JPH0612161Y2 - タービン冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、タービン冷却装置に関し、特にタービンロー
タと回転軸との接合部を冷却するのに適した冷却装置に
関する。

〈従来の技術〉 従来から、内燃機関の排気ターボチャージャー等におけ
るタービンロータの材料として、耐熱性や耐熱衝撃性に
優れ然も金属製に比べ軽量化を図ることができるセラミ
ックス材が広く用いられるようになっている（特開昭６
１−２８３７０３号公報等参照）。

〈考案が解決しようとする課題〉 かかるセラミックス製タービンロータを用いる際には、
該タービンロータと金属製の回転軸とをロー付けや焼ば
め等によって接合するように構成されるものがある（実
開昭６２−１２７０２号公報等参照）が、前記接合部が
比較的高温となるガスタービン機関の場合には、接合部
の熱耐久性を保証することが困難であるという問題があ
った。

即ち、排気ターボチャージャーの場合には、一般にター
ビンの入口ガス温度が最高出力時で900℃程度であるた
めに接合部の温度上昇が比較的低く、前述のような接合
方式で熱耐久性が問題となることは少ないが、ガスター
ビン機関の場合には、前記入口ガス温度が最高出力時に
1350℃程度になることがあるため、接合部の温度が800
〜900℃にも達して、前記接合部における熱耐久性を確
保することが困難であったものである。

本考案は上記問題点に鑑みなされたものであり、タービ
ンの主にタービンロータと回転軸との接合部を効果的に
冷却でき、然も、安価な構造の冷却装置を提供すること
を目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本考案に係るタービン冷却装置は、タービンロ
ータに接合される回転軸に一端を封止した中空部を形成
すると共に、該回転軸中空部の他端開放部から一端が封
止された冷媒供給管を該封止端部側から前記回転軸と略
同軸に挿置し、該冷媒供給管の封止端部付近に該冷媒供
給管の接線方向でかつ前記回転軸の回転方向を向く貫通
孔を形成する一方、前記回転軸中空部の内周と前記冷媒
供給管の外周との間に形成されるリング状通路の開放端
部付近に絞りを形成し、前記冷媒供給管の開放部から供
給された液体冷媒を前記貫通孔を介して前記回転軸中空
部内の封止端部側に供給し、前記リング状通路を流通さ
せて前記絞りを介して外部に排出するよう構成した。

〈作用〉 かかる構成のタービン冷却装置によると、一端が封止さ
れた冷媒供給管の他端開放部から該供給管内に供給され
た液体冷媒は、該冷媒供給管内を通ってその封止端部側
に至り、封止端部付近に設けられた貫通孔を介して冷媒
供給管の外部に供給される。ここで、前記冷媒供給管
は、タービンロータに接合される回転軸に設けられた一
端が封止された中空部に対して供給管の封止端部側から
略同軸に挿置されるものであるから、前記貫通孔を介し
て供給される冷媒は、前記回転軸の中空部内の封止端部
側に直接供給されることになる。

従って、例えばロー付けや焼ばめ等によって接合された
タービンロータと回転軸との接合部を封止端部側として
回転軸の中空部を形成すれば、回転軸の他の部分よりも
先に前記接合部付近に対して冷媒が供給されて、熱耐久
性上で問題となる前記接合部を効果的に冷却することが
可能となるものである。然も、冷媒供給管の封止端部付
近に形成される貫通孔は、冷媒供給管の接線方向でかつ
回転軸の回転方向を向けて開口されるから、液体冷媒に
よる粘性抵抗が低減される。更に、冷媒供給管の外周と
中空部内周との間に形成されるリング状通路に供給され
た液体冷媒の排出部には絞りを設けてあるから、回転軸
中空部内に液体冷媒の自由表面ができることを回避でき
る。

