特許 7561247 ガスタービンの軸封構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-25

(45)【発行日】2024-10-03

(54)【発明の名称】ガスタービンの軸封構造

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/28 20060101AFI20240926BHJP

   F02C 7/06 20060101ALI20240926BHJP

   F01D 25/16 20060101ALI20240926BHJP

   F16C 33/80 20060101ALI20240926BHJP

   F16J 15/447 20060101ALI20240926BHJP

【ＦＩ】

F02C7/28 B

F02C7/06 A

F01D25/16 E

F01D25/16 J

F02C7/06 D

F16C33/80

F16J15/447

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023142972

(22)【出願日】2023-09-04

【審査請求日】2023-09-04

(73)【特許権者】

【識別番号】390033042

【氏名又は名称】ダイハツディーゼル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100183232

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 敏行

(72)【発明者】

【氏名】野原 弘康

(72)【発明者】

【氏名】▲浜▼口 弘志

(72)【発明者】

【氏名】植阪 弘和

【審査官】佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１９６０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９６３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第０１／０３８７０７（ＪＰ，Ａ１）

【文献】再公表特許第２０１９／１５９７４４（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ ７／２８

Ｆ０２Ｃ ７／０６

Ｆ０１Ｄ ２５／１６

Ｆ１６Ｃ ３３／８０

Ｆ１６Ｊ １５／４４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インペラを有するロータと、
前記ロータを回転可能に支持する軸受と、
前記インペラを収容する収容空間を有し、前記軸受を保持するハウジングと、
前記軸受に供給されたオイルを前記ハウジングの外に排出するドレンと、
前記ロータと前記ハウジングとの間で、前記収容空間に対して前記軸受に供給されるオイルを封止するエアを供給するエア供給路と、
前記エア供給路から供給された前記エアを前記ハウジングの外に排出するエア排出路と、
を備え、
前記ハウジングが、軸方向において前記軸受と前記収容空間との間で、前記ロータの外周面を外囲する内周面を有し、
前記エア排出路が複数設けられ、前記複数の前記エア排出路が前記内周面にそれぞれ開口し、
前記複数のエア排出路の開口が、周方向に互いに間隔をあけて配置される、
ガスタービンの軸封構造。

【請求項2】

前記ドレンが、前記内周面の下部に開口し、前記エア排出路が、前記内周面の前記下部以外の部分に開口する、
請求項１に記載のガスタービンの軸封構造。

【請求項3】

前記ハウジング内に配置され、前記ロータの外周面から径方向の外側に延びるフィンを更に備え、
前記エア排出路が、前記フィンに対して前記収容空間側で開口する、
請求項１又は２に記載のガスタービンの軸封構造。

【請求項4】

前記フィンが、前記ロータに外嵌されたスリーブに一体的に成形されている、
請求項３に記載のガスタービンの軸封構造。

【請求項5】

前記ハウジング内に到達する前に前記エアを清浄化するエアクリーナを更に備え、
前記エアクリーナが、ストレーナを有する、
請求項１又は２に記載のガスタービンの軸封構造。

【請求項6】

前記エアクリーナが、前記ハウジングの外に配置される、
請求項５に記載のガスタービンの軸封構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービンの軸封構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、シャフトを支持するベアリングと、ベアリングを保持するハウジングとの間に介在するラビリンスシールを備えたガスタービンエンジンを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０４８７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ラビリンスシールに供給されたエアの少なくとも一部は、ハウジング内に流れていくおそれがある。仮に異物がエアに混入されていると、異物がベアリングに到達し、それにより、ベアリングの安定作動を阻害するおそれがある。

【0005】

本発明は、ガスタービンに適用される軸受の保護を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、インペラを有するロータと、前記ロータを回転可能に支持する軸受と、前記インペラを収容する収容空間を有し、前記軸受を保持するハウジングと、前記軸受に供給されたオイルを前記ハウジングの外に排出するドレンと、前記ロータと前記ハウジングとの間で、前記収容空間に対して前記軸受を封止するエアを供給するエア供給路と、前記エア供給路から供給された前記エアを前記ハウジングの外に排出するエア排出路と、を備える、ガスタービンの軸封構造を提供する。

【0007】

上記構成によれば、エア排出路がドレンとは別に設けられている。そのため、ロータとハウジングとの間に供給されたエアが、ドレンを通ってオイルと共に排出されるまでハウジング内で滞留することを抑制され、エア排出路を介して積極的にハウジングの外に排出される。したがって、仮に異物がエアに混入されていたとしても、その異物が軸受に到達しにくい。これにより、軸受を異物から保護でき、ロータの安定作動を維持できる。

【0008】

前記ハウジングが、軸方向において前記軸受と前記収容空間との間で、前記ロータの外周面を外囲する内周面を有し、前記ドレンが、前記内周面の下部に開口し、前記エア排出路が、前記内周面の前記下部以外の部分に開口してもよい。

