CN108700111A - 轴颈轴承以及旋转机械 - Google Patents

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Abstract

轴颈轴承具备：承载圈；设置在所述承载圈的下半区域的内周侧、且构成为从下方支承转子轴的多个轴瓦；以及设置于所述多个轴瓦在所述转子轴的轴向上的两侧的一对侧板，各个所述侧板包括：第一区域，其包含所述多个轴瓦中的位于最上游侧的第一轴瓦的上游侧的周向范围；以及第二区域，其位于所述第一区域的上游侧，且所述侧板的内周面与所述转子轴的外周面之间的间隔在该第二区域比在所述第一区域大。

Description

轴颈轴承以及旋转机械
技术领域
本发明涉及用于将转子轴支承为能够旋转的轴颈轴承以及旋转机械。
背景技术
通常，作为用于蒸汽涡轮或燃气涡轮等旋转机械的轴承装置，已知有轴颈轴承。
例如在专利文献1中记载有利用多个轴瓦来支承转子轴的轴颈轴承。具体而言，专利文献1的轴颈轴承具备承载圈、支承于承载圈的上游侧轴瓦及下游侧轴瓦、以及向各轴瓦与转子轴之间供给润滑油的多个供油喷嘴。多个供油喷嘴包括：配置在比上游侧轴瓦靠上游侧的位置的第一供油喷嘴(最上游喷嘴)；配置在上游侧轴瓦的两端部的第二供油喷嘴及第三供油喷嘴；以及配置在下游侧轴瓦的上游侧端部的第四供油喷嘴。另外，在下半部承载圈的两端面配置有侧板，用以抑制从供油喷嘴供给的润滑油向轴承外部的漏出。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4764486号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在如专利文献1所记载的那样具备多个轴瓦的轴颈轴承中，在正常动作时，伴随着转数的上升在转子轴与各轴瓦之间分别形成适当厚度的油膜，在这些油膜压力的作用下，转子轴向大致正上方浮起。
然而，根据本发明人的见解，由于无法维持多个轴瓦间的负载能力的适当的平衡，可能引起轴承性能降低或产生异常振动的情况。例如，若上游侧轴瓦中的油膜压力不足而无法确保上游侧区域的充分的负载能力、使得转子轴在浮起时偏向上游侧，则这种情况可能成为异常振动的产生原因。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供一种能够维持多个轴瓦间的负载能力的平衡、防止异常振动的产生、并且提高轴承性能的轴颈轴承以及旋转机械。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少若干实施方式的轴颈轴承具备：
承载圈；
多个轴瓦，其设置在所述承载圈的下半区域的内周侧，构成为从下方支承转子轴；以及
一对侧板，其设置于所述多个轴瓦在所述转子轴的轴向上的两侧，各个所述侧板包括：
第一区域，其包含所述多个轴瓦中的位于最上游侧的第一轴瓦的上游侧的周向范围；以及
第二区域，其位于所述第一区域的上游侧，且所述侧板的内周面与所述转子轴的外周面之间的间隔在该第二区域比在所述第一区域大。
本发明人进行了深入研究，其结果发现，由于位于最上游侧的第一轴瓦(上游侧轴瓦)与转子轴之间的油膜压力不足的原因，存在向被第一轴瓦携带的润滑油混入空气的情况。
即，在各个侧板的内周面与转子轴的外周面之间具有用于使由一对侧板包围的轴承内部空间与轴承外部连通的间隙的轴颈轴承中，在从配置于下游侧的第二轴瓦(下游侧轴瓦)至第一轴瓦的区域，从该间隙吸入的空气可能混入到润滑油中。因此，认为被第一轴瓦携带的润滑油(以下称为携带油)中包含较多的空气，实质上的润滑油的油量少。因此，即便第一轴瓦的上游侧紧前的供油单元与第二轴瓦的上游侧紧前的供油单元的喷出油量相同，与第二轴瓦相比，第一轴瓦中也容易发生润滑油不足的情况。另外，相对于润滑油是非压缩性流体而言，润滑油所含的空气是压缩性流体，因此，在上游侧的第一轴瓦(尤其是前缘附近)中润滑油所含的气泡被压扁，在第一轴瓦的前缘侧难以产生动压。
由此，第一轴瓦的负载能力降低，无法维持多个轴瓦间的负载能力的适当平衡。因此，伴随着转数的上升，转子轴的轴心轨迹会从铅垂线上脱离，产生异常振动或轴承性能降低的可能性变高。
对此，在上述(1)的轴颈轴承中，各个侧板构成为包括：第一区域，其包含多个轴瓦中的位于最上游侧的第一轴瓦的上游侧的周向范围；以及第二区域，其位于第一区域的上游侧，且侧板与转子轴之间(具体而言为侧板的内周面与转子轴的外周面之间)的间隔在该第二区域比在第一区域大。
