JP2002021843A - Thrust bearing device - Google Patents

Thrust bearing device

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JP2002021843A
JP2002021843A JP2000205549A JP2000205549A JP2002021843A JP 2002021843 A JP2002021843 A JP 2002021843A JP 2000205549 A JP2000205549 A JP 2000205549A JP 2000205549 A JP2000205549 A JP 2000205549A JP 2002021843 A JP2002021843 A JP 2002021843A
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JP
Japan
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thrust
bearing
lubricated
rotating shaft
load
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000205549A
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Japanese (ja)
Inventor
Iwao Matsumoto
岩男 松本
Toyoaki Furukawa
豊秋 古川
Seiya Yamada
誠也 山田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2300/00Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/30Application independent of particular apparatuses related to direction with respect to gravity
    • F16C2300/34Vertical, e.g. bearings for supporting a vertical shaft

Landscapes

  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thrust bearing device to be used for a rotary machinery hard to support the thrust of the rotary machinery with any one of a rolling bearing and a sliding bearing and requiring use of both the rolling and sliding bearings for the bearing of the rotary machinery. SOLUTION: In a thrust bearing device for a vertical rotary machinery for supporting a thrust load of a rotary shaft vertically supported freely to be rotated, a thrust collar 14 is provided in a rotary shaft 10, and a thrust sliding bearing 16 for supporting the thrust collar 14 freely to be slid and a thrust rolling bearing 18 for supporting the rotary shaft 10 by abutting on a lower end of the rotary shaft 10 are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転機械のスラス
ト荷重を支承するスラスト軸受装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thrust bearing device for supporting a thrust load of a rotating machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下、図3、4を参照して従来のスラス
ト軸受を説明する。図3において、回転軸110は、一
対のラジアル軸受120により、該回転軸110を包囲
するケーシング等の静止部120に対して回転自在に支
持されている。図示する従来技術では、回転軸110の
一方の端部を油潤滑スラスト軸受10のみでスラストカ
ラー114を介して回転軸110をのスラスト荷重を支
承しており、スラスト軸受116が大型化せざるを得な
い。
2. Description of the Related Art A conventional thrust bearing will be described below with reference to FIGS. 3, the rotating shaft 110 is rotatably supported by a pair of radial bearings 120 with respect to a stationary portion 120 such as a casing surrounding the rotating shaft 110. In the prior art illustrated, one end of the rotating shaft 110 supports the thrust load of the rotating shaft 110 only through the oil-lubricated thrust bearing 10 via the thrust collar 114, so that the thrust bearing 116 has to be enlarged. I can't get it.

【0003】図4に示す従来技術では、図3に示す従来
技術の油潤滑スラスト軸受116代わりにスラスト転が
り軸受118を用いている。図4に示す従来技術では、
スラスト転がり軸受118のみでスラストカラー114
を介して回転軸110のスラスト荷重を支承するので、
特に回転軸110が大型化すると、その分スラスト転が
り軸受118もまた大型化するので、その周速および発
熱が大きくなり、スラスト転がり軸受の寿命が短くな
る。
In the prior art shown in FIG. 4, a thrust rolling bearing 118 is used instead of the oil lubricated thrust bearing 116 shown in FIG. In the prior art shown in FIG.
Thrust collar 114 only with thrust rolling bearing 118
Since the thrust load of the rotating shaft 110 is supported through
In particular, when the size of the rotary shaft 110 increases, the size of the thrust rolling bearing 118 also increases accordingly, so that the peripheral speed and heat generation increase, and the life of the thrust rolling bearing decreases.

