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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wellenlager und eine Rotationsmaschine.
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STAND DER TECHNIK
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Im Allgemeinen ist ein Wellenlager weithin bekannt als eine Lagervorrichtung, die in Rotationsmaschinen wie Dampfturbinen, Gasturbinen, Gebläsen und Kompressoren verwendet wird.
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Zum Beispiel offenbart das Patentdokument 1 ein Wellenlager, das einen Trägerring, ein Lagersegment und eine Ölzufuhrdüse aufweist. Eine Ölzufuhrdüse führt Schmieröl, das dieser zugeführt wird, einem Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche einer Rotorwelle und der inneren Umfangsfläche eines Lagersegments zu.
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Zitationsliste
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: JP4764486B
- Patentdokument 2: JP2006-234147A
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Zu lösende Probleme
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Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass es bei dem in Patentdokument 1 offenbarten Wellenlager schwierig sein kann, einen Ölfilm mit einer ausreichenden Dicke an den Lagersegmenten zu bilden. Es wurde festgestellt, dass es schwierig ist, eine ausreichende Ölfilmdicke an den Lagersegmenten sicherzustellen, insbesondere in einem Fall, in dem der Oberflächendruck der Rotorwelle an den Lagersegmenten niedrig ist, oder in einem Fall, in dem die Rotorwelle in einem niedrigen seltener: Rotationsgeschwindigkeitsbereich rotiert.
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Angesichts des Obenstehenden besteht eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, ein Wellenlager und eine Rotationsmaschine vorzusehen, wodurch es möglich ist, eine ausreichende Ölfilmdicke an Lagersegmenten sicherzustellen und eine Erhöhung des Laufwiderstandes der Rotorwelle zu unterdrücken.
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Lösung für die Probleme
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(1) Ein Wellenlager gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Trägerring mit einer ringförmigen Form; ein erstes Lagersegment, das an einer radial inneren Seite eines unteren Hälftenbereichs des Trägerrings angeordnet ist und so gestaltet ist, dass es eine Rotorwelle von unten lagert; eine erste Ölzufuhreinheit, die unmittelbar vor und stromaufwärts des ersten Lagersegments angeordnet ist; ein Paar Seitenplatten, die an beiden Endabschnitten des Trägerrings in Bezug auf eine axiale Richtung entlang eines äußeren Umfangs der Rotorwelle angeordnet sind. Jede der Seitenplatten weist auf: einen ersten Bereich; und einen zweiten Bereich, der über dem ersten Bereich positioniert ist und in dem ein Spalt zwischen einer inneren Umfangsfläche der Seitenplatte und einer äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle schmaler ist als der in dem ersten Bereich.
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Als ein Ergebnis intensiver Untersuchungen durch die Erfinder wurde herausgefunden, dass die Ölfilmdicke an dem Lagersegment in dem in Patentdokument 1 beschriebenen typischen Wellenlager aufgrund eines Mangels an Schmieröl, das zu dem Lagersegment übertragen wird, unzureichend wird. Das heißt, in dem Wellenlager ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl aufgrund des Höhenunterschieds übertragen wird. Außerdem ist ein Spalt zwischen den inneren Umfangsflächen der jeweiligen Seitenplatten und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle vorgesehen, um die Außenseite und einen Lagerinnenraum, der von dem Paar Seitenplatten umgeben ist, in Kommunikation zu bringen, und somit ist es wahrscheinlich, dass Schmieröl in dem zweiten Bereich, der über dem ersten Bereich angeordnet ist, austritt. Somit verringert sich das Schmieröl, das zu dem Lagersegment übertragen wird, was zu einem Mangel an Schmieröl führt, das dem Lagersegment zuzuführen ist. Insbesondere in einem Fall, in dem der Oberflächendruck der Rotorwelle an dem Lagersegment niedrig ist oder in einem Fall, in dem sich die Rotorwelle in einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich dreht, wird eine kleinere Menge an Schmieröl zu dem Lagersegment übertragen und der Mangel an Schmieröl an dem Lagersegment ist bemerkenswert. Wenn das dem Lagersegment zugeführte Schmieröl unzureichend ist, wird das Lagersegment nicht vom Einlass nass bzw. geschmiert und der Erzeugungsbereich des Ölfilmdrucks wird eng, was dazu führt, dass der Ölfilm des Lagersegments dünner wird. Dementsprechend kann in einem Fall, in dem der Oberflächendruck der Rotorwelle an dem Lagersegment niedrig ist oder in einem Fall, in dem sich die Rotorwelle in einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich dreht, die Wellenmittelbahn der Rotorwelle von der vertikalen Linie abweichen und die isotrope Beschaffenheit des Wellenlagers beeinträchtigen. Wenn andererseits die Ölmenge des Schmieröls, das zu dem Lagersegment übertragen werden soll, übermäßig groß ist, kann der Laufwiderstand der Rotorwelle ebenfalls zunehmen.
