常圧タービンにおける潤滑装置
【課題】常圧タービンにおいて、軸受の潤滑油が常圧−負圧間の差圧によって流出しない潤滑装置を提供する。
【解決手段】回転軸を支持する軸受２５，２６と、前記軸受を潤滑する潤滑油を前記軸受に供給するオイルポンプ１２と、前記軸受と前記オイルポンプとの間を前記潤滑油が循環する潤滑ライン３５とを備える常圧燃焼タービンエンジンにおいて、前記潤滑ライン３５の、前記軸受２５，２６から前記オイルポンプ１２へ戻るオイル戻り経路３３が負圧に保持されている。
【解決手段】回転軸を支持する軸受２５，２６と、前記軸受を潤滑する潤滑油を前記軸受に供給するオイルポンプ１２と、前記軸受と前記オイルポンプとの間を前記潤滑油が循環する潤滑ライン３５とを備える常圧燃焼タービンエンジンにおいて、前記潤滑ライン３５の、前記軸受２５，２６から前記オイルポンプ１２へ戻るオイル戻り経路３３が負圧に保持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負圧下で作動する部分を含む常圧タービンエンジンに関し、より具体的には、そのようなエンジンの軸受潤滑装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスタービンエンジンにおいては、大気圧の空気を圧縮機で昇圧して燃焼器に導き、燃料と混合して燃焼させ、その後タービンで動力を回収するため、燃料の圧力を圧縮機出口空気圧力よりも高くする必要があり、常圧燃焼、常圧排熱利用ができないことから、ガス化燃料、固形燃料、未利用高温ガスなどを利用することが困難である。
【０００３】
一方近年では、常圧・高温のガスを利用できるタービン装置として、常圧燃焼で得られた常圧の高温ガスをタービンで膨張させ、負圧の状態で熱交換器等により熱を回収後、圧縮機により圧力を大気圧に戻して大気中に排気する常圧燃焼タービンエンジンが知られている。この常圧燃焼タービンエンジンは、常圧燃焼及び常圧廃熱利用ができることから、各種ガス化燃料、固形燃料および未利用高温ガスなどを利用することができ、排ガスを循環させて系外への放出熱量を削減できる利点がある。
【０００４】
従来のガスタービンエンジンのロータ軸の軸受、あるいはピストンエンジンのクランク軸の軸受の潤滑構造は、大気圧下に置かれたオイル溜より吸引された潤滑油が油ポンプで昇圧され、軸受の潤滑部に供給された後、再び大気圧のオイル溜に戻って循環するようになっている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−８７７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、常圧下で動作するエンジンに使用されている従来の軸受け潤滑構造を、常圧燃焼タービンエンジンのような、系内に負圧で動作する部分を有するエンジンにそのまま適用した場合には、常圧部分と負圧部分との差圧によって、常圧下にある潤滑油経路内の潤滑油が流出してしまう。あるいは、これを防止するために、常圧下にある潤滑油経路と、負圧発生部分の間に高気密性のオイルシールを設ける必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、常圧タービンにおいて、潤滑ラインの軸受からオイルポンプへ戻る部分を負圧に保持することにより、軸受部分との間のシール構造を高気密性を必要としない簡易なものとしても、潤滑油のエンジン内への流出が低減される潤滑装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の潤滑装置は、常圧高温の作動ガスを負圧にまで膨張させるタービンと、前記タービンからの排気を昇圧する圧縮機とを備えた常圧燃焼タービンエンジンにおける潤滑装置であって、前記エンジンの回転軸を支持する軸受を潤滑する潤滑油を前記軸受に供給するオイルポンプと、前記軸受と前記オイルポンプとの間を前記潤滑油が循環する潤滑ラインとを備え、前記潤滑ラインの、前記軸受から前記オイルポンプへ戻るオイル戻り経路が負圧に保持されている。ここで、常圧とは、装置等の設置環境の圧力をいい、負圧とはそれよりも低い圧力をいう。また、本明細書において、常圧−負圧間動作エンジンとは、負圧下で動作する部分を含むエンジンをいう。
【０００８】
この構成によれば、潤滑ラインのうちの軸受からオイルポンプへ戻るオイル戻り経路が負圧に保持されているため、当該経路が常圧下にある場合に比べて、エンジン内の他の負圧部分との差圧が大幅に低減されるので、軸受の潤滑部と、エンジン内の他の負圧部分との間のシールを気密性の低い簡易な構造としながら、潤滑油のエンジン内への流出を抑制することができる。
【０００９】
前記オイル戻り経路の圧力は、エンジン内の最低圧力にほぼ等しく保持されていることが好ましい。こうすることにより、差圧による潤滑油の流出はほぼなくなるので、軸受潤滑部のシール構造を、常圧下で動作する従来のエンジンに使用される簡易なものを使用しながら、潤滑油のエンジン内への流出を大幅に抑制することができる。
【００１０】
好ましくは、前記オイル戻り経路の中途に、前記潤滑油を貯蔵するオイルタンクを備え、このオイルタンク内の油面よりも上方のタンク空間が前記タービン出口または前記圧縮機入口に連通している。このように構成することで、常圧燃焼タービンエンジンの起動からきわめて短時間で、当該タンク空間を常圧から負圧に減圧することができるので、起動直後における潤滑油の流出を抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、前記オイル戻り経路が、前記タービンの出口または前記圧縮機の入口に連通している。この構成によれば、軸受を常圧燃焼タービンエンジンにおける負圧部分であるタービンの出口または圧縮機の入口と連通させるという簡単な構造で、軸受からオイルポンプへの戻り部分を負圧あるいはエンジン内の最低圧力として、潤滑油の流出を抑制することができる。さらには、軸受と、タービン出口および圧縮機入口との間のシール構造を、ラビリンスシールのような簡易なものとすることができる。
【００１２】
好ましくは、前記オイル戻り経路と前記タービンの出口または前記圧縮機の入口との間に通気性のシールが介在しており、前記回転軸が中空軸であり、前記中空軸の内方空間を経てエンジン外部と前記シール部とを連通する連通路を設けることにより、前記シール部が、前記オイル戻り経路よりも高い圧力に保持されている。この構成によれば、シール部に導入されたエンジン外部の空気が、潤滑油を負圧のオイルタンクに連通しているオイル戻り経路へと押し戻すので、より確実に潤滑油の流出を防ぐことができる。
【００１３】
あるいは、前記オイル戻り経路が、前記タービンの入口側の内径部または前記圧縮機の出口側の内径部に連通していてもよい。この構成によれば、常圧である圧縮機出口にオイル戻り経路が連通しているので、圧縮機出口の空気が、シール部を介して潤滑油を負圧のオイルタンクに連通しているオイル戻り経路へと押し戻すので、より確実に潤滑油の流出を防ぐことができる。
