JPH0142659Y2 - - Google Patents

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JPH0142659Y2
JPH0142659Y2 JP1983196246U JP19624683U JPH0142659Y2 JP H0142659 Y2 JPH0142659 Y2 JP H0142659Y2 JP 1983196246 U JP1983196246 U JP 1983196246U JP 19624683 U JP19624683 U JP 19624683U JP H0142659 Y2 JPH0142659 Y2 JP H0142659Y2
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JP
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rotating shaft
gas
bearing
communication hole
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Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案はガスタービンの気体軸受構造に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] Technical Field The present invention relates to a gas bearing structure for a gas turbine.

従来技術 気体軸受では軸受と回転軸の間に気体膜を発生
し回転軸を支承するために軸受と回転軸の間に常
に微小間隙を確保する必要がある。また、ガスタ
ービンでは、回転軸のタービンホイールとコンプ
レツサインペラとの間に設けられるジヤーナル部
が該ジヤーナル部の外側の回転軸部分よりも大き
な直径とされ、ジヤーナル部の周速を高めて十分
な気体膜を発生させるようになつている。しか
し、高温ガスの通るタービンホイールから伝達し
てくる熱により気体軸受の回転軸が軸受部分より
高温となる。このため熱膨脹に差が生じ軸受クリ
アランスが確保できなくなる。このため従来技術
では軸受側に回転軸の熱膨脹を逃げる機構を設け
る方法がとられている。しかしこの方法では微小
軸受クリアランスを低温時から高温時の作動範囲
において常に維持させようとするためにはかなり
複雑な構造が必要であり未だ完壁なものは得られ
ていない。このため軸受性能、耐久性が低下す
る。なお、高温炉用の回転軸のジヤーナル部に軸
線方向に空気を供給して軸受を冷却することは、
例えば実公昭18−1119号公報に記載されている
が、ガスタービンの場合にはジヤーナル部がター
ビンホイールとコンプレツサインペラとの間に設
けられて、ジヤーナル部が近距離からタービンの
輻射熱を受けるようになり、ジヤーナル部のター
ビン側が特に高温になるという問題があつた。
Prior Art In gas bearings, it is necessary to always maintain a minute gap between the bearing and the rotating shaft in order to generate a gas film between the bearing and the rotating shaft to support the rotating shaft. In addition, in gas turbines, the journal part provided between the turbine wheel of the rotating shaft and the compressed impeller has a larger diameter than the rotating shaft part outside the journal part, so that the circumferential speed of the journal part is increased and sufficient It is designed to generate a gas film. However, the rotating shaft of the gas bearing becomes hotter than the bearing portion due to heat transferred from the turbine wheel through which high-temperature gas passes. This causes a difference in thermal expansion, making it impossible to ensure bearing clearance. For this reason, in the prior art, a method has been adopted in which a mechanism is provided on the bearing side to escape the thermal expansion of the rotating shaft. However, this method requires a fairly complicated structure in order to constantly maintain the minute bearing clearance in the operating range from low temperatures to high temperatures, and a perfect structure has not yet been obtained. As a result, bearing performance and durability deteriorate. In addition, cooling the bearing by supplying air in the axial direction to the journal part of the rotating shaft for a high-temperature furnace is
For example, as described in Japanese Utility Model Publication No. 18-1119, in the case of a gas turbine, a journal section is provided between the turbine wheel and the compressor impeller, so that the journal section receives radiant heat from the turbine from a short distance. This caused the problem that the turbine side of the journal section became particularly hot.

考案の目的 本考案の目的は上記に鑑みて熱膨脹の影響を小
さくすることのできる気体軸受構造を得ることに
ある。
Purpose of the invention In view of the above, the purpose of the present invention is to obtain a gas bearing structure that can reduce the influence of thermal expansion.

