CN111201381B - 可倾瓦轴承 - Google Patents

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Abstract

可倾瓦轴承(100)具备：轴瓦(2)，以与旋转轴(90)的外周面对向的方式配置；内衬(3)，在以旋转轴(90)的轴线(A)为中心的径向外侧支承轴瓦(2)；及支点(4)，在以轴线(A)为中心的径向外侧且旋转轴(90)的轴线(A)方向上的中央位置支承内衬(3)，从而使轴瓦(2)能够摆动，在内衬(3)的与轴瓦(2)对向的面和轴瓦(2)的与内衬(3)对向的面中的任一方，至少在中央位置具备向从轴瓦(2)离开的方向凹陷的凹部(6)。

Description

可倾瓦轴承
技术领域
本发明涉及可倾瓦轴承。
本申请基于2017年10月31日向日本申请的日本特愿2017-211141号主张优先权，将其内容援引于此。
背景技术
在蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械中，一般将旋转轴的轴端利用轴承进行支承。轴承根据对载荷进行支承的方向的差异而分为推力轴承和径向轴承。推力轴承支承旋转轴的轴线方向上的载荷。径向轴承支承轴线的径向上的载荷。
在专利文献1中记载了径向轴承。该专利文献1所记载的径向轴承利用在旋转轴的周向上排列的多个轴瓦来支承旋转轴。并且，在轴瓦与旋转轴的外周面之间形成有基于润滑油的油膜。
在此，在轴瓦式轴承中，存在被称作可倾瓦轴承的轴承。在可倾瓦轴承中，各轴瓦以能够摆动的方式由在壳体的内周面设置的尖头状的支点支承。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-203481号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在专利文献1所记载的径向轴承中，在轴承载荷变大的情况下，在产生轴瓦表面与转子表面的接触的低速旋转域中，转子与轴瓦的接触压力的大部分向支点附近集中，有可能在轴瓦的支点附近产生局部性的塑性流动等。
本发明鉴于上述情况而完成，提供能够对产生轴瓦温度上升及局部性的塑性流动的情况进行抑制并稳定地支承旋转轴的可倾瓦轴承。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题而采用以下的结构。
根据本发明的第一方案，可倾瓦轴承具备：轴瓦，以与旋转轴的外周面对向的方式配置；内衬，在以所述旋转轴的轴线为中心的径向外侧支承所述轴瓦；及支点，在以所述轴线为中心的径向外侧且所述旋转轴的轴线方向上的中央位置处支承所述内衬，从而使所述轴瓦能够摆动，在所述内衬的与所述轴瓦对向的面和所述轴瓦的与所述内衬对向的面中的任一方，所述内衬的与所述轴瓦对向的面至少在所述中央位置具备向从所述轴瓦离开的方向凹陷的凹部。
通过这样构成，在与轴瓦对向的内衬的面和与内衬对向的轴瓦的面中的任一方的中央位置形成凹部，在内衬与轴瓦之间形成间隙。即，在凹部形成于内衬的情况下，若轴承载荷作用于轴瓦，则轴瓦中的与凹部相邻的部分挠曲而向间隙内进入，能够降低对应部位的径向内侧位置处的接触压力。同样，在凹部形成于轴瓦的情况下，若轴承载荷作用于轴瓦，则形成有凹部的轴瓦的中央位置挠曲，间隙减小，因此能够降低对应部位的径向内侧位置处的接触压力。由此，能够抑制轴瓦与旋转轴的接触压力的分布仅向支承于支点的位置的近处集中，将接触压力的分布平均化。因此，能够抑制产生轴瓦温度上升及局部性的塑性流动的情况。
根据本发明的第二方案，可以是，从与所述轴线正交的方向观察，第一方案的所述凹部形成为圆弧状。
通过这样构成，在凹部内未形成角部。因而，在轴承载荷高的条件下轴瓦挠曲而产生了轴瓦与凹部的内表面的接触或内衬与凹部的内表面的接触时，能够避免局部性的角抵碰。
根据本发明的第三方案，可以是，第二方案的所述凹部在所述轴线方向的中央位置具备小凹部，从与所述轴线正交的方向观察，所述小凹部形成为具有比所述凹部的曲率半径小的曲率半径的圆弧状。
