CN111594542B - 油浴式轴承装置以及旋转机械 - Google Patents

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Abstract

一种油浴式轴承装置以及旋转机械，该油浴式轴承装置对绕轴线旋转的旋转轴(1)进行支承，所述油浴式轴承装置具备：多个轴瓦(51)，它们沿着旋转轴(1)的外周面(1S)在周向上隔开间隔地排列；圆环状的承载圈(52)，其从外周侧支承多个轴瓦(51)，并且形成有供给润滑油的供油孔(52B)；以及外壳，其从外周侧覆盖承载圈(52)，并且将润滑油保持于该外壳与旋转轴(1)之间，供油孔(52B)将承载圈(52)从外周侧贯通至内周侧，并且随着朝向针对轴线而言的径向内侧而朝向旋转轴(1)的旋转方向后方侧延伸。

Description

油浴式轴承装置以及旋转机械
技术领域
本发明涉及油浴式轴承装置以及旋转机械。本申请针对在2019年2月20日申请的特愿2019-028412号来主张优先权并将其内容援用于此。
背景技术
在如压缩机、涡轮机那样、具备高速旋转的旋转轴的旋转机械中，为了在使旋转轴顺畅地旋转的同时支承载重，设置有各种轴承装置。作为这种轴承装置的一种，可举出可倾瓦轴承。可倾瓦轴承具有：多个轴瓦，它们沿着旋转轴的外周面设置；以及承载圈，其从外周侧覆盖这些轴瓦。轴瓦在承载圈的内周面上由尖头状的枢轴支承为能够摆动(例如参照下述专利文献1)。在专利文献1的轴承装置中，在沿周向相邻的轴瓦彼此之间设置有用于供给润滑油的喷嘴。由此，在轴瓦与旋转轴之间形成润滑油的膜，从而能够实现旋转轴的顺畅的旋转。
另一方面，作为与上述可倾瓦轴承不同的其他轴承装置，也广泛使用有被称作油浴式轴承装置的轴承装置。在这种轴承装置中，在外壳与旋转轴之间的空间填充有润滑油。即，轴瓦成为始终浸在润滑油中的状态。润滑油从形成于承载圈的供油孔经由轴瓦彼此之间的空间向外壳内供给。之后，润滑油伴随着旋转轴的旋转而与流动的润滑油(主流)混合。通过混合新的润滑油，能够将在轴瓦与旋转轴之间流动的期间变为高温的润滑油的温度降低。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-109268号公报
这里，在上述的油浴式轴承装置中，伴随着旋转轴的旋转而流动的润滑油的主流与从供油孔供给的新的润滑油的流动相比为高速。因此，有可能新供给的润滑油被主流弹飞而两者不会充分地混合。其结果是，润滑油变为高温，有可能影响轴承装置的负载能力。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种通过更稳定地供给润滑油从而负载能力提高了的油浴式轴承装置以及旋转机械。
用于解决课题的手段
根据本发明的第一方式，油浴式轴承装置对绕轴线旋转的旋转轴进行支承，其中，所述油浴式轴承装置具备：多个轴瓦，它们沿着所述旋转轴的外周面在周向上隔开间隔地排列；圆环状的承载圈，其从外周侧支承所述多个轴瓦，并且形成有供给润滑油的供油孔；以及外壳，其从外周侧覆盖所述承载圈，并且将润滑油保持于该外壳与所述旋转轴之间，所述供油孔将所述承载圈从外周侧贯通至内周侧，并且随着朝向针对所述轴线而言的径向内侧而朝向所述旋转轴的旋转方向后方侧延伸。
根据上述结构，供油孔随着朝向径向内侧而朝向旋转轴的旋转方向后方侧延伸。因此，通过供油孔供给的新的润滑油的流体与沿旋转轴的外周面流动的润滑油的流动方向(即，旋转方向前方)相向。由此，在新的润滑油与现有的润滑油碰撞时，在轴瓦彼此之间的空间形成以轴线方向为中心的涡流。通过形成涡流，能够充分地混合新的润滑油与现有的润滑油。
根据本发明的第二方式，在第一方式的上述油浴式轴承装置中，可以的是，所述油浴式轴承装置还具有设置于所述供油孔的出口侧端部且流路截面积比所述供油孔的其他部分小的缩窄部。
根据上述结构，在供油孔的出口侧端部设置有缩窄部，因此能够进一步地提高通过该缩窄部的润滑油的流速。由此，能够更高效地混合经由供油孔的新供给的润滑油与沿旋转轴的外周面流动的现有的润滑油。