考案の構成 本考案による気体軸受構造は、回転軸のタービ
ンホイールとコンプレツサインペラとの間に設け
られるジヤーナル部が該ジヤーナル部の外側の回
転軸部分よりも大きな直径とされ、該ジヤーナル
部と該ジヤーナル部の外側の回転軸部分とを前記
タービンホイール側に位置する第1の内方フラン
ジと前記コンプレツサインペラ側に位置する第2
の内方フランジにより接合するとともに該ジヤー
ナル部内で該第1及び該第2の内方フランジとの
間に内部空洞が形成され、該第1の内方フランジ
に軸線方向に第1の連通孔が設けられ、且つ該ジ
ヤーナル部に半径方向に第2の連通孔が設けら
れ、よつて該第1の連通孔から入つて該内部空洞
を通り該第2の連通孔から出るように回転軸外部
と前記内部空洞との間で気体を循環せしめ、さら
にジヤーナル部に軸受部材を係合させたことを特
徴とする。
Composition of the Invention In the gas bearing structure according to the invention, the journal part provided between the turbine wheel of the rotating shaft and the compressor impeller has a larger diameter than the rotating shaft part outside the journal part. The outer rotating shaft portion of the journal portion is connected to a first inner flange located on the turbine wheel side and a second inner flange located on the complex impeller side.
an inner cavity is formed between the first and second inner flanges within the journal part, and a first communication hole is formed in the first inner flange in the axial direction. and a second communication hole is provided in the journal portion in the radial direction, so that a connection with the outside of the rotating shaft enters through the first communication hole, passes through the internal cavity, and exits from the second communication hole. It is characterized in that gas is circulated between the inner cavity and a bearing member is engaged with the journal portion.

実施例の説明 以下本考案の実施例について図面を参照して説
明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図には本考案を適用したガスタービンが示
されている。回転軸1の右端にはタービンホイー
ル2が一体的に取付けられている。第1図に左端
部にはコンプレツサインペラ3が取付けられ、回
転軸1はコンプレツサインペラよりさらに左方に
延びることができる。第1図に示すガスタービン
では、空気が矢印Aに沿つてコンプレツサに吸入
され、そこで圧縮されて、図示しない燃焼器に送
られ、燃焼器からの燃焼ガスが矢印Bのようにタ
ービンホイール2に作用してこれを駆動するもの
である。この回転軸1が本考案による気体軸受構
造により支承される。
FIG. 1 shows a gas turbine to which the present invention is applied. A turbine wheel 2 is integrally attached to the right end of the rotating shaft 1. A compressed impeller 3 is attached to the left end in FIG. 1, and the rotating shaft 1 can extend further to the left than the compressed impeller. In the gas turbine shown in FIG. 1, air is taken into a compressor along arrow A, compressed there, and sent to a combustor (not shown), and combustion gas from the combustor is sent to a turbine wheel 2 as shown by arrow B. It acts and drives it. This rotating shaft 1 is supported by a gas bearing structure according to the present invention.

軸受ハウジング4には環状フランジ5が固着さ
れ、フランジ5の内端部は気体軸受支持のための
サポート6となつている。以下第2図及び第3図
も同時に参照して、ハウジング4のタービン側側
壁はラビリンス7を形成したフランジ8となつて
おり、さらにその外周には断熱材9が配設されて
いる。このような構成のハウジング4内には軸受
室10が形成され、この軸受室10には11で示
された隙間又は適当なポートによりコンプレツサ
側から新気が供給され、軸受室10内の空気はタ
ービン側のラビリンス7からわずかずつ抜けるこ
とができ、従つて、軸受室10には新気が常に供
給され続けることができる。
An annular flange 5 is fixed to the bearing housing 4, and the inner end of the flange 5 serves as a support 6 for supporting the gas bearing. Referring also to FIGS. 2 and 3 below, the turbine-side side wall of the housing 4 is a flange 8 forming a labyrinth 7, and a heat insulating material 9 is disposed around the outer periphery of the flange 8. A bearing chamber 10 is formed in the housing 4 having such a structure, and fresh air is supplied from the compressor side to this bearing chamber 10 through a gap indicated by 11 or an appropriate port, and the air in the bearing chamber 10 is Fresh air can gradually escape from the labyrinth 7 on the turbine side, so that fresh air can be constantly supplied to the bearing chamber 10.

