DE112016006520T5

DE112016006520T5 - Lagervorrichtung und Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112016006520T5
Application number: DE112016006520.5T
Authority: DE
Inventors: Takashi Nakano; Tanehiro Shinohara; Takaaki Kaikogi; Yuichiro WAKI; Yutaka Ozawa
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-11-22
Also published as: US20190072128A1; KR102058810B1; CN108884861A; CN108884861B; WO2018029835A1; KR20180115754A; US10514058B2

Abstract

Eine Lagervorrichtung weist auf: einen Trägerring; einen ersten Lagerabschnitt, der entlang eines äußeren Umfangs einer Rotorwelle an einer radial inneren Seite des Trägerrings angeordnet ist; einen zweiten Lagerabschnitt, der entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle und stromabwärts des ersten Lagerabschnitts in Bezug auf eine Rotationsrichtung der Rotorwelle an der radial inneren Seite des Trägerrings angeordnet ist; und ein Paar Seitenplatten, die entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle an beiden Seiten des Trägerrings in Bezug auf eine axiale Richtung angeordnet sind. In einem Trägerringseitenbereich einer inneren Umfangsfläche von jeder der Seitenplatten ist eine Nut, die sich in einer Umfangsrichtung entlang einer Seitenfläche des ersten Lagerabschnitts erstreckt, zumindest in einem Teil eines Erstreckungsbereiches des ersten Lagerabschnitts ausgebildet. Die Lagervorrichtung weist ferner einen Ölführungsabschnitt auf, der so gestaltet ist, dass er Öl führt, nachdem es von einem Spalt zwischen einer inneren Umfangsfläche des ersten Lagerabschnitts und einer äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle in die Nut geströmt ist und das Öl zu einem Spalt zwischen einem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts und einem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagerabschnitts zurückführt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Lagervorrichtung zum drehbaren Lagern einer Rotationswelle und eine Rotationsmaschine.
STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen weist eine Rotationsmaschine wie eine Dampfturbine und eine Gasturbine eine Lagervorrichtung zum drehbaren Lagern einer Rotorwelle (Rotationswelle) auf. Normalerweise ist Schmieröl zwischen einer äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle und einer Lagerfläche eines Lagerabschnitts, der die Rotorwelle trägt, angeordnet, um dazwischen eine Schmiereigenschaft sicherzustellen.
Zum Beispiel offenbart das Patentdokument 1 ein Kippsegmentlager, das so gestaltet ist, dass es eine Rotorwelle mit einer Vielzahl von Lagersegmenten trägt, die in der Umfangsrichtung der Rotationswelle angeordnet sind. Bei diesem Kippsegmentlager wird Schmieröl von einer Vielzahl von Ölzufuhrdüsen, die stromaufwärts und stromabwärts der Lagersegmente angeordnet sind, zu dem Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle und den Lagerflächen der Lagersegmente zugeführt. Ferner sind Seitenplatten an beiden Endflächen des unteren Hälftenteils des Trägerrings angeordnet, um das Austreten von Schmieröl, das von den Ölzufuhrdüsen zugeführt wird, zu unterdrücken.
Zitationsliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: WO2010f097990 A
Patentdokument 2: JP2012-011698 A
Patentdokument 3: JP2009-063015 A

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Zu lösende Probleme
Jedoch wird bei dem im Patentdokument 1 offenbarten Kippsegmentlager das Öl von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite zwischen den Lagerflächen der Lagersegmente und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle in Übereinstimmung mit der Drehung der Rotorwelle durch Reibung mit den Lagerflächen der Lagersegmente oder der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle erhitzt. Somit strömt Öl mit einer erhöhten Temperatur durch stromabwärtige Lagersegmente, wo mehr Reibungswärme angesammelt wird und somit die Temperatur beträchtlich ansteigt. Ein übermäßiger Temperaturanstieg eines Lagersegments kann eine der Ursachen für eine Fehlfunktion der Lagervorrichtung sein. Daher ist es notwendig, eine Technik zu entwickeln, um den Temperaturanstieg der Lagersegmente zu unterdrücken.
In dieser Hinsicht offenbart das Patentdokument 1 keine spezifische Maßnahme zum Unterdrücken des Temperaturanstiegs der Lagersegmente.
Im Hinblick auf das Obige ist es eine Aufgabe von mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Lagervorrichtung, mit der es möglich ist, den Temperaturanstieg eines Lagerabschnitts effektiv zu unterdrücken, und eine Rotationsmaschine vorzusehen.
Lösung für die Probleme
(1) Eine Lagervorrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Trägerring; einen ersten Lagerabschnitt, der entlang eines äußeren Umfangs einer Rotorwelle an einer radial inneren Seite des Trägerrings angeordnet ist; einen zweiten Lagerabschnitt, der entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle und stromabwärts des ersten Lagerabschnitts in Bezug auf eine Rotationsrichtung der Rotorwelle an der radial inneren Seite des Trägerrings angeordnet ist; und ein Paar Seitenplatten, die entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle an beiden Seiten des Trägerrings in Bezug auf eine axiale Richtung angeordnet sind. In einem Trägerringseitenbereich einer inneren Umfangsfläche von jeder der Seitenplatten ist eine Nut, die sich in einer Umfangsrichtung entlang einer Seitenfläche des ersten Lagerabschnitts erstreckt, zumindest in einem Teil eines Erstreckungsbereiches des ersten Lagerabschnitts ausgebildet. Die Lagervorrichtung weist ferner einen Ölführungsabschnitt auf, der so gestaltet ist, dass er Öl führt, nachdem es von einem Spalt zwischen einer inneren Umfangsfläche des ersten Lagerabschnitts und einer äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle in die Nut geströmt ist und das Öl zu einem Spalt zwischen einem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts und einem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagerabschnitts zurückführt.
Mit der obigen Lagervorrichtung (1) wird Öl mit einer relativ niedrigen Temperatur, das durch die Nut strömt, die sich in der Umfangsrichtung entlang der Seitenfläche des ersten Lagerabschnitts erstreckt, durch den Ölführungsabschnitt zu dem Spalt zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagerabschnitts zurückgeführt. Somit ist es möglich, dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des zweiten Lagerabschnitts und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle das Öl mit relativ niedriger Temperatur zuzuführen und den Temperaturanstieg des zweiten Lagerabschnitts effektiv zu unterdrücken.
(2) In einer Ausführungsform in der obigen Konfiguration (1) weist der Ölführungsabschnitt eine Strömungsführungswand auf, die an jeder der Seitenplatten angeordnet ist, so dass sie in Richtung des Trägerrings innerhalb der Nut vorsteht, und die Strömungsführungswand ist von einer Richtung orthogonal zu einer axialen Richtung der Rotorwelle geneigt, so dass sie sich in Richtung der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle dem Trägerring annähert.
Mit der obigen Konfiguration (2) weist der Ölführungsabschnitt die Strömungsführungswand auf, die an jeder der Seitenplatten angeordnet ist, so dass sie in Richtung des Trägerrings in der Nut vorsteht, und somit ist es mit der Strömungsführungswand möglich, die Strömungsrichtung des Öls, das durch die Nut in Richtung der mittleren Seite in Bezug auf die Breitenrichtung des zweiten Lagerabschnitts strömt, zu ändern. Ferner ist die Strömungsführungswand von einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung der Rotorwelle geneigt, so dass sie sich in Richtung der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle dem Trägerring annähert, und somit ist es möglich die Strömungsrichtung gleichmäßig zu ändern, ohne die Strömung des Öls (Seitenströmung) in der Nut zu beeinträchtigen.