通过这样构成，在凹部内形成小凹部。因而，在轴承载荷大的情况下，轴瓦的中央位置能够朝向小凹部分两阶段挠曲。由此，能够进一步抑制轴瓦与旋转轴的接触压力的分布仅向支点的附近集中。因此，能够将轴瓦上的油膜的厚度进一步保持为恒定。
发明效果
根据上述可倾瓦轴承，能够抑制产生轴瓦温度上升及局部性的塑性流动的情况并稳定地支承旋转轴。
附图说明
图1是从轴线方向观察本发明的第一实施方式中的可倾瓦轴承时的图。
图2是以包含轴线的平面观察本发明的第一实施方式中的可倾瓦轴承时的剖视图。
图3是示出本发明的第一实施方式中的可倾瓦轴承的轴瓦上的轴线方向位置处的压力分布的坐标图。
图4是本发明的第二实施方式中的可倾瓦轴承的剖视图。
图5是示出本发明的第二实施方式中的可倾瓦轴承的轴瓦上的轴线方向位置处的压力分布的坐标图。
图6是本发明的第三实施方式中的与图2相当的剖视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
接着，基于附图来说明本发明的第一实施方式中的径向轴承。
如图1、图2所示，该实施方式的可倾瓦轴承100用于从以轴线A为中心的径向对绕着轴线A旋转的旋转轴90的载荷进行支承。可倾瓦轴承100具备以轴线A为中心的圆环状的壳体1、沿着旋转轴90的外周面在周向上隔开间隔而配置的多个(例如4个)轴瓦2、从径向外侧支承各轴瓦2的内衬3及在壳体1的内周面上支承各内衬3的多个(例如4个)支点4。
旋转轴90作为例如蒸汽轮机、燃气轮机等这样的旋转机械的转子而使用。在该实施方式中，旋转轴90呈以轴线A为中心的圆柱状。旋转轴90绕着轴线A旋转。
轴瓦2呈沿着旋转轴90的外周面弯曲的板状。轴瓦2由白色金属等金属材料一体形成。在该实施方式中，4个轴瓦2在轴线A的周向上隔开间隔而排列。需要说明的是，由未图示的供油装置向轴瓦2的内周面与旋转轴90的外周面之间供给润滑油。该润滑油在轴瓦2与旋转轴90之间形成油膜。
各轴瓦2由内衬3从径向外侧支承。如图1所示，在从轴线A方向观察的情况下，内衬3呈具有与轴瓦2大体相同的曲率半径的弯曲的板状。内衬3由在壳体1的内周面设置的支点4支承。支点4的径向内侧的端部形成为例如尖头状等，支点4对内衬3进行点支承。由此，内衬3能够以支点4的顶端部为中心进行摆动。
图2是旋转轴90及可倾瓦轴承100在包含轴线A的平面处的剖视图。
如图2所示，内衬3收容于在外侧面2A形成的收容凹部5，外侧面2A是轴瓦2的各面中的朝向相对于轴线A的径向外侧的面。收容凹部5在外侧面2A上朝向相对于轴线A的径向内侧而呈方槽状凹陷。在包含轴线A的平面处的剖视下，收容凹部5的底面5A呈与轴线A大致平行地扩展的平面状。轴线A方向上的内衬3的尺寸比轴线A方向上的轴瓦2的尺寸小，且比轴线A方向上的收容凹部5的尺寸稍小。支点4在内衬3的轴线A方向上的中央位置处从径向外侧支承内衬3。
在内衬3的内侧面3A(即，与轴瓦2对向的面)形成有向从轴瓦2离开的方向(换言之，朝向以轴线A为中心的径向外侧)凹陷的凹部6。在图2所示的包含轴线A的剖视下，即，从与轴线A正交的方向观察，该凹部6具备具有规定的曲率半径的圆弧状的内表面。
在该实施方式中例示的凹部6形成为在与轴线A正交的方向(图2的纸面表背方向)的全部位置取同一曲率半径的浅的圆槽状。并且，这样形成的内衬3中的凹部6的轴线A方向两侧的端面成为了与轴瓦2的外侧面2A(收容凹部5的底面5A)抵接的抵接部7。
内衬3中的凹部6的规定的曲率半径例如能够基于内衬3的材质、内衬3的形状、轴瓦2的形状及向轴瓦2施加的轴承载荷的最大值等而通过模拟等求出。需要说明的是，轴线A方向上的凹部6的尺寸相对于轴线A方向上的内衬3的尺寸为1/2以上，也可以进一步设为2/3以上。
根据第一实施方式，在与轴瓦2对向的内衬3的中央位置形成有凹部6。因而，在内衬3与轴瓦2之间形成间隙。即，内衬3利用除了凹部6(间隙)之外的部分来支承向轴瓦2施加的轴承载荷。换言之，内衬3中的与凹部6相邻的两侧部由轴瓦2按压。并且，在轴承载荷大的情况下，轴瓦2在以轴线A为中心的径向上向凹部6的间隙变窄的方向稍微挠曲。并且，在轴瓦2的挠曲变大，由该挠曲引起的收容凹部5的底面5A的位移量变得比间隙大时，凹部6的内表面与轴瓦2的收容凹部5的底面5A接触而由轴瓦2按压。由此，能够抑制轴瓦2与旋转轴90的接触压力的分布仅向支承于支点4的位置的附近(换言之，支承于支点4的位置的近处)集中，将旋转轴90相对于轴瓦2的接触压力的分布平均化。
