燃气涡轮发动机的制作方法

相关申请

本申请主张2017年6月19日提出申请的日本专利申请2017-119377的优先权，并通过参照将其整体引用作为本申请的一部分。

本发明涉及一种燃气涡轮发动机，尤其涉及一种燃气涡轮发动机中的排油结构。

背景技术：

在燃气涡轮发动机中，作为对来自涡轮的排气进行排出的排气扩散器的结构，一般采用由板状的外筒和内筒构成的双重结构。形成排气扩散器的外筒和内筒利用沿径向延伸的支柱进行连结(例如专利文献1)。

而且，在具有上述那样的支柱的燃气涡轮发动机中，使位于排气扩散器的内径侧的供支撑转子的轴承之用的油的通道(供油路及排油路)在支柱的内部空间通过并延伸设置。这样能够有效地利用燃气涡轮发动机内的空间，从而实现燃气涡轮发动机整体的小型化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2015-200211号公报

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

但是，贯穿排气扩散器设置的支柱会导致排气的压力损失，因此为了提高燃气涡轮发动机的效率而希望能够形成尽量细的支柱。为此而需要使在支柱的内部通过的供油路和排油路小径化。另一方面，仅使排油路小径化会导致从轴承室排油的排油性降低。

本发明的目的在于，为了解决上述技术问题而提供一种燃气涡轮发动机，其构成为使轴承用的供油路及排油路在支柱的内部空间通过，且通过提高从轴承室排油的排油性而使排油路小径化，并由此使支柱小径化而提高燃气涡轮发动机的效率。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明的燃气涡轮发动机具备：

涡轮；

轴承，其将所述涡轮的转子可自由旋转地支撑；

排气扩散器，其连接于所述涡轮的下游端，并具有内筒和外筒，在该内筒和外筒之间形成有环状的排气通路；

轴承室，其形成于所述内筒的径向内侧并收纳所述轴承；

多个中空的支柱，其横贯所述排气通路并延伸，并连结所述内筒与所述外筒；

导油路，其在多个所述支柱中的一个支柱的内部通过并延伸，并导入向所述轴承室供给的油；

排油路，其在多个所述支柱中的一个支柱的内部通过并延伸，并使油从在所述轴承室的底面开口的排油入口排出；以及

喷出油路，其使通过了所述导油路的油的一部分向所述排油入口喷出。

采用该结构，使油从喷出油路向排油路内喷出，从而在排油路的排油入口部分产生喷射效果，提高了从轴承室排油的排油性。即，通过设置喷出油路，而能够使排油路小径化且不降低排油性，因此能够使支柱小型化。因而，降低了排气通路中的压力损失，并提高了燃气涡轮发动机的效率。

在本发明的一个实施方式中，可以是，所述喷出油路使油从所述轴承室内向所述排油入口喷出。采用该结构，油从喷出油路向排油入口的喷出是在比排油入口更近的位置进行，因此进一步提高了排油性。

在本发明的一个实施方式中，可以是，所述喷出油路从所述导油路的所述支柱的径向内侧的位置分支并延伸。采用该结构，使喷出油路从支柱的径向内侧这样的比轴承室更近的位置分支，因此能够抑制供排油结构整体的复杂化、大型化并提高排油性。

在本发明的一个实施方式中，可以是，具备：上方供油路，其从所述导油路分支并延伸，并使油从所述转子的上方向所述轴承室供给；以及，下方供油路，其从所述导油路分支并延伸，并使油从所述转子的下方向所述轴承室供给。采用该结构，能够利用分别设置于上方、下方的供油路向轴承室沿着周向均等地进行供油。而且，通过将这些供油路和喷出油路作为独立路径设置，能够兼顾周向上的均等供油和排油性的提高。

在本发明的一个实施方式中，可以是，所述转子的后端位置比所述导油路的轴心方向位置靠向前方，所述喷出油路沿着所述导油路的轴心延伸。采用该结构，能够使从导油路到喷出油路的结构简化。

在本发明的一个实施方式中，可以是，所述导油路、所述喷出油路以及所述排油路分别沿着铅垂方向延伸，且配置为彼此呈同心状。采用该结构，能够利用重力高效地进行油从导油路经喷出油路向排油路的喷出，并且获得更高的喷射效果。

