力は増速ギヤ４を介して発電機２
４に伝達され、発電機２４は交流起電力を発生し、これ
はインバータ２５により直流に交換されてバッテリ２６
に供給される。また、増速ギヤ４にはスタータモータ２
７が連結可能であり、スタータモータ２７は始動時に駆
動力を付与する。上記パーツのうち電気系統のものは全
てコントローラ２８からの指令で作動し、コントローラ
２８はバッテリ２６を電源としている。

次に、圧縮機５およびタービン６周辺の機械的構造を第
６図に基づき説明する。同図において、オイルポンプ１
９より圧送されたオイルは流路３１を経てジェットノズ
ル３２から噴出し、ころがり軸受３を潤滑した後、矢印
Ｃで示すような経路でオイルタンク１８に戻る。なお、
３３はシール用の０リングであり、３４は盲栓である。

冷却水は第７図にＡ−Ａ矢視断面を示すような流入側の
環状のウォータギヤラリ３５ａに本例では一方側から流
入し、周方向に複数設けられた冷却通路３６を通った後
、再び流出側の環状のウォータギヤラリ３５ｂに集合し
、第８図にＢ−Ｂ矢視断面を示すような排出通路３７を
通ってラジェータ２２に向かう。なお、３８はシール用
の０リングである。３９は予圧スプリングであり、予圧
スプリング３９は回転中のころがり軸受３に対し常に一
定値以上のスラスト荷重を付与する。

空気はエアクリーナ４０から導入され、図中矢印で示す
ように環状の空気通路４１を経て圧縮機５で圧縮されて
燃焼器９に供給される。その他の主要部品としては、オ
イルのリングシール４２、タービンスクロール４３等が
ある。

再び、第５図に戻って作動を説明する。始動時にスター
タモータ２７に設置されたスタートスイッチを押すと、
スタータモータ２７が起動し、回転上昇を始める。この
とき同時にオイルポンプ１９、空気ポンプ１４および燃
料ポンプ１２も作動を開始する。

が、電磁弁１３は閉じているので、燃料は燃焼器９に入
ることはなく、燃料ポンプ１２内で循環している。その
後回転が所定回転数に到達すると、電磁弁１３が開き同
時に点火栓１７が火花を出して着火する。着火以降燃焼
エネルギによりタービン６が仕事を開始するため、回転
がさらに上昇し、自立してアイドル状態になる。この間
、スタータモータ２７は適切な時期にその電源がＯＦＦ
となる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来のガスタービンにあって
は、軸受部の摩擦損失馬力を低減する方策が施されてい
ない構造となっていたため、例えば冬期や山間部等での
冷間始動時にはオイル粘度が増加していることから、ス
タータモータの駆動馬力に対し軸受の損失馬力が大きな
比率を占め、着火させる回転数まで到着するのに許容し
がたい時間を要する、あるいは着火させる回転数まで到
達せずスタートが不可能になるとういう問題点があった
。

（発明の目的）そこで本発明は、ころがり軸受の予圧スプリングをスラ
スト荷重を可変可能な荷重可変手段で構成することによ
り、冷間時等に速やかでかつ確実な始動を達成すること
を目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明によるガスタービンは上記目的達成のため、主軸
が軸受で回転自在に支持され、該軸受は予圧手段により
すラスト荷重が付与されるとともに、予圧手段は支持部
材により支持され、前記主軸の一端側に圧縮機、他端側
にタービンが連結され、軸受を粘性流体で潤滑するガス
タービンにおいて、前記支持部材を予圧手段のスラスト
荷重を可変可能な荷重可変手段により構成している。

（作用）本発明では、ころがり軸受にスラスト荷重を付与する予
圧手段（例えば、予圧スプリング）を支持している支持
部材がスラスト荷重を可変可能な荷重可変手段で構成さ
れ、冷間時は前記スラスト荷重が小さ（、通常運転時は
スラスト荷重が一定値となるように制御される。

したがって、冷間始動時においても、軸受損失馬力が小
さく押さえられ、良好で速やかなスタートが可能になる
。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明に係るガスタービンの第１実施例を示す
図であり、特に機械的構造の要部断面図である。本実施
例の説明にあたり、従来例と同一構成部分は同一番号を
付し、重複説明を避ける。

まず、構成を説明する。第１図において、ころがり軸受
３には予圧スプリング（予圧手段に相当）３９により一
定のスラスト荷重が付与可能な構造は従来例と同様であ
るが、該スラスト荷重の値が可変できるようになってい
る。すなわち、予圧スプリング３９の図中左側端部には
支持部材としてのダイヤフラム５１が設けられており、
ダイヤフラム５１の端部は静置板５２に当接して固定さ
れている。