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In dieser Hinsicht ist es bei der obigen Konfiguration (1) weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl von dem Bereich zwischen der Rotorwelle und der Seitenplatte in dem zweiten Bereich, der über dem ersten Bereich angeordnet ist, austritt, wodurch ausreichend Schmieröl zu dem ersten Lagersegment übertragen (zugeführt) wird. Auf diese Weise ist es selbst in einem Fall, in dem der Oberflächendruck der Rotorwelle an dem ersten Lagersegment niedrig ist, oder in einem Fall, in dem die Rotorwelle in einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich rotiert, möglich, eine ausreichende Ölfilmdicke an dem ersten Lagersegment sicherzustellen. Ferner wird überschüssiges Schmieröl von dem Bereich zwischen der Rotorwelle und der Seitenplatte in dem ersten Bereich, der einen breiteren Spalt als der zweite Bereich aufweist, abgegeben, und dadurch wird ein Stau von Schmieröl verhindert, wodurch es möglich wird, einen Anstieg des Laufwiderstandes der Rotorwelle zu unterdrücken.
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(2) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (1) weist das Wellenlager ferner ein zweites Lagersegment auf, das an der radial inneren Seite des unteren Hälftenbereichs des Trägerrings an einer stromabwärtigen Seite des ersten Lagersegments in Bezug auf eine Rotationsrichtung der Rotorwelle angeordnet ist, und so gestaltet ist, dass es eine Rotorwelle von unten lagert. Der erste Bereich der Seitenplatten erstreckt sich in einer Umfangsrichtung zumindest in einem Positionsbereich zwischen dem ersten Lagersegment und dem zweiten Lagersegment.
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Mit der obigen Konfiguration (2) wird überschüssiges Schmieröl von dem Positionsbereich zwischen dem ersten Lagersegment und dem zweiten Lagersegment abgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, einen Stau von Schmieröl zwischen dem ersten Lagersegment und dem zweiten Lagersegment zu vermeiden und eine Zunahme des Laufverlusts der Rotorwelle zu unterdrücken.
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(3) In einigen Ausführungsformen umfasst das Wellenlager in der obigen Konfiguration (2) ferner eine zweite Ölzufuhreinheit, die an einer Umfangsrichtungsposition zwischen dem ersten Lagersegment und dem zweiten Lagersegment angeordnet ist.
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Mit der obigen Konfiguration (3) wird Schmieröl zu dem Spalt zwischen der Rotorwelle und dem Lagersegment von der zweiten Ölzufuhreinheit zugeführt, und in dem ersten Lagersegment verwendetes Schmieröl wird durch das von der zweiten Ölzufuhreinheit zugeführte Schmieröl ersetzt. Dementsprechend kann das zweite Lagersegment die Rotorwelle mit dem frisch von der zweiten Ölzufuhreinheit zugeführten Schmieröl schmieren.
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(4) In einigen Ausführungsformen in den obigen Konfigurationen (2) oder (3) weist das Wellenlager ferner ein Führungsmetall auf, das an einer radial inneren Seite eines oberen Hälftenbereichs des Trägerrings angeordnet ist, wobei das Führungsmetall einen oberen Bereich der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle abdeckt. Der erste Bereich der Seitenplatte erstreckt sich in der Umfangsrichtung in zumindest einem von einem Positionsbereich zwischen dem Führungsmetall und dem ersten Lagersegment oder einem Positionsbereich zwischen dem Führungsmetall und dem zweiten Lagersegment, zusätzlich zu dem Positionsbereich zwischen dem ersten Lagersegment und dem zweiten Lagersegment.
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Mit der obigen Konfiguration (4) wird überschüssiges Schmieröl von dem Positionsbereich zwischen dem Führungsmetall und dem ersten Lagersegment oder von dem Positionsbereich zwischen dem Führungsmetall und dem zweiten Lagersegment abgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, einen Stau von Schmieröl zwischen dem Führungsmetall und dem ersten Lagersegment oder zwischen dem Führungsmetall und dem zweiten Lagersegment zu vermeiden und eine Zunahme des Laufverlusts der Rotorwelle zu unterdrücken.
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(5) In einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (2) bis (4) weist das Wellenlager eine dritte Ölzufuhreinheit auf, die stromabwärts von dem zweiten Lagersegment angeordnet ist.
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Mit der obigen Konfiguration (5) wird Schmieröl der Rotorwelle von der dritten Ölzufuhreinheit zugeführt, und Schmieröl, das zu dem ersten Lagersegment übertragen wird (zugeführt wird), nimmt zu.
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(6) In einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (5) weist das Wellenlager ein Führungsmetall auf, das an einer radial inneren Seite eines oberen Hälftenbereichs des Trägerrings angeordnet ist, wobei das Führungsmetall einen oberen Bereich der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle abdeckt. Der zweite Bereich der Seitenplatte erstreckt sich in einer Umfangsrichtung zumindest über einen Erstreckungsbereich des Führungsmetalls.
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Mit der obigen Konfiguration (6) ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl von dem Erstreckungsbereich des Führungsmetalls austritt, wodurch es möglich wird, das Überführen von Schmieröl trotz eines Höhenunterschieds effektiv zu fördern.