在本发明的一个实施方式中，可以是，所述转子的后端位置比所述导油路的轴心方向位置靠向后方，所述喷出油路迂回绕过所述转子并延伸。采用该结构，对于现有的构成为转子的后端位置比导油路的轴心方向位置靠向后方的燃气涡轮发动机，能够在抑制对现有结构的变更的前提下设置喷出油路并提高排油性。

在本发明的一个实施方式中，可以是，设置有将所述转子的后端覆盖的转子罩盖，所述喷出油路的至少一部分形成于所述转子罩盖的内部。采用该结构，在构成为具备转子罩盖的燃气涡轮发动机中，能够利用转子罩盖设置喷出油路，从而抑制结构部件的增加并提高了排油性。

在本发明的一个实施方式中，可以是，具备：上方供油路，其从所述导油路分支并延伸，并使油从所述转子的上方向所述轴承室供给；以及，下方供油路，其从所述导油路分支并延伸，并使油从所述转子的下方向所述轴承室供给，所述喷出油路从所述下方供油路分支地设置。采用该结构，在具备下方供油路的燃气涡轮发动机中，能够利用下方供油路将油导向喷出油路，从而抑制供排油结构整体的复杂化、大型化并提高排油性。

在本发明的一个实施方式中，可以是，在所述喷出油路的下游端部形成有使油加速的加速部。具体而言，例如，所述加速部可以具有从上游侧朝向下游侧逐渐缩径的形状，或者，所述加速部形成为，其流路剖面面积比该加速部上游侧的流路剖面面积更小，且其剖面的流路周长比该加速部上游侧的流路周长更长。通过这样形成喷出油路，从而能够获得更高的喷射效果，并进一步提高排油性。

在本发明的一个实施方式中，可以是，在所述排油路的上游端部形成有喉口部。通过这样形成排油路，从而能够获得更高的喷射效果，并进一步提高排油性。

在权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合也都包含于本发明。尤其是权利要求书的各权利要求的两个以上的任意组合也都包含于本发明。

附图说明

通过参考附图对以下优选的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本发明。但是，实施方式和附图仅用于图示和说明，不应用于限定本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求书确定。在附图中，各图中的相同附图标记表示相同或相当的部分。

图1是表示本发明第一实施方式的燃气涡轮发动机的局部剖切侧视图。

图2是将图1的燃气涡轮发动机的排气扩散器的周边部分放大表示的剖视图。

图3是示意性地表示在图2的燃气涡轮发动机中设置的喷出油路的一个变形例的剖视图。

图4是示意性地表示在图2的燃气涡轮发动机中设置的喷出油路的另一变形例的正视图。

图5是示意性地表示在图2的燃气涡轮发动机中设置的喷出油路和排油路的剖视图。

图6是示意性地表示图5的喷出油路的加速部的一个变形例的剖视图。

图7是示意性地表示图5的喷出油路的加速部的另一变形例的剖视图。

图8是示意性地表示在图2的燃气涡轮发动机中设置的喷出油路和排油路的变形例的剖视图。

图9是将本发明第二实施方式的燃气涡轮发动机的排气扩散器的周边部分放大表示的剖视图。

图10是将本发明第三实施方式的燃气涡轮发动机的排气扩散器的周边部分放大表示的剖视图。

图11是示意性地表示图10的燃气涡轮发动机的一个变形例的剖视图。

具体实施方式

以下根据附图对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限定于该实施方式。

图1是将本发明第一实施方式的燃气涡轮发动机(以下简称为燃气轮机)的一部分剖切表示的侧视图。燃气轮机1利用压缩机3将空气a压缩并导向燃烧器5，并且使燃料f向燃烧器5内喷射并与压缩空气a一起燃烧，并利用所得到的高温高压的燃烧气体g来驱动涡轮7旋转。涡轮7对经由转子9连结的例如发电机等负载(未图示)进行驱动。此外，在以下的说明中，将燃气轮机1的轴心方向上的压缩机3侧称为“前侧”，将涡轮7侧称为“后侧”。另外，在仅表述为“轴心”的情况下，是表示燃气轮机的轴心c1。另外，在仅表述为“径向”、“周向”的情况下，是表示燃气轮机以及与其呈同心状配置的部件的径向、周向。