【0009】

上記構成によれば、ドレンが下部に開口する。ハウジング内のオイルフローにはオイルの自重が影響する。そのため、オイルがハウジングから円滑に排出される。一方、ハウジング内のエアフローにはロータの回転に伴う遠心力が影響し、ハウジング内には径方向外側に向かうエアフローが生じる。エアは、エアフローに乗ってハウジングの内周面に向かう。エア排出路が残余部（下部以外の部分）に開口していても、エアをエア排出路に円滑に導き、ハウジングから円滑に排出させることが可能である。よって、オイル及びエアの双方を円滑に排出できる。

【0010】

前記エア排出路が複数設けられ、前記複数の前記エア排出路が前記内周面にそれぞれ開口し、前記複数のエア排出路の開口が、周方向に互いに間隔をあけて配置されてもよい。これにより、エア排出路の開口が周方向に分散配置される。エアをチャンバから円滑に排出できる。

【0011】

前記軸封構造が、前記ハウジング内に配置され、前記ロータの外周面から径方向の外側に延びるフィンを更に備え、前記エア排出路が、前記フィンに対して前記収容空間側で開口してもよい。

【0012】

上記構成によれば、フィンによって、エアは、軸方向において軸受側へ流れることを阻害する。仮に異物がエアに混入されていたとしても、異物が軸受に到達しにくい。また、フィンによって、エアは、フィンに対して軸方向において軸受と反対側で、径方向の外側へ流れるように案内される。そこにエア排出路が開口しているため、エアをエア排出路に円滑に導くことができ、エア中の異物のハウジング内での滞留時間が短くなる。

【0013】

前記フィンが、前記ロータに外嵌されたスリーブに一体的に成形されていてもよい。これにより、ロータをスリーブに挿通するだけで、上記の作用を奏するフィンを簡単にロータに装着できる。

【0014】

前記軸封構造が、前記ハウジング内に到達する前に前記エアを清浄化するエアクリーナを更に備え、前記エアクリーナが、ストレーナを有してもよい。これにより、異物がエアに混入するおそれが低減し、軸受が異物から保護される。

【0015】

前記エアクリーナが、前記ハウジングの外に配置されてもよい。これにより、エアクリーナのメンテナンス作業を容易化できる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ガスタービンに適用される軸受を保護できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に係るガスタービンの断面図。

【図2】ガスタービンの圧縮部の断面図。

【図3】軸封構造の断面図。

【図4】チャンバ内のエアフロー及びオイルフローを示す軸封構造の断面図。

【図5】軸受ケースの正面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、同一の又は対応する要素には全図を通じて同一の符号を付して詳細な説明の重複を省略する。

【0019】

図１を参照して、ガスタービン１は、単なる一例として、陸上に定置され、発電機等の被駆動機（図示せず）の動力源として使用される。ガスタービン１の主軸２は、減速機構（図示せず）を介して発電機等の被駆動機と連結される。なお、本開示においては、特段断らない限り、「軸方向」は、主軸２の軸線Ａに沿った方向であり、「軸直交方向」又は「径方向」は、主軸２の軸線Ａに直交する方向であり、「周方向」は、軸線Ａ周りの方向である。

【0020】

ガスタービン１は、圧縮部３、燃焼部４、及びタービン５を備える。主軸２は、圧縮部３のロータ１１、タービン５のタービンロータ５ａ、及び減速機構の入力軸６を含む。入力軸６、ロータ１１、及びタービンロータ５ａは、軸方向において一方側から他方側へ（図１紙面左側から右側へ）この順で並べられ、軸線Ａを中心にして同軸状に配置されて順次に連結され、軸線Ａ周りに一体に回転する。なお、本開示において、「ロータ」は、シャフト状の部材そのもの、又はシャフト状の部位を有する部材であって、自身の中心軸周りに自転する。

【0021】

主軸２は、軸方向に互いに離れた２つの軸受７，８によって回転可能に支持される。軸受７は、ロータ１１の一端部を回転可能に支持する。軸受８は、ロータ１１の他端部を支持してもよいし、タービンロータ５ａを支持してもよい。軸受７，８の型式は、特に限定されず、図示された単列溝玉軸受は単なる一例である。本実施形態に係る軸封構造は、ガスタービン１の軸受７に適用されている。

【0022】

圧縮部３は、外気を取り込んで圧縮する。燃焼部４は、圧縮空気に燃料を噴射し、混合気を燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する。タービン５は、燃焼ガスにより駆動される。タービン５が作動すると、主軸２が回転する。これにより、圧縮部３が駆動され、且つ入力軸６が回転駆動されて被駆動機に動力を与える。なお、排気は、タービン５から軸方向他方側へ排出される。入力軸６は、圧縮部３に対して軸方向一方側に配置され、タービン５は、圧縮部３に対して軸方向他方側に配置されている。燃焼部４は、圧縮部３の軸方向他方側に隣接し、また、タービン５の径方向外周側に配置されている。

