JPH066205Y2 - ガスタ−ビンエンジンの熱交換器駆動軸用軸受構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、ガスタービンエンジンにおける回転蓄熱式熱
交換器の蓄熱体を回転駆動させる駆動軸の軸受構造に関
する。

〔従来の技術〕

本考案に関連する先行技術として、実開昭56-84156号公
報が知られている。本公報に開示されている回転蓄熱式
熱交換器の蓄熱体駆動歯車装置は、蓄熱体を回転させる
小歯車収納部が独立したハウジングとして構成されてお
り、小歯車による蓄熱体駆動部の調整機能を保ちなが
ら、高圧空気のシール性、および組付性の改善がはから
れている。

第２図は、従来のガスタービンエンジンにおける蓄熱体
を回転させるための駆動軸を支持する軸受構造を示して
いる。図において、熱交換器の蓄熱体１は、ケーシング
２に取付けられたサポート３で支持されており、蓄熱体
１の外周にはギア４が設けられている。蓄熱体１を回転
させるための駆動軸５は、ケーシング２の中空部に配設
されており、駆動軸５はケーシング２に収納された２個
のベアリング６によって回転可能に支持されている。

駆動軸５の一方には、蓄熱体１の外周面に設けられたギ
ア４と噛合うギア７が設けられており、他方にはベベル
ギア８が設けられている。ベベルギア８は、入力軸９に
取付けられたベベルギア10と噛合わされており、入力軸
９は図示されない回転駆動源と連結されている。駆動軸
５を支持するベアリング６の近傍にはダストシール10が
設けられており、高圧通気中に混入しているゴミ等がベ
アリング６に入らないようになっている。２個のベアリ
ング６の間、およびギア７側のベアリング６とダストシ
ール10との間には、ベアリング６を潤滑するためのグリ
ース11が封入されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第２図に示す軸受構造においては、ベア
リング６は高温雰囲気中にあるので、ベアリング６を潤
滑するグリース11が熱劣化し、ベアリング６の潤滑効果
が不十分になるという問題がある。しかも封入されたグ
リース６は、エンジン内の流路12から流入する高圧空気
によって吹き飛ばされるので、十分な潤滑効果が期待で
きなかった。

そこで、一般の金属製のベアリングよりも高温雰囲気で
の潤滑性の良い転動体がセラミックからなるセラミック
ベアリングを用いることが考えられる。しかし、潤滑性
が良いセラミックベアリングとは言っても、高温雰囲気
では全く潤滑をしないわけにはいかないため、たとえば
二硫化モリブデン等の粉体状の固体潤滑材による潤滑が
必要となる。しかしながら、この構造でも上述と同様に
封入された固体潤滑材が高圧空気によって短時間に吹き
とばされてしまい、十分な潤滑効果が期待できないとい
う問題がある。

本考案は、高温雰囲気による潤滑材の熱劣化を解消する
ことができ、かつ蓄熱体を回転駆動させるための駆動軸
を支持するベアリングを長期間にわたって十分に潤滑で
き、ベアリングの耐久性を大幅に向上させることのでき
るガスタービンエンジンの熱交換器駆動軸用軸受構造を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的に沿う本考案のガスタービンエンジンの熱交換
駆動軸用軸受構造は、駆動軸をベアリングで支持し、該
駆動軸に取付けられたギアを回転蓄熱型熱交換器の蓄熱
体の外周に設けられたギアと噛合せ、前記駆動軸の回転
により前記蓄熱体を回転させるようにしたガスタービン
エンジンにおいて、前記駆動軸を支持するベアリング
を、転動体がセラミックからなるセラミックベアリング
から構成し、該セラミックベアリングと隣接する位置
に、前記駆動軸側と摺接可能でかつ一方がセラミックベ
アリングと対向し他方が高温、高圧空気が流れる流路と
対向する固形状のカーボンを配置したものから成る。

〔作用〕

このように構成されたガスタービンエンジンの熱交換駆
動軸用軸受構造においては、駆動軸を支持するベアリン
グがセラミックベアリングから構成されるので、転動体
が金属製の従来のベアリングよりも高温雰囲気での潤滑
性が向上される。しかも、セラミックベアリングと隣接
する位置には、駆動軸側と摺接し高温雰囲気によって熱
劣化しない固形状のカーボンか配置されるので、駆動軸
とカーボンとの摺接によって発生するカーボンの摩耗粉
が高温、高圧空気の流れによってセラミックベアリング
に付着される。カーボンの摩耗粉は固体潤滑材として作
用し、固形状のカーボンは固体潤滑材の供給源となるの
で、この潤滑作用は長期間にわたって維持される。

