(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン軸の端部および発電機軸の端部にそれぞれスリーブ状のスプラインシャフトが外挿され、スプラインのボスを両端に有するカップリングに前記両スプラインシャフトを挿入することで、当該ガスタービン軸および発電機軸を連結すると共に、ガスタービン軸のスプラインシャフトまたは発電機軸のスプラインシャフトの少なくとも一方に、軸方向のオイル経路を周方向に複数設け、このオイル経路がカップリングの外部と内部を連通し、且つオイル経路の外部の開口側にオイルジェット孔が配置され、内部の開口はカップリングの内壁に向けられ、
更に、前記スプラインシャフトの端部には、内面にオイル溜りを有し且つ発電機軸またはガスタービン軸の表面に対して一定の隙間を形成するオイルスリーブが外挿され、このオイルスリーブは、カップリングの一端部に接触して当該カップリングの移動を規制することを特徴とするガスタービンおよび発電機の連結構造におけるオイル供給構造。
【請求項２】
更に、前記スプラインシャフトの外部の開口には、スリーブの内面に形成した溝からなるオイル溜りが設けられ、スリーブ端部がガスタービン軸または発電機軸との間に隙間を形成し、この隙間に対して前記オイルジェット孔が向い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および発電機の連結構造におけるオイル供給構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービンエンジン或いはマイクロガスタービンエンジンと発電機とを連結する場合のオイルの供給構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のガスタービンエンジンのオイル供給構造を示す説明図である。このガスタービンエンジンのオイル供給構造は、パワータービン軸５０１と、発電機に接続される減速ギヤ軸５０２とを、カップリング５０３により接続しその周囲をラッパ状のカバー５１２により覆った構成である。カバー５１２には、オイル孔５１３が設けられており、このオイル孔５１３に対してオイルを噴射するオイルジェット孔５０８がハウジング５０４に設けられている。パワータービン軸５０１を支持するベアリング５０５は、固定部材５０６によりハウジング５０４に固定されている。また、減速ギア軸５０２を支持するベアリング５０７は、固定部材５１１により固定されており且つこの固定部材５１１はベアリング５０７の玉がカバー側に露出するような構造になっている。オイルジェット孔５０８から噴射されたオイルは、オイル孔５１３からカバー５１２内に侵入し、カバー５１２の内壁５１２ａを流れてベアリング５０７に供給され、オイルパンに至る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のガスタービンエンジンのオイル供給構造では、カバー５１２の内壁５１２ａをオイルが流れるが、カップリング５０３が回転しているためオイルが跳ね返されて、スプライン歯面へのオイル供給が困難であるという問題点がある。スプライン歯面にオイルが供給されないと、スプライン歯面の早期磨耗や不安定振動が発生しやすくなる。
【０００４】
また、特開平５−１８７２５７号公報には、スプラインの歯面にオイルを供給する構造が開示されている。図６は、特開平５−１８７２５７号公報に開示の連結構造を示す断面図である。この連結構造では、発電機軸６０１とガスタービン軸６０２との端部にスプライン歯６０３，６０４を設け、このスプライン歯６０３，６０４に対応するボス６０５，６０６を設けたカップリング６０７により接続する。スプラインの歯面には、発電機軸６０１の軸方向通路６０８から供給されたオイルが半径方向の通路６０９を通って供給される。また、発電機軸６０１の軸方向通路６０８に入ったオイルは、径方向通路６０９を通ってスプラインの歯面に供給される。また、また、軸方向通路６０８はカップリング６０７の内部に通じており、ここに導入されたオイルは、ガスタービン軸６０１の軸方向通路６０９に入り、径方向通路６１０を通り、スプラインの歯面に供給される。
【０００５】
