WO2009116404A1 - 回転機械及び追設リング - Google Patents

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WO2009116404A1
WO2009116404A1 PCT/JP2009/054208 JP2009054208W WO2009116404A1 WO 2009116404 A1 WO2009116404 A1 WO 2009116404A1 JP 2009054208 W JP2009054208 W JP 2009054208W WO 2009116404 A1 WO2009116404 A1 WO 2009116404A1
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WO
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seal
additional ring
rotating shaft
ring
rotary shaft
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Application number
PCT/JP2009/054208
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English (en)
French (fr)
Inventor
尊昭 松尾
秀之 戸田
卓 一柳
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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Publication date
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Priority to US12/933,061 priority patent/US8702311B2/en
Priority to CN200980109648XA priority patent/CN101978197B/zh
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Priority to ZA2010/06476A priority patent/ZA201006476B/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/03—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/1085—Channels or passages to recirculate the liquid in the bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/74—Sealings of sliding-contact bearings

Definitions

  • the present invention relates to a rotary machine provided with a bearing device and an additional ring.
  • a turbine such as a steam turbine or a gas turbine that generates power by rotating a rotating shaft by expanding a high-temperature working fluid in a casing having a blade structure
  • Various rotating machines other than the turbine are used.
  • the bearing device is provided with an oil leakage suppression mechanism so that the lubricating oil does not leak outside the bearing housing. This is because when an oil leak occurs, the lubricating oil in the bearing box is excessively consumed, and dirt or the like is generated on the bearing device due to the oil leak.
  • an oil leakage suppression mechanism for example, as shown in Patent Document 1, an oil draining portion is provided between the bearing box and the rotating shaft.
  • Patent Document 2 As a bearing apparatus, what was disclosed by patent document 2 is known, for example, As a shaft mechanical seal, what was disclosed by patent document 3 is known, for example.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-62888 paragraph number 0002, FIGS. 3 and 4
  • a seal member is provided between the oil draining portion and the rotary shaft, but the structure is such that the lubricating oil does not directly contact the seal member in order to thoroughly suppress oil leakage.
  • the structure is such that a step structure is provided in advance by increasing the diameter of the rotating shaft only at a place where the seal member is mounted. As a result, the drained oil discharged by the lubricating oil flowing in the axial direction of the rotating shaft is blocked by the stepped structure, and direct contact between the lubricating oil and the seal member can be avoided.
  • the step structure may not be provided in advance on the rotary shaft itself.
  • a dry gas seal whose standard is determined in advance is adopted, but the types thereof are limited.
  • the difference between the diameter of the dry gas seal and the bearing diameter of the bearing device is small, and the step structure may not be provided in advance on the rotating shaft itself in the assembly process.
  • the step structure is retrofitted in order to limit the processing of the rotating shaft itself and improve the yield of the material.
  • the present invention can suppress oil leakage from the bearing box by providing a step structure on the rotating shaft even if the step structure cannot be provided on the rotating shaft in advance for the convenience of manufacturing and assembly processes. It is an object to provide a rotating machine and an additional ring.
  • a rotating machine includes a rotating shaft having a rotating body and a rotating shaft insertion hole having a diameter larger than the diameter of the rotating shaft, and lubricates the rotating machine.
  • a bearing device that supports the rotary shaft that is supplied with oil and passes through the rotary shaft insertion hole; an oil drain portion provided between an outer peripheral portion of the rotary shaft insertion hole and the rotary shaft; And an additional ring attached to the rotary shaft so as to protrude between the portion and the rotary shaft in a radial direction of the rotary shaft.
  • a step structure is separately provided on the rotating shaft at a later stage in the oil drain.
  • the drain oil flowing in the axial direction of the rotating shaft is blocked by the additional ring having a step structure and changes its flow direction.
  • the sealing member disposed between the additional ring and the oil draining portion and the lubricating oil do not directly contact each other, and the leakage of the lubricating oil to the outside of the bearing box can be more reliably prevented. Is realized.
  • oil leakage from the bearing box can be suppressed by providing the step structure on the rotating shaft.
  • the rotating machine includes a fixing bolt that passes through the additional ring so as to be orthogonal to the rotational axis and fixes the additional ring and the rotational axis. It is desirable to have.
  • the additional ring can be fixed to the rotating shaft, and the play of the additional ring with respect to the rotating shaft in the axial direction and the circumferential direction is suppressed, and the additional ring is securely attached to the rotating shaft. Can be attached.
  • the present invention it is desirable to provide a seal between the inner periphery of the additional ring and between the end of the additional ring and the fixing bolt.
  • the rotating shaft and the additional ring can be more closely adhered to improve the sealing performance. And since the said drained oil which sewn the slight clearance gap between the said rotating shaft and the said additional ring is dammed up in the position of the said seal
  • the seal expands in the direction of the rotating shaft and the inner peripheral portion of the additional ring, and the seal itself becomes the rotating shaft and the additional ring. It is desirable to seal by pressing.
  • the seal has an opening, and the seal takes in the seal gas supplied to the seal from the opening by the pressure of the seal gas. It is desirable to extend in the direction of the rotation axis and the direction of the additional ring.
  • sealing gas when the seal gas is positively supplied to the seal, the seal expands due to the pressure of the seal gas filled in the opening, and the seal itself is attached to the rotating shaft and the additional ring. Since the pressing force increases, the sealing performance can be further improved. Since the lubricating oil that has sewn a slight gap between the rotating shaft and the additional ring is dammed up at the position of the seal, oil leakage to the outside of the bearing device can be suppressed.
  • sealing gas is provided for sealing, it will not be restricted to air but gas, such as nitrogen, is included.
  • a seal gas supply pipe for supplying the seal gas to the seal.
  • the fixing bolt preferably has a seal gas supply hole for supplying the seal gas to the seal.
  • the seal gas is preferably air.
  • the present invention it is desirable to provide a ring-shaped tolerance ring having a corrugated shape on the inner peripheral portion of the additional ring.
  • the additional ring can be fixed even at a high speed rotation of the rotating shaft due to the synergistic effect of the tolerance ring and the fixing bolt, and the accuracy of holding the core is improved.
  • the backlash can be suppressed.
  • the additional ring according to the present invention is provided on a rotating shaft of a rotating body supported by a bearing device to which lubricating oil is supplied, and the radial direction of the rotating shaft And the flow of the drain oil in the direction of the rotation axis is blocked.
  • This provides a step structure on the rotating shaft separately as a retrofit.
  • the drain oil flowing in the axial direction of the rotating shaft is blocked by the additional ring having a step structure and changes its flow direction.
  • oil leakage from the bearing box can be suppressed by providing the step structure on the rotating shaft.
  • the additional ring includes a through hole for inserting a fixing bolt for fixing the rotating shaft and the additional ring, the through hole, and the additional ring. It is desirable to have a seal provided between the end portions and the inner peripheral portion of the additional ring.
  • the rotating shaft and the additional ring can be more closely adhered to improve the sealing performance. And since the said drained oil which sewn the slight clearance gap between the said rotating shaft and the said additional ring is dammed up in the position of the said seal
  • the seal expands in the direction of the rotating shaft and the inner peripheral portion of the additional ring, and the seal itself becomes the rotating shaft and the additional ring. It is desirable to seal by pressing.
  • the seal has an opening, and the seal takes in a seal gas to be provided to the seal from the opening, so that the pressure of the seal gas It is desirable to extend in the direction of the rotating shaft and the direction of the additional ring.