【0023】

ロータ１１はインペラ１２を有する。ロータ１１及びそのインペラ１２は、回転することによって、遠心式圧縮機として機能する。インペラ１２は、ロータ１１に一体的に設けられ、軸方向の一方側から他方側に向かうにつれて拡径される。圧縮部３は、ハウジング１３を有する。ハウジング１３は、インペラ１２を収容する収容空間１４を形成し、また、ロータ１１を支持する軸受７を保持している。

【0024】

ハウジング１３は、収容空間１４の形成のため、外壁１５、内壁１６、及び複数の支柱１７を有する。外壁１５は、軸直交方向に延在する。内壁１６は、外壁１５と軸方向に離れており、外壁１５に対して軸方向他方側で軸直交方向に延在する。支柱１７は、外壁１５の内面（軸方向他方側の側面）と内壁１６の内面（軸方向一方側の側面）との間に架け渡される。複数の支柱１７は、周方向に間隔をあけて配置され、軸方向に対して概略的に平行に延在する。

【0025】

ハウジング１３は、カバー１８で覆われている。収容空間１４は、外壁１５、内壁１６、及びカバー１８によって囲まれており、カバー１８には、ハウジング１３の外部を収容空間１４と連通させるダクト１８ａが設けられている。内壁１６には吸気ガイド１９が固定されている。吸気ガイド１９は、軸方向中央部にくびれを有した筒状であり、内壁１６から軸方向一方側へ延在し、インペラ１２を取り囲み、軸方向一端側で開口する。外気は、ダクト１８ａを介して収容空間１４内へと導かれる。収容空間１４に流入された吸気は、吸気ガイド１９に流入し、吸気ガイド１９の内部を軸方向において一方側から他方側に向けて流れる間にインペラ１２の作用で圧縮される。

【0026】

なお、ハウジング１３の軸方向一方側には、減速機ケース４０が設けられている。減速機ケース４０は、減速機及びその入力軸６を収容する減速機室４０ａを形成する、減速機ケース４０は、外壁１５に固定されている。収容空間１４と減速機室４０ａとは、外壁１５によって軸方向に仕切られている。

【0027】

次に、軸封構造について説明する。

【0028】

図２を参照して、ハウジング１３は、軸受７の保持のため、軸受ケース２０及び保持リング２１を有する。軸受ケース２０は、外壁１５の中心部を貫通する取付孔１５ａに嵌合される。取付孔１５ａは、両端が開口する円筒状であり、軸方向に沿って一様な円形断面を有する。

【0029】

軸受ケース２０は、取付孔１５ａ内に嵌合される円筒部２０ａと、円筒部２０ａから軸方向他方側に連続する円錐部２０ｂとを有する。円筒部２０ａが嵌合された状態で、リング状の取付板２２が、外壁１５の外面側に設けられる。軸受ケース２０及び外壁１５が両方とも、取付板２２に軸方向に締結され、それにより、軸受ケース２０が取付板２２を介して外壁１５に固定される。なお、図５に示す参照符号２０ｆは、取付板２２との締結のためボルトが螺合されるねじ穴である。

【0030】

円錐部２０ｂは、軸方向他方側で先鋭であり、取付孔１５ａに対して軸方向他方側へ突出している。円錐部２０ｂの先端部は、吸気ガイド１９内に進入している。円錐部２０ｂの外面は、外壁１５の内面と滑らかに繋がる曲面を成し、吸気を吸気ガイド１９の内部に案内する。

【0031】

図３を参照して、軸受ケース２０の中心部には、軸方向に延在して両端で開口する軸孔２３が形成される。軸孔２３の軸方向一端部には、軸受収容部２４が形成される。軸受収容部２４は、円筒面２４ａと、円筒面２４ａの軸方向他端部から径方向内周側に延在する円環状の段差面２４ｂとで画定される。円筒面２４ａは、軸方向において一様な径を有し、軸孔２３の軸方向一端側の開口を画定する。軸受７は、その外輪の外周面が円筒面２４ａに密着し、且つその軸方向他方側の端面が段差面２４ｂに軸方向に突き当てられた状態で、軸受収容部２４に収容される。

【0032】

保持リング２１は、軸受収容部２４に内嵌される円筒部２１ａと、円筒部２１ａの軸方向一端部から径方向外周側に延在するフランジ部２１ｂとを有する。円筒部２１ａの軸方向他端部は、軸受７の外輪に軸方向に突き当てられ、フランジ部２１ｂは、軸受ケース２０の円筒部２０ａの軸方向一端側の側面に突き当てられる。

【0033】

この状態で、フランジ部２１ｂが円筒部２０ａに軸方向に締結される。これにより、軸受ケース２０及び保持リング２１が、外壁１５に固定され、また、軸受７が、軸受ケース２０及び保持リング２１によって保持された状態となる。なお、図５に示す参照符号２０ｇは、保持リング２１との締結のためボルトが螺合されるねじ穴である。

