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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung und eine Rotationsmaschine.
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Die Priorität der am 23. Februar 2017 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-31737 , deren Inhalt hierbei durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, wird beansprucht.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Eine Lagervorrichtung, die für eine Dampfturbine, eine Gasturbine, einen Verdichter und dergleichen verwendet wird, ist bekannt (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Die Lagervorrichtung ist mit einer Vielzahl von Lagerblöcken oder -pads bzw. Segmenten vorgesehen, die in der Umfangsrichtung einer Rotationswelle voneinander beabstandet sind.
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Ein Kippsegmentlager ist als Lagervorrichtung bekannt. Bei dem Kippsegmentlager ist jeder Lagerblock bzw. jedes Lagersegment durch ein Gelenk (Tragteil) von einer Außenumfangsseite drehbar getragen. Ein Ölfilm eines Schmiermittels wird zwischen der Rotationswelle und der Blockoberfläche ausgebildet.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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[Patentdokument 1] Ungeprüfte
japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2010-203481 -
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Technisches Problem
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Der lasttragende Lagerblock ist elastischer Verformung und Wärmeverformung insbesondere bei dem Kippsegmentlager mit einem hohen Oberflächendruck ausgesetzt, das eine hohe Last an der Blockoberfläche von der Rotationswelle und eine hohe Umfangsgeschwindigkeit hat, die eine hohe Rotationswellenrotationsgeschwindigkeit hat. Entsprechend erhöht sich der Krümmungsradius der Blockoberfläche von jedem Lagerblock im Vergleich zu dem Krümmungsradius während der Bearbeitung. In anderen Worten wird die gekrümmte Blockoberfläche so verformt, dass sie sich öffnet.
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Sobald der Zwischenraum zwischen der Rotationswelle und der Blockoberfläche folglich groß wird, ergibt sich eine Reduzierung der Belastbarkeit bzw. Tragfähigkeit (hohe Metalltemperatur, geringe Ölfilmdicke) und eine Reduzierung der Dämpfungsleistung. Ferner erhöht sich die Strömungsrate des Schmiermittels, die von der Blockoberfläche benötigt wird. Demgemäß ergibt sich eine Leistungsabnahme als Lagervorrichtung.
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Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der obigen Probleme gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagervorrichtung und eine Rotationsmaschine vorzusehen, die eine Leistung in Betrieb aufrechterhalten können.
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Lösung des Problems
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Eine Lagervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Lagervorrichtung, die eine Blockoberfläche hat, die über einen Ölfilm eine Außenumfangsoberfläche einer Rotationswelle trägt, die ausgestaltet ist, um um eine Axiallinie herum zu rotieren, und einen Tragteil, das den Lagerblock so trägt, dass er um eine Drehpunktposition schwenkbar ist. Eine Beziehung von Rj<Rp<Rb ist festgelegt, wenn ein Krümmungsradius der Rotationswelle Rj ist, ein Krümmungsradius der Segmentoberfläche Rp ist, und ein Krümmungsradius eines Referenzkreises, der auf die Axiallinie zentriert ist und einen Radius hat, der einem Abstand zwischen der Mitte und der Drehpunktposition an der Blockoberfläche entspricht, Rb ist.
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Hierbei ergibt sich in einem Fall, in dem der Krümmungsradius der Blockoberfläche der gleiche wie der Referenzkreis ist, elastische Verformung und Wärmeverformung an der Blockoberfläche im Betrieb und eine Verformung tritt auf, sodass sich die Krümmung öffnet. Sobald der Krümmungsradius an der Blockoberfläche den Krümmungsradius des Referenzkreises folglich überschreitet, wird die Abmessung des Zwischenraums zwischen der Blockoberfläche und der Rotationswelle übermäßig und die Leistung als Lager nimmt ab.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist der Krümmungsradius der Blockoberfläche so gebildet, dass er von Anfang an kleiner als der Referenzkreis ist, und somit kann die Öffnung über den Referenzkreis hinaus, selbst beim Ereignis einer elastischen Verformung und Wärmeverformung unterbunden werden. Zusätzlich ist der Krümmungsradius der Blockoberfläche größer als der Krümmungsradius der Rotationswelle, und somit kann ein entsprechender Zwischenraum mit der Rotationswelle selbst in dem Ausgangszustand des Betriebs, der frei von elastischer Verformung und Wärmeverformung ist, gebildet sein.
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Bei der Lagervorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abmessung eines Zwischenraums zwischen der Blockoberfläche und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle an der Drehpunktposition maximal.
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Die Drehpunktposition der Blockoberfläche wird durch das Tragteil von der Außenumfangsseite getragen. Demgemäß neigt die Drehpunktposition nicht dazu, durch elastische Verformung und Wärmeverformung des Lagerblocks betroffen zu sein, und die Abmessung des Zwischenraums mit der Rotationswelle ändert sich kaum. Der Lagerblock neigt eher dazu, aufgrund elastischer Verformung und Wärmeverformung verformt zu werden, wenn der Lagerblock sich von der Drehpunktposition weg bewegt. Demgemäß kann der Zwischenraum während dem Betrieb als gesamtheitlichen Lagerblock durch Maximierung der Abmessung des Zwischenraums mit der Rotationswelle an der Drehpunktposition optimiert werden.