  • the seal gas when the seal gas is positively supplied to the seal, the seal expands due to the pressure of the seal gas filled in the opening, and the seal itself is attached to the rotating shaft and the additional ring. Since the pressing force increases, the sealing performance can be further improved. Since the lubricating oil that has sewn a slight gap between the rotating shaft and the additional ring is dammed up at the position of the seal, oil leakage to the outside of the bearing device can be suppressed.
  • the seal gas is preferably air.
  • the present invention it is desirable to provide a ring-shaped tolerance ring having a corrugated shape on the inner peripheral portion of the additional ring.
  • the additional ring can be fixed even at a high speed rotation of the rotating shaft due to the synergistic effect of the tolerance ring and the fixing bolt, and the accuracy of holding the core is improved.
  • the backlash can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a gas turbine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional front view of the bearing device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional side view of the vicinity of the oil leakage suppression mechanism according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional front view of the vicinity of the oil leakage suppression mechanism according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional side view of the vicinity of the additional ring according to the first embodiment.
  • FIG. 6A is a perspective view of the seal according to the first embodiment.
  • FIG. 6B is a configuration diagram of another spring according to the first embodiment.
  • FIG. 6C is a configuration diagram of another seal according to the first embodiment.
  • FIG. 6-4 is a configuration diagram of another seal according to the first embodiment.
  • FIG. 6-5 is a configuration diagram of another seal according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view of the tolerance ring according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional side view of the vicinity of the oil leakage suppression mechanism according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional front view of the vicinity of the oil leakage suppression mechanism according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a sectional side view of the vicinity of the additional ring according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention. First, the configuration of a gas turbine 1000 that is a rotating machine will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the gas turbine 1000 includes a compressor 100, a combustor 200, a turbine 300, and a bearing device 400 as main parts.
  • the compressor 100 takes air into its inside and compresses it. A part of the power obtained by the turbine 300 described later is used as the power of the compressor 100.
  • the combustor 200 generates fuel gas G by mixing fuel with the air compressed by the compressor 100.
  • the turbine 300 introduces the combustion gas G generated in the combustor 200 into the inside thereof, expands it, and blows it on the rotor blade 2 provided on the rotary shaft 1, thereby converting the thermal energy of the combustion gas G into mechanical rotational energy.
  • the bearing device 400 is provided at both ends of the rotating shaft 1.
  • the bearing device 400 supports both ends of the rotating shaft 1 by bearing pads 6 disposed inside.
  • the rotating shaft 1 is supported by the bearing pad 6 and rotates.
  • Lubricating oil L that lubricates between the bearing pad 6 and the rotating shaft 1 is supplied into the bearing device 400.
  • the turbine 300 is fixed to the rotating shaft 1, a plurality of moving blades 2 provided on the rotating shaft 1 side, a casing 3 that houses the rotating shaft 1 and the moving blades 2, and the casing 3 side.
  • the moving blades 2 and the stationary blades 4 are alternately arranged in the axial direction of the rotating shaft 1.
  • the moving blade 2 rotates the rotating shaft 1 by the combustion gas G injected from the combustor 200 and flowing in the axial direction of the rotating shaft 1.
  • the rotational energy of the rotating shaft 1 is taken out from the shaft end 1T of the rotating shaft 1 on the compressor 100 side.
  • FIG. 2 is a cross-sectional front view of the bearing device according to the first embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are a cross-sectional side view and a cross-sectional front view of the vicinity of the oil leakage suppression mechanism, which is a constituent part of the bearing device according to the first embodiment.
  • a bearing device 400 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the bearing device 400 includes a bearing housing 5, a plurality of bearing pads 6 disposed inside the bearing housing 5, and an oil that suppresses leakage of the lubricating oil L to the outside of the bearing housing 5.
  • a leakage suppression mechanism 7 is provided.
  • the bearing box 5 has a rotation shaft insertion hole 5 a having a diameter larger than the diameter of the rotation shaft 1 provided in the bearing box 5 for inserting the rotation shaft 1.
  • An oil leakage suppression mechanism 7 is disposed between the outer peripheral portion of the rotation shaft insertion hole 5 a and the rotation shaft 1.
  • the lubricating oil L supplied into the bearing housing 5 flows in the axial direction of the rotating shaft 1 as the rotating shaft 1 rotates, and rotates by forming an oil film M between the rotating shaft 1 and the bearing pad 6.
  • the shaft 1 is supported.
  • the oil leakage suppression mechanism 7 prevents the lubricating oil L from leaking out of the bearing housing 5.
  • the oil leakage suppression mechanism 7 includes an oil draining portion 8, an additional ring 9, a seal member 10, a seal 11, a fixing bolt 14, and a tolerance ring 15.
  • the oil draining portion 8 is disposed on the outer peripheral portion of the rotation shaft insertion hole 5a and covers most of the rotation shaft insertion hole 5a together with the rotation shaft 1.
  • the additional ring 9 is mounted on the outer peripheral portion of the rotary shaft 1 and realizes a step structure that protrudes in the radial direction of the rotary shaft 1.
  • the seal member 10 is disposed between the oil drain 8 and the additional ring 9.
  • the rotary shaft insertion hole 5 a is sealed by the rotary shaft 1, the oil drain 8, the additional ring 9, and the seal member 10.
  • the fixing bolt 14 is provided through the additional ring 9 so as to be orthogonal to the rotating shaft 1, and the seal 11 and the tolerance ring 15 are provided on the inner peripheral portion of the additional ring 9. Is provided.
  • the oil leakage suppression mechanism 7 can seal the rotary shaft insertion hole 5a and partition the inner IN and the outer OUT of the bearing box 5 from each other. Thereby, leakage of the lubricating oil L to the outside of the bearing box 5 can be suppressed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional side view of the vicinity of the additional ring according to the first embodiment of the present invention.
  • 6-1 to Example 6-5 are perspective views of the seal according to Example 1.
  • FIG. FIG. 7 is a perspective view of the tolerance ring according to the first embodiment.
  • the additional ring 9, the seal 11, the fixing bolt 14, and the tolerance ring 15 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the additional ring 9 includes a seal groove 9 a, a tolerance ring groove 9 b, and a through hole 9 c on the inner periphery thereof.
  • the through-hole 9 c is a through-hole provided at a central portion in the longitudinal direction of the additional ring 9 so as to be orthogonal to the rotation shaft 1.
  • the sealing groove 9a is provided in the inner peripheral portion that is slightly separated from the through hole 9c in the direction of both ends or one end of the additional ring 9.
  • the tolerance ring groove 9b is provided in the inner peripheral part slightly away from the sealing groove 9a in the direction of both ends of the additional ring 9, or in the inner peripheral part inside the sealing groove 9a.
  • a dry gas seal may be adopted as a seal for a rotary machine in order to thoroughly suppress gas leakage from the casing.
  • a dry gas seal is provided between the rotary shaft 1 and the compressor 100 and / or the turbine 300 or both in the bearing device 400 on the compressor 100 side and / or the turbine 300 side. Since the standard of the dry gas seal is determined in advance, there is little room for selection of the type, and the difference between the inner diameter of the selected dry gas seal and the outer diameter of the bearing device 400 of the rotary shaft 1 may be small.
  • the dry gas seal generally needs to be assembled in the axial direction instead of the horizontally divided structure, but if the step structure having a diameter larger than the outer diameter of the bearing device 400 is provided integrally with the rotary shaft 1, In the assembly process, it may be impossible to incorporate the dry gas seal through the bearing device 400 of the rotary shaft 1. According to the present embodiment, even in such a case, it is possible to easily form a step structure on the rotary shaft 1 and to prevent the lubricating oil L from leaking out of the bearing housing 5.