在涡轮7的出口连接有使来自涡轮7的排放气体eg向外部排出的排气扩散器11。排气扩散器11由彼此呈同心状配置的外筒13和内筒15构成。即，外筒13和内筒15之间的环状空间形成了供排放气体eg通过的排气通路17。外筒13及内筒15分别是例如由耐热性优异的金属材料构成的模具成型品。制造外筒13和内筒15的方法不限于此，例如，也可以利用由上述金属材料构成的板状材料来形成外筒13和内筒15。在排气扩散器11的径向内侧，利用轴承19将转子9可自由旋转地支撑。

如图2所示，外筒13和内筒15利用支柱21进行连结。支柱21沿着排气扩散器11的周向设置有多个。支柱21横贯排气通路17并延伸。在图示的例子中，支柱21沿着排气扩散器11的径向延伸。另外，支柱21也可以相对于排气扩散器11的径向倾斜地延伸。各支柱21形成为中空部件。

在形成排气扩散器11的内筒15的径向内侧形成有收纳轴承19的轴承室23。轴承室23形成为大致呈有底圆筒状的轴承壳体25内的空间。在图示的例子中，轴承壳体25由大致呈筒状的轴承支撑件27和圆板状的后部壁29构成。轴承支撑件27固定于内筒15的内周面。在轴承支撑件27的内周面固定有轴承19。也就是说，轴承19经由轴承支撑件27支撑于内筒15。后部壁29与轴承支撑件27的后端连结并使轴承室23的后部封闭。在轴承室23的前端侧设置有环状的密封部件31，该密封部件31以可滑动的方式将转子9的外周面与轴承支撑件27之间的间隙密封。密封部件31与轴承支撑件27的前端部连结。

下面对向轴承室23内供给的油ol的供油结构和排油结构进行说明。向轴承室23供油的供油系统具有：将油ol从燃气轮机1的壳体h的外侧导向轴承支撑件27的导油路33；以及从导油路33分支延伸并将油ol向轴承室23供给的供油路35。导油路33在多个支柱21中的一个支柱21的内部通过并延伸。此外，在以下的说明中，为了方便而将导油路33所通过的支柱21称为“导油用支柱21a”

具体而言，导油路33的在多个支柱21中的一个支柱21的内部通过的部分由管状的导油管37形成。另外，在轴承壳体25的外周壁的位于支柱21的内径侧的部分，形成有导油孔39，该导油孔39成为导油路33的最下游部。导油孔39形成为从轴承支撑件27的外周面朝向径向内侧呈凹状。该导油孔39与导油管37的下游端部(即内径侧端部)连接。这样，轴承支撑件27的所述导油孔39形成了导油路33的最下游部分。

从轴承室23排油的排油系统具有排油路41，该排油路41使轴承室23内的油ol从轴承室23向燃气轮机1的壳体h外侧排出。排油路41由管状的排油管43形成。排油路41以其排油入口41a在轴承室23的底面45开口的方式设置。更具体而言，是在轴承壳体25的下方部分的内周部形成有轴承室23的底面45。在图示的例子中，底面45形成为从轴承19侧朝向排油路41侧(在图示的例子中为朝向后方)稍微向下方倾斜的平坦面。另外，底面45也可以不是平坦面。

在本实施方式中，采用了利用重力进行排油的方式，并且没有设置用于排油的泵等驱动装置。另外，也可以在排油系统中设置用于排油的泵等驱动装置。排油路41以在多个支柱21中的一个支柱21的内部通过的方式延伸设置。此外，在以下的说明中，为了方便而将排油路41所通过的支柱21称为“排油用支柱21b”。

在本实施方式中，在供油系统和排油系统之间设置有喷出油路51。喷出油路51使通过了导油路33的油ol的一部分向排油入口41a喷出。在图示的例子中，喷出油路51由管状的喷出管53形成。喷出油路51从导油路33的导油用支柱21a的径向内侧的位置分支并延伸。另外，在本实施方式中，喷出油路51以使油ol从轴承室23内向排油入口41a喷出的方式配置。即，喷出油路51至少其喷出口51a配置于轴承室23内。