回転軸1はそのジヤーナル部においてもコンプ
レツサ部とほぼ同等の直径を有し、回転軸本体と
称することもできる。気体軸受により支承される
べき回転軸1のジヤーナル部には、環状ジヤーナ
ル部材12が嵌合されている。環状ジヤーナル部
材12は環状の内方フランジ13,14を有し、
それらの内周面が嵌合部となつている。一方の内
方フランジ13はコンプレツサインペラ3に近接
され、他方の内方フランジ14は回転軸1の肩部
15に係合しつつタービンホイール2からの距離
が左方のフランジ13とコンプレツサインペラ3
との間の距離より相対的に大きくなつている。従
つて、内方フランジ13,14は環状ジヤーナル
部材12の外円筒部に対してコンプレツサ側にオ
フセツトして配置されることになる。又、環状ジ
ヤーナル部材12の外円筒部は一端がコンプレツ
サインペラ3の背面に接触しているが他端はター
ビンホイール2に接触していない。回転軸ジヤー
ナル部のこのような構成により、タービンホイー
ル2からの熱伝達はジヤーナル部材12より小径
の回転軸本体によつてのみ行われ、伝達断面積が
小さいので熱伝達量が小さくなる。そして、フラ
ンジ13,14を介してジヤーナル部材12の外
円筒部への熱伝達量も小さくなる。さらに、前述
の内方フランジ13,14のコンプレツサ側への
オフセツトにより、回転軸本体の熱勾配がジヤー
ナル部材12の外円筒部では一様な熱分布とな
る。
The rotary shaft 1 also has a diameter substantially equal to that of the compressor portion in its journal portion, and can also be referred to as a rotary shaft main body. An annular journal member 12 is fitted into a journal portion of the rotating shaft 1 to be supported by a gas bearing. The annular journal member 12 has annular inner flanges 13 and 14;
Their inner circumferential surfaces serve as fitting portions. One inner flange 13 is close to the compressed impeller 3, and the other inner flange 14 is engaged with the shoulder 15 of the rotating shaft 1 and is connected to the flange 13 on the left at a distance from the turbine wheel 2. 3
is relatively larger than the distance between them. Therefore, the inner flanges 13 and 14 are arranged offset toward the compressor with respect to the outer cylindrical portion of the annular journal member 12. Further, one end of the outer cylindrical portion of the annular journal member 12 is in contact with the back surface of the compressor impeller 3, but the other end is not in contact with the turbine wheel 2. With this configuration of the rotary shaft journal portion, heat transfer from the turbine wheel 2 is performed only by the rotary shaft main body having a smaller diameter than the journal member 12, and the transfer cross-sectional area is small, so that the amount of heat transfer is small. The amount of heat transferred to the outer cylindrical portion of the journal member 12 via the flanges 13 and 14 is also reduced. Further, due to the aforementioned offset of the inner flanges 13 and 14 toward the compressor side, the thermal gradient of the rotary shaft body becomes uniform in the heat distribution in the outer cylindrical portion of the journal member 12.

回転軸1のジヤーナル部が嵌合構造とされたこ
とにより、これらの嵌合部及び肩部15並びに外
円筒部の内面及びフランジ14のタービンホイー
ル2に向いた面に、熱伝導率の低いセラミツクを
コーテイングし、ジヤーナル部材12の熱膨脹を
さらに低減させることができる。セラミツクコー
テイングの例としては、酸化クロム(Cr2O3)の
溶射等が好ましい。
Since the journal portion of the rotating shaft 1 has a fitting structure, ceramic with low thermal conductivity is formed on these fitting portions, the shoulder portion 15, the inner surface of the outer cylindrical portion, and the surface of the flange 14 facing the turbine wheel 2. can be coated to further reduce thermal expansion of the journal member 12. Preferred examples of ceramic coatings include thermal spraying of chromium oxide (Cr 2 O 3 ).