在该结构中，侧板的第二区域与转子轴之间的间隔比较宽，因此，在第二区域的周向范围内容易排出润滑油。因此，与所旋转的转子轴连同旋转地朝向第一区域侧被搬运的携带油在到达第一区域之前其大部分向轴颈轴承的外部排出。
另外，侧板的第一区域与转子轴之间的间隔比较窄，因此，在第一区域的周向范围内难以排出润滑油。因此，在由一对侧板的各第一区域和转子轴包围的空间、即第一轴瓦的上游侧的空间，形成润滑油的存油区。由于来自该存油区的润滑油向第一轴瓦与转子轴之间的间隙流入而形成油膜，因此，能够抑制在该油膜中含有气泡，能够将第一轴瓦中的油膜压力维持得充分高。需要说明的是，如上所述，在第二区域的周向范围内，携带油的大部分被排出，因此，能够减少到达存油区的携带油，由此也能够降低混入到存油区的润滑油中的空气量。
由此，能够适当地保持多个轴瓦间的负载能力的平衡，防止轴颈轴承中的异常振动的产生以及实现轴承性能的提高。
(2)在若干实施方式中，上述(1)的结构的基础上，
所述轴颈轴承还具备至少一个携带抑制部，该至少一个携带抑制部以从所述承载圈朝向径向内侧突出的方式在所述第二区域的周向范围内设置在所述承载圈的内周侧，且构成为用于抑制携带油向下游侧的流动。
根据上述(2)的结构，在第二区域的周向范围内的承载圈的内周侧，设置有从承载圈朝向径向内侧突出的携带抑制部。利用该携带抑制部来抑制携带油向比第二区域靠下游侧的位置流动，因此，能够降低向在第一区域的周向范围内形成的存油区流入的携带油量。因此，能够更加有效地抑制在第一轴瓦与转子轴之间的油膜中混入空气的情况。
(3)在若干实施方式中，上述(1)或(2)的结构的基础上，
所述轴颈轴承还具备至少一根第一供油单元，该至少一根第一供油单元在所述第一区域的周向范围内设置在所述第一轴瓦的上游侧，用于向所述第一轴瓦供给润滑油。
根据上述(3)的结构，利用在第一区域的周向范围内位于第一轴瓦的上游侧的第一供油单元，能够在第一轴瓦的上游侧可靠地形成存油区。因此，通过将不存在气泡的混入或气泡的混入少的存油区形成在第一轴瓦的上游侧，从该存油区向第一轴瓦供给润滑油，从而能够抑制因向润滑油混入气泡而引起的第一轴瓦的负载能力的降低。
(4)在若干实施方式中，上述(1)至(3)中任一结构的基础上，
所述轴颈轴承还具备第二供油单元，该第二供油单元在所述第二区域的周向范围内设置在所述多个轴瓦中的位于最下游侧的第二轴瓦的下游侧，用于向所述第二轴瓦的后缘侧供给润滑油。
如上述(4)的结构那样，在第二供油单元设置于比最下游侧轴瓦(第二轴瓦)靠下游侧的位置的情况下，从第二供油单元供给至第二轴瓦的后缘侧的润滑油容易作为携带油向第一轴瓦侧搬运。关于这一点，在上述(4)的结构中，由于第二供油单元设置在第二区域的周向范围内，因此，从第二供油单元供给的润滑油的大部分从侧板与转子轴之间的间隙向外部排出。因此，能够抑制从第二供油单元供给的润滑油作为携带油到达第一轴瓦。
(5)在若干实施方式中，上述(1)至(4)中任一结构的基础上，
所述第一区域的下游侧端位于比所述第一轴瓦的后缘靠下游侧的位置。
根据上述(5)的结构，在第一轴瓦的上游侧及该第一轴瓦的周向范围内，侧板与转子轴之间的间隔比较窄，因此，能够充分地确保存油区以及第一轴瓦所保持的润滑油量。因此，能够将第一轴瓦中的油膜压力维持得较高。
(6)在若干实施方式中，上述(1)至(5)中任一结构的基础上，
在将所述多个轴瓦中的位于最下游侧的第二轴瓦的张角设为α、将所述第二轴瓦的后缘的角度位置设为θTE时，所述第一区域的下游侧端以及所述第二区域的上游侧端的角度位置θ满足θTE-0.25α≤θ≤θTE+0.25α。
在上述(6)的结构中，第一区域的下游侧端以及第二区域的上游侧端位于多个轴瓦中的位于最下游侧的第二轴瓦的后缘附近。即，侧板与转子轴之间的间隙比较窄的第一区域的周向范围大致覆盖设置有多个轴瓦的区域，能够充分地确保各轴瓦所保持的润滑油量。另外，侧板与转子轴之间的间隙比较宽的第二区域的周向范围始于第二轴瓦的后缘附近。因此，在第二轴瓦的紧下游侧，从第二区域中的侧板与转子轴之间的比较宽的间隙排出润滑油，由此能够有效地减少携带油。
(7)在若干实施方式中，上述(1)至(6)中任一结构的基础上，
各个所述侧板包括：下半部，其形成所述间隔固定为第一间隔的所述第一区域；以及上半部，其形成所述间隔固定为第二间隔的所述第二区域。
在上述(7)的结构中，一对侧板分别成为包含上半部以及下半部的对开结构。因此，实现各侧板的制造以及安装的作业性提高。需要说明的是，上半部及下半部所占据的角度范围不特别限定，例如也可以将上半部及下半部分别设置在180度的角度范围内。