(3) In einigen Ausführungsformen weist in der obigen Konfiguration (1) oder (2) der Ölführungsabschnitt einen inneren Strömungskanal auf, der innerhalb der Seitenplatten angeordnet ist, so dass er eine Öleinlassöffnung und eine Ölauslassöffnung, von denen jede eine Öffnung in die Nut aufweist, in Kommunikation bringt. Die Öleinlassöffnung ist an der Seite des ersten Lagerabschnitts positioniert ist. Die Ölauslassöffnung ist an einer Umfangsrichtungsposition zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagerabschnitts angeordnet.
Mit der obigen Konfiguration (3) strömt der Ölstrom (Seitenströmung) in der Nut durch den inneren Strömungskanal von der Öleinlassöffnung an der Seite des ersten Lagerabschnitts und kehrt von der Ölauslassöffnung, die zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagerabschnitts angeordnet ist, in die Nut zurück. Somit ist es möglich, den Strömungskanal der Seitenströmung zwischen dem ersten Lagerabschnitt und dem zweiten Lagerabschnitt auf den inneren Strömungskanal zu begrenzen und die Seitenströmung zuverlässig von dem ersten Lagerabschnitt zu dem zweiten Lagerabschnitt zu führen.
(4) In einigen Ausführungsformen erstreckt sich in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (3) die Nut entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle in einem Umfangsrichtungsbereich, der einen Erstreckungsbereich des ersten Lagerabschnitts und des zweiten Lagerabschnitts aufweist.
Mit der obigen Konfiguration (4) ist es möglich, Öl mit einer relativ niedrigen Temperatur, das seitlich von dem ersten Lagerabschnitt austritt, stromabwärts in Richtung des stromaufwärtigen Endabschnitts des zweiten Lagerabschnitts zu führen, über die Nut, die an der Seitenplatte in dem Umfangsrichtungsbereich einschließlich des ersten Lagerabschnitts und des zweiten Lagerabschnitts angeordnet ist.
(5) In einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (4), ist unter der Voraussetzung, dass W eine gesamte Breite jeder der Seitenplatten in der axialen Richtung ist und W_g eine axiale Richtungsbreite der Nut ist, ein Ausdruck 0,15 W ≤ W_g erfüllt.
Auf diese Weise ist es möglich, eine ausreichende Strömungskanalquerschnittsfläche für die Nut sicherzustellen und Öl mit einer relativ niedrigen Temperatur, das seitlich von dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des ersten Lagerabschnitts und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle austritt, effektiv stromabwärts in Richtung des Ölführungsabschnitts zu führen.
(6) In einigen Ausführungsformen weist die Lagervorrichtung in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (5) ferner eine Rippe auf, die an einer inneren Umfangsfläche von jeder der Seitenplatten angeordnet ist und die sich entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle an beiden Seiten über den stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle erstreckt. Die Nut ist durch einen Aussparungsabschnitt gebildet, der durch die Rippe und die innere Umfangsfläche von jeder der Seitenplatten definiert ist, die näher an dem Trägerring ist als die Rippe.
Mit der obigen Konfiguration (6) ist es durch Vorsehen der Rippe an der inneren Umfangsfläche der Seitenplatte entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle möglich, die Rippe (Aussparungsabschnitt) mit einer einfachen Konfiguration zu bilden. Da ein anderer Abschnitt als die Rippe der äußeren Umfangsfläche der Seitenplatte als die Nut wirkt, ist es ferner möglich, eine ausreichende Strömungskanalquerschnittsfläche für die Nut sicherzustellen, um Öl mit relativ niedriger Temperatur zu führen, das seitlich von dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des ersten Lagerabschnitts und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle austritt.
(7) In einigen Ausführungsformen ist in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (6) ein Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche jeder der Seitenplatten und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle in einem Umfangsrichtungsbereich von zumindest einem Teil eines Erstreckungsbereiches des ersten Lagerabschnitts schmaler als in zumindest einem Teil eines Umfangsrichtungsbereichs stromaufwärts eines stromaufwärtigen Endabschnitts des ersten Lagerabschnitts und stromabwärts eines stromabwärtigen Endabschnitts des zweiten Lagerabschnitts.
Gemäß (7) oben ist es mit dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche der Seitenplatte und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle in dem Umfangsrichtungsbereich von zumindest einem Teil eines Erstreckungsbereiches des ersten Lagerabschnitts, der relativ klein ist, möglich, die Abgabe von Öl mit relativ niedriger Temperatur in der Nut über den Spalt zu der Außenseite zu unterdrücken. Dementsprechend ist es möglich, eine ausreichende Strömungsrate von Öl mit relativ niedriger Temperatur (Öl, das durch die Nut strömt) sicherzustellen, das durch den Ölführungsabschnitt in den zweiten Lagerabschnitt eingeführt wird.
(8) In einigen Ausführungsformen ist in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (7) eine Bodenfläche der Nut an einer inneren Seite einer äußeren Umfangsfläche des ersten Lagerabschnitts in Bezug auf eine radiale Richtung des Trägerrings positioniert.
Mit der obigen Konfiguration (8) ist die Nut an der inneren Seite der äußeren Umfangsfläche des ersten Lagerabschnitts in Bezug auf die radiale Richtung des Trägerrings angeordnet, und somit ist es möglich, Öl mit relativ niedriger Temperatur zu empfangen, das seitlich von dem ersten Lagerabschnitt zu dem Raum austritt, der von der Bodenfläche der Nut der Seitenplatte und der Seitenfläche des ersten Lagerabschnitts umgeben ist.
(9) In einigen Ausführungsformen weist die Lagervorrichtung in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (8) ferner einen halbkreisförmigen Lagerabschnitt auf, der an einer radial inneren Seite eines oberen Hälftenbereichs des Trägerrings angeordnet und so gestaltet ist, dass er das Spiel der Rotorwelle von oben begrenzt. Der erste Lagerabschnitt und der zweite Lagerabschnitt sind ein Paar entsprechender Lagersegmente, die an einer radial inneren Seite eines unteren Hälftenbereichs des Trägerrings angeordnet und so gestaltet sind, dass sie die Rotorwelle von unten lagern.
Mit der obigen Konfiguration (9) ist der halbkreisförmige Lagerabschnitt an der radial inneren Seite des oberen Hälftenbereichs des Trägerrings angeordnet, und dadurch ist es möglich, das Spiel der Rotorwelle mit dem halbkreisförmigen Lagerabschnitt zu begrenzen und einen Bruch oder dergleichen von Komponenten der Rotationsmaschine aufgrund von Spiel der Rotorwelle zu verhindern. Ferner sind der erste Lagerabschnitt und der zweite Lagerabschnitt (ein Paar Lagersegmente) in dem unteren Hälftenbereich des Trägerrings angeordnet, und somit ist es möglich, die Rotorwelle angemessen mit dem Paar Lagersegmente zu lagern.
(10) Eine Rotationsmaschine gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: die Lagervorrichtung gemäß einem von (1) bis (9) oben; und eine Rotationswelle, die von der Lagervorrichtung gelagert ist.
