JP6375149B2 - 軸受の排油構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を回転可能に支持する軸受の排油構造に関する。

高速で回転する回転軸を備える装置、例えばガスタービンエンジンにおいては、一般に、回転軸を支持する軸受に供給された潤滑油を、軸受を収容する軸受ハウジングの外周部に接続された排油管を介して装置外へ排出する。

一方、軸受ハウジング内の潤滑油は、回転軸の回転の影響を受けて、軸受の周辺、特に外周側において高速で旋回する。したがって、上記のような排油構造では、旋回流を形成する潤滑油が、排油経路の途中で滞留しやすく、排油性能が低下する。そこで、このような軸受ハウジング内での潤滑油の旋回を抑制するために、例えば、軸受ハウジングの内周壁に突起を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２６５９９０号公報

しかしながら、軸受ハウジング内に突起を設けた場合、回転方向における突起の後方では潤滑油流れの乱れが生じるので、排油性が十分に向上しない。

上記の課題を解決するために、本発明の目的は、軸受から排出される潤滑油の旋回を効果的に抑止することにより、良好な排油性を確保できる軸受の排油構造を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る軸受の排油構造は、回転軸を回転可能に支持する少なくとも一つの軸受と、前記軸受の径方向外側に設けられて、前記軸受を収容する円筒状の軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングの径方向外方に設けられて、前記軸受に供給された潤滑油を回収するオイル回収室と、前記軸受ハウジングの周壁を径方向に貫通して、前記軸受から前記オイル回収室へ潤滑油を排出する排油通路とを備え、前記排油通路に、この排油通路を周方向に分割する隔壁が設けられている。

この構成によれば、軸受からオイル回収室へ潤滑油を排出する排油通路に、この排出通路を周方向、つまり回転軸の回転方向に分割する隔壁を設けることにより、旋回流を形成していた潤滑油が隔壁に衝突して潤滑油の旋回が効果的に抑制されるので、オイル回収室内での潤滑油の滞留が抑制され、排油性が向上する。

本発明の一実施形態において、前記排油通路における隔壁によって分割された各分割排油通路が、周方向に長径を有する長円孔として形成されていることが好ましい。この構成によれば、排油通路の周方向寸法を大きく設定することにより、軸受ハウジング内で旋回する潤滑油を確実に排油通路内へ導入することができる。

本発明の一実施形態において、前記排油通路が、前記オイル回収室に排出された潤滑油を外部へ導出するオイル導出口の方向に傾斜していることが好ましい。この構成によれば、排油通路を通過してオイル回収室に排出される潤滑油が導出方向に整流されるため、排油性がさらに向上する。

本発明の一実施形態において、前記少なくとも一つの軸受としてスラスト軸受を備えることが好ましい。大径のスラスト軸受では、軸受外周付近において潤滑油が特に高速で旋回するので、潤滑油の旋回を抑制することによる排油性向上の効果はきわめて大きい。

上記の軸受の排油構造は、例えば、ガスタービンエンジンに適用することができる。すなわち、本発明に係るガスタービンエンジンは、上記の軸受の排油構造を備えるガスタービンエンジンであって、前記回転軸が、当該ガスタービンエンジンの圧縮機とタービンとを連結するロータであり、前記軸受が、前記ロータを支持する軸受である。その場合、前記軸受および前記オイル回収室が、前記圧縮機の吸気通路の径方向内方に配置されていることが好ましい。

上記の軸受の排油構造によれば、良好な排油性が確保されることにより、排油構造の小型化、特にはオイル回収室の小型化が可能となる。したがって、軸受の近傍に配置される圧縮機の吸気通路の面積を十分に確保することができる。

