回転機械及び追設リング
【課題】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。
【解決手段】この発明の回転機械は、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。
【解決手段】この発明の回転機械は、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６２８８８号公報（段落番号０００２、図３、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【発明の効果】
【００３８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
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。
【実施例１】
【００４０】
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。
【００４１】
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、ガスタービン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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【実施例２】
【００６５】
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。
【００６６】
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の長手方向に少しは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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１に係るガスタービンの概略図である。
【図２】実施例１に係る軸受装置の断面正面図である。
【図３】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】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】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】実施例１に係るシールの斜視図である。
【図６−２】実施例１に係る他のバネの構成図である。
【図６−３】実施例１に係る他のシールの構成図である。
【図６−４】実施例１に係る他のシールの構成図である。
【図６−５】実施例１に係る他のシールの構成図である。
【図７】実施例１に係るトレランスリングの斜視図である。
【図８】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】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】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】
【００７３】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６２８８８号公報（段落番号０００２、図３、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【発明の効果】
【００３８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
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。
【実施例１】
【００４０】
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。
【００４１】
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、ガスタービン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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【実施例２】
【００６５】
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。
【００６６】
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の長手方向に少しは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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１に係るガスタービンの概略図である。
【図２】実施例１に係る軸受装置の断面正面図である。
【図３】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】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】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】実施例１に係るシールの斜視図である。
【図６−２】実施例１に係る他のバネの構成図である。
【図６−３】実施例１に係る他のシールの構成図である。
【図６−４】実施例１に係る他のシールの構成図である。
【図６−５】実施例１に係る他のシールの構成図である。
【図７】実施例１に係るトレランスリングの斜視図である。
【図８】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】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】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】
【００７３】
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
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２２２１８６（Ｐ２００９−２２２１８６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６９５０１（Ｐ２００８−６９５０１）
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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