Mit der obigen Rotationsmaschine (10) ist es möglich, den Temperaturanstieg des zweiten Lagerabschnitts der Lagervorrichtung zu unterdrücken, und somit ist es möglich, die Rotationsmaschine gleichmäßig zu betreiben.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Öl mit relativ niedriger Temperatur, das durch die Nut strömt, die sich in der Umfangsrichtung entlang der Seitenfläche des ersten Lagerabschnitts erstreckt, zu dem Spalt zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagerabschnitts zurückgeführt, und somit ist es möglich, das Öl mit relativ niedriger Temperatur dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des zweiten Lagerabschnitts und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle zuzuführen und einen Temperaturanstiegs des zweiten Lagerabschnitts effektiv zu unterdrücken..
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer Lagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform entlang ihrer axialen Richtung. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise einen unteren Hälftenbereich einer Lagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Explosionsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 3 gezeigten Lagervorrichtung, in Richtung C gesehen.
5 ist eine Querschnittsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 3 gezeigten Lagervorrichtung, entlang der Linie D-D.
6 ist eine Querschnittsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 3 gezeigten Lagervorrichtung, entlang der Linie E-E.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise einen unteren Hälftenbereich einer Lagervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
8 ist eine Explosionsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 7 gezeigten Lagervorrichtung, in Richtung F gesehen.
9 ist eine Querschnittsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 7 gezeigten Lagervorrichtung, entlang der Linie G-G.
10 ist eine Pfeilrichtungsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 7 gezeigten Lagervorrichtung, in Richtung H gesehen.
11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Seitenplatte gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
12 ist eine Querschnittsansicht, die teilweise den unteren Hälftenbereich einer Lagervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform (entsprechend zu 4) zeigt.
13 ist eine Querschnittsansicht, die teilweise den unteren Hälftenbereich einer Lagervorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform (entsprechend zu 8) zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders gekennzeichnet, Dimensionen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, nur als veranschaulichend interpretiert werden und nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränken sollen.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „obere Hälfte“ in Begriffen wie „oberer Hälftenabschnitt“ und „oberer Hälftenbereich“ auf einen oberen Abschnitt in der vertikalen Richtung (Schwerkraftrichtung). Ähnlich bezieht sich in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck „untere Hälfte“ in Begriffen wie „unterer Hälftenabschnitt“ und „unterer Hälftenbereich“ auf einen unteren Abschnitt in der vertikalen Richtung (Schwerkraftrichtung).
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 die allgemeine Konfiguration einer Lagervorrichtung 10 gemäß einigen Ausführungsformen beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht einer Lagervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform entlang ihrer axialen Richtung. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1. 2 ist ein Querschnitt in einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform bezieht sich „axiale Richtung“ auf die Richtung der Mittelachse O der Rotorwelle 2, die von der Lagervorrichtung 10 gelagert ist, und „radiale Richtung“ bezieht sich auf die Richtung des Radius der Rotorwelle 2, und „Umfangsrichtung“ bezieht sich auf die Umfangsrichtung der Rotorwelle 2.
Die Lagervorrichtung 10, die in den 1 und 2 gezeigt ist, ist ein Kippsegmentlager (Wellenlager), das das Direktschmierverfahren als Schmierverfahren (Ölzufuhrverfahren) verwendet und weist einen ersten Lagerabschnitt (erstes Lagersegment 30) und einen zweiten Lagerabschnitt (zweites Lagersegment 32) auf, der in der unteren Hälfte angeordnet ist. Nachstehend wird die Lagervorrichtung 10, die in den Zeichnungen gezeigt ist, als ein Beispiel beschrieben. Nichtsdestotrotz ist die Lagervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann die Lagervorrichtung 10 in einer anderen Ausführungsform ein Axiallager sein oder kann ein anderes Schmiermittelverfahren, wie beispielsweise eine Ölbadschmierung, verwenden. Ferner können in einer anderen Ausführungsform zwei weitere Lagersegmente in dem oberen Hälftenbereich angeordnet sein, so dass insgesamt vier Lagersegmente in der Umfangsrichtung montiert sind. Alternativ können drei oder mehr Lagersegmente in dem unteren Hälftenbereich angeordnet sein.
Die Lagervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auf eine Rotationsmaschine 1, das heißt zum Beispiel eine Turbine wie eine Gasturbine, eine Dampfturbine (eine Dampfturbine eines Kernkraftwerks) und eine Maschine antreibende Turbine, eine Windkraftmaschine wie ein Windturbinengenerator oder einen Kompressor, angewendet werden.
Die Rotationsmaschine 1 weist auf: eine Rotorwelle 2, die rotatorisch angetrieben wird, ein die Rotorwelle 2 aufnehmendes Lagergehäuse (nicht dargestellt) und die Lagervorrichtung 10 zum Lagern der Rotorwelle 2.
In einer Ausführungsform weist die Lagervorrichtung 10 auf: einen Trägerring 11, der an dem Lagergehäuse (nicht gezeigt) der Rotationsmaschine 1 montiert ist, ein Paar Seitenplatten 17, 18, das an beiden Seiten des Trägerrings 11 in Bezug auf die axiale Richtung angeordnet ist, und ein erstes Lagersegment 30 und ein zweites Lagersegment 32, die radial innerhalb des Trägerrings 11 angeordnet sind.
Des Weiteren weist die Lagervorrichtung 10 ferner einen Ölführungsabschnitt 40, 50 (siehe 3 und 7) als Merkmale zum Unterdrücken eines Temperaturanstiegs des zweiten Lagersegments 32 auf. Die Konfiguration mit dem Ölführungsabschnitt 40, 50 wird später beschrieben.
Nachfolgend wird das spezifische Konfigurationsbeispiel jeder Komponente in der Lagervorrichtung 10 spezifisch beschrieben.
Der Trägerring 11 weist einen oberen Hälftenabschnitt-Trägerring 12 und einen unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 auf. Der obere Hälftenabschnitt-Trägerring 12 und der untere Hälftenabschnitt-Trägerring 13 weisen jeweils innere Umfangsflächen 12a, 13a und äußere Umfangsflächen 12b, 13b auf, die jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung aufweisen. In dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel ist der Trägerring 11 in den oberen Hälftenabschnitt-Trägerring 12 und den unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 unterteilt. Nichtsdestotrotz kann der Trägerring 11 eine integrierte Struktur aufweisen.
An beiden Endseiten des Trägerrings 11 ist in Bezug auf die axiale Richtung ein Paar Seitenplatten 17, 18 entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 angeordnet. Die Seitenplatten 17, 18 sind so ausgebildet, dass sie eine Scheibenform haben, und ein in der Mitte ausgebildetes Loch aufweisen, durch welches die Rotorwelle 2 eingeführt ist. Diese Seitenplatten 17, 18 unterdrücken in einem geeigneten Ausmaß ein Austreten von Schmieröl nach außen, das von den nachstehend beschriebenen Ölzuführdüsen 25 bis 29 zugeführt wird.
Der obere Hälftenabschnitt-Trägerring 12 weist Führungsmetalle (halbkreisförmige Lagerabschnitte) 20, 21 auf, die an der inneren Umfangsfläche 12a montiert sind, um hauptsächlich das Spiel der Rotorwelle 2 von oben zu unterdrücken. Zum Beispiel ist ein Paar Führungsmetalle 20, 21 in Bezug auf die axiale Richtung an beiden Endseiten des oberen Hälftenabschnitt-Trägerrings 12 und in Bezug auf die axiale Richtung an der inneren Seite der Seitenplatten 17, 18 montiert. Die Führungsmetalle 20, 21 sind so ausgebildet, dass sie eine halbkreisförmige Form haben.