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Bei der Lagervorrichtung gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung nimmt eine Abmessung eines Zwischenraums zwischen der Blockoberfläche und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle schrittweise ab, wenn ein Abstand von der Drehpunktposition in einer Umfangsrichtung zunimmt.
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Der Teil der Lagervorrichtung in Umfangsrichtung weg von der Drehpunktposition neigt eher dazu, aufgrund elastischer Verformung und Wärmeverformung verformt zu werden. Demgemäß kann der Zwischenraum während dem Betrieb als ganzheitlicher Lagerblock durch den Zwischenraum mit der Rotationswelle weiter optimiert werden, der durch Trennung in Umfangsrichtung von der Drehpunktposition reduziert wird.
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Die Lagervorrichtung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Führungsmetall umfassen, das eine Führungsoberfläche hat, die sich entlang des Referenzkreises erstreckt. Eine Abmessung eines Zwischenraums zwischen dem Führungsmetall und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle entspricht einer Abmessung eines Zwischenraums zwischen der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle und der Blockoberfläche an der Drehpunktposition.
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Der Zwischenraum zwischen der Führungsoberfläche und der Rotationswelle und der Rotationswelle und der Blockoberfläche an der Drehpunktposition kann gleich sein und die Zwischenräume werden als eine Referenz verwendet. Durch den Zwischenraum an einem anderen Teil als die Drehpunktposition an der Blockoberfläche, der kleiner als die Referenz ist, kann der Zwischenraum als gesamtheitlicher Lagerblock während dem Betrieb geeigneter gehandhabt werden.
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Bei der Lagervorrichtung gemäß eines fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung kann die Drehpunktposition näher an einer Vorderseite in einer Rotationsrichtung der Rotationswelle positioniert sein als eine Mitte der Blockoberfläche in einer Umfangsrichtung, und eine Beziehung von Rp1<Rp2 kann festgelegt sein, wenn ein Krümmungsradius einer stromaufseitigen Blockoberfläche als Teil an der Blockoberfläche näher an einer Rückseite in der Rotationsrichtung ist als die Drehpunktposition Rp1 und ein Krümmungsradius einer stromabseitigen Blockoberfläche als Teil an der Blockoberfläche näher an der Vorderseite in der Rotationsrichtung als die Drehpunktposition Rp2 ist.
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Die Blockoberfläche neigt eher dazu verformt und geöffnet zu werden, wenn der Lagerblock in Umfangsrichtung von der Drehpunktposition getrennt ist bzw. wird. Demgemäß kann durch Zulassen, dass der des Krümmungsradius der stromabseitigen Blockoberfläche, die einen kleinen Abstand von der Drehpunktposition zu dem Umfangsendteil hat, den Krümmungsradius der stromaufseitigen Seitenblockoberfläche, die einen größeren Abstand von der Drehpunktposition zu dem Umfangsendteil hat, überschreitet, eine extreme Öffnung der stromaufseitigen Seitenblockoberfläche vermieden werden.
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Bei der Lagervorrichtung gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind zwei Lagerblöcke an verschiedenen Umfangspositionen vorgesehen, und die Beziehung von RpA<RpB ist festgelegt, wenn ein Krümmungsradius von einem der zwei Lagerblöcken mit einer größeren Last von der Rotationswelle RpA ist, und ein Krümmungsradius des anderen Lagerblocks der zwei Lagerblöcke mit einer kleineren Last von der Rotationswelle RpB ist.
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In einem Fall, in dem eine Vielzahl der Lagerblöcke vorgesehen sind, ist einer, zu welchem eine höhere Last aufgebracht wird, einer höheren elastischen Verformung und Wärmeverformung ausgesetzt. Demgemäß kann durch Einstellen des Krümmungsradius des Lagerblocks, der eine größere Last hat, so dass er kleiner ist als der Krümmungsradius des Lagerblocks, der eine relativ kleine Last hat, der Zwischenraum zwischen der Rotationswelle und dem Lagerblock als gesamtheitliche Lagervorrichtung geeigneter gehandhabt werden.
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Eine Lagervorrichtung gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Rotationsmaschine, die Rotationswelle und die Lagervorrichtung gemäß einer der obigen, die die Rotationswelle so trägt, dass sie um die Axiallinie herum rotierbar ist.
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Die Leistung der Rotationsmaschine, die wie oben beschrieben ausgestattet ist, kann im Betrieb aufrechterhalten werden.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Leistung im Betrieb aufrechterhalten werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Längs-Querschnittansicht einer Dampfturbine, die mit einem Gleitlager bzw. Radiallager gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen ist.
- 2 ist eine Querschnittansicht orthogonal zu einer Axiallinie des Gleitlagers bzw. Radiallagers gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist eine schematische Querschnitt-Ansicht orthogonal zu der Axiallinie des Gleitlagers bzw. Radiallagers gemäß der ersten Ausführungsform.
