(57)【要約】【課題】ガスタービンの支持クッション又は支持軸受、特に第２の支持軸受用のドレン装置。【解決手段】このドレン装置は、一連の支持スタッド（２１）によって囲まれ、次いで該スタッド（２１）が該スタッド（２１）のための収容ハウジング（２２）に取り付けられている、中心シャフト（２０）と、タービンの第２の支持軸受を収容するためのスリーブ（２３）と、潤滑及び冷却オイルをそれぞれ導入及び排出するための一連のパイプ（２４、２５）とから構成され、該装置が、更に、第２の支持軸受に面する位置に設けられた一連の側方シール（２６）で構成されており、該一連の側方シール（２６）は、オイルが加圧下でドレンパイプ（２５）内部を良好な持続速度で流れることを可能にするような圧力差を作り出す。【選択図】図３
2004517239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の支持手段（２１）によって囲まれ、次いで該支持手段（２１）がそれら支持手段（２１）の収容ハウジング（２２）に取り付けられている、少なくとも１つの中心シャフト（２０）と、タービンの支持軸受の少なくとも１つを収容するためのスリーブ（２３）と、潤滑及び冷却流体をそれぞれ導入及び排出するための複数のパイプ（２４、２５）とを組み入れた形式の、ガスタービンの支持軸受用のドレン装置であって、前記支持軸受を収容する目的の空間（１０）に対応して設けられた一連の側方シール（２６）が更に組み込まれており、該一連の側方シール（２６）は、前記流体が前記ドレンパイプ（２５）の内部から圧力及び／又は持続速度で流出することを可能にするような圧力差を作り出すことを特徴とするガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項２】
前記スリーブ（２３）は、複数の側方チャンバ（２７）と、加圧流体を蓄積するための少なくとも１つのチャンバ（２８）と、前記側方チャンバ（２７）と前記ドレンパイプ（２５）との間を該流体のために連結するための開口（２９）とを更に含み、前記蓄積チャンバ（２８）が、重力によってタービンから排出される流れの少なくとも一部を受けるようなになっていること特徴とする、請求項１に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項３】
前記蓄積チャンバ（２８）内部で、前記流体は、所定の流れ速度に対応する圧力に達し、該流体が、前記ドレンパイプ（２５）内部にオーバフローすることができるようになっていることを特徴とする、請求項２に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項４】
前記流体の大部分は、前記支持軸受の収容スリーブ（２３）で囲まれた前記蓄積チャンバ（２８）内部に閉じ込められていることを特徴とする、請求項３に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項５】
前記蓄積チャンバ（２８）は内部過圧状態になり、この内部過圧状態が、該蓄積チャンバ（２８）内部にある流体を前記ドレンパイプ（２５）内へ強制的に流れ込ませる高い速度での流体放出を生じさせることを特徴とする、請求項４に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項６】
前記放出現象は、前記側方チャンバ（２７）からのエンジン用流体の流出又は該エンジン用流体のオーバフローにより、前記中心シャフト（２０）に取り付けられた構成要素の所定の部分（３０）に対応して、流体噴流の放射を引き起こすことを特徴とする、請求項５に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項７】
前記流体の放出現象は、前記タービンの内部から流れ、重力のみによって外部（Ｆ）に排出される流体流のオーバフローを結果的に生じさせることができ、この時、前記側方シール（２６）から流れてくる流体の量は、前記側方チャンバ（２７）から流れる流体の、冷却の目的の追加的な量であることを特徴とする、請求項５に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項８】
前記側方シール（２６）は、浮遊リングで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項９】