在图示的例子中，转子9以其后端的位置比导油路33的轴心c2方向位置靠向前方的方式设置。喷出油路51以沿着导油路33的轴心c2延伸的方式配置。喷出油路51的下游端的开口即喷出口51a位于比转子9更靠下方的位置。更具体而言，是喷出口51a相对于密封部件31的滑动面的最下部b位于下方并位于排油入口41a的上方。密封部件31的滑动面的最下部b的位置(铅垂方向位置)是积存于轴承室23内的油ol的油面的上限位置。

在本实施方式中，导油路33和喷出油路51都沿着铅垂方向延伸。形成喷出油路51的喷出管53从导油孔39的下游端分支地设置(即，与导油孔39的下游端连接)，并且喷出油路51与导油路33呈同心状配置。通过采用这种结构，能够使从导油路33到喷出油路51的结构简化。而且，排油管43也沿着铅垂方向延伸，并且与导油路33、喷出油路51呈同心状配置。即，喷出油路51的喷出口51a和排油路41的排油入口41a以具有相同的轴心c2的方式配置。

此外，也可以是转子9的后端的位置比导油路33的轴心c2方向位置靠向后方。在该情况下，喷出油路51可以设置为喷出口51a以迂回绕过转子9的状态位于排油入口41a的上方。在该情况下，例如可以如图3所示那样设置为，喷出油路51在轴心c2方向上迂回绕过转子9，也就是说，在比转子9的后端更靠后方的位置通过。或者，可以如图4所示设置为，喷出油路51在径向上迂回绕过转子9。在图示的例子中，喷出油路51是以沿着转子9的外周面的形状弯曲的方式(呈c字状)迂回。另外，喷出油路51在径向上迂回绕过转子9的方式不限于此例。

如图5所示，在本实施方式中，在喷出油路51的下游端部形成有使油ol加速的加速部55。此外，这里的“使油加速”的含义是：利用加速部55自身的结构以超过基于重力影响的加速的方式使油ol加速。在图示的例子中，加速部55具有从上游侧朝向下游侧逐渐缩径的形状。另外，加速部55只要能够使油ol朝向喷出口51a加速即可，并不限于该图的例子。例如可以是，加速部55形成为，其流路剖面面积比该加速部55上游侧的流路剖面面积更小，且其剖面的流路周长比该加速部55上游侧的流路周长更长。更具体而言，加速部55例如可以是如图6所示那样具有多个贯穿孔，也可以如图7所示那样剖面具有花瓣形状。

通过这样在喷出油路51的下游端部设置加速部55，从而在排油路41的排油入口41a部分产生较高的喷射效果，提高了从轴承室23排油的排油性。

在本实施方式中，如图5所示，在排油路41的上游端部形成有喉口部57。即，在排油路41的上游端部，流路剖面面积从排油入口41a朝向喉口部57逐渐缩小，并从喉口部57朝向其下游侧扩大。通过这样在排油路41的上游端部设置喉口部57，能够获得较高的喷射效果，并进一步提高排油性。

另外，并不是必须在喷出油路51的下游端部设置加速部55。也可以如图8所示那样，喷出油路51的下游端部与喷出油路51的其它部分具有相同的形状、尺寸。即，喷出油路51的喷出口51a可以形成为简单的孔或开口。另外，并不是必须在排油路41的上游端部设置喉口部57。即使省略加速部55和喉口部57，也能够通过使油ol从喷出口51a向排油路41的排油入口41a喷出，从而在排油路41的排油入口41a部分产生喷射效果，并提高从轴承室23排油的排油性。此外，虽然在图8中示出了没有在喷出油路51设置加速部并且没有在排油路41设置喉口部的例子，但也可以是仅省略加速部和喉口部的任意一方。

另外，如上所述，将喷出油路51的喷出口51a和排油路41的排油入口41a配置为具有相同的轴心c2，也能够获得较高的喷射效果。另外，喷出油路51只要配置为能够使油ol朝向排油入口41a喷出即可，并不是必须将喷出油路51的喷出口51a配置为与排油入口41a具有相同的轴心。