第3図において、上述した回転軸本体とジヤー
ナル部材12とにより内部空洞となる環状室16
が形成され、この環状室16と軸受室10とは、
内方フランジ14に軸線方向に設けた連通孔17
及びジヤーナル部材12に半径方向に設けた連通
孔18により相互に連通されている。回転軸1及
びジヤーナル部材12の回転により、環状室16
内の空気は遠心力によつて外方に飛ばされて半径
方向の連通孔18から軸受室10に流出し、その
分だけの空気が軸線方向の連通孔17から室16
内に流入する。従つて、環状室16と軸受室10
との間で循環流が起こり、軸受室10には前述し
たように常に新気が供給されているので、結局、
環状室16内の空気温度が低下することになる。
これによつて、ジヤーナル部材12の内外面の温
度差並びにジヤーナル部材12と後述する軸受と
の温度差が小さくなり、これら間の隙間の変化を
小さくすることができる。特に、軸線方向の連通
孔17はタービンホイール2側に位置する内方フ
ランジ14に設けられたものであり、空気の循環
流は軸線方向の連通孔17から入つて内部空洞と
なる環状室16を通り半径方向の連通孔18から
出るように形成される。従つて、軸受室10内で
回転軸1の外部の空気は、軸線方向の連通孔17
に入るときに最初にタービンホイール2と内方フ
ランジ14との間を通ることになり、タービンか
らの輻射熱によつて極端に高温となり勝ちな内方
フランジ14を有効に冷却しつつ環状室16に入
ることになる。
In FIG. 3, an annular chamber 16 formed into an internal cavity by the above-mentioned rotating shaft body and journal member 12.
is formed, and the annular chamber 16 and the bearing chamber 10 are
A communication hole 17 provided in the inner flange 14 in the axial direction
and communicate with each other through communication holes 18 provided in the journal member 12 in the radial direction. Due to the rotation of the rotating shaft 1 and the journal member 12, the annular chamber 16
The air inside is blown outward by centrifugal force and flows out from the radial communication hole 18 into the bearing chamber 10, and the corresponding amount of air flows from the axial communication hole 17 into the chamber 16.
flow inside. Therefore, the annular chamber 16 and the bearing chamber 10
Circulating flow occurs between the
The air temperature within the annular chamber 16 will decrease.
As a result, the temperature difference between the inner and outer surfaces of the journal member 12 and the temperature difference between the journal member 12 and a bearing to be described later are reduced, and changes in the gap therebetween can be reduced. In particular, the axial communication hole 17 is provided in the inner flange 14 located on the turbine wheel 2 side, and the circulating air flow enters through the axial communication hole 17 and passes through the annular chamber 16 which is an internal cavity. It is formed so as to exit from the communication hole 18 in the radial direction. Therefore, the air outside the rotating shaft 1 in the bearing chamber 10 flows through the axial communication hole 17.
When entering the annular chamber 16, it first passes between the turbine wheel 2 and the inner flange 14, and while effectively cooling the inner flange 14, which tends to become extremely hot due to radiant heat from the turbine. I will be entering.

環状ジヤーナル部材12に係合する軸受として
は公知の気体軸受が使用されることができるが、
この実施例ではテイルテイングパツド気体軸受が
採用されている。第1図及び第2図に示されるよ
うに、ジヤーナル部材12の外周には等間隔に軸
受パツド20が配設される。第2図における下方
の2個のパツド20はボール21により回転自在
に支持され、各ボール21は前述したサポート6
に螺着されたピボツト22に取付けられている。
各ピボツト22はナツトによりさらに係止され
る。上方のピボツト22は2個のサポート6に支
持されたビーム23に摺動自在に嵌合され、一方
のサポート6から延びたビーム24に取付けたア
ダプタ25に当接し、さらにばね負荷されてい
る。このような構成により、回転軸1の回転に際
して、ジヤーナル部材12とパツド20との間の
隙間に引きずりこまれた気体の楔膜作用により気
体圧力が発生し、気体軸受の作用を行う。
Although a known gas bearing can be used as the bearing that engages the annular journal member 12,
This embodiment employs a tailing pad gas bearing. As shown in FIGS. 1 and 2, bearing pads 20 are arranged at equal intervals around the outer circumference of the journal member 12. As shown in FIGS. The lower two pads 20 in FIG.
It is attached to a pivot 22 which is screwed to the.
Each pivot 22 is further locked by a nut. The upper pivot 22 is slidably fitted into a beam 23 supported by two supports 6, abuts on an adapter 25 attached to a beam 24 extending from one of the supports 6, and is further spring loaded. With this configuration, when the rotating shaft 1 rotates, gas pressure is generated due to the wedge film action of the gas dragged into the gap between the journal member 12 and the pad 20, thereby performing the action of a gas bearing.