图3是示出轴瓦2的轴线A方向上的接触压力的分布的坐标图。
在图3中，实线示出了如该实施方式这样在内衬3形成有凹部6的情况下的压力分布，虚线示出了在内衬3未形成凹部6的情况下的压力分布。
如图3的虚线所示，在未形成凹部6的情况下，若轴承载荷变大，则轴瓦2的压力分布成为山形(换言之，倒V字状)，在支承于支点4的中央位置出现接触压力的顶峰。
相对于此，在内衬3形成有凹部6的情况下，如实线所示，即使轴承载荷变大，压力分布的峰值也比虚线所示的未形成凹部6的情况小，顶峰的数量从1个增加为3个。即，接触压力不集中于中央位置等局部，压力分布被平均化。
其结果，能够抑制产生轴瓦温度上升及局部性的塑性流动的情况。
而且，由于在凹部6内未形成角部，所以在轴瓦2挠曲而产生了轴瓦2与凹部6的内表面的接触时，能够避免局部性的角抵碰。其结果，能够避免旋转轴90的外周面与轴瓦2的内周面的局部性的接触面压的骤增。
(第二实施方式)
接着，基于附图来说明本发明的第二实施方式。需要说明的是，第二实施方式仅内衬3的结构与第一实施方式不同。因而，对与第一实施方式相同的部分标注同一标号来说明，并且省略重复的说明。
如图4所示，在该第二实施方式的可倾瓦轴承200的内衬3形成有凹部6。并且，在该凹部6内形成有小凹部8。小凹部8在凹部6内形成于轴线A方向上的中央位置。
小凹部8具有比凹部6小的曲率半径。需要说明的是，在该实施方式中，小凹部8与凹部6同样，形成为在与轴线A正交的方向(图4的纸面表背方向)的全部位置处取同一曲率半径的浅的圆槽状。在此，小凹部8的曲率半径根据仅形成凹部6的情况下的在中央部出现的压力分布的峰值而设定即可。该小凹部8的曲率半径也与凹部6同样，能够基于轴瓦2、内衬3的形状、材质等各种条件而例如通过模拟求出。
因此，根据第二实施方式，由于在凹部6内进一步形成有小凹部8，所以在轴承载荷大的情况下，能够使轴瓦2向以轴线A为中心的径向即收容凹部5的底面5A与凹部6的内表面的间隙变窄的方向挠曲。并且，通过形成小凹部8，即使凹部6的内表面与轴瓦2接触，也能够创造出小凹部8的内表面不与轴瓦2接触的状况。即，与仅形成有凹部6的情况相比，即使在轴承载荷更大的情况下，也能够与小凹部8的形成相应地降低配置支点4的中央位置的载荷的顶峰。由此，能够进一步抑制轴瓦2与旋转轴90的接触压力的分布仅向支点4的附近集中。
图5是示出轴瓦2的轴线A方向上的接触压力的分布的坐标图。
在图5中，实线示出了如该实施方式这样在内衬3形成有凹部6及小凹部8的情况下的压力分布，虚线示出了在内衬3仅形成有凹部6而未形成小凹部8的情况下的压力分布。
如图5的实线所示，在内衬3形成有凹部6及小凹部8的情况下，与虚线所示的情况相比压力分布的峰值变小，并且顶峰的数量从3个增加为5个。即，接触压力不集中于中央位置等的局部，压力分布被平均化。
其结果，能够进一步抑制产生轴瓦温度上升及局部性的塑性流动的情况。
(第三实施方式)
接着，基于附图来说明本发明的第三实施方式中的径向轴承。该第三实施方式的径向轴承仅在轴瓦侧形成有凹部这一点上与上述的第一实施方式不同。因而，对与第一实施方式相同的部分标注同一标号来说明，并且省略重复的说明。
图6是本发明的第三实施方式中的与图2相当的剖视图。
如图6所示，该第三实施方式中的可倾瓦轴承300具备壳体1、轴瓦2、内衬3及支点4。
内衬3收容于在外侧面2A形成的收容凹部5，外侧面2A是朝向以轴线A为中心的径向的外侧的轴瓦2的面。收容凹部5在外侧面2A上朝向相对于轴线A的径向内侧而呈方槽状凹陷。内衬3的内侧面3A(即，与轴瓦2对向的面)在包含轴线A的平面处的剖视下呈与轴线A大致平行地扩展的平面状。
轴线A方向上的内衬3的尺寸比轴线A方向上的轴瓦2的尺寸小，且比轴线A方向上的收容凹部5的尺寸稍小。
支点4在内衬3的轴线A方向上的中央位置处从径向外侧支承内衬3。
