JP2007051574A - タービン軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、軸受ケーシングやケーシング支持体の熱変形が少なく、タービンの出力及び熱効率の低下を抑制できるタービン軸受装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、タービン軸2を支承する軸受メタル6と、この軸受メタル6を支持する軸受ケーシング7と、この軸受ケーシング7と一体に形成されたケーシング支持体8と、前記軸受ケーシング7とケーシング支持体8の外周に形成された排気ディフューザ14と、前記軸受メタル6へ潤滑油を給排する潤滑油供給経路(20,21)及び潤滑油排出経路(23)とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体8内に隙間を介在させて内側ケーシング19を設けたのである。
【選択図】図1
【解決手段】本発明は、タービン軸2を支承する軸受メタル6と、この軸受メタル6を支持する軸受ケーシング7と、この軸受ケーシング7と一体に形成されたケーシング支持体8と、前記軸受ケーシング7とケーシング支持体8の外周に形成された排気ディフューザ14と、前記軸受メタル6へ潤滑油を給排する潤滑油供給経路(20,21)及び潤滑油排出経路(23)とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体8内に隙間を介在させて内側ケーシング19を設けたのである。
【選択図】図1
Description
本発明はタービン軸受装置に係り、特に、ガスタービンや蒸気タービン等のようにタービン軸周囲に高温流体が流通するように構成されたタービン軸受装置に関する。
タービン軸周囲に高温流体が流通するように構成されたタービン軸受装置は、例えば特許文献1に開示されているように、既に提案されている。
上記タービン軸受装置は、周囲を流れる高温流体による熱と、軸受メタルに供給される潤滑油の冷却熱との温度差について配慮されていない。特に、軸受ケーシングと、この軸受ケーシングを支持するケーシング支持体とは、潤滑油が給排される下方は温度が低く、その結果、周方向に温度偏差による熱変形が生じる。そして、この熱変形を回避するために、タービンの回転部分と固定部分との隙間を大きく設定しておく必要があるが、この隙間を大きくすることで、この隙間からの高温流体の漏洩が多くなり、タービンの出力及び熱効率を低下させることになる。
本発明の目的は、軸受ケーシングやケーシング支持体の熱変形が少なく、タービンの出力及び熱効率の低下を抑制できるタービン軸受装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために、タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成され排気ディフューザと、前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けたのである。
上記構成とすることで、ケーシング支持体が潤滑油によって偏って冷却されることがなくなるので、熱変形は抑制される。その結果、タービンの回転部分と固定部分との隙間を大きく設定しておく必要がなくなるので、この隙間からの高温流体の漏洩が少なくでき、タービンの出力及び熱効率の低下を抑制できるのである。
以上説明したように本発明によれば、ケーシング支持体の熱変形を抑制でき、タービンの出力及び熱効率の低下を抑制できるタービン軸受装置を得ることができる。
以下本発明によるタービン軸受装置の一実施の形態を図1〜図3に示すガスタービン軸受装置に基づいて説明する。
ガスタービンロータ1は、タービン軸2と、このタービン軸2の周囲に等間隔で固定した複数の動翼3とを有している。そして周方向に複数配置した動翼3は、軸方向に対して複数段設けられている。
上記タービン軸2は、ジャーナル部2Jを軸受装置4によって回転自在に支持され、最終的に軸受装置4を介して基台5に支持されている。
前記軸受装置4は、前記ジャーナル部2Jを摺動して支持する軸受メタル6と、この軸受メタル6を支持する環状に形成された軸受ケーシング7と、この軸受ケーシング7を支持し前記タービン軸2の軸端2Eを覆う環状のケーシング支持体8とを備えている。このケーシング支持体8は、その外周に放射状に複数(本実施の形態では6つ)の支柱9,9Aを介して排気ケーシング10を支持している。そして排気ケーシング10を支脚11A,11Bを介して前記基台5に支持することで、タービン軸2を基台5に支持している。尚、排気ケーシング10にはタービンケーシング12が連結されており、このタービンケーシング12の内側には、前記軸方向に複数段設けられた動翼3間に位置する静翼13が固定されている。
一方、前記軸受ケーシング7及びケーシング支持体8と排気ケーシング10との間には、前記タービンケーシング12とガスタービンロータ1との間を通過した燃焼ガスを誘導する排気ディフューザ14が位置している。排気ディフューザ14は、タービン軸2と同心となる内筒15と外筒16とを有し、さらに内筒15と外筒16とを貫通する前記支柱9,9Aと区画するために、内筒15と外筒16に跨って複数のエアフォイル17,17Aが設けられている。