以上のように、本発明に係る軸受の排油構造によれば、軸受から排出される潤滑油の旋回を効果的に抑止することにより、良好な排油性を確保できる。

本発明の一実施形態に係る軸受の排油構造を適用したガスタービンエンジンを示す部分破断側面図である。 図１の吸気通路の内径側に配置された軸受の近傍を拡大して示す縦断面図である。 図２のオイル回収室およびオイル導出路を模式的に示す平面図である。 図２のIV-IV線に沿った断面図である。 図２の排油通路の通路断面形状の例を模式的に示す断面図である。 図２の排油通路の傾斜角度を模式的に示す縦断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態に係る軸受の排油構造が適用されるガスタービンエンジン（以下、単にガスタービンと称する。）ＧＴの概略構成を示す。ガスタービンＧＴは、導入した空気Ａを圧縮機１で圧縮して燃焼器３に導き、燃料を燃焼器３内に噴射して燃焼させ、得られた高温高圧の燃焼ガスによりタービン５を駆動する。タービン５は圧縮機１に回転軸であるロータ９を介して連結されており、タービン５によって圧縮機１が駆動される。以下の説明において、ガスタービンＧＴの軸心Ｃ方向における圧縮機１側を「前側」と呼び、タービン５側を「後側」と呼ぶ場合がある。

本実施形態では、圧縮機１として軸流型のものを用いている。圧縮機１において、ガスタービンＧＴの回転軸を構成するロータ９の前部の外周面に、多数の動翼１１が配置されるとともに、ハウジング１３の内周面に多数の静翼１５が配置されている。圧縮機１は、これら動翼１３と静翼１５との組み合わせにより、吸気通路１７から吸入した空気Ａを圧縮する。

ロータ９の全体は、軸方向に隔離して配置された複数の軸受部によってエンジンハウジング１３に回転可能に支持されている。以下、圧縮機１の吸気通路１７の径方向内方に配置された軸受部１９の排油構造について説明する。

図２に示すように、軸受部１９は、スラスト軸受２１とラジアル軸受２３とを備えている。スラスト軸受２１とラジアル軸受２３は軸方向Ｃに沿って並べて配置されており、図示の例では、スラスト軸受２１が前方に、ラジアル軸受２３が後方に配置されている。スラスト軸受２１は、ロータ９の外周面から径方向に突出する円盤状のスラストカラー２５を介して、ロータ９の軸方向荷重を受けながらロータ９を回転可能に支持する。ラジアル軸受２３は、ロータ９の外周面を介して、ロータ９の径方向荷重を受けながら、ロータ９を回転可能に支持する。

これら軸受２１，２３の径方向外方には、円筒状の軸受ハウジング２７が設けられている。スラスト軸受２１およびラジアル軸受２３は、軸受ハウジング２７を介してエンジンハウジング１３に支持されている。軸受ハウジング２７の周壁２９の周方向の一部には、スラスト軸受２１およびラジアル軸受２３に潤滑油ＯＬを供給する給油路３１が形成されている。軸受ハウジング２７の周壁２９に形成された給油路３１には、前方から導油管３３が接続されている。潤滑油ＯＬは、オイルタンク３５から、導油管３３を介して給油路３１へ導入される。給油路３１へ導入された潤滑油ＯＬは、軸受ハウジング２７内に形成された給油路３１から径方向に分岐する分岐給油路３７を経て各軸受２１，２３に供給される。

軸受ハウジング２７の径方向外方における周方向の一部（給油路３１が形成されている周方向の一部とは異なる周方向部分）には、軸受２１，２３に供給された潤滑油ＯＬを回収するオイル回収室３９が設けられている。オイル回収室３９は、圧縮機１の吸気通路１７の径方向内方に位置する。オイル回収室３９のオイル導出口４０には、回収された潤滑油ＯＬを外部（この例ではオイルタンク３５）へ導出するオイル導出路４１を形成するオイル導出管４３が接続されている。図示の例では、オイル導出口４０は、オイル回収室３９の前方に設けられた開口である。また、オイル導出路４１は、潤滑油ＯＬを、オイル回収室３９から前方へ、回転軸であるロータ９の回転方向Ｒにほぼ直交する方向に導出する。換言すれば、図３に模式的に示すように、オイル導出路４１は、平面視でほぼ軸心Ｃ方向に平行に延びている。また、図２に示す例では、オイル導出路４１は、軸心Ｃ方向から前方外径側へ傾斜するように設けられている。

