JPH0431601A - Controller for rotor thrust of gas turbine - Google Patents

Controller for rotor thrust of gas turbine

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JPH0431601A
JPH0431601A JP13525690A JP13525690A JPH0431601A JP H0431601 A JPH0431601 A JP H0431601A JP 13525690 A JP13525690 A JP 13525690A JP 13525690 A JP13525690 A JP 13525690A JP H0431601 A JPH0431601 A JP H0431601A
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JP
Japan
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pressure
balance piston
thrust
piston chamber
equal
Prior art date
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Pending
Application number
JP13525690A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaharu Yasuda
正治 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0431601A publication Critical patent/JPH0431601A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent skiding damage in a thrust bearing and the like from occurring due to over- or less-thrust of a rotor shaft by providing a differential equalizing valve for introducing a compressor outlet air to a balance piston chamber while maintaining a constant voltage. CONSTITUTION:In a balance piston 7, the pressure receiving area, that is an annular area generated by a diametrical difference between labyrinth seals 11 on the outer and inner circumferential sides is set so that a product of the pressure in a balance piston chamber 12 at the time when it is equal to a compressor outlet air pressure, that is the pressure at the time when the compressor outlet air is led into the balance piston chamber 12 without working a leaf spring 9, and the pressure receiving area of the balance piston 7, may be equal to the thrust value of a gas generator shaft 1. Then the spring force is set so that a differential pressure which is equal to the pressure obtained by dividing the force almost equal to the lower limit thrust generating no skiding in a thrust bearing 3 by the above pressure receiving area may be generated. Then a differential pressure equalizing valve is constituted of the leaf spring 9 and a valve 10.

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エンジンのロータスラスト制御装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a rotor thrust control device for a gas turbine engine.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のガスタービンエンジンではロータのスラストを制
御するため、バランスピストン室に圧縮機出口空気を直
接又は一定の絞りを介して導入するのが一般的である。
In conventional gas turbine engines, in order to control the thrust of the rotor, it is common to introduce compressor outlet air into the balance piston chamber directly or through a certain restriction.

多段圧縮機を用いるエンジンでは中間段階圧縮機出口空
気を直接バランスピストン室に導入することもある。
In engines using multistage compressors, intermediate stage compressor outlet air may be introduced directly into the balance piston chamber.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来のロータスラスト制御装置には解決すべき次の
課題があった。
The conventional rotor thrust control device described above has the following problems to be solved.

即ち、近年のガスタービンではスラスト軸受のDN値(
回転速度rpm X軸受内径間)が200万を越えてお
り、ロータ軸のスラストが過小の時、スキンディング(
すべり現象)を起して損傷する。一方過大なスラストの
下では発熱し、寿命が低下する。
In other words, in recent gas turbines, the DN value of the thrust bearing (
If the rotational speed (rpm x bearing inner diameter) exceeds 2 million and the rotor shaft thrust is too small, skinning
(slip phenomenon) and cause damage. On the other hand, under excessive thrust, it generates heat and shortens its life.

このためあらゆる運転条件下でロータのスラストを軸受
がスキツディングを起さない下限のほぼ一定の値に制御
することが重要である。
Therefore, it is important to control the rotor thrust to a substantially constant lower limit value that does not cause skidding of the bearing under all operating conditions.

従来の装置ではエンジン回転数の変化、バランスピスト
ン室に用いられるラビリンスシール隙間の変化あるいは
運用高度の変化に伴いロータのスラストが大幅に変化す
るという問題があった。又、圧縮機入口可変静翼を有す
るエンジンでは可変静翼の操作によってもロータスラス
トが大幅に変化するという問題があった。
Conventional devices have a problem in that the thrust of the rotor changes significantly with changes in engine speed, changes in the labyrinth seal gap used in the balance piston chamber, or changes in operating altitude. Further, in engines having variable stator vanes at the compressor inlet, there is a problem in that the rotor thrust changes significantly depending on the operation of the variable stator vanes.

