JPH02153231A - ガスタービン - Google Patents

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〕 本考案はガスタービンに係わり、特に高温なガスにより
駆動されるガスタービンに関する。

［従来の技術］ 一般に、ガスタービンは、タービンの軸方向に高温なガ
スを導いて、これを駆動させるようになっている。

第７図に示すように、従来この種のガスタービンは、動
翼１を有したタービン軸２と、このタービン軸２と同軸
上に設けられた圧縮機の羽根車３とを有し、これらを軸
受部４．５において回転自在に保持すると共に、燃焼用
空気及び、燃焼器６によって加熱されたガスを適宜導く
ケーシング７を備えて成る。すなわち圧縮された高温な
ガスを、タービン車室８を経由して動翼１に供給し、回
転駆動力を得るようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記従来のガスタービンにおいては、燃焼器
６は、タービンからその径方向外方に隔てられた位置に
設けられている。このため、発生した高温ガスを動翼１
に導くまでの経路が長くなってしまい、その間の流路抵
抗、熱リークによって、ガスエネルギの損失が生じると
いう問題があった。

従って、燃焼器６と動翼１とは、可能なかぎり接近して
位置させるほうが望ましい。

この課題に対して、本発明者らは、タービンの軸受部４
の軸方向外方に燃焼器６を配置し、ガスの通路を高耐熱
性のセラミック部材によって区画するガスタービンを種
々勘案中であった。

しかしながら、タービン軸２が高温に晒されることによ
り、特にその軸受部４の構造を適切なものにするのは離
しかっな。すなわち、軸受部４の周りを１０００℃以上
の高温ガスが流れているために、セラミック材の壁面や
冷却空気で断熱しても、かなりの温度上昇は避けられな
い。一方、その外方で保持するケーシング７の外殻部は
、内部に比べて低温なので、これらの間に不均一な熱変
形を起こしやすい。

従って、基本的には、第８図に示すように、外殻９と、
ガス流路１０を区画するセラミック部材１１と、軸受ハ
ウジング１２と、軸受１３とをそれぞれ別体にて成形し
、これらを順次組み立てる構成が考えられるが、これら
部材材料間の熱膨張量の差によって、締まり過ぎ、或い
はガタ付きか生じ、タービン軸２のセンタリングが困難
になってしまう。

そこで本発明は、上記事情に鑑み、ガスのエネルギ損失
を少なくした構成においても、有害な熱変形が生じない
ガスタービンを新規に提供すべく創案されたものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、タービン軸受部の周囲にその軸方向に沿って
高温なガスを導くガス流路を形成し、このガス流路を断
熱層を隔てて囲繞する外殻を設け、上記軸受部に、その
径方向外方に延出されて外殻と一体的に接続されたステ
イ部材を設けたものである。

また上記ステイ部材は、上記軸受部へ連絡される流体通
路を有して構成されてもよい。

さらに上記ステイ部材は、上記ガス流路を区画するセラ
ミック部材によってガス流路を横断する区間を囲繞され
るのが好ましい。

［作　用］ 上記構成によって、タービン軸受部と外殻との間には、
熱膨張量の差が生じるが、ステイ部材は、その変形を、
互いの径方向の隔たりが均等に変化するように規制する
。

また、上記ステイ部材が流体通路を有した構成において
は、変形の規制と共に、軸受部における回転を潤滑させ
る流体などが供給される。

さらに、上記ステイ部材がセラミック部材によって囲繞
された構成においては、ステイ部材が高温なガスから遮
断される。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を、添付図面に従って説明する。

第１図乃至第３図は、本発明に係るガスタービンの一実
施例を示したものであり、高温なガスをタービン軸受部
の軸方向外方から導くようにしたガスタービンに適用し
た場合を示している。

先ず、第１図によってガスタービン全体の構成を説明す
る。

このガスタービンは、従来同様に形成されたタービン軸
２を有していると共に、タービン軸受部２１の軸方向外
方に燃焼器６を設け、この燃焼器６から動翼１へとその
軸方向へ適宜結ぶガス流路２２を形成している。

従・って、羽根車３の回転によって圧縮された空気は、
図中、白抜矢印Ａにて示したように、タービン軸２の反
対側の端部へ迂回するように導かれて、燃焼器６によっ
て加熱された後、矢印Ｇにて示したように、軸受部２１
の周囲を通って動翼１に供給され、タービン仕事を行っ
てから、排出されることになる。

次に第２図及び第３図によって、本発明の特長となる軸
受部２１とその周囲の構成について説明する。

タービン軸受部２１は、タービン軸２の端部を、転がり
軸受２３及び軸受支持バネ２４を介して回転自在に保持
していると共に、端部を囲む空間となる軸受室２５及び
排油室２６を所定の形状に区画するようになっている。