軸受ハウジング２７の内方空間である軸受室４５とオイル回収室３９とは、軸受ハウジング２７の周壁２９の周方向の一部（給油路３１が形成されている周方向の一部とは異なる周方向部分）に形成された排油通路４７を介して互いに連通している。排油通路４７は軸受ハウジング２７の周壁２９を径方向に貫通する通路、つまり軸受ハウジング２７の内周面および外周面に開口する通路である。この排油通路４７を介して、軸受２１，２３からオイル回収室３９へ潤滑油ＯＬが排出される。本実施形態では、排油通路４７として、スラスト軸受２１の外周側に位置する第１排油通路４７Ａと、ラジアル軸受２３の軸方向両端部の外周側にそれぞれ位置する第２排油通路４７Ｂおよび第３排油通路４７Ｃが設けられている。以下、主として第１排油通路４７Ａの構造について詳細に説明する。

図４に示すように、第１排油通路４７Ａには、この第１排油通路４７Ａを周方向に分割する隔壁５１が設けられている。図示の例では、第１排油通路４７Ａは、１つの隔壁５１によって２つの分割排油通路５３，５３に分割されている。換言すれば、第１排油通路４７Ａは、隔壁５１を介して周方向Ｑに並ぶ２つの分割排油通路５３，５３を有している。

図５（ａ）に示すように、各分割排油通路５３は、周方向Ｑに長径を有する長円孔として形成されている。各分割排油通路５３の通路断面形状を周方向Ｑに長径を有する長円形として、第１排油通路４７Ａの周方向寸法を大きく設定することにより、回転方向Ｒに旋回する潤滑油ＯＬを確実に第１排油通路４７Ａ内へ導入することができる。もっとも、各分割排油通路５３の通路断面形状は図示の例に限定されず、例えば、円形でもよい。また、各分割排油通路５３の通路断面形状が、軸方向に長径を有する長円孔であってもよいが、その場合にも、第１排油通路４７Ａ全体の周方向寸法を、軸方向寸法よりも大きく設定することが好ましい。

第１排油通路４７Ａを周方向に分割する隔壁５１の数は１つに限定されない。例えば、図５（ｂ）に示すように、第１排油通路４７Ａは、２つの隔壁５１によって３つの分割排油通路５３に分割されていてもよい。また、隔壁５１の形状、配置は、第１排油通路４７Ａ内における潤滑油ＯＬの周方向（回転方向Ｒ）の流れを妨げるように設けられていればこれらの例に限定されない。例えば、図５（ｃ）に示すように、第１排油通路４７Ａは、周方向Ｑに対して傾斜するＸ字形状の隔壁５１によって分割された４つの分割排油通路５３を有していてもよい。第１排油通路４７Ａにおいて隔壁５１および分割排油通路５３の数、形状、配置をどのように設定する場合にも、オイル回収室３９へ排出される潤滑油ＯＬの流れを均一にするために、第１排油通路４７Ａ断面全体として周方向Ｑおよび前後方向に対称であることが好ましい。

図４に示す隔壁５１は、軸受室４５内から第１排油通路４７Ａへ流入する潤滑油が周方向Ｑに偏って分布することを防止できるように設けられていればよい。したがって、隔壁５１の、軸受ハウジング２７外径側端５１ａの位置は、第１排油通路４７Ａの軸受ハウジング２７外径側端４７Ａａの位置（つまり軸受ハウジング２７の外周面）と一致していなくともよい。すなわち、図示の例ではこれら外径側端５１ａ，４７Ａａの径方向位置は一致しているが、隔壁５１の外径側端５１ａの径方向位置は、第１排油通路４７Ａの外径側端４７Ａａの径方向位置より内径側でもよく、外径側でもよい。