〔課題を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

本発明は上記課題の解決手段として、圧vM機とタービ
ンよりなるガスジェネレータ軸のスラストを調整する目
的で回転部と静止部の間にラビリンスシール等で構成さ
れたバランスピストン室を有するガスタービンのロータ
スラスト制御装置において、一定差圧を保って圧縮機出
口空気をバランスピストン室に導入可能に設けられた差
圧一定弁を具備してなることを特徴とするガスタービン
のロータスラスト制御装置を提供しようとするものであ
る。
The present invention provides a means for solving the above-mentioned problems, and is directed to a gas turbine having a balance piston chamber constructed of a labyrinth seal or the like between a rotating part and a stationary part for the purpose of adjusting the thrust of the shaft of a gas generator consisting of a pressure vM machine and a turbine. Provided is a rotor thrust control device for a gas turbine, characterized in that the device is equipped with a constant differential pressure valve that is installed to maintain a constant differential pressure and introduce compressor outlet air into a balance piston chamber. This is what I am trying to do.

〔作用〕[Effect]

本発明は上記のように構成されるので次の作用を有する
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

即ち、ガスジェネレータ軸のスラストは各種運転条件で
圧縮機出口圧にほぼ依存しておりガスジェネレータ軸の
スラストをエンジンの運転条件で大きく変化させないた
め、バランスピストンに圧縮機出口圧と等しい圧力が作
用した時、ガスジェネレータ軸のスラストがほぼゼロと
なる様バランスピストンの有効受圧面積を決定する。
In other words, the thrust of the gas generator shaft is almost dependent on the compressor outlet pressure under various operating conditions, and since the thrust of the gas generator shaft does not change significantly depending on the engine operating conditions, a pressure equal to the compressor outlet pressure acts on the balance piston. When this happens, determine the effective pressure-receiving area of the balance piston so that the thrust of the gas generator shaft becomes almost zero.

次にスラスト軸受がスキンディングを起さない下限スラ
ストに等しい荷重をバランスピストン有効受圧面積で除
した圧力に等しい差圧を有する差圧一定弁を介して圧縮
機出口空気をバランスピストン室に導入すると、上記差
圧によって生じる荷重がスラスト軸受に負荷され、スラ
スト軸受がスキンディングを起さない。
Next, when the compressor outlet air is introduced into the balance piston chamber through a constant pressure differential valve that has a differential pressure equal to the pressure obtained by dividing the load equal to the lower limit thrust at which skinning does not occur in the thrust bearing by the effective pressure receiving area of the balance piston. , the load generated by the pressure difference is applied to the thrust bearing, and the thrust bearing does not skin.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の一実施例を第1図及び第2図により説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図は本実施例に係る遠心圧縮機式ガスタービンのロ
ータスラスト制御装置の継断面図でガスジェネレータ軸
1の片側のみを示しである。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotor thrust control device for a centrifugal compressor type gas turbine according to this embodiment, showing only one side of a gas generator shaft 1.

図において、1はガスジェネレータ軸、2は圧縮機、3
はガスジェネレータ軸1の端部とケーシング側との間に
あってガスジェネレータ軸1のスラストを受けるスラス
ト軸受、4はガス発生用の燃焼器、12は後述するバラ
ンスピストン室である。
In the figure, 1 is the gas generator shaft, 2 is the compressor, and 3
1 is a thrust bearing that is located between the end of the gas generator shaft 1 and the casing side and receives the thrust of the gas generator shaft 1; 4 is a combustor for generating gas; 12 is a balance piston chamber to be described later.