Wie oben beschrieben, sind die Führungsmetalle 20, 21 an der radial inneren Seite des oberen Hälftenabschnitt-Trägerrings 12 angeordnet, und dadurch ist es möglich, das Spiel der Rotorwelle 2 mit den Führungsmetallen 20, 21 zu begrenzen und einen Bruch oder dergleichen einer Komponente aufgrund eines Spiels der Rotorwelle 2 zu verhindern. In einem Fall, in dem der Trägerring 11 eine integrierte Struktur anstelle einer Struktur aufweist, die in den oberen Hälftenabschnitt-Trägerring 12 und den unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 unterteilt ist, oder eine Struktur aufweist, die in drei Teile oder mehr unterteilt ist, ist es ausreichend, wenn die Führungsmetalle 20, 21 in dem oberen Hälftenbereich des Trägerrings 11 angeordnet sind.
Der obere Hälftenabschnitt-Trägerring 12 und der untere Hälftenabschnitt-Trägerring 13 weisen mindestens eine Ölzuführdüse 25 bis 29 auf.
In dem in 2 gezeigten Beispiel sind in einem Fall, in dem sich die Rotorwelle 2 wie durch den Pfeil S in der Zeichnung angedeutet im Uhrzeigersinn dreht, fünf Ölzufuhrdüsen von der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung S der Rotorwelle 2 angeordnet, aufweisend: die erste Ölzufuhrdüse 25, die zweite Ölzufuhrdüse 26, die dritte Ölzufuhrdüse 27, die vierte Ölzufuhrdüse 28 und die fünfte Ölzufuhrdüse 29. Die erste Ölzufuhrdüse 25 und die zweite Ölzufuhrdüse 26 sind in der Umfangsrichtung ausgerichtet an der stromaufwärtigen Seite des ersten Lagersegments 30 angeordnet, das an der stromaufwärtigen Seite positioniert ist. Ein Spalt kann zwischen der zweiten Ölzuführdüse 26 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des Lagersegments 30 angeordnet sein. Die dritte Ölzuführdüse 27 und die vierte Ölzuführdüse 28 sind in der Umfangsrichtung ausgerichtet zwischen dem ersten Lagersegment 30 und dem zweiten Lagersegment 32 angeordnet, das an der stromabwärtigen Seite des ersten Lagersegments 30 angeordnet ist. Ein Spalt kann zwischen der dritten Ölzuführdüse 27 und dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 angeordnet sein. Ein Spalt kann zwischen der vierten Ölzuführdüse 28 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 angeordnet sein. Die fünfte Ölzuführdüse 29 ist stromabwärts des zweiten Lagersegments 32 angeordnet. Ein Spalt kann zwischen der fünften Ölzuführdüse 29 und dem zweiten Lagersegment 32 angeordnet sein.
Ein Schmierölzufuhrkanal (nicht gezeigt) ist durch den Trägerring 11 angeordnet. Das dem Schmierölzufuhrkanal zugeführte Schmieröl wird zu jeder der Ölzufuhrdüsen 25 bis 29 geschickt und wird von jeder der Ölzufuhrdüsen 25 bis 29 in die Nähe der Lagersegmente 30, 32 eingespritzt.
Das erste Lagersegment 30 und das zweite Lagersegment 32 sind an der radial inneren Seite des unteren Hälftenabschnitt-Trägerrings 13 angeordnet und sind so gestaltet, dass sie die Rotorwelle 2 von unten lagern.
Das erste Lagersegment 30 ist entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 an der radial inneren Seite des unteren Hälftenabschnitt-Trägerrings 13angeordnet.
Das zweite Lagersegment 32 ist entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 an der radial inneren Seite des unteren Hälftenabschnitt-Trägerrings 13 stromabwärts von dem ersten Lagersegment 30 in Bezug auf die Rotationsrichtung S der Rotorwelle 2 angeordnet.
Dementsprechend sind das erste Lagersegment 30 und das zweite Lagersegment 32 an dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 angeordnet, und somit ist es möglich, die Rotorwelle 2 in geeigneter Weise mit dem ersten Lagersegment 30 und dem zweiten Lagersegment 32 zu lagern.
In einem Fall, in dem der Trägerring 11 eine integrierte Struktur anstelle einer Struktur aufweist, die in den oberen Hälftenabschnitt-Trägerring 12 und den unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 unterteilt ist, oder eine Struktur aufweist, die in drei Teile oder mehr unterteilt ist, ist es ausreichend, wenn das erste Lagersegment 30 und das zweite Lagersegment 32 in dem unteren Hälftenbereich des Trägerrings 11 angeordnet sind.
Das erste Lagersegment 30 und das zweite Lagersegment 32 können zwei beliebige Lagersegmente, und nicht spezielle Lagersegmente, kennzeichnen, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Bei einer Konfiguration, bei der drei Lagersegmente von der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung S angeordnet sind, ist, bei Fokus auf das am weitesten stromaufwärts gelegene Lagersegment und das Zwischenlagersegment, das am weitesten stromaufwärts gelegene Lagersegment das erste Lagersegment 30 und das Zwischenlagersegment das zweite Lagersegment 32. Alternativ ist, bei Fokus auf das Zwischenlagersegment und das am weitesten stromabwärts gelegene Lagersegment, das Zwischenlagersegment das erste Lagersegment 30 und das am weitesten stromabwärts gelegene Lagersegment das zweite Lagersegment 32.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 3 bis 13 der Ölführungsabschnitt 40, 50 und seine Umfangsstruktur beschrieben.
In der Lagervorrichtung 10 gemäß einigen Ausführungsformen weist der Ölführungsabschnitt 40, 50 Nuten 17b, 18b auf, die sich in der Umfangsrichtung entlang der Seitenfläche des ersten Lagersegments 30 in zumindest einem Teil des Erstreckungsbereichs des ersten Lagersegments 30 erstrecken, in entsprechenden Bereichen der inneren Umfangsflächen der Seitenplatten 17, 18, die näher an dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 sind. Beispielsweise sind die Nuten 17b, 18b durch Aussparungsabschnitte, die durch vorstehende Abschnitte 17a, 18a definiert sind, welche an den inneren Umfangsflächen der jeweiligen Seitenplatten 17, 18 angeordnet sind, und die inneren Umfangsflächen der Seitenplatten 17, 18, welche näher an dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 als die vorstehenden Abschnitte 17a, 18a sind, ausgebildet. Die vorstehenden Abschnitte 17a, 18a erstrecken sich entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 an beiden Seiten in Bezug auf die Rotationsrichtung S der Rotorwelle 2 über den stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30. Wie oben beschrieben, ist es möglich, durch Vorsehen der vorstehenden Abschnitte 17a, 18a an den inneren Umfangsflächen der Seitenplatten 17, 18 entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 die Nuten (Aussparungsabschnitte) 17b, 18b mit einer einfachen Konfiguration zu bilden.
Die Nuten 17b, 18b können sich entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 in einem Umfangsrichtungsbereich erstrecken, der den Erstreckungsbereich des ersten Lagersegments 30 und des zweiten Lagersegments 32 aufweist.