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(7) In einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (6) weist zumindest eine des Paars Seitenplatten einen unteren Hälftenabschnitt mit dem ersten Bereich und einen oberen Hälftenabschnitt mit dem zweiten Bereich auf, wobei der obere Hälftenabschnitt mit dem unteren Hälftenabschnitt verbunden ist.
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Mit der obigen Konfiguration (7) weist zumindest eine des Paars Seitenplatten eine geteilte Struktur auf, und somit ist es möglich, die Montageeigenschaften des Wellenlagers zu verbessern.
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(8) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (7) weisen der untere Hälftenabschnitt und der obere Hälftenabschnitt eine Bogenform auf, die an der Rotorwelle zentriert ist, und ein Mittelpunktswinkel des oberen Hälftenabschnitts ist gleich oder größer als ein Mittelpunktswinkel des unteren Hälftenabschnitts.
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Mit der obigen Konfiguration (8) ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl von einem Bereich, der gleich oder größer als der untere Hälftenabschnitt ist, austritt, wodurch es möglich wird, das Überführen von Schmieröl trotz eines Höhenunterschieds effektiv zu fördern.
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(9) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (8) ist der Mittelpunktswinkel des oberen Hälftenabschnitts 180 Grad, der zweite Bereich erstreckt sich über einen gesamten Bereich eines Umfangsrichtungsbereichs des oberen Hälftenabschnitts, und der erste Bereich erstreckt sich über einen gesamten Bereich eines Umfangsrichtungsbereichs des unteren Hälftenabschnitts.
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Mit der obigen Konfiguration (9) ist es möglich, Seitenplatten mit Spalten, deren Größen zwischen verschiedenen Umfangsrichtungspositionen leicht variieren können, herzustellen, indem ein oberer Hälftenabschnitt mit einem kleineren Spalt und ein unterer Hälftenabschnitt mit einem größeren Spalt im Voraus hergestellt werden und die zwei Abschnitte über horizontale Verbindungsflächen verbunden werden.
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(10) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (8) ist der Mittelpunktswinkel des oberen Hälftenabschnitts größer als 180 Grad und der obere Hälftenabschnitt ist so gestaltet, dass er in zwei oder mehr Abschnitte teilbar ist.
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Mit der obigen Konfiguration (10) ist es möglich, einen oberen Hälftenabschnitt mit einer Struktur vorzusehen, die in zwei oder mehr Teile teilbar ist.
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(11) Eine Rotationsmaschine gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: das Wellenlager gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (10); und eine Rotorwelle, die von dem Wellenlager gelagert ist.
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Mit der obigen Konfiguration (11) ist es möglich, eine ausreichende Ölfilmdicke an den Lagersegmenten sicherzustellen und eine Zunahme des Laufverlusts der Rotorwelle zu unterdrücken.
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Vorteilhafte Effekte
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine ausreichende Ölfilmdicke an Lagersegmenten sicherzustellen, und es ist möglich, eine Zunahme des Laufwiderstandes der Rotorwelle zu unterdrücken.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Wellenlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Wellenlager an einem Gehäuse H gelagert ist.
- 2 ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wellenlagers, das an dem Gehäuse gelagert ist, entlang der Linie II-II.
- 3 ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wellenlagers, das an dem Gehäuse gelagert ist, entlang der Linie III-III.
- 4 ist ein schematisches Diagramm von Düsen, die eine erste Ölzufuhreinheit bilden.
- 5 ist eine schematische Ansicht eines Wellenlagers gemäß einer Ausführungsform.
- 6 ist eine schematische Ansicht eines Wellenlagers gemäß einer Ausführungsform.
- 7 ist eine schematische Ansicht eines Wellenlagers gemäß einer Ausführungsform.
- 8 ist eine schematische Ansicht eines Wellenlagers gemäß einer Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass Dimensionen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, sofern nicht besonders gekennzeichnet, nur als veranschaulichend interpretiert werden und nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränken sollen.
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Zum Beispiel soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht nur als Hinweis auf die Anordnung im engeren Sinne verstanden werden, sondern auch einen Zustand umfassen, in dem die Anordnung um eine Toleranz, einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist, wobei es möglich ist, die gleiche Funktion zu erzielen.
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Ferner soll zum Beispiel ein Ausdruck einer Form, wie etwa eine rechteckigen Form oder eine zylindrischen Form, nicht nur als die geometrisch strenge Form ausgelegt werden, sondern auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs umfassen, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
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Andererseits sind Begriffe wie „aufweisen“, „enthalten“, „haben“, „beinhalten“ und „konstituieren“ nicht dazu bestimmt, andere Komponenten auszuschließen.
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Wellenlagers 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Wellenlager an einem Gehäuse H gelagert ist. 2 ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wellenlagers 1, das an dem Gehäuse H gelagert ist, entlang der Linie II-II. 3 ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wellenlagers 1, das an dem Gehäuse gelagert ist, entlang der Linie III-III. Ferner sind 5 bis 8 jeweils eine schematische Ansicht eines Wellenlagers 1 gemäß einigen Ausführungsformen.