此外，如参照图2说明的那样，通过将喷出油路51的喷出口51a在不会进入排油路41内的范围配置于排油入口41a的附近，从而可获得较高的喷射效果，因此喷出油路51的喷出口51a优选配置于轴承室23内，更优选比转子9靠向下方配置，进一步优选比密封部件31的滑动面的最下部b靠向下方配置。另外，喷出油路51的喷出口51a的位置不限于这些。例如，喷出口51a也可以比轴承室23靠向上方，也可以比轴承室23靠向下方、即比排油入口41a靠向下方(排油路41内)。

根据以上说明的第一实施方式的燃气轮机1，使油ol如图2所示从喷出油路51向排油路41内喷出，从而在排油路41的排油入口41a部分产生喷射效果，并提高了从轴承室23排油的排油性。即，通过设置喷出油路51，能够使排油路41小径化且不会降低排油性，因此能够使支柱21小型化。因而，降低了排气通路17中的压力损失，并提高了燃气轮机1的效率。

在图9中示出了本发明第二实施方式的燃气轮机1。就该燃气轮机1而言，与第一实施方式的燃气轮机1同样地具备作为基本结构的排气扩散器11和支柱21、以及喷出油路51，并且，与第一实施方式区别主要在于，包含喷出油路51的供油系统以及排油系统的具体结构。下面主要对于与第一实施方式的区别进行说明，并省略相同点的说明。

具体而言，在本实施方式中，转子9的后端位置比导油管37的轴心c2方向位置靠向后方，喷出油路51迂回绕过转子9并延伸。更具体而言，是喷出油路51的至少一部分形成于将转子9的后端覆盖的转子罩盖61的内部。在图示的例子中，将形成轴承壳体25的后部壁29作为转子罩盖61使用。即，在该例中，喷出油路51在轴心c1方向上迂回绕过转子9并延伸。

在图示的例子中，喷出油路51具有：分支部51b，其从导油路33的下游端部向后方分支；中间部51c，其从分支部51b的后端起沿着轴承壳体25的后部壁29内侧向下方延伸；下游部51d，其从中间部51c的下游端(即下端)起朝向前方即轴承19侧沿着轴承壳体25的外周壁内侧延伸；以及喷出部51e，其从下游部向下方延伸并在最下端形成有喷出口51a。

在本实施方式中，也在喷出油路51的下游端部形成有使油ol加速的加速部55。并且在排油路41的上游端部形成有喉口部57。另外，如对第一实施方式进行的说明那样，在本实施方式中，也可以省略喷出油路51中的加速部55和/或排油路41中的喉口部57。

通过采用本实施方式的燃气轮机1，也与第一实施方式同样地使油ol从喷出油路51向排油路41内喷出，从而在排油路41的排油入口41a部分产生喷射效果，并提高了从轴承室23排油的排油性。其结果为，能够实现排油路41的小径化以及支柱21的小型化，从而提高燃气轮机1的效率。并且，采用本实施方式的燃气轮机1，能够使现有的构成为转子9的后端位置比导油路33的轴心方向位置靠向后方的燃气涡轮发动机，在抑制对现有结构的变更的前提下设置喷出油路51并提高排油性。尤其是在构成为具备转子罩盖61的燃气轮机1中，利用转子罩盖61来设置喷出油路51，从而能够抑制结构部件的增加并提高排油性。

在图10中示出了本发明第三实施方式的燃气轮机1。就该燃气轮机1而言，与第一实施方式的燃气轮机1同样地具备作为基本结构的排气扩散器11和支柱21、以及喷出油路51，并且，与第一实施方式的区别主要在于，包含喷出油路51的供油系统和排油系统的具体结构。下面主要对于与第一实施方式的区别进行说明，省略相同点的说明。

具体而言，在本实施方式的燃气轮机1中，供油系统除了所述供油路(主供油路)35之外，还具备：从导油路33分支并延伸且使油ol从转子9的上方向轴承室23供给的上方供油路63；以及从导油路33分支并延伸且使油ol从转子9的下方向轴承室23供给的下方供油路65。此外，喷出油路51从下方供油路65分支地设置。