Dementsprechend ist es möglich, Öl mit einer relativ niedrigen Temperatur, das seitlich von dem ersten Lagersegment 30 stromabwärts in Richtung des stromaufwärtigen Endabschnitts des zweiten Lagersegments 32 austritt, über die Nuten 17b, 18b, die an den Seitenplatten 17, 18 angeordnet sind, in dem Umfangsrichtungsbereich einschließlich des Erstreckungsbereichs des ersten Lagersegments 30 und des zweiten Lagersegments 32 zu führen.
Die Bodenflächen der Nuten 17b, 18b (Oberflächen, die der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 zugewandt sind) sind an der inneren Seite der äußeren Umfangsfläche 30b des ersten Lagersegments 30 in Bezug auf die radiale Richtung des unteren Hälftenabschnitt-Trägerrings positioniert.
Mit dieser Konfiguration sind die Nuten 17b, 18b an der inneren Seite der äußeren Umfangsfläche 30b des ersten Lagersegments 30 in Bezug auf die radiale Richtung angeordnet, und somit ist es möglich, zu verhindern, dass Öl, das durch die Nuten 17b, 18b strömt, in die äußere Umfangsfläche 30b des ersten Lagersegments 30 strömt. Außerdem können die Bodenflächen der Nuten 17b, 18b in Bezug auf die radiale Richtung des unteren Hälftenabschnitt-Trägerrings 13 an der inneren Seite der äußeren Umfangsfläche 32b des zweiten Lagersegments 32 positioniert sein.
Des Weiteren, wie in den 4 und 8 gezeigt ist, kann unter der Voraussetzung, dass W die gesamte Breite jeder Seitenplatte 17, 18 in der axialen Richtung ist und W_g die Breite der Nuten 17b, 18b in axialer Richtung ist, ein Ausdruck von 0,15 W ≤ W_g erfüllt sein.
Auf diese Weise ist es möglich, eine ausreichende Strömungskanalquerschnittsfläche für die Nuten 17b, 18b sicherzustellen und Öl mit einer relativ niedrigen Temperatur, das seitlich von dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 30a des ersten Lagersegments 30 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 austritt, effektiv stromabwärts in Richtung des Ölführungsabschnitts 40, 50 zu führen.
Die Lagervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform weist Nuten 17b, 18b auf, die sich in der Umfangsrichtung entlang der Seitenfläche des ersten Lagersegments 30 in zumindest einem Teil des Erstreckungsbereichs des ersten Lagersegments 30 erstrecken, in entsprechenden Bereichen der inneren Umfangsflächen der Seitenplatten 17, 18, die näher an dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 sind. Beispielsweise sind die Nuten 17b, 18b durch Aussparungsabschnitte, die durch vorstehende Abschnitte 17a, 18b definiert sind, welche an den inneren Umfangsflächen der jeweiligen Seitenplatten 17, 18 angeordnet sind, und die inneren Umfangsflächen der Seitenplatten 17, 18, welche näher an dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 als die vorstehenden Abschnitte 17a, 18a sind, ausgebildet. Die vorstehenden Abschnitte 17a, 18a erstrecken sich entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 an beiden Seiten in Bezug auf die Rotationsrichtung S der Rotorwelle 2 über den stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30. Wie oben beschrieben, ist es möglich, durch Vorsehen der vorstehenden Abschnitte 17a, 18a an den inneren Umfangsflächen der Seitenplatten 17, 18 entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 die Nuten (Aussparungsabschnitte) 17b, 18b mit einer einfachen Konfiguration zu bilden.
Die Nuten 17b, 18b können sich entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 in einem Umfangsrichtungsbereich erstrecken, der den Erstreckungsbereich des ersten Lagersegments 30 und des zweiten Lagersegments 32 aufweist.
Dementsprechend ist es möglich, Öl mit einer relativ niedrigen Temperatur, das seitlich von dem ersten Lagersegment 30 stromabwärts in Richtung des stromaufwärtigen Endabschnitts des zweiten Lagersegments 32 austritt, über die Nuten 17b, 18b, die an den Seitenplatten 17, 18 angeordnet sind, in dem Umfangsrichtungsbereich einschließlich des Erstreckungsbereichs des ersten Lagersegments 30 und des zweiten Lagersegments 32 zu führen.
Die Bodenflächen der Nuten 17b, 18b (Oberflächen, die der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 zugewandt sind) sind an der inneren Seite der äußeren Umfangsfläche 30b des ersten Lagersegments 30 in Bezug auf die radiale Richtung des unteren Hälftenabschnitt-Trägerrings positioniert.
Mit dieser Konfiguration sind die Nuten 17b, 18b an der inneren Seite der äußeren Umfangsfläche 30b des ersten Lagersegments 30 in Bezug auf die radiale Richtung angeordnet, und somit ist es möglich, zu verhindern, dass Öl, das durch die Nuten 17b, 18b strömt, in die die äußere Umfangsfläche 30b des ersten Lagersegments 30 strömt.
Außerdem können die Bodenflächen der Nuten 17b, 18b in Bezug auf die radiale Richtung des unteren Hälftenabschnitt-Trägerrings 13 an der inneren Seite der äußeren Umfangsfläche 32b des zweiten Lagersegments 32 positioniert sein.
Des Weiteren, wie in den 4 und 8 gezeigt ist, kann unter der Voraussetzung, dass W die gesamte Breite jeder Seitenplatte 17, 18 in der axialen Richtung ist und W_g die Breite der Nuten 17b, 18b in axialer Richtung ist, ein Ausdruck von 0,15 W ≤ W_g erfüllt sein.
Auf diese Weise ist es möglich, eine ausreichende Strömungskanalquerschnittsfläche für die Nuten 17b, 18b sicherzustellen und Öl mit einer relativ niedrigen Temperatur, das seitlich von dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 30a des ersten Lagersegments 30 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 austritt, effektiv stromabwärts in Richtung des Ölführungsabschnitts 40, 50 zu führen.
In einer Ausführungsform ist der Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche von jeder Seitenplatte 17, 18 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 in einem Umfangsrichtungsbereich, der zumindest ein Teil des Erstreckungsbereiches des ersten Lagersegments 30 ist, schmaler als in einem Umfangsrichtungsbereich, der stromaufwärts von dem stromaufwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und stromabwärts von dem stromabwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 ist.
Auf diese Weise ist es mit dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche von jeder der Seitenplatte 17, 18 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 in dem Umfangsrichtungsbereich von zumindest einem Teil des Erstreckungsbereiches des ersten Lagerabschnitts, der relativ klein ist, möglich, die Abgabe von Öl mit relativ niedriger Temperatur in der Nuten 17b, 18b über den Spalt zu der Außenseite zu unterdrücken. Dementsprechend ist es möglich, eine ausreichende Strömungsrate von Öl mit relativ niedriger Temperatur (Öl, das durch die Nut strömt) sicherzustellen, das durch den Ölführungsabschnitt 40, 50 in das zweite Lagersegment 32 eingeführt wird.
Wie in den 3 bis 12 gezeigt ist, weist die Lagervorrichtung 10 in einigen Ausführungsformen ferner den Ölführungsabschnitt 40, 50 auf.
Der Ölführungsabschnitt 40, 50 ist so gestaltet, dass er Öl, das in die Nuten 17b, 18b strömt, von dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 30a des ersten Lagersegments 30 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2, führt, und das Öl zu dem Spalt zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 zurückgeführt.