根据本发明的第三方式，在第一或者第二方式的上述油浴式轴承装置中，可以的是，所述轴瓦的所述旋转方向前方侧的端面随着朝向径向内侧而朝向所述旋转方向后方侧延伸。
根据上述结构，轴瓦的旋转方向前方侧的端面随着朝向径向内侧而朝向旋转方向后方侧延伸。由此，经由供油孔供给的新的润滑油沿着上述端面朝向旋转轴的外周面，更锐角地碰撞于沿旋转轴的外周面流动的润滑油的流体。由此，能够促进涡流的形成，能够更高效地混合新的润滑油与现有的润滑油。
根据本发明的第四方式，在第一至第三方式中任一方式的上述油浴式轴承装置中，可以的是，所述轴瓦的所述旋转方向后方侧的端面随着朝向径向内侧而朝向所述旋转方向后方侧延伸。
根据上述结构，轴瓦的旋转方向后方侧的端面随着朝向径向内侧而朝向旋转方向后方侧延伸。由此，经由供油孔供给的新的润滑油沿着上述端面朝向旋转轴的外周面，更锐角地碰撞于沿旋转轴的外周面流动的润滑油的流体。由此，能够促进涡流的形成，能够更高效地混合新的润滑油与现有的润滑油。
根据本发明的第五方式，在第一至第四方式中任一方式的上述油浴式轴承装置中，可以的是，所述供油孔在所述轴线方向上隔开间隔地形成有多个。
根据上述结构，供油孔在轴线方向上隔开间隔地形成有多个，因此能够在轴线方向的整个区域稳定地供给润滑油。
根据本发明的第六方式，在第五方式的上述油浴式轴承装置中，可以的是，在多个所述供油孔之中，越是所述轴线方向上的中央部的所述供油孔，则开孔直径越大。
这里，越是靠近轴线方向上的轴瓦的中央，由旋转轴的载重产生的压力越高，因此润滑油的流速越高。根据上述结构，在多个供油孔之中，越是轴线方向上的中央部的供油孔，开孔直径越大。因此，能够从中央部的供油孔供给更多的润滑油。其结果是，能够更稳定地支承旋转轴。
根据本发明的第七方式，在第一至第六方式中任一方式的上述油浴式轴承装置中，可以的是，彼此相邻的一对所述轴瓦中在周向上彼此对置的端面呈向彼此远离的方向凹陷的弯曲面。
根据上述结构，彼此相邻的轴瓦的端面呈向彼此远离的方向凹陷的弯曲面。由此，润滑油沿着弯曲面流动，从而更顺畅地形成涡流。其结果是，能够更高效地混合经由供油孔供给的新的润滑油与沿旋转轴的外周面流动的润滑油。
根据本发明的第八方式，旋转机械具备：所述旋转轴；以及将所述旋转轴支承为能够旋转的第一至第七方式中任一方式的油浴式轴承装置。
根据上述结构，能够提供可更稳定地运用的旋转机械。
发明效果
根据本发明，能够提供一种通过更稳定地供给润滑油从而负载能力提高了的油浴式轴承装置以及旋转机械。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的旋转机械的结构的剖视图。
图2是表示本发明的第一实施方式的轴承装置的结构的剖视图。
图3是本发明的第一实施方式的轴承装置的主要部位放大剖视图。
图4是表示本发明的第二实施方式的轴承装置的供油孔的结构的图。
图5是本发明的第三实施方式的轴承装置的主要部位放大剖视图。
图6是本发明的第四实施方式的轴承装置的主要部位放大剖视图。
图7是本发明的第五实施方式的轴承装置的主要部位放大剖视图。
图8是表示本发明的第五实施方式的轴承装置的变形例的主要部位放大剖视图。
附图标记说明：
1...旋转轴；
1S...外周面；
2...流路；
3...外壳；
4...叶轮；
5...轴颈轴承(油浴式轴承装置)；
51...轴瓦；
51C、251C...轴瓦端面；
51F...前方侧端面；
51R...后方侧端面；
52...承载圈；
52A...承载圈内周面；
52B...供油孔；
53...轴承外壳；
521B...第一供油孔；
522B...第二供油孔；
54...润滑油供给部；
54A...罐；
54B...供给配管；
54C...泵；
6...推力轴承；
7...吸气口；
8...排气口；
41...盘；
42...叶片；
43...罩；
50...回转叶片；
100...离心压缩机；
O...轴线；
S...缩窄部；
T1...出口侧端部；
T2...入口侧端部；
V...空间；
X...涡流。
具体实施方式
[第一实施方式]