- 4 ist ein Diagramm, das eine Zwischenraumänderung und eine Druckänderung an dem Zwischenraum zwischen einem Lagerblock und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle zeigt, in dem die Horizontalachse eine Position in einer Umfangsrichtung angibt und die Vertikalachse die Größe des Zwischenraums oder den Druck angibt.
- 5 ist eine schematische Querschnittansicht orthogonal zu einer Axiallinie von einer Blockoberfläche eines Gleitlagers bzw. Radiallagers gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 6 ist eine schematische Querschnittansicht orthogonal zu einer Axiallinie von einem Gleitlager bzw. Radiallager gemäß einer dritten Ausführungsform.
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BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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[Erste Ausführungsform]
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Nachstehend wird eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 1 bis 4 beschrieben wird. Wie in 1 gezeigt, ist eine Dampfturbine 1 (Rotationsmaschine) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung, die aus Dampfenergie Rotationsleistung gewinnt und als Generator oder dergleichen in einem Kraftwerk verwendet wird.
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Die Dampfturbine 1 ist mit einem Turbinengehäuse 2, einer Rotationswelle 10, die sich entlang einer Axiallinie O so erstreckt, dass sie das Turbinengehäuse 2 durchdringt, einer Leitschaufel 3, die durch das Turbinengehäuse 2 gehalten ist, einer Laufschaufel 4, die an der Rotationswelle 10 vorgesehen ist, und ein Lagerteil 20, das die Rotationswelle 10 so trägt, dass sie um die Axiallinie O herum rotierbar ist, vorgesehen.
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Das Lagerteil 20 ist mit einem Axiallager 21 und einem Gleitlager bzw. Radiallager 30 (Lagervorrichtung) vorgesehen und trägt die Rotationswelle 10 drehbar.
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Die Rotationswelle 10 hat eine Säulenform, die sich um die Axiallinie O erstreckt. Die Rotationswelle 10 erstreckt sich in der Axiallinien-O-Richtung bezüglich des Turbinengehäuses 2. Ein Schub- oder Druckring 11 ist an einem Teil der Rotationswelle 10 ausgebildet. Der Druckring 11 hat eine Scheibenform um die Axiallinie O und steht integral nach außen in der Radialrichtung der Rotationswelle 10 von dem Hauptkörper der Rotationswelle 10 so vor, dass er eine Flanschform hat. Das Axiallager 21 trägt den Druckring 11 verschiebbar von beiden Seiten in der Axiallinien-O-Richtung.
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Bei der Dampfturbine 1 durchströmt Dampf, der in das Turbinengehäuse 2 eingeführt wird, den Strömungsweg zwischen der Leitschaufel 3 und der Laufschaufel 4. Zu diesem Zeitpunkt rotiert der Dampf die Laufschaufel 4. Folglich rotiert die Rotationswelle 10 zusammen mit der Laufschaufel 4 und Leistung (Rotationsenergie) wird zu einer Maschine wie beispielsweise einem Generator übertragen, der mit der Rotationswelle 10 verbunden ist.
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Als Nächstes wird das Gleitlager bzw. Radiallager 30 mit Bezug zu 2 beschrieben werden, das die Lagervorrichtung der ersten Ausführungsform ist.
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Das Gleitlager bzw. Radiallager 30 ist mit einem Tragring 31, einem Führungsmetall 40, einem Gelenk 50 (Tragteil), einem Lagerblock 60 und einer Schmiermittelzufuhrdüse 70 vorgesehen.
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Der Tragring 31 ist ein Rohrelement, das die Rotationswelle 10 von einer Außenumfangsseite umgibt. Der Tragring 31 ist ausgestaltet durch beispielsweise zwei Elemente, die in obere und untere Halbteile getrennt sind, die durch Befestigungsmittel oder dergleichen gekoppelt sind. Der Tragring 31 hat eine zylindrische Mittelaxiallinie, die mit der oben beschriebenen Axiallinie O übereinstimmt. Ein Raum ist zwischen dem Tragring 31 und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10 gebildet.
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Das Führungsmetall 40 ist an dem oberen Halbteil der Innenumfangsoberfläche des Tragrings 31 befestigt. Das Führungsmetall 40 trägt die Last der Rotationswelle 10 nicht. Das Führungsmetall 40 ist so vorgesehen, dass die Rotationswelle 10 am Aufspringen gehindert ist.
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Das Führungsmetall 40 ist ein kreisbogenförmiges Element, das sich in einer Umfangsrichtung an der Innenumfangsoberfläche des Tragrings 31 erstreckt. Die Außenumfangsoberfläche des Führungsmetalls 40 ist an dem Tragring 31 befestigt. Die Innenumfangsoberfläche des Führungsmetalls 40 ist eine zugewandte Oberfläche 41, die der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10 mit einem Zwischenraum zugewandt ist. Die zugewandte Oberfläche 41 des Führungsmetalls hat von der Axiallinien-O-Richtung betrachtet eine Kreisbogenform um die Axiallinie O. Eine Vielzahl (beispielsweise ein Paar) der Führungsmetalle 40 sind in Intervallen in der Axiallinien-O-Richtung vorgesehen.