  • the additional ring 9 may be directly attached to the rotary shaft 1, a seal groove 9a, a tolerance ring groove 9b, and a through hole 9c are provided in the inner peripheral portion of the additional ring 9, and a seal 11 and tolerance described later are provided.
  • a ring 15 and a fixing bolt 14 may be provided.
  • the seal 11 includes a ring 12 having an opening 12a and a ring-shaped spring 13 provided in the opening 12a.
  • the spring 13 is formed by bending a plate-shaped stainless steel excellent in bending fatigue resistance so that the cross section becomes V-shaped at the opening 12a.
  • the cross section is a cross section orthogonal to the circumferential direction of the spring 13.
  • the seals 11 are respectively provided in two seal grooves 9 a provided between the through hole 9 c and the end of the additional ring 9 and provided in the inner peripheral portion of the additional ring 9. is set up.
  • the opening 12a is installed so as to face the direction of the through hole 9c.
  • the V-shaped spring 13 is provided so that it may open in the same direction as the opening part 12a.
  • Spring 13 uses the restoring force of bent stainless steel. That is, when the seal 11 is installed in the seal groove 9a as shown in FIG. 5, the restoring force of the stainless steel constituting the spring 13 acts between the rotary shaft 1 and the seal groove 9a. That is, the seal 11 is provided with a spring acting force by the spring 13. As a result, the spring 13 expands in the direction of the rotating shaft 1 and the sealing groove 9a of the additional ring 9 and is pressed against the rotating shaft 1 and the additional ring 9 via the ring 12, thereby further sealing performance. It is possible to realize a sealing function with improved.
  • seal air SA which is a seal gas actively used for sealing
  • the opening 12a is supplied to the opening 12a.
  • Seal air SA can be introduced.
  • the opening 12a expands in the radial direction of the rotary shaft 1, that is, in the direction of the rotary shaft 1 and the seal groove 9a of the additional ring 9, and the force for pressing the rotary shaft 1 and the additional ring 9 increases.
  • the sealing performance can be further improved.
  • the seal air SA is supplied to the seal 11 from a slight gap in the through hole 9c through which the fixing bolt 14 of the additional ring 9 passes.
  • the spring 13 may not be a V-shaped cross section, but may be a U-shaped cross section, for example, as shown in FIG. 6B.
  • the spring 13 has a spring acting force and generates a pressing force against the rotating shaft 1 and the additional ring 9 It is not limited to these as long as it allows them to be used. *
  • the elastic force possessed by the O-ring 11c, the packing 11d, and the elastic body 11e becomes a pressing force against the rotary shaft 1 and the additional ring 9, and the sealing performance between the rotary shaft 1 and the additional ring 9 can be improved.
  • the sealing air SA can be positively supplied to the opening 12d and the opening 12e included therein.
  • the packing 11d and the elastic body 11e are expanded in the direction of the rotating shaft 1 and the sealing groove 9a of the additional ring 9 by the pressure of the sealing air SA, and the packing 11d and the elastic body 11e themselves are rotated.
  • the force pressed against 1 and the additional ring 9 is increased, and the sealing performance can be further improved.
  • the seal 11 has the direction of the rotary shaft 1 and the additional ring 9 by the spring acting force generated by the spring 13 constituting the seal 11 and the elastic force of the O-ring 11c, the packing 11d, or the elastic body 11e. It expands in the direction of the sealing groove 9a.
  • the sealing function can be realized by pressing the seal 11 itself against the rotating shaft 1 and the additional ring 9.
  • the oil E passing through a slight gap between the rotary shaft 1 and the additional ring 9 is blocked at the position of the seal 11, so that oil leakage to the outside of the bearing housing 5 can be more effectively suppressed. Can do.
  • the seal air SA is positively supplied to the opening 12a of the seal 11, the opening 12d of the packing 11d, or the opening 12e of the elastic body 11e, so that the seal 11 and the packing 11d are pressed by the pressure of the seal air SA.
  • the elastic body 11 e expands in the direction of the rotary shaft 1 and the seal groove 9 a of the additional ring 9.
  • the sealing gas is not limited to air such as sealing air SA, and may be a gas such as nitrogen as long as it is used for sealing.
  • the fixing bolt 14 is provided through the additional ring 9 so as to be orthogonal to the rotating shaft 1 as shown in FIG.
  • the fixing bolt 14 is provided so as to penetrate the additional ring 9 by being screwed into the through hole 9c.
  • the through-hole 9c passes through the additional ring 9 in a direction perpendicular to the rotation shaft 1, and a female screw corresponding to the fixing bolt 14 is formed.
  • three through holes 9c are provided in the central portion of the additional ring 9 in the axial direction (axial direction of the rotary shaft 1) in the circumferential direction, and the fixing bolts 14 are disposed there. Is desirable.
  • the additional ring 9 is fixed to the rotary shaft 1 by the fixing bolt 14. Thereby, the backlash of the additional ring 9 with respect to the rotating shaft 1 in the axial direction and the circumferential direction can be suppressed, and the additional ring 9 can be securely attached to the rotating shaft 1.
  • the tolerance ring 15 has a ring shape having a plurality of protrusions w in the axial direction of the ring and having a corrugated shape as a whole.
  • the additional ring 9 is disposed one by one near both ends in the axial direction (the axial direction of the rotary shaft 1).
  • Each protrusion w of the tolerance ring 15 has a spring action, and the spring action force is proportional to the deformation amount of the waveform shape.
  • the spring constant varies depending on the material thickness, the pitch, the width, the height, the shape of the corrugated shape, and the like.
  • the additional ring 9 and the rotary shaft 1 can be fixed by the spring acting force of the tolerance ring 15. That is, when the tolerance ring 15 is installed in the tolerance ring groove 9b as shown in FIG. 5, a spring acting force acts between the rotating shaft 1 and the tolerance ring groove 9b, and as a result, the additional ring 9 is rotated on the rotating shaft. 1 is fixed.
  • the tolerance ring 15 can suppress backlash in the axial direction and the circumferential direction of the additional ring 9 with respect to the rotating shaft 1. Further, due to the synergistic effect with the fixing bolt 14, the additional ring 9 can be fixed even at high speed rotation of the rotary shaft 1, the accuracy of holding the core is improved, and rattling can be suppressed.
  • the seal 11 is attached to the seal groove 9 a provided in the additional ring 9.
  • the tolerance ring 15 is mounted in the tolerance ring groove 9b.
  • the additional ring 9 is attached to the outer peripheral portion of the rotary shaft 1. At this time, the position of the oil draining portion 8 is confirmed, and attention is paid so that the additional ring 9 is disposed between the oil draining portion 8 and the rotary shaft 1.
  • the fixing bolt 14 is inserted into the through hole 9c.
  • the additional ring 9 is fastened to be securely attached to the rotary shaft 1 so that there is no backlash in the axial direction and the circumferential direction with respect to the rotary shaft 1.
  • the additional ring 9 is attached to the rotating shaft 1 by such a procedure.
  • FIG. 8 is a sectional side view of the vicinity of the oil leakage suppression mechanism according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional front view of the vicinity of the oil leakage suppression mechanism according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a sectional side view of the vicinity of the additional ring according to the second embodiment.
  • the bearing device 401 and the oil leakage suppression mechanism 16 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, it is the same as that of the structure of the oil leakage suppression mechanism 7 which concerns on Example 1, About the overlapping member, the same code
  • the oil leakage suppression mechanism 16 includes an oil draining portion 8, a second oil draining portion 18, a seal member 10, a second seal member 19, an additional ring 9, and a seal. 11, a tolerance ring 15, a seal gas supply pump P, a seal gas supply pipe 17, a fixing bolt 20, and a seal pocket 22.