前記支持軸受の収容スリーブ（２３）の寸法及び関連する配管の寸法を、最小限に縮小させると同時に、該支持軸受のスリーブ（２３）内部にある加圧流体からエネルギーを抜き取るのを最適化することを特徴とする、請求項７に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項１０】
前記ドレンパイプ（２５）は、前記支持軸受の前記スリーブ（２３）の下方位置でかつほぼ中心に配置され、前記スリーブ（２３）の少なくとも１つ軸方向寸法を、公知の方法に関して最小限にまで縮小するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項１１】
前記軸方向寸法は、前記軸受の軸方向長さと、前記側方シール（２６）の軸方向長さと、更に前記支持軸受と前記側方シール（２６）との間に配置された狭いチャンバに対応する少なくとも１つの空間の軸方向長さとの総和からなることを特徴とする、請求項１０に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項１２】
前記ドレン装置の外部に流体収集チャンバを取り付け、該流体収集チャンバ内で流体のレベルを増加させ、前記パイプ（２４、２５）内における圧力損失及び流体力学的抵抗と釣り合うのに十分な位置エネルギーを得るようにすることがもはや必要ない範囲で、半径方向寸法が、公知の方法に関して縮小されることを特徴とする、請求項１１に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【請求項１３】
前記潤滑及び冷却流体は、加圧オイルで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンの支持軸受用のドレン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの支持軸受用のドレン装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
ガスタービンは、通常、燃焼によって直接得たガスを使用して、熱を仕事に変換し、回転シャフトに機械的動力を供給する回転熱機械として定義される。
【０００３】
一般的に、ガスタービンは、通常は軸流形式の圧縮機又はターボ圧縮機からなり、その内部で外部から流入する空気が加圧される。
【０００４】
更に、多くのインジェクタが燃料を供給し、該燃料が空気と混合されて、空気燃料噴射混合気を形成する。
【０００５】
軸流圧縮機は専用タービンによって制御され、該専用タービンは燃焼室内のガス燃料のエンタルピーを変換して、利用者に機械的動力を供給する。
【０００６】
専用タービン、ターボ圧縮機、燃焼室（又はボイラ）、機械的動力出力シャフト、制御システム、及び始動装置が、ガスタービンプラントの主要部品を構成する。
【０００７】
ガスタービンの機能に関して、流れが、一連の入口管路を通して圧縮機に流れ込むことに注目されたい。
【０００８】
この流入路において、ガスは低圧かつ低温の特性を示しているが、圧縮機を通過することで、ガスは加圧され、その温度が上昇する。
【０００９】
次いで、ガスは燃焼室（又はボイラ室）に流れ込み、そこでガスは、より一層の温度上昇を受ける。
【００１０】
ガスの温度上昇に必要な熱は、インジェクタを通してボイラ室に導入される液体燃料の燃焼によって供給される。
【００１１】
機械の始動時における燃料の点火は、スパークプラグによって得られる。
【００１２】
燃焼室を出ると、高圧かつ高温のガスは、適切な管路を通り、タービンに到達し、そこでガスは圧縮機及び加熱室（燃焼室）で蓄積したエネルギーの一部を放出し、次いで排出流路を通して外部へ流出する。
【００１３】
ガスによってタービンに伝達される仕事量は、圧縮機において吸収された仕事量より大きいので、機械のシャフト上には利用可能なある量のエネルギーが残り、このエネルギーは、補機類によって及び可動部分の機械的構成部品の消極的抵抗によって吸収される仕事量だけ少なくなるが、プラントの利用可能な仕事量になる。
【００１４】
設計の観点から言うと、軸流圧縮機及びタービンの羽根は、単一シャフト上に取り付けられ、該シャフトは、一般的に水平面で合わさる２つの半シェルで形成された２つの軸受によって支持される。
【００１５】
周知で広範に採用されている支持軸受のレイアウトでは、圧縮機の入口に第１の軸受が設けられ、他方、第２の軸受は、軸流圧縮機とタービンとの間に配置されるが、この設計は極めて堅牢で高い耐性がある。
【００１６】
しかしながら、この場合、第２の支持軸受は、軸流圧縮機とタービンとの間にあるシャフト部分の周囲に設けられた円筒形空間内に取り付けなければならない。