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1 ist auch eine Querschnittsansicht des Wellenlagers 1, das an dem in 2 gezeigten Gehäuse gelagert ist, entlang der Linie I-I. Ferner wird in der folgenden Beschreibung, sofern nicht anders angegeben, in Bezug auf die Schwerkraftrichtung, ein oberer Teil in Bezug auf die Schwerkraftrichtung als ein oberer Hälftenabschnitt und ein oberer Hälftenbereich bezeichnet, der einem unteren Hälftenabschnitt und einem unteren Hälftenbereich entgegengesetzt ist.
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In einigen Ausführungsformen, wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, ist das Wellenlager 1 ein mechanisches Element zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 11, das an dem Gehäuse H gelagert ist, um an einer Rotationsmaschine wie einer Dampfturbine, einer Gasturbine, einem Gebläse und einem Kompressor montiert zu werden. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, weist das Gehäuse H einen Montageabschnitt H1 auf, der einen unteren Hälftenabschnitt in der Schwerkraftrichtung in Bezug auf die Achse der Rotorwelle 11 bildet, und eine Abdeckung H2, die einen oberen Hälftenabschnitt in der Schwerkraftrichtung bildet. Während das Wellenlager 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen dem Montageabschnitt H1 und der Abdeckung H2 angeordnet ist, ist die Abdeckung H2 an dem Montageabschnitt H1 mit einem Bolzen H3 befestigt. Dementsprechend ist das Wellenlager 1 durch das Gehäuse H gelagert, und die Rotorwelle 11, die drehbar durch das Wellenlager 1 gelagert ist, ist ebenfalls drehbar in Bezug auf das Gehäuse H gelagert.
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In einigen Ausführungsformen, wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, weist das Wellenlager 1 einen Trägerring 2, das erste Lagersegment 31, die erste Ölzufuhreinheit 4 und ein Paar Seitenplatten 7, 7 auf.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist der Trägerring 2 innerhalb des Gehäuses H angeordnet und kann einen Teil der Rotorwelle 11, d.h. einen Lagerzapfen 12, in einem zylindrischen Raum umgeben. Der Trägerring 2 hat beispielsweise eine zylindrische Form mit einem rechteckigen Querschnitt.
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Das erste Lagersegment 31 ist an der radial inneren Seite des unteren Hälftenabschnitts des Trägerrings 2 angeordnet und ist so gestaltet, dass es die Rotorwelle 11 von unten lagert. Das erste Lagersegment 31 hat eine Kreissektorform, wenn es entlang der axialen Richtung des Trägerrings 2 betrachtet wird, und hat eine innere Umfangsfläche 31a und eine äußere Umfangsfläche 31b, die gekrümmt sind. Die innere Umfangsfläche 31a des ersten Lagersegments 31 ist durch eine Lagerlegierung, wie zum Beispiel Weißmetall, gebildet und ist so angeordnet, dass sie einem Teil der Rotorwelle 11, d.h. der äußeren Umfangsfläche 12a des Lagerzapfens 12 zugewandt ist.
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Ferner ist in einigen Ausführungsformen eine Kippeinheit (nicht abgebildet) zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem Trägerring 2 angeordnet, und das erste Lagersegment 31 ist so gelagert, dass es imstande ist, zu kippen.
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Des Weiteren ist in einigen Ausführungsformen ferner das zweite Lagersegment 32 vorgesehen.
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Das zweite Lagersegment 32 ist an der radial inneren Seite des unteren Hälftenabschnitts des Trägerrings 2 an der stromabwärtigen Seite des ersten Lagersegments 31 in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle 11 angeordnet und ist so gestaltet, dass es ähnlich wie das erste Lagersegment 31 die Rotorwelle 11 von unten lagert. Ähnlich wie das erste Lagersegment 31 hat das zweite Lagersegment 32 eine Kreissektorform, wenn es entlang der axialen Richtung des Trägerrings 2 betrachtet wird, und weist eine innere Umfangsoberfläche 32a und eine äußere Umfangsfläche 32b auf, die gekrümmt sind. Ähnlich zu dem ersten Lagersegment 31 ist die innere Umfangsfläche 32a des zweiten Lagersegments 32 durch eine Lagerlegierung, wie zum Beispiel Weißmetall, gebildet und ist so angeordnet, dass sie der äußeren Umfangsfläche 12a des Lagerzapfens 12 zugewandt ist.
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Ferner ist in einigen Ausführungsformen ähnlich wie zwischen dem zweiten Lagersegment 32 und dem Trägerring 2 eine Kippeinheit (nicht abgebildet) zwischen dem zweiten Lagersegment 32 und dem Trägerring 2 angeordnet, und das zweite Lagersegment 32 ist so gelagert, dass es imstande ist, zu kippen.
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Des Weiteren ist in einigen Ausführungsformen ferner ein Führungsmetall 33 vorgesehen.