下方供油路65从导油路33的下游端部起向后方分支后，以迂回绕过转子9的方式延伸，在转子9的下方使油ol从轴承壳体25的内侧位置向轴承19供给。更具体而言，下方供油路65具有：分支部65a，其从导油路33的下游端部向后方分支；中间部65b，其从分支部65a的后端沿轴承壳体25的后部壁29内侧向下方延伸；以及下游部65c，其从中间部65b的下游端(即下端)朝向前方即朝向轴承19并沿着轴承壳体25的外周壁内侧延伸。喷出油路51从下方供油路65的下游部65c的中途向下方分支。另外，在图示的例子中，第二上方供油路63从中间部的中途向前方分支地设置。

在本实施方式中，也在喷出油路51的下游端部形成有使油ol加速的加速部55。并且在排油路41的上游端部形成有喉口部57。另外，如对第一实施方式进行的说明那样，在本实施方式中，也可以省略喷出油路51中的加速部55和/或排油路41中的喉口部57。

通过采用本实施方式的燃气轮机1，也与第一实施方式同样地使油ol从喷出油路51向排油路41内喷出，从而在排油路41的排油入口41a部分产生喷射效果，并提高了从轴承室23排油的排油性。其结果为，能够实现排油路41的小径化以及支柱21的小型化，从而提高燃气轮机1的效率。根据本实施方式，燃气轮机1的供油系统还具有上方供油路63和下方供油路65，从而能够对轴承19沿着周向均匀地进行供油。并且从下方供油路65分支地设置喷出油路51，从而能够利用下方供油路65将油ol导向喷出油路51，来抑制供排油结构整体的复杂化、大型化并提高排油性。

另外，在燃气轮机1的供油系统具有上方供油路63和下方供油路65的情况下，也可以如在图11中作为本实施方式的变形例所表示的那样使喷出油路51从导油路33分支。即在该例中，喷出油路51作为与上方供油路63、下方供油路65均无共有部分的独立路径设置。在图示的例子中形成为，喷出油路51从导油路33分支后，在沿轴心c1方向上迂回绕过转子9。另外，将喷出油路51设置为与上方供油路63、下方供油路65均保持独立的路径的方式并不限于此例。采用该结构，能够利用在上方、下方分别设置的供油路63、65而向轴承室23沿着周向均等地供油。而且，通过将这些供油路63、65和喷出油路51设置为独立的路径，从而能够兼顾周向上的均等的供油和排油性的提高。

另外，在该图的例子中，使从导油路33向喷出油路51的分支点(连接点)比从导油路33向上方供油路63、从导油路33向下方供油路65的分支点靠向上游侧。通过采用该结构，设置喷出油路51也能够更加可靠地实现沿周向上均等供油。另外，从导油路33向各油路的分支点的位置关系并不限于该例。

此外，在第一实施方式及第二实施方式中，虽然轴承19采用了滑动轴承，但轴承19也可以是滚动轴承。在第三实施方式中，虽然轴承19采用了滚动轴承，但轴承19也可以是滑动轴承。另外，虽然在各实施方式中都使用了一个轴承19，但也可以使用多个轴承，在使用多个轴承的情况下，可以是全部的轴承19仅为滑动轴承、滚动轴承中的一方，也可以将它们组合使用。

另外，作为代表参照图2可知，在上述各实施方式中，导油用支柱21a和排油用支柱21b在轴承室23的径向外侧位于周向上的相互对置的位置。更具体而言，导油用支柱21向铅垂方向的上方延伸，排油用支柱21向铅垂方向的下方延伸。通过这样构成，能够利用重力高效地进行供油、排油。另外，供油用支柱21a、排油用支柱21b的配置并不限于这些例子。具体而言，例如也可以将排气扩散器11中的比轴承室23的轴心c1方向位置靠向下游侧的支柱21作为供油用支柱、排油用支柱使用。另外，供油用支柱和排油用支柱不是必须为不同的支柱21，例如也可以将向铅垂方向的下方延伸的一个支柱21作为供油用和排油用的共用支柱使用。

以上参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但是在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种追加、变更或者删除。因而，这样的结构也包含在本发明的范围内。

附图标记说明

1-燃气涡轮发动机；7-涡轮；9-转子；11-排气扩散器；13-外筒；15-内筒；17-排气通路；19-轴承；21-支柱；23-轴承室；33-导油路；41-排油路；41a-排油入口；45-轴承室的底面；51-喷出油路；63-上方供油路；65-下方供油路；ol-油。