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Ein Paar von Gelenken 50 sind in Intervallen in der Umfangsrichtung an dem unteren Halbteil der Innenumfangsoberfläche des Tragrings 31 vorgesehen. Das Gelenk 50 ist so ausgebildet, dass es von der Innenumfangsoberfläche des Tragrings 31 vorsteht. Das Außenende des Gelenks 50, das heißt, das radiale Innenendteil des Gelenks 50, hat eine hemisphärische Oberflächenform. Das Gelenk 50 hat eine Aufgabe eines schwenkbaren Tragens des Lagerblocks 60.
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Die gleiche Anzahl von Lagerblöcken 60 wie die Gelenke 50 sind so vorgesehen, dass sie mit den Gelenken 50 an verschiedenen Umfangspositionen und in Intervallen in der Umfangsrichtung der Rotationswelle 10 korrespondieren. Jeder Lagerblock 60 hat eine Kreisbogenform in einer Querschnittsansicht orthogonal zu der Axiallinie O der Rotationswelle 10 und hat eine gekrümmte Plattenform mit einer einheitlichen radialen Abmessung.
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Die radial nach außen gerichtete Außenumfangsoberfläche des Lagerblocks 60 ist eine Rückoberfläche 61, die durch das Außenende des Gelenks 50 getragen ist. Das Außenende des Gelenks 50 ist hemisphärisch, und somit ist der Lagerblock 60 schwenkbar um das Außenende des Gelenks 50 als Drehpunkt. Folglich ist ein sogenannter Kippmechanismus gebildet. Der Punkt an der Rückoberfläche 61 des Lagerblocks 60, der durch das Gelenk 50 getragen ist, ist ein Drehpunkt P1, der in Punktkontakt kommt.
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Die Innenumfangsoberfläche des Lagerblocks 60 ist eine Blockoberfläche 62, die der Rotationswelle 10 zugewandt ist. Durch ein Schmiermittel, das zwischen der Blockoberfläche 62 und der Rotationswelle 10 eingefügt ist, trägt die Blockoberfläche die Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10 verschiebbar über das Schmiermittel. Die Blockoberfläche 62 hat eine Kreisbogenform konkav radial nach außen von der Axiallinien-O-Richtung und erstreckt sich in der Axiallinien-O-Richtung, während die Kreisbogenform aufrechterhalten wird.
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Das Außenumfangsseitenteil des Lagerblocks 60 ist ein Basisteil, das aus Stahlmaterial oder dergleichen ausgebildet ist. Ein Weißmetall ist an der Innenumfangsseite des Basisteils laminiert. Die Blockoberfläche 62 ist aus einem Weißmetall ausgebildet.
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Die Schmiermittelzufuhrdüse 70 hat die Aufgabe, Schmiermittel zwischen den Lagerblock 60 und die Rotationswelle 10 zuzuführen. Die Schmiermittelzufuhrdüse 70 ist an einer Rückseite in einer Rotationsrichtung T (einer Rückseite in einer Rotationsrichtung) der Rotationswelle 10 in jedem Lagerblock 60 vorgesehen. Die Schmiermittelzufuhrdüse 70 trägt ein Schmiermittel zu einer Vorderseite der Rotationsrichtung T aus, das von der Außenseite zugeführt wird.
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Hierbei werden Details des Gleitlagers bzw. Radiallagers 30 der ersten Ausführungsform mit Bezug zu 3 beschrieben, welche eine schematische Darstellung ist.
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Wenn der Krümmungsradius der zugewandten Oberfläche 41 des Führungsmetalls 40 Rb ist, erstreckt sich die zugewandte Oberfläche 41 des Führungsmetalls 40 mit dem Krümmungsradius Rb über die Umfangsrichtung. Die Mitte des Krümmungsradius Rb des Führungsmetalls 40 stimmt mit der Axiallinie O überein.
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Der Krümmungsradius der Rotationswelle 10 ist Rj. Die Mitte des Krümmungsradius Rj der Rotationswelle 10 stimmt mit der Axiallinie O überein. Demgemäß ist ein radialer Zwischenraum Cr über den gesamten zugewandten Bereich in der Umfangsrichtung zwischen der zugewandten Oberfläche 41 des Führungsmetalls 40 und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10 ausgebildet.
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Eine Drehpunktposition P2 ist der Punkt, der mit dem Drehpunkt P1 an der Blockoberfläche 62 des Lagerblocks 60 korrespondiert. Mit anderen Worten sind von der Blockoberfläche 62 und der Außenumfangsoberfläche des Lagerblocks 60 die gleichen Verhältnispositionen in Umfangsrichtung Punkte, die zueinander korrespondieren. Beispielsweise ist, wenn der Drehpunkt P1 an der 60%-Position der gesamten Länge der Rückoberfläche 61 des Lagerblocks 60 von der Vorderseite der Rotationsrichtung T (eine Vorderseite in der Rotationsrichtung) ist, die 60%-Position von der Vorderseite in Rotationsrichtung T an der Blockoberfläche 62 des Lagerblocks 60 die Drehpunktposition P2. Wie in 3 gezeigt werden, wenn der Lagerblock 60 schematisch als Liniensegment ohne Dicke gezeichnet wird, die Drehpunktposition P1 und die Drehpunktposition P2 derselbe Punkt.