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Das Führungsmetall 33 ist an der radial inneren Seite des oberen Hälftenbereichs des Trägerrings 2 angeordnet und ist an dem Trägerring 2 mit einem Bolzen oder dergleichen (nicht gezeigt) befestigt. Das Führungsmetall 33 hat eine Kreissektorform, wenn es entlang der axialen Richtung des Trägerrings 2 betrachtet wird, und bedeckt einen oberen Bereich der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 11. Das Führungsmetall 33 hat eine Lagerfläche 33a an der inneren Seite in Bezug auf die radiale Richtung des Trägerrings 2. Die Lagerfläche 33a ist entlang des oberen Bereichs der äußeren Umfangsfläche 12a des Lagerzapfens 12 gekrümmt und liegt dem oberen Bereich der äußeren Umfangsfläche 12a des Lagerzapfens 12 über einen Spalt gegenüber.
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Wie in 2 gezeigt ist, weist das Wellenlager 1 in einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von Ölzufuhreinheiten (4, 5, 6) zum Zuführen von Schmieröl zu der Rotorwelle 11 auf.
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Die Vielzahl von Ölzufuhreinheiten (4, 5, 6) sind in der Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordnet und sind jeweils imstande, der Rotorwelle 11 Schmieröl zuzuführen. Beispielsweise ist ein Verteiler 24 in dem Trägerring 2 ausgebildet, und Schmieröl wird der Vielzahl von Ölzufuhreinheiten (4, 5, 6) durch den Verteiler 24 zugeführt.
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Die erste Ölzufuhreinheit 4 dient zum Zuführen von Schmieröl zu einem Teil der Rotorwelle 11, d.h. dem Lagerzapfen 12, und ist unmittelbar vor dem ersten Lagersegment 31 an der stromaufwärtigen Seite des ersten Lagersegments 31 in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle 11 angeordnet. Die erste Ölzufuhreinheit 4 weist eine Vielzahl von Düsen 41, 42, d.h. zum Beispiel zwei Düsen 41, 42 auf. Die Vielzahl von Düsen 41, 42 der ersten Ölzufuhreinheit 4 ist mit Abständen unmittelbar vor und stromaufwärts des ersten Lagersegments 31 befestigt.
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4 ist eine schematische Darstellung von Düsen 41, 42, die die erste Ölzufuhreinheit 4 bilden.
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Wie in 4 gezeigt ist, weisen die Düsen 41, 42 der ersten Ölzufuhreinheit 4 einen Basisteil 43 und einen Verzweigungsteil 44 auf. Der Basisteil 43 hat eine zylindrische Form, der an der Spitze geschlossen ist und entlang der radialen Richtung des Trägerrings 2 angeordnet ist und ist so an dem Trägerring 2 befestigt, dass er mit dem Verteiler 24 in Kommunikation steht. Der Verzweigungsteil 44 hat eine zylindrische Form, die an der Spitze geschlossen ist, die kleiner als die zylindrische Form des Basisteils 43 ist und entlang der axialen Richtung des Trägerrings 2 angeordnet ist, und ist an jeder Seite des Basisteils 43 befestigt, so dass er mit dem Innenraum des Basisteils 43 in Kommunikation steht. Ferner weist der Verzweigungsteil 44 eine Vielzahl von Ölablassöffnungen 45 auf, die der axialen Mitte des Trägerringes 2 zugewandt sind.
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Des Weiteren ist in einigen Ausführungsformen ferner die zweite Ölzufuhreinheit 5 vorgesehen.
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Wie in 2 gezeigt ist, dient die zweite Ölzufuhreinheit 5 zum Zuführen von Schmieröl zu einem Teil der Rotorwelle 11, d.h. dem Lagerzapfen 12, ähnlich wie die erste Ölzufuhreinheit 4, und ist an einer Umfangsrichtungsposition zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32 angeordnet. Ähnlich zu der ersten Ölzufuhreinheit 4 weist die erste Ölzufuhreinheit 4 eine Vielzahl von Düsen 51, 52, d.h. zum Beispiel zwei Düsen 51, 52 auf. Die Vielzahl von Düsen 51, 52 der zweiten Ölzufuhreinheit 5 sind mit Abständen an den Umfangsrichtungspositionen zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32 angeordnet. Die Düsen 51, 52 haben die gleiche Konfiguration wie die Düsen 41, 42 der ersten Ölzufuhreinheit 4. Daher werden hier zur Vereinfachung der Beschreibung Referenzzeichen mit dem entsprechenden Basisteil 53, Verzweigungsteil 54 und Ölablassöffnung 55 in 4 assoziiert.
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Mit dieser Konfiguration wird Schmieröl zu dem Spalt zwischen der Rotorwelle 11 und dem Lagersegment 32 von der zweiten Ölzufuhreinheit 5 zugeführt, und in dem ersten Lagersegment 31 verwendetes Schmieröl wird durch das von der zweiten Ölzufuhreinheit 32 zugeführte Schmieröl ersetzt. Dementsprechend kann das zweite Lagersegment 32 die Rotorwelle 11 mit dem frisch von der zweiten Ölzufuhreinheit 5 zugeführten Schmieröl schmieren.