また、セラミックベアリングは固形状のカーボンを介し
て高温・高圧空気が流れる流路と対向することになるの
で、セラミックベアリングは高温・高圧空気に直接触れ
ることがなくなる。したがって、高温・高圧空気に混在
するダストがセラミックベアリングに進入することは防
止される。

〔実施例〕

以下に、本考案に係るガスタービンエンジンの熱交換器
駆動軸用軸受構造の望ましい実施例を、図面を参照して
説明する。

第１図において、図中、21はガスタービンエンジン20の
回転蓄熱型熱交換器の蓄熱体を示している。蓄熱体21の
外周面には周方向に延びるギア22が設けられており、ギ
ア22の歯幅は蓄熱体21の幅の半分以下となっている。蓄
熱体21の外周面は、ギア22に隣接しケーシング23によっ
て保持されるサポート24により回転可能に支持されてい
る。ケーシング23は、一方に前記サポート24が設けら
れ、他方はガスタービンエンジン20のハウジング25に嵌
合されている。ケーシング23は、略筒状部材から構成さ
れ、半径方向外方に膨出するフランジ部23aに挿通され
たボルト26によってハウジング25に固定されている。

ケーシング23の中空部には、蓄熱体21の回転中心軸線と
平行に延びる駆動軸27が配設されている。駆動軸27は、
ケーシング23内に配置された２個のセラミックベアリン
グ28により回転可能に支持されている。セラミックベア
リング28は、転動体としてのボール29がセラミックから
構成されており、外輪30、内輪31、ボール29を保持する
保持器（図示略）は通常のベアリングと同様に金属から
構成されている。２個のセラミックベアリング28の一方
の外輪30はケーシング23内の段部23bに当接されてお
り、他方のセラミックベアリング28の外輪30はケーシン
グ23の他方の端部に装着された止め輪33に当接されてい
る。そして、２個のセラミックベアリング28のうち一方
のベアリングの外輪30と他方のベアリングの外輪30との
間には、２個のセラミックベアリング28を所定の間隔に
維持するスペーサ34が設けられている。同様に２個のセ
ラミックベアリング28のうち一方のベアリングの内輪31
と他方のベアリングの内輪31との間には、スペーサ35が
設けられている。

駆動軸27の一方には、蓄熱体21の外周面に設けられたギ
ア22と噛合うギア36が設けられており、ギア36は駆動軸
27の一方の端部のねじ部に螺合されたナット37によって
固定されている。ギア36とこのギア36に隣接するセラミ
ックベアリング28の内輪31との間には、両者の間隔を一
定に維持するスペーサ38が介装されている。

駆動軸27の他方には、ベベルギア39が設けられており、
ベベルギア39は駆動軸27の他方の端部のねじ部に螺合さ
れたナット40により固定されている。ベベルギア39は、
駆動軸27の軸芯と直交する方向に延びる入力軸41に取付
けられたベベルギア42と噛合わされている。ベベルギア
42は入力軸41に螺合されたナット43により固定されてお
り、入力軸41はケーシング44に設けられたベアリング4
5、46によって回転可能に支持されている。ケーシング44
は、ボルト47によりエンジンのハウジング25に固定され
ている。入力軸41には、図示されない回転駆動源が連結
されており、入力軸41を回転させることにより、蓄熱体
21側のギア22と噛合う駆動軸27のギア36が回転し、蓄熱
体21が所定の速度で回転駆動されるようになっている。

前述の２個のセラミックベアリング28の間には、固形状
のカーボン48が設けられている。すなわち、カーボン48
はカーボン軸受として円筒状に形成され、外周面がスペ
ーサ34に嵌合され、内周面がスペーサ35と接触してい
る。同様にギア36と隣接するセラミックベアリング28側
にも、内周面がスペーサ38と接触し外周面がケーシング
23に嵌合される固形状のカーボン49が設けられている。
カーボン49は一端がセラミックベアリング28の外輪30に
当接し、他端がケーシング23の一方の端部に装着された
止め輪50に当接されている。

固形状のカーボン49の一方は、圧縮排出口から流出した
高温、高圧空気が流れる流路51と対向している。これに
より、一方のセラミックベアリング28は、固形状のカー
ボン49を介して高温、高圧空気が流れる流路51と対向す
ることになり、セラミックベアリング28は高温、高圧空
気に直接触れることが防止されている。

