JPH04255532A - ガスタービンのロータ軸支持構造 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠心圧縮機のインペラ
ーとタービン部のロータ翼を軸支するロータ軸を、ター
ビン側の回転軸受と圧縮機側の回転軸受により回転自在
に支持すると共に、タービン側から圧縮機側にかかるス
ラスト荷重をスラスト軸受により受けるガスタービンの
ロータ軸支持構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転中のロータ軸には、圧縮機のインペ
ラーの羽根とその裏側ディスク面との圧力差、ロータ翼
の前後側面の圧力差等により軸方向のスラスト力がかか
り、それをスラスト軸受により受け止めるようになって
いるが、ガスタービンの高速、高出力化に伴ない上記ス
ラスト力が増大する傾向にある。

【０００３】上記スラスト力を軽減する手段としては、
例えばロータ軸にフランジを形成し、圧縮機の吐出空気
の一部と圧縮機インペラの出口静圧との圧力差を上記フ
ランジに作用させる構造のものがある。

【０００４】また上記スラスト力を受け止めるスラスト
軸受構造としては、筒状カラーの外周側に外向きつば状
のスラストカラーを形成し、該スラストカラーの端面に
スラスト軸受を接触させており、スラストカラーは一様
な外径を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが高速、高出力
化に対して、上記のように単にフランジの表裏両面の圧
力差を利用してスラスト力を軽減する構造では、フラン
ジ径の大きさがスペース的に規制されるため、スラスト
力を充分に軽減することは困難である。

【０００６】またスラスト力が過大になると、スラスト
軸受部分においてスラストカラーが軸方向に撓み、スラ
スト軸受との接触面の油膜が不均一になり、偏摩耗が生
じ、耐久性の低下をきたす。また軸受の損傷の原因にも
なる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】遠心圧縮機のインペラー
とタービン部のロータ翼を軸支するロータ軸を、タービ
ン側の回転軸受と圧縮機側の回転軸受により回転自在に
支持すると共に、回転中にタービン側から圧縮機側に軸
方向にかかるスラスト力をスラスト軸受により受けるガ
スタービンのロータ軸支持構造において、本願請求項１
記載の発明は、スラスト力を軽減するために、上記イン
ペラーのタービン側のディスク面に、該ディスク面が面
する空間部を負圧にするように作用するポンプ羽根部を
形成していることを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明は、スラスト軸受部分
の耐久性を向上させるために、外向きつば状のスラスト
カラーを一体に備えた筒状カラーをロータ軸に嵌着し、
筒状カラーを上記圧縮機側の回転軸受により支持し、ス
ラストカラーのスラスト面にスラスト軸受を当接し、ス
ラストカラーの上記スラスト面とは反対側の部分に付加
質量部を形成していることを特徴としている。

【０００９】

【実施例】図１は本発明に係るロータ軸を備えたガスタ
ービンの全体略図を示しており、この図１において図の
左側を前側と仮定して全体構造を簡単に説明する。ガス
タービンは圧縮機Ａと、タービン部Ｂと、燃焼器Ｃを備
えると共に、回転中心部分に前後方向に延びるロータ軸
１を備えている。前側の圧縮機Ａはその外郭がインテー
クハウジング３、圧縮機軸受ハウジング４及び中間ハウ
ジング５等で構成されており、遠心力式の圧縮用前段イ
ンペラー１１と後段インペラー１２を備え、両インペラ
ー１１，１２は互いに一体回転するように噛合部１０を
介して噛み合い、スラストバランサー１５を介して後方
のタービン部Ｂのロータ翼支持用のディスク１９に連動
連結している。

【００１０】タービンケーシング１３内には、ロータ軸
１を取り巻くようにスクロール室１６が設けられ、スク
ロール室１６の半径方向外方側の端部は燃焼ガス連絡管
８を介して燃焼器Ｃの燃焼ガス吐出部分に接続している
。スクロール室１６よりも軸芯側には燃焼ガス通路Ｓが
設けられ、燃焼ガス通路Ｓには複数のタービン用のロー
タ翼（動翼）１７及び複数のノズル翼（静翼）１８より
なるタービン翼部が配置されている。燃焼ガス通路Ｓの
排気ガス上流側端部にはスクロール室１６の軸心側の吐
出口が開口し、該吐出口から燃焼ガスは燃焼ガス通路Ｓ
内に供給される。各ロータ翼１７はそれぞれロータ翼支
持用のディスク１９の外周端部に支持されており、各デ
ィスク１９は互いに噛合部を介して一体回転可能に連結
すると共に、後方のカップリング２５に連動連結し、カ
ップリング２５はロータ軸１の後端部外周面にスプライ
ン嵌合してロータ軸１と一体に回転するようになってい
る。各ノズル翼１８はそれらの外周側のノズル支持用の
筒状タービンケース２０に固定支持されており、該ター
ビンケース２０の半径方向外方側にはタービンロータが
万一破壊した時の破片の外部飛散を防止するためのコン
テインメントリング（筒状隔壁）２１が配置されている
。

