JPS5915768Y2 - ドウアツシキキタイジクウケソウチニオケル パヅノ シジソウチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、高温下で高速回転するガスタービンのタービ
ン主軸（以下回転軸ともいう）を気体の動圧で支持する
動圧式気体軸受装置におけるパッドの支持装置に関する
ものである。

従来の、ガスタービンのタービン主軸を支持する動圧式
気体軸受装置としては、例えば第１図に示す構造のもの
がある。

すなわち、この構造はタービン主軸１０１の周囲に等間
隔で、該主軸１０１に対して若干の間隔をおいて配設さ
れた少なくとも３個のパッド１０２ ａ、 １０２ ｂ
、 １０２ Ｃを有し、このパッド１０２ ａ、 １０
２ ｂ、 １０２ Ｃのうち停止時にタービン主軸１０
１の自重を支えるパッド１０２ ｂ、 １０２ Ｃは、
固定されたピボツ）１０３に自在に支持され、また停止
時にタービン主軸１０１の自重を支えないパッド１０２
ａは、単一の片持ちばね板１０４の自由端に取りつけら
れたピボット１０５に自在に支持されていた。

このようにパッド１０２ ａがピボット１０５を介しば
ね板１０４に特に、弾性支持される理由は、回転中のタ
ービン主軸１０１とパッド１０２ａ。

１０２ ｂ、 １０２ Ｃとの間隙に発生する気体膜の
動圧を、軸受性能上好ましい値に保つためである。

そして、上記の気体膜の動圧を変動させる要因としては
、主として回転中のタービン主軸１０１の熱膨張による
外径変化、およびタービン主軸１０１に加わる衝撃力や
トルクの大きな変動（以後この２つを衝撃力等と呼ぶ）
であり、これらの要因によって気体膜の動圧が変動する
と、パッド１０２ ａが気体膜の動圧の変動に応じて変
位してタービン主軸１０１との間隙を変え、気体膜の動
圧変動を補償するものである。

ところが、気体膜の動圧を変動させる上記の要因に対す
る補償は、異なる強さの弾性支持パッド１０２ａに要求
する。

すなわち、熱膨張に対する補償は一般に比較的小さくて
良い。

従って弱い弾力でパッド１０２ ａを支持する方が、気
体膜の圧力変動に対する各パッド１０２ ａ、 １０２
ｂ。

１０２Ｃの応答性がよく、信頼性も高くなる。

これに反し、衝撃力などに対する補償は一般に大きくな
り、強い弾力でパッド１０２ ａを支持しなくてはター
ビン主軸１０１の軸芯位置が変動するおそれがある。

つまり、単一のばね１０４によるパッド１０２ａの弾性
支持によっては、ばね１０４の設定かむっがしく、前記
両要因に対する補償機能が極めて狭い範囲となり、満足
な補償機能を得られない。

その結果、パッド１０２ ａ、 １０２ ｂ、 １０２
Ｃがタービン主軸１０１に焼き付きを起す問題がある
。

そこで、タービン主軸１０１とパッド１０２ ａ、 １
０２ ｂ、 １０２ Ｃとの間隙を、予めタービン主軸
１０１の熱膨張分だけ広く設定したとしても、熱膨張分
が不明瞭で、設定値の熱膨張に達しない運転状態では、
タービン主軸１０１とパッド１０２ ａ、 １０２ ｂ
、 １０２ Ｃの間隙が過大となる。

それゆえパッド１０２ａは極めて不安定となって振動を
起こし、タービン主軸１０１に接触することになり、タ
ービン主軸１０１を摩耗させたり、パッド１０２ ａ自
体も摩耗する不都合が起る。

本考案は、上記した従来の問題点ならびに不都合に鑑み
、パッドに広い範囲での補償能力を備えることにより、
パッドの焼き付きおよびパッドと回転軸の摩耗を防止す
ることができる動圧式気体軸受装置におけるパッドの支
持装置を提供することを目的とする。

本考案の構成は、運転時高温となる部位を有するガスタ
ービンに使用される動圧式気体軸受装置のパッドのうち
、停止時に回転軸の自重を支えないパッドに複数個のば
ねの各弾力を該パッドに加わる気体の動圧に応じて、独
立的に又は共働的に選択作用させるようにしたことを特
徴とするものである。

次に上記した本考案の構成を図面に示す実施例にもとづ
いて具体的に説明する。

第２図はこの考案の適用例としてガスタービンの一部を
示す。

まずその概略を述べると、回転可能のタービン主軸１の
図示左右にはそれぞれコンプレッサーローター２とター
ビンローター３が固着されている。

コンプレッサーローター２の回転により、その半径方向
へ放出される高圧の圧縮空気はディフューザー４、空気
通路５を経て燃焼器６に送られ、燃焼器６に保給される
燃料（ケロシン等）を燃焼させる。