【0034】

ロータ１１の軸方向一端部は、軸受ケース２０の軸孔２３に挿通される。ロータ１１の一端部には、ジャーナル部１１ａが設けられている。ジャーナル部１１ａは、軸受７に挿通される部位であり、軸受７により回転可能に支承される。ロータ１１は、ジャーナル部１１ａの軸方向他端部から径方向外周側に延在する段差面１１ｂを有する。軸受７の内輪は、段差面１１ｂに軸方向に突き当てられ、それにより、軸受７がロータ１１に対して軸方向に位置決めされる。

【0035】

軸受７よりも収容空間１４側、すなわち軸方向他方側に、シール９が設けられている。シール９は、例えば、アキシャル型のラビリンスシールである。シール９は、軸受ケース２０に設けられる外周シール部９ａと、ロータ１１に設けられる内周シール部９ｂとで構成される。外周シール部９ａは、軸孔２３のうち、円錐部２０ｂを貫通している部分の内面に設けられる。外周シール部９ａと内周シール部９ｂとは、径方向に互いに近接対向し、軸方向に交互に並ぶ複数の膨張室及び絞り部を形成する。シール９には高圧のシールエアが供給され（図２を参照）、それにより、シール９は、非接触で軸受収容部２４を収容空間１４に対して密封する。

【0036】

図４を参照して、軸受ケース２０とロータ１１とは、軸受７とシール９との間に、チャンバ１０を形成する。チャンバ１０は、ロータ１１の外周面と、軸受ケース２０の内周面（すなわち、軸孔２３を画定する内面）とによって囲まれた空間である。チャンバ１０は、軸方向に見て円環状の断面を有する。

【0037】

チャンバ１０を形成している部位に関し、軸孔２３の内面は、軸受７の外輪が突き当たる段差面２４ｂから軸方向他方側へ延びる第１内周面２３ａと、第１内周面２３ａに対して軸方向他方側に位置して第１内周面２３ａよりも大径を有する第２内周面２３ｂと、第１内周面２３ａの軸方向他端部と第２内周面２３ｂの軸方向一端部とを径方向に接続する段差面２３ｃと、第２内周面２３ｂの軸方向他端部と内周シール部９ｂとを径方向に接続するチャンバ端面２３ｄとを含む。

【0038】

なお、図５に示すとおり、軸受ケース２０を軸方向一方側から他方側へ軸方向に見た場合、軸方向一端側の開口の内側で、軸受収容部２４の段差面２４ｂが円環帯状に延在する。第１内周面２３ａが、段差面２４ｂの径方向内周縁にて、円形を成す。第１内周面２３ａの内側にチャンバ端面２３ｄが円環帯状に延在する。外周シール部９ａが、チャンバ端面２３ｄの径方向内周縁にて、円形を成す。第２内周面２３ｂは、第１内周面２３ａよりも大径であり、第１内周面２３ａよりも軸方向他方側に位置するため、図５では破線で示されている。

【0039】

図４に戻り、チャンバ１０を形成している部位に関し、ロータ１１は、軸受７の内輪が突き当たる段差面１１ｂから内周シール部９ｂに向かって軸方向他方側へ延在する中間部１１ｃと、中間部１１ｃの軸方向他端部から径方向外周側に突出するフランジ部１１ｄとを有する。

【0040】

中間部１１ｃには、スリーブ２５が外嵌される。スリーブ２５は、中間部１１ｃが挿通される円筒部２５ａと、円筒部２５ａの軸方向他端部から径方向外周側に突出するフィン２５ｂとを有する。スリーブ２５（又は円筒部２５ａ）の軸方向他端部は、ロータ１１のフランジ部１１ｄに突き当てられている。フィン２５ｂは、スリーブ２５（の円筒部２５ａ）に一体的に成形され、フランジ部１１ｄの外周縁よりも径方向外周側へ突出する。

【0041】

チャンバ１０の軸方向一端側は、軸受７の軸方向他方側の端面によって画定される。チャンバ１０の軸方向他端側は、軸受ケース２０のチャンバ端面２３ｄによって画定される。軸受７の内輪と外輪との間のクリアランスは、チャンバ１０と連通する。また、シール９は、非接触型のラビリンスシールであり、外周シール部９ａと内周シール部９ｂとのクリアランスも、チャンバ１０と連通する。

【0042】

チャンバ１０は、軸受７に供給された潤滑油（以下、単にオイルという）を受容する。この点、図５に示す参照符号２０ｅは、軸受ケース２０外から軸受ケース２０内に潤滑油を流入させる油流入ポートである。図３に示す参照符号２１ｄは、この油流入ポート２０ｅ（図３において不図示）と連通し、軸受７の軸方向一方側の端面に潤滑油を導く油供給路である。油流入ポート２０ｅは、軸受ケース２０に形成され、油供給路２１ｄは、保持リング２１の円筒部２１ａに形成される。

【0043】

軸受ケース２０には、チャンバ１０内のオイルをチャンバ１０外へ導くドレン２６が形成されている。ドレン２６の一端は、第２内周面２３ｂ、すなわちチャンバ１０に開口する。ドレン２６の他端は、軸受ケース２０の円筒部２０ａの軸方向一端部且つ径方向外周縁部に開口している。ドレン２６は、軸受ケース２０内において、チャンバ１０から軸方向一方側に向かうほど径方向外周側に向かうようにして斜めに延在している。