〈実施例〉 以下に、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。

本考案に係るタービン冷却装置を適用したガスタービン
機関の全体構成を示す第３図において、コンプレッサハ
ウジング１内には、コンプレッサロータ２とタービンロ
ータ３とを回転軸４の両端に固定したコンプレッサが内
蔵され、前記回転軸４を気体軸受５で支持している。コ
ンプレッサロータ２は、空気取り入れ口６から空気を吸
い込んで燃焼器７内に圧送し、燃焼器７内では図示しな
い燃料供給管から供給された燃料と前記供給空気との混
合気が燃焼される。この燃焼ガスがタービンロータ３に
吐出され、タービンロータ３が燃焼ガスで回転駆動され
ることにより該タービンロータ３と回転軸４を介して連
結されたコンプレッサロータ２が一体に高速回転駆動さ
れる。タービンロータ３を出た燃焼ガスは吐出通路８を
経てパワータービンロータ９に吹きつけられ、該ロータ
９を回転駆動した後、排気通路10から排出される。前記
パワータービンロータ９は駆動軸であるドライブシャフ
ト11の一端に連結され、該シャフト11はタービンハウジ
ング12内でパワータービンロータ９の連結側が気体軸受
13で支持されると共に、他端がローラベアリング14で支
持されている。前記気体軸受13は燃焼ガスの一部を軸受
面に導いてドライブシャフト11を支持しており、軸受面
のパワータービンロータ９と反対側の端面はシール15で
密封されている。また、ドライブシャフト11のローラベ
アリング14側にピニオンギヤ16が固定され、該ピニオン
ギヤ16はドライブシャフト11と平行に配設された従動軸
としてのアウトプットシャフト17に固定されたギヤ18と
噛み合ってアウトプットシャフト17にトルクを伝達して
いる。

尚、回転軸４の第３図で左端にはギヤ伝達機構が連結さ
れ、図示しない補機類を駆動するようになっている。

ここで、本考案にかかるタービンロータ３の冷却装置を
第１図及び第２図に従って詳細に説明する。

回転軸４は金属製であり、第１図に示すように、コンプ
レッサ２とタービンロータ３との間で気体軸受５により
支持されると共に、コンプレッサロータ２を貫通してコ
ンプレッサロータ２の反タービンロータ３側に延設され
た延設部分が軸受19で支持され、該軸受19の反コンプレ
ッサ２側にシール20が設けられている。

タービンロータ３は、耐熱性や耐熱衝撃性に優れ然も金
属製に比べ軽量化を図ることができるセラミックス材に
より形成されており、このセラミックス製タービンロー
タ３と金属製の回転軸４とは以下のようにして接合され
ている。即ち、回転軸４のタービンロータ３接合部は端
面が凹陥形成されており、該凹陥部４ａにタービンロー
タ３の回転軸上に突出形成した凸部３ａを嵌合させロー
付けすることで回転軸４とタービンロータ３とが接合さ
れている。

また、前記金属製の回転軸４には、コンプレッサロータ
２側を開放端部21aとする一方、前記凹陥部４ａ側（タ
ービンロータ３側）を封止端部21bとする軸方向に沿っ
た円筒状の中空部21が形成されている。そして、この中
空部21には、一端が封止された冷媒供給管22がその封止
端部22b側から前記開放端部21aを介して中空部21内に略
同軸に挿置されており、前記中空部21と前記冷媒供給管
22外周との間にリング状の通路が形成されるようにして
ある。

前記冷媒供給管22は、中空部21の開放端部21aから外部
に突出する開放端部22aが、図示しない冷媒圧送装置か
ら延設された冷媒供給メイン管23に連通接続され、冷媒
供給メイン管23に開放端部22aが片持支持される構成で
あり、中空部21の開放端部21aを形成する端面と前記冷
媒供給メイン管23の前記開放端部21aに対向する端面と
の間には隙間23を設け、この隙間23から中空部21に供給
された液体冷媒が排出されるようにしてある。尚、中空
部21と前記冷媒供給管22外周との間に形成されたリング
状の通路に液体冷媒の自由表面ができると回転軸４振動
の原因となるため、前記隙間（絞り）23によって冷媒出
口が絞られて中空部21内に冷媒が満たされるようにして
ある。

また、前記冷媒供給管22の封止端部22b近傍の周壁に
は、第２図に示すように、冷媒供給管22を介して供給さ
れた潤滑油や空気等の冷媒を中空部21と前記冷媒供給管
22外周との間に形成されたリング状の通路に供給するた
めの供給ノズル（貫通孔）24を貫通形成してある。