  • the seal pocket 22 is an annular space surrounded by the oil drainage portion 8, the second oil drainage portion 18, and the rotating shaft 1, and a seal gas supply pipe 17 described later is connected thereto.
  • the second oil draining portion 18 is provided at a location slightly away from the oil draining portion 8 in the longitudinal direction of the rotary shaft 1 with the seal pocket 22 interposed therebetween.
  • the second seal member 19 is provided between the second oil drain 18 and the additional ring 9.
  • the seal gas supply pump P is disposed as a pump function for supplying seal air SA to the seal 11 through a seal gas supply pipe 17 described later.
  • the seal gas supply pipe 17 is a pipe that communicates from the seal gas supply pump P to the seal pocket 22.
  • the seal pocket 22 is an annular space, even if there is one seal gas supply pipe 17 connected to the seal pocket 22, the seal air SA supplied from the seal gas supply pipe 17 is additionally provided. It is supplied to the entire circumference of the ring 9. However, this does not prevent the provision of a plurality of seal gas supply pipes 17.
  • the sealing gas is not limited to air such as sealing air SA, and may be a gas such as nitrogen as long as it is used for sealing.
  • the fixing bolt 20 has a seal gas supply hole 21 through which the seal air SA supplied from the seal gas supply pipe 17 is passed.
  • the seal gas supply hole 21 is a through hole penetrating in the longitudinal direction of the fixing bolt 20. In this embodiment, there is one seal gas supply hole 21, but there may be a plurality of seal gas supply holes 21 in the longitudinal direction of the fixing bolt 20.
  • the seal air SA supplied from the seal gas supply pump P through the seal gas supply pipe 17 to the fixing bolt 20 passes through the seal gas supply hole 21.
  • the sealing air SA exiting from the outlet of the sealing gas supply hole 21 passes through a slight gap between the rotating shaft 1 and the additional ring 9 and proceeds in the longitudinal direction of the rotating shaft 1.
  • the seal groove 9a provided with the seal 11 is reached, the V-shaped opening of the spring 13 provided in the seal 11 is rotated by the air pressure of the supplied seal air SA. It tries to open further in the radial direction of the shaft 1.
  • the seal 11 is strongly pressed by the additional ring 9 and the rotary shaft 1, so that the sealing performance between the additional ring 9 and the rotary shaft 1 can be further improved.
  • the sealing gas supply hole 21 is provided in the fixing bolt 20 and the sealing air SA is supplied to the seal 11, so that the sealing air SA is additionally provided from the sealing gas supply hole 21 when the additional ring 9 is fastened. It is supplied to the inner surface side of the ring 9.
  • the seal air SA is positively supplied to the opening 12 a of the seal 11, so that the seal 11 is moved in the direction of the rotary shaft 1 and the seal groove 9 a of the additional ring 9 by the pressure of the seal air SA.
  • the force for pressing the seal 11 itself against the rotary shaft 1 and the additional ring 9 is increased, and the sealing performance can be further improved.
  • the drained oil E that has sewn a slight gap between the rotary shaft 1 and the additional ring 9 is dammed up at the position of the seal 11, so that oil leakage to the outside of the bearing housing 5 can be suppressed.
  • the rotating machine and the additional ring according to the present invention are separate stepped structures even when the stepped structure cannot be provided on the rotating shaft in advance for the convenience of manufacturing / assembling processes. Is provided on the rotating shaft as a retrofit, and is useful when oil leakage from the bearing housing is suppressed.

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Abstract