【0044】

次に、シールエアの流れについて説明する。シールエアとは、シール９に供給され、収容空間１４に対して軸受７に供給されるオイルを封止するエアである。

【0045】

図２を参照して、ガスタービン１は、上流流路３１、エアクリーナ３２、エア供給路３３、及びエア排出路３４を備える。シールエアは、収容空間１４から取り出され、エアクリーナ３２で清浄化される。エアクリーナ３２は、シールエアがシール９に到達する前に、シールエアを清浄化する。エア供給路３３は、ロータ１１と軸受ケース２０との間にエアを供給する。エア排出路３４は、エア供給路３３から供給されたシールエアをハウジング１３の外に排出する。

【0046】

エアクリーナ３２は、筐体３２ａと、筐体３２ａの収容空間をダーティ側とクリーン側とに仕切るストレーナ３２ｂとを有する。筐体３２ａには、流入口３２ｃ及び流出口３２ｄが設けられている。流入口３２ｃはダーティ側に開口し、流出口３２ｄはクリーン側に開口している。シールエア源である収容空間１４も、シールエアの供給先であるシール９も、ハウジング１３内に設けられている一方で、エアクリーナ３２は、ハウジング１３外に配置される。

【0047】

上流流路３１は、収容空間１４からシールエアとして取り出された圧縮空気をエアクリーナ３２の流入口３２ｃに導く。この点、ガスタービン１は、内壁１６の更に軸方向他方側に配置されて軸直交方向に延在する隔壁部材２７を備える。隔壁部材２７は、内壁１６と軸方向に近接対向する。隔壁部材２７と内壁１６とは、吸気ガイド１９の軸方向他端部よりも径方向外周側で、圧縮空気を吸気ガイド１９の内部から燃焼部４に導くための流路２８を形成している。隔壁部材２７は、当該流路２８を画定している部分よりも径方向内周側で、取出孔２７ａを有する。取出孔２７ａは、隔壁部材２７を貫通している。上流流路３１の上流端部は、取出孔２７ａに接続される。

【0048】

上流流路３１は、配管３１ａ、複数の支柱１７のうちのいずれか１つに形成されたアキシャル孔１７ａ及びラジアル孔１７ｂ、並びに配管３１ｂによって構成される。

【0049】

配管３１ａの一端部は、上流流路３１の上流端部を成し、取出孔２７ａに接続される。配管３１ａは、隔壁部材２７に対して軸方向他方側の空間内で径方向内周側に延在し、軸方向一方側に向けて折り返される。配管３１ａの他端部は、隔壁部材２７の径方向外周縁部を貫通し、流路２８を軸方向に沿って横切り、内壁１６の外周縁部に接続される。アキシャル孔１７ａは、軸方向に沿って延在し、軸方向他端側で配管３１ａの下流端部と連通する。アキシャル孔１７ａは、軸方向他端側でのみ開口する非貫通穴でもよいし、支柱１７の軸方向両側で開口する貫通穴でもよい。貫通穴の場合には、アキシャル孔１７ａからのシールエアの漏れを防ぐため、アキシャル孔１７ａの軸方向一端部を閉塞するプラグ２９が設けられる。ラジアル孔１７ｂは、アキシャル孔１７ａと連通し、支柱１７の外面に開口する。配管３１ｂの一端部は、ラジアル孔１７ｂに接続され、配管３１ｂの他端部は、流入口３２ｃに接続される。

【0050】

エア供給路３３は、配管３３ａ、外壁１５に形成されたラジアル孔１５ｂ及び流出口１５ｃ、配管３３ｂ、保持リング２１に接続された流入口２１ｃ、軸受ケース２０に形成された下流部３３ｃによって構成される。

【0051】

配管３３ａの一端部は、エアクリーナ３２の流出口３２ｄに接続される。ラジアル孔１５ｂは、外壁１５の内部で径方向に延在し、外壁１５の外周面に開口された非貫通穴である。配管３３ａの他端部は、ラジアル孔１５ｂの開口に接続される。流出口１５ｃは、ラジアル孔１５ｂに連通し、外壁１５の軸方向一方側の側面に開口する。流入口２１ｃは、保持リング２１のフランジ部２１ｂを貫通している。配管３３ｂは、外壁１５の軸方向一方側に配置される。すなわち、配管３３ｂは、減速機室４０ａに収容される。配管３３ｂの一端部は、外壁１５のラジアル孔１５ｂに接続され、配管３３ｂの他端部は、保持リング２１の流入口２１ｃに接続されている。

【0052】

エア供給路３３の下流部３３ｃは、軸受ケース２０の内部に形成され、流入口２１ｃをシール９の外周シール部９ａと接続している。下流部３３ｃの一端部は、円筒部２０ａの側面に開口し、保持リング２１を貫通する流入口２１ｃと連通する。下流部３３ｃの他端部は、軸孔２３のうち、円錐部２０ｂを貫通している部分の内面、すなわち外周シール部９ａで開口している。

