JPS60147538A - 排気タ−ビン過給機における軸推力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、排気タービン過給機における軸推力制御装
置に関する。

排気タービン過給機のロータを支持する軸受の配置方式
にロータ軸を排気タービンと圧縮機との中間で支承させ
る中間軸受構造といわれる方式があるが、従来の中間軸
受構造をもつ過給機にっ込て説明すると、第１図におい
て、過給機の回転部は、圧縮機羽根車１、排気タービン
翼１１および該タービン翼を突設させたタービンディス
ク１２と前記羽根車とを連結するロータ軸１３から々す
、該ロータ軸を圧縮機側ジャーナル軸受２１およびター
ビン側ジャーナル軸受２２で支承させ、前記両ジャーナ
ル軸受の中間に軸推力を支受する二個の推力軸受２３お
よび２４を配置し、また前記両ジャーナル軸受の外側に
圧縮機側ラビリンスパツキン２５およびタービン側ラビ
リンスパツキン２６を配設させて潤滑油の漏洩を防止さ
せるようにしている。前述した従来過給機の軸推力をそ
の圧縮機側と排気タービン側に分けて説明すれば、該軸
推力の方向を第１図における矢印Ｚ方向、すなわちター
ビン側から圧縮機側への方向を正（＋）と定義するもの
とし、またタービンディスク１２０両側の圧縮機側の密
閉室をＡ室とし、その反対側の密閉室をＢと各々鉾ぶも
のとすると、圧縮機側の軸推力Ｆは圧縮機羽根車１の正
面側に作用するＦＢ、および同じく背面側に作用するＦ
Ｂ２との和であるが、後者のＦ　が大きいので常に正（
十）方２ 向に指向し、その値は高圧力比の圧縮機においては極め
て大きく、そのために圧縮機の背面の外周側に空気漏洩
を防止するラビリンスパツキン２９を配設することによ
って、その内周側から空気を大気に放出して該推力ＦＢ
を軽減させている。なお、その大気放出は矢印Ｙで示し
、また圧縮機の空気吸込口を矢印Ｘで、空気吐出口を矢
印Ｗで夫々あられし、さらに圧縮機羽根車１の背面のラ
ビリンスパツキン、２５および２９で密閉された密閉室
をＣ室として前記大気放出は該Ｃ室からなされるように
している。一方、タービン側の軸推力ＦＴは、タービン
翼１１の前後の圧力差および運動量との合成力ＦＴ□（
常に正（＋）の方向に作用してその値はタービン翼の反
動度に左右される）、前記密閉室Ａ室側のタービンディ
スク１２に作用するＦ　および密閉室Ｂ室側に作用する
ＦＴ３からなり、２ Ｆ、ｒ”　ＦＴｌ　”’Ｔ２　十ＦＴ３　の関係にある
。なお、前記密閉室Ａ室はラビリンスパツキン２６およ
び前記ディスクの外周部に配設したラビリンスパツキン
２７によって密閉され、該入室内には軸受ケース３０に
穿設しである錐孔３１、図示しない独立の配管によって
前記空気吐出口（矢印Ｗ）の高圧空気を導入させ、また
前記密閉室Ｂ室は、前記ディスクの外周部に配設したラ
ビリンスパツキン２８によって密閉させるともに、その
内側の適宜個所から大気に放出自在にし、あるいはガス
出口ケーシング３４が形成するガス出口（矢印Ｖ）の通
路に配管によって連通させている。また、ガス入口（矢
印Ｕ）からの排気ガスはタービンノズル外Ｗ３３が構成
するノズル３２を経て前記タービン翼を回転させてから
前記ガス出口から放出されている。前述したタービン側
の軸推力Ｆ０式におけるＦＴ２は、圧縮機の吐出圧力Ｐ
、によってほぼ決定されるが、他のＦＴｌおよびＦＴ３
は、タービンの反動度によって変化するので、前記圧縮
機側軸推力Ｆおよびタービン側軸推力ＦＴの合成した軸
推力ＦＴｏＴも、またタービンの反動度によって変化す
ることがら、この変化を示す第２図において、前記反動
度の大きい場合には軸推力ＦＴｏＴが正（＋）方向の大
きな力に々す、反動度の小さめ場合には負（−）方向の
力になる。

しかるに、従来過給機においては、前述したタービンの
反動度の変化に対応する軸推力の制御機構を備えていな
いために、軸推力Ｆ、。７の大きさによって推力軸受２
３お声び２４の受圧面積の差異を設けるか、あるいは最
大の軸推力値に対応する受圧面積を保持させるかの方式
を採用して補っているけれども、これ等の方式はともに
性能的に不充分であるだけでなく、原価構成上からも不
得策であるとされている。

この発明は、このような現状からなされたものであって
、圧縮機羽根車の背面に作用する推力、およびロータデ
ィスクの両面に夫々作用する推力を制御自在に構成させ
ることによって、ロータ軸推力を零値、または最小値に
保持させて、タービンの反動度如何に拘らずに推力軸受
を最小の受圧面積で満足させられるようにした排気ター
ビン過給機の軸推力制御装置を提供することを目的とし
ている。