另外，上半部以及下半部分别与转子轴之间形成固定的间隙，上半部与转子轴之间的第一间隙和下半部与转子轴之间的第二间隙的间隔不同。即，形成第一区域的下半部和形成第二区域的上半部分体形成，因此，容易进行间隔不同的第一间隙以及第二间隙的调整。
(8)在一实施方式中，上述(7)的结构的基础上，
各个所述侧板的所述下半部与所述上半部之间的接合面相对于水平面倾斜。
根据上述(8)的结构，能够提高各轴瓦、存油区以及用于将轴承内部空间与外部空间连通的间隙各自的配置的自由度。
另外，在该结构中，若以下半部的上游侧位于比其下游侧靠上方的位置的方式配置各个侧板，则能够扩宽第一轴瓦的紧上游侧的第一区域的延伸设置范围，能够扩大第一轴瓦的上游侧的形成存油区的区域。另一方面，能够将第二区域的延伸设置范围扩宽至最下游侧轴瓦的紧下游侧为止，在最下游侧轴瓦的紧下游侧，能够从转子轴与侧板之间的间隙向外部排出润滑油，有效地减少携带油。
(9)在一实施方式中，上述(8)的结构的基础上，
所述接合面的相对于所述水平面的倾斜角为5度以上且45度以下。
根据上述(9)的结构，通过将侧板的上半部及下半部的接合面的倾斜角设定在上述范围内，能够适当地配置第一区域及第二区域，能够较宽地确保第一轴瓦的上游侧的存油区区域，并且，促进最下游侧轴瓦的紧下游侧的润滑油的排出，有效地减少携带油。
(10)在若干实施方式中，上述(1)至(9)中任一结构的基础上，
在将所述第一区域中的所述间隔设为G1、将所述第二区域中的所述间隔设为G2、将所述侧板的内径设为D时，满足G1≤0.01D且G2≥0.02D。
根据上述(10)的结构，通过将第一区域中的侧板的内周面与转子轴的外周面之间的间隔G1以及第二区域中的侧板的内周面与转子轴的外周面之间的间隔G2设定在上述范围内，能够更加有效地进行存油区的形成以及携带油的排出。
(11)在若干实施方式中，上述(1)至(10)中任一结构的基础上，
各个所述侧板在相邻的一对所述轴瓦间的周向位置处具有用于排出润滑油的至少一个开口。
根据上述(11)的结构，在轴瓦间从开口排出润滑油，因此，能够避免润滑油积存在轴瓦间而导致转子轴的搅拌阻力增大。
(12)本发明的至少若干实施方式的旋转机械具备：
上述(1)至(11)中任一项所记载的轴颈轴承；以及
由所述轴颈轴承支承的转子轴。
根据上述(12)的旋转机械，具备难以产生异常振动且具有优异的轴承性能的轴颈轴承，因此，能够提供可靠性高的旋转机械。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，在第二区域的周向范围内，携带油积极地向轴承外部排出，在第一区域的周向范围内形成存油区。来自该存油区的润滑油向第一轴瓦与转子轴之间的间隙流入而形成油膜，因此，在该油膜中几乎不包含气泡，能够将第一轴瓦中的油膜压力维持得充分高。因此，能够适当地保持多个轴瓦间的负载能力的平衡，防止轴颈轴承中的异常振动的产生以及实现轴承性能的提高。
附图说明
图1是一实施方式的轴颈轴承的沿着轴向的剖视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图1的B-B向视图。
图4是用于说明一实施方式的侧板及供油单元的概要图(对应于图3)。
图5是用于说明一实施方式的侧板的结构的概要图(对应于图3)。
图6是用于说明一实施方式的侧板的另一结构的概要图(对应于图3)。
图7是用于说明另一实施方式的侧板的结构的概要图。
图8是用于说明又一实施方式的侧板的结构的概要图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的若干实施方式进行说明。其中，作为实施方式而记载的或者附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并非意在将本发明的范围局限于此，只不过仅仅是说明例。
首先，参照图1～图3对若干实施方式的轴颈轴承10的整体结构进行说明。
图1是一实施方式的轴颈轴承10的沿着轴向的剖视图。图2是图1的A-A线剖视图。图3是图1的B-B向视图。需要说明的是，图2及图3示出与转子轴2的轴向正交的面。
在本实施方式的说明中，“轴向”是指支承于轴颈轴承10的转子轴2的中心轴线O的方向，“径向”是指转子轴2的半径方向，“周向”是指转子轴2的周向。需要说明的是，“周向”也可以是承载圈12、13的周向，还可以是侧板17、18的周向。此外，在本实施方式中，“上游侧”或“下游侧”是指转子轴2的旋转方向上的上游侧或下游侧。
