JPH02196137A - 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
高速回転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、このガスにより駆動されるようになってい
る。

第３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セラミックガスタ
ービンを提供すべく、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、その軸受部４およびその周囲の構造を適切なものに
するのは龍しかった。特に軸受部４へ供給される潤滑油
が高温になると、油の劣化、カーポンプリッチの発生が
問題になるため、潤滑油を適切な温度、例えば８０〜１
００℃程度に抑えることが課題になっていた。

また、このセラミックガスタービンに潤滑油のための冷
却手段を設ける際には、部材点数の増加、熱膨張差によ
る熱変形等が生じないような配慮が必要である。

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、潤滑油の過度な昇温等が
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、高温なガス流路を横断してタービン軸受部へ
潤滑油を供給・排出するための潤滑油給排路及びその外
周に冷却空気路を形成するための二重管を設け、上記冷
却空気路を、タービンシャフトの軸方向の圧力バランス
を得るための空気管に連通させたものである。

［作　用］ 上記構成によって、二重管は、タービン軸受部に潤滑油
を供給及び排出すると共に、その周囲に冷却空気を導く
ことで、潤滑油がガスによって過度に昇温するのを防止
する。そしてこの冷却空気は、空気管を通って排出され
る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、添付図面に従って説明する。

第１図および第２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
部の径方向外方から導くようにしたセラミックガスター
ビンに適用した場合を示している。

先ず、同図によって全体の構成を説明する。

このセラミックガスタービンは、従来同様に、圧縮機２
１を備えたタービンシャフト２２を有していると共に、
タービン軸受部２３の軸方向外方に燃焼器（図示せず）
を設け、この燃焼器からセラミック製の動翼２４へ適宜
結ぶガス流路２５を形成している。

従って、外方から取り入れられた空気は、図中、白抜矢
印Ａにて示したように、圧縮１１１２１の羽根車２６の
回転によって圧縮された後、その反対側のタービンシャ
フト２２の端部へ迂回するように導かれて（途中経路図
示時）、燃焼器によって加熱された後、矢印Ｇにて示し
たように、タービン軸受部２３の周囲を通って動翼２４
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、本発明の特長となるタービン軸受部２３及びその
周囲の構成について説明する。

タービン軸受部２３は、タービンシャフト２２の端部を
、転がり軸受２７及び軸受支持バネ２８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
２９及び排油室３０を所定の形状に区画するようになっ
ている。そしてその径方向外方には、セラミック製の案
内環３１、ノズル３２、ストラットカバ３３等によって
区画されたガス流路２５が形成され、軸方向外方には、
遮熱板３４が設けられて空気室３５が区画されていると
共に、ストラットカバ３３から延長されてガス流Ｇ上流
側に突出された軸保護部３６が股、けられている。

そしてこのタービン軸受部２３には、ガス流路２５を横
断してその上下方向に延長された二重管３７が設けられ
ている。すなわち、その内管３８により、タービン軸受
部２３に潤滑油を供給するための潤滑油供給路３９及び
排出するための排出路４０が形成されていると共に、そ
の外管４１と内管３８との間に、冷却空気を流通させる
ための冷却空気路４２が形成されている。

本実施例にあっては、外管４１は、タービン軸受部２３
と一体的に成形されていると共に、その外殻となる軸受
ゲージング４３が一体的に接続されている。すなわち、
このタービン軸受部２３とその外殻とは、二重管３７を
介して一体的に形成されていることになる。また内管３
８は、その軸側端部において外管４１に螺合されている
や潤滑油供給路３９は、タービン軸受部２３の上方に位
置され、内管３８の下端部から、タービン軸受部２３に
形成された細浦路４４．４５により、それぞれ転がり軸
受２７の裏側と、軸受室２つとに連通され、これらのダ
ンパ及び潤滑ができるようになっている。また潤滑油排
出路４０は、排油室３０に連通されており、潤滑等に使
用された潤滑油をタービン軸受部２３の下方で集めて、
これを排出するようになっている。

一方冷却空気路４２は、外管４１の軸側端部に形成され
な細字気路４６により、空気室３５に連通されている。

この空気室３５には、二重管３７と同様に、タービン軸
受部２３及び軸受ケーシング４３と一体的に形成されて
、水平方向に延長された空気管４７が接続されている。

すなわち、冷却を行った後の空気を、空気管４７内を通
して外方に逃がすようになっているやこのほか外管４１
の外ｒｆＳ端部には、冷却空気を取り入れるための入口
部４８が設けられている。

また、空気管４７の反対側には、これと略同様に形成さ
れた圧気供給管４９が設けられている。

従って、タービン軸受部２３には、放射状に、四本の管
が一体的に設けられていることになる。

これら空気管４７及び圧気供給管４９が設けられている
のは、次のような理由による。

このセラミックガスタービンにおいては、タービンシャ
フト２２に、第１図中、左方向へのスラスト力が働く、
これは、従来のガスタービンにおいては、圧縮機による
圧縮仕事と、タービンによるタービン仕事とによる反力
は、軸方向において略相殺されるが、セラミックガスタ
ービンにおいては、動翼２４に、従来と反対方向でガス
を供給するようにしているため、スラスト力が同一方向
に生じることによる。

このため、本実施例にあっては、このスラスト力に抗す
るべく、回転軸を兼ねるバランスピストン５０．５１を
設け、その左市１に区画形成された圧気室５２．５３に
圧気を供給し、右方向のバランス圧力を生じさせて圧縮
機軸受部５４への負荷を軽減させるようになっている。