　本発明は、後付けとして別個に回転軸に段差構造を設けることで軸受箱からの油漏洩を抑制する技術を提供することを課題とする。このために、本発明の回転機械は、回転体を有する回転軸（１）と、回転軸（１）の径よりも大きい径の回転軸挿入穴を備える軸受装置（４００）と、回転軸挿入穴の外周部と回転軸（１）との間に設けられた油切り部（８）と、油切り部（８）と回転軸（１）との間にあって回転軸（１）の径方向に突出するように回転軸（１）に装着された追設リング（９）とを有する。

Description

回転機械及び追設リング
　本発明は、軸受装置を備えた回転機械及び追設リングに関する。
　従来から、翼構造を内蔵するケーシング内で高温作動流体を膨張させることにより、回転軸を回転させて動力を発生する蒸気タービンやガスタービンといったタービンが様々な分野において幅広く利用されている。前記タービン以外でも種々の回転機械が利用されているが、これらの回転機械では前記回転軸を支持するために軸受装置を設けることが必要不可欠となるところ、前記軸受装置内には潤滑油が供給されることが一般的である。
　ここで、前記軸受装置には、前記潤滑油が前記軸受箱外部に漏洩しないよう油漏洩抑制機構が設けられる。なぜなら、油漏れが発生すると、前記軸受箱内の潤滑油が過剰に消費され、また、油漏れによって前記軸受装置付に汚れ等が発生するからである。油漏洩抑制機構としては、例えば特許文献１に示すように、前記軸受箱と前記回転軸との間に油切り部を設ける。また、軸受装置としては、例えば、特許文献２に開示されたようなものが知られており、軸のメカニカルシールとしては、例えば、特許文献３に開示されたようなものが知られている。
特開平１１－６２８８８号公報（段落番号０００２、図３、図４） 特開平９－２２９０６９号公報 特開平５－７１６４７号公報
　通常、前記油切り部と前記回転軸との間にはシール部材を設けるが、油漏洩抑制を徹底すべくシール部材に直接的に前記潤滑油が接触しないような構造とする。例えば、予め、前記シール部材を装着する箇所だけ前記回転軸の径を大きくして段差構造を設けるような構造である。これによって、前記回転軸の軸方向に流動する前記潤滑油が排出する排油は前記段差構造のある箇所で堰き止められ、前記潤滑油と前記シール部材との直接的な接触を避けることができる。
　しかしながら、例えば各種気体を作動流体とするガスタービンなどの回転機械では、予め前記回転軸自体に前記段差構造を設けることができない場合がある。前記ガスタービンでは、前記ケーシングからのガス漏れ抑制を徹底するために、予め規格が決まっているドライガスシールを採用するところ、その種類が限られている。そして、前記ドライガスシールの径と前記軸受装置の軸受径との差は僅少であり、組立工程上、予め前記回転軸自体に前記段差構造を設けることができないことがある。また、前記回転軸自体の加工上の制約や素材の歩留まり向上のため、前記段差構造を後付けとする方が好ましい場合がある。
　そこで本発明は、製造・組立工程等の都合上、予め回転軸に段差構造を設けることができないような場合であっても、回転軸に段差構造を設けて軸受箱からの油漏洩を抑制できる回転機械及び追設リングを提供することを課題とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転機械は、回転体を有する回転軸と、前記回転軸の径よりも大きい径の回転軸挿入孔を備え、内部に潤滑油が供給されて前記回転軸挿入孔を貫通する前記回転軸を支持する軸受装置と、前記回転軸挿入孔の外周部と前記回転軸との間に設けられた油切り部と、前記油切り部と前記回転軸との間にあって前記回転軸の径方向に突出するように前記回転軸に装着された追設リングと、を有することを特徴とする。
　これによって、前記油切り部おいて、後付けで別個に前記回転軸に段差構造を設ける。そして、前記回転軸の軸方向に流動する前記排油は、段差構造たる前記追設リングに堰き止められてその流れ方向を変更する。その結果、前記追設リング及び前記油切り部の間に配されるシール部材と前記潤滑油とが直接的に接触することがなくなり、より確実な前記潤滑油の前記軸受箱外への漏洩抑制が実現される。このように、製造・組立工程等の都合上、予め回転軸に段差構造を設けることができないような場合であっても、回転軸に段差構造を設けて軸受箱からの油漏洩を抑制できる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記回転機械は、前記回転軸と直交するように前記追設リングを貫通して、前記追設リングと前記回転軸とを固定する固定ボルトを有することが望ましい。
　これによって、前記追設リングを前記回転軸に固定することができ、前記追設リングの前記回転軸に対する軸方向及び周方向のガタつきを抑制し、前記追設リングを確実に前記回転軸に装着させることができる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記追設リングの内周部、かつ前記追設リングの端部と前記固定ボルトとの間にシールを備えることが望ましい。
　これによって、前記回転軸と前記追設リングとがより密着してシール性を向上させることができる。そして、前記回転軸と前記追設リングとの間の僅かな隙間を縫ってきた前記排油が前記シールの位置で堰き止められるので、前記軸受装置外への油漏洩を抑制することができる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記シールは、前記回転軸の方向及び前記追設リングの内周部の方向に拡張して前記シール自身を前記回転軸及び前記追設リングに押し付けることでシールすることが望ましい。
　これによって、前記回転軸と前記追設リングとの間のシール性をより向上させたシール機能を実現することができる。そして、前記回転軸と前記追設リングとの間の僅かな隙間を縫ってきた前記潤滑油が前記シールの位置で堰き止められるので、前記軸受装置外への油漏洩を抑制することができる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、　前記シールは、開口部を有し、前記シールは、前記シールに供されるシールガスを前記開口部から取り入れることで前記シールガスの圧力によって前記回転軸の方向及び前記追設リングの方向に拡張することが望ましい。
　これによって、前記シールに前記シールガスを積極的に供給する際に、前記開口部に充満した前記シールガスの圧力によって、前記シールが拡張して、前記シール自身を前記回転軸及び前記追設リングに押し付ける力が増すので、さらにシール性を高めることも可能となる。そして、前記回転軸と前記追設リングとの間の僅かな隙間を縫ってきた前記潤滑油が前記シールの位置で堰き止められるので、前記軸受装置外への油漏洩を抑制することができる。なお、シールガスは、シール用に供されるものであれば、空気に限られず窒素などのガスを包含する。
　本発明の好ましい態様としては、本発明において、前記シールに前記シールガスを供給するシールガス供給管を有することが望ましい。
　これによって、前記シールの前記開口部に前記シールガスを積極的に供給する際に、前記開口部に充満した前記シールガスの圧力によって、さらにシール性を高めることも可能となる。そして、前記回転軸と前記追設リングとの間の僅かな隙間を縫ってきた前記排油が前記シールの位置で堰き止められるので、前記軸受装置外への油漏洩を抑制することができる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記固定ボルトは、前記シールに前記シールガスを供給するシールガス供給孔を有することが望ましい。
　これによって、前記追設リングの前記回転軸に対する軸方向及び周方向のガタつきを抑制することができ、より確実な前記潤滑油の前記軸受箱外への漏洩抑制が実現される。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記シールガスは空気であることが望ましい。
　これによって、前記シールガスに供されるガスの供給が簡便となり、前記シールガスによるシール性の向上がより簡易に実現される。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記追設リングの内周部に波形形状を有するリング状のトレランスリングを備えることが望ましい。
　これによって、前記追設リングの前記回転軸に対する軸方向及び周方向のガタつきを抑制することができる。また、前記固定ボルトと併用する場合は、前記トレランスリングと前記固定ボルトとの相乗効果によって、前記回転軸の高速回転においても前記追設リングの固定が可能となり、芯保持の精度も向上され、ガタつきを抑制することができる。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る追設リングは、潤滑油が供給される軸受装置によって支持される回転体の回転軸に設けられ、前記回転軸の径方向に突出して前記排油の回転軸方向の流れを堰き止めることを特徴とする。