在图1～图3所示的实施方式中，轴颈轴承10具备作为润滑方式(供油方式)而采用直接润滑方式的结构，且具有在下半区域配置有第一轴瓦30及第二轴瓦32的结构。例如，轴颈轴承10是可倾瓦轴承。
以下，针对图示的轴颈轴承10例示性地进行说明，但本实施方式的轴颈轴承10不局限于该结构。例如，在其他实施方式中，也可以采用在上半区域也配置两个轴瓦而在周向上安装有总计四个轴瓦的结构，还可以采用在下半区域安装有三个以上的轴瓦的结构。但是，无论采用哪种结构，在轴颈轴承10的工作中主要是下半区域的轴瓦对转子轴2的载荷进行支承。
在若干实施方式中，轴颈轴承10具备：承载圈11；设置在承载圈11的下半区域的内周侧且构成为从下方支承转子轴2的多个轴瓦30、32；以及设置于多个轴瓦30、32在转子轴2的轴向上的两侧的一对侧板17、18。
以下，对轴颈轴承10的各构件的具体结构例进行说明。
承载圈11支承于未图示的轴承壳体，包含上半部承载圈12及下半部承载圈13。上半部承载圈12及下半部承载圈13分别具有与轴向正交的剖面成为半圆弧状这样的内周面及外周面。需要说明的是，在图示的例子中，示出承载圈11分割成上半部承载圈12及下半部承载圈13的结构，但承载圈11也可以为一体结构，还可以为分割成三部分以上的结构。
在承载圈11的轴向的两端侧，沿着转子轴2的外周配置有一对侧板17、18。侧板17、18形成为圆板状，在中央形成有供转子轴2贯穿的孔。利用这些侧板17、18，能够适度地抑制从后述的供油单元25～29供给的润滑油向外部漏出。
如图1所示，上半部承载圈12在内周面上安装有引导金属件(半圆环轴承部)20、21，以使得主要从上方按住转子轴2的翘起。例如，在上半部承载圈12的轴向的两端侧且在轴向上比侧板17、18靠内侧的位置安装有一对引导金属件20、21。引导金属件20、21形成为半圆形状。
这样，通过在上半部承载圈12的内周侧设置引导金属件20、21，能够利用引导金属件20、21来按住转子轴2的翘起，能够防止因转子轴2的翘起而引起的部件的破损等。需要说明的是，在承载圈11不为分割成上半部承载圈12及下半部承载圈13的结构而是一体结构的情况下，或者是分割成三部分以上的结构的情况下，引导金属件20、21设置在承载圈11的上半区域即可。
在上半部承载圈12及下半部承载圈13设置有至少一根供油单元25～29。例如，供油单元25～29为供油喷嘴。
在图2所示的例子中，在转子轴2如图中箭头S所示那样绕顺时针旋转的情况下，在转子轴2的旋转方向S上从上游侧起设置有包含供油单元(后述的第一供油单元)25、供油单元(后述的第一供油单元)26、供油单元27、供油单元28、供油单元(后述的第二供油单元)29在内的总计五根供油单元。
具体而言，供油单元25、26在比位于最上游的第一轴瓦30靠上游侧的位置沿周向并排配置。供油单元27、28在第一轴瓦30与位于比该第一轴瓦30靠下游侧的位置的第二轴瓦32之间沿周向并排配置。供油单元29配置在比第二轴瓦32靠下游侧的位置。
在承载圈11的内部形成有润滑油供给路(未图示)。供给至润滑油供给路的润滑油被送至各供油单元25～29，从各供油单元25～29向轴瓦30、32的附近喷出。
第一轴瓦30以及第二轴瓦32设置在下半部承载圈13的内周侧，构成为从下方支承转子轴2。
第一轴瓦30在下半部承载圈13的内周侧沿着转子轴2的外周没置。
第二轴瓦32在下半部承载圈13的内周侧的比第一轴瓦30靠转子轴2的旋转方向S的下游侧的位置沿着转子轴2的外周设置。
这样，在下半部承载圈13设置有第一轴瓦30以及第二轴瓦32，因此，能够利用第一轴瓦30以及第二轴瓦32适当地支承转子轴2。
需要说明的是，在承载圈11不为分割成上半部承载圈12及下半部承载圈13的结构而是一体结构的情况下，或者是分割成三部分以上的结构的情况下，第一轴瓦30以及第二轴瓦32设置在承载圈11的下半区域即可。
接着，参照图2～图6，对侧板17、18及其周边结构的具体结构进行说明。
需要说明的是，图4是用于说明一实施方式的侧板17、18及供油单元25～29的概要图。图5是用于说明一实施方式的侧板17、18的结构的概要图。图6是用于说明一实施方式的侧板17、18的另一结构的概要图。图4～图6均是与图3对应的图，但在这些图中，省略了携带抑制部34、36。