高温の燃焼ガスは燃焼器６からタービンノズル７を経て
タービンローター３に対しタービン主軸１の方向に放出
され、タービンローター３を回転させながらタービン主
軸１の軸方向に後方に向って放出される。

上記のタービン主軸１はその前部において軸受１ａによ
りガスタービンのケーシングに支持され、コンプレッサ
ローター２とタービンローター３との中間部で動圧式気
体軸受装置を介してガスタービンのケーシングに支持さ
れている。

次に、この動圧式気体軸受装置について述べると、動圧
式気体軸受装置は第３図に示すように、タービン主軸１
の周囲に配設される三個のパッド８ａ、８ｂ、８Ｃと、
コ（７）各パッド８ａ、８ｂ。

８Ｃをピボット支持する支持装置を主体として構成され
ている。

各パッド８ａ、８ｂ、８Ｃはそれぞれほぼ部分円弧形状
の断面形を有し、タービン主軸１の周囲に等間隔にかつ
該主軸１に対して若干の間隙Ｓ１をおいて後述する支持
装置でそれぞれ自在支持され、機能上、二種類に分けら
れる。

すなわち、第３図においてタービン主軸１の下方に配設
された二個のパッド８ｂ、８Ｃは、タービン主軸１の停
止時にはタービン主軸１の自重を支えるものである。

従ってパッド８ｂ、８Ｃの内面の一部は、停止時におい
てはタービン主軸１の外周に当接している。

なお、第３図はタービン主軸１が矢印方向へ回転してい
るときのものである。

このような各パッド８ａ、８ｂ、８Ｃを支持する支持装
置は、次のように構成されている。

すなわち、前記各パッド８ａ、８ｂ、８Ｃのうち二個の
パッド８ｂ、８Ｃは、固定ピボット９で゛、またパッド
８ａは、弾性支持された可動ピボット１０でそれぞれ自
在支持されている。

すなわち、各ピボッ１−９．１０の先端部は球状部１１
に形成され、この球状部１１を介して各パッド８ａ、８
ｂ、８Ｃはそれぞれ自在支持されている。

また、各パッド８ａ。８ ｂ、 ８ Ｃの支持位置は、
第３図に示すようにタービン主軸１の回転方向寄りに偏
在している。

前記各固定ピボット９は１．それぞれの胴部９Ａにねじ
が形成され、ガスタービンのケーシングなどの固定支持
体１２に胴部９Ａを介して螺着され、さらにナツト１３
で固定されている。

また、前記可動ピボット１０も、前記固定ピボット９と
同様にその胴部１０Ａにねじが形成されているが、この
可動ピボット１０は特に比較的弱いばね特性（曲げ剛性
）の一次板ばね１４の一端に取り付けられている。

一次板ばね１４はタービン主軸１の上方において横方向
に位置しその他端部はケーシングなどの固定支持体１２
に横方向片持ち式に支持されている。

そして、その一端に取り付けた取付片１５に前記可動ピ
ボツ） １０が垂下状にねし結合され、さらにナツト１
６で取付片１５に締めつけられている。

この可動ピボット１０の背後（第３図における直上方）
には、前記−成板ばね１４よりばね特性が強い二次板ば
ね１７が一次板ばね１４に平行してディフューザー４の
内壁の固定支持体１９に片持ち式に支持されている。

この二次板ばね１７の先端に取付片２０が取りつけられ
ていてこれにアジャストスクリュー１８が上下方向にね
し結合されてナツト２１で取付片２０に締めつけられて
おり、アジャストスクリュー１８の下端と可動ピボット
１０の上端との間に形成した間隔Ｓ２を調整できるよう
にしである。

また、前記−成板ばね１４ならびに二次板ばね１７のば
ね特性は、一次板ばね１４はタービン主軸１の熱膨張の
程度によって、二次板ばね１７はタービン主軸１が受け
る衝撃力などの強さを想定して、それぞれ設定される。

さらに、可動ピボット１０とアジャストスクリュー１８
との間隔Ｓ２は、Ｏｍｍ＜Ｓ２≦″Ａ□ ｍｍ程度に設
定されるものである。

引続いて、本実施例の作用について説明する。

ガスタービンが始動されると、回転するタービン主軸１
に表面に付随する高速の気体膜の作用で各パッド８ａ、
８ｂ、８ｃは、その支持部を中心としてその先端側が外
力へ拡開される。