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Des Weiteren ist in einigen Ausführungsformen ferner die dritte Ölzufuhreinheit 6 vorgesehen.
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Ähnlich wie die erste Ölzufuhreinheit 4 und die zweite Ölzufuhreinheit 5 dient die dritte Ölzufuhreinheit 6 zum Zuführen von Schmieröl zu der Rotorwelle 11, d.h. zu dem Lagerzapfen 12, und ist unmittelbar nach dem zweiten Lagersegment 32, an der stromabwärtigen Seite des zweiten Lagersegments 32 in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle 11 angeordnet. Während die dritte Ölzufuhreinheit 6 eine Vielzahl von Düsen aufweisen kann, weist die dritte Ölzufuhreinheit 6 in der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, eine Düse 61 auf. Die Düse 61 weist die gleiche Konfiguration wie die Düse 41 der ersten Ölzufuhreinheit 4 auf. Daher werden hier zur Vereinfachung der Beschreibung Referenzzeichen mit dem entsprechenden Basisteil 63, Verzweigungsteil 64 und Ölablassöffnung 65 in 4 assoziiert.
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Mit dieser Konfiguration wird Schmieröl zu der Rotorwelle 11 von der dritten Ölzufuhreinheit 6 zugeführt, und Schmieröl, das zu dem ersten Lagersegment 31 übertragen wird (zugeführt wird), erhöht sich.
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Das Paar Seitenplatten 7, 7 ist an beiden Endabschnitten des Trägerrings 2 in Bezug auf die axiale Richtung entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle 11 angeordnet, wodurch beide Enden des Innenraums des Wellenlagers 1 in der axialen Richtung des Trägerrings 2 definiert werden. Das Paar Seitenplatten 7, 7 ist jeweils mit einem Bolzen 71 an dem Trägerring 2 befestigt.
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Wie in 1 gezeigt ist, verwendet das Wellenlager 1 in einigen Ausführungsformen ein Direktschmierverfahren. Das heißt, das Wellenlager 1 weist einen Spalt zwischen den inneren Umfangsflächen der jeweiligen Seitenplatten 7, 7 und der äußeren Umfangsfläche eines Teils der Rotorwelle 11, d.h. der äußeren Umfangsfläche 12a des Lagerzapfens 12, auf, um die Außenseite und einen Lagerinnenraum, der von dem Paar Seitenplatten 7, 7 umgeben ist, in Kommunikation zu bringen. Somit ist der Innenraum des Wellenlagers 1 nicht vollständig mit Schmieröl gefüllt. Stattdessen ist zumindest ein Teil des Innenraums des Wellenlagers 1 von Luft belegt, die von außen eingetreten ist. Ferner ist der Druck des Schmieröls, das innerhalb des Wellenlagers 1 vorhanden ist, ähnlich dem Atmosphärendruck.
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In dieser Hinsicht unterscheidet sich das Wellenlager 1 des oben beschriebenen Direktschmierverfahrens von einem Wellenlager des Ölbadschmierverfahrens, bei dem der Lagerinnenraum mit Schmieröl gefüllt ist. Bei dem Wellenlager in dem Ölbadschmierverfahrens ist ein Dichtungselement zwischen einer Seitenplatte und einer äußeren Umfangsfläche des Wellenlagers vorgesehen, um ein Austreten von Schmieröl von dem Lagerinnenraum zu der Außenseite zu vermeiden, und der Lagerinnenraum ist mit Schmieröl gefüllt. Somit hat das Schmieröl, das in dem Innenraum des Wellenlagers des Ölbadschmierverfahrens vorhanden ist, einen höheren Druck als der Atmosphärendruck.
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Hierin tendiert in dem Wellenlager 1 des Direktschmierverfahrens die Ölfilmdicke dazu, an einem Lagersegment (erstes Lagersegment 31), das in Bezug auf die Rotationsrichtung der Rotorwelle 11 stromaufwärts positioniert ist, unzureichend zu werden. Es wird angenommen, dass der Grund dafür der Mangel an Schmieröl ist, das zu dem ersten Lagersegment 31 übertragen wird.