図２に示すように、第１排油通路４７Ａは、オイル回収室３９のオイル導出口４０の方向、換言すればオイル導出路４１の導出方向に傾斜して形成されている。すなわち、図示の例では、第１排油通路４７Ａは、径方向に対して、前方外径側に傾斜している。第１排油通路４７Ａは、径方向に平行に設けられてもよいが、本実施形態のように傾斜させることにより、オイル回収室３９に排出される潤滑油ＯＬが導出方向に整流されるので、潤滑油ＯＬをより円滑にオイル回収室３９からオイル導出路４１へ導くことができる。図６に示す、軸受ハウジング２７の径方向に対する第１排油通路４７Ａの傾斜角度αの好ましい範囲は、２０°≦α≦４０°であり、より好ましくは２５°≦α≦３５°である。本実施形態では、α＝３０°としている。

なお、図４に示すように、第１排油通路４７Ａは、周方向に対してはほぼ径方向に沿って、つまり傾斜せずに形成されている。第１排油通路４７Ａに設けられる隔壁５１も、周方向に対してはほぼ径方向に沿って、つまり傾斜せずに形成されている。

本実施形態に係る軸受の排油構造によれば、スラスト軸受２１からオイル回収室３９へ潤滑油ＯＬを排出する排油通路４７（第１排油通路４７Ａ）に、この排油通路４７を周方向Ｑ、つまり回転軸の回転方向に分割する隔壁５１を設けることにより、オイル回収室３９内における潤滑油ＯＬの旋回が効果的に抑制される。すなわち、図４に示すように、スラスト軸受２１へ給油する給油孔５５から供給された潤滑油ＯＬは、回転軸の回転方向Ｒに沿って流れ、スラスト軸受２１（スラストパッド２１ａ）を潤滑する。その後、潤滑油ＯＬは、遠心力により外径側へ移動し、高速の旋回流を形成する。第１排油通路４７Ａに到達した潤滑油ＯＬは、第１排油通路４７Ａの回転方向Ｒに対向する側の周壁４７Ａａのみならず、隔壁５１に衝突して、２つの分割排油通路５３からオイル回収室３９へ、旋回成分が大幅に抑制された状態で流入する。

これに対し、隔壁５１が設けられておらず、潤滑油ＯＬが大きな旋回成分を有する状態でオイル回収室３９へ流入した場合には、図３に破線で示すように、潤滑油ＯＬの大部分はオイル回収室３９の内壁３９ａに衝突し、その一部はオイル導出路４１と反対の方向（後側）へ流れるため潤滑油ＯＬが滞留し、排油性が低下する。しかし、本実施形態では、上記のように潤滑油ＯＬの旋回成分が大幅に抑制された状態でオイル回収室３９へ流入するので、図３に実線で示すように潤滑油ＯＬの大部分がオイル導出路４１へ直接流入し、オイル回収室３９内での潤滑油ＯＬの滞留が抑制されるので、排油性が向上する。

なお、本実施形態では、排油通路に隔壁を設ける排油構造を、スラスト軸受２１に供給された潤滑油ＯＬを排出するための構造に適用した例を説明した。これは、スラスト軸受２１の方がラジアル軸受２３よりも多量の潤滑油を使用し、しかも、大径のスラスト軸受２１では、軸受外周付近において潤滑油が特に高速で旋回するので、潤滑油ＯＬの旋回を抑制することによる排油性向上の効果が特に大きいからである。もっとも、本実施形態に係る排油構造は、図２のラジアル軸受２３に供給される潤滑油ＯＬを排出するための構造にも適用することができる。