つぎに、この発明の実施例を示す図面によって説明する
と、第３図において、圧縮機羽根車１とタービン翼１１
を突設させであるタービンディスク１２をロータ軸１３
で連結させた過給機の前記羽根車が圧縮した高圧空気（
吐出圧力Ｐｄ）を吐出する空気吐出口（矢印Ｗ）とター
ビンディスク１２の圧縮機側の密閉室Ａ室を空気管３５
によって流量制御弁ｖＡ３６を介在させて接続し、また
前記羽根車の背面の密閉室Ｃの適宜個所から流量制御弁
Ｖ。３７を介在させて大気放出管３８を突出させ、さら
に前記ディスクの圧縮機反対側の密閉室Ｂ室とガス出口
（矢印Ｖ）の通路になるガス出口ケーシング３４とを流
量制御弁ｖＢ３９を介在させてガス配管４０によって接
続させるとともに、前記空気配管の空気吐出口側から分
岐させて圧力発信器４１に接続し、該発信器には設定弁
開度４２と照合自在な弁開度判別器４２を、つぎに弁開
度検出値と前記開度判別器が与える開度指定値との偏差
を修正する偏差修正器４４に、さらに前記開度偏差量に
応じて弁開度の増減量を設定する設定コントローラ４５
に、さらにつぎに前記コントローラの信号によって弁開
度の増減量を前記各制御弁に伝達するアクチュエータ４
６を夫々連続配設し、また前記弁開度判別器には前記制
御弁■い■８および■。の各々の弁開度を発信する弁開
度発信器４７を接続させてなるものである。なお、前記
圧力発信器に代えて、ロータ軸１３の回転数を発信する
回転数発信器４８を装備してもよ−い。

したがって、この発明の構成によれば、制御弁ｖＡ、’
ｖ、およびＶ。によって密閉室Ａ室、Ｂ室およびＣ室内
の圧力を制御して各推力および過給機全体の軸推力を制
御できるが、これを第４図例、Ｃ）、（り）、に）、（
オ）、（力）、（キ）および汐）に示す軸推力調整例に
よって説明すると、タービン翼１１０前後の圧力差およ
び運動量との合成力ＦＴ１は、タービンの反動度によっ
てＴ１工（反動慶大）からＴ工、（反動度小）の範囲で
一義的に定まり内、つぎに制御弁■Ａ３６によるタービ
ンディスク１２に作用する力Ｆア２の制御は、前記弁■
４を制御することでＴ２□（弁■、の全開時）からＴ２
□（弁ｖＡの全閉時）の範囲で調整可能であり、したが
ってその間のＴ２４の設定が自在であり＋４１、制御弁
ＶＢ３９による前記ディスクに作用する力ＦＴ３の制御
は、該弁■８が全閉時にはＦＴ３が反動度によってＴ３
□（反動慶大−調整前）からＴ３□（反動度小−調整前
）の範囲で一義的に定まるが、前記弁■□が（１）密閉
室Ｂ室内圧力ＰＢがガス出口圧力Ｐ、　１１下の場合、
すなわちＰＢ、Ｂ８の場合、弁ＶＢが閉となり、ＰＢｒ
３の場合には前記弁は開となり、また（２）前記密閉室
からガス出口（矢印Ｖ）に向かうガス流はラビリンスパ
ツキン２８によって制約されているので、該弁ＶＢに代
えて適宜形状寸法のオリアイス、または配管を設置して
前述制御手段を付設させないようにしてもよいなどの前
記弁ＶＢの機能から前記ディスクへの作用力ＦＴ３は、
タービンの反動度の如何によらず一定の力Ｔ３３に調整
でき（り）、つぎに制御弁■えおよび■３によるタービ
ン側の軸推力ＦＴの制御については、前述したように前
記両制御弁を適宜に制御させることによってＴ０ｎ（反
動慶大−Ｆ、を可能最小に調整−Ｔ４３＝Ｔ、１十Ｔ２
□十Ｔ３３）ρ・らＴ４４（反動度小−ＦＴ＝０に調整
−Ｔ４４＝Ｔ１□十Ｔ２５＋Ｔ３３）の範囲に設定でき
（ロ）、ついで、圧縮機側について述べると、羽根車１
の正面側に作用する力ＦＢ１は圧縮機の仕様によってほ
ぼ一義的に定まり（オ）、制御弁−■ｏによる羽根車背
面への力ＦＢ２の制御については、Ｂ２１　（弁■ｏヲ
全閉した時）からＢ２２（弁Ｖ。を全開した時）の範囲
で調整可能であるから、その範囲内の８２３　、Ｂ２４
の設定が自在であり帥）、前述したことから明らかであ
るが、弁■。による圧縮機側の軸推力ＦＢの制御は、核
弁■。の適当な調整によってＢ４□（弁■。の全閉時−
Ｂ４□＝Ｂ□□＋Ｂ２１）からＢ４□（弁■。の全開時
−Ｂ４２＝　Ｂ□１＋Ｂ２□）の範囲に設定できるので
、その範囲内のＢ４３、またはＢ４４等の設定が自在で
あるが、Ｂ４３二Ｂ１１＋Ｂ２３、Ｂ４４　”ＢＩＩ　
十Ｂ２４なるようにＦＢ□を夫々Ｂ２３、Ｂ２４に調整
した場合であり、したがって、前記全弁ｖＡ１■３およ
びＶ。によっての過給機の軸推力Ｆ、。、の制御は、前
記タービン側推力ＦＴおよび圧縮機側推力ＰＢの合力が
ＰＴＯＴであるから、いまタービン反動度が大である場
合には、まずタービン反動度が大である場合には、まず
タービン側推力ＦＴは、Ｔ０ｎのように正（＋）の推力
がかがるが、圧縮機側推力ＰＢとしてＴ０ｎと絶対値が
等しく、かつ負（−）向きの推力Ｂ４３を選定すれば、
前記軸推力ＦＴＯＴはい）におけるＦＴＯＴ４３となっ
て零値にすることができ、まへ反動度の犬なる場合を除
けば、タービン側ｉカＦＴは、Ｔ４４（１）に示すよう
にそれ自体で零値に調整できるが、この場合の圧縮機側
推力ＦＢ　は、当然にＢ４４（キ）に示すように零値に
調整されるので、前記両推力の合力である過給機の軸推
力Ｆ”ｒｏアも（り）におけるようにＦＴＯＴ４４とな
って零値となシ、なお前記全弁による制御を行々わない
場合、すなわち従来軸推力の範囲は、ＦＴＯＴ４１　（
ＦＴＯＴ４１　”　Ｔ４、十Ｂ４□）の示す曲線からＦ
ＴＯＴ４２　（ＦＴｏｒ４□二Ｔ４゜十Ｂ、２）の示す
曲線内に入ることに々って不利益である（り）ことが知
られている。