そしてその外側には、セラミック部材２７によって区画
されたガス流路２２が形成され、更にその径方向外方に
、断熱層２８及び断熱層２８を囲繞する外殻２９が設け
られている。

そしてタービン軸受部２１には、その径方向外方に延出
されたステイ部材３０か設けられている。

本実施例にあっては、ステイ部材３０は、第３図に示し
たように、放射状に等角度に隔てられた四本の管体でな
り、その延出端は、軸受部２１と外殻２９とが径方向に
等しい距離を隔てるように、外殻２９と一体的に接続さ
れている。すなわち、外殻２つのうち、軸受部２１の径
方向外方に位置される区間は、軸受部２１と一体的な、
ステンレス鋳鋼製の軸受ケーシング３１として形成され
ている。

また、各ステイ部材３０は、外殻２９に至る途中におい
て、ガス流路２２を横断することになるが、この区間は
、セラミック部材２７により囲繞されていると共に、タ
ービン動翼１側に高温なガスを適宜導く流線形の横断面
に成されている。

そして、これらステイ部材３０には、それぞれ軸受部２
１へ連絡された流体通路３２を備えている。すなわち、
これら四本の管体は、第３図中、左右方向に設けられた
空気管３３と、上下方向に設けられた潤滑油注入管３４
及び排出管３５として構成されている。

空気管３３は、圧力バランスを保つためのバランス空気
通路３６を有して成る。バランス空気通路３６は、第２
図中、−点鎖線にて示したように、空気管３３の軸心方
向に沿って軸受支持バネ２４の近傍まで形成された後、
Ｌ字状に方向転換されて、回転軸を兼ねるバランスピス
トン３８とタービン軸受部２１との間に形成されている
バランス圧力室３つに連絡されている。ずなわち、バラ
ンス圧力室３９内の空気を、外殻２９の外方へ抜くよう
になっている。

潤滑油注入管３４は、その軸心方向に沿って潤滑油を導
く油注入路４０を有し、その末端に、転がり軸受２３の
裏側に連絡する軸受タンパ用油路４１と、軸受室２５に
連絡する軸受潤滑用油路４２とが形成されている。また
潤滑油排出管３５は、排油室２６からその軸心方向に形
成された油排出路４３を有して成り、潤滑等に使用され
た潤滑油を、タービン軸受部２１の下方で集めて、これ
を排出するようになっている。

さらに、潤滑油注入管３４及び排出管３５には、潤滑油
の温度上昇を抑えるための冷却空気通路４４が備えられ
ている。冷却空気通路４４は、管３４．３５の外殻２つ
から突出された部分に形成された冷却空気溜４５から、
空気通路孔４６を経由して、管３４．３５の外周へと形
成されている。

そしてこの外周の区間は、管３４と３５とセラミック部
材２７或いは断熱層２８との間に設けられたステンレス
製の遮熱板４７により区画されている。

第４図に示すように、遮熱板４７は、横断面か略長円形
を呈するセラミック部材２７と、潤滑油注入管３４との
間に設けられているが、組立て製造上、この、ステイ部
材３０を覆うセラミック部材２７の筒部４８は、ガス流
Ｇの上流側部分４つと、下流側部分５０とに分割される
ことになる。

そして遮熱板４７は、その合わせ面５１をシールするよ
うに形成されている。

また第５図に示すように、軸受ゲージング３１と、その
ほかの区間の外殻２つを実質的に形成する鋳鉄製の外胴
５２とは、外殻２９の周端に適宜間隔を隔てて設けられ
たフランジ部５３において、ボルト５４およびナツト５
５により接合されるようになっている。そして、第２図
に示したように、セラミック部材２７の筒部４８の外殻
２］ｐｌは、断熱層２８内に埋め込まれるように径方向
に延出され、このフランジ部５３において、軸受ゲージ
ング３１と外胴５２とにより、軸方向で挟み込まれて保
持されるようになっている。

このほが、タービン軸受部２１のガス流Ｇ上流側には、
セラミック部材２７の上流側部分４９と一体的に形成さ
れた軸保護部５６と第二の遮熱板５７とが設けられ、こ
れらは、上流側に突出するように膨出されて、ガス流Ｇ
を適宜導くようになっている。

また、本実施例におけるガスタービンは、動翼１の他、
静翼（タービンノズル）５８もセラミックスによって形
成されており、その径方向の変形を適宜吸収するための
耐熱鋼製のサポート部材５９が設けられている。