考案の効果 以上説明したように本考案によれば、外部と内
部空洞との間に気体循環が起こるので、ジヤーナ
ル部の冷却が促進され、ジヤーナル部と軸受部材
との間の熱膨脹差が小さくなり、所定の微小クリ
アランスが保持されることができる。特に、ター
ビンホイール側に位置する第1の内方フランジに
軸線方向に第1の連通孔が設けられ、且つジヤー
ナル部に半径方向に第2の連通孔が設けられ、よ
つて気体の循環が該第1の連通孔から入つて該内
部空洞を通り該第2の連通孔から出るようになる
ので、気体が第1の連通孔に入るときに最初のタ
ービンホイールと第1の内方フランジとの間を通
ることになり、タービンからの輻射熱によつて極
端に高温となり勝ちな第1の内方フランジを有効
に冷却する。ジヤーナル部の局部的な熱膨脹が緩
和され、性能及び耐久性の優れたガスタービンの
気体軸受構造が得られる。
Effects of the invention As explained above, according to the invention, gas circulation occurs between the outside and the internal cavity, which promotes cooling of the journal part and reduces the difference in thermal expansion between the journal part and the bearing member. , a predetermined minute clearance can be maintained. Particularly, a first communication hole is provided in the axial direction in the first inner flange located on the turbine wheel side, and a second communication hole is provided in the journal part in the radial direction, so that the gas circulation can be carried out in the same direction. The gas enters through the first communication hole, passes through the internal cavity, and exits through the second communication hole, so that when the gas enters the first communication hole, the first turbine wheel and the first inner flange are connected to each other. This effectively cools the first inner flange, which is likely to become extremely hot due to radiant heat from the turbine. Local thermal expansion of the journal portion is alleviated, and a gas turbine gas bearing structure with excellent performance and durability can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案を適用したガスタービンの第2
図の線−に沿つて見た断面図、第2図は第1
図の線−に沿つて見た断面図、第3図は第1
図の要部拡大図である。 1……回転軸、2……タービンホイール、4…
…軸受ハウジング、10……軸受室、12……ジ
ヤーナル部材、16……環状室、17,18,3
2,33……連通孔、30……ジヤーナル部、3
1……内部空洞。
Figure 1 shows the second part of the gas turbine to which the present invention is applied.
A cross-sectional view taken along the line - in the figure, Figure 2 is the first
A cross-sectional view taken along the line - in the figure, Figure 3 is the first
It is an enlarged view of the main part of the figure. 1...Rotating shaft, 2...Turbine wheel, 4...
... Bearing housing, 10 ... Bearing chamber, 12 ... Journal member, 16 ... Annular chamber, 17, 18, 3
2, 33...Communication hole, 30...Journal part, 3
1...Internal cavity.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 回転軸のタービンホイールとコンプレツサイン
ペラとの間に設けられるジヤーナル部が該ジヤー
ナル部の外側の回転軸部分よりも大きな直径とさ
れ、該ジヤーナル部と該ジヤーナル部の外側の回
転軸部分とを前記タービンホイール側に位置する
第1の内方フランジと前記コンプレツサインペラ
側に位置する第2の内方フランジにより接合する
とともに該ジヤーナル部内で該第1及び該第2の
内方フランジとの間に内部空洞が形成され、該第
1の内方フランジに軸線方向に第1の連通孔が設
けられ、且つ該ジヤーナル部に半径方向に第2の
連通孔が設けられ、よつて該第1の連通孔から入
つて該内部空洞を通り該第2の連通孔から出るよ
うに回転軸外部と前記内部空洞との間で気体を循
環せしめ、さらに上記環状ジヤーナル部材が軸受
部材に係合されるようにしたガスタービンの気体
軸受構造。
A journal portion provided between the turbine wheel and the compressed impeller of the rotating shaft has a diameter larger than a rotating shaft portion outside the journal portion, and the journal portion and the rotating shaft portion outside the journal portion are connected to each other. joined by a first inner flange located on the turbine wheel side and a second inner flange located on the complex impeller side, and between the first and second inner flanges within the journal part. an internal cavity is formed, the first inner flange is provided with a first communication hole in the axial direction, and the journal portion is provided with a second communication hole in the radial direction; Gas is circulated between the outside of the rotating shaft and the internal cavity so as to enter through the hole, pass through the internal cavity, and exit from the second communication hole, and further, the annular journal member is engaged with the bearing member. gas turbine gas bearing structure.
JP19624683U 1983-12-22 1983-12-22 Gas turbine gas bearing structure Granted JPS60103722U (en)

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