在若干实施方式的轴颈轴承10中，如图4～图6中例示性所示，在转子轴2的轴向(沿着中心轴线O的方向)上的多个轴瓦30、32的两侧设置有一对侧板17、18，各个侧板17、18包括：第一区域，其包含多个轴瓦30、32中的位于最上游侧的第一轴瓦30的上游侧的周向范围；第二区域，其位于第一区域的上游侧，且侧板17、18的内周面与转子轴2的外周面之间的间隔在该第二区域比在第一区域大。换言之，在该轴颈轴承10中，各个侧板17、18的第二区域与转子轴2之间的第二间隙42大于各个侧板17、18的第一区域与转子轴2之间的第一间隙40。
本发明人进行了深入研究，其结果发现，由于位于最上游侧的第一轴瓦30与转子轴2之间的油膜压力不足的原因，存在向被第一轴瓦30携带的润滑油混入空气的情况。
即，在各个侧板17、18的内周面与转子轴2的外周面之间具有用于使由一对侧板17、18包围的轴承内部空间与轴承外部连通的间隙40、42的轴颈轴承10中，在从下游侧的第二轴瓦32至上游侧的第一轴瓦30的区域，从该间隙40、42吸入的空气可能混入到润滑油中。因此，认为被第一轴瓦30携带的润滑油包含较多的空气，实质上的润滑油的油量少。因此，即便第一轴瓦30的上游侧紧前的供油单元25、26与第二轴瓦32的上游侧紧前的供油单元27、28的喷出油量相同，与第二轴瓦32相比，第一轴瓦30中也容易发生润滑油不足的情况。另外，相对于润滑油是非压缩性流体而言，润滑油所含的空气是压缩性流体，因此，在第一轴瓦30(尤其是前缘附近)中润滑油所含的气泡被压扁，在第一轴瓦30的前缘30a侧难以产生动压。
由此，第一轴瓦30的负载能力降低，无法维持多个轴瓦30、32间的负载能力的适当平衡。因此，伴随着转数的上升，转子轴2的轴心轨迹会从铅垂线上脱离，产生异常振动或轴承性能降低的可能性变高。
对此，在上述实施方式的轴颈轴承10中，各个侧板17、18构成为包括：第一区域，其包含多个轴瓦30、32中的位于最上游侧的第一轴瓦30的上游侧的周向范围；以及第二区域，其位于第一区域的上游侧，且侧板17、18与转子轴2之间(具体而言为侧板17、18的内周面与转子轴2的外周面之间)的间隔在该第二区域比在第一区域大。
在该结构中，侧板17、18的第二区域与转子轴2之间的间隔(第二间隙42)比较宽，因此，在第二区域的周向范围内容易排出润滑油。因此，与所旋转的转子轴2连同旋转地朝向第一区域侧被搬运的携带油在到达第一区域之前其大部分向轴颈轴承10的外部排出。
另外，侧板17、18的第一区域与转子轴2之间的间隔比较窄，因此，在第一区域的周向范围内难以排出润滑油。因此，在由一对侧板17、18的各第一区域和转子轴2包围的空间、即第一轴瓦30的上游侧的空间，形成润滑油的存油区。由于来自该存油区的润滑油向第一轴瓦30与转子轴2之间的间隙流入而形成油膜，因此，能够抑制该油膜中含有气泡，能够将第一轴瓦30中的油膜压力维持得充分高。需要说明的是，如上所述，在第二区域的周向范围内，携带油的大部分被排出，因此，能够减少到达存油区的携带油，由此也能够降低混入到存油区的润滑油中的空气量。
由此，能够适当地保持多个轴瓦30、32间的负载能力的平衡，防止轴颈轴承10的异常振动的产生以及实现轴承性能的提高。
如图2及图3中例示性所示，在若干实施方式中，还具备至少一个携带抑制部34、36，其以从承载圈12、13朝向径向内侧突出的方式在第二区域的周向范围内设置在承载圈12、13的内周侧，且构成为用于抑制携带油向下游侧的流动。
具体而言，携带抑制部34、36在一对侧板17、18之间的至少一部分沿轴向延伸。或者，在如图1所示那样轴颈轴承10具备引导金属件20、21的情况下，至少一个携带抑制部34、36也可以设置在一对引导金属件20、21之间。
另外，携带抑制部34、36也可以为，用于拦截伴随着转子轴2的旋转而流向下游侧的携带油的挡板、或者为用于将伴随着转子轴2的旋转而欲侵入第一区域的周向范围的携带油从转子轴2刮落的刮板。例如，在第二区域的周向范围内的接近第二轴瓦32的位置设置作为携带抑制部34的挡板，在第二区域的周向范围内的接近第一轴瓦30的位置设置作为携带抑制部36的刮板。
在图2及图3所示的实施方式中，一个携带抑制部34设置在第二轴瓦32的后缘32b的下游侧。更具体而言，携带抑制部34也可以设置在最下游的供油单元(后述的第二供油单元)29的下游侧且供油单元29的附近。
另一携带抑制部36设置在第一轴瓦30的前缘30a的上游侧。更具体而言，携带抑制部36也可以设置在最上游的供油单元(后述的第一供油单元)25的上游侧且供油单元25的附近。