つぎに、上記のガスタービンエンジンの熱交換器駆動軸
用軸受構造における作用について説明する。

まず、図示されない回転駆動源によって入力軸41が回転
駆動されると、入力軸41側のベベルギア42と噛合うベベ
ルギア39が回転し、駆動軸27が回転される。駆動軸27が
回転することにより、駆動軸27側のギア36と噛合う蓄熱
体21側のギア22が駆動され、蓄熱体21は一定方向に所定
の回転速度で回転される。蓄熱体21が回転すると流路51
を通過する高温、高圧の空気が蓄熱体21に蓄えられた熱
と熱交換され、さらに空気の温度が高められる。

この場合、駆動軸27が回転すると、駆動軸27の外周に位
置するスペーサ35、38が駆動軸27とともに回転し、カー
ボン48の内周面とスペーサ35の外周面、およびカーボン
49の内周面とスペーサ38の外周面とが摺接される。これ
により、カーボン48、49の内面が摩耗し、摩耗により生
じたカーボン微粉が流路51を通過する高温、高圧空気の
圧力により各セラミックベアリング28に付着される。つ
まり、流路51の圧力により、固体潤滑材の役割を果すカ
ーボン49の微粉が無潤滑で使用されるセラミックベアリ
ング28側に供給される。このカーボン微粉はカーボン4
8、49が摩耗する分だけ供給されるので、一般の固体潤滑
材のように高圧空気によって短時間に吹きとばされる心
配もなく、駆動軸27が回転する限りは連続的に供給され
る。したがって、セラミックベアリング28の潤滑は十分
確保され、その耐久性は大幅に向上される。

また、カーボン48、49は各セラミックベアリング28に隣
接して設けられているので、流路51を通過する高温、高
圧空気が直接セラミックベアリング28に触れることはな
くなる。すなわち、固形状のカーボン48、49はダストシ
ールの効果を果し、セラミックベアリング28への異物混
入が防止される。

さらに、固形状のカーボン48、49は、本実施例では一般
のすべり軸受の作用も果し、セラミックベアリング28の
荷重を一部負担することになるので、セラミックベアリ
ング28の荷重負担が軽減され、セラミックベアリング28
の寿命も延長される。

なお、本実施例では、固形状のカーボンを駆動軸を支持
するすべり軸受として構成したが、上述したように異物
の侵入を防止するダストシールとしても良い。

〔考案の効果〕

本考案のガスタービンエンジンの熱交換器駆動軸用軸受
構造によれば、駆動軸を支持するベアリングを、転動体
がセラミックからなるセラミックベアリングから構成
し、セラミックベアリングに隣接する位置に、駆動軸側
と摺接可能でかつ一方がセラミックベアリングと対向し
他方は高温、高圧空気が流れる流路と対向する固形状の
カーボンを配置するようにしたので、駆動軸の回転によ
って生じ固体潤滑材の役割を果すカーボンの摩耗微粉を
長期間にわたりセラミックベアリングに供給することが
可能となり、高温雰囲気におけるセラミックベアリング
の耐久性を大幅に向上させることができる。

また、セラミックベアリングは固形状のカーボンを介し
て高温、高圧空気が流れる流路と対向することになるの
で、セラミックベアリングは高温・高圧空気に直接触れ
ることがなくなる。したがって、高温・高圧空気に混在
するダストがセラミックベアリングに進入することも確
実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るガスタービンエンジン
の熱交換器駆動軸用軸受構造の断面図、 第２図はガスタービンエンジンにおける従来の熱交換器
駆動軸用軸受構造の断面図、 である。 20……ガスタービンエンジン 21……蓄熱体 22……ギア 27……駆動軸 28……セラミックベアリング 29……転動体（ボール） 36……ギア 48、49……固形状のカーボン 51……高温・高圧空気の流路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動軸をベアリングで支持し、該駆動軸に
   取付けられたギアを回転蓄熱型熱交換器の蓄熱体の外周
   に設けられたギアと噛合せ、前記駆動軸の回転により前
   記蓄熱体を回転させるようにしたガスタービンエンジン
   において、前記駆動軸を支持するベアリングを、転動体
   がセラミックからなるセラミックベアリングから構成
   し、該セラミックベアリングと隣接する位置に、前記駆
   動軸側と摺接可能でかつ一方がセラミックベアリングと
   対向し他方が高温、高圧空気が流れる流路と対向する固
   形状のカーボンを配置したことを特徴とするガスタービ
   ンエンジンの熱交換器駆動軸用軸受構造。