【００１４】
上記のようにオイルタンク上方空間とタービン出口または圧縮機入口とを連通させる場合には、それらの間に、前記潤滑油のオイルミストを捕捉するオイルミストトラップを設けることが好ましい。このようにオイルミストトラップを設けることにより、常圧燃焼タービンエンジンの起動時、すなわちオイルタンクの上方空間が常圧から負圧に減圧される時に、タンク内の潤滑油の一部がミスト状になって前記潤滑ラインの外部へ流出するのを防止できる。したがって、潤滑ライン内の潤滑油の減少を抑制して、エンジンの保守点検の負担を軽減することができる。
【００１５】
また、前記オイルタンクは、前記軸受よりも下方に位置していることが好ましい。この構成によれば、重力によって潤滑油をオイルタンクに戻すことができるので、潤滑ラインの構造を簡易なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の潤滑装置によれば、常圧燃焼タービンエンジンにおいて、潤滑油が循環する潤滑ラインのうちの軸受からオイルポンプへ戻る部分が負圧に保持されているため、当該部分が常圧下にある場合に比べて、エンジン内の他の負圧部分との差圧が大幅に低減されるので、軸受の潤滑部と、エンジン内の他の負圧部分との間のシールを気密性の低い簡易な構造としながら、潤滑油のエンジン内への流出を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの概略図である。この実施形態では、負圧部分を含むエンジンとして常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴを用いている。この常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴは、燃料Ｆを空気Ａと共に燃焼させる燃焼器１、その燃焼ガスである常圧・高温の作動ガスＧ１を負圧にまで膨張させるタービン２、このタービン２が発生する動力により駆動されて、タービン２から排気された作動ガスＧ２を昇圧する圧縮機４、およびタービン２から圧縮機４に入る高温の作動ガスＧ２を冷却する冷却器、例えば燃焼器１に供給される空気Ａとの間で熱交換する熱交換器８を備えている。燃焼器１に代えて、浸炭処理炉のような工業用熱処理炉からの高温排ガス、また、熱交換器８に代えて、または熱交換器８に加えて水冷式の冷却器を設けてもよい。タービン２と圧縮機４とは、回転軸２３により連結されており、回転軸は機械的軸受の一種である玉軸受からなる第１，第２軸受２５，２６により、ケーシング２０に回転自在に支持されている。この回転軸２３には、負荷である発電機ＧＥが連結されている。
【００１８】
第２軸受２６の下方には、第１および第２軸受２５，２６に潤滑油ＬＯを供給するオイルポンプ１２と、潤滑油ＬＯを貯蔵するオイルタンク１４とが設置されている。オイルポンプ１２の出口側は、オイル供給通路３０に接続されている。オイル供給通路３０は、途中で２方向に分岐して、各軸受２５，２６の近傍まで延びており、その各先端部に、第１および第２軸受２５，２６に向かって潤滑油ＬＯを導くオイル供給ノズル３１が取り付けられている。
【００１９】
第１，第２軸受２５，２６とオイルタンク１４とは、第１戻り通路３３ａを介して連通している。また、オイルタンク１４は、第２戻り通路３３ｂを介してオイルポンプ１２の吸引側と連通している。これら第１戻り通路３３ａ、オイルタンク１４および第２戻り通路３３ｂが、潤滑油ＬＯの、各軸受２５，２６からオイルポンプ１２へ戻る経路であるオイル戻り経路３３を形成している。さらには、オイル戻り経路３３、オイルポンプ１２、オイル供給通路３０および第１，第２軸受２５，２６が、潤滑油ＬＯの循環系路である潤滑ライン３５を構成している。
【００２０】
第１および第２軸受２５，２６とタービン２および圧縮機４との間にはそれぞれ、通気性で液密の第１シール２８および第２シール２９が介在している。第１，第２軸受２５，２６の近傍の構造については、後に詳しく説明する。また、オイルタンク１４内の、油面より上方のタンク空間であるタンク上方空間１４ａは、オイルタンク連通路３２を介して圧縮機４の入口と連通しており、これによって、オイルタンク１４が圧縮機４の入口圧力に保持される。このオイルタンク連通路３２の中途には、潤滑油ＬＯのオイルミストを捕捉するオイルミストトラップ１６が設けられている。オイルミストトラップ１６で捕捉されたオイルミストは、液体となってリターン通路３４からタンク上方空間１４ａに戻る。なお、タンク上方空間１４ａは、タービン２の出口に連通していてもよい。また、オイルミストトラップ１６は、オイルタンク連通路３２の中途のどこに配置してもよいが、この実施形態のようにオイルタンク１４の上方に配置することがスペース的に好ましい。
【００２１】
図２は、この実施形態の要部である、第２軸受２６の近傍を示す縦断面図である。なお、図１のタービン２側の第１軸受２５の近傍は、圧縮機４側の第２軸受２６の近傍とほぼ同一の構造であるので、ここでは圧縮機４側の第２軸受２６の近傍を代表として説明する。この実施形態では、図２に示す圧縮機４は遠心型であり、その負圧部分である圧縮機入口４ｂが軸受側を向いている。
【００２２】
第２軸受２６は、内輪２６ａと、外輪２６ｃと、両者の間に介在するボールである転動体２６ｂとからなる玉軸受であるが、回転軸２３を回転自在に支持できるものであれば、玉軸受に限らず、ころ軸受、ニードル軸受のような他のタイプの機械的軸受でもよい。内輪２６ａのタービン２側（図２の左側）端面は、回転軸２３の軸心方向中央部に装着された筒状の第１間座４２の、圧縮機４側の端面に接している。第１間座４２は、他方の端面が図１の第１軸受２５の内輪に接している。一方内輪２６ａの圧縮機４側（図２の左側）端面は、回転軸２３の外周面に嵌め込まれた第２間座４３に接している。また、外輪２６ｃの圧縮機４側の端面は、常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴの外壁面を形成するケーシング２０の軸受収納部分の内周面に嵌め込まれた止めリング４４に接している。これら第１間座４２、第２間座４３、および止めリング４４によって、第２軸受２６の軸心方向位置が規制されている。
【００２３】
回転軸２３と圧縮機４のインペラ４ａとは、回転軸２３の大径の圧入部２３ａをインペラ４ａの軸孔の前部（第２軸受２６寄りの部分）に圧入嵌合することにより相対回転不能に連結されている。圧縮機４の径方向外方は、圧縮機ケーシング５のシュラウド５ａによって覆われており、圧縮機ケーシング５における圧縮機入口４ｂ近傍に、オイルタンク連通路３２の一端が開口している。インペラ４ａの背面は、圧縮機ケーシング５の、軸心に垂直方向に延びる背板５ｂにより覆われている。回転体であるインペラ４ａの背面側のボス部４ａａと固定側である背板５ｂの内径面との間の隙間は、ボス部４ａａに設けたラビリンスシールのような第３シール４ｅによってシールされている。なお、この実施形態では回転軸２３を中実軸としているが、中空軸を使用することもできる。