この外、前記ケーシング支持体8内には、軸受ケーシング7に支持された内側ケーシング19が隙間を介して位置している。この内側ケーシング19は、上下方向に分割できるように、上部ケーシング19Aと下部ケーシング19Bとによって構成されている。
また、前記支柱9,9Aのうち、下方に位置する支柱9Aは、筒状に形成されており、この筒状の中心部に給油管20を貫通させている。この給油管20の内端は軸受メタル6に給油するために軸受ケーシング7に形成した給油孔21に連結されており、外端は図示しない給油装置に連結されている。前記軸受ケーシング7の下方には、軸受メタル6に供給した潤滑油を回収する潤滑油回収孔22が設けられており、さらに前記内側ケーシング19の下部ケーシング19Bの下部からは、潤滑油回収管23が前記支柱9A内を貫通して延在されている。尚、前記給油管20は潤滑油回収管23の内側に配置されている。
上記構成において、ここで、給油管20と給油孔21及び潤滑油回収管23とが、本発明による軸受メタル6へ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路となる。
次に、上記構成のガスタービン軸受装置の動作を説明する。
図示しない燃焼器からの燃焼ガスが、ガスタービンロータ1とタービンケーシング12との間を通過することで、動翼13に駆動力を付与して回転駆動し、その後燃焼ガスは排気ディフューザ14を経由して図示しない再生熱交換器を通って大気中に放出される。動翼13を駆動することで、ガスタービンロータ1は回転し、タービン軸2はジャーナル部2Jで軸受メタル6と摺動する。この軸受メタル6には、給油管20及び給油孔21を通して潤滑油が供給され、ジャーナル部2Jと軸受メタル6との摺動部を潤滑すると共に、この摺動部を冷却する。ジャーナル部2Jと軸受メタル6とを潤滑及び冷却し終えた潤滑油は、一部は内側ケーシング19の下部ケーシング19Bに至り、残りは軸受ケーシング7の潤滑油回収孔22を通って下部ケーシング19Bに至る。そして、下部ケーシング19Bに至った潤滑油は、潤滑油回収管23から外部に排出され、図示しない冷却装置やフィルタを介して給油装置に至り、再度潤滑に供する。
上記構成のガスタービン軸受装置において、ケーシング支持体8の外周部は、排気ディフューザ14を通過する約700℃の高温の燃焼ガスによって昇温する一方、ケーシング支持体8の内側の下方部は、略常温に近い潤滑油の供給や回収によって冷却されるので、本来なら、ケーシング支持体8には周方向に温度偏差が発生して周方向に熱変形が生じる。しかしながら、本実施の形態においては、ケーシング支持体8の内側に内側ケーシング19を形成しているので、潤滑油によってケーシング支持体8が直接冷却されることがなくなる。その結果、ケーシング支持体8は排気ディフューザ14を通過する高温の燃焼ガスによって周方向に略均一に昇温されるので、周方向の温度偏差による熱変形は抑制される。ケーシング支持体8の周方向の温度偏差による熱変形の抑制により、ガスタービンの回転部分であるガスタービンロータ1と固定部分であるタービンケーシング12との隙間を大きく設定しておく必要がなくなるので、この隙間からの高温流体である燃焼ガスの漏洩を少なくでき、その結果、ガスタービンの出力及び熱効率の低下を抑制することができる。しかも、ケーシング支持体8は、環状に形成されているので、仮に、ケーシング支持体8内に潤滑油が漏洩しても、それ以上外部への漏洩を防止することができる。
尚、ケーシング支持体8の内側に、隙間を介して内側ケーシング19を形成することで、内側ケーシング19内部の温度を100℃以下にすることができ、これにより供給される潤滑油の劣化を防ぐことができる。さらに、内側ケーシング19を上下二分割構成とすることで、上側ケーシング19Aのみ取り外すことで、軸受メタル6の保守点検を行うことができる。
この外、下方の支柱9Aも本来なら回収される約70℃の潤滑油によって冷却されるので、約500℃に昇温される他の支柱9との間に温度偏差が生じて周方向の支持を不均衡にさせてケーシング支持体8を変形させるが、本実施の形態においては、専用の潤滑油回収管23を設けることで支柱9Aが潤滑油によって冷却されることはなくなり、その結果、支柱9Aは他の支柱9と略同じ条件で昇温されることになるので、周方向に温度偏差はなくなり、ケーシング支持体8の周方向の支持を安定化させることができる。尚、下方の支柱9Aのみを見ると、本来なら、外側は約500℃で内側は約70℃となるので、支柱9Aの内外には大きな温度偏差が生じ、過大な熱応力が作用する。そして過大な熱応力によって、支柱9Aに亀裂が発生し、軸受装置の安定した支持を損なう恐れがある。しかし、本実施の形態では、潤滑油回収管23を設けることで、支柱9A内外の大きな温度偏差による亀裂の発生を防止できるので、軸受装置の安定した支持を維持することができる。
ところで以上の説明は、排気ディフューザ14を通過する高温の燃焼ガスによって軸受ケーシング7,ケーシング支持体8,支柱9,9Aが昇温されることを前提としたものであるが、本来なら、軸受装置近傍の構成部材の昇温は望ましいものではない。
そのため本実施の形態においては、軸受ケーシング7及びケーシング支持体8の外周部に遮熱板25を、支柱9,9Aの外周部に遮熱板26,26Aを設けたのである。遮熱板25は、排気ディフューザ14の内筒16に取付けられ、軸受ケーシング7,ケーシング支持体8,内筒15の夫々と隙間を介在している。また、遮熱板26,26Aは、支柱9,9Aに取付けられ、これら支柱9,9A及びエアフォイル17,17Aの夫々と隙間を介在している。