また、本実施形態の排油構造によれば、軸受の良好な排油性が確保されることにより、排油構造の小型化、特にオイル回収室３９の小型化が可能になる。したがって、本実施形態で例示したように、ガスタービンＧＴにおいて、圧縮機１の吸気通路１７の径方向内方に配置されたスラスト軸受２１および圧縮機１の吸気通路１７の径方向内方に配置されたオイル回収室３９を有する軸受部に上記排油構造を適用した場合、圧縮機１の吸気通路１７の面積を十分に確保することができる。もっとも、上記の排油構造は、ガスタービンＧＴのロータ９の他の部分を支持する軸受の排油構造にも適用することができる。

また、本実施形態では、回転軸を回転可能に支持する軸受を備える装置としてガスタービンエンジンを例として説明したが、本発明は、ガスタービンエンジンに限らず、回転軸を回転可能に支持する軸受を備える他の装置にも適用することができる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 圧縮機
５ タービン
９ ロータ（回転軸）
１７ 吸気通路
２１ スラスト軸受
２３ ラジアル軸受
２７ 軸受ハウジング
２９ 軸受ハウジングの周壁
３９ オイル回収室
４０ オイル導出口
４１ オイル導出路
４７ 排油通路
５１ 隔壁
Ａ 空気
ＧＴ ガスタービンエンジン
ＯＬ 潤滑油

Claims (7)

1. 回転軸を回転可能に支持する少なくとも一つの軸受と、
   前記軸受の径方向外側に設けられて、内方に前記軸受を収容する軸受室を形成する、円筒状の軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングの径方向外方に設けられて、前記軸受に供給された潤滑油を回収するオイル回収室と、
   前記軸受ハウジングの周壁を径方向に貫通して、前記軸受から前記オイル回収室へ潤滑油を排出する排油通路と、
   を備え、
   前記排油通路に、前記軸受室の周壁面よりも径方向外側に広がる面を有し、前記排油通路を周方向に分割する、径方向に沿って延びる隔壁が設けられている、
   軸受の排油構造。
2. 回転軸を回転可能に支持する少なくとも一つの軸受と、
   前記軸受の径方向外側に設けられて、内方に前記軸受を収容する軸受室を形成する、前記軸受を収容する円筒状の軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングの径方向外方に設けられて、前記軸受に供給された潤滑油を回収するオイル回収室と、
   前記軸受ハウジングの周壁を径方向に貫通して、前記軸受から前記オイル回収室へ潤滑油を排出する排油通路と、
   を備え、
   前記排油通路に、この排油通路を周方向に分割する、径方向に沿って延びる隔壁が設けられており、
   前記隔壁の内径側端の位置が、前記軸受室の周壁面と一致している軸受の排油構造。
3. 回転軸を回転可能に支持する少なくとも一つの軸受と、
   前記軸受の径方向外側に設けられて、前記軸受を収容する円筒状の軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングの径方向外方に設けられて、前記軸受に供給された潤滑油を回収するオイル回収室と、
   前記軸受ハウジングの周壁を径方向に貫通して、前記軸受から前記オイル回収室へ潤滑油を排出する排油通路と、
   を備え、
   前記排油通路に、この排油通路を周方向に分割する隔壁が設けられており、
   前記排油通路における前記隔壁によって分割された各分割排油通路が、周方向に長径を有する長円孔として形成されている軸受の排油構造。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の軸受の排油構造において、前記排油通路が、前記オイル回収室に排出された潤滑油を外部へ導出するオイル導出口の方向に傾斜している軸受の排油構造。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の軸受の排油構造において、前記少なくとも一つの軸受としてスラスト軸受を備える軸受の排油構造。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の軸受の排油構造を備えるガスタービンエンジンであって、
   前記回転軸が、当該ガスタービンエンジンの圧縮機とタービンとを連結するロータであり、
   前記軸受が、前記ロータを支持する軸受である、
   ガスタービンエンジン。
7. 請求項６に記載のガスタービンエンジンであって、前記軸受および前記オイル回収室が、前記圧縮機の吸気通路の径方向内方に配置されているガスタービンエンジン。

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