しかしながら、同公報に開示の連結構造では、ガスタービン軸６０２、発電機軸６０１にオイルの通路を設けているため、通路内でコーキング等の詰まりが発生すると、ガスタービン軸６０２或いは発電機軸６０１を取り外してメンテナンスしなければならないので、作業が面倒である。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、歯面にオイルを安定的に供給できるようにする、またはメンテナンスを行いやすくすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるガスタービンおよび発電機の連結構造におけるオイル供給構造は、ガスタービン軸の端部および発電機軸の端部にそれぞれスリーブ状のスプラインシャフトが外挿され、スプラインのボスを両端に有するカップリングに前記両スプラインシャフトを挿入することで、当該ガスタービン軸および発電機軸を連結すると共に、ガスタービン軸のスプラインシャフトまたは発電機軸のスプラインシャフトの少なくとも一方に、軸方向のオイル経路を周方向に複数設け、このオイル経路がカップリングの外部と内部を連通し、且つオイル経路の外部の開口側にオイルジェット孔が配置され、内部の開口はカップリングの内壁に向けられ、更に、前記スプラインシャフトの端部には、内面にオイル溜りを有し且つ発電機軸またはガスタービン軸の表面に対して一定の隙間を形成するオイルスリーブが外挿され、このオイルスリーブは、カップリングの一端部に接触して当該カップリングの移動を規制することを特徴とする。
【００１０】
ガスタービン軸および発電機軸の端部にスリーブ状のスプラインシャフトを外挿する構造であるため、スプラインシャフトに形成したオイル経路がコーキング等を起こして詰まったりした場合でも、当該スプラインシャフトを抜き出してメンテナンスすれば良い。このため、メンテナンス作業が簡便になる。また、オイルジェット孔からのオイルは、外部の開口からオイル経路に入り、内部の開口からカップリングの内壁に導入される。オイルはカップリングの回転による遠心力で拡がり、スプライン歯面に至る。これにより、スプライン歯面にオイルを安定的に供給できる。
また、上記の構成では、カップリングの移動の規制をオイルスリーブにより行うことで、別途規制構造を設けることがない。このため、連結構造を簡略化できる。なお、カップリングのオイルスリーブ側と反対側は、ガスタービン軸または発電機軸に設けた段差等の構造で規制すればよい。
【００１１】
つぎの発明によるガスタービンおよび発電機の連結構造におけるオイル供給構造は、上記構成において、更に、前記スプラインシャフトの外部の開口には、スリーブの内面に形成した溝からなるオイル溜りが設けられ、スリーブ端部がガスタービン軸または発電機軸との間に隙間を形成し、この隙間に対して前記オイルジェット孔が向いていることを特徴とする。
【００１２】
オイルジェット孔から隙間に向けてオイルを噴射すると、オイルが隙間から内部に入り、一旦オイル溜りに溜められる。オイル溜りに溜まったオイルは、オイル経路からカップリングの内壁まで導入される。オイル溜りは、噴射されたオイルを一旦溜めることにより、複数のオイル経路に対して均一にオイルを供給する機能を有する。このため、オイルの供給を安定且つ均一に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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、この実施の形態の構成要件には、所謂当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態に係るガスタービンエンジンの発電機への連結構造を示す断面図である。図２は、図１に示したガスタービンエンジンの発電機への連結構造の拡大図である。図３は、連結部分の拡大図である。この連結構造は、ガスタービン軸１と発電機軸２とをカップリング３により連結している。ガスタービン軸１の先端には、スプラインシャフト４が外挿され、ロックナット５により固定されている。一方、発電機軸２の先端にもスプラインシャフト６が外挿され固定されている。カップリング３の両端には、スプラインのボス３ｂ、３ｃが形成されている。
【００１７】
ガスタービン軸１の一端は、ころ軸受けであるベアリング７により支持されている。また、ベアリング７は、前記スプラインシャフト４とスリーブ８により挟まれて固定されている。ベアリング７の内輪はガスタービン軸１に圧入されており、外輪はベアリングスリーブ９によりベアリングホルダ１０に固定されている。更に、ベアリング７には、オイルヘッド１１が取り付けられている。オイルヘッド１１は、第一にベアリング７のコロにオイルを供給し、第二に、上方のオイルジェット孔１２からスプライン１３の歯面に対しオイルを噴射供給する。