Mit der obigen Konfiguration wird Öl mit einer relativ niedrigen Temperatur, das durch die Nuten 17b, 18b strömt, die sich in der Umfangsrichtung entlang der Seitenfläche des ersten Lagersegments 30 erstrecken, durch den Ölführungsabschnitt 40, 50 zu dem Spalt zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 zurückgeführt. Somit ist es möglich, dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des zweiten Lagersegments 32 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 das Öl mit relativ niedriger Temperatur zuzuführen und den Temperaturanstieg des zweiten Lagersegments 32 effektiv zu unterdrücken.
Ferner sind die oben beschriebenen Ölzufuhrdüsen (die dritte Ölzufuhrdüse 27 und der vierte Ölzuführdüse 28) zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt der zweiten Lagersegments 32 angeordnet. Die Ölzufuhrdüsen 27, 28 weisen Öleinspritzlöcher 27b, 28b auf, die Öl einspritzen, und das eingespritzte Öl wird dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 32a des zweiten Lagersegments 32 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 zugeführt. Somit ist es selbst in einem Fall, in dem Öl von dem Spalt zwischen den inneren Umfangsflächen der Seitenplatten 17, 18 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 nach außen austritt, möglich, eine ausreichende Menge an Öl, die eine gute Schmiereigenschaft gewährleisten kann, zu dem Spalt zwischen der innere Umfangsfläche 32a des zweiten Lagersegments 32 und der äußere Umfangsfläche der Rotorwelle 2 zuzuführen.
Nachfolgend wird die Lagervorrichtung 10 gemäß jeder Ausführungsform im Detail beschrieben.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise einen unteren Hälftenbereich der Lagervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform zeigt. 4 ist eine Explosionsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 3 gezeigten Lagervorrichtung 10, in Richtung C gesehen. 5 ist eine Querschnittsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 3 gezeigten Lagervorrichtung 10, entlang der Linie D-D. 6 ist eine Querschnittsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 3 gezeigten Lagervorrichtung 10, entlang der Linie E-E.
In einer Ausführungsform weist der Ölführungsabschnitt 40 eine Strömungsführungswand 41 auf, die an jeder der Seitenplatten 17, 18 angeordnet ist, so dass sie zu dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 in den Nuten 17b, 18b vorsteht.
Die Strömungsführungswand 41 hat eine geneigte Oberfläche 41a, die von einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung der Rotorwelle 2 geneigt ist, so dass sie sich in Richtung der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung S der Rotorwelle 2 dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 annähert. In dem dargestellten Beispiel hat die Strömungsführungswand 41 in einer Draufsicht (Ansicht in der C-Richtung von 3) eine dreieckige Form einschließlich einer geneigten Oberfläche 41a als eine Seite. Alternativ, auch wenn nicht gezeigt, kann die Strömungsführungswand 41 eine rechteckige Form einschließlich der geneigten Oberfläche 41a aufweisen. Ferner hat die geneigte Oberfläche 41a in dem dargestellten Beispiel eine planare Form. Alternativ, obwohl nicht gezeigt, kann die geneigte Oberfläche 41a eine gekrümmte Oberflächenform aufweisen, die in der Rotationsrichtung S in einer Draufsicht nach unten vorsteht. Ferner kann die Strömungsführungswand 41 in Bezug auf die Rotationsrichtung S stromaufwärts von dem zweiten Lagersegment 32 angeordnet sein. Alternativ kann die Strömungsführungswand 41 in Bezug auf die Rotationsrichtung S stromaufwärts von dem zweiten Lagersegment 32 und stromabwärts von dem ersten Lagersegment 30 angeordnet sein.
Mit der obigen Konfiguration weist der Ölführungsabschnitt 40 die Strömungsführungswand 41 auf, die an jeder der Seitenplatten 17, 18 angeordnet ist, so dass sie in Richtung des unteren Hälftenabschnitt-Trägerrings 13 in die Nuten 17b, 18b vorsteht, und somit ist es mit der Strömungsführungswand 41 möglich, die Strömungsrichtung des Öls, das durch die Nuten 17b, 18b in Richtung der mittleren Seite in Bezug auf die Breitenrichtung des zweiten Lagersegments 32 strömt, zu ändern. Ferner hat die Strömungsführungswand 41 eine geneigte Oberfläche 41a, die von einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung der Rotorwelle 2 geneigt ist, so dass sie sich in Richtung der stromabwärtigen der Seite Rotationsrichtung S der Rotorwelle 2 dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring annähert, und somit ist es möglich die Strömungsrichtung gleichmäßig zu ändern, ohne die Strömung des Öls in den Nuten 17b, 18b zu beeinträchtigen.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise einen unteren Hälftenbereich einer Lagervorrichtung 10 gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt. 8 ist eine Explosionsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 7 gezeigten Lagervorrichtung 10, in Richtung F gesehen. 9 ist eine Querschnittsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 7 gezeigten Lagervorrichtung 10, entlang der Linie G-G. 10 ist eine Querschnittsansicht des unteren Hälftenbereichs der in 7 gezeigten Lagervorrichtung 10, entlang der Linie H-H. 11 ist eine Querschnittsansicht eines modifizierten Beispiels der in 7 gezeigten Lagervorrichtung 10 (entsprechend zu 4). 12 ist eine Querschnittsansicht eines anderen modifizierten Beispiels der in 7 gezeigten Lagervorrichtung 10 (entsprechend zu 8).
In der Lagervorrichtung 10 gemäß einer anderen Ausführungsform weist der Ölführungsabschnitt 50 einen inneren Strömungskanal 53 auf, der innerhalb der Seitenplatten 17, 18 angeordnet ist, um die Öleinlassöffnung 51 und die Ölauslassöffnung 52, die jeweils eine Öffnung in die Nuten 17b, 18b aufweisen, in Kommunikation zu bringen. Die Öleinlassöffnung 51 ist so angeordnet, dass sie an der Seite des ersten Lagersegments 30 positioniert ist. Insbesondere weist die Öleinlassöffnung 51 eine Öffnung an der Bodenfläche der Nuten 17b, 18b (Oberfläche, die dem Rotor zugewandt ist) auf, und mindestens eine Öleinlassöffnung ist vorgesehen. Die Ölauslassöffnung 52 ist an einer Umfangsrichtungsposition zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 angeordnet. Insbesondere weist die Ölauslassöffnung 52 eine Öffnung an der Bodenfläche der Nuten 17b, 18b (Oberfläche, die der Rotorwelle 2 zugewandt ist) auf, und mindestens eine Öleinlassöffnung ist vorgesehen. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel weist der innere Strömungskanal 53 auf: eine Vielzahl von ersten Radialrichtungs-Strömungskanälen 53a, die sich von entsprechenden Öleinlassöffnungen 51 radial nach außen erstrecken, eine Vielzahl von zweiten Radialrichtungs-Strömungskanälen 53b, die sich von entsprechenden Ölauslassöffnungen 52 radial nach außen erstrecken, und einen einzelnen Umfangsrichtungs-Strömungskanal 53c, der sich in der Umfangsrichtung erstreckt und in Kommunikation mit der Vielzahl von ersten Radialrichtungs-Strömungskanälen 53a und der Vielzahl von zweiten Radialrichtungs-Strömungskanälen 53b steht.
In dieser Ausführungsform strömt der Ölstrom (Seitenströmung) in die Nuten 17b, 18b durch den inneren Strömungskanal 53 von der Öleinlassöffnung 51 an der Seite des ersten Lagersegments 30 und kehrt von der Ölauslassöffnung 52 in die Nuten 17b, 18b zurück, die zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 angeordnet sind. Somit ist es möglich, den Strömungskanal der Seitenströmung zwischen dem ersten Lagersegment 30 und dem zweiten Lagersegment 32 auf den inneren Strömungskanal 53 zu begrenzen und die Seitenströmung zuverlässig von dem ersten Lagersegment 30 zu dem zweiten Lagersegment 32 zu führen.