ダイヤフラム５１は流体通路５３を通してオイルポンプ
５４およびオイルタンク５５に接続されており、流体通
路５３の途中には電磁弁５６．５７が配設されている。

ダイヤフラム５１にはオイルポンプ５４からのオイル（
流体に相当）が圧送されて充填されたり、あるいはオイ
ルがオイルタンク５５に抜かれたりすることができるよ
うになっており、この制御は電磁弁５６．５７の開開に
より行われる。電磁弁５６．５７はコントローラ５８に
接続されており、コントローラ５８には熱電対５９から
の信号が入力される。熱電対５９は潤滑オイルの流路３
１中のオイルの温度を検出している。コントローラ５８
は従来と同様の機能の他、熱電対５９の出力に基づき電
磁弁５６．５７の作動を制御してダイヤフラム５１への
オイルの充填、抜き取りを制御する。上記ダイヤフラム
５１は荷重可変手段を構成している。また、上記静置板
５２、流体通路５３、オイルポンプ５４、オイルタンク
５５、電磁弁５６．５７、コントローラ５８および熱電
対５９は全体として制御手段６０を構成している。

次に、作用を説明する。

冷間時の始動においては潤滑オイルの粘度が高いため、
ころがり軸受３の軸横が大きくなっている。そこで本実
施例では、該軸横を低減させるため、予圧スプリング３
９のバネ力を小さくすることで、スラスト荷重を低減し
始動を容易にしている。

すなわち、冷間始動時に潤滑オイルの温度が低い状態の
ときは、電磁弁５６が閉じて電磁弁５７が開くように制
御され、ダイヤフラム５１のオイルはオイルタンク５５
へ戻される。このため、ダイヤフラム５１が縮んで予圧
スプリング３９が伸び、バネ力が減少してスラスト荷重
は小さな値となっている。

この状態でガスタービンを始動すると、加圧されたオイ
ルは流路３１を通りジェットノズル３２からころがり軸
受３に向けて噴射され、ころがり軸受３が潤滑される。

このとき、冷間時であってオイルの粘度が高くころがり
軸受３を回しに＜＜シていても、予圧スプリング３９が
伸びてその押圧力が弱い（スラスト荷重が小さい）ため
、いわゆる軸受損失が極めて小さ（なる。したがって、
着火可能な回転数まで速やかにガスタービンの回転数を
上昇させることができ、良好で速やかなスタートが可能
になる。

一方、始動後、潤滑オイルの温度が上昇し、その粘度が
低下すると、この状態（オイル温度の上昇）は熱電対５
９により検出され、コントローラ５８から電磁弁５６．
５７に制御信号が検出され、電磁弁５６が開いて電磁弁
５７が閉じる。このため、オイルポンプ５４からの圧送
オイルがダイヤフラム５１内に充填されてダイヤフラム
５１の容積が増大し、予圧スプリング３９を正規の状態
として通常のスラスト荷重を発生させ、通常運転に移行
する。

第２図は本発明に係るガスタービンの第２実施例を示す
図であり、本実施例は流体として空気を用いたものであ
る。

すなわち、第２図において、６１は荷重可変手段として
のダイヤフラムであり、ダイヤフラム６１の内部には予
圧スプリング３９が収納されるような構造となっている
。言い換えれば、ダイヤフラム６１と予圧スプリング３
９が並列に配置され、ダイヤフラム６１は予圧スプリン
グ３９を支持しつつ一体的に動く・。ダイヤフラム６１
は流体通８６２を通して圧縮機５に接続されるとともに
、流体通路６２の途中には電磁弁６３．６４が配設され
、さらに流体空路６２は大気に開放可能である。ダイヤ
フラム６１には空気発生源としての圧縮機５からの圧縮
空気が充填されたり、あるいは抜かれたりすることがで
きるようになっており、この制御はコントローラ５８の
指令に基づき電磁弁６３．６４の開閉により行われる。

上記流体通路６２、電磁弁６３．６４、圧縮機５、コン
トローラ５８および熱電対５９は全体として制御手段６
５を構成している。その他の構成は第１実施例と同様で
あり、同一番号が付されている。

以上の構成において、本実施例では、流体として空気が
使われるものの、冷間始動時にはダイヤフラム６１の空
気が大気に抜けて予圧スプリング３９が縮み、スラスト
荷重が小さくなり、始動後は圧縮機５からの圧縮空気が
ダイヤフラム６１に充填されて予圧スプリング３９が伸
びスラスト荷重が正規の一定値となる。したがって、本
実施例においても第１実施例と同様の効果を得ることが
できる。