【００１１】タービンケーシング１３の開口部には排気
ガスを減速するための筒状の排気ディフューザ２８が取
り付けられており、燃焼ガス通路Ｓの排気ガス出口側に
連通し、排気ディフユーザ２８の下流側端部は例えば排
気マフラ等に接続している。

【００１２】ロータ軸１はタービン側の後端部がタービ
ン側軸受２３を介して軸受ハウジング３５に支持され、
前記ディスク１９の内周側を圧縮機Ａ側へと前方に延び
、圧縮機Ａ内等を通過し、動力取出し軸として発電機等
の負荷駆動用に供される。ロータ軸１の圧縮機側の前端
部は圧縮機側回転軸受２４及びスラスト軸受３８を介し
て圧縮機軸受ハウジング４の内周部分に支持されている
。

【００１３】図３によりロータ軸１の圧縮機側の軸受構
造を詳しく説明すると、ロータ軸１の前端部の外周には
薄肉の筒状カラー３６が嵌着され、ナット３９により軸
方向移動不能に固定されており、該筒状カラー３６の外
周面には外向きつば状のスラストカラー３７が一体に形
成されている。スラストカラー３７は軸方向に厚肉に形
成されており、前端面は軸方向と直角なスラスト面３７
ａとなっている。

【００１４】圧縮機側回転軸受２４は圧縮機軸受ハウジ
ング４の内周面に嵌着され、筒状カラー３６の外周面を
支持している。スラストカラー３７に対して軸方向前方
に間隔を隔てた位置にはハウジングカバー４０が配置さ
れ、該ハウジングカバー４０は軸受ハウジング４の軸方
向前端面に固着されている。該カバー４０の後端面にス
ラスト軸受３８が固定され、該スラスト軸受３８はスラ
ストカラー３６のスラスト面３７ａに接触して、スラス
トカラー３７を軸方向に支持している。スラストカラー
３７の外方端面の後部、スラスト面３７ａ側と反対側に
は、半径方向外方に張り出す大径の付加質量部４４が一
体に形成されている。該付加質量部４４は回転中の遠心
力によりスラストカラー３７が後方へ撓むのを軸方向と
直角方向に修正しうる程度の質量に設定する。

【００１５】カバー４０及び軸受ハウジング４の壁肉内
には潤滑油通路４５，４６が形成され、該潤滑油通路４
５，４６は潤滑油パイプ４１を介して潤滑油供給源に連
通すると共に、回転軸受２５及びスラスト軸受３８に至
り、各軸受２５，３８に潤滑油を供給する。

【００１６】図２において、圧縮機Ａの前後のインペラ
ー１１，１２はそれぞれ後部に半径方向外方に延びるデ
ィスク部５２，５３を一体に備えると共に、各ディスク
部５２，５３の前側曲状面に沿って曲状の羽根部５０，
５１を一体的に備えている。各ディスク部５２，５３の
タービン側の面、即ち後端ディスク面５２ａ，５３ａは
、これらと各隔壁３２，３３との間で環状の空間部Ｍ１
，Ｍ２　を形成している。

【００１７】各ディスク部５２，５３のディスク面５２
ａ，５３ａには、各空間部Ｍ１　，Ｍ２　から半径方向
外方へと空気を吸い出して空間部Ｍ１，Ｍ２　内を減圧
するように、同一円周上に多数のポンプ羽根部６０，６
２が形成されている。ポンプ羽根部６０，６２の具体的
形状としては、例えば軸方向に突出する環状突起を形成
して、該環状突起を傾斜状の溝で多数に分割することに
より多数の羽根状の突起を形成する。また各隔壁３２，
３３の前端面に、上記ポンプ羽根部６０，６２に対応す
る突起６１，６３を形成することにより空気流路を狭め
、吸出し効果を高めている。

【００１８】作用を説明する。図１において、圧縮機Ａ
のインテークマニホールド３に供給された空気はまず前
段インペラー１１で圧縮され、空気通路７０を通って中
間ハウジング５内の中間空気室７１に入り、さらに後段
インペラー１２で圧縮されて空気通路７２を通って圧縮
空気室３０に入る。ここから燃焼器Ｃに送られ、燃料と
混合して燃焼に利用され、そこで発生する燃焼ガスはス
クロール室１６を通って燃焼ガス通路Ｓに供給される。 燃焼ガス通路Ｓ内でタービンのロータ翼１７を回転させ
た後、排気ディフューザ２８を通って排気マフラ等に送
られる。