在上述实施方式中，在第二区域的周向范围内的承载圈12、13的内周侧，设置有从承载圈12、13朝向径向内侧突出的携带抑制部34、36。利用该携带抑制部34、36来抑制携带油向比第二区域靠下游侧的位置流动，因此，能够降低向在第一区域的周向范围内形成的存油区流入的携带油量。因此，能够更加有效地抑制在第一轴瓦30与转子轴2之间的油膜中混入空气的情况。
如图2及图4所示，一实施方式中的轴颈轴承10还具备至少一根第一供油单元25、26，该至少一根第一供油单元25、26在第一区域的周向范围内设置在第一轴瓦30的上游侧，用于向第一轴瓦30供给润滑油。在图示的结构例中，两根第一供油单元25、26沿周向排列。
根据上述实施方式，利用在第一区域的周向范围内位于第一轴瓦30的上游侧的第一供油单元25、26，能够在第一轴瓦30的上游侧可靠地形成存油区。因此，通过将不存在气泡的混入或气泡的混入少的存油区形成在第一轴瓦30的上游侧，从该存油区向第一轴瓦30供给润滑油，从而能够抑制因向润滑油混入气泡而引起的第一轴瓦30的负载能力的降低。
在一实施方式中，还具备第二供油单元29，该第二供油单元29在第二区域的周向范围内设置在多个轴瓦30、32中的位于最下游侧的第二轴瓦32的下游侧，用于向第二轴瓦32的后缘32b侧供给润滑油。
如上述实施方式那样，在第二供油单元29设置在比位于最下游侧的第二轴瓦32靠下游侧的位置的情况下，从第二供油单元29供给至第二轴瓦32的后缘侧的润滑油容易作为携带油向第一轴瓦30侧搬运。关于这一点，在上述结构中，由于第二供油单元29设置在第二区域的周向范围内，因此，从第二供油单元29供给的润滑油的大部分从侧板17、18与转子轴2之间的间隙向外部排出。因此，能够抑制从第二供油单元29供给的润滑油作为携带油到达第一轴瓦30。
如图4所示，第一区域的下游侧端也可以位于比第一轴瓦30的后缘30b靠下游侧的位置。需要说明的是，在第一轴瓦30中，前缘30a是位于上游侧的缘部，后缘30b是位于下游侧的缘部。
根据该结构，在第一轴瓦30的上游侧及该第一轴瓦30的周向范围内，侧板17、18与转子轴2之间的间隔比较窄，因此，能够充分地确保存油区以及第一轴瓦30所保持的润滑油量。因此，能够将第一轴瓦30中的油膜压力维持得较高。
参照图5，一实施方式的轴颈轴承10中，在将多个轴瓦30、32中的位于最下游侧的第二轴瓦32的张角设为α、将第二轴瓦32的后缘32b的角度位置设为θTE时，第一区域的下游侧端以及第二区域的上游侧端的角度位置θ满足θTE-0.25α≤θ≤θTE+0.25α。需要说明的是，在第二轴瓦32中，前缘32a是位于上游侧的缘部，后缘32b是位于下游侧的缘部。
在上述实施方式中，第一区域的下游侧端以及第二区域的上游侧端位于多个轴瓦30、32中的位于最下游侧的第二轴瓦32的后缘32b附近。即，侧板17、18与转子轴2之间的间隙比较窄的第一区域的周向范围大致覆盖设置有多个轴瓦30、32的区域，能够充分地确保各轴瓦30、32所保持的润滑油量。另外，侧板17、18与转子轴2之间的间隙比较宽的第二区域的周向范围始于第二轴瓦32的后缘32b附近。因此，在第二轴瓦32的紧下游侧，从第二区域的侧板17、18与转子轴2之间的比较宽的第二间隙42排出润滑油，由此能够有效地减少携带油。
在图3～图6所示的实施方式中，各个侧板17、18包括：下半部侧板17B、18B(也有时仅称为下半部)，其形成侧板17、18与转子轴2之间的间隔固定为第一间隔(第一间隙40的大小)的第一区域；以及上半部侧板17A、18A(也有时仅称为上半部)，其形成侧板17、18与转子轴2之间的间隔固定为第二间隙42的第二区域。
在上述实施方式中，一对侧板17、18分别成为包含上半部侧板17A、18A以及下半部侧板17B、18B的对开结构。因此，实现各侧板17、18的制造以及安装的作业性提高。需要说明的是，上半部侧板17A、18A及下半部侧板17B、18B所占据的角度范围不特别限定，例如也可以将上半部侧板17A、18A及下半部侧板17B、18B分别设置在180度的角度范围内。
另外，上半部侧板17A、18A以及下半部侧板17B、18B分别与转子轴2之间形成固定的间隙，且上半部侧板17A、18A与转子轴2之间的第一间隙40(第一间隔)和下半部侧板17B、18B与转子轴2之间的第二间隙42(第二间隔)的间隔不同。即，形成第一区域的下半部侧板17B、18B和形成第二区域的上半部侧板17A、18A分体形成，因此，容易进行间隔不同的第一间隙40以及第二间隙42的调整。