【００２４】
回転軸２３の外周面におけるインペラ４ａの入口側端部の近傍には、通気性のシール構造である第２シール２９が形成さている。第２シール２９としては、どのようなタイプのものも適用可能であり、回転軸２３やケーシング２０とは別体であってもよいが、この実施形態では、回転軸２３の外周面に一体形成されたラビリンスシールを使用している。回転するインペラ４ａの入口側端部とこれを覆う固定側であるケーシング２０との間には、わずかな隙間２７が存在し、第２シール２９および隙間２７を介して第２軸受２６と圧縮機４の負圧部分である入口４ａとが、ほぼ同一の圧力になるように連通されている。
【００２５】
ケーシング２０の内周面における第２軸受２６の近傍で、タービン２側（図２の左側）には、オイル供給通路３０からの潤滑油ＬＯを内輪２６ａと外輪２６ｃの間の空間に導くオイル供給ノズル３１が設けられている。第２軸受２６の近傍で圧縮機４側（図２の右側）、つまり第２軸受２６と第２シール２９の間の空間には、第１戻り通路３３ａの一端が開口している。
【００２６】
次に、前記構成に係る潤滑装置を備えた常圧燃焼タービンエンジンの作用について説明する。図１において、空気Ａと燃料Ｆを混合して燃焼させる燃焼器１から排出された常圧・高温ガスＧ１が、タービン２に送られてこのタービン２を駆動し、その発生動力により圧縮機４と、常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴの外部に配置された発電機ＧＥが駆動される。また、常圧・高温ガスＧ１は、タービン２を通過することにより負圧まで膨張し、この膨張した負圧・中温の作動ガスＧ２が吸引通路３を通って圧縮機４に送られ、ここで大気圧（常圧）まで昇圧されて常温の排ガスＧ３として大気に放出される。吸引通路３の中途には、熱交換器８が設けられて、燃焼器１に送られる空気Ａと圧縮機４に送られる作動ガスＧ２との間で熱交換し、空気Ａを加熱して燃焼器１での燃焼効率を高めるとともに、作動ガスＧ２を冷却して圧縮機４での圧縮機仕事を減少させ、機関効率を高める。
【００２７】
オイルタンク１４内の潤滑油ＬＯは、第２戻り通路３３ｂを通ってオイルポンプ１２に吸引され、このオイルポンプ１２から吐出されて、オイル供給路３０を経てその先端のオイル供給ノズル３１から第１および第２軸受２５，２６に供給される。軸受を潤滑した潤滑油ＬＯは、第１戻り通路３３ａを通ってオイルタンク１４に回収される。
【００２８】
このような常圧タービンエンジンＡＰＴの定常動作時において、タービン２の出口および圧縮機４の入口４ｂは負圧であって、かつ常圧タービンエンジンＡＰＴ内のほぼ最低圧力であるから、これらの部分に通気性第１シール２８，２９を介して連通している第１，第２軸受２５，２６および戻り通路３３もエンジンＡＰＴ内の最低圧力下で動作することになる。この実施形態においては、図１の細かいドットで示す範囲が負圧かつエンジンＡＰＴ内の最低圧力下で動作する部分であり、それ以外は大気圧下で動作する部分である。したがって、第１，第２軸受２５，２６に供給された潤滑油ＬＯが差圧によってタービン２の出口または圧縮機４の入口４ｂから外方へ流出することがない。つまり、図２の圧縮機４側についていえば、第２軸受２６に供給された潤滑油ＬＯが、第２シール２９および隙間２７を通って圧縮機入口４ｂへ漏出するのが抑制される。さらには、図１の第１シール２８，２９として特別に高気密な構造のものを使用する必要がなく、ラビリンスのような簡易な構造の第１シール２８，２９を使用することができる。
【００２９】
また、オイルタンク１４のタンク上方空間１４ａが、オイルタンク連通路３２を介して直接圧縮機４の入口に連通しているので、常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴの起動時には、圧縮機４の入口が減圧されるのとほぼ同時にオイルタンク１４内が減圧される。したがって、起動時においても、実質的に差圧が生じることがなく、潤滑油ＬＯのタービン２および圧縮機４への流出を防止できる。
【００３０】
さらには、オイルタンク連通路３２の中途にオイルミストトラップ１６を設けているので、常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴの起動時に、オイルタンク１４内が短時間に急速に減圧されることによって生じる潤滑油ＬＯのオイルミストが、圧縮機４に吸引されることが防止される。オイルミストトラップ１６はオイルタンク１４の上方に配置されているので、捕捉されたオイルミストは、重力によってリターン通路３４からオイルタンク１４内に戻る。したがって、潤滑ライン３５内の潤滑油ＬＯの減少が抑制されて、保守点検の負担が軽減される。
【００３１】
オイルタンク１４は、第１、第２軸受２５，２６の下方に配置されているので、これらの軸受を潤滑した後の潤滑油ＬＯは、圧力差と重力によってオイルタンク１４に戻る。したがって、ポンプのような駆動装置を使用することなく、潤滑油ＬＯをオイルタンク１４に回収することができる。
【００３２】
なお、この実施形態では、潤滑ライン３５のオイル戻り経路３３を負圧あるいはエンジン内の最低圧力に保持するために、負圧部分である圧縮機４の入口４ｂと、軸受２５，２６およびタンク上方空間１４ａとをそれぞれ連通させたが、オイル戻り経路３３の他の部分、例えば第１戻り通路３３ａのみを、負圧部分であるタービン２の出口または圧縮機４の入口４ｂと連通させてもよい。
【００３３】
図３は、本発明の第２実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの要部を示す縦断面図である。この実施形態においては、回転軸２３を中空軸としており、軸方向の中央部分２３ｂと圧縮機４側の軸端部分２３ｃとが、これらの内径面に嵌合する嵌合ロッド４７を介して連結されて回転軸２３を構成している。また、インペラ４ａの軸孔と回転軸２３の軸端部分２３ｃとの間には、この部分を非圧接部とするために環状の隙間５０が存在する。この実施形態では、このように回転軸２３を中空とすることで、常圧であるエンジン外部から、回転軸２３の内方空間２３ａを通って第２シール２９に連通する、シール空気経路５９を形成している。具体的には、圧縮機ケーシング５の背板５ｂの内径面における第３シール４ｅに対向する部分よりも軸方向外側（図３の右側）部分とインペラ４ａのボス部４ａａとの間の径方向の隙間４ｆと、この隙間４ｆから若干内側（図３の左側）にかかる軸方向位置でインペラ４ａの外周面から軸孔に貫通する外部空気導入孔５１と、中空の回転軸２３の出力部分２３ｃの外周面から内周面に貫通するシール空気吸入孔５３と、第２シール２９の軸方向ほぼ中央部に位置して回転軸２３の内周面から外周面に貫通するシール空気供給孔５７とが追加で設けられている。さらに、嵌合ロッド４７は、圧縮機４側にのみ開口する有底円筒状であり、その外周面の軸方向中央部には、シール空気供給孔５７に連通する凹所４７ａが形成され、この凹所４７ａの周壁に、内周面から外周面に貫通する貫通孔５５が設けられている。したがって、エンジンの外部と第２シール２９の軸方向中央部とが、隙間４ｆ、外部空気導入孔５１、隙間５０、シール空気吸入孔５３、回転軸２３の内方空間２３ａ、貫通孔５５、凹所４７ａ、およびシール空気供給孔５７を介して連通されている。