このように遮熱板25,26,26Aを設けることで、排気ディフューザ14からの熱が直接軸受ケーシング7,ケーシング支持体8及び支柱9,9Aに伝わるのを防止することができ、その結果、これらの昇温を低く抑えることができ、軸受装置近傍の構成部材の熱変形や潤滑油の早期劣化等を防止することができる。
ところで、図3に示すように、支柱9Aの昇温を防止するため、外周に遮熱板26Aを設けたが、図4に示すように、エアフォイル17Aの内側に隙間を介して遮熱板27を設けても、図3と同様な効果を奏することができる。
さらに、図5に示すように、図3の遮熱板26Aの代わりに、支柱9Aの外周を断熱材28で覆うように形成してもよい。
この外、潤滑油回収管23の内側に給油管20を設置することで、仮に給油管20が破損しても、潤滑油は回収される潤滑油と共に排出できるので、温度の高い排気ディフューザ14近傍やガスタービン外部に漏れることはなく、その結果、火災の発生を招くことがない信頼性の高い軸受装置を得ることができる。
以上の説明は、タービン軸受装置としてガスタービンの軸受装置を説明したが、蒸気タービンの軸受装置にも適用できることは云うまでもない。その場合、本発明による排気ディフューザと排気ケーシングとは、動翼を駆動し終えた蒸気を導く排気ディフューザと排気ケーシングとなる。
1…ガスタービンロータ、2…タービン軸、2J…ジャーナル部、3…動翼、4…軸受装置、5…基台、6…軸受メタル、7…軸受ケーシング、8…ケーシング支持体、9,9A…支柱、10…排気ケーシング、11A,11B…支脚、12…タービンケーシング、13…静翼、14…排気ディフューザ、15…内筒、16…外筒、17,17A…エアフォイル、19…内側ケーシング、19A…上部ケーシング、19B…下部ケーシング、20…給油管、21…給油孔、23…潤滑油回収管、25,26,26A,27…遮熱板、28…断熱材。
Claims (6)
- タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成された排気ディフューザと、前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けたことを特徴とするタービン軸受装置。
- タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成され内側に排気ディフューザを配置した排気ケーシングと、この排気ケーシングと前記ケーシング支持体とを連結する複数の支柱と、これら複数の支柱のうち一部の支柱内を通して前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けると共に、前記支柱と前記排気ディフューザとの間に支柱体遮熱板を設けたことを特徴とするタービン軸受装置。
- タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成され内側に排気ディフューザを配置した排気ケーシングと、この排気ケーシングと前記ケーシング支持体とを連結する複数の支柱と、これら複数の支柱のうち一部の支柱内を通して前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けると共に、前記支柱と前記排気ディフューザとの間に支柱体遮熱板を設け、かつ前記軸受ケーシング及びケーシング支持体と前記排気ディフューザとの間にディフューザ遮熱板を設けたことを特徴とするタービン軸受装置。
- 前記潤滑油排出経路は、内側に前記潤滑油供給経路を有し、前記内側ケーシングに連通していることを特徴とする請求項1,2又は3記載のタービン軸受装置。
- 前記軸受ケーシングとケーシング支持体とは、夫々環状に一体に形成されていることを特徴とする請求項1,2,3又は4記載のタービン軸受装置。
- タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成され内側に排気ディフューザを配置した排気ケーシングと、この排気ケーシングと前記ケーシング支持体とを連結する複数の支柱と、これら複数の支柱のうち一部の支柱内を通して前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けると共に、前記支柱と前記排気ディフューザとの間に断熱材を設けたことを特徴とするタービン軸受装置。
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Cited By (3)
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JP2015518939A (ja) * | 2012-06-08 | 2015-07-06 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft | ドレン管配列およびドレン管配列を含むガスタービンエンジン |
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2005
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