(57)【要約】【課題】保持部材の軸方向の変位を抑制することができるガスタービンを提供する。【解決手段】ガスタービンは、ハウジング７の軸受室７０内に配置された、回転軸２を回転可能に支持する一対の転がり軸受と、一対の転がり軸受を保持する保持部材６とを備える。保持部材６は、軸受室７０の内周面との間に油膜用の隙間８を形成する、回転軸２の軸方向に変位可能な筒状部６１と、筒状部６１の端部から広がるフランジ部６２を有する。フランジ部６２には、隙間８と連通する第１環状溝９１とシールプレート３２で覆われる第２環状溝９２とによって周方向に連続する薄肉部６３が形成されている。薄肉部６３には、第１環状溝９１と第２環状溝９２をつなぐ貫通穴６４が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受室を有するハウジングと、
前記軸受室を貫通する、圧縮機インペラおよびタービンインペラが取り付けられた回転軸と、
前記軸受室内に配置された、前記回転軸を回転可能に支持する一対の転がり軸受と、
前記圧縮機インペラの裏側で前記ハウジングに固定されたシールプレートと、
前記一対の転がり軸受を保持する保持部材であって、前記軸受室の内周面との間に油膜用の隙間を形成する、前記回転軸の軸方向に変位可能な筒状部、および前記筒状部の前記圧縮機インペラ側の端部から前記シールプレートに沿って広がるフランジ部、を有する保持部材と、を備え、
前記保持部材の前記フランジ部には、前記隙間と連通する第１環状溝と前記シールプレートで覆われる第２環状溝とによって周方向に連続する薄肉部が形成されており、前記薄肉部に前記第１環状溝と前記第２環状溝をつなぐ貫通穴が形成されている、
ガスタービン。
【請求項２】
前記薄肉部は、径方向外側に向かって前記圧縮機インペラから遠ざかるように傾斜している、請求項１に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の軸受構造に転がり軸受を用いたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機インペラおよびタービンインペラが取り付けられた回転軸を一対の転がり軸受で支持するガスタービンが知られている（例えば、特許文献１参照）。一対の転がり軸受は、ハウジングの軸受室内で筒状の保持部材に保持される。保持部材と軸受室の内周面との間には油膜が形成され、これにより回転軸からハウジングへの振動の伝達が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７０６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、上記のようなガスタービンでは、保持部材と軸受室の内周面の間の油膜によって振動を減衰させるために、回転軸の支持剛性が小さくなるように保持部材を含む軸受構造が構成される。しかしながら、このような構成では、保持部材が回転軸の軸方向に大きく変位するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような事情に、保持部材の軸方向の変位を抑制することができるガスタービン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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明のガスタービンは、軸受室を有するハウジングと、前記軸受室を貫通する、圧縮機インペラおよびタービンインペラが取り付けられた回転軸と、前記軸受室内に配置された、前記回転軸を回転可能に支持する一対の転がり軸受と、前記圧縮機インペラの裏側で前記ハウジングに固定されたシールプレートと、前記一対の転がり軸受を保持する保持部材であって、前記軸受室の内周面との間に油膜用の隙間を形成する、前記回転軸の軸方向に変位可能な筒状部、および前記筒状部の前記圧縮機インペラ側の端部から前記シールプレートに沿って広がるフランジ部、を有する保持部材と、を備え、前記保持部材の前記フランジ部には、前記隙間と連通する第１環状溝と前記シールプレートで覆われる第２環状溝とによって周方向に連続する薄肉部が形成されており、前記薄肉部に前記第１環状溝と前記第２環状溝をつなぐ貫通穴が形成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