参照图1至图3对本发明的第一实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的作为旋转机械的离心压缩机100具备绕轴线旋转的旋转轴1、将该旋转轴1的周围覆盖而形成流路2的外壳3、设置于旋转轴1的多个叶轮4、以及轴颈轴承5(油浴式轴承装置)。
外壳3呈沿着轴线O延伸的圆筒状。旋转轴1以沿着轴线O贯通该外壳3的内部的方式延伸。在轴线O方向上的外壳3的两端部分别设置有轴颈轴承5以及推力轴承6。旋转轴1被这些轴颈轴承5与推力轴承6支承为能够绕轴线O旋转。关于轴颈轴承5的结构，后面叙述。
在外壳3的轴线O方向一侧设置有用于从外部取入作为工作流体G的空气的吸气口7。而且，在外壳3的轴线O方向另一侧设置有将在外壳3内部压缩了的工作流体G排出的排气口8。
在外壳3的内侧形成有将这些吸气口7与排气口8连通且重复缩径与扩径的内部空间(流路2)。另外，在以后的说明中，将该流路2上的吸气口7所在一侧称作上游侧，将排气口8所在一侧称作下游侧。
在旋转轴1的外周面上，沿着轴线O方向隔开间隔地设置有多个(6个)叶轮4。各叶轮4具有从轴线O方向观察时具有大致圆形的剖面的盘41、设置于该盘41的上游侧的表面的多个叶片42、以及从上游侧覆盖这些多个叶片42的罩43。
在本实施方式中，每一个叶轮4(每一个压缩段)形成有一个流路2。即，在离心压缩机100中，对应于除了最后段的叶轮4的五个叶轮4，形成有从上游侧向下游侧连续的五个流路2。另外，在各流路2上设置有用于引导流体的流动的多个回转叶片50。回转叶片50以轴线O为中心呈放射状延伸。
接下来，参照图2及图3对轴颈轴承5的结构进行说明。如图2所示，轴颈轴承5具有多个(5个)轴瓦51、承载圈52、轴承外壳53(外壳)以及润滑油供给部54。
多个轴瓦51沿着旋转轴1的外周面1S在周向上隔开间隔地排列。各轴瓦51呈以轴线O为中心的圆弧状。轴瓦51的朝向内周侧的表面(滑动面51A)与旋转轴1的外周面1S在径向上隔开间隔地对置。滑动面51A呈以轴线O为中心的圆弧状。轴瓦51的朝向外周侧的表面(支承面51B)与滑动面51A同样地呈以轴线O为中心的圆弧状。
在彼此相邻的一对轴瓦51的周向的端面(轴瓦端面51C)彼此之间形成有沿周向展开的空间V。润滑油经由后述供油孔被供给至该空间V。
在轴瓦51的外周侧设置有承载圈52。承载圈52呈以轴线O为中心的圆环状。在承载圈52的内周面(承载圈内周面52A)上设置有支承轴瓦51的枢轴P。枢轴P针对每个轴瓦51各设置一个。枢轴P呈从承载圈内周面52A向径向内侧突出的尖头状。枢轴P的顶部与轴瓦51的支承面51B点接触。轴瓦51能够以枢轴P的顶部为支点三维地摆动。
而且，在承载圈52形成有用于将从后述的润滑油供给部54供给的润滑油向承载圈52的内周侧引导的供油孔52B。供油孔52B是将承载圈52从内周侧贯通至外周侧的孔。供油孔52B在周向上设置于与上述的空间V对应的位置。即，在本实施方式中，形成有五个供油孔52B。关于供油孔52B的结构，在后面叙述。
在承载圈52的外周侧设置有轴承外壳53。轴承外壳53设置为用于从外周侧覆盖轴瓦51以及承载圈52，并且在其与旋转轴1的外周面1S之间保持润滑油。即，本实施方式的轴颈轴承5是油浴式轴承装置，轴承外壳53的内周侧的空间由润滑油充满。
在轴承外壳53连接有润滑油供给部54。润滑油供给部54具有存储润滑油的罐54A、将罐54A与轴承外壳53连接的供给配管54B、以及设置于供给配管54B上的泵54C。通过驱动泵54C，从而罐54A内的润滑油通过供给配管54B被压送至轴承外壳53内。
被压送至轴承外壳53内的润滑油经由形成于承载圈52的供油孔52B，到达轴瓦51彼此之间的空间V。在该空间V内，从供油孔52B供给的新的润滑油与沿旋转轴1的外周面1S流动的润滑油的流体(主流)混合。通过混合新的润滑油，能够将在轴瓦51与旋转轴1之间流动的期间变为高温的润滑油的温度降低。然而，根据旋转轴1的转速，有可能主流与新的润滑油的流体的速度差变得过大而两者的混合不充分。其结果是，润滑油变为高温，有可能影响轴颈轴承5的负载能力。