【0004】従来のスラスト軸受では、 (1)起動発停および使用が断続的で長時間の寿命を要
求されない場合 (2)回転数は低いが大きなスラスト荷重が作用する場
合 (3)潤滑関係、設備(油タンク、配管、ポンプ)を小
型化する必要がある場合に、スラスト転がり軸受が用い
られていた。一方、長時間の寿命や高信頼性を要求され
る高速回転機械では、スラスト滑り軸受が用いられてき
た。
In the conventional thrust bearing, (1) when starting and stopping and use are intermittent and a long life is not required (2) When a large thrust load is applied at a low rotational speed (3) Lubrication-related Thrust rolling bearings have been used when equipment (oil tanks, piping, pumps) needs to be miniaturized. On the other hand, thrust slide bearings have been used in high-speed rotating machines that require a long life and high reliability.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】横型回転機械では、ス
ラスト軸受は回転軸重量を支承する必要が無く、作動流
体の反力などによるスラスト荷重を受け持つのが基本で
あり、これは各部の圧力バランスなどを考慮した設計に
より、小さくする事が可能である。ところが、縦型回転
機械では、設計の工夫により小さくできる作動流体の反
力とは別に、回転軸自身の重量に基づくスラスト荷重を
支承する必要がある。このため、縦型の大型回転機械や
高速回転機械のスラスト滑り軸受では静止時のスラスト
荷重増大によるスラストカラーの大径化、高周速化を伴
い、スラストカラーの遠心強度の確保や、その変形防止
が大きな技術課題となっている。
In a horizontal rotating machine, the thrust bearing does not need to support the weight of the rotating shaft, and basically bears the thrust load due to the reaction force of the working fluid. It is possible to reduce the size by designing in consideration of such factors. However, in the case of a vertical rotary machine, it is necessary to support a thrust load based on the weight of the rotary shaft itself, in addition to the reaction force of the working fluid, which can be reduced by designing the machine. As a result, the thrust bearings of large vertical rotating machines and high-speed rotating machines are required to increase the thrust load at rest and increase the diameter of the thrust collar and increase the peripheral speed. Prevention is a major technical issue.

【0006】一方、スラスト転がり軸受では高周速化に
より、長寿命化が困難とされている。更に、水力発電に
用いられる水車などでは負荷容量が数百トンクラスのも
のが要求されているが、環境汚染の問題から万一の油漏
れの危惧される油潤滑スラスト軸受が使用できず、巨大
な水潤滑スラスト軸受が使用されているが、スラストカ
ラー114の遠心強度の問題から、これ以上の大型化が
困難である。
[0006] On the other hand, it is considered difficult to extend the life of a thrust rolling bearing due to a high peripheral speed. In addition, turbines used for hydroelectric power generation are required to have a load capacity of several hundred tons class.However, oil-lubricated thrust bearings, which are likely to leak oil due to environmental pollution, cannot be used. Although a water-lubricated thrust bearing is used, it is difficult to further increase the size due to the problem of centrifugal strength of the thrust collar 114.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
は、鉛直に回転自在に支持された回転軸のスラスト荷重
を支承する縦型回転機械のスラスト軸受装置において、
前記回転軸にスラストカラーを設け、該スラストカラー
を摺動可能に支承するスラスト滑り軸受と、前記回転軸
の下端に当接して同回転軸を支承するスラスト転がり軸
受とを具備することを特徴とするスラスト軸受装置を要
旨とする。
According to the present invention, there is provided a thrust bearing device for a vertical type rotary machine for supporting a thrust load of a rotating shaft vertically rotatably supported.
A thrust collar is provided on the rotating shaft, and a thrust sliding bearing that slidably supports the thrust collar and a thrust rolling bearing that contacts the lower end of the rotating shaft to support the rotating shaft are provided. The gist of the present invention is a thrust bearing device.

【0008】前記スラスト滑り軸受は、油潤滑スラスト
軸受、水潤滑スラスト軸受、気体潤滑スラスト軸受等の
流体潤滑式スラスト滑り軸受、または、磁気スラスト軸
受とすることができ、前記スラスト転がり軸受はセラミ
ックス製の転動体を備えたセラミックスラスト転がり軸
受とすることができる。
[0008] The thrust sliding bearing may be a fluid-lubricated thrust sliding bearing such as an oil-lubricated thrust bearing, a water-lubricated thrust bearing, a gas-lubricated thrust bearing, or a magnetic thrust bearing. Ceramic rolling bearing provided with the above rolling elements.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図1を参照して本発明の第
1の実施形態を説明する。図1は、回転軸、例えば水力
発電に用いられる水車の回転軸の軸受部分の略示縦断面
図であり、回転軸10はその両端において一対のラジア
ル軸受12a、12bにより、例えば水車のケーシング
等の固定部分20に対して回転自在に支持されている。
回転軸10は、前記一対のラジアル軸受12a、12b
の一方、図1では下側のラジアル軸受12bを越えて外
側に延びる延長部分10aを有している。延長部分10
aに半径方向に延びる円形部材より成るスラストカラー
14が設けられており、延長部分10aは、また、スラ
ストカラー14から更に外側に延びて当接部14aを形
成している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a rotating shaft, for example, a bearing portion of a rotating shaft of a water turbine used for hydroelectric power generation. A rotating shaft 10 has a pair of radial bearings 12a and 12b at both ends thereof. Are rotatably supported with respect to the fixed portion 20.
The rotating shaft 10 includes the pair of radial bearings 12a and 12b.
On the other hand, FIG. 1 has an extended portion 10a extending outward beyond the lower radial bearing 12b. Extension 10
a is provided with a thrust collar 14 of a circular member extending in the radial direction, and the extension 10a also extends further outward from the thrust collar 14 to form an abutment 14a.