【0053】

一例として、下流部３３ｃは、円筒部２０ａの内部で軸方向に延びる直線部２０ｃと、円錐部２０ｂの内部で軸方向他方側に向かうほど径方向中心側へ向かうようにして斜めに延在する傾斜部２０ｄとで構成される。直線部２０ｃの軸方向他端部は、傾斜部２０ｄの軸方向一端部と接続される。

【0054】

収容空間１４内の圧縮空気は、取出孔２７ａを介して上流流路３１に流入する。シールエアは、上流流路３１を通流し、流入口３２ｃを介してエアクリーナ３２のダーティ側に流入する。シールエアは、ストレーナ３２ｂを通過する際に濾過され、清浄化される。シールエアは、流出口３２ｄを介してエアクリーナ３２のクリーン側から流出する。エア供給路３３は、エアクリーナ３２から流出したシールエアをシール９に供給する。

【0055】

エアクリーナ３２がハウジング１３外に配置されているため、エアクリーナ３２のメンテナンス作業を簡便に行える。また、エアクリーナ３２がハウジング１３外に配置されているため、シールエアを空冷できる。

【0056】

制御器５０は、一次圧力センサ５１によって検出されるエアクリーナ３２の一次圧と、二次圧力センサ５２によって検出されるエアクリーナ３２の二次圧との差圧を測定する。制御器５０は、差圧の測定値を所定の閾値と比較する。制御器５０は、測定値が閾値以上であれば、ストレーナ３２ｂが目詰まりを生じているとして、不図示の警報装置を作動させてもよい。これにより、作業員にエアクリーナ３２のメンテンナンス作業時期の到来を報知できる。

【0057】

シール９内において、シールエアは、その圧力を漸次低下させながら軸方向の両側へ流れていく。シールエアの一部は、シール９内で軸方向他方側に流れ、シール９から吸気ガイド１９の内部に排出され、吸気に混合される。シールエアの一部は、シール９内で軸方向一方側に流れ、シール９からチャンバ１０内に流入する。チャンバ１０内のシールエアは、ドレン２６を介してオイルと共にハウジング１３外に排出され得る。

【0058】

図３及び図４を参照して、エア排出路３４は、ドレン２６とは独立して設けられる。エア排出路３４は、シールエアがチャンバ１０内で滞留することを抑制すべく、チャンバ１０内のシールエアをハウジング１３外に導くための流路である。

【0059】

エア排出路３４は、軸受ケース２０の内部に形成される。エア排出路３４は、両端が開口する貫通穴によって構成される。エア排出路３４の形成方法は特に限定されず、穿孔加工が使用されてもよいし、鋳造が使用されてもよい。

【0060】

エア排出路３４の一端部は、チャンバ１０に開口している。より具体的には、エア排出路３４は、チャンバ１０を画定している部材のうち、軸受ケース２０に開口する。前述したとおり、軸受ケース２０は、チャンバ１０を画定している部位として、第１内周面２３ａ、第２内周面２３ｂ、段差面２３ｃ、及びチャンバ端面２３ｄを有する。そのうち、第１内周面２３ａ及び第２内周面２３ｂは、ロータ１１の外周面を外囲し、チャンバ１０の径方向の外周部を形成する。

【0061】

本実施形態では、エア排出路３４は、第２内周面２３ｂに開口する。第２内周面２３ｂは、第１内周面２３ａよりも大径であり、チャンバ１０の最外周部を形成する。また、第２内周面２３ｂは、チャンバ１０の軸方向他側部を形成する。エア排出路３４は、チャンバ１０のこのような箇所で開口している。

【0062】

エア排出路３４の開口３５は、軸線Ａが通過する断面内に良く図示されるとおり、第２内周面２３ｂ上で軸方向に幅を有する。開口３５の軸方向他方側（シール９側）の端縁は、フィン２５ｂよりも軸方向他方側（シール９側）に位置している。本実施形態では、開口３５の軸方向一方側（軸受７側）の端縁が、フィン２５ｂよりも軸方向一方側（軸受７側）に位置するが、開口３５の幅の全体がフィン２５ｂよりもシール９側に配置されていてもよい。

【0063】

エア排出路３４は、一端部の開口３５から軸方向一方側に向かうほど径方向外周側に向かうようにして、軸受ケース２０内で斜めに延在している。エア排出路３４の他端部は、円筒部２０ａの軸方向一方側の端面に開口している。すなわち、エア排出路３４の排出口３６（図３及び図５を参照）は、圧縮部３のハウジング１３の外である減速機室４０ａに開口する。

【0064】

図５を参照して、本実施形態では、複数のエア排出路３４が、ガスタービン１に設けられている。ドレン２６も、複数のエア排出路３４も、軸受ケース２０の第２内周面２３ｂに開口している。ここで、ガスタービン１は、主軸２の軸線Ａが水平に指向する姿勢で、陸上に定置されている。水平な軸線Ａに直交する面内において、第２内周面２３ｂは、円形で表される。