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Das heißt, in dem Wellenlager 1 des Direktschmierverfahrens ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl aufgrund des Höhenunterschieds übertragen wird. Zusätzlich ist ein Spalt zwischen den inneren Umfangsflächen der jeweiligen Seitenplatten 7, 7 und der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 11 vorgesehen, um die Außenseite und einen Lagerinnenraum, der von dem Paar Seitenplatten 7, 7 umgeben ist, in Kommunikation zu bringen und daher ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl in dem zweiten Bereich austritt, der über dem ersten Bereich angeordnet ist, aus. Somit verringert sich das Schmieröl, das zu dem ersten Lagersegment 1 übertragen wird, was zu einem Mangel an Schmieröl führt, das zu dem ersten Lagersegment 31 zuzuführen ist. Insbesondere in einem Fall, in dem der Oberflächendruck der Rotorwelle 11 an dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32 niedrig ist, oder in einem Fall, in dem sich die Rotorwelle 11 in einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich dreht, wird eine kleinere Menge Schmieröl zu dem ersten Lagersegment 31 übertragen und der Mangel an Schmieröl an dem ersten Lagersegment 31 ist bemerkenswert. Wenn das dem Lagersegment 31 zugeführte Schmieröl unzureichend ist, wird das erste Lagersegment 31 nicht vom Einlass benetzt und der Erzeugungsbereich des Ölfilmdrucks wird eng, was dazu führt, dass der Ölfilm des ersten Lagersegments 31 dünner wird. Dementsprechend kann in einem Fall, in dem der Oberflächendruck der Rotorwelle 11 an dem ersten Lagersegment 31 niedrig ist oder in einem Fall, in dem sich die Rotorwelle 11 in einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich dreht, die Wellenmittelbahn der Rotorwelle 11 von der vertikalen Linie abweichen und die isotrope Beschaffenheit des Wellenlagers 1 beeinträchtigen. Wenn andererseits die Ölmenge des Schmieröls, das zu dem ersten Lagersegment 31 übertragen werden soll, übermäßig groß ist, kann der Laufwiderstand der Rotorwelle 11 ebenfalls zunehmen.
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Somit weist in einigen Ausführungsformen, wie in den 5 bis 8 gezeigt ist, die Seitenplatte 7 den ersten Bereich A1 und der zweite Bereich A2 auf, der über dem ersten Bereich A1 angeordnet. In dem zweiten Bereich A2 ist der Spalt C2 zwischen der inneren Umfangsfläche 7a der Seitenplatte 7 und der Rotorwelle 11, das heißt, der äußeren Umfangsfläche 12a des Lagerzapfens 12, schmaler als in dem ersten Bereich A1 (C2 <C1).
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In diesem Fall ist ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl von dem Bereich zwischen der Rotorwelle 11 und der Seitenplatte 7 in dem zweiten Bereich A2, der über dem ersten Bereich A1 angeordnet ist, austritt, wodurch ausreichend Schmieröl zu dem ersten Lagersegment 31 übertragen (zugeführt) wird. Auf diese Weise ist es selbst in einem Fall, in dem der Oberflächendruck der Rotorwelle 11 an dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32 niedrig ist, oder in einem Fall, in dem die Rotorwelle in einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich rotiert, möglich, eine ausreichende Ölfilmdicke an dem ersten Lagersegment 31 sicherzustellen. Ferner wird überschüssiges Schmieröl von dem Bereich zwischen der Rotorwelle 11 und der Seitenplatte 7 in dem ersten Bereich A1, der einen breiteren Spalt als der zweite Bereich A2 aufweist, abgegeben, und dadurch wird ein Stau von Schmieröl verhindert, wodurch es möglich wird, einen Anstieg des Laufwiderstandes der Rotorwelle 11 zu unterdrücken.
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Wie in den 5 bis 8 gezeigt ist, erstreckt sich in einigen Ausführungsformen der erste Bereich A1 der Seitenplatte 7 in der Umfangsrichtung, zumindest in dem Positionsbereich zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32.
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Mit dieser Konfiguration wird überschüssiges Schmieröl von dem Positionsbereich zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32 abgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, einen Stau von Schmieröl zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32 zu vermeiden und eine Zunahme des Laufverlusts der Rotorwelle 11 zu unterdrücken.
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Wie in 8 gezeigt ist, erstreckt sich in einigen Ausführungsformen der erste Bereich A1 in der Umfangsrichtung in zumindest einem von dem Positionsbereich zwischen dem Führungsmetall 33 und dem ersten Lagersegment 31 oder dem Positionsbereich zwischen dem Führungsmetall 33 und dem zweiten Lagersegment 32, zusätzlich zu dem Positionsbereich zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32.
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Mit dieser Konfiguration wird überschüssiges Schmieröl von dem Positionsbereich zwischen dem Führungsmetall 33 und dem ersten Lagersegment 31 oder von dem Positionsbereich zwischen dem Führungsmetall 33 und dem zweiten Lagersegment 32 abgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, einen Stau von Schmieröl zwischen dem Führungsmetall 33 und dem ersten Lagersegment 31 oder zwischen dem Führungsmetall 33 und dem zweiten Lagersegment 32 zu vermeiden und eine Zunahme des Laufverlusts der Rotorwelle zu unterdrücken.
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Wie in den 5 bis 8 gezeigt ist, erstreckt sich in einigen Ausführungsformen der zweite Bereich A2 der Seitenplatte 7 in der Umfangsrichtung zumindest über den Erstreckungsbereich des Führungsmetalls 33.
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Mit dieser Konfiguration ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl von dem Erstreckungsbereich des Führungsmetalls 33 austritt, wodurch es möglich wird, das Überführen von Schmieröl trotz eines Höhenunterschieds effektiv zu fördern.