另外，在图5所示的实施方式中，各个侧板17、18的下半部侧板17B、18B与上半部侧板17A、18A之间的接合面50相对于水平面倾斜。需要说明的是，图5中示出水平方向为X轴且铅垂方向为Y轴的坐标系。
在该图中，下半部侧板17B、18B及上半部侧板17A、18A分别呈中心角为180度的半圆环形状，彼此的接合面50相对于表示水平面的X轴倾斜。
由此，能够提高各轴瓦30、32、存油区以及用于将轴承内部空间与外部空间连通的间隙42各自的配置的自由度。
另外，在上述实施方式中，若以下半部侧板17B、18B的上游侧位于比下半部侧板17B、18B的下游侧靠上方的位置的方式配置各个侧板17、18，则能够扩宽第一轴瓦30的紧上游侧的第一区域的延伸设置范围，能够扩大第一轴瓦30的上游侧的形成存油区的区域。另一方面，能够将第二区域的延伸设置范围扩宽至最下游侧轴瓦(图中为第二轴瓦32)的紧下游侧，在最下游侧轴瓦的紧下游侧，能够从转子轴2与侧板17、18之间的间隙42向外部排出润滑油，有效地减少携带油。
此外，在上述实施方式中，接合面50的相对于水平面(图5的X轴)的倾斜角β可以为5度以上且45度以下。
这样，通过将上半部侧板17A、18A与下半部侧板17B、18B之间的接合面50的倾斜角β设定在上述范围内，能够适当地配置第一区域及第二区域，较宽地确保第一轴瓦30的上游侧的存油区区域，并且，促进最下游侧轴瓦(图中为第二轴瓦32)的紧下游侧的润滑油的排出，有效地减少携带油。
如图6所示，在一实施方式中，在将第一区域中的间隔(第一间隙40的大小)设为G1、且将第二区域中的间隔(第二间隙42的大小)设为G2、将侧板17、18的内径设为D时，满足G1≤0.01D且G2≥0.02D。需要说明的是，侧板17、18的内径D是指，侧板17、18中的包围转子轴2的内周缘与侧板17、18的中心轴之间的距离。
根据上述实施方式，通过将第一区域中的侧板17、18的内周面与转子轴2的外周面之间的间隔G1以及第二区域中的侧板17、18的内周面与转子轴2的外周面之间的间隔G2设定在上述范围内，能够更加有效地进行存油区的形成以及携带油的排出。
如图2所示，在一实施方式中，各个侧板17、18在相邻的一对轴瓦30、32间的周向位置处具有用于排出润滑油的至少一个开口52。例如，开口52沿着转子轴2的轴向以将轴承内部空间与轴承外部空间连通的方式延伸设置。
根据上述结构，在轴瓦间从开口52排出润滑油，因此，能够避免润滑油积存在轴瓦30、32间而导致转子轴2的搅拌阻力增大。
如上所述，根据本发明的至少若干实施方式，在第二区域的周向范围内，携带油积极地向轴承外部排出，在第一区域的周向范围内形成存油区。由于来自该存油区的润滑油向第一轴瓦30与转子轴2之间的间隙流入而形成油膜，因此，在该油膜中几乎不包含气泡，能够将第一轴瓦30中的油膜压力维持得充分高。因此，能够适当地保持多个轴瓦30、32间的负载能力的平衡，防止轴颈轴承10的异常振动的产生以及实现轴承性能的提高。
需要说明的是，如图1所示，作为应用了本实施方式的轴颈轴承10的旋转机械1，举出燃气涡轮、蒸汽涡轮(例如核电站的蒸汽涡轮)、机械驱动用涡轮等的涡轮、风力发电装置等风力机械、鼓风机、增压机或者压缩机等。
在此，旋转机械1具备：被旋转驱动的转子轴2；收容转子轴2的轴承外壳(未图示)；以及用于支承转子轴2的轴颈轴承10。
根据该旋转机械1，由于具备难以产生异常振动且具有优异的轴承性能的轴颈轴承10，因此，能够提供可靠性高的旋转机械1。
本发明不局限于上述实施方式，也包含对上述实施方式加以变形而得到的方式和将这些方式适当组合而得到的方式。
例如，在上述实施方式中，说明了具备呈中心角为180度的半圆环形状的侧板17、18的轴颈轴承10，但侧板17、18的结构不局限于此。例如，在图7所示的实施方式中，侧板成为具有中心角大于180度的上半部侧板17A、18A和中心角小于180度的下半部侧板17B、18B的对开形状。或者，在图8所示的实施方式中，侧板成为具备包含第一区域的下半部侧板17B、18B、包含第二区域的上半部侧板17A、18A、以及第一区域及第二区域均不包含的其他侧板17C、18C的三分割形状。