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Der Zwischenraum zwischen der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10 und der Blockoberfläche 62 an der Drehpunktposition P2 ist so eingestellt, dass er der gleiche ist wie der Zwischenraum zwischen der zugewandten Oberfläche 41 des Führungsmetalls 40 und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10. Mit anderen Worten ist der Zwischenraum auf den Zwischenraum Cr eingestellt. Der Zwischenraum Cr korrespondiert mit einem Zusammenbauzwischenraum als ein Zwischenraum zu einem Zeitpunkt eines Zusammenbaus. Mit anderen Worten sind während dem Zusammenbau der Zwischenraum zwischen dem Lagerblock 60 und der Rotationswelle 10 an der Drehpunktposition P2 und der Zwischenraum zwischen dem Führungsmetall 40 und der Rotationswelle 10 so eingestellt, dass sie der gleiche Zwischenraum Cr werden.
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Der Krümmungsradius der Blockoberfläche 62 ist Rp. Die Mittelposition des Krümmungsradius Rp der Blockoberfläche 62 ist von der Axiallinie O versetzt angeordnet ohne mit der Axiallinie O der Rotationswelle 10 übereinzustimmen. Bei der ersten Ausführungsform ist die Mitte des Krümmungsradius Rp der Blockoberfläche 62 des Lagerblocks 60 unterhalb der Axiallinie O und der jeweiligen Lagerblock-60-Seiten versetzt positioniert.
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Hierbei ist ein Referenzkreis S ein Kreis, der auf eine Axiallinie O zentriert ist und der einen Radius hat, der gleich ist wie der Abstand zwischen der Axiallinie O und der Drehpunktposition P2 an der Blockoberfläche 62. Bei der ersten Ausführungsform stimmt die zugewandte Oberfläche 41 des Führungsmetalls 40 mit dem Referenzkreis S überein und der Krümmungsradius einer Referenzoberfläche ist Rb ähnlich wie bei dem Führungsmetall 40. Mit anderen Worten ist der Krümmungsradius der zugewandten Oberfläche 41 des Führungsmetalls 40 so eingestellt, dass der Krümmungsradius mit dem Referenzkreis S übereinstimmt.
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Hierbei ist bei der ersten Ausführungsform die Beziehung von Rj<Rp<Rb durch den Krümmungsradius Rj der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10, den Krümmungsradius Rp der Blockoberfläche 62 und den Krümmungsradius Rb des Referenzkreises S (Führungsmetall 40) festgelegt.
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Zusätzlich ist die Abmessung des Zwischenraums zwischen der Blockoberfläche 62 und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10 an der Drehpunktposition P2 maximal, von der Axiallinien-O-Richtung betrachtet. Mit anderen Worten ist der Zwischenraum Cr an der Drehpunktposition P2 die maximale Zwischenraumabmessung zwischen der Blockoberfläche 62 und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10.
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Ferner nimmt die Zwischenraumabmessung zwischen der Blockoberfläche 62 und der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10 schrittweise mit Trennung in Umfangsseite von der Drehpunktposition P2 ab. Demgemäß nähert sich die Blockoberfläche 62 der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10 von der Drehpunktposition P2 zu der Vorderseite in der Rotationsrichtung T oder der Rückseite in der Rotationsrichtung T an. Mit anderen Worten ist die Blockoberfläche 62 so geformt, dass sie in dem Grad der Krümmung geschlossener ist als der Referenzkreis S.
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Sowohl der Krümmungsradius als auch die Zwischenraumeinstellungen, die oben beschrieben sind, beziehen sich auf Konstruktions- und Zusammenbau-(nichtBetrieb)-Ereignisse.
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Als Nächstes wird die Aktion und der Effekt des Gleitlagers bzw. Radiallagers 30 der ersten Ausführungsform beschrieben werden. Ein Schmierstoff wird von der Schmierstoffzufuhrdüse 70 zugeführt, wenn die Rotationswelle 10 rotiert wird, das heißt wenn die Dampfturbine 1 betrieben wird. Folglich wird ein Ölfilm zwischen der Blockoberfläche 62 des Lagerblocks 60 und der Außenumfangsseite der Rotationswelle 10 gebildet. Druck, der auf die Last durch die getragene Rotationswelle 10 zurückzuführen ist, ergibt sich aus dem Ölfilm an dem Lagerblock 60. Der Druck wird erzeugt wie in dem in 4 gezeigten Diagramm. Mit anderen Worten ist, wenn ein geeigneter Zwischenraum zwischen dem Lagerblock 60 und der Rotationswelle 10 ausgebildet ist, der Zwischenraum von einer Schmiermitteleinlassseite zu einer Schmiermittelauslassseite, das heißt zu der Vorderseite der Rotationsrichtung T, schrittweise reduziert. Der Druck durch die getragene Rotationswelle 10 erhöht sich schrittweise von dem Einlass, erreicht einen Höhepunkt an der Rückseite des Drehpunkts P1 und nimmt danach zu dem Auslass ab.