因此，在本实施方式中，供油孔52B采用图3所示那样的结构。如该图所示，供油孔52B相对于轴线O的径向倾斜地延伸。更具体而言，供油孔52B随着朝向针对轴线O而言的的径向内侧而朝向旋转轴1的旋转方向后方侧延伸。由此，经由供油孔52B流入空间V的润滑油以锐角碰撞于沿着旋转轴1的外周面1S流动的润滑油的流体(主流M)。其结果是，如图3所示，在空间V内中，通过主流M与新的润滑油的流体而形成润滑油的涡流X。通过该涡流X而将主流M与新的润滑油混合。
如以上说明的那样，根据本实施方式的结构，供油孔52B随着朝向径向内侧而朝向旋转轴1的旋转方向后方侧延伸。因此，通过供油孔52B供给的新的润滑油的流体与沿旋转轴1的外周面1S流动的润滑油的流动方向(即，旋转方向前方)相向。由此，在新的润滑油与现有的润滑油碰撞时，在轴瓦51彼此之间的空间V形成以轴线O方向为中心的涡流X。通过形成涡流X，能够充分地混合新的润滑油与现有的润滑油(主流M)。其结果是，能够使润滑油的主流M的温度降低，且能够维持/提高轴颈轴承5的负载能力。
以上，说明了本发明的第一实施方式。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述结构实施各种变更、修改。例如，在上述实施方式中，对设置五个轴瓦51的例子进行了说明。然而，轴瓦51的个数也可以为四个以下或六个以上。而且，在上述实施方式中，对在轴瓦51彼此之间的空间V分别各形成一个供油孔52B的例子进行了说明。然而，供油孔52B也可以形成于仅与一部分的空间V对应的区域。
[第二实施方式]
接下来，参照图4对本发明的第二实施方式进行说明。另外，对与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图4所示，在本实施方式中，在每个空间V形成有多个(3个)的供油孔52B。各供油孔52B在轴线O方向上隔开间隔地排列。而且，这些多个供油孔52B中的、在轴线O方向上位于中央部的第一供油孔521B与其他供油孔52B(第二供油孔522B)相比开口直径设定得较大。
根据上述结构，供油孔52B在轴线O方向上隔开间隔地形成多个，因此能够在轴线O方向的整个区域稳定地向轴瓦51供给润滑油。
这里，由于越是靠近轴线O方向上的轴瓦51的中央部，由旋转轴1的载重产生的压力越高，因此润滑油的流速越高。根据上述结构，多个供油孔52B中的、越成为轴线O方向上的中央部的供油孔则开孔直径越大。因此，能够从中央部的供油孔52B(第一供油孔521B)供给更多的润滑油。其结果是，能够更稳定地支承旋转轴1。
以上，说明了本发明的第二实施方式。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述结构实施各种变更、修改。例如，在上述第二实施方式中，对在轴线O方向上形成有三个供油孔52B的例子进行了说明。然而，供油孔52B的个数并不限定于上述，也可以为四个以上。
[第三实施方式]
接下来，参照图5对本发明的第三实施方式进行说明。另外，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图5所示，在本实施方式中，在供油孔52B的出口侧端部T1设置有缩窄部S。在缩窄部S中，流路截面积比供油孔52B中的其他部分小。即，出口侧端部T1的开口直径比入口侧端部T2的开口直径小。
根据上述结构，由于在供油孔52B的出口侧端部T1设置有缩窄部S，因此能够进一步提高通过该缩窄部S的润滑油的流速。由此，在空间V内形成的涡流X的回旋流速进一步提高，能够更高效地混合经由供油孔52B新供给的润滑油与沿旋转轴1的外周面1S流动的现有的润滑油。
以上，说明了本发明的第三实施方式。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述结构实施各种变更、修改。例如，还能够采用将上述的第二实施方式的结构与第三实施方式的结构组合而成的结构。
[第四实施方式]
接下来，参照图6对本发明的第四实施方式进行说明。另外，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图6所示，在本实施方式中，轴瓦51的周向上的端面(轴瓦端面251C)的形状与上述的各实施方式不同。具体而言，该轴瓦端面251C形成向周向凹陷的弯曲面。即，在彼此相邻的一对轴瓦51中，各个轴瓦端面251C向彼此远离的方向呈曲面状地凹陷。