【００１９】ロータ軸１にはロータ翼１７からディスク
１９及びカップリング２５を介して回転力が伝達される
が、ロータ翼１７、スラストバランサー１５及び各イン
ペラー１１，１２から軸方向の圧縮機側（後側）へのス
ラスト力も同時にがかかる。

【００２０】一方圧縮機のインペラー１１，１２の回転
により各ポンプ羽根部６０，６２はポンプ作用を行なう
ので、各空間部Ｍ１　，Ｍ２　は減圧され、負圧になる
ことにより各インペラー１１，１２を後方へ引く作用を
し、上記スラスト力を軽減する。

【００２１】また図３のスラスト軸受部分において、ス
ラストカラー３７が後方のスラスト軸受３８に強く押し
付けられることにより、後方（タービン側）に撓むよう
に曲げ作用を受けるが、スラスト面３７ａとは反対側の
スラストカラー３７の外方端部に付加質量部４４を形成
しているので、遠心力はスラストカラー３７を前方へ直
角姿勢に戻すように作用し、スラストカラー３７が後方
へ撓むのを阻止し、軸方向に対して直角な姿勢を保つ。 従ってスラスト面３７ａとスラスト軸受３８は接触面全
面に渡って均等に接触し、それらの間の油膜も接触面全
面にわたって均等に分布する。

【００２２】

【別の実施例】スラスト力を軽減するためのポンプ羽根
部を前段インペラー又は後段インペラーのいずれか一方
のみに形成する。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本願請求項１記載の
発明は、遠心圧縮機のインペラー１１（１２）のタービ
ン側のディスク面５２ａ（５３ａ）に、該ディスク面が
面する空間部を負圧にするように作用するポンプ羽根部
６０（６２）を形成しているので、ロータ回転中、ポン
プ羽根部６０（６１）のポンプ作用により空間部Ｍ１　
，（Ｍ２　）は減圧され、この負圧は上記スラスト力を
軽減する方向に作用する。これによりロータ翼１７で発
生してスラスト軸受３７にかかるスラスト力は軽減され
、スラスト軸受３７の過大圧力による損傷等を防止し、
耐久性を向上させることができる。

【００２４】請求項２記載の発明においては、スラスト
カラー３７の外周面にスラスト面とは反対側に偏倚した
付加質量部４４を形成しているので、その遠心力により
スラストカラーが軸方向と直角姿勢から撓むのを阻止で
きる。従ってスラスト力の増大に対してもスラスト面３
７ａとスラスト軸受３８は常に全面に渡って均等に接触
し、それらの間の油膜も接触面全面にわたって均等に分
布し、スラストカラーの偏摩耗や損傷を防ぎ、耐久性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明を適用したガスタービン全体の縦断
面略図である。

【図２】　　図１のＩＩ部分の拡大図である。

【図３】　　図１のＩＩＩ　部分のである。

【符号の説明】

１　　ロータ軸 １７　　ロータ翼 ２３　　回転軸受 ２４　　回転軸受 ３６　　筒状カラー ３７　　スラストカラー ３８　　スラスト軸受 ５２　　ディスク部 ５３　　ディスク部 ５２ａ　　ディスク面 ５３ａ　　ディスク面 ６０　　ポンプ羽根部 ６２　　ポンプ羽根部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　遠心圧縮機のインペラーとタービン部の
   ロータ翼を軸支するロータ軸を、タービン側の回転軸受
   と圧縮機側の回転軸受により回転自在に支持すると共に
   、回転中にタービン側から圧縮機側に軸方向にかかるス
   ラスト力をスラスト軸受により受けるガスタービンのロ
   ータ軸支持構造において、上記インペラーのタービン側
   のディスク面に、該ディスク面が面する空間部を負圧に
   するように作用するポンプ羽根部を形成していることを
   特徴とするガスタービンのロータ軸支持構造。
2. 【請求項２】　　遠心圧縮機のインペラーとタービン部
   のロータ翼を軸支するロータ軸を、タービン側の回転軸
   受と圧縮機側の回転軸受により回転自在に支持すると共
   に、回転中にタービン側から圧縮機側に軸方向にかかる
   スラスト力をスラスト軸受により受けるガスタービンの
   ロータ軸支持構造において、外向きつば状のスラストカ
   ラーを一体に備えた筒状カラーをロータ軸に嵌着し、筒
   状カラーを上記圧縮機側の回転軸受により支持し、スラ
   ストカラーのスラスト面にスラスト軸受を当接し、スラ
   ストカラーの上記スラスト面とは反対側の部分に付加質
   量部を形成していることを特徴とするガスタービンのロ
   ータ軸支持構造。