そしてタービン主軸１と各パッド８ａ、８ｂ、８Ｃとの
間に間隔Ｓ１が生じタービン主軸１はその後方部におい
ては前記気体膜を介してパッド８ａ、 ８ｂ、 ８
Ｃにより安定して浮堤状態に支持され、又前方において
は軸受１ａに支持されて高速回転を続ける。

やがてタービン主軸１は、燃焼器６からの輻射熱などに
より高熱を受け、その外径が熱膨張によって大きくなる
らすると、タービン主軸１と各パッド８との間隙Ｓ１は
設定値より狭くなり、該間隙Ｓ１に生ずる気体膜の動圧
が大きくなる。

このように気体膜の動圧が大きくなると、可動ピボツ）
１０で支持されたパッド８ａは一次板ばね１４の弾力
に抗しタービン主軸１から離れる方向に変位し、気体膜
の圧力増加分をタービン主軸１との間隙Ｓ１を拡げるこ
とによって補償する。

そして固定ピボット９で支持された各パッド８ｂ、８Ｃ
もパッド８ａの変位に追随してその支持部を中心に自在
変位し、タービン主軸１は適正な状態でパッド８ａ、８
ｂ、８Ｃにより支持され続ける。

次に上記のような運転状態のタービン主軸１に、その軸
芯を変位させるような衝撃力などが加えられた場合には
、タービン主軸１と介パッド８ａ、８ｂ、８Ｃとの間の
間隙Ｓ１が変り、前述の場合と同様に気体膜の動圧が変
動する。

ただこの場合の動圧の変動は、熱膨張による前述の場合
より著しく大きくなるのが普通である。

すなわち、この場合において気体膜の圧力が増大すると
、初めにパッド８ａは、前述の熱膨張の場合と同様に一
次板ばね１４の弾力に抗してタービン主軸１から離れる
方向に変位するが、可動ピボツ） １０とアジャストス
クリュー１８とが当接し、二次板ばね１７の強いばね特
性により可動ピボット１０の変位は規制されるので、タ
ービン主軸１が振れたりするのが防止される。

そして、この場合も固定ピボット９で支持された各パッ
ド８ｂ、８Ｃは、パッド８ａの変位に追随してその支持
部を中心に自在変位する。

なお気体膜の動圧が減少したときも、上述とは全く反対
の作用により、気体膜の動圧の変動が補償される。

つまり、気体膜の動圧の変動が、タービン主軸１の熱膨
張などによる場合のように小さいときには、一次板ばね
１４のみが各パッド８ａ、８ｂ、８Ｃとタービン主軸１
との間隙調整に関与し、また気体膜の動圧の変動が、タ
ービン主軸１に作用する衝撃力などによる場合のように
大きいときには、一次板ばね１４のみならず二次板ばね
１７もパッド８ａ、８ｂ、８Ｃとタービン主軸１との間
隙調整に関与するものである。

従って本考案は広い範囲におよぶ気体膜の動圧の変動を
軸受機能上、適正に補償することができる。

また運転中のガスタービンでは、燃焼器６からの輻射熱
はケーシングにも影響を及ぼし、一次板ばね１４を支持
する固定支持体１２も熱膨張を起して、一次板ばね１４
で支持された可動ピボット１０を変位させる。

従って、タービン主軸１との間隙の動圧の変動による以
外に、パッド８ａがタービン主軸１から離れる方向に変
位する。

このような変位が増大すると、タービン主軸１の軸芯が
ずれ、コンプレッサローター２あるいはタービンロータ
ー３の回転中心がずれて、ケーシングとの間隙が変化し
、タービンやコンプレッサーの性能を低下させ、はなは
だしいときはローターがケーシングと接触し、ローター
の損傷やガスタービン全体の破損に至る恐れもある。

またタービン主軸１とシールが接触して、それらが損傷
したり、シールからの漏れが多くなるなどのため性能低
下をきたすことになる。

しかしながら本考案の場合は、一次板ばね１４は、所定
量だけ変位すると二次板ばね１７に当接し、それ以上の
変位は抑制される。

二次板ばね１７は、ガスタービンのディフューザー４の
内壁に位置した固定支持体１９で支持されているから、
ディフューザー４の冷却効果により熱の影響は緩和され
正しい位置を保っている。