根据上述结构，彼此相邻的轴瓦51的端面(轴瓦端面251C)形成向彼此远离的方向凹陷的弯曲面。由此，润滑油沿着弯曲面流动，从而更顺畅地形成涡流X。其结果是，能够更高效地混合经由供油孔52B供给的新的润滑油与沿旋转轴的外周面流动的润滑油。
以上，说明了本发明的第四实施方式。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述结构实施各种变更、修改。例如，还能够采用将第四实施方式的结构与上述的第二实施方式以及第三实施方式的结构组合而成的结构。
[第五实施方式]
接下来，参照图7对本发明的第五实施方式进行说明。另外，对与上述各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图7所示，在本实施方式中，轴瓦51的轴瓦端面51C中的、旋转方向前方侧的端面(前方侧端面51F)相对于轴线O的径向倾斜地延伸。即，该前方侧端面51F随着朝向径向内侧而朝向旋转方向后方侧延伸。
根据上述结构，轴瓦51的旋转方向前方侧的端面(前方侧端面51F)随着朝向径向内侧而朝向旋转方向后方侧延伸。由此，经由供油孔52B供给的新的润滑油沿着上述前方侧端面51F朝向旋转轴1的外周面1S，更锐角地碰撞于沿旋转轴1的外周面1S流动的润滑油的流体。由此，能够促进涡流X的形成，能够高效地混合新的润滑油与现有的润滑油。
以上，说明了本发明的第五实施方式。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述结构实施各种变更、修改。例如，也可以采用如图8所示那样不是轴瓦51的前方侧端面51F、而是旋转方向后方侧的端面(后方侧端面51R)相对于径向倾斜地延伸的结构。即，后方侧端面51R随着朝向径向内侧而朝向旋转方向后方侧延伸。通过这种结构，也能够促进涡流X的形成。而且，也能够采用将该前方侧端面51F以及后方侧端面51R组合而成的结构。另外，也可以适当选择从上述的第二实施方式至第四实施方式的结构来与第五实施方式的结构进行组合。

Claims (8)

1.一种油浴式轴承装置，其对绕轴线旋转的旋转轴进行支承，其中，
所述油浴式轴承装置具备：
多个轴瓦，它们沿着所述旋转轴的外周面在周向上隔开间隔地排列；
圆环状的承载圈，其从外周侧支承所述多个轴瓦，并且形成有供给润滑油的供油孔；以及
外壳，其从外周侧覆盖所述承载圈，并且将润滑油保持于该外壳与所述旋转轴之间，
所述供油孔将所述承载圈从外周侧贯通至内周侧，并且随着朝向针对所述轴线而言的径向内侧而朝向所述旋转轴的旋转方向后方侧延伸，所述供油孔向所述轴瓦之间的空间供给润滑油。
2.根据权利要求1所述的油浴式轴承装置，其中，
所述油浴式轴承装置还具有设置于所述供油孔的出口侧端部且流路截面积比所述供油孔的其他部分小的缩窄部。
3.根据权利要求1所述的油浴式轴承装置，其中，
所述轴瓦的所述旋转方向前方侧的端面随着朝向径向内侧而朝向所述旋转方向后方侧延伸。
4.根据权利要求1所述的油浴式轴承装置，其中，
所述轴瓦的所述旋转方向后方侧的端面随着朝向径向内侧而朝向所述旋转方向后方侧延伸。
5.根据权利要求1所述的油浴式轴承装置，其中，
所述供油孔在所述轴线方向上隔开间隔地形成有多个。
6.根据权利要求5所述的油浴式轴承装置，其中，
在多个所述供油孔之中，越是所述轴线方向上的中央部的所述供油孔，则开孔直径越大。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的油浴式轴承装置，其中，
彼此相邻的一对所述轴瓦中在周向上彼此对置的端面呈向彼此远离的方向凹陷的弯曲面。
8.一种旋转机械，其中，
所述旋转机械具备：
旋转轴；以及
将所述旋转轴支承为能够旋转的权利要求1至7中任一项所述的油浴式轴承装置。
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