【００１７】
簡略化しているが、本明細書に付した図１は、従来形式のガスタービンプラントの部分概略図を示している。
【００１８】
図に明瞭に示されているように、第２の支持軸受（直径Ｄ１を有する）を収容し取り付けるための円筒形空間１０の外径Ｄ２は、軸流圧縮機１１の出口であって専用タービン１５の手前に設けられたディフューザの内径Ｄ３によって制約されており、スリーブ１２の厚さＤ４だけ小さくなっている。
【００１９】
収容体すなわちスリーブ１２は、剛性があり、高圧空気を確実に閉じ込めなければならず、また燃焼システム（バーナ、可動部分の他の機械構成部品）を支持し、その内部及び周囲に生じる高い温度に対する耐性を有していなければならないハウジングの一部である。
【００２０】
最後に、公知のガスタービンの第２の支持軸受の内径Ｄ１は、軸流圧縮機１１及びタービン１５の羽根を支持する、その中間軸部分が図１において符号Ｘで示されているシャフトの直径により制約される。
【００２１】
更に、支持軸受の配置は、軸受収容体それ自体、並びにその中を潤滑オイルが流れる配管及び空気を保持する装置のようなサービス連結部のレイアウトに利用できる使用可能な空間に関し、決定的に重要である。
【００２２】
実際には、その中を潤滑オイルが流れるパイプは、内部バレルの隔壁によって分割され、その内部で顕著な圧力差がある様々なチャンバを連結するように取り付けられなければならない。
【００２３】
加えて、それらの連結部は、危険な火災を引き起こす懼れがある外部へのオイルの漏洩の如何なる可能性も排除するように、非常に安全で、漏洩を生じないように保たれなければならない。
【００２４】
しかしながら、同時に、第２の支持軸受の全体寸法は、タービン軸に対して所要の剛性を与えるように、十分に大きくなければならない。
【００２５】
利用可能な空間の複雑さの問題、及び高温で作動するという事実により、大きな潤滑オイル流量があることが必要な条件となる。支持軸受の寸法及び遊びの量により、高い出力損失を生じ、その結果、潤滑及び冷却用オイルの大きな流量を生じる。
【００２６】
実際に、いずれの場合においても、支持軸受を冷却するためには、実際に必要とされるオイル流量よりも大きなオイル流量を供給することが常に必要となり、さもなければ、スリーブが極度の高温に達する。
【００２７】
加えて、軸受スリーブには、該軸受スリーブの周囲に設けられた空間内に高温の空気が蓄積するのを阻止し、またスリーブの末端シールを通って潤滑オイルの損失が生じるのを防止するように、対応する空気流量を供給し、従って空気を外部で再収集することが必要である。
【００２８】
空気は収容体内に噴射されるが、該空気の大部分は、潤滑オイルと共に外部で新たに収集されなければならない。
【００２９】
配管内部にある空気は、支持軸受及び軸受スリーブの潤滑及び冷却の目的で利用されるオイルの流れを容易にするように、低速で流れることができなければならない。
【００３０】
しかしながら、このような条件は、連結されたエンジン（モータ）の形状的特性に関連する大きな損失がある場合には、達成することができない。
【００３１】
事実、エンジンの外側収容スリーブは、そのような従来通りの製品に関しては、このような方法では製造するのに非常に複雑で費用が高価になっていた。
【００３２】
これら全てにも拘わらず、現在でも、配管は、依然として重力によって生じるオイルの流れを得るように設計されており、上述のようにコストが高く、効率の悪い結果になっている。
【００３３】
これに代えて、潤滑及び冷却流体は、排出ポンプによって外部に収集することができる。しかしながら、この場合にもまた、コストと信頼性の問題が出てくる。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上記の不便を取り除く、ガスタービンの支持軸受用のドレン装置を作製することであり、具体的には、簡単で、経済的で、信頼性があり、かつ、限られた空間で上記の要求を満足するような方法で、ガスタービンの支持軸受用のドレン装置を作製することである。
【００３５】
本発明の別の目的は、タービンの回転速度を高めることを可能にし、またガスタービン内における関連する温度／圧力を高めることを可能にする、ガスタービンの支持軸受用のドレン装置を提示することである。
【００３６】
【問題を解決するための手段】