第2図は第1図の囲い■の拡大図で、図において5は後
述するタービンブレード6に高速ガスを噴射するための
タービンノズル、6はガスジェネレータ軸1に植設され
たタービンブレード、7はバランスピストン室12へ流
入した圧縮機出口空気の圧力を利用して、ガスジェネレ
ータ軸lのスラストがスラスト軸受3へ過大に負荷され
るのを相殺するためのバランスピストン、8はバランス
ピストン7のシリンダをなすバランスピストンシリンダ
、9はバランスピストン室12へ流入する圧縮機出口空
気の圧力を後述の通り一定圧、低下させるための板バネ
、10は板バネ9に押されてバランスピストン室12へ
の圧縮機出口空気の流入を抑制するだめのバルブ、11
はラビリンス効果によってバランスピストンシリンダ8
とバランスピストン7間の気密を保持するためのラビリ
ンスシール、12はバランスピストン7を図の「スラス
トJと記載した矢印の向きに圧してガスジェネレータ軸
1のスラストを所要値白シこ相殺するためのバランスピ
ストン室である。
FIG. 2 is an enlarged view of the box (2) in FIG. 8 is a balance piston that uses the pressure of the compressor outlet air that has flowed into the balance piston chamber 12 to offset the excessive load on the thrust bearing 3 due to the thrust of the gas generator shaft l; 8 is the balance piston 7; A balance piston cylinder forming a cylinder, 9 a leaf spring for lowering the pressure of compressor outlet air flowing into the balance piston chamber 12 by a constant pressure as described later, 10 pushed by the leaf spring 9 into the balance piston chamber 12 A valve for suppressing the inflow of compressor outlet air, 11
balance piston cylinder 8 due to the labyrinth effect
A labyrinth seal 12 is used to press the balance piston 7 in the direction of the arrow marked "Thrust J" in the figure to offset the thrust of the gas generator shaft 1 by the required value. This is the balance piston chamber.

以上の構成においてバランスピストン7は、バランスピ
ストン室12内の圧力が圧縮機出口空気圧力と等しいと
きの圧力、即ち、板バネ9を作用させずに圧縮機出口空
気をバランスピストン室12へ導入したときの圧力にバ
ランスピストン7の受圧面積を乗じた力とガスジェネレ
ータ軸1のスラストとがほぼ等値となるようその受圧面
積、図において外周側、内周側のそれぞれのラビリンス
シール11間の直径差が創出する環状面積を設定されで
いる。そして、スラスト軸受3がスキンディングを起さ
ない下限スラストにほぼ等しい力を上記受圧面積で除し
た圧力に等しい差圧を生じるよう板ハネ9のパフ力が設
定さないる。即ち、板バネ9とパルプ10とが差圧一定
弁を構成している。
In the above configuration, the balance piston 7 introduces the compressor outlet air into the balance piston chamber 12 at the pressure when the pressure inside the balance piston chamber 12 is equal to the compressor outlet air pressure, that is, without applying the leaf spring 9. The pressure receiving area, the diameter between the labyrinth seals 11 on the outer circumferential side and the inner circumferential side in the figure, is adjusted so that the force obtained by multiplying the pressure by the pressure receiving area of the balance piston 7 and the thrust of the gas generator shaft 1 are approximately equal. The annular area created by the difference is set. The puffing force of the plate spring 9 is not set so as to generate a pressure difference equal to the pressure obtained by dividing a force approximately equal to the lower limit thrust at which the thrust bearing 3 does not cause skinning by the pressure receiving area. That is, the leaf spring 9 and the pulp 10 constitute a constant differential pressure valve.

本実施例は上記のように構成されているので、圧縮機出
口空気圧その他の変動に際してもスラスト軸受3への負
荷がスラスト軸受3のスキツディングを生じない下限値
以下に減じることがなく、スラスト軸受3の損傷が防が
れるという利点がある。
Since this embodiment is configured as described above, even when the compressor outlet air pressure or other fluctuations occur, the load on the thrust bearing 3 does not decrease below the lower limit value that does not cause skidding of the thrust bearing 3. This has the advantage of preventing damage to the

また、一定差圧によって生しるスラスト以上に過大なス
ラストがスラスト軸受3に負荷されることがないのでス
ラスト軸受3の寿命低下が防止できるという利点がある
Furthermore, since the thrust bearing 3 is not loaded with a thrust that is larger than the thrust generated by the constant differential pressure, there is an advantage that reduction in the life of the thrust bearing 3 can be prevented.