【００１８】
一方、発電機軸２は、玉軸受けであるベアリング１４により支持されている。ベアリング１４の内輪は、発電機軸２に圧入される。ベアリング１４の外輪は、ベアリングスリーブ１５により固定される。ベアリングスリーブ１５はダンパ隙間１６を介してケーシング１７に取り付けられ、このダンパ隙間１６の間に油膜が形成される。オイルヘッド１８は環状となっており、その上方にベアリング１４の玉およびスプライン１９の歯面に対してオイルを噴射するオイルジェット孔２０，２１が設けられている。オイルヘッド１８は、スプリング２２の弾性力により図中左方向に付勢されており、ベアリングスリーブ１５に押し当てられている。スプリング２２の他端は、固定部材２３によりケーシング１７に固定されている。ベアリングスリーブ１５は段部１５ａを以ってベアリング１４に係止しており、結局のところ発電機軸２の段部２ａで位置決めされる。カップリング３には、オイル放出孔２４が周方向に複数設けられている。
【００１９】
また、スプラインシャフト６には、軸方向のオイル経路２５が周方向に複数設けられている。オイル経路２５の図中右側の端部は、径方向に向かって曲がった曲り部２６となり、カップリング３の内壁３ａに向かって開口し、カップリング内壁３ａに対するオイルの噴射を可能としている。また、スプラインシャフト６の端部には、オイルスリーブ２７が設けられている。このオイルスリーブ２７は、スプラインシャフト６の端部に嵌合しており、発電機軸２の表面に対して一定の隙間２８を有している。オイルジェット孔２１はこの隙間２８に向かってオイルを噴射する。また、オイルスリーブ２７の内部に一旦オイルを溜め込む環状溝で形成したオイル溜り２９が設けられている。スプラインシャフト６のオイル経路２５は、このオイル溜り２９の堰を若干越えた地点に開口している。
【００２０】
図１を参照し、発電機のケーシング１７は、発電機のハウジング３０に取り付けられている。一方、発電機のケーシング１７とコンプレッサスクロール３１とは、インロー部３２，３３により結合されている。この嵌め合いの詳細は後述する。
【００２１】
次に、この連結構造の動作を説明する。オイルヘッド１８のオイルジェット孔２１から噴射されたオイルは、オイルスリーブ２７の隙間２８から内部に侵入し、回転しているオイルスリーブ２７の遠心力によりオイル溜り２９に溜められる。オイル溜り２９が略満杯になると、オイルは、前記オイル溜り２９からオイル経路２５に侵入し（反対側はオイルジェットにより押し込まれているので）、他端の曲り部２６からカップリング３の内壁３ａに対して遠心力により噴出される。これにより、オイルはカップリング内壁３ａに遠心力により付着すると共に内壁面を拡がる。なお、オイル溜り２９は、１ヶ所から噴射されるオイルを周方向に均等に配分する機能を有する。
【００２２】
オイル経路２５の曲り部２６は、スプライン１９の歯面の近くに位置しており、噴出したオイルはスプラインシャフト６とボス３ｂとの歯面間に侵入し、外部に放出される。一方、拡がったオイルは、オイルが偏在して振動を起こさないように、オイル放出孔２４から外部に放出される。次に、ガスタービン軸１側のオイルヘッド１１のオイルジェット孔１２から、スプラインシャフト４とボス３ｃとの嵌め合い部分に向けてオイルが噴射される。これにより、オイルは、スプラインシャフト４とボス３ｃとの歯面間に侵入し、カップリング３内に放出される。カップリング３内に放出されたオイルは、前記同様にオイル放出孔２４から外部に放出される。これにより、スプラインシャフト６，４とボス３ｂ、３ｃとの歯面に十分にオイルが供給される。また、カップリング３の内壁３ａに若干の外側に傾斜したテーパを設け、オイルがカップリングの内壁を流れ易くするようにしても良い（図示省略）。
【００２３】
次に、熱によるガスタービン軸１の伸びは、カップリング３の移動により吸収できる。スプラインシャフト６に嵌合したオイルスリーブ２７は、カップリング３の端部との間に隙間３４を有しており、カップリング３の移動は当該オイルスリーブ２７により規制される。一方、ガスタービン側は、カップリング３の端部がガスタービン軸１のスプラインシャフト４の段差４ａに接触することで当該カップリング３の移動が規制される。以上の連結構造によれば、スプラインの歯面に安定的にオイルを供給できる。