これら及びその他の目的は、本発明による、ガスタービンの支持軸受用のドレン装置により達成されることになる。このガスタービンの支持軸受用のドレン装置は、一連の支持手段によって囲まれ、次いで支持手段が該支持手段のための収容ハウジングに取り付けられている、中心タービンシャフトと、タービンの少なくとも１つ支持軸受を収容するスリーブと、潤滑及び冷却オイルをそれぞれ導入及び排出するための複数のパイプとを組み入れた形式であり、支持軸受に面する位置に設けられた一連の側方シールを更に含み、該一連の側方シールは、オイルがドレンパイプ内部を一定の持続速度で流れることを可能にするような圧力差を作り出す。
【００３７】
収容スリーブは、一連の側方チャンバと、加圧オイルを蓄積するためのチャンバと、側方チャンバとのオイルドレンパイプとの間の連結用開口とを更に含み、蓄積チャンバは、重力によってタービンから排出される流れの一部を受け、他方、チャンバ内部では、所定の流れ速度に対応するレベルに達したオイルがドレンパイプ内へとオーバフローする。
【００３８】
流体の大部分は、支持軸受の収容スリーブで囲まれた蓄積チャンバ内部に閉じ込められ、該蓄積チャンバは内部過圧状態に達し、この内部過圧状態が、流体の高速度での放出を生じさせるようになる。
【００３９】
この放出現象は、中心シャフト自体に取り付けられた構成要素の所定の部分に対応する、流体噴流の放射を引き起こし、この流体噴流の放射が側方チャンバのエンジン（モータ）用流体をオーバフローさせ、それにより外部に排出される流体のオーバフローを結果的に引き起こす。
【００４０】
有利な方法で、本発明によるガスタービンの支持軸受用のドレン装置は、支持軸受を収容するスリーブ及び関連するガスタービンの配管の寸法を、最小限に縮小することを可能にし、同時に支持軸受のスリーブの周囲にある加圧流体からエネルギーを抜き取る可能性を最適化する。
【００４１】
加えて、ドレンパイプは、支持軸受のスリーブの下方位置でかつほぼ中心に配置され、スリーブの軸方向寸法を、公知の方法に関して最小限にまで縮小するようになっている。
【００４２】
更に、ドレン装置の外部に流体収集チャンバを取り付け、該流体収集チャンバ内で流体のレベルを増加させ、入口及び出口パイプ内の圧力損失及び流体力学的抵抗を打ち消すのに十分な位置エネルギーを得るようにすることをもはや必要としない範囲で、半径方向寸法が、公知の方法に関して縮小されることになる。
【００４３】
本発明によるドレン装置の特徴及び利点は、限定するためではなく実例として用いられる典型的な製品についての、添付の概略図を参照してなされる以下の説明から一層明らかになるであろう。
【００４４】
【発明の実施の形態】
特に図２ないし図５を参照すると、符号２０でガスタービンの中心シャフトが示され、符号２１で、スタッド２２のためのハウジングに取り付けられた一連のスタッドが示されており、このハウジングは、密閉又は支持機能を備えている。符号２３で、タービンの第２の支持軸受を収容するためのスリーブが示され、また符号２４及び２５で、潤滑及び冷却オイルを導入及び排出するためのそれぞれ２対のパイプが示される。
【００４５】
更に、符号２６で側方シールが全体として示され、符号２７で側方チャンバ、符号２８で加圧オイルを蓄積するためのチャンバ、また符号２９で側方チャンバ２７とオイルドレンパイプ２５との間の連結用開口が示される。
【００４６】
本発明によると、潤滑オイルの一部のみを自由に（重力の作用によってのみ）排出できるようにすることが意図されており、潤滑オイルは、蓄積チャンバ２８又は収集タンク内部へパイプで導かれており、この蓄積チャンバ２８又は収集タンクは、ガスタービンの第２の支持軸受のスリーブ２３の下方位置に設けられている。
【００４７】
蓄積チャンバ２８内部で、オイルのレベルは、オイルがオイルドレンパイプ２５へとオーバフローするような流れ速度になる点まで上昇する。
【００４８】
したがって、オイルの大部分は、支持軸受の収容構造で囲まれた空間内に閉じ込められる。
【００４９】
側方シール２６（これは、限定するためではなく例示する目的の、好ましい製品の実例において、浮遊リングで構成されている）は、支持軸受に面する位置に設けられて、オイルがドレンパイプ２５内へかなり大きな速度で直接流れ込むのを可能にするような適切な圧力差（収集装置の方向の）を作り出している。
【００５０】
図５に概略的に示す、支持軸受スリーブの革新的形態により、本発明による装置は、高い速度でのオイルの放出を得て、蓄積チャンバ２８内にあるオイルを強制的にオイルドレンパイプ２５内へと流れ込ませるために、軸受の周囲の空間内に存在する過圧を利用する。
【００５１】