次に本実施例の作用を説明する。

燃焼器６によって加熱され、高温となったガスは、ター
ビン軸受部２１の外側を、その軸方向に沿って導かれる
。このとき、軸受部２１は、セラミック部材２７及び第
二の遮熱板５７とによって断熱されるが、断熱層２８を
隔てた外殻２９よりも高温になる。従って、軸受部２１
の熱膨張量は、外殻２９よりも大となって、互いの変形
量に差が生じる。しかしながら、ステイ部材３０たる空
気管３３、潤滑油注入管３４及び排出管３５が一体的に
設けられて両者を接続しているので、その変形量の差の
径方向成分は、いずれの位置においても均一となる。

すなわち、第６図に示すように、軸受ケーシング３１の
変形は、ステイ部材３０との接続位置で、より膨張され
る軸受部２１から押し上げられるようになって、図中、
−点鎖線にて示したように、もとの真円よりも若干、曲
率半径の大きな円弧状を呈するようになされる。

また、転がり軸受２３に供給される潤滑油は、潤滑油注
入管３４及び排出管３５によって、ガス流路２２を横断
するように導かれるが、セラミック部材２７及び遮熱板
４７によって、高温なガスから遮断されるとともに、冷
却空気通路４４を通る空気によって、冷却される。

このように、タービン軸受部２１と外殻２９との熱膨張
量の差を、ステイ部材３０によって、軸受ゲージング３
１として形成した外殻２９を変形させることで実質的に
吸収し、センタリングを確保するようにしたので、ガス
タービンの設計自由度が大幅に拡大される。すなわち、
本実施例で示したような、燃焼器６と軸受部２１とを近
接させた、流路抵抗、熱損失のないガスタービンが実現
される。

また、これらスデイ部材３０を管体にて形成し軸受部２
１に必要な潤滑油や圧力バランス用の空気を供給或いは
導通させるようにしたので、部材点数を増大させること
がなく、極めて実際的で汎用性に富む。

さらに、潤滑油注入管３４及び排出管３５を断熱及び冷
却するようにしたので、潤滑油の過度な温度上昇が防止
できる。

そして本実施例においては、軸受部２１の周囲に設けら
れたセラミック部材２７を、外殻２９に挟み込んで保持
するようにしたので、セラミック部材２７を、熱変形に
伴うスティ部材３０等の径方向の移動に柔軟に対応させ
ることができる。

また、軸受ケーシング３１は、径方向の荷重に強いアー
チ状を呈することになるので、その変形応力は、ステン
レス鋳鋼の弾性限度以下、あるいはその寿命の間の繰り
返し回数に耐え得る許容疲労限度以下に抑えることが出
来るものである。

なお、本実施例にあっては、スティ部材を四本設けるよ
うにしたが、二本以上であれば、何本であっても構わな
い。また、これらは、等しい長さで等角度に設けること
が設計上は望ましいが、センタリングできるように構成
してあれば、どのように設けても構わない。

さらに、構成する部材の材質をセラミックス、耐熱鋼、
ステンレス等と使い分けて例示したが、ガスの温度やタ
ービンの規模等から勘案して適宜選択すればよい。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を
発揮する。

（１）タービン軸受部にその径方向外方に延出されて上
記外殻と一体的に接続されたステイ部材を設けたので、
軸受部の周囲に高温なガスが導かれても、センタリンク
を確保出来る。

（２）また、ステイ部材が記軸受部へ連絡される流体通
路を有した構成においては、部材点数を増加させること
なくセンタリングの確保ができる。

（３）そして、ステイ部材がセラミック部材によって囲
繞された構成においては、ステイ部材の過度な昇温が防
止できる。

【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一実施例を示した
構成図、第２図は第１図中の■部拡大断面図、第３図は
第２図中のＩ−Ｉ［［線矢視断面図、第４図は第２図中
のＩＶ　−ＩＶ線矢視断面図、第５図は第２図中のＶ矢
視図、第６図は本発明の詳細な説明するための概略図、
第７図は従来のガスタービンを示した構成図、第８図は
従来の課題を説明するための要部断面図である。 図中、２１はタービン軸受部、２２はガス流路、２７は
セラミック部材、２８はｙｆｒ熱層、２つは外殻、３０
はステイ部材、３２は流体通路である。 特許出願人　石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士　
絹　　谷　　信　　雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービン軸受部の周囲にその軸方向に沿つて高温な
   ガスを導くガス流路を形成し、該ガス流路を断熱層を隔
   てて囲繞する外殼を設け、上記軸受部に、その径方向外
   方に延出されて上記外殻と一体的に接続されたステイ部
   材を設けたことを特徴とするガスタービン。 ２、上記ステイ部材が、上記軸受部へ連絡される流体通
   路を有した請求項１記載のガスタービン。 ３、上記ステイ部材が、上記ガス流路を区画するセラミ
   ック部材によって上記ガス流路を横断する区間を囲繞さ
   れた請求項１または２に記載のガスタービン。