【００３４】
なお、図３の実施形態では、外部空気導入孔５１の軸方向位置を隙間４ｆとほぼ同一としたが、隙間４ｆよりも内側または外側に配置してもよい。
【００３５】
この実施形態では、常圧部であるエンジンの外部から、負圧部である圧縮機入口４ｂに連通している第２シール２９へ、シール空気経路５９を通って空気が流入する。ただし、シール空気経路５９を形成する上記各孔が小径の孔であること、および外部空気導入孔５１を通過して流入する空気の量が遠心力の影響により制限されることから、第２シール２９に流入する空気の量は僅かであるので、第２シール２９は、常圧よりも若干負圧であり、かつ常圧燃焼タービンＡＰＴ内の最大負圧に対しては正圧の状態（以下「小負圧」と呼ぶ）となる。
【００３６】
一方、第１戻り通路３３ａは、オイルタンク１４を介して圧縮機４の入口４ｂの大きな負圧（以下「大負圧」と呼ぶ）に保たれている。したがって、通気性の第２シール２９の軸方向中央部に導入された小負圧の空気が、第２シール２９の軸受側半分２９ａを経て、潤滑油ＬＯを負圧のオイルタンク１４に連通している第１戻り通路３３ａへと押し戻すので、図２の実施形態と比較してさらに確実に、潤滑油ＬＯが圧縮機４の入口４ｂへ漏出するのを防ぐことができる。他方、第２シール２９の小負圧の空気は、第２シール２９の圧縮機側半分２９ｂにより、圧縮機４の入口４ｂへの漏れ量が抑制される。
【００３７】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの要部を示す縦断面図である。この実施形態は、圧縮機４の常圧部である出口側の内径部が軸受側に対向するように配置し、第２シール２９を介して第１戻り通路３３ａと連通する構造としたものである。回転軸２３は軸方向の圧縮機側端部が大径の圧入部２３ａとなる形状を有しており、この圧入部２３ａをインペラ４ａの軸孔における圧縮機入口側部分に圧入嵌合することにより、回転軸２３とインペラ４ａとが相対回転不能に連結されている。インペラ４ａの軸孔の出口側部分と回転軸２３の外周面の間には環状の隙間５０Ｂが形成されている。また、インペラ４ａの背面を覆う、圧縮機ケーシング５の背板５ａの内径面に、回転軸２３の外周面の第１戻り通路３３ａとインペラ４ａとの間の軸方向位置に形成されたラビリンスシールである第２シール２９が対向している。なお、この実施形態では、発電機ＧＥはタービン２よりも外側（図１の左側）で回転軸２３に連結されている。本実施形態における上記した以外の部分の構造は、図１および図２に示す実施形態と同様である。また、この実施形態において、回転軸２３は中実軸としてもよい。
【００３８】
インペラ４ａの背面の内径部は、遠心力の作用により、出口４ｃの圧力である常圧よりも若干負圧になっており、この小負圧が第２シール２９の圧縮機側の端部に作用する。一方、第１戻り通路３３ａは大負圧となっているので、この小負圧の空気が第２シール２９を経て、潤滑油ＬＯを第１戻り通路３３ａへと押し戻す。したがって、図２の実施形態と比較してさらに確実に、潤滑油ＬＯが圧縮機４へ漏出するのを防ぐことができる。
【００３９】
なお、図示はしないが、上記各実施形態で使用する図１のタービン２はラジアル型である。したがって図２〜４に示した遠心型の圧縮機におけるのと同様の構造で、タービン２と第１シール２８間のシールを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンを示す概略図である。
【図２】図１の実施形態に係るエンジンの要部を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの要部を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 燃焼器
２ タービン
４ 圧縮機
４ｂ 圧縮機入口
４ｃ 圧縮機出口
４ｆ 隙間
１２ オイルポンプ
１４ オイルタンク
１４ａ オイルタンク上方空間
１６ オイルミストトラップ
２３ 回転軸
２３ａ 回転軸の内方空間
２５ 第１軸受
２６ 第２軸受
２８ 第１シール
２９ 第２シール
３０ オイル供給通路
３１ オイル供給ノズル
３２ オイルタンク連通路
３３ オイル戻り経路
３３ａ 第１戻り通路
３３ｂ 第２戻り通路
３５ 潤滑ライン
４７ 嵌合ロッド
４７ａ 嵌合ロッド小径部
５０ 隙間
５１ 外部空気導入孔
５３ シール空気吸入孔
５５ 通過孔
５７ シール空気供給孔
５９ シール空気経路
ＡＰＴ 常圧燃焼タービンエンジン
ＬＯ 潤滑油
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負圧下で作動する部分を含む常圧タービンエンジンに関し、より具体的には、そのようなエンジンの軸受潤滑装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスタービンエンジンにおいては、大気圧の空気を圧縮機で昇圧して燃焼器に導き、燃料と混合して燃焼させ、その後タービンで動力を回収するため、燃料の圧力を圧縮機出口空気圧力よりも高くする必要があり、常圧燃焼、常圧排熱利用ができないことから、ガス化燃料、固形燃料、未利用高温ガスなどを利用することが困難である。
【０００３】
一方近年では、常圧・高温のガスを利用できるタービン装置として、常圧燃焼で得られた常圧の高温ガスをタービンで膨張させ、負圧の状態で熱交換器等により熱を回収後、圧縮機により圧力を大気圧に戻して大気中に排気する常圧燃焼タービンエンジンが知られている。この常圧燃焼タービンエンジンは、常圧燃焼及び常圧廃熱利用ができることから、各種ガス化燃料、固形燃料および未利用高温ガスなどを利用することができ、排ガスを循環させて系外への放出熱量を削減できる利点がある。
【０００４】