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Hierbei wird ein hoher Oberflächendruck auf den Lagerblock 60 in einem Fall aufgebracht, in dem die von der Rotationswelle 10 empfangene Last besonders groß ist. Zusätzlich ist ein Wärmeeintrag, der auf Reibung zurückzuführen ist, in dem Fall einer hohen Rotationsgeschwindigkeit groß.
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In solchen Fällen tritt elastische Verformung und Wärmeverformung in dem Lagerblock 60 auf, der die Last der Rotationswelle 10 trägt. Solche Verformung ist Verformung in der Richtung, in der sich die Blockoberfläche 62 des Lagerblocks 60 öffnet, das heißt Verformung, die zu einer Erhöhung in dem Krümmungsradius der Blockoberfläche 62 von der Axiallinien-O-Richtung betrachtet führt.
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In einem Fall, in dem der Krümmungsradius der Blockoberfläche 62 den gleichen Wert wie der Referenzkreis S hat, ähnlich wie das Führungsmetall 40, wird der Krümmungsradius der Blockoberfläche 62 aufgrund der Verformung größer als der Referenzkreis S. Mit anderen Worten wird die Abmessung des Zwischenraums zwischen der Blockoberfläche 62 und der Rotationswelle 10 größer als ein ursprünglich vorgesehener Wert. Reduzierung der Belastbarkeit und Reduzierung der Dämmungsleistung ergeben sich folglich. Ferner erhöht sich die Strömungsrate des Schmiermittels, das von der Blockoberfläche 62 benötigt wird.
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Bei der ersten Ausführungsform ist demgegenüber die Beziehung von Rj<Rp<Rb durch den Krümmungsradius Rj der Außenumfangsoberfläche der Rotationswelle 10, den Krümmungsradius Rp der Blockoberfläche 62 und den Krümmungsradius Rb des Referenzkreises S (Führungsmetall 40) festgelegt.
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Mit anderen Worten ist bei der ersten Ausführungsform der Krümmungsradius der Blockoberfläche 62 so ausgebildet, dass er zu Beginn der Konstruktion und des Zusammenbaus kleiner als der Referenzkreis S ist, und somit kann ein Öffnen über den Referenzkreis S hinaus unterbunden werden, selbst bei dem Ereignis einer elastischen Verformung und Wärmeverformung. Folglich kann ein geeigneter Zwischenraum zwischen der Blockoberfläche 62 und der Rotationswelle 10 selbst während dem Betrieb aufrechterhalten und ein hoher Oberflächendruck kann realisiert werden. Mit anderen Worten kann ein Zwischenraum, der mit dem Stand der Technik korrespondiert, selbst während dem Betrieb aufrechterhalten werden.
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Zusätzlich ist der Krümmungsradius der Blockoberfläche 62 größer als der Krümmungsradius der Rotationswelle 10, und somit kann ein geeigneter Zwischenraum mit der Rotationswelle 10 selbst in dem Ausgangszustand des Betriebs frei von elastischer Verformung und Wärmeverformung ausgebildet werden.
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Wie oben beschrieben kann die Leistung des Gleitlagers bzw. Radiallagers 30 während des Betriebs aufrechterhalten werden.
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Hierbei wird der Punkt der Drehpunktposition P2 der Blockoberfläche 62 durch das Gelenk 50 von der Außenumfangsseite getragen, und somit neigt er nicht dazu, durch elastische Verformung und Wärmeverformung betroffen zu sein. Demgemäß ändert sich die Abmessung des Zwischenraums mit der Rotationswelle 10 selbst während dem Betrieb kaum.
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Der Lagerblock 60 neigt eher dazu, durch elastische Verformung und Wärmeverformung verformt zu werden, wenn der Lagerblock 60 sich weg von der Drehpunktposition P2 in der Umfangsrichtung bewegt. Mit anderen Worten erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Verformung, wenn sich der Lagerblock 60 von der Drehpunktposition P2 festen Tragens wegbewegt.
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Bei der ersten Ausführungsform ist die Abmessung des Zwischenraums mit der Rotationswelle 10 an der Drehpunktposition P2 maximal, und somit ist der Zwischenraum mit der Rotationswelle 10 an einem Punkt entfernt von der Drehpunktposition P2 kleiner als die Drehpunktposition P2. Demgemäß kann, wenn die Verformung aufgetreten ist, der Punkt der Blockoberfläche 62 entfernt von der Drehpunktposition P2 an einer übermäßigen Trennung von der Rotationswelle 10 verhindert werden. Demgemäß kann der Zwischenraum mit der Rotationswelle 10 als die gesamte Blockoberfläche 62 geeignet gehandhabt werden und der Zwischenraum in dem gesamten Lagerblock 60 während dem Betrieb kann optimiert werden.