また、バランスピストン室12への供給空気量を板バネ
9とバルブ10とにより必要最少限に押えられるためエ
ンジンの燃費が改善するという利点もある。
Further, since the amount of air supplied to the balance piston chamber 12 can be suppressed to the necessary minimum by the leaf spring 9 and the valve 10, there is also the advantage that the fuel efficiency of the engine is improved.

また、スラスト軸受3に対するスラストの下限値が保証
され、かつ過大値が排除されるので、エンジンの加減速
性能に関わる圧縮機2の入口可変静翼の作動可能範囲を
拡大することができるという利点がある。
In addition, since the lower limit value of the thrust for the thrust bearing 3 is guaranteed and excessive values are eliminated, the advantage is that the operable range of the variable inlet stator vane of the compressor 2, which is related to the acceleration/deceleration performance of the engine, can be expanded. There is.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は上記のように構成されるので次の効果を有する
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

(1)  ロータ軸のスラスト過小によるスラスト軸受
のスキツディング損傷(通常エンジンの致命的破損を招
く)を防止できる。
(1) Squeezing damage to the thrust bearing due to insufficient thrust of the rotor shaft (which usually leads to fatal damage to the engine) can be prevented.

(2)  ロータ軸のスラスト過大によるスラスト軸受
の寿命低下を防止できる。
(2) It is possible to prevent reduction in the life of the thrust bearing due to excessive thrust of the rotor shaft.

(3)バランスピストンへの供給空気量を差圧−穿井の
使用により必要最少限に押えられるためエンジンの燃費
改善にも貢献できる。
(3) Since the amount of air supplied to the balance piston can be kept to the minimum necessary by using differential pressure and drilling, it can also contribute to improving the fuel efficiency of the engine.

(4)  (1)の効果によってエンジンの加減速性能
に係る圧縮機入口可変静翼の作動可能範囲を拡大するこ
とができる。
(4) Due to the effect of (1), it is possible to expand the operable range of the compressor inlet variable stator vane related to engine acceleration/deceleration performance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係るガスタービンのロータ
スラスト制御装置の縦断面図、第2図は第1図の囲いH
の拡大図である。 1・・・ガスジェネレータ軸。 2・・・圧縮機、     3・・・スラスト軸受。 4・・・燃焼器、     7・・・バランスピストン
。 8・・・バランスピストンシリンダ。 9・・・板ハ礼10・・・バルブ 12・・・バランスピストン室。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a rotor thrust control device for a gas turbine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing enclosure H in FIG. 1.
It is an enlarged view of. 1...Gas generator shaft. 2... Compressor, 3... Thrust bearing. 4...Combustor, 7...Balance piston. 8...Balance piston cylinder. 9...Plate plate 10...Valve 12...Balance piston chamber.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 圧縮機とタービンよりなるガスジェネレータ軸のスラス
トを調整する目的で回転部と静止部の間にラビリンスシ
ール等で構成されたバランスピストン室を有するガスタ
ービンのロータスラスト制御装置において、一定差圧を
保って圧縮機出口空気をバランスピストン室に導入可能
に設けられた差圧一定弁を具備してなることを特徴とす
るガスタービンのロータスラスト制御装置。
In a rotor thrust control system for a gas turbine, which has a balance piston chamber configured with a labyrinth seal between the rotating part and the stationary part for the purpose of adjusting the thrust of the gas generator shaft, which consists of a compressor and a turbine, a constant differential pressure is maintained. 1. A rotor thrust control device for a gas turbine, comprising a constant differential pressure valve configured to introduce compressor outlet air into a balance piston chamber.
JP13525690A 1990-05-28 1990-05-28 Controller for rotor thrust of gas turbine Pending JPH0431601A (en)

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