第３．４図は本発明に係るガスタービンの第３実施例を
示す図であり、本実施例は荷重可変手段として形状記憶
合金を用いた例である。第３図は低温時の状態、第４図
は暖機後の通常運転時の状態を示し、これらの図におい
て、予圧スプリング３９の図中左側端部にはリテーナ３
９ａを介して支持板（支持部材）７１が設けられ、支持
板７１は形状記憶合金により形成される。支持板７１は
荷重可変手段に相当する。形状記憶合金としては、例え
ばニッケル・チタン合金（ＮＴ金合金が用いられる。

支持板７１は低温時は第１図に示すような位置にあって
予圧スプリング３９のバネ力を弱め、通常運転時（暖機
後）は第４図に示すような位置に変形して予圧スプリン
グ３９のばね力を強めるような形状を記憶している。予
圧スプリングβ９の存在している空間はスプリング室７
２となっており、スプリング室７２には熱導入管７３を
通してタービンスクロール４３から燃焼ガスが導入可能
である。熱導入管７３の途中には電磁弁７４が設けられ
ており、電磁弁７４はコントローラ７５によりＯＮ１０
　Ｆ　Ｆされる。また、スプリング室７２の温度は熱電
対７６によって検出され、熱電対７６はコントローラ７
５に接続される。

さらに、オイルの流路３１中のオイルの温度は熱電対７
７によって検出され、熱電対７７も同様にコントローラ
７５に接続される。コントローラ７５は従来と同様の機
能の他、熱電対７６．７７の出力に基づいて電磁弁７４
の作動を制御する。

以上の構成において、冷間時は支持板７１が第３図に示
す位置にあって予圧スプリング３９が伸びるため、ころ
がり軸受３へのスラスト荷重は小さな値となっている。

このとき、冷間時であってオイルの精度が高くころがり
軸受３を回しに＜＜シていても、予圧スプリング３９が
伸びてその押圧力が弱い（スプリング荷重が小さい）た
め、いわゆる軸受損失が極めて小さくなる。したがって
、着火可能な回転数まで速やかにガスタービンの回転数
を上昇させることができ、良好で速やかなスタートが可
能になる。

一方、始動後オイルの温度が上昇し、その粘度が低下す
ると、この状態（オイル温度の上昇）は熱電対７７によ
り検出され、コントローラ７５から電磁弁７４に制御信
号が送出され、電磁弁７４が熱導入管７３を開く。これ
により、タービンスクロール４３内の燃焼ガスが熱導入
管７３を通してスプリング室７２内に入り、支持板７１
を暖める。このため、支持板７１が縮んで第４図に示す
状態となり、予圧スプリング３９を正規の状態として通
常のスラスト荷重を発生させる。また、スプリング室７
２の温度が所定値以上になると、この状態は熱電対７６
により検出され、コントローラ７５から制御信号が再び
電磁弁７４に送出されて電磁弁７４が熱導入管７３を閉
じる。

したがって、スプリング室７２内が必要以上の温度にな
ることはない。

（発明の効果）本発明によれば、ころがり軸受の予圧手段の支持部材を
荷重可変手段で構成しているので、冷間始動時において
も軸受損失馬力を小さく押さえてガス・タービンを速や
かに回転上昇させることができ、良好で速やかなスター
トが可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガスタービンの第１実施例を示す
要部断面図、第２図は本発明に係るガスタービンの第２
実施例を示す要部断面図、第３．４図は本発明に係るガ
スタービンの第３実施例を示す図であり、第３図はその
低温時の状態を示す要部断面図、第４図はその暖機後の
状態を示す要部断面図、第５〜８図は従来のガスタービ
ンを示す図であり、第５図はその全体的ブロック構成図
、第６図はその要部の構造を示す断面図、第７図は第６
図のＡ−Ａ矢視断面図、第８図は第６図のＢ−Ｂ矢視断
面図である。２・・・・・・駆動軸（主軸）、３・・・・・・ころがり軸受、５・・・・・・圧縮機、６・・・・・・タービン、３９・・・・・・予圧スプリング（予圧手段）、５１．
６１・・・・・・ダイヤフラム（支持部材、荷重可変手
段）、５８．７５・・・・・・コントローラ、６０．６５、・
・・・・・制御手段、７１・・・・・・支持板（支持部材、荷重可変手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

主軸が軸受で回転自在に支持され、該軸受は予圧手段に
よりスラスト荷重が付与されるとともに、予圧手段は支
持部材により支持され、前記主軸の一端側に圧縮機、他
端側にタービンが連結され、軸受を粘性流体で潤滑する
ガスタービンにおいて、前記支持部材を予圧手段のスラ
スト荷重を可変可能な荷重可変手段により構成したこと
を特徴とするガスタービン。