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Bei der ersten Ausführungsform nimmt insbesondere die Zwischenraumabmessung mit der Rotationswelle 10 mit Trennung in der Umfangsrichtung von der Drehpunktposition P2 ab. Demgemäß kann der Zwischenraum während dem Betrieb weiter optimiert werden, da der gesamte Lagerblock 60 der Rotationswelle 10 während einem Nichtbetrieb angenähert wird, als das Teil, das sich von der Rotation aufgrund der Verformung während dem Betrieb signifikant getrennt wird.
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Bei der ersten Ausführungsform können der Zwischenraum zwischen einer Führungsoberfläche und der Rotationswelle 10 und der Rotationswelle 10 und der Blockoberfläche 62 an der Drehpunktposition P2 die gleichen sein und die Zwischenräume werden als eine Referenz verwendet. Indem die Referenz als Vorgabe verwendet wird und der Zwischenraum an einem anderen Teil als der Drehpunktposition P2 an der Blockoberfläche 62 kleiner als die Referenz ist, kann der Zwischenraum als der gesamte Lagerblock 60 während dem Betrieb geeigneter gehandhabt werden.
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Die Abmessung des Zwischenraums zwischen dem Führungsmetall 40 und der Rotationswelle 10 und der Zwischenraum während dem Zusammenbau des Lagerblocks 60 sind eingestellt auf Cr, das heißt, sind nicht gegenüber dem, was aus dem Stand der Technik bekannt ist, geändert. Demgemäß kann eine Erhöhung einer Ölfilmtemperatur, die auf eine Zwischenraumreduzierung zurückführbar ist, unterbunden werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 5 beschrieben werden. Bei der zweiten Ausführungsform werden Bauteile, die ähnlich zu solchen der ersten Ausführungsform sind, durch dieselben Bezugszeichen ohne eine redundante Beschreibung bezeichnet.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Konfiguration des Lagerblocks 60. Mit anderen Worten hat der Lagerblock 60 der zweiten Ausführungsform die Rückoberfläche 61 ähnlich zu der Rückoberfläche 61 der ersten Ausführungsform und die Rückoberfläche 61 wird durch das Gelenk 50 getragen. Der Auflagerpunkt durch das Gelenk 50 ist näher an der Vorderseite in der Rotationsrichtung T als die Umfangsmitte des Lagerblocks 60. Demgemäß sind die Drehpunktposition P1 und die Drehpunktposition P2 Punkte, die näher an der Vorderseite in der Rotationsrichtung T sind als die Umfangsmitte des Lagerblocks 60.
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Die Blockoberfläche 62 des Lagerblocks 60 der zweiten Ausführungsform ist in eine Blockoberfläche einer stromaufwärtigen Seite 63 und eine Oberfläche einer stromabwärtigen Seite 64 mit der Drehpunktposition P2 als eine Grenze unterteilt. Mit anderen Worten ist der Bereich, der näher an der Rückseite in der Rotationsrichtung T ist als die Position des Gelenks 50 an der Blockoberfläche 62, die stromaufseitige Blockoberfläche 63 und der Bereich, der stromab der Position des Gelenks 50 an der Blockoberfläche 62 ist, ist die stromabseitige Blockoberfläche 64. Die stromaufseitige Blockoberfläche 63 hat einen relativ großen Abstand von der Drehpunktposition P2 zu dem Umfangsendteil (Rückseite in der Rotationsrichtung T, stromaufseitiges Endteil) und die stromabseitige Blockoberfläche 64 hat einen kleinen Abstand von der Drehpunktposition P2 zu dem Umfangsendteil (Vorderseite in der Rotationsrichtung T, stromabseitiges Endteil).
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Wenn der Krümmungsradius der stromaufseitigen Blockoberfläche 63 Rp1 ist und der Krümmungsradius der stromabseitigen Blockoberfläche 64 Rp2 ist, ist bei der zweiten Ausführungsform die Beziehung von Rp1 < Rp2 in der vorliegenden Ausführungsform festgelegt.
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Die Blockoberfläche 62 neigt eher dazu, verformt und geöffnet zu werden, wenn der Lagerblock 60 in der Umfangsrichtung von der Drehpunktposition P2 getrennt ist. Demgemäß kann eine extreme Öffnung der stromaufseitigen Blockoberfläche 63 vermieden werden indem zugelassen wird, dass der Krümmungsradius der stromabseitigen Blockoberfläche 64, die einen kleinen Abstand von der Drehpunktposition P2 zu dem Umfangsendteil hat, den Krümmungsradius der stromaufseitigen Blockoberfläche 63, die einen großen Abstand von der Drehpunktposition P2 zu dem Umfangsendteil hat, überschreitet. Folglich kann der Zwischenraum zwischen der Rotationswelle 10 und der Blockoberfläche 62 als gesamter Lagerblock 60 während dem Betrieb geeignet eingestellt werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 6 beschrieben werden. Bei der dritten Ausführungsform werden Bauteile, die ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind, durch die gleichen Bezugszeichen ohne redundante Beschreibung bezeichnet werden.