従来のガスタービンエンジンのロータ軸の軸受、あるいはピストンエンジンのクランク軸の軸受の潤滑構造は、大気圧下に置かれたオイル溜より吸引された潤滑油が油ポンプで昇圧され、軸受の潤滑部に供給された後、再び大気圧のオイル溜に戻って循環するようになっている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−８７７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、常圧下で動作するエンジンに使用されている従来の軸受け潤滑構造を、常圧燃焼タービンエンジンのような、系内に負圧で動作する部分を有するエンジンにそのまま適用した場合には、常圧部分と負圧部分との差圧によって、常圧下にある潤滑油経路内の潤滑油が流出してしまう。あるいは、これを防止するために、常圧下にある潤滑油経路と、負圧発生部分の間に高気密性のオイルシールを設ける必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、常圧タービンにおいて、潤滑ラインの軸受からオイルポンプへ戻る部分を負圧に保持することにより、軸受部分との間のシール構造を高気密性を必要としない簡易なものとしても、潤滑油のエンジン内への流出が低減される潤滑装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の潤滑装置は、常圧高温の作動ガスを負圧にまで膨張させるタービンと、前記タービンからの排気を昇圧する圧縮機とを備えた常圧燃焼タービンエンジンにおける潤滑装置であって、前記エンジンの回転軸を支持する軸受を潤滑する潤滑油を前記軸受に供給するオイルポンプと、前記軸受と前記オイルポンプとの間を前記潤滑油が循環する潤滑ラインとを備え、前記潤滑ラインの、前記軸受から前記オイルポンプへ戻るオイル戻り経路が負圧に保持されている。ここで、常圧とは、装置等の設置環境の圧力をいい、負圧とはそれよりも低い圧力をいう。また、本明細書において、常圧−負圧間動作エンジンとは、負圧下で動作する部分を含むエンジンをいう。
【０００８】
この構成によれば、潤滑ラインのうちの軸受からオイルポンプへ戻るオイル戻り経路が負圧に保持されているため、当該経路が常圧下にある場合に比べて、エンジン内の他の負圧部分との差圧が大幅に低減されるので、軸受の潤滑部と、エンジン内の他の負圧部分との間のシールを気密性の低い簡易な構造としながら、潤滑油のエンジン内への流出を抑制することができる。
【０００９】
前記オイル戻り経路の圧力は、エンジン内の最低圧力にほぼ等しく保持されていることが好ましい。こうすることにより、差圧による潤滑油の流出はほぼなくなるので、軸受潤滑部のシール構造を、常圧下で動作する従来のエンジンに使用される簡易なものを使用しながら、潤滑油のエンジン内への流出を大幅に抑制することができる。
【００１０】
好ましくは、前記オイル戻り経路の中途に、前記潤滑油を貯蔵するオイルタンクを備え、このオイルタンク内の油面よりも上方のタンク空間が前記タービン出口または前記圧縮機入口に連通している。このように構成することで、常圧燃焼タービンエンジンの起動からきわめて短時間で、当該タンク空間を常圧から負圧に減圧することができるので、起動直後における潤滑油の流出を抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、前記オイル戻り経路が、前記タービンの出口または前記圧縮機の入口に連通している。この構成によれば、軸受を常圧燃焼タービンエンジンにおける負圧部分であるタービンの出口または圧縮機の入口と連通させるという簡単な構造で、軸受からオイルポンプへの戻り部分を負圧あるいはエンジン内の最低圧力として、潤滑油の流出を抑制することができる。さらには、軸受と、タービン出口および圧縮機入口との間のシール構造を、ラビリンスシールのような簡易なものとすることができる。
【００１２】
好ましくは、前記オイル戻り経路と前記タービンの出口または前記圧縮機の入口との間に通気性のシールが介在しており、前記回転軸が中空軸であり、前記中空軸の内方空間を経てエンジン外部と前記シール部とを連通する連通路を設けることにより、前記シール部が、前記オイル戻り経路よりも高い圧力に保持されている。この構成によれば、シール部に導入されたエンジン外部の空気が、潤滑油を負圧のオイルタンクに連通しているオイル戻り経路へと押し戻すので、より確実に潤滑油の流出を防ぐことができる。
【００１３】
あるいは、前記オイル戻り経路が、前記タービンの入口側の内径部または前記圧縮機の出口側の内径部に連通していてもよい。この構成によれば、常圧である圧縮機出口にオイル戻り経路が連通しているので、圧縮機出口の空気が、シール部を介して潤滑油を負圧のオイルタンクに連通しているオイル戻り経路へと押し戻すので、より確実に潤滑油の流出を防ぐことができる。
【００１４】
上記のようにオイルタンク上方空間とタービン出口または圧縮機入口とを連通させる場合には、それらの間に、前記潤滑油のオイルミストを捕捉するオイルミストトラップを設けることが好ましい。このようにオイルミストトラップを設けることにより、常圧燃焼タービンエンジンの起動時、すなわちオイルタンクの上方空間が常圧から負圧に減圧される時に、タンク内の潤滑油の一部がミスト状になって前記潤滑ラインの外部へ流出するのを防止できる。したがって、潤滑ライン内の潤滑油の減少を抑制して、エンジンの保守点検の負担を軽減することができる。
【００１５】
また、前記オイルタンクは、前記軸受よりも下方に位置していることが好ましい。この構成によれば、重力によって潤滑油をオイルタンクに戻すことができるので、潤滑ラインの構造を簡易なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の潤滑装置によれば、常圧燃焼タービンエンジンにおいて、潤滑油が循環する潤滑ラインのうちの軸受からオイルポンプへ戻る部分が負圧に保持されているため、当該部分が常圧下にある場合に比べて、エンジン内の他の負圧部分との差圧が大幅に低減されるので、軸受の潤滑部と、エンジン内の他の負圧部分との間のシールを気密性の低い簡易な構造としながら、潤滑油のエンジン内への流出を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの概略図である。この実施形態では、負圧部分を含むエンジンとして常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴを用いている。この常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴは、燃料Ｆを空気Ａと共に燃焼させる燃焼器１、その燃焼ガスである常圧・高温の作動ガスＧ１を負圧にまで膨張させるタービン２、このタービン２が発生する動力により駆動されて、タービン２から排気された作動ガスＧ２を昇圧する圧縮機４、およびタービン２から圧縮機４に入る高温の作動ガスＧ２を冷却する冷却器、例えば燃焼器１に供給される空気Ａとの間で熱交換する熱交換器８を備えている。燃焼器１に代えて、浸炭処理炉のような工業用熱処理炉からの高温排ガス、また、熱交換器８に代えて、または熱交換器８に加えて水冷式の冷却器を設けてもよい。タービン２と圧縮機４とは、回転軸２３により連結されており、回転軸は機械的軸受の一種である玉軸受からなる第１，第２軸受２５，２６により、ケーシング２０に回転自在に支持されている。この回転軸２３には、負荷である発電機ＧＥが連結されている。
【００１８】
第２軸受２６の下方には、第１および第２軸受２５，２６に潤滑油ＬＯを供給するオイルポンプ１２と、潤滑油ＬＯを貯蔵するオイルタンク１４とが設置されている。オイルポンプ１２の出口側は、オイル供給通路３０に接続されている。オイル供給通路３０は、途中で２方向に分岐して、各軸受２５，２６の近傍まで延びており、その各先端部に、第１および第２軸受２５，２６に向かって潤滑油ＬＯを導くオイル供給ノズル３１が取り付けられている。