例如，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对的配置的表现不仅表示严格意义上的这种配置，还表示具有公差或得到相同功能的程度的角度、距离而相对地位移的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均等”等表示事物相等的状态的表现不仅表示严格意义上的相等的状态，还表示存在有公差或得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表现不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在得到相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“包括”或“具有”一个构成要素这样的表现并非是排除其他的构成要素的存在的排他性表现。
附图标记说明：
1 旋转机械
2 转子轴
10 轴颈轴承
12 上半部承载圈
13 下半部承载圈
17、18 上半部侧板
17A、18A 上半部侧板
17B、18B 下半部侧板
20、21 引导金属件
25、26 第一供油单元
27、28 供油单元
29 第二供油单元
30 第一轴瓦
32 第二轴瓦
34、36 携带抑制部
40 第一间隙
42 第二间隙
50 接合面
52 开口

Claims (12)

1.一种轴颈轴承，其特征在于，
所述轴颈轴承具备：
承载圈；
多个轴瓦，其设置在所述承载圈的下半区域的内周侧，构成为从下方支承转子轴；以及
一对侧板，其设置于所述多个轴瓦在所述转子轴的轴向上的两侧，
各个所述侧板包括：
第一区域，其包含所述多个轴瓦中的位于最上游侧的第一轴瓦的上游侧的周向范围；以及
第二区域，其位于所述第一区域的上游侧，且所述侧板的内周面与所述转子轴的外周面之间的间隔在该第二区域比在所述第一区域大。
2.根据权利要求1所述的轴颈轴承，其特征在于，
所述轴颈轴承还具备至少一个携带抑制部，该至少一个携带抑制部以从所述承载圈朝向径向内侧突出的方式在所述第二区域的周向范围内设置在所述承载圈的内周侧，且构成为用于抑制携带油向下游侧的流动。
3.根据权利要求1或2所述的轴颈轴承，其特征在于，
所述轴颈轴承还具备至少一根第一供油单元，该至少一根第一供油单元在所述第一区域的周向范围内设置在所述第一轴瓦的上游侧，用于向所述第一轴瓦供给润滑油。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴颈轴承，其特征在于，
所述轴颈轴承还具备第二供油单元，该第二供油单元在所述第二区域的周向范围内设置在所述多个轴瓦中的位于最下游侧的第二轴瓦的下游侧，用于向所述第二轴瓦的后缘侧供给润滑油。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轴颈轴承，其特征在于，
所述第一区域的下游侧端位于比所述第一轴瓦的后缘靠下游侧的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴颈轴承，其特征在于，
在将所述多个轴瓦中的位于最下游侧的第二轴瓦的张角设为α、将所述第二轴瓦的后缘的角度位置设为θTE时，所述第一区域的下游侧端以及所述第二区域的上游侧端的角度位置θ满足θTE-0.25α≤θ≤θTE+0.25α。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轴颈轴承，其特征在于，
各个所述侧板包括：下半部，其形成所述间隔固定为第一间隔的所述第一区域；以及上半部，其形成所述间隔固定为第二间隔的所述第二区域。
8.根据权利要求7所述的轴颈轴承，其特征在于，
各个所述侧板的所述下半部与所述上半部之间的接合面相对于水平面倾斜。
9.根据权利要求8所述的轴颈轴承，其特征在于，
所述接合面的相对于所述水平面的倾斜角为5度以上且45度以下。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的轴颈轴承，其特征在于，
在将所述第一区域中的所述间隔设为G1、将所述第二区域中的所述间隔设为G2、将所述侧板的内径设为D时，满足G1≤0.01D且G2≥0.02D。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的轴颈轴承，其特征在于，
各个所述侧板在相邻的一对所述轴瓦间的周向位置处具有用于排出润滑油的至少一个开口。
12.一种旋转机械，其特征在于，
所述旋转机械具备：
权利要求1至11中任一项所述的轴颈轴承；以及
由所述轴颈轴承支承的转子轴。
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