Ferner weisen in einer Ausführungsform die Seitenplatten 17, 18 Flanschabschnitte 17e, 18e auf, die nach innen in der axialen Richtung von den vorstehenden Abschnitten 17a, 18a vorstehen, so sie die Nuten 17b, 18b an der stromabwärtigen Seite der Ölauslassöffnung 52 durchqueren. Das heißt, die Flanschabschnitte 17e, 18e sind so gestaltet, dass sie verhindern, dass das Öl, das von der Ölauslassöffnung 52 in die Nuten 17b, 18b zurückgeführt wird, in der Rotationsrichtung S strömt. Somit strömt das Öl, das zu den Nuten 17b, 18b von der Ölauslassöffnung 52 zurückgeführt wird, entlang der axialen Richtung in Richtung des stromaufwärtigen Endabschnitts des zweiten Lagersegments 32. Dementsprechend ist es möglich, das Öl mit niedriger Temperatur, das durch die Nuten 17b, 18b strömt, an der stromaufwärtige Seite des zweiten Lagersegments 32 einzuführen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Ölauslassöffnung 52 geneigt angeordnet sein, so dass sie in Richtung der Mitte der Lagervorrichtung 10 in der axialen Richtung weist. Dementsprechend wird das Öl mit niedriger Temperatur, das von der Ölauslassöffnung 52 zu den Nuten 17b, 18b zurückgeführt wird, in seiner Strömungsrichtung durch die Ölauslassöffnung 52 gedreht, und es wird gleichmäßig zu der stromaufwärtigen Seite des zweiten Lagersegments 32 eingeführt.
In der obigen Konfiguration kann ein Öffnungsabschnitt 54a an jeder Seitenplatte 17, 18 an der stromabwärtigen Seite des ersten Lagersegments 30 und der stromaufwärtigen Seite des zweiten Lagersegments 32 ausgebildet sein. Insbesondere enden die vorstehenden Abschnitte 17a, 18a, die an den Seitenplatten 17, 18 ausgebildet sind, an der stromabwärtigen Seite des ersten Lagersegments 30 und der stromaufwärtigen Seite des zweiten Lagersegments 32, und vorstehende Abschnitte 17c, 18c und vorstehende Abschnitte 17d, 18d sind so angeordnet, dass sie nach innen in der axialen Richtung von den endenden Enden der vorstehenden Abschnitte 17a, 18a vorstehen. Der vorstehende Abschnitt 17c und der vorstehende Abschnitt 17d sind voneinander getrennt in der Umfangsrichtung angeordnet, und jede Wandfläche des vorstehenden Abschnitts 17c und des vorstehenden Abschnitts 17d und die innere Umfangsfläche der Seitenplatte 17 bilden den Öffnungsabschnitt 54a. In ähnlicher Weise sind der vorstehende Abschnitt 18c und der vorstehende Abschnitt 18d voneinander getrennt in der Umfangsrichtung angeordnet, und jede Wandfläche des vorstehenden Abschnitts 18c und des vorstehenden Abschnitts 18d und die inneren Umfangsfläche der Seitenplatte 18 bilden den Öffnungsabschnitt 54a. Das heißt, der Öffnungsabschnitt 54a ist durch einen Aussparungsabschnitt gebildet, wo ein Randabschnitt der inneren Umfangsflächenseite der Seitenplatten 17, 18 in der radialen Richtung vertieft ist. Über den Öffnungsabschnitt 54a steht der Raum zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 und der Außenraum der Lagervorrichtung 10 in der axialen Richtung in Verbindung. Mit diesem Öffnungsabschnitt 54a wird, bevor ein Teil des Hochtemperaturöls, das zwischen der inneren Umfangsfläche 30a des ersten Lagersegments 30 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 in der Umfangsrichtung der Rotorwelle 2 in den Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 32a des zweiten Lagersegments 32 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 strömt, das Öl über den Öffnungsabschnitt 54a abgegeben, der an den Seitenplatten 17, 18 ausgebildet ist, was zur Unterdrückung des Temperaturanstiegs des zweiten Lagersegments 32 beiträgt.
Wie oben beschrieben, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Öl mit relativ niedriger Temperatur, das durch die Nuten 17b, 18b strömt, die sich in der Umfangsrichtung entlang der Seitenfläche des ersten Lagersegments 30 erstrecken, zu dem Spalt zwischen dem unteren Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und dem oberen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 zurückgeführt, und somit ist es möglich, das Öl mit relativ niedriger Temperatur dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 32a des zweiten Lagersegments 32 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 zuzuführen und den Temperaturanstieg des zweiten Lagersegments 32 wirksam zu unterdrücken.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben detailliert beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und verschiedene Änderungen und Modifikationen können implementiert werden.
Während beispielsweise die Nuten 17b, 18b in der in den 3 bis 10 gezeigten Ausführungsform durch die vorstehenden Abschnitte 17a, 18a gebildet sind, die an den Seitenplatten 17, 18 angeordnet sind, kann die Nut 17b, wie in 11 gezeigt ist, durch eine Rippe 17a' ausgebildet sein, die an der Seitenplatte 17 angeordnet ist. Hierin ist 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der axialen Richtung der Seitenplatte 17 in einer anderen Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen 3, 7 und 13 ist die Rippe 17a' an der inneren Umfangsfläche der Seitenplatte 17 angeordnet und erstreckt sich entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 an beiden Seiten in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle 2 über den stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30. Ferner ist die Nut 17b durch einen Aussparungsabschnitt gebildet, der durch die Rippe 17a' und die innere Umfangsoberfläche der Seitenplatte 17 definiert ist, die näher an dem unteren Hälftenabschnitt-Trägerring 13 ist als die Rippe 17a'. Während die Seitenplatte 18 in der Zeichnung nicht gezeigt ist, ist auch an der Seitenplatte 18 eine Nut 18b durch eine Rippe gebildet. Mit dieser Konfiguration ist es durch Vorsehen der Rippe 17a' an den inneren Umfangsflächen der Seitenplatten 17, 18 entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 2 möglich, die Nuten (Aussparungsabschnitte) mit einer einfachen Konfiguration zu bilden. Da ferner ein anderer Abschnitt als die Rippe 17a' der äußeren Umfangsfläche der Seitenplatte 17, 18 als die Nuten 17b, 18b wirkt, ist es möglich, eine ausreichenden Strömungskanalquerschnittsfläche für die Nuten 17b, 18b sicherzustellen, um Öl mit relativ niedriger Temperatur zu führen, das seitlich von dem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 30a des ersten Lagersegments 30 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 2 austritt.
Während der Ölführungsabschnitt 40, 50 in der Ausführungsform, die in den 3 bis 10 dargestellt ist, die Seitenströmung zu dem Spalt zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagersegments 30 und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagersegments 32 zurückführt, kann die Rückführungsposition der Seitenströmung zwischen beliebigen benachbarten Lagerabschnitten (20, 21, 30, 32) sein.