【００１９】
第１，第２軸受２５，２６とオイルタンク１４とは、第１戻り通路３３ａを介して連通している。また、オイルタンク１４は、第２戻り通路３３ｂを介してオイルポンプ１２の吸引側と連通している。これら第１戻り通路３３ａ、オイルタンク１４および第２戻り通路３３ｂが、潤滑油ＬＯの、各軸受２５，２６からオイルポンプ１２へ戻る経路であるオイル戻り経路３３を形成している。さらには、オイル戻り経路３３、オイルポンプ１２、オイル供給通路３０および第１，第２軸受２５，２６が、潤滑油ＬＯの循環系路である潤滑ライン３５を構成している。
【００２０】
第１および第２軸受２５，２６とタービン２および圧縮機４との間にはそれぞれ、通気性で液密の第１シール２８および第２シール２９が介在している。第１，第２軸受２５，２６の近傍の構造については、後に詳しく説明する。また、オイルタンク１４内の、油面より上方のタンク空間であるタンク上方空間１４ａは、オイルタンク連通路３２を介して圧縮機４の入口と連通しており、これによって、オイルタンク１４が圧縮機４の入口圧力に保持される。このオイルタンク連通路３２の中途には、潤滑油ＬＯのオイルミストを捕捉するオイルミストトラップ１６が設けられている。オイルミストトラップ１６で捕捉されたオイルミストは、液体となってリターン通路３４からタンク上方空間１４ａに戻る。なお、タンク上方空間１４ａは、タービン２の出口に連通していてもよい。また、オイルミストトラップ１６は、オイルタンク連通路３２の中途のどこに配置してもよいが、この実施形態のようにオイルタンク１４の上方に配置することがスペース的に好ましい。
【００２１】
図２は、この実施形態の要部である、第２軸受２６の近傍を示す縦断面図である。なお、図１のタービン２側の第１軸受２５の近傍は、圧縮機４側の第２軸受２６の近傍とほぼ同一の構造であるので、ここでは圧縮機４側の第２軸受２６の近傍を代表として説明する。この実施形態では、図２に示す圧縮機４は遠心型であり、その負圧部分である圧縮機入口４ｂが軸受側を向いている。
【００２２】
第２軸受２６は、内輪２６ａと、外輪２６ｃと、両者の間に介在するボールである転動体２６ｂとからなる玉軸受であるが、回転軸２３を回転自在に支持できるものであれば、玉軸受に限らず、ころ軸受、ニードル軸受のような他のタイプの機械的軸受でもよい。内輪２６ａのタービン２側（図２の左側）端面は、回転軸２３の軸心方向中央部に装着された筒状の第１間座４２の、圧縮機４側の端面に接している。第１間座４２は、他方の端面が図１の第１軸受２５の内輪に接している。一方内輪２６ａの圧縮機４側（図２の左側）端面は、回転軸２３の外周面に嵌め込まれた第２間座４３に接している。また、外輪２６ｃの圧縮機４側の端面は、常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴの外壁面を形成するケーシング２０の軸受収納部分の内周面に嵌め込まれた止めリング４４に接している。これら第１間座４２、第２間座４３、および止めリング４４によって、第２軸受２６の軸心方向位置が規制されている。
【００２３】
回転軸２３と圧縮機４のインペラ４ａとは、回転軸２３の大径の圧入部２３ａをインペラ４ａの軸孔の前部（第２軸受２６寄りの部分）に圧入嵌合することにより相対回転不能に連結されている。圧縮機４の径方向外方は、圧縮機ケーシング５のシュラウド５ａによって覆われており、圧縮機ケーシング５における圧縮機入口４ｂ近傍に、オイルタンク連通路３２の一端が開口している。インペラ４ａの背面は、圧縮機ケーシング５の、軸心に垂直方向に延びる背板５ｂにより覆われている。回転体であるインペラ４ａの背面側のボス部４ａａと固定側である背板５ｂの内径面との間の隙間は、ボス部４ａａに設けたラビリンスシールのような第３シール４ｅによってシールされている。なお、この実施形態では回転軸２３を中実軸としているが、中空軸を使用することもできる。
【００２４】
回転軸２３の外周面におけるインペラ４ａの入口側端部の近傍には、通気性のシール構造である第２シール２９が形成さている。第２シール２９としては、どのようなタイプのものも適用可能であり、回転軸２３やケーシング２０とは別体であってもよいが、この実施形態では、回転軸２３の外周面に一体形成されたラビリンスシールを使用している。回転するインペラ４ａの入口側端部とこれを覆う固定側であるケーシング２０との間には、わずかな隙間２７が存在し、第２シール２９および隙間２７を介して第２軸受２６と圧縮機４の負圧部分である入口４ａとが、ほぼ同一の圧力になるように連通されている。
【００２５】
ケーシング２０の内周面における第２軸受２６の近傍で、タービン２側（図２の左側）には、オイル供給通路３０からの潤滑油ＬＯを内輪２６ａと外輪２６ｃの間の空間に導くオイル供給ノズル３１が設けられている。第２軸受２６の近傍で圧縮機４側（図２の右側）、つまり第２軸受２６と第２シール２９の間の空間には、第１戻り通路３３ａの一端が開口している。
【００２６】
次に、前記構成に係る潤滑装置を備えた常圧燃焼タービンエンジンの作用について説明する。図１において、空気Ａと燃料Ｆを混合して燃焼させる燃焼器１から排出された常圧・高温ガスＧ１が、タービン２に送られてこのタービン２を駆動し、その発生動力により圧縮機４と、常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴの外部に配置された発電機ＧＥが駆動される。また、常圧・高温ガスＧ１は、タービン２を通過することにより負圧まで膨張し、この膨張した負圧・中温の作動ガスＧ２が吸引通路３を通って圧縮機４に送られ、ここで大気圧（常圧）まで昇圧されて常温の排ガスＧ３として大気に放出される。吸引通路３の中途には、熱交換器８が設けられて、燃焼器１に送られる空気Ａと圧縮機４に送られる作動ガスＧ２との間で熱交換し、空気Ａを加熱して燃焼器１での燃焼効率を高めるとともに、作動ガスＧ２を冷却して圧縮機４での圧縮機仕事を減少させ、機関効率を高める。
【００２７】
オイルタンク１４内の潤滑油ＬＯは、第２戻り通路３３ｂを通ってオイルポンプ１２に吸引され、このオイルポンプ１２から吐出されて、オイル供給路３０を経てその先端のオイル供給ノズル３１から第１および第２軸受２５，２６に供給される。軸受を潤滑した潤滑油ＬＯは、第１戻り通路３３ａを通ってオイルタンク１４に回収される。
【００２８】