上述したように、この発明は、制御弁ｖＡ、ＶＢおよび
Ｖａを制御することによって過給機軸推力を零価に、あ
るいは零値に近い小さい力に調整できるから、その産業
上の利用価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の過給機の要部を縦切断してあられした
側面図、第２図は、同じく過給機軸推力とタービンの反
動度との関係を示す曲線図、第３図は、この発明の実施
例を示す要部を縦切断してあられし、かつ制御系統の回
路を部面した側面図、第４図（ア）ないしく工）は、同
じくタービン側推力の制御例を示す図表、（オ）および
（キ）は、同じく圧縮機側推力の制御例を示す図表、（
り）は、同じく過給機軸推力の制御例を示す図表である
。 １・・圧縮機羽根車、１１・・タービン翼、１２・・タ
ービンディスク、１３・・ロータ軸、２１゜２２・・ジ
ャーナル軸受、２３．２４・・推力軸受、３５・・空気
管、３６・・制御弁ｖＡ、３７・・制御弁Ｖ。、３８・
・大気放出管、３９・・　制御弁ｖＢ１４０・・ガス配
管、４１・・圧力発信器、４２・・弁設定開度、４３・
・弁開度判別器、４４・・偏差修正器、４５・・設定コ
ントローラ、４６・・アクチュエ−ｚ、４７・・弁開度
発信器、４８・・回転数発信器。 第２図 グービンの／尺’ｍ（隻 手続補正書（方式） 昭和５９年　４月　２６日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示　特願昭５９年２０７４号２、発明の名
称　排気タービン過給機における軸推力制御装置３、補
正をする者　事件との関係　出願人名　称　三菱重工業
株式会社 ４、復代理人　〒１００東京都千代田区有楽町−丁目８
番１号５、補正命令の日付　昭和５９年　３月　２７日
６、補正の対象　明細書の「図面の簡単な説明」の欄お
よび図面［、Ａ］　明細書第１１頁第１５−１８行「第
４図（ア）・・・・図表である。」を［第４図の１はタ
ービン側推力の制御例を示す図表、第４図の２は圧縮機
側推力の制御例および過給機軸推力の制御例を示す図表
である。」と訂正します。 ［Ｂ］　図面中、第４図を別紙のとおり第４図の１、第
４図の２と訂正します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機羽根車およびタービン翼ディスクをロータ軸で連
   結させた過給機の羽゛根車の空気吐出口と圧縮機側ディ
   スク密閉室を制御弁を介して空気管で接続させ、また羽
   根車背面密閉室に他の制御弁を介して大気放出管を突設
   させ、さらに圧縮機反対側ディスク密閉室とガス出口を
   さらに他の制御弁を介してガス配管で接続させるととも
   に、空気管を分岐して圧力発信器に接続させ、該発信器
   および各制御弁の弁開度発信器を夫々設定弁開度と照合
   自在な弁開度判別器に、ついで検出弁開度と指定開度と
   の偏差を修正する偏差修正器に、さらに開度偏差に応じ
   て弁開度増減量を設定するコントローラに、さらについ
   でその信号によって弁開度増減量を多弁に伝達するアク
   チュエータに連続接続させたことを特徴とする排気ター
   ビン過給機における軸推力制御装置。