冷媒供給管22は、中空部21内で回転せず固定される構成
であり、その周囲を回転軸４が回転するものであるか
ら、前記供給ノズル24から供給された液体冷媒が中空部
21の内壁により旋回方向に駆動されて大きな粘性抵抗と
なる。このため、本実施例では、前記供給ノズル24を、
冷媒供給管22の接線方向でかつ回転軸４の回転方向を向
くように貫通形成することにより、該供給ノズル24から
前記旋回方向に略沿って冷媒が供給されて液体冷媒によ
る粘性抵抗が低減されるようにしてある。

かかる構成によると、冷媒供給メイン管23を介して冷媒
供給管22内に供給された冷媒は、冷媒供給管22に案内さ
れてその封止端部22bに至り、この封止端部22b近傍に形
成された供給ノズル24を介して回転軸４中空部21の封止
端部21b側に供給される。従って、冷媒は、回転軸４と
タービンロータ３との接合部付近に真先に供給されるこ
とになり、タービン入口ガス温度が1350℃程度の高温度
になる場合であっても、回転軸４とタービンロータ３と
の接合部を効果的に冷却して該接合部が高温になること
を回避できるため、回転軸４とタービンロータ３とを本
実施例のようにロー付けによって接合したり、又は、焼
ばめによって接合した場合であっても、かかる接合部が
高温になって熱耐久性が確保できなくなることがなく、
ロー付けや焼ばめ等による接合方式で回転軸４とタービ
ンロータ３との熱耐久性を充分に確保できるものであ
る。回転軸４とタービンロータ３との接合部を冷却した
冷媒は、冷媒供給管22の外周壁と中空部21とによって形
成されるリング状の通路を通って、中空部21の開放端部
21aに至り、ここで、隙間23を介して外部に排出され回
収循環される。

また、本実施例のように、回転軸４に設けた中空部21に
冷媒供給管22を挿置する構成であれば、複雑なシール構
造や冷媒供給経路を必要とせず、冷却装置のコストアッ
プを招くこともない。

尚、本実施例に示すタービンの冷却装置は、セラミック
ス製のタービンロータ３を金属製の回転軸４に対してロ
ー付けや焼ばめによって接合した場合に特に効果を発揮
するものであるが、金属製のタービンロータを用いた構
成のものに適用しても良い。

〈考案の効果〉 以上説明したように本考案によれば、タービンロータに
接合される回転軸に形成した中空部に冷媒供給管を挿置
して、前記中空部の封止端部に直接冷媒を供給できるよ
う構成したため、タービンロータと回転軸との接合部を
効果的に冷却することが可能となり、例えばタービンロ
ータをセラミックス製として金属製の回転軸との接合部
をロー付けや焼ばめにより接合した場合であっても充分
な熱耐久性を備えるようになるという効果があると共
に、簡便な構成によって冷却装置のコストアップも回避
できるものである。また、冷媒供給管の封止端部側の貫
通孔が、該冷媒供給管の接線方向でかつ前記回転軸の回
転方向を向けて形成されるから、液体冷媒による粘性抵
抗を低減でき、更に、液体冷媒の排出口に絞りを設ける
ことで、回転軸内に液体冷媒の自由表面ができることを
回避でき、以て、回転軸の振動発生を防止できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すコンプレッサ断面図、
第２図は第１図のII−II断面図、第３図は第１図示のコ
ンプレッサが組み込まれたガスタービン機関の全体構成
を示す断面図である。 ２…コンプレッサロータ、３…タービンロータ、４…回
転軸、21…中空部、21a…開放端部、21b…封止端部、22
…冷媒供給管、22a…開放端部、22b…封止端部、23…隙
間（絞り）、24…供給ノズル（貫通孔）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】タービンロータに接合される回転軸に一端
   を封止した中空部を形成すると共に、該回転軸中空部の
   他端開放部から一端が封止された冷媒供給管を該封止端
   部側から前記回転軸と略同軸に挿置し、該冷媒供給管の
   封止端部付近に該冷媒供給管の接線方向でかつ前記回転
   軸の回転方向を向く貫通孔を形成する一方、前記回転軸
   中空部の内周と前記冷媒供給管の外周との間に形成され
   るリング状通路の開放端部付近に絞りを形成し、前記冷
   媒供給管の開放部から供給された液体冷媒を前記貫通孔
   を介して前記回転軸中空部内の封止端部側に供給し、前
   記リング状通路を流通させて前記絞りを介して外部に排
   出するよう構成したことを特徴とするタービン冷却装
   置。