前記の構成によれば、保持部材に薄肉部を有するフランジ部が設けられているために、回転軸の支持剛性を小さくすることができる。しかも、回転軸にスラスト荷重が作用して保持部材の筒状部が軸方向に変位しようとしても、薄肉部に形成された貫通穴を油が通過するときの抵抗によって筒状部の変位が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンの断面図
【図２】図１に示すガスタービンの要部を拡大した断面図
【図３】変形例のガスタービンの要部を拡大した断面図
【図４】別の変形例のガスタービンの要部を拡大した断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施形態によって限定されるものではない。
【００１０】
図１に、本発明の一実施形態に係るガスタービン１を示す。このガスタービン１は、回転軸２によって連結された圧縮機およびタービンと、これらの間に配置されたハウジング７とを備える。
【００１１】
圧縮機は圧縮機インペラ３およびバックプレート３１を含み、タービンはタービンインペラ４およびバックプレート４１を含む。なお、図１では、それら以外の圧縮機およびタービンの構成要素を省略している。圧縮機インペラ３とタービンインペラ４は、回転軸２に取り付けられている。回転軸２は、ハウジング７の中央に設けられた、インペラ３，４同士を結ぶように延びる軸受室７０を貫通している。なお、回転軸２の圧縮機インペラ３を超えて延びる先端には、例えば電動発電機が接続される。
【００１２】
ハウジング７には、軸受室７０に潤滑油を供給するための流入口７１と、軸受室７０から潤滑油を排出するための流出口７２が設けられている。軸受室７０は、第１シールプレート３２および第２シールプレート４２により、回転軸２の軸方向の両側から塞がれている。第１シールプレート３２は圧縮機インペラ３の裏側でハウジング７に固定され、第２シールプレート４２はタービンインペラ４の裏側でハウジング７に固定されている。
【００１３】
本実施形態では、圧縮機インペラ３３に接するように環状部材３３が回転軸２に取り付けられており、この環状部材３３と第１シールプレート３２との間がシールリング３５によってシールされている。一方、タービン側では、第２シールプレート４２と回転軸２の間がシールリング４５によってシールされている。
【００１４】
軸受室７０には、第１シールプレート３２に面する領域を拡大するように拡径部７５が設けられている。すなわち、軸受室７０の断面形状は、横向きのＴ字状になっている。
【００１５】
軸受室７０内には、回転軸２を回転可能に支持する一対の転がり軸受５１，５２が回転軸２の軸方向に離間して配置されている。各転がり軸受５１，５２は単独の玉軸受であり、各転がり軸受５１，５２の内輪が回転軸２に嵌合している。ただし、転がり軸受５１，５２の一方または双方は、隣接する２つの玉軸受で構成されていてもよい。
【００１６】
一対の転がり軸受５１，５２は、軸受室７０内に配置された保持部材６によって保持されている。保持部材６は、回転軸２の軸方向に延びる筒状部６１と、筒状部６１の圧縮機側の端部から第１シールプレート３２に沿って広がるフランジ部６２とを有している。筒状部６１の両端には、各転がり軸受５１，５２の外輪が嵌合している。フランジ部６２は、軸受室７０の拡径部７５に収まっている。
【００１７】
図２に示すように、筒状部６１の外周面と軸受室７０の内周面との間には、油膜用の微小な隙間８が形成されている。換言すれば、筒状部６１は軸受室７０内で潤滑油によって浮遊状態で支持される。また、筒状部６１の圧縮機側の端面と第１シールプレート３２との間にも微小な隙間が形成され、筒状部６１のタービン側の端面と第２シールプレート４２との間には比較的に大きさ隙間が形成されている（図１参照）。このため、筒状部６１は、回転軸２の軸方向に変位可能となっている。
【００１８】
フランジ部６２の根元には、周方向に連続する薄肉部６３を形成するように、タービン側の裏面に第１環状溝９１が形成され、圧縮機側の表面に第２環状溝９２が形成されている。第１環状溝９１は、その開口の少なくとも一部が筒状部６１の外周面と軸受室７０の内周面の間の隙間８と重なっており、隙間８と連通している。第２環状溝９２は、第１シールプレート３２で覆われている。