【0065】

ドレン２６は、第２内周面２３ｂの下部に開口する。複数のエア排出路３４は、下部以外の部分に開口する。各エア排出路３４の開口３５は、軸線Ａを通過する水平線Ｂ上に配置され、又は当該水平線Ｂよりも上方の部分に配置されている。複数のエア排出路３４の開口３５は、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。

【0066】

本実施形態では、３つのドレン２６と、５つのエア排出路３４とが、軸受ケース２０に設けられている。

【0067】

３つのドレン２６は、下端ドレン２６ａと、下端ドレン２６ａの周方向両側に配置された一対のサイドドレン２６ｂ，２６ｃとを含む。下端ドレン２６ａは、サイドドレン２６ｂ，２６ｃよりも第２内周面２３ｂ上での開口幅が広い。「開口幅」とは、ドレン２６の開口の周方向一端から周方向他端までの円弧の中心角、もしくは当該円弧の長さである。

【0068】

軸線Ａに直交する面内で軸線Ａを鉛直方向に通過する鉛直線Ｃは、下端ドレン２６ａの開口を通過する。下端ドレン２６ａは、軸方向に見たときに、鉛直線Ｃを基準として線対称となるようにして、第２内周面２３ｂ上に位置している。一対のサイドドレン２６ｂ，２６ｃは、下端ドレン２６ａから周方向において同じ間隔をあけており、鉛直線Ｃを基準として互いに線対称に配置されている。一対のサイドドレン２６ｂ，２６ｃはどちらも、軸線Ａを通過する水平線Ｂよりも下方に位置する。すなわち、３つのドレン２６はいずれも、第２内周面２３ｂの下部に開口している。

【0069】

５つのエア排出路３４の開口３５は、鉛直線Ｃに対して線対称に配置される。５つのエア排出路３４には、上端排出路３４ａ、一対のサイド排出路３４ｂ，３４ｃ、及び一対の中間排出路３４ｄ，３４ｅが含まれる。上端排出路３４ａの開口３５は、鉛直線Ｃ上に配置され、下端ドレン２６ａと直径方向に対向する。サイド排出路３４ｂ，３４ｃの開口は、水平線Ｂ上に配置され、直径方向に互いに対向する。中間排出路３４ｄの開口３５は、周方向において上端排出路３４ａとサイド排出路３４ｂとの間に配置され、中間排出路３４ｅの開口３５は、周方向において上端排出路３４ａとサイド排出路３４ｃとの間に配置される。一対の中間排出路３４ｄ，３４ｅは、鉛直線Ｃを基準として線対称に配置される。

【0070】

このように、５つのエア排出路３４の開口３５は、第２内周面２３ｂの上半部に設けられ、概略１８０度の範囲内に分散して配置されている。５つのエア排出路３４の開口３５は、周方向に完全に等間隔をあけて配置されている必要はない。

【0071】

オイルは、軸受７に供給された後にチャンバ１０内に流入する。軸受７は、チャンバ１０の軸方向一方側を画定しており、チャンバ１０に臨んでいる。チャンバ１０内のオイルの流れは、オイルの自重の影響を受ける。オイルは、チャンバ１０内で鉛直下向きに流れやすい。チャンバ１０の下部では、ドレン２６が開口している。そのため、オイルは、ドレン２６を介して円滑にハウジング１３外に排出され、シール９に到達するのを抑制できる。特に、本実施形態では、ロータ１１にフィン２５ｂが設けられている。フィン２５ｂが邪魔板の役割を果たし、オイルがチャンバ１０内で軸方向他方側へ流れるのを阻止し、オイルのシール９への到達を一層抑制できる。

【0072】

フィン２５ｂは、ロータ１１に外嵌されるスリーブ２５に一体的に形成されている。そのため、ロータ１１がスリーブ２５に挿通されるだけで、このような作用を奏するフィン２５ｂをロータ１１に簡便に設けることができる。

【0073】

一方、シール９からチャンバ１０内に流入したシールエアの流れは、ロータ１１の回転に伴う遠心力が影響する。そのため、シールエアは、チャンバ１０内で径方向外周側に向けて流れやすい。シールエアは、軸方向一方側へ流れようにも、フィン２５ｂによって阻止される。シールエアは、フィン２５ｂによる阻止及び案内も相まって、軸方向外周側に向けて流れていく。

【0074】

シールエアの一部は、ロータ１１の外周面付近且つフィン２５ｂよりも軸方向他方側から、鉛直下向きに流れ、又は斜め下向きに流れる。このシールエアは、ドレン２６を介してオイルと共にハウジング１３外に排出される。ドレン２６は、チャンバ１０の径方向外周側を画定する第２内周面２３ｂに開口している。そのため、下向きに流れたシールエアは、ドレン２６の開口に円滑に流入し、チャンバ１０から速やかに排出される。