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Wie in den 5 bis 8 gezeigt ist, weist zumindest eine des Paars Seitenplatten 7, 7 einen unteren Hälftenabschnitt 74 mit dem ersten Bereich A1 und einen oberen Hälftenabschnitt 75 mit dem zweiten Bereich A2 auf, der mit dem unteren Hälftenabschnitt 74 verbunden ist.
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Mit dieser Konfiguration weist zumindest eine des Paars Seitenplatten 7, 7 eine geteilte Struktur, und somit ist es möglich, die Montageeigenschaften des Wellenlagers 1 zu verbessern.
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Wie in den 5 bis 8 gezeigt ist, weisen der untere Hälftenabschnitt 74 und der obere Hälftenabschnitt 75 eine Bogenform auf, die an der Rotorwelle 11 zentriert ist. Der Mittelpunktswinkel θ2 des oberen Hälftenabschnitts 75 ist gleich oder größer als ein Mittelpunktswinkel θ1 des unteren Hälftenabschnitts 74 (θ2≥θ1).
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Mit dieser Konfiguration ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmieröl aus dem Bereich, der gleich oder größer als der untere Hälftenabschnitt 74 ist, austritt, wodurch es möglich wird, das Überführen von Schmieröl trotz eines Höhenunterschieds effektiv zu fördern.
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Wie in den 5, 7 und 8 in einigen Ausführungsformen dargestellt ist, ist der Mittelpunktswinkel des oberen Hälftenabschnitts 75 180 Grad, der zweite Bereich A2 erstreckt sich über den gesamten Bereich des Umfangsrichtungsbereichs des oberen Hälftenabschnitts 75, und der erste Bereich A1 erstreckt sich über einen gesamten Bereich des Umfangsrichtungsbereichs des unteren Hälftenabschnitts 74.
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Mit dieser Konfiguration ist es möglich, Seitenplatten 7 mit Spalten, deren Größe zwischen verschiedenen Umfangsrichtungspositionen leicht variieren kann, herzustellen, indem ein oberer Hälftenabschnitt 75 mit einem kleineren Spalt und ein unterer Hälftenabschnitt 74 mit einem größeren Spalt im Voraus hergestellt werden und die zwei Abschnitte über horizontale Verbindungsflächen verbunden werden.
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Wie in 6 gezeigt ist, ist in einigen Ausführungsformen der Mittelpunktswinkel θ2 des oberen Hälftenabschnitts 75 größer als 180 Grad und der obere Hälftenabschnitt 75 ist so gestaltet, dass er in zwei oder mehr Abschnitte (θ2>θ1) teilbar ist.
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Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen oberen Hälftenabschnitt 75 mit einer Struktur vorzusehen, die in zwei oder mehr Teile teilbar ist.
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Wie in 7 gezeigt ist, ist in einigen Ausführungsformen der erste Bereich A1 der Seitenplatte 7 nur in dem Positionsbereich zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment angeordnet.
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Mit dieser Konfiguration wird überschüssiges Schmieröl nur von dem Positionsbereich zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32 abgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, einen Stau von Schmieröl zwischen dem ersten Lagersegment 31 und dem zweiten Lagersegment 32 zu vermeiden und eine Zunahme des Laufverlusts der Rotorwelle 11 zu verhindern.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben detailliert beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und verschiedene Änderungen und Modifikationen können implementiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellenlager
- 11
- Rotorwelle
- 12
- Lagerzapfen
- 12a
- Äußere Umfangsfläche
- 2
- Trägerring
- 24
- Verteiler
- 31
- Erstes Lagersegment
- 31a
- Innere Umfangsfläche
- 31b
- Äußere Umfangsfläche
- 32
- Zweites Lagersegment
- 32a
- Innere Umfangsfläche
- 32b
- Äußere Umfangsfläche
- 33
- Führungsmetall
- 33a
- Lagerfläche
- 4
- Erste Ölzufuhreinheit
- 41, 42
- Düse
- 43
- Basisteil
- 44
- Verzweigungsteil
- 45
- Ölablassöffnung
- 5
- Zweite Ölzufuhreinheit
- 51, 52
- Düse
- 53
- Basisteil
- 54
- Verzweigungsteil
- 55
- Ölablassöffnung
- 6
- Dritte Ölzufuhreinheit
- 61
- Düse
- 63
- Basisteil
- 64
- Verzweigungsteil
- 65
- Ölablassöffnung
- 7
- Seitenplatte
- 7a
- Innere Umfangsfläche
- 71
- Bolzen
- 74
- Unterer Hälftenabschnitt
- 75
- Oberer Hälftenabschnitt
- A1
- Erster Bereich
- A2
- Zweiter Bereich
- C1, C2
- Spalt
- θ1, θ2
- Mittelpunktswinkel
- H
- Gehäuse
- H1
- Montageabschnitt
- H2
- Abdeckung
- H3
- Bolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 4764486 B [0003]
- JP 2006234147 A [0003]