　これによって、後付けで別個に前記回転軸に段差構造を設ける。そして、前記回転軸の軸方向に流動する前記排油は、段差構造たる前記追設リングに堰き止められてその流れ方向を変更する。このように、製造・組立工程等の都合上、予め回転軸に段差構造を設けることができないような場合であっても、回転軸に段差構造を設けて軸受箱からの油漏洩を抑制できる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記追設リングは、前記回転軸と前記追設リングとを固定する固定ボルトを挿入するための貫通孔と、前記貫通孔と前記追設リング端部との間にあって前記追設リング内周部に備えられたシールとを有することが望ましい。
　これによって、前記回転軸と前記追設リングとがより密着してシール性を向上させることができる。そして、前記回転軸と前記追設リングとの間の僅かな隙間を縫ってきた前記排油が前記シールの位置で堰き止められるので、前記軸受装置外への油漏洩を抑制することができる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記シールは、前記回転軸の方向及び前記追設リングの内周部の方向に拡張して前記シール自身を前記回転軸及び前記追設リングに押し付けることでシールすることが望ましい。
　これによって、前記回転軸と前記追設リングとの間のシール性をより向上させたシール機能を実現することができる。そして、前記回転軸と前記追設リングとの間の僅かな隙間を縫ってきた前記潤滑油が前記シールの位置で堰き止められるので、前記軸受装置外への油漏洩を抑制することができる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記シールは、開口部を有し、前記シールは、前記シールに供されるシールガスを前記開口部から取り入れることで、前記シールガスの圧力によって前記回転軸の方向及び前記追設リングの方向に拡張することが望ましい。
　これによって、前記シールに前記シールガスを積極的に供給する際に、前記開口部に充満した前記シールガスの圧力によって、前記シールが拡張して、前記シール自身を前記回転軸及び前記追設リングに押し付ける力が増すので、さらにシール性を高めることも可能となる。そして、前記回転軸と前記追設リングとの間の僅かな隙間を縫ってきた前記潤滑油が前記シールの位置で堰き止められるので、前記軸受装置外への油漏洩を抑制することができる。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記シールガスは空気であることが望ましい。
　これによって、これによって、前記シールガスに供されるガスの供給が簡便となり、前記シールガスによるシール性の向上がより簡易に実現される。
　本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記追設リングの内周部に波形形状を有するリング状のトレランスリングを備えることが望ましい。
　これによって、前記追設リングの前記回転軸に対する軸方向及び周方向のガタつきを抑制することができる。また、前記固定ボルトと併用する場合は、前記トレランスリングと前記固定ボルトとの相乗効果によって、前記回転軸の高速回転においても前記追設リングの固定が可能となり、芯保持の精度も向上され、ガタつきを抑制することができる。
　本発明によれば、製造・組立工程等の都合上、予め回転軸に段差構造を設けることができないような場合であっても、回転軸に段差構造を設けて軸受箱からの油漏洩を抑制できる。
図１は、実施例１に係るガスタービンの概略図である。 図２は、実施例１に係る軸受装置の断面正面図である。 図３は、実施例１に係る油漏洩抑制機構付近の断面側面図である。 図４は、実施例１に係る油漏洩抑制機構付近の断面正面図である。 図５は、実施例１に係る追設リング付近の断面側面図である。 図６－１は、実施例１に係るシールの斜視図である。 図６－２は、実施例１に係る他のバネの構成図である。 図６－３は、実施例１に係る他のシールの構成図である。 図６－４は、実施例１に係る他のシールの構成図である。 図６－５は、実施例１に係る他のシールの構成図である。 図７は、実施例１に係るトレランスリングの斜視図である。 図８は、実施例２に係る油漏洩抑制機構付近の断面側面図である。 図９は、実施例２に係る油漏洩抑制機構付近の断面正面図である。 図１０は、実施例２に係る追設リング付近の断面側面図である。
符号の説明
　１０００　ガスタービン
　１００　圧縮機
　２００　燃焼器
　３００　タービン
　４００、４０１　軸受装置
　１　回転軸
　２　動翼
　３　ケーシング
　４　静翼
　５　軸受箱
　５ａ　回転軸挿入穴
　６　軸受パッド
　７、１６　油漏洩抑制機構
　８　油切り部
　９　追設リング
　９ａ　シール用溝
　９ｂ　トレランスリング用溝
　９ｃ　貫通孔
　１０　シール部材
　１１　シール
　１１ｃ　Ｏリング
　１１ｄ　パッキン
　１１ｅ　弾性体
　１２　リング
　１２ａ、１２ｄ、１２ｅ　開口部
　１３　バネ
　１４、２０　固定ボルト
　１５　トレランスリング
　１７　シールガス供給管
　１８　第２油切り部
　１９　第２シール部材
　２１　シールガス供給孔
　２２　シールポケット
　Ｇ　燃焼ガス
　Ｌ　潤滑油
　Ｅ　排油
　Ｍ　油膜
　ｗ　突起部
　ＳＡ　シール空気
　Ｐ　シールガス供給ポンプ
　以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、以下においては、回転機械としてガスタービンを挙げ、本発明をガスタービンに適用した例を説明するが、本発明の適用対象はこれに限られるものではない。
　図１は、本発明の実施例１に係るガスタービンの概略図である。まず、回転機械であるガスタービン１０００の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
　ガスタービン１０００は、図１に示すように、圧縮機１００と、燃焼器２００と、タービン３００と、軸受装置４００とを主要部として構成される。圧縮機１００は、空気をその内部に取り入れて圧縮するものである。後述するタービン３００で得られる動力の一部が、圧縮機１００の動力として利用される。燃焼器２００は、圧縮機１００で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼ガスＧを発生させる。
　タービン３００は、燃焼器２００で発生した燃焼ガスＧをその内部に導入して膨張させて回転軸１に設けられた動翼２に吹き付けることで、燃焼ガスＧの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させる。軸受装置４００は、回転軸１の両端部に設けられている。軸受装置４００は、内部に配置される軸受パッド６によって回転軸１の両端を支持する。これによって、回転軸１は、軸受パッド６に支持されて回転する。軸受装置４００の内部には、軸受パッド６と回転軸１との間を潤滑する潤滑油Ｌが供給される。
　タービン３００は、図１に示すように、回転軸１と、回転軸１側に設けられた複数の動翼２と、回転軸１及び動翼２を収容するケーシング３と、ケーシング３側に固定された複数の静翼４とを備える。動翼２と静翼４とは、回転軸１の軸方向に交互に配列されている。動翼２は、燃焼器２００から噴射されて回転軸１の軸方向に流れる燃焼ガスＧによって回転軸１を回転させる。回転軸１の回転エネルギーは、圧縮機１００側における回転軸１の軸端１Ｔから取り出される。
　図２は、本発明の実施例１に係る軸受装置の断面正面図である。また、図３及び図４は、実施例１に係る軸受装置の一構成部分である油漏洩抑制機構付近の断面側面図及び断面正面図である。実施例１に係る軸受装置４００について図２及び図３を用いて説明する。
　軸受装置４００は、図２及び図３に示すように、軸受箱５と、軸受箱５内部に配された複数の軸受パッド６と、潤滑油Ｌの軸受箱５外部への漏洩を抑制する油漏洩抑制機構７とを備える。なお、軸受箱５は、回転軸１を挿入するために軸受箱５に設けられた回転軸１の径よりも大きい径の回転軸挿入穴５ａを有する。そして、回転軸挿入穴５ａの外周部と回転軸１との間に油漏洩抑制機構７が配設される。軸受箱５内部に供給された潤滑油Ｌは、回転軸１の回転に伴って回転軸１の軸方向に流動し、回転軸１と軸受パッド６との間に油膜Ｍを形成することで回転軸１を支持する。そして、油漏洩抑制機構７によって潤滑油Ｌが軸受箱５外へ漏洩しないようになっている。
　図４に示すように、油漏洩抑制機構７は、油切り部８と、追設リング９と、シール部材１０と、シール１１と、固定ボルト１４と、トレランスリング１５とを備える。油切り部８は、回転軸挿入穴５ａの外周部に配設されており、回転軸１と共に回転軸挿入穴５ａの大部分を覆っている。追設リング９は、回転軸１の外周部に装着され、回転軸１の径方向に突出するような段差構造を実現する。シール部材１０は、油切り部８と追設リング９との間に配される。回転軸１、油切り部８、追設リング９、及びシール部材１０によって回転軸挿入穴５ａが封じられることとなる。また、後述するように、固定ボルト１４は、回転軸１と直交するように追設リング９を貫通して設けられ、また、シール１１及びトレランスリング１５は、追設リング９の内周部に備えられている。