Zum Beispiel, wie in den 12 und 13 gezeigt ist, kann die Seitenströmung aus der Vielzahl von Lagerabschnitten aufweisend halbkreisförmige Lagerabschnitte (Führungsmetalle 20, 21) und Lagersegmente (30, 32), zwischen zwei Lagerabschnitten, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, zurückgeführt werden. In einer in 12 gezeigten illustrativen Ausführungsform ist die Strömungsführungswand 41 zwischen den halbkreisförmigen Lagerabschnitten (Führungsmetallen 20, 21) und dem ersten Lagersegment 30, zwischen dem ersten Lagersegment 30 und dem zweiten Lagersegment 32, und zwischen dem zweiten Lagersegment 32 und dem halbkreisförmigen Lagerabschnitt (Führungsmetalle 20, 21) angeordnet. Ferner wird in einer in 13 gezeigten illustrativen Ausführungsform, Öl, nachdem es den inneren Strömungskanal 53 passiert hat, zu dem Spalt zwischen den halbkreisförmigen Lagerabschnitten (Führungsmetalle 20,21) und dem ersten Lagersegment 30, zwischen dem ersten Lagersegment 30 und dem zweiten Lagersegment 32, und zwischen dem zweiten Lagersegment 32 und den halbkreisförmigen Lagerabschnitten (Führungsmetalle 20, 21) zurückgeführt.
Ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ soll nicht nur als Hinweis auf die Anordnung im strengen wörtlichen Sinne verstanden werden, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem die Anordnung um eine Toleranz, einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erzielen.
Ein Ausdruck eines gleichen Zustandes wie „gleich“ und „einheitlich“ soll nicht so ausgelegt werden, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem es eine Toleranz oder eine Differenz gibt, die noch dieselbe Funktion erfüllen kann.
Ferner soll ein Ausdruck einer Form wie beispielsweise eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form nicht nur als geometrisch strenge Form ausgelegt werden, sondern auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs aufweisen, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann. Andererseits sind Begriffe wie „aufweisen“, „enthalten“, „haben“, „beinhalten“ und „bilden“ nicht dazu bestimmt, andere Komponenten auszuschließen.
Bezugszeichenliste

1: Rotationsmaschine
2: Rotorwelle
10: Lagervorrichtung
11: Trägerring
12: Oberer Hälftenabschnitt-Trägerring
13: Unterer Hälftenabschnitt-Trägerring
17, 18: Seitenplatte
17a, 18a: Vorstehender Abschnitt
17a': Rippe
17b, 19b: Nut
20, 21: Führungsmetall (halbkreisförmiger Lagerabschnitt)
25 bis 29: Ölzufuhrdüse
30: Erstes Lagersegment
32: Zweites Lagersegment
40: Ölführungsabschnitt
41: Strömungsführungswand
41a: Geneigte Oberfläche
42a: Öffnungsabschnitt
43: Innerer Strömungskanal
50: Ölführungsabschnitt
51: Öleinlassöffnung
52: Ölauslassöffnung
53: Innerer Strömungskanal
53a: Erster Radialrichtungs-Strömungskanal
53b: Zweiter Radialrichtungs-Strömungskanal
53c: Umfangsrichtungs-Strömungskanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012011698 A [0003]
JP 2009063015 A [0003]

Claims

Lagervorrichtung, aufweisend: einen Trägerring; einen ersten Lagerabschnitt, der entlang eines äußeren Umfangs einer Rotorwelle an einer radial inneren Seite des Trägerrings angeordnet ist; einen zweiten Lagerabschnitt, der entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle und stromabwärts des ersten Lagerabschnitts in Bezug auf eine Rotationsrichtung der Rotorwelle an der radial inneren Seite des Trägerrings angeordnet ist; und ein Paar Seitenplatten, die entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle an beiden Seiten des Trägerrings in Bezug auf eine axiale Richtung angeordnet sind, wobei in einem Trägerringseitenbereich einer inneren Umfangsfläche von jeder der Seitenplatten eine Nut, die sich in einer Umfangsrichtung entlang einer Seitenfläche des ersten Lagerabschnitts erstreckt, zumindest in einem Teil eines Erstreckungsbereiches des ersten Lagerabschnitts ausgebildet ist, und wobei die Lagervorrichtung ferner einen Ölführungsabschnitt aufweist, der so gestaltet ist, dass er Öl führt, nachdem es von einem Spalt zwischen einer inneren Umfangsfläche des ersten Lagerabschnitts und einer äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle in die Nut geströmt ist und das Öl zu einem Spalt zwischen einem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts und einem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagerabschnitts zurückführt.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ölführungsabschnitt eine Strömungsführungswand aufweist, die an jeder der Seitenplatten angeordnet ist, so dass sie in Richtung des Trägerrings innerhalb der Nut vorsteht, und wobei die Strömungsführungswand von einer Richtung orthogonal zu einer axialen Richtung der Rotorwelle geneigt ist, so dass sie sich in Richtung der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle dem Trägerring annähert.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ölführungsabschnitt einen inneren Strömungskanal aufweist, der innerhalb der Seitenplatten angeordnet ist, so dass er eine Öleinlassöffnung und eine Ölauslassöffnung, von denen jede eine Öffnung in die Nut aufweist, in Kommunikation bringt, wobei die Öleinlassöffnung an der Seite des ersten Lagerabschnitts positioniert ist und wobei die Ölauslassöffnung an einer Umfangsrichtungsposition zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts und dem stromaufwärtigen Endabschnitt des zweiten Lagerabschnitts angeordnet ist.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Nut entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle in einem Umfangsrichtungsbereich erstreckt, der einen Erstreckungsbereich des ersten Lagerabschnitts und des zweiten Lagerabschnitts aufweist.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei unter der Voraussetzung, dass W eine gesamte Breite jeder der Seitenplatten in der axialen Richtung ist und W_g eine axiale Richtungsbreite der Nut ist, ein Ausdruck 0,15 W ≤ W_g erfüllt ist.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend eine Rippe, die an einer inneren Umfangsfläche von jeder der Seitenplatten angeordnet ist und die sich entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle an beiden Seiten über den stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Lagerabschnitts in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle erstreckt, wobei die Nut durch einen Aussparungsabschnitt gebildet ist, der durch die Rippe und die innere Umfangsfläche von jeder der Seitenplatten definiert ist, die näher an dem Trägerring ist als die Rippe.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche jeder der Seitenplatten und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle in einem Umfangsrichtungsbereich von zumindest einem Teil eines Erstreckungsbereiches des ersten Lagerabschnitts schmaler ist als in zumindest einem Teil eines Umfangsrichtungsbereichs stromaufwärts eines stromaufwärtigen Endabschnitts des ersten Lagerabschnitts und stromabwärts eines stromabwärtigen Endabschnitts des zweiten Lagerabschnitts.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Bodenfläche der Nut an einer inneren Seite einer äußeren Umfangsfläche des ersten Lagerabschnitts in Bezug auf eine radiale Richtung des Trägerrings positioniert ist.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend einen halbkreisförmigen Lagerabschnitt, der an einer radial inneren Seite eines oberen Hälftenbereichs des Trägerrings angeordnet und so gestaltet ist, dass er das Spiel der Rotorwelle von oben begrenzt, wobei der erste Lagerabschnitt und der zweite Lagerabschnitt ein Paar entsprechender Lagersegmente sind, die an einer radial inneren Seite eines unteren Hälftenbereichs des Trägerrings angeordnet und so gestaltet sind, dass sie die Rotorwelle von unten lagern.
Rotationsmaschine, aufweisend: die Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und eine Rotationswelle, die von der Lagervorrichtung gelagert ist.