【００２４】
また、オイル経路２５やオイルスリーブ２７のオイル溜り２９などにコーキング等の詰まりが発生した場合、発電機軸２の固定ナット３５を外してスプラインシャフト６およびオイルスリーブ２７を取り外し、清掃する。発電機軸２を取り外す必要はない。組立て時は、オイルスリーブ２７ごとスプラインシャフト６を発電機軸２に外挿し、固定ナット３５で固定すればよい。このため、連結構造のメンテナンス作業が簡便になる。
【００２５】
また、この実施の形態では、発電機軸側にオイル供給構造を設けたが、同様の構成は、ガスタービン軸１側にも設けることができる。また、発電機軸２側およびガスタービン軸１側の両方に設けることもできる。
【００２６】
次に、コンプレッサスクロール３１にケーシング１７を組み付ける場合、次のＤ１〜Ｄ８の集積誤差がガスタービン軸１の偏芯となる。
Ｄ１：コンプレッサスクロール３１の内外径の同心度
Ｄ２：コンプレッサスクロール３１とベアリングホルダ１０のインロー部隙間
Ｄ３：ベアリングホルダ１０内外径の同心度
Ｄ４：ベアリングスリーブ９の内外径同心度
Ｄ５：ころ軸受けであるベアリング７のダンパ隙間
Ｄ６：ころ軸受けであるベアリング７の径方向の振れ
Ｄ７：ガスタービン軸１とスプラインシャフト４との同軸度
Ｄ８：スプラインシャフト４内径とスプライン歯面の同心度
【００２７】
また、次のｄ１〜ｄ６の集積誤差が発電機軸２の偏芯となる。
ｄ１：発電機のケーシング１７内外径の同心度
ｄ２：たま軸受けであるベアリング１４のダンパ隙間
ｄ３：ベアリングスリーブ１５の内外径同心度
ｄ４：たま軸受けであるベアリング１４の径方向の振れ
ｄ５：発電機軸２の同心度
ｄ６：スプラインシャフト６内径とスプライン歯面の同心度
【００２８】
カップリング３により連結する場合、このガスタービン軸１と発電機軸２との許容差は、０．３０ｍｍ以下であることが望ましい。図４は、ガスタービン軸１と発電機軸２とを組み合わせる場合に用いる冶具を示す説明図である。この冶具２００は、ガスタービン側のコンプレッサスクロール３１のインロー部３３に嵌り、且つ発電機側のケーシング１７のインロー部３２にも嵌るフランジ部２０１，２０２を有する。中心には、カップリング３の両端がスプラインのボスとなっている計測筒２０３が取り付けてある。フランジ部２０１，２０２は環状であり、計測筒２０３から放射状に延びるアーム２０４により支持されている。
【００２９】
この計測筒２０３は、フランジ部２０１，２０２から芯までが０．３０ｍｍの許容差を許すように取り付けられており、それ故に例えばガスタービン軸１の芯がインロー部３３から０．２８ｍｍ偏芯していれば、計測筒２０３のボスにガスタービン側のスプラインシャフト４を差し込める。また、０．３２ｍｍの偏芯であれば、計測筒２０３にスプラインシャフト４を差し込むことができない。発電機軸２についても同様に、ガスタービン軸１の芯がインロー部３２から０．２８ｍｍ偏芯していれば、計測筒２０３のボスにガスタービン側のスプラインシャフト６を差し込める。また、０．３２ｍｍの偏芯であれば、計測筒２０３にスプラインシャフト６を差し込むことができない。
【００３０】
ガスタービンと発電機を組み付けるには、まず前記冶具２００により両軸の偏芯を計測する。具体的には、ガスタービン側のコンプレッサスクロール３１のインロー部３３にフランジ部２０１を嵌め込み、計測筒２０３がスプラインシャフト４に外挿できるか否かチェックする。また、発電機側でも、ケーシング１７のインロー部３２に冶具２００のフランジ部２０２を嵌め込み、計測筒２０３がスプラインシャフト６に外挿できるか否かチェックする。この結果、両軸とも偏芯が許容差内であった場合は、そのままガスタービンと発電機とをカップリング３を介して連結する。一方、両軸の一方または双方の偏芯が許容差を越えている場合、不具合原因を探して修正するか或いは部品交換する。そして再び冶具２００により許容差を計測する。
【００３１】
なお、冶具２００には高い寸法精度が要求される。このため、旋盤により外周のフランジ部２０１，２０２を精度良く加工する。また、冶具２００を鋳造（ダイカスト等）ではなく粉末冶金により製造し、機械加工を施すようにしても良い。なお、この冶具２００による組み付けは、最初の組み立て時のみならず、メンテナンスにより分解した後に再び組み立てる場合にも用いる。
【００３２】