実際には、側方チャンバ２７からのエンジン（モータ）用流体の流出又はエンジン用オイルのオーバフローにより、図４の部分３０に対応してオイルの噴流が得られる。
【００５２】
このようにして、支持軸受用のドレン装置の構成部品の幾何学的構造の適切な研究を通して、配管の寸法の重要な縮小が得られると同時に、オイルを放出する方法によって、タービン内を流れ、重力のみによって外部へオーバフローする他のオイル流が、結果としてオーバフローすることを可能にしたものであるが、側面リングシール２６から流れてくるオイルの量は、側方チャンバ２７から流れるオイルの、冷却の目的での追加的な量であることは言っておくに値する。
【００５３】
支持軸受のスリーブ２３からオイルが排出される方向は、図５において、矢印Ｆによって明瞭に示されている。
【００５４】
最終的に、外部エゼクタ又は排出ポンプのような高価又は複雑な構成部品を使用することなく、タービン支持軸受の収容スリーブ及び関連する配管の空間の寸法を最小限まで縮小することが可能である。他方で、軸受の外側スリーブの周りにある加圧オイルからエネルギーを抜き取ることが最適化される。
【００５５】
更なる利点は、ドレンパイプ２５は、支持軸受スリーブ２３の下方位置でかつ中心に配置され、それによってスリーブの軸方向長さが最小値に縮小されるこであるが、この最小値自体は、軸受の軸方向長さと、側方シールの軸方向長さと、更に軸受とシール２６との間に配置された２つの狭いチャンバに対応する２つの空間の軸方向長さとの総和からなっている。
【００５６】
他方、本発明によるドレン装置を利用すれば、該装置の外部に容器又は収集タンクを取り付け、該容器又は収集タンク内でオイルのレベルを増加させ、配管内における損失及び流体力学的抵抗を打ち消すのに十分な位置エネルギーを得るようにすることがもはや必要ないので、半径方向の寸法を更に縮小させることができる。
【００５７】
以上の説明から、本発明によるガスタービンの支持軸受用のドレン装置の特徴は、それによって得られる利点と共に明らかである。
【００５８】
最後に、本発明の主題であるドレン装置に対して、本発明のアイディアに固有の革新的原理から離れることなく、多数の他の変形形態を導入することができることは明らかであり、また同様に、本発明の実際の応用に際しては、必要に応じて、あらゆる材料、寸法、及び形状を用いることができ、また技術的同等物である他のものと置き換えることができることも明らかである。
【００５９】
本発明の技術的範囲は、添付する特許請求の範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の形式のガスタービンの概略図。
【図２】本発明による、中心シャフト及びその外側の「内部バレル」と組み合わされた支持軸受の横断面図。
【図３】予め定められた平面に沿った、図２の縦断面図。
【図４】別の平面に沿った、図２の縦断面図。
【図５】本発明による、ガスタービンの第２の支持軸受のスリーブの斜視図。
【符号の説明】
１２  スリーブ
２０  中心シャフト
２２  スタッド
２３  第２の支持軸受
２５  オイルパイプ
２６  側方シール
２７  側方チャンバ
【国際公開パンフレット】
2004517239.tif 000003
2004517239.tif 000004
2004517239.tif 000005
2004517239.tif 000006
2004517239.tif 000007
2004517239.tif 000008
2004517239.tif 000009
2004517239.tif 000010
2004517239.tif 000011
2004517239.tif 000012
2004517239.tif 000013
2004517239.tif 000014
2004517239.tif 000015
2004517239.tif 000016
2004517239.tif 000017
2004517239.tif 000018
2004517239.tif 000019
2004517239.tif 000020
2004517239.tif 000021
2004517239.tif 000022
2004517239.tif 000023
2004517239.tif 000024
2004517239.tif 000025
2004517239.tif 000026
2004517239.tif 000027
【国際調査報告】
2004517239.tif 000028
2004517239.tif 000029
2004517239.tif 000030