このような常圧タービンエンジンＡＰＴの定常動作時において、タービン２の出口および圧縮機４の入口４ｂは負圧であって、かつ常圧タービンエンジンＡＰＴ内のほぼ最低圧力であるから、これらの部分に通気性第１シール２８，２９を介して連通している第１，第２軸受２５，２６および戻り通路３３もエンジンＡＰＴ内の最低圧力下で動作することになる。この実施形態においては、図１の細かいドットで示す範囲が負圧かつエンジンＡＰＴ内の最低圧力下で動作する部分であり、それ以外は大気圧下で動作する部分である。したがって、第１，第２軸受２５，２６に供給された潤滑油ＬＯが差圧によってタービン２の出口または圧縮機４の入口４ｂから外方へ流出することがない。つまり、図２の圧縮機４側についていえば、第２軸受２６に供給された潤滑油ＬＯが、第２シール２９および隙間２７を通って圧縮機入口４ｂへ漏出するのが抑制される。さらには、図１の第１シール２８，２９として特別に高気密な構造のものを使用する必要がなく、ラビリンスのような簡易な構造の第１シール２８，２９を使用することができる。
【００２９】
また、オイルタンク１４のタンク上方空間１４ａが、オイルタンク連通路３２を介して直接圧縮機４の入口に連通しているので、常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴの起動時には、圧縮機４の入口が減圧されるのとほぼ同時にオイルタンク１４内が減圧される。したがって、起動時においても、実質的に差圧が生じることがなく、潤滑油ＬＯのタービン２および圧縮機４への流出を防止できる。
【００３０】
さらには、オイルタンク連通路３２の中途にオイルミストトラップ１６を設けているので、常圧燃焼タービンエンジンＡＰＴの起動時に、オイルタンク１４内が短時間に急速に減圧されることによって生じる潤滑油ＬＯのオイルミストが、圧縮機４に吸引されることが防止される。オイルミストトラップ１６はオイルタンク１４の上方に配置されているので、捕捉されたオイルミストは、重力によってリターン通路３４からオイルタンク１４内に戻る。したがって、潤滑ライン３５内の潤滑油ＬＯの減少が抑制されて、保守点検の負担が軽減される。
【００３１】
オイルタンク１４は、第１、第２軸受２５，２６の下方に配置されているので、これらの軸受を潤滑した後の潤滑油ＬＯは、圧力差と重力によってオイルタンク１４に戻る。したがって、ポンプのような駆動装置を使用することなく、潤滑油ＬＯをオイルタンク１４に回収することができる。
【００３２】
なお、この実施形態では、潤滑ライン３５のオイル戻り経路３３を負圧あるいはエンジン内の最低圧力に保持するために、負圧部分である圧縮機４の入口４ｂと、軸受２５，２６およびタンク上方空間１４ａとをそれぞれ連通させたが、オイル戻り経路３３の他の部分、例えば第１戻り通路３３ａのみを、負圧部分であるタービン２の出口または圧縮機４の入口４ｂと連通させてもよい。
【００３３】
図３は、本発明の第２実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの要部を示す縦断面図である。この実施形態においては、回転軸２３を中空軸としており、軸方向の中央部分２３ｂと圧縮機４側の軸端部分２３ｃとが、これらの内径面に嵌合する嵌合ロッド４７を介して連結されて回転軸２３を構成している。また、インペラ４ａの軸孔と回転軸２３の軸端部分２３ｃとの間には、この部分を非圧接部とするために環状の隙間５０が存在する。この実施形態では、このように回転軸２３を中空とすることで、常圧であるエンジン外部から、回転軸２３の内方空間２３ａを通って第２シール２９に連通する、シール空気経路５９を形成している。具体的には、圧縮機ケーシング５の背板５ｂの内径面における第３シール４ｅに対向する部分よりも軸方向外側（図３の右側）部分とインペラ４ａのボス部４ａａとの間の径方向の隙間４ｆと、この隙間４ｆから若干内側（図３の左側）にかかる軸方向位置でインペラ４ａの外周面から軸孔に貫通する外部空気導入孔５１と、中空の回転軸２３の出力部分２３ｃの外周面から内周面に貫通するシール空気吸入孔５３と、第２シール２９の軸方向ほぼ中央部に位置して回転軸２３の内周面から外周面に貫通するシール空気供給孔５７とが追加で設けられている。さらに、嵌合ロッド４７は、圧縮機４側にのみ開口する有底円筒状であり、その外周面の軸方向中央部には、シール空気供給孔５７に連通する凹所４７ａが形成され、この凹所４７ａの周壁に、内周面から外周面に貫通する貫通孔５５が設けられている。したがって、エンジンの外部と第２シール２９の軸方向中央部とが、隙間４ｆ、外部空気導入孔５１、隙間５０、シール空気吸入孔５３、回転軸２３の内方空間２３ａ、貫通孔５５、凹所４７ａ、およびシール空気供給孔５７を介して連通されている。
【００３４】
なお、図３の実施形態では、外部空気導入孔５１の軸方向位置を隙間４ｆとほぼ同一としたが、隙間４ｆよりも内側または外側に配置してもよい。
【００３５】
この実施形態では、常圧部であるエンジンの外部から、負圧部である圧縮機入口４ｂに連通している第２シール２９へ、シール空気経路５９を通って空気が流入する。ただし、シール空気経路５９を形成する上記各孔が小径の孔であること、および外部空気導入孔５１を通過して流入する空気の量が遠心力の影響により制限されることから、第２シール２９に流入する空気の量は僅かであるので、第２シール２９は、常圧よりも若干負圧であり、かつ常圧燃焼タービンＡＰＴ内の最大負圧に対しては正圧の状態（以下「小負圧」と呼ぶ）となる。
【００３６】
一方、第１戻り通路３３ａは、オイルタンク１４を介して圧縮機４の入口４ｂの大きな負圧（以下「大負圧」と呼ぶ）に保たれている。したがって、通気性の第２シール２９の軸方向中央部に導入された小負圧の空気が、第２シール２９の軸受側半分２９ａを経て、潤滑油ＬＯを負圧のオイルタンク１４に連通している第１戻り通路３３ａへと押し戻すので、図２の実施形態と比較してさらに確実に、潤滑油ＬＯが圧縮機４の入口４ｂへ漏出するのを防ぐことができる。他方、第２シール２９の小負圧の空気は、第２シール２９の圧縮機側半分２９ｂにより、圧縮機４の入口４ｂへの漏れ量が抑制される。
【００３７】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの要部を示す縦断面図である。この実施形態は、圧縮機４の常圧部である出口側の内径部が軸受側に対向するように配置し、第２シール２９を介して第１戻り通路３３ａと連通する構造としたものである。回転軸２３は軸方向の圧縮機側端部が大径の圧入部２３ａとなる形状を有しており、この圧入部２３ａをインペラ４ａの軸孔における圧縮機入口側部分に圧入嵌合することにより、回転軸２３とインペラ４ａとが相対回転不能に連結されている。インペラ４ａの軸孔の出口側部分と回転軸２３の外周面の間には環状の隙間５０Ｂが形成されている。また、インペラ４ａの背面を覆う、圧縮機ケーシング５の背板５ａの内径面に、回転軸２３の外周面の第１戻り通路３３ａとインペラ４ａとの間の軸方向位置に形成されたラビリンスシールである第２シール２９が対向している。なお、この実施形態では、発電機ＧＥはタービン２よりも外側（図１の左側）で回転軸２３に連結されている。本実施形態における上記した以外の部分の構造は、図１および図２に示す実施形態と同様である。また、この実施形態において、回転軸２３は中実軸としてもよい。
【００３８】