すなわち、圧気供給管４９は、タービン側の圧気室５２
に連通されて、圧気を供給するようになっている。そし
て、空気管４７は、バランスピストン５０を挟んでこの
圧気室５２と反対側に形成されたバランス圧力室５５に
連通され（第１図中、破線にて示す）、大気圧との差圧
を確保するようになっている。

また、圧１機２１側の圧気室５３は、圧縮機２１の車室
５６に接続された圧気通路５７により、圧気が供給され
るようになっている。

このほか、本実施例にあっては、案内管３１、ノズル３
２、ストラットカバ３３の径方向外方に、リング状の弾
性部材５８が設けられ、セラミックスで成る高温部分と
鋳鉄等で成る外側の低温部分との熱膨張差による変形を
防止するようになっている。またストラットカバ３３の
軸方向端部には、軸方向に伸縮する弾性部材５９が設け
られ、軸方向に沿う熱変形等を吸収するようになってい
る。

次に本実施例の伴用を説明する。

燃焼器によって加熱され、高温となったガスは、タービ
ン軸受部２３の外側を、その軸方向に沿って導かれる。

そして動翼２４に対してタービン仕事を行い、タービン
シャフト２２を軸廻りに回転させる。

このとき潤滑油は、二重管３７の内管３８によって形成
された潤滑油供給路３９を通って、タービン軸受部２３
に供給され、転がり軸受２７の回転を円滑に行わせると
共に、その径方向の有害な振動を吸収する。これと同時
に、冷却空気が、冷却空気路４２内に供給されて、ガス
流路２５からの断熱を行うと共に、内管３８を介して潤
滑油を冷却する。

潤滑及びダンパを行った後の潤滑油は、潤滑油排出路４
０を通って、機外に排出される。この時も潤滑油は、ガ
ス流路２５を横断するが、供給時と同様に、その外周の
冷却空気路４２内を通る冷却空気により、温度上昇が防
止される。

また、冷却空気路４２を通った冷却空気は、星空気室３
５に集合された後、空気管４７内を通って、大気中に開
放される。

このように、タービン軸受部２３に二重管３７を設けて
、潤滑油を給排すると共に、その潤滑油を冷却空気によ
り冷却するようにしたので、油の劣化、カーポンプリッ
チの発生を防止し、高温下における潤滑油の潤滑機能が
確保される。そして排出途中の潤滑油も冷却して、例え
ば１２０℃程度に抑えるようにしたので、二重管３７お
よびその周囲の昇温が防止され、構造の健全性が確保で
きる。

また圧力バランスのための空気管４７によって、冷却を
行った後の空気を排出するよ°うにしたので、冷却空気
を送り込んで冷却効率の向上を図ることが出来ると共に
、部材点数を増加させずに潤滑油の冷却ができる。すな
わち、極めて実際的で汎用性に富むセラミックガスター
ビンとなる。

さらに、本実施例においては、二重管３７及び空気管４
７、圧気供給管４９と、タービン軸受部２３及び軸受ケ
ーシング４３とが一体的に形成されているので、熱膨張
による応力集中が生じないような構造となっている。

すなわち、本発明に関連するセラミックガスタービンに
おいては、次のような課題があった。

タービン軸受部は、その周りに１３００℃以上の高温ガ
スが流れているなめに、セラミック材等によって断熱し
ても、かなりの温度上昇は避けられない、一方、その外
方で保持する外殻は、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、外殻と、ガス流路を区画するセラミック部材と、
軸受部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、或いはガタ付きが生じ、
タービンシャフトのセンタリングが困難になってしまう
。

この課題に対して、本実施例で示した構成にあっては、
二重管３７及び空気管４７、圧気供給管４９によって、
タービン軸受部２３と軸受ゲージング４３とを一体的に
接続しているので、タービン軸受部２３の熱膨張量は外
殻よりも大となって、互いの変形量に差が生じるが、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、軸受ゲージング４３の変形は、多管３７．４
７．４９との接続位置で、より膨張されるタービン軸受
部２３から押し上げられるようになって、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る
。従って、タービン軸受部２３と外殻との熱膨張量の差
を、軸受ケーシング４３の変形で実質的に吸収し、セン
タリングを確保することができる。

また、軸受ケーシング４３は、径方向の負荷に強いアー
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、冷却空気を二重管３７に送
り込む手段については図示していないが、公知の送風機
等を入口部４８に接続するようにすればよい、また圧縮
４１１２１から圧気を導くようにしてもよい、この場合
、圧縮機２１からの空気は高温であるので、途中に冷却
装置を設けることが考えられる。

さらに、内管３８を滑らかな直線状の管として図示した
が、冷却効率を高めるために、フィン構造にするなどの
形状にしてもよい。

［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。

高温なガス流路を横断してタービン軸受部に二重管を設
け、その冷却空気路を圧力バランスを得るための空気管
に連通させたので、部材点数を増加させることなく潤滑
油の過度な昇温が防止でき、高効率のガスタービンの実
現に貢献できる。

【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−実艙例を示した
側断面図、第２図は第１図中の■−■線矢視断面図、第
３図は従来のガスタービンを示した構成図である。 図中、２３はタービン軸受部、２５はガス流路、３７は
二重管、３９．４０は潤滑油給排路、４２は冷却空気路
、４７は空気管である。 特許出願人　石川島描磨重工業株式会社代理人弁理士　
絹　　谷　　信　　雄 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高温なガス流路を横断してタービン軸受部へ潤滑油
   を供給・排出するための潤滑油給排路及びその外周に冷
   却空気路を形成するための二重管を設け、上記冷却空気
   路を、タービンシャフトの軸方向の圧力バランスを得る
   ための空気管に連通させたことを特徴とするガスタービ
   ン。