【００１９】
本実施形態では、第１環状溝９１および第２環状溝９２は共に断面略Ｖ字状の溝である。具体的に、第１環状溝９１は、筒状部６１の外周面のほぼ延長面上に底を有し、筒状部６１の外周面と連続する垂直面と、前記底から径方向外側に広がる傾斜面とで構成されている。一方、第２環状溝９２は、径方向において第１環状溝９１の傾斜面の終端とほぼ同じ位置に底を有し、その底から両側に広がる２つの傾斜面で構成されている。この構成により、薄肉部６３は、径方向外側に向かって圧縮機インペラ３から遠ざかるように傾斜している。
【００２０】
なお、フランジ部６２の第１環状溝９１および第２環状溝９２の外側では、フランジ部６２の表面と第１シールプレート３２の間およびフランジ部６２の裏面とハウジング７の間がオーリング１０によってシールされている。
【００２１】
さらに、薄肉部６３には、第１環状溝９１と第２環状溝９２をつなぐ複数の貫通穴６４が設けられている。貫通穴６４は、例えば同一円周上に等角度間隔で配置される。貫通穴６４は、当該貫通穴６４を油が通過する際に大きな抵抗を生じさせる直径を有する。貫通穴６４の個数および直径は、回転軸２およびインペラ３，４からなるロータのサイズや圧縮機とタービンの圧力比などによって適宜決定される。一例として、貫通穴６４の個数は４〜６個であり、貫通穴６４の直径は０．５〜１．０ｍｍである。
【００２２】
以上説明したガスタービン１では、保持部材６に薄肉部６３を有するフランジ部６２が設けられているために、回転軸２の支持剛性を小さくすることができる。その結果、筒状部６１の外周面と軸受室７０の内周面の間の隙間８に満たされる油により形成される油膜によって振動を減衰させることができるだけでなく、軸受構造の固有振動数をも低下させることができる。これにより、ガスタービン１の共振周波数を、回転軸２が高速で回転する通常運転範囲よりも十分に小さくすることができる。
【００２３】
しかも、薄肉部６３には貫通穴６４が形成されているので、回転軸２にスラスト荷重が作用して筒状部６１が軸方向に変位しようとしても、貫通穴６４を油が通過するときの抵抗によって筒状部６１の変位が抑制される。
【００２４】
（変形例）
前記実施形態では、薄肉部６３が径方向外側に向かって圧縮機インペラ３から遠ざかるように傾斜していた。しかしながら、薄肉部６３の構成はこれに限られるものではない。例えば、図３に示すように、薄肉部６３が径方向外側に向かって圧縮機インペラ３に近づくように傾斜していてもよい。これを実現するには、第１環状溝９１と第２環状溝９２の底の径方向における位置を第１実施形態と逆にすればよい。あるいは、図４に示すように、第１環状溝９１と第２環状溝９２の底の径方向における位置を同じとし、薄肉部６３を筒状部６１と垂直にしてもよい。ただし、前記実施形態のように薄肉部６３が径方向外側に向かって圧縮機インペラ３から遠ざかるように傾斜していれば、図３に示す逆傾斜に比べて、圧力の高い圧縮機側からタービン側への筒状部６１の変位を薄肉部６３の撓みによってより良好に吸収することができる。しかも、図４に示すように薄肉部６３が垂直となっている場合と比べると、回転軸２に軸方向に沿った薄肉部６３の厚さが当該薄肉部６３の肉厚をｃｏｓθ（θ：傾斜角）で除した分だけ厚くなるため、軸方向入力に対する強度が向上する。それ故に、剛性を所望の値に調整しつつも、圧縮機が破壊した場合等に発生するタービン側からの回転軸２の抜け出し等の破壊事故に対する強度上の余裕が確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のガスタービンは、定置式であってもよいし、例えば自動車などの車両に搭載されてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１    ガスタービン
２    回転軸
３    圧縮機インペラ
３２  シールプレート
４    タービンインペラ
５１，５２  転がり軸受
６    保持部材
６１  筒状部
６２  フランジ部
６３  薄肉部
６４  貫通穴
７    ハウジング
７０  軸受室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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