インペラ４ａの背面の内径部は、遠心力の作用により、出口４ｃの圧力である常圧よりも若干負圧になっており、この小負圧が第２シール２９の圧縮機側の端部に作用する。一方、第１戻り通路３３ａは大負圧となっているので、この小負圧の空気が第２シール２９を経て、潤滑油ＬＯを第１戻り通路３３ａへと押し戻す。したがって、図２の実施形態と比較してさらに確実に、潤滑油ＬＯが圧縮機４へ漏出するのを防ぐことができる。
【００３９】
なお、図示はしないが、上記各実施形態で使用する図１のタービン２はラジアル型である。したがって図２〜４に示した遠心型の圧縮機におけるのと同様の構造で、タービン２と第１シール２８間のシールを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンを示す概略図である。
【図２】図１の実施形態に係るエンジンの要部を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの要部を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る潤滑装置を備える常圧燃焼タービンエンジンの要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 燃焼器
２ タービン
４ 圧縮機
４ｂ 圧縮機入口
４ｃ 圧縮機出口
４ｆ 隙間
１２ オイルポンプ
１４ オイルタンク
１４ａ オイルタンク上方空間
１６ オイルミストトラップ
２３ 回転軸
２３ａ 回転軸の内方空間
２５ 第１軸受
２６ 第２軸受
２８ 第１シール
２９ 第２シール
３０ オイル供給通路
３１ オイル供給ノズル
３２ オイルタンク連通路
３３ オイル戻り経路
３３ａ 第１戻り通路
３３ｂ 第２戻り通路
３５ 潤滑ライン
４７ 嵌合ロッド
４７ａ 嵌合ロッド小径部
５０ 隙間
５１ 外部空気導入孔
５３ シール空気吸入孔
５５ 通過孔
５７ シール空気供給孔
５９ シール空気経路
ＡＰＴ 常圧燃焼タービンエンジン
ＬＯ 潤滑油
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧高温の作動ガスを負圧にまで膨張させるタービンと、前記タービンからの排気を昇圧する圧縮機とを備えた常圧燃焼タービンエンジンにおける潤滑装置であって、
前記エンジンの回転軸を支持する軸受を潤滑する潤滑油を前記軸受に供給するオイルポンプと、前記軸受と前記オイルポンプとの間を前記潤滑油が循環する潤滑ラインとを備え、
前記潤滑ラインの、前記軸受から前記オイルポンプへ戻るオイル戻り経路が負圧に保持されている潤滑装置。
【請求項２】
請求項１において、前記オイル戻り経路が、エンジン内の最低圧力にほぼ等しい圧力に保持されている潤滑装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記オイル戻り経路の中途に、前記潤滑油を貯蔵するオイルタンクを備え、このオイルタンク内の油面よりも上方のタンク空間が前記タービン出口または前記圧縮機入口に連通している潤滑装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、前記オイル戻り経路が、前記タービンの出口または前記圧縮機の入口に連通している潤滑装置。
【請求項５】
請求項４において、前記オイル戻り経路と前記タービンの出口または前記圧縮機の入口との間に通気性のシールが介在しており、前記回転軸が中空軸であり、前記中空軸の内方空間を経てエンジン外部と前記シール部とを連通する連通路を設けることにより、前記シール部が、前記オイル戻り経路よりも高い圧力に保持されている潤滑装置。
【請求項６】
請求項５において、前記オイル戻り経路が、前記タービンの入口側の内径部または前記圧縮機の出口側の内径部に連通している潤滑装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項において、前記オイルタンクと前記タービンの出口または前記圧縮機の入口との間に、前記潤滑油のオイルミストを捕捉するオイルミストトラップを備える潤滑装置。
【請求項８】
請求項３から７のいずれか一項において、前記オイルタンクが、前記軸受よりも下方に位置する潤滑装置。
【請求項１】
常圧高温の作動ガスを負圧にまで膨張させるタービンと、前記タービンからの排気を昇圧する圧縮機とを備えた常圧燃焼タービンエンジンにおける潤滑装置であって、
前記エンジンの回転軸を支持する軸受を潤滑する潤滑油を前記軸受に供給するオイルポンプと、前記軸受と前記オイルポンプとの間を前記潤滑油が循環する潤滑ラインとを備え、
前記潤滑ラインの、前記軸受から前記オイルポンプへ戻るオイル戻り経路が負圧に保持されている潤滑装置。
【請求項２】
請求項１において、前記オイル戻り経路が、エンジン内の最低圧力にほぼ等しい圧力に保持されている潤滑装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記オイル戻り経路の中途に、前記潤滑油を貯蔵するオイルタンクを備え、このオイルタンク内の油面よりも上方のタンク空間が前記タービン出口または前記圧縮機入口に連通している潤滑装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、前記オイル戻り経路が、前記タービンの出口または前記圧縮機の入口に連通している潤滑装置。
【請求項５】
請求項４において、前記オイル戻り経路と前記タービンの出口または前記圧縮機の入口との間に通気性のシールが介在しており、前記回転軸が中空軸であり、前記中空軸の内方空間を経てエンジン外部と前記シール部とを連通する連通路を設けることにより、前記シール部が、前記オイル戻り経路よりも高い圧力に保持されている潤滑装置。
【請求項６】
請求項５において、前記オイル戻り経路が、前記タービンの入口側の内径部または前記圧縮機の出口側の内径部に連通している潤滑装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項において、前記オイルタンクと前記タービンの出口または前記圧縮機の入口との間に、前記潤滑油のオイルミストを捕捉するオイルミストトラップを備える潤滑装置。
【請求項８】
請求項３から７のいずれか一項において、前記オイルタンクが、前記軸受よりも下方に位置する潤滑装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図１】
【図３】
【図４】
【図１】
【公開番号】特開２００８−１０６６３４（Ｐ２００８−１０６６３４Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８７８８５（Ｐ２００６−２８７８８５）
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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