すなわち、本考案によれば一次板ばね１４に支持された
可動ピボット１０の熱による位置誤差は、二次板ばね１
７によって許容限度内に規制することができる。

以上の説明からも明らかなように、本考案は運転時高温
となる部位を有するガスタービンに使用される動圧式気
体軸受装置のパッドの支持装置において、前記パッドの
うち停止時に前記回転軸の自重を支えないパッドをばね
特性の弱い一次ばねに取りつけたピボットに自在に支持
して回転軸に対して進退可能とし、一次板ばねの背後に
は一次ばねがタービン主軸の熱膨張による気体膜の圧力
変動に応じて変位しうる作動域を設け、この作動域以上
の一次ばねの作動に対しては一次ばねと共働する一次ば
ねより強いばね特性を有する二次ばねを配設し、さらに
前記ばねをそれぞれ別々の固定支持体に取り付け、少な
くとも二次ばねの支持部分をガスタービンのディフュー
ザ内壁としたことによって、 （イ）回転軸の回転中に、該軸とパッド間に生ずる気体
膜の動圧が、回転軸の熱膨張による外径変化などにより
比較的小さく変動する場合には、弱いばね特性の一次板
ばねのみの弾力でパッドを支持して、気体膜のわずかな
動圧の変動をその程度に応じたパッドの移動によって補
償することができる。

（ロ）また、上記の気体膜の動圧が、回転軸に作用する
衝撃力などにより大きく変動する場合には、弱いばね特
性の一次ばねの弾力の他に強いばね特性の二次ばねの付
加弾力でパッドの変位を規制して気体膜の大きな動圧の
変動を補償することができる。

（ハ）さらにまた、運転中を通じて一次ばねを支持する
ケーシングの固定支持体が、熱により膨張して、可動ピ
ボットおよびそれに支持されたパッドが変位するが、熱
の影響を受けない二次ばねが、一次ばねの所定量以上の
変位を抑制し、可動ピボットのずれを許容限度内に維持
することができる。

つまり、本考案のパッドの支持装置によれば、気体膜の
広範な動圧の変動を良好な心金性をもって補償すること
ができ、気体膜の動圧を軸受機能上最適な値に保ち得、
パッドが回転軸に焼き付いたり、またパッドの支持が不
安定になったりすることを防ぐことができ、動圧式気体
軸受装置の信頼性のみならず、回転軸を含めたその耐用
性をも向上させうる。

また、本考案のパッドの支持装置によれば、燃焼器から
の熱の影響を緩和し、タービン主軸のずれを最少限に保
つことができ、ガスタービンの性能低下あるいは損傷を
防止できる効果がある。

なお前述の実施例では、一次板ばね１４および二次板ば
ね１７の二個の板ばねによるものを示したが、三次或い
は四次と板ばねの個数を増し、各板ばねの作動域を狭く
し補償機能をさらに信頼性を持たせることもできる。

またパッドの数は３枚以上の場合もあり回転軸の回転停
止時にその自重を支えないパッドが複数個ある場合には
そのうちの少なくとも１個のパッドを、実施例に示すよ
うに可動ピボットで支持すればよい。

さらに、一次板ばね１４および二次板ばね１７は、両端
を支持してもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示し、第１図は従来の動圧式
軸受装置を示す説明図、第２図は本考案を適応したガス
タービンの断面図、第３図は本考案の動圧式軸受装置を
示す説明図。 １・・・タービン主軸、２・・・コンプレッサーロータ
ー、３・・・タービンローター ８ａ、８ｂ、８Ｃ・・
・パッド、９・・・固定ピボット、１０・・・可動ピボ
ット、１４・・・一次板ばね、１７・・・二次板ばね、
１８・・・アジャストスクリュ、Ｓｌ・・・間隙、Ｓ２
・・・間隔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 高速回転するタービン主軸の周囲に所要のクリアランス
   を設けて少なくとも３個の軸受パッドを配置し、該パッ
   ドのうち少なくとも１個のパッドが固定支持体に対し弾
   性支持され、タービン主軸表面と軸受はパッド内面との
   間に発生する気体膜の圧力によりタービン主軸を浮上さ
   せて回転自在に支持するガスタービンの動圧式気体軸受
   装置において、弾性支持される前記パッドは、ばね特性
   の弱い一次ばねに取り付けた可動ピボットで自在支持し
   、一次ばねの背後には一次ばねがタービン主軸の熱膨張
   による気体膜の圧力変動に応じて変位しうる作動域を設
   け、この作動域以上の一次ばねの作動に対しては一次ば
   ねと共働する一次ばねより強いばね特性を有する二次ば
   ねを配設し、前記ばねをそれぞれ別々の固定支持体に取
   り付け、少なくとも二次ばねをガスタービンのディフュ
   ーザー内壁の固定支持体で片持ち式に支持し、停止時に
   タービン主軸の自重を支える固定パッドを自在支持する
   固定ピボットは、ガスタービンのケーシングの固定支持
   体に取り付けたことを特徴とするパッドの支持装置。