在收容凹部5的底面5A(即，与内衬3的内侧面3A对向的面)形成有向从内衬3离开的方向(换言之，朝向以轴线A为中心的径向内侧)凹陷的凹部306。该凹部306与上述的第一实施方式的凹部6同样，在图6所示的包含轴线A的剖视下，即，从与轴线A正交的方向观察，具备具有规定的曲率半径的圆弧状的内表面。
在该实施方式中例示的凹部306形成为在与轴线A正交的方向(图6的纸面表背方向)的全部位置处取同一曲率半径的浅的圆槽状。并且，这样形成的轴瓦2中的凹部306的轴线A方向两侧的端面(收容凹部5的底面5A)成为了与内衬3的内侧面3A抵接的抵接部307。
与第一实施方式同样，轴瓦2中的凹部306的规定的曲率半径例如能够基于轴瓦2的材质、内衬3的形状、轴瓦2的形状及向轴瓦2施加的轴承载荷的最大值等而通过模拟等求出。需要说明的是，轴线A方向上的凹部306的尺寸相对于轴线A方向上的内衬3的尺寸为1/2以上，也可以进一步设为2/3以上。
根据第三实施方式，在与内衬3对向的轴瓦2的中央位置形成有凹部306。因而，在内衬3与轴瓦2之间形成间隙。即，内衬3利用除了凹部306(间隙)之外的部分来支承向轴瓦2施加的轴承载荷。换言之，内衬3中的与凹部306相邻的两侧部由轴瓦2按压。并且，在轴承载荷大的情况下，轴瓦2在以轴线A为中心的径向上向凹部306的间隙变窄的方向稍微挠曲。并且，若轴瓦2的挠曲变大，由该挠曲引起的凹部306的内表面306A的位移量变得比间隙大，则凹部306的内表面306A与内衬3的内侧面3A接触而按压内衬3。由此，能够抑制轴瓦2与旋转轴90的接触压力的分布仅向支承于支点4的位置的附近(换言之，支承于支点4的位置的近处)集中，将旋转轴90相对于轴瓦2的接触压力的分布平均化。
需要说明的是，与上述的第二实施方式同样，也可以在第三实施方式的凹部306的内部形成从与轴线A正交的方向观察形成为具有比凹部306小的曲率半径的圆弧状的小凹部308(在图6中利用虚线示出)。
本发明不限于上述的各实施方式的结构，能够在不脱离其主旨的范围内进行设计变更。
例如，在上述的各实施方式中，对设置4个轴瓦2的结构进行了说明。然而，轴瓦2的个数不限定于4个，也可以是4个以下或5个以上。
而且，在上述的第二实施方式中，对在凹部6内形成有仅1个小凹部8的例子进行了说明。然而，也可以在小凹部8内进一步重叠形成其他的小凹陷。根据这样的结构，能够根据形成这些凹部6、小凹部8及其他的小凹陷的数量而使压力分布的顶峰的数量增加。由此，能够使轴瓦2与旋转轴90的接触压力分散，进一步降低接触压力仅向支点4的附近集中的情况。
产业上的可利用性
根据上述可倾瓦轴承，能够抑制产生轴瓦温度上升及局部性的塑性流动的情况，稳定地支承旋转轴。
标号说明
1 壳体
2 轴瓦
2A 外侧面
3 内衬
3A 内侧面
4 支点
5 收容凹部
5A 底面
6、306 凹部
306A 内表面
7 抵接部
8、308 小凹部
90 旋转轴
100、200、300 可倾瓦轴承
A 轴线

Claims (2)

1.一种可倾瓦轴承，具备：
轴瓦，以与旋转轴的外周面对向的方式配置；
内衬，在以所述旋转轴的轴线为中心的径向外侧支承所述轴瓦；及
支点，在以所述轴线为中心的径向外侧且所述旋转轴的轴线方向上的中央位置处支承所述内衬，从而使所述轴瓦能够摆动；
在所述内衬的与所述轴瓦对向的面的至少所述中央位置具备向以所述轴线为中心的径向外侧凹陷的作为所述轴瓦与所述内衬之间的径向上的间隙的凹部，或者在所述轴瓦的与所述内衬对向的面的至少所述中央位置具备向以所述轴线为中心的径向内侧凹陷的作为所述轴瓦与所述内衬之间的径向上的间隙的凹部，
从与所述轴线正交的方向观察，所述凹部形成为圆弧状，
若向所述轴瓦施加的轴承载荷变大，则所述轴瓦以所述凹部的所述间隙在所述径向上变窄的方式发生挠曲。
2.根据权利要求1所述的可倾瓦轴承，其中，
所述凹部在所述轴线方向的中央位置具备小凹部，从与所述轴线正交的方向观察，所述小凹部形成为具有比所述凹部的曲率半径小的曲率半径的圆弧状。
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