　このように、油漏洩抑制機構７によって、回転軸挿入穴５ａを封じて軸受箱５の内部ＩＮと外部ＯＵＴとを仕切ることができる。これによって潤滑油Ｌの軸受箱５外への漏洩を抑制できる。
　図５は、本発明の実施例１に係る追設リング付近の断面側面図である。図６－１乃至実施例６－５は、実施例１に係るシールの斜視図である。図７は、実施例１に係るトレランスリングの斜視図である。実施例１に係る追設リング９、シール１１、固定ボルト１４、及びトレランスリング１５について図５乃至図７を用いて説明する。
　追設リング９は、図５に示すように、その内周部にシール用溝９ａと、トレランスリング用溝９ｂと、貫通孔９ｃとを備える。貫通孔９ｃは、追設リング９の長手方向の中央部分に、回転軸１と直交する形で設けられた貫通穴である。また、シール用溝９ａは、貫通孔９ｃから追設リング９の両端部あるいは片端部方向に少し離れた内周部に設けられている。さらに、トレランスリング用溝９ｂは、シール用溝９ａからさらに追設リング９の両端部方向に少し離れた内周部、あるいはシール用溝９ａより内側の内周部に設けられている。
　このように、追設リング９を回転軸１とシール部材１０との間に装着させることで、回転軸１の径方向に突出した段部を形成し、これによって回転軸１に段差構造を形成できる。これによって、軸受装置４００内に供給されて回転軸１の軸方向に流動する潤滑油Ｌの排油である排油Ｅは、段差構造を形成する追設リング９に堰き止められてその流れ方向を変更する。そして、追設リング９及び油切り部８の間に配されるシール部材１０と排油Ｅとが直接的に接触することが抑制されて、より確実な潤滑油Ｌの軸受箱５外への漏洩抑制が実現される。
　また、例えば、ケーシングからのガス漏れ抑制を徹底するために、回転機械のシールにドライガスシールを採用する場合がある。例えば、図１に示すガスタービン１０００では、圧縮機１００側又はタービン３００側又はその両方の軸受装置４００における回転軸１と圧縮機１００又はタービン３００又はその両方との間にドライガスシールを設ける。ドライガスシールは規格が予め決まっているため、種類の選択の余地が少なく、選択したドライガスシールの内径と回転軸１の軸受装置４００の外径との差が僅少である場合がある。一方、一般的にドライガスシールは水平分割構造ではなく、軸方向に組み立てる必要があるが、軸受装置４００の外径よりも径の大きい前記段差構造を回転軸１と一体に設けてしまうと、組立工程上、回転軸１の軸受装置４００を通過させてドライガスシールを組み込むことができなくなってしまう場合がある。本実施例によれば、このような場合であっても、簡易に回転軸１に段差構造を形成して、軸受箱５外へ潤滑油Ｌが漏洩することを抑制できる。
　追設リング９を回転軸１に直接取り付けてもよいが、追設リング９の内周部にシール用溝９ａ、トレランスリング用溝９ｂ、及び貫通孔９ｃを設けて、後述するシール１１、トレランスリング１５、及び固定ボルト１４を備えてもよい。シール１１は、図６－１に示すように、開口部１２ａを有するリング１２と、開口部１２ａに設けられたリング状のバネ１３とを有する。バネ１３は、耐屈曲疲労性に優れた板状のステンレス鋼を、開口部１２ａにおいて断面がＶ字状になるように屈曲させたものである。ここで、前記断面は、バネ１３の周方向に直交する断面である。
　シール１１は、図５に示すように、貫通孔９ｃと追設リング９の端部との間にあって追設リング９の内周部に備えられた２箇所のシール用溝９ａに夫々１つずつ設置されている。ここで、開口部１２ａが貫通孔９ｃの方向を向くように設置されている。そして、開口部１２ａと同じ方向に開口するようにＶ字形状のバネ１３が設けられている。なお、シール１１は、安定性の観点から、貫通孔９ｃを挟んで追設リング９の長手方向に２箇所設けることが望ましい。
　バネ１３は、屈曲されたステンレス鋼の復元力を利用する。すなわち、シール１１を、図５に示すようにシール用溝９ａに設置した場合、回転軸１とシール用溝９ａとの間にバネ１３を構成するステンレス鋼の復元力が働く。すなわち、シール１１は、バネ１３によってバネ作用力が備わる。これによって、バネ１３は、回転軸１の方向及び追設リング９のシール用溝９ａの方向に拡張して、リング１２を介して回転軸１及び追設リング９に押し付けることで、よりシール性を向上させたシール機能を実現させることができる。さらに、開口部１２ａが貫通孔９ｃの方向を向くように設置されることで、貫通孔９ｃからシール１１へと積極的にシールに供するシールガスであるシール空気ＳＡを供給し、開口部１２ａにシール空気ＳＡを導入できる。その結果として、開口部１２ａが回転軸１の径方向、すなわち回転軸１の方向及び追設リング９のシール用溝９ａの方向に拡張し、回転軸１及び追設リング９を押し付ける力が増すことによって、さらにシール性を高めることも可能となる。例えば、追設リング９の固定ボルト１４が貫通している貫通孔９ｃの僅かな隙間から、シール空気ＳＡがシール１１に供給される。なお、バネ１３はＶ字形状断面でなくとも、例えば図６－２に示すように、Ｕ字形状断面などでもよく、バネ作用力を備え、回転軸１及び追設リング９に対する押し付け力を発生させるものであればこれらに限られるものではない。　
　また、シール１１の別の構成として、図６－３に示すようなＯリング１１ｃであっても良いし、図６－４に示すような開口部１２ｄを有するパッキン１１ｄでも良いし、あるいは図６－５に示すような開口部１２ｅを有する弾性体１１ｅといったものでも良い。Ｏリング１１ｃ、パッキン１１ｄ、弾性体１１ｅの有する弾性力が回転軸１及び追設リング９に対する押し付け力となって、回転軸１と追設リング９との間のシール性を向上させることができる。さらに、パッキン１１ｄや弾性体１１ｅの場合は、それぞれが有する開口部１２ｄや開口部１２ｅにシール空気ＳＡを積極的に供給することができる。その結果として、パッキン１１ｄや弾性体１１ｅは、シール空気ＳＡの圧力によって回転軸１の方向及び追設リング９のシール用溝９ａの方向に拡張して、パッキン１１ｄや弾性体１１ｅ自身を回転軸１及び追設リング９に押し付ける力が増して、さらにシール性を向上させることができる。
　このように、シール１１を構成するバネ１３が発するバネ作用力や、Ｏリング１１ｃ、又はパッキン１１ｄ、又は弾性体１１ｅの有する弾性力によって、シール１１は回転軸１の方向及び追設リング９のシール用溝９ａの方向に拡張する。その結果として、シール１１自身を回転軸１及び追設リング９を押し付けてシール機能を実現することができる。これによって、回転軸１と追設リング９との間の僅かな隙間を通る排油Ｅがシール１１の位置で堰き止められるので、軸受箱５外への油漏洩をより効果的に抑制することができる。さらに、シール１１の開口部１２ａや、パッキン１１ｄの開口部１２ｄ、又は弾性体１１ｅの開口部１２ｅにシール空気ＳＡを積極的に供給することで、シール空気ＳＡの圧力によってシール１１や、パッキン１１ｄ又は弾性体１１ｅが回転軸１の方向及び追設リング９のシール用溝９ａの方向に拡張する。その結果として、シール１１や、パッキン１１ｄ又は弾性体１１ｅ自身を回転軸１及び追設リング９に押し付ける力が増して、さらにシール性を向上させることができる。なお、シールガスは、シール空気ＳＡのような空気に限られず、シール用に供されるものであれば、窒素などのガスであっても良い。
　固定ボルト１４は、図５に示すように、回転軸１と直交するように追設リング９を貫通して設けられる。固定ボルト１４は、貫通孔９ｃにねじ込むことで追設リング９を貫通するように設けられている。なお、貫通孔９ｃは、回転軸１と直交する方向に追設リング９を貫通しており、固定ボルト１４と対応する雌ねじが形成されている。ここで、安全性の観点から、貫通孔９ｃを追設リング９の軸方向（回転軸１の軸方向）の中央部に周方向に３箇所程度設け、そこに固定ボルト１４を配設させることが望ましい。
　このように、固定ボルト１４によって、追設リング９を回転軸１に固定する。これによって、追設リング９の回転軸１に対する軸方向及び周方向のガタつきを抑制し、追設リング９を確実に回転軸１に装着させることができる。
　トレランスリング１５は、図６に示すように、リングの軸方向に複数の突起部ｗを設け、全体として波形形状を有するリング形状のものである。なお、安定性の観点から、追設リング９の軸方向（回転軸１の軸方向）の両端部付近に１つずつ配置されることが望ましい。
　トレランスリング１５の有する各突起部ｗは、バネ作用を備え、そのバネ作用力は、波形形状の変形量に比例する。また、バネ定数は、材料厚さ、波形形状のピッチ、幅、高さ、形状等により変化する。トレランスリング１５の有するバネ作用力によって、追設リング９と回転軸１とを固定することができる。すなわち、トレランスリング１５を図５に示すようにトレランスリング用溝９ｂに設置した場合、回転軸１とトレランスリング用溝９ｂとの間にバネ作用力が働き、結果として追設リング９が回転軸１に固定される。