【0010】本実施形態では、スラストカラー14と前
記静止部20との間には、スラスト滑り軸受として、流
体潤滑式スラスト滑り軸受、好ましくは、油潤滑スラス
ト軸受16が設けられている。油潤滑スラスト軸受16
は軸受形式の制限は特に無く、キングスベリー型、テー
パランド軸受とすることができる。また、当接部14a
と静止部20との間には、スラスト玉軸受またはスラス
トころ軸受等のスラスト転がり軸受18が配設されてい
る。
In the present embodiment, a fluid-lubricated thrust slide bearing, preferably an oil-lubricated thrust bearing 16, is provided between the thrust collar 14 and the stationary portion 20 as a thrust slide bearing. Oil-lubricated thrust bearing 16
There is no particular limitation on the bearing type, and a Kingsbury type or tapered land bearing can be used. The contact portion 14a
A thrust rolling bearing 18 such as a thrust ball bearing or a thrust roller bearing is disposed between the stationary part 20 and the stationary part 20.

【0011】本実施形態では、油潤滑スラスト軸受16
のすきまδsは次式にて示される。 δs=α+δr ここで、δr はスラスト転がり軸受18の軸方向の圧縮
変形量であり、次式にて示される。 δr=W/κ ここで、 W:スラスト荷重(主に回転軸重量) κ:スラスト転がり軸受の静剛性 すきまδsは、油潤滑スラスト軸受16の形式によって
必要最小すきま(油膜厚さ)αの値を変化させることに
より、適当な値とすることができる。
In this embodiment, the oil-lubricated thrust bearing 16
The gap [delta] s shown by the following expression. δ s = α + δ r where δr is the amount of axial compression deformation of the thrust rolling bearing 18 and is expressed by the following equation. δ r = W / κ where, W: Thrust load (mainly the weight of the rotating shaft) κ: Static rigidity of the thrust rolling bearing δ s is the minimum clearance (oil film thickness) α required depending on the type of oil-lubricated thrust bearing 16 By changing the value of を, an appropriate value can be obtained.

【0012】このように、本実施形態では、回転軸10
の静止時のスラスト転がり軸受18の圧縮変形を考慮し
た平衡位置に許容すきまを考慮して、回転軸10の適切
な位置に油潤滑スラスト軸受16を配置した。これによ
り、回転軸10の回転上昇に伴い、油圧潤滑式スラスト
軸受16の負荷面の動圧により油圧潤滑式スラスト軸受
16の負荷能力が向上し、その分、スラスト転がり軸受
18にとっては、回転軸10の回転速度が上昇し周速が
増大することで長寿命化に不利な状況下で分担荷重が減
少すると言う都合の良い結果が得られた。また、油潤滑
スラスト軸受16にとっては回転軸10の回転が低く動
圧による負荷能力が小さい時でも、初期設定時に必要最
小すきまを確保しているので損傷する事もない。
As described above, in the present embodiment, the rotating shaft 10
The oil-lubricated thrust bearing 16 is disposed at an appropriate position on the rotating shaft 10 in consideration of the allowable clearance at an equilibrium position in consideration of the compression deformation of the thrust rolling bearing 18 at rest. Accordingly, as the rotation of the rotating shaft 10 increases, the load capacity of the hydraulic lubricating thrust bearing 16 improves due to the dynamic pressure on the load surface of the hydraulic lubricating thrust bearing 16, and the thrust rolling bearing 18 accordingly increases the rotating shaft As a result, a favorable result was obtained in that the increase in the rotation speed and the increase in the peripheral speed reduced the shared load in a situation that was disadvantageous for extending the life. In addition, even when the rotation of the rotary shaft 10 is low and the load capacity due to dynamic pressure is small, the oil-lubricated thrust bearing 16 has a minimum clearance required at the time of initial setting, so that there is no damage.