【0075】

シールエアの一部は、ロータ１１の外周面付近且つフィン２５ｂよりも軸方向他方側から、水平に流れ、鉛直上向きに流れ、又は斜め上向きに流れ、第２内周面２３ｂに達する。第２内周面２３ｂの下部以外の部分には、複数のエア排出路３４の開口３５が分散して配置されている。そのため、水平又は上向きに流れたシールエアは、エア排出路３４の開口３５に円滑に流入し、チャンバ１０から速やかにハウジング１３外に排出される。エア排出路３４の開口３５が周方向に密に配置されるため、エアをハウジング１３から円滑に排出できる。

【0076】

仮にこのようなエア排出路３４が無ければ、上向きに流れたシールエアは、チャンバ１０内で長く滞留するおそれがある。この滞留期間中にシールエアが軸方向一方側に流れ、軸受に到達するおそれがある。シールエアに異物が混入していた場合、異物が軸受７内に進入し、軸受７の安定作動、ひいてはロータ１１の安定作動を阻害するおそれがある。

【0077】

これに対し、本実施形態においては、エア排出路３４の存在により、このようなシールエアの滞留を防止できる。そのため、軸受７を保護することができ、ロータ１１を安定的に作動させることができる。

【0078】

シールエアは、圧縮部３で生成される圧縮空気を使用しており、圧縮空気は、外気を基にして生成される。そのため、ガスタービン１が、例えば粉塵が発生しやすい環境に置かれている場合、圧縮空気に粉塵等の異物が混入するおそれが高くなる。本実施形態では、このような環境にガスタービン１が置かれている場合にも、軸受７を異物から保護できる。

【0079】

圧縮空気をシールエアとしてシール９に供給する系統に、エアクリーナが介在している。このため、外気あるいは圧縮空気に異物が混入されていたとしても、その異物をエアクリーナで除去でき、清浄化されたシールエアをシール９に供給できる。この点からも、軸受７を保護できる。

【0080】

これまで実施形態について説明したが、上記構成は、単なる一例であり、本発明の範囲内で追加、変更、又は削除可能である。

【符号の説明】

【0081】

１ ガスタービン
２ 主軸
３ 圧縮部
４ 燃焼部
５ タービン
５ａ タービンロータ
６ 入力軸
７，８ 軸受
９ シール
９ａ 外周シール部
９ｂ 内周シール部
１０ チャンバ
１１ ロータ
１１ａ ジャーナル部
１１ｂ 段差面
１１ｃ 中間部
１１ｄ フランジ部
１２ インペラ
１３ ハウジング
１４ 収容空間
１５ 外壁
１５ａ 取付孔
１５ｂ ラジアル孔
１５ｃ 流出口
１６ 内壁
１７ 支柱
１７ａ アキシャル孔
１７ｂ ラジアル孔
１８ カバー
１８ａ ダクト
１９ 吸気ガイド
２０ 軸受ケース
２０ａ 円筒部
２０ｂ 円錐部
２０ｃ 直線部
２０ｄ 傾斜部
２０ｅ 油流入ポート
２０ｆ，２０ｇ ねじ穴
２１ 保持リング
２１ａ 円筒部
２１ｂ フランジ部
２１ｃ 流入口
２１ｄ 油供給路
２２ 取付板
２３ 軸孔
２３ａ 第１内周面
２３ｂ 第２内周面
２３ｃ 段差面
２３ｄ チャンバ端面
２４ 軸受収容部
２４ａ 円筒面
２４ｂ 段差面
２５ スリーブ
２５ａ 円筒部
２５ｂ フィン
２６ ドレン
２６ａ 下端ドレン
２６ｂ，２６ｃ サイドドレン
２７ 隔壁部材
２７ａ 取出孔
２８ 流路
２９ プラグ
３１ 上流流路
３１ａ，３１ｂ 配管
３２ エアクリーナ
３２ａ 筐体
３２ｂ ストレーナ
３２ｃ 流入口
３２ｄ 流出口
３３ エア供給路
３３ａ，３３ｂ 配管
３３ｃ 下流部
３４ エア排出路
３４ａ 上端排出路
３４ｂ，３４ｃ サイド排出路
３４ｄ，３４ｅ 中間排出路
３５ 開口
３６ 排出口
４０ 減速機ケース
４０ａ 減速機室
５０ 制御器
５１ 一次圧力センサ
５２ 二次圧力センサ
５３ 開閉弁
５４ バイパス弁
５５ 逆止弁
Ａ 軸線

【要約】

【課題】ガスタービンに適用される軸受を保護する。
【解決手段】軸封構造が、インペラ１２を有するロータ１１と、ロータ１１を回転可能に支持する軸受７と、インペラ１２を収容する収容空間１４を有し、軸受７を保持するハウジング１３と、軸受７に供給されたオイルをハウジング１３の外に排出するドレン２６と、ロータ１１とハウジング１３との間で、収容空間１４に対して軸受７を封止するエアを供給するエア供給路３３と、エア供給路３３から供給されたエアをハウジング１３の外に排出するエア排出路３４と、を備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】