このように、冶具２００を用いてガスタービンと発電機を組み付けることにより、ガスタービン軸１と発電機軸２との同心度を簡単に許容範囲内に管理できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のガスタービンおよび発電機の連結構造におけるオイル供給構造では、ガスタービン軸の端部および発電機軸の端部にそれぞれスプラインシャフトが設けられ、スプラインのボスを両端に有するカップリングにより、当該ガスタービン軸および発電機軸を連結すると共に、ガスタービン軸または発電機軸の少なくとも一方に、軸方向のオイル経路を周方向に複数設け、このオイル経路がカップリングの外部と内部を連通し、且つオイル経路の外部の開口側にオイルジェット孔が配置され、内部の開口はカップリングの内壁に向けられていることを特徴とするので、スプライン歯面にオイルを安定的に供給できる。
【００３４】
また、この発明のガスタービンおよび発電機の連結構造におけるオイル供給構造では、ガスタービン軸の端部および発電機軸の端部にそれぞれスリーブ状のスプラインシャフトが外挿され、スプラインのボスを両端に有するカップリングに前記両スプラインシャフトを挿入することで、当該ガスタービン軸および発電機軸を連結すると共に、ガスタービン軸のスプラインシャフトまたは発電機軸のスプラインシャフトの少なくとも一方に、軸方向のオイル経路を周方向に複数設け、このオイル経路がカップリングの外部と内部を連通し、且つオイル経路の外部の開口側にオイルジェット孔が配置され、内部の開口はカップリングの内壁に向けられているので、メンテナンス作業が簡便になると共に、スプライン歯面にオイルを安定的に供給できる。
【００３５】
また、この発明のガスタービンおよび発電機の連結構造におけるオイル供給構造では、スプラインシャフトの外部の開口には、スリーブの内面に形成した溝からなるオイル溜りが設けられ、スリーブ端部がガスタービン軸または発電機軸との間に隙間を形成し、この隙間に対して前記オイルジェット孔が向いているので、オイルの供給を安定且つ均一に行うことができる。
【００３６】
また、この発明のガスタービンおよび発電機の連結構造におけるオイル供給構造では、スプラインシャフトの端部には、内面にオイル溜りを有し且つ発電機軸またはガスタービン軸の表面に対して一定の隙間を形成するオイルスリーブが外挿され、このオイルスリーブは、カップリングの一端部に接触して当該カップリングの移動を規制するので、カップリングの移動規制機能を有する場合でも連結構造を簡単に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るガスタービンエンジンの発電機への連結構造を示す断面図である。
【図２】図１に示したガスタービンエンジンの発電機への連結構造の拡大図である。
【図３】図１に示した連結部分の拡大図である。
【図４】ガスタービン軸と発電機軸とを組み合わせる場合に用いる冶具を示す説明図である。
【図５】従来のガスタービンエンジンのオイル供給構造を示す説明図である。
【図６】特開平５−１８７２５７号公報に開示の連結構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１     ガスタービン軸
２     発電機軸
３     カップリング
４，６ スプラインシャフト
５     ロックナット
７     ベアリング
８     スリーブ
９     ベアリングスリーブ
１０   ベアリングホルダ
１１   オイルヘッド
１２   オイルジェット孔
１３   スプライン
１４   ベアリング
１５   ベアリングスリーブ
１７   ケーシング
１８   オイルヘッド
１９   スプライン
２０，２１    オイルジェット孔
２４   オイル放出孔
２５   オイル経路
２６   曲り部
２７   オイルスリーブ
２８   隙間
３１   コンプレッサスクロール
３２，３３    インロー部
３４   隙間
３５   固定ナット
２００ 冶具
２０１，２０２       フランジ部
２０３ 計測筒
２０４ アーム
【図１】
0003872722.tif 000002
【図２】
0003872722.tif 000003
【図３】
0003872722.tif 000004
【図４】
0003872722.tif 000005
【図５】
0003872722.tif 000006
【図６】
0003872722.tif 000007