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Bei der dritten Ausführungsform ist die Beziehung von RpA<RpB festgelegt, wenn der Krümmungsradius eines Lagerblocks 60 mit einer großen Last von der Rotationswelle 10 RpA ist und der Krümmungsradius des anderen Lagerblocks 60 mit einer kleinen Last von der Rotationswelle 10 RpB ist.
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Bei der dritten Ausführungsform wird Dampf von einem Umfangsteil der Dampfturbine 1 eingeführt. Insbesondere wird Dampf von der Seite des Lagerblocks 60 an der Rückseite in der Rotationsrichtung T eingeführt. Demgemäß ist die Last, die auf den Lagerblock 60 an der Vorderseite in der Rotationsrichtung T aufgebracht wird, größer als die Last, die an dem Lagerblock 60 an der Rückseite in der Rotationsrichtung T aufgebracht wird.
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Bei der dritten Ausführungsform ist im Gegensatz dazu der Krümmungsradius RpB der Blockoberfläche 62 des Lagerblocks 60 an der Vorderseite in der Rotationsrichtung T so eingestellt, dass er größer als der Krümmungsradius RpA der Blockoberfläche 62 des Lagerblocks 60 an der Rückseite in der Rotationsrichtung T ist.
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Hierbei wird von dem Paar von Lagerblöcken 60 einer, auf den eine größere Last aufgebracht wird, stärkerer elastischer Verformung und Wärmeverformung ausgesetzt als der andere. Demgemäß kann, unter der Vielzahl von Lagerblöcken, durch Einstellen eines kleinen Krümmungsradius für den hochbelasteten Lagerblock 60, der eher dazu neigt, sich zu verformen, vermieden werden, dass der Zwischenraum zwischen dem Lagerblock 60 und der Rotationswelle 10 übermäßig groß wird.
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Folglich kann der Zwischenraum zwischen der Rotationswelle 10 und dem Lagerblock 60 als gesamtes Gleitlager bzw. Radiallager 30 geeigneter gehandhabt werden.
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Obwohl Ausführungsformen dieser Erfindung oben beschrieben wurden ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann geeignet modifiziert werden ohne sich von dem technischen Konzept der Erfindung zu entfernen.
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Beispielsweise ist, obwohl ein Punkt, an dem der Lagerblock 60 durch den Punktkontakt des Gelenks 50 in den obigen Ausführungsformen beschrieben wurde, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
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Beispielsweise kann eine Konfiguration angewendet werden, bei der das Außenende des Gelenks 50 sich in der Axiallinien-O-Richtung erstreckt und der Lagerblock 60 durch Linienkontakt getragen wird.
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Es ist eine Selbstverständlichkeit, dass „Punktkontakt“ und „Linienkontakt“ zueinander relative Ausdrücke sind und nicht Punktkontakt und Linienkontakt in einem strengen Sinn bedeuten.
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Zusätzlich kann der Lagerblock 60 durch eine andere Konfiguration getragen werden, ohne beschränkt auf das Gelenk 50 zu sein, sofern der Lagerblock 60 schwenkbar getragen werden kann.
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Obwohl es bei der dritten Ausführungsform beschrieben wurde, dass die Last an jedem Lagerblock 60 mit der Richtung variiert, in der Dampf eingeführt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und die obige Konfiguration ist selbst in einem Fall anwendbar, in dem die Last auf einen der Lagerblöcke 60 sich aufgrund mechanischer und struktureller Eigenschaften der Dampfturbine 1 erhöht.
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Obwohl ein Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung bei der Dampfturbine 1 als Rotationsmaschine angewendet wird, in den obigen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung bei anderen Rotationsmaschinen wie beispielsweise Gasturbinen und Verdichtern angewendet werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist bei Lagervorrichtungen und Rotationsmaschinen anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dampfturbine (Rotationsmaschine)
- 2
- Turbinengehäuse
- 3
- Leitschaufel
- 4
- Laufschaufel
- 10
- Rotationswelle
- 11
- Druckring
- 20
- Lagerteil
- 21
- Axiallager
- 30
- Gleitlager bzw. Radiallager (Lagervorrichtung)
- 31
- Tragring
- 40
- Führungsmetall
- 41
- zugewandte Oberfläche
- 50
- Gelenk (Tragteil)
- 60
- Lagerblock
- 61
- Rückoberfläche
- 62
- Blockoberfläche
- 62
- Blockoberfläche
- 63
- stromaufseitige Blockoberfläche
- 64
- stromabseitige Blockoberfläche
- 70
- Schmiermittelzufuhrdüse
- P1
- Drehpunkt
- P2
- Drehpunktposition
- O
- Axiallinie
- T
- Rotationsrichtung
- S
- Referenzkreis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017031737 [0002]
- JP 2010203481 [0005]