　このように、トレランスリング１５によって、追設リング９の回転軸１に対する軸方向及び周方向のガタつきを抑制することができる。また、固定ボルト１４との相乗効果によって、回転軸１の高速回転においても追設リング９の固定が可能となり、芯保持の精度も向上され、ガタつきを抑制することができる。
　次に、本発明の実施例１に係る追設リング９を回転軸１に装着する方法について説明する。まず、追設リング９に設けられたシール用溝９ａに、シール１１を装着する。このとき、前述のように、シール１１の開口部１２ａが、貫通孔９ｃの方向に向くように留意する。また、トレランスリング用溝９ｂに、トレランスリング１５を装着する。
　次に、追設リング９を、回転軸１の外周部に装着する。このとき、油切り部８の位置を確認し、油切り部８と回転軸１との間に追設リング９が配設されるよう留意する。
　最後に、貫通孔９ｃに固定ボルト１４を挿入する。このとき、追設リング９の回転軸１に対する軸方向及び周方向のガタつきがないよう確実に回転軸１に装着すべく締結する。このような手順により、追設リング９が回転軸１に装着される。
　図８は、本発明の実施例２に係る油漏洩抑制機構付近の断面側面図である。図９は、実施例２に係る油漏洩抑制機構付近の断面正面図である。図１０は、実施例２に係る追設リング付近の断面側面図である。実施例２に係る軸受装置４０１及び油漏洩抑制機構１６について、図８乃至図１０を参照して説明する。なお、実施例１に係る油漏洩抑制機構７の構成と同一であり、重複する部材については、同一の符号を付してその説明は省略する。
　図８及び図９に示すように、油漏洩抑制機構１６は、油切り部８と、第２油切り部１８と、シール部材１０と、第２シール部材１９と、追設リング９と、シール１１と、トレランスリング１５と、シールガス供給ポンプＰと、シールガス供給管１７と、固定ボルト２０と、シールポケット２２とを備える。シールポケット２２は、油切り部８と第２油切り部１８と回転軸１とに囲まれた環状の空間であり、後述するシールガス供給管１７が接続される。第２油切り部１８は、図８に示すように、油切り部８からシールポケット２２を挟んで回転軸１の長手方向に少し離れた箇所に設けられている。また、第２シール部材１９は、第２油切り部１８と追設リング９との間に設けられている。
　シールガス供給ポンプＰは、後述するシールガス供給管１７を通してシール１１にシール空気ＳＡを供給するためのポンプ機能として配設されている。また、シールガス供給管１７は、図９に示すように、シールガス供給ポンプＰからシールポケット２２へと通ずる管である。ここで、シールポケット２２は環状の空間であるため、シールポケット２２に接続されるシールガス供給管１７が１本であっても、シールガス供給管１７から供給されるシール空気ＳＡは、追設リング９の全周に供給される。ただし、シールガス供給管１７を複数本設けることを妨げるものではない。なお、シールガスは、シール空気ＳＡのような空気に限られず、シール用に供されるものであれば、窒素などのガスであっても良い。
　図８及び図１０に示すように、固定ボルト２０は、シールガス供給管１７から供給されるシール空気ＳＡを通すためのシールガス供給孔２１を有する。シールガス供給孔２１は、固定ボルト２０の長手方向に貫通する貫通孔である。本実施例では、シールガス供給孔２１は１本であるが、固定ボルト２０の長手方向に複数本あっても良い。
　シールガス供給ポンプＰから、シールガス供給管１７を通って固定ボルト２０まで供給されたシール空気ＳＡは、シールガス供給孔２１を通過する。シールガス供給孔２１の出口を出たシール空気ＳＡは、回転軸１と追設リング９との僅かな隙間を通って、回転軸１の長手方向に進む。そして、シール１１が設けられているシール用溝９ａに到達すると、開口部１２ａに供給され、供給されたシール空気ＳＡの空気圧により、シール１１に備えられたバネ１３のＶ字状開口部が回転軸１の径方向に向かってさらに開こうとする。これによって、シール１１が追設リング９と回転軸１とにより強く押し付けられるので、追設リング９と回転軸１との間のシール性をより向上させることができる。
　このように、固定ボルト２０にシールガス供給孔２１を設けてシール空気ＳＡをシール１１に供給することで、追設リング９を締結する際に、シールガス供給孔２１からシール空気ＳＡが追設リング９の内面側に供給される。これによって、さらに、シール１１の開口部１２ａにシール空気ＳＡを積極的に供給することで、シール空気ＳＡの圧力によってシール１１が回転軸１の方向及び追設リング９のシール用溝９ａの方向に拡張する。その結果として、シール１１自身を回転軸１及び追設リング９に押し付ける力が増して、さらにシール性を向上させることができる。そしてその結果として、回転軸１と追設リング９との間の僅かな隙間を縫ってきた排油Ｅがシール１１の位置で堰き止められるので、軸受箱５外への油漏洩を抑制できる。
　以上のように、本発明に係る回転機械及び追設リングは、製造・組立工程等の都合上、予め回転軸に段差構造を設けることができないような場合であっても、別体の段差構造を後付けとして回転軸に設けることで軸受箱からの油漏洩を抑制する場合に有用である。

Claims (15)

  1. 　回転体を有する回転軸と、
    　前記回転軸の径よりも大きい径の回転軸挿入孔を備え、内部に潤滑油が供給されて前記回転軸挿入孔を貫通する前記回転軸を支持する軸受装置と、
    　前記回転軸挿入孔の外周部と前記回転軸との間に設けられた油切り部と、
    　前記油切り部と前記回転軸との間にあって前記回転軸の径方向に突出するように前記回転軸に装着された追設リングと、
    　を有することを特徴とする回転機械。
  2. 　前記回転軸と直交するように前記追設リングを貫通して、前記追設リングと前記回転軸とを固定する固定ボルトを有することを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
  3. 　前記追設リングの内周部、かつ前記追設リングの端部と前記固定ボルトとの間にシールを備えることを特徴とする請求項２に記載の回転機械。
  4. 　前記シールは、前記回転軸の方向及び前記追設リングの内周部の方向に拡張して前記シール自身を前記回転軸及び前記追設リングに押し付けることでシールすることを特徴とする請求項３に記載の回転機械。
  5. 　前記シールは、開口部を有し、
    　前記シールは、前記シールに供されるシールガスを前記開口部から取り入れることで前記シールガスの圧力によって前記回転軸の方向及び前記追設リングの方向に拡張することを特徴とする請求項４に記載の回転機械。
  6. 　前記シールに前記シールガスを供給するシールガス供給管を有することを特徴とする請求項５に記載の回転機械。
  7. 　前記固定ボルトは、前記シールに前記シールガスを供給するシールガス供給孔を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の回転機械。
  8. 　前記シールガスは空気であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一つに記載の回転機械。
  9. 　前記追設リングの内周部に波形形状を有するリング状のトレランスリングを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の回転機械。
  10. 　潤滑油が供給される軸受装置によって支持される回転体の回転軸に設けられ、前記回転軸の径方向に突出して前記潤滑油の回転軸方向の流れを堰き止めることを特徴とする追設リング。
  11. 　前記追設リングは、
    　前記回転軸と前記追設リングとを固定する固定ボルトを挿入するための貫通孔と、
    　前記貫通孔と前記追設リング端部との間にあって前記追設リング内周部に備えられたシールと、
    　を有することを特徴とする請求項１０に記載の追設リング。
  12. 　前記シールは、前記回転軸の方向及び前記追設リングの内周部の方向に拡張して前記シール自身を前記回転軸及び前記追設リングに押し付けることでシールすることを特徴とする請求項１１に記載の追設リング。
  13. 　前記シールは、開口部を有し、
    　前記シールは、前記シールに供されるシールガスを前記開口部から取り入れることで、前記シールガスの圧力によって前記回転軸の方向及び前記追設リングの方向に拡張することを特徴とする請求項１２に記載の追設リング。
  14. 　前記シールガスは空気であることを特徴とする請求項１３に記載の追設リング。
  15. 　前記追設リングの内周部に波形形状を有するリング状のトレランスリングを備えることを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれか一つに記載の追設リング。
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