【0013】本実施形態では、特にスラスト転がり軸受
18は回転軸1 の静止時の荷重を支持できるように選定
されており、これにより、油潤滑スラスト軸受16は回
転軸10の停止時のスラスト荷重から完全に解放するこ
とができ、また、低速時の設計条件の厳しくなる領域に
おいては、スラスト荷重の大部分をスラスト転がり軸受
18に負担させることが可能となる。一方、回転軸10
が高速で回転するときは、回転上昇と共に流体潤滑式ス
ラスト軸受16のスラスト負荷能力が生じるので、スラ
スト転がり軸受18の荷重が軽減される。従って、流体
潤滑式スラスト軸受16とスラスト転がり軸受18とを
組み合わせることにより、回転軸10の回転速度領域に
応じて互いの欠点を補うことが可能となる。
In the present embodiment, in particular, the thrust rolling bearing 18 is selected so as to be able to support the load when the rotating shaft 1 is at rest, so that the oil-lubricated thrust bearing 16 is capable of supporting the thrust load when the rotating shaft 10 is stopped. , And in a region where design conditions at low speed become severe, most of the thrust load can be borne by the thrust rolling bearing 18. On the other hand, the rotating shaft 10
When the motor rotates at high speed, the thrust load capacity of the fluid lubricated thrust bearing 16 is generated as the rotation increases, so that the load on the thrust rolling bearing 18 is reduced. Therefore, by combining the fluid-lubricated thrust bearing 16 and the thrust rolling bearing 18, it is possible to compensate for each other's defects according to the rotation speed region of the rotating shaft 10.

【0014】第1の実施形態では、前記流体潤滑式スラ
スト滑り軸受は、油潤滑スラスト軸受16にて形成され
ていたが、本発明はこれに限定されない。本発明の第2
の実施形態では、前記流体潤滑式スラスト滑り軸受は、
水潤滑スラスト軸受にて形成されている。この場合、ス
ラスト転がり軸受18は、好ましくは、セラミック製の
転動体を有するセラミックスラスト転がり軸受とする。
この構成は、特に、水車等の作動流体として水を用いた
縦型流体機械を使用する際に、環境汚染の問題から万一
の油漏れが危惧される油潤滑スラスト軸受が使用できな
い場合に適している。
In the first embodiment, the fluid-lubricated thrust slide bearing is formed by the oil-lubricated thrust bearing 16, but the present invention is not limited to this. Second embodiment of the present invention
In the embodiment, the fluid-lubricated thrust slide bearing includes:
It is formed of a water-lubricated thrust bearing. In this case, the thrust rolling bearing 18 is preferably a ceramic last rolling bearing having a ceramic rolling element.
This configuration is suitable especially when a vertical fluid machine using water as a working fluid such as a water turbine cannot be used when an oil-lubricated thrust bearing, in which an oil leak is feared due to environmental pollution, cannot be used. I have.

【0015】また、水の粘性が油に比べ小さいため、水
潤滑スラスト軸受は、油潤滑スラスト軸受に比べて負荷
能力が小さくなる。そのため、これまで、水潤滑スラス
ト軸受では、軸受の受圧面積を大きくする必要があり、
軸受形状が複雑となる問題があった。本実施形態では、
油潤滑スラスト軸受と同程度の負荷能力を確保するため
に、水潤滑スラスト軸受16は動圧型スラスト軸受のみ
ならず静圧型スラスト軸受と組み合わせることにより、
負荷容量を大きくして所要の負荷容量を得るようにして
いる。
Further, since the viscosity of water is smaller than that of oil, the water-lubricated thrust bearing has a smaller load capacity than the oil-lubricated thrust bearing. Therefore, in the past, it was necessary to increase the pressure receiving area of the water-lubricated thrust bearing,
There was a problem that the bearing shape became complicated. In this embodiment,
In order to ensure the same load capacity as the oil-lubricated thrust bearing, the water-lubricated thrust bearing 16 can be combined with a hydrostatic thrust bearing as well as a hydrostatic thrust bearing.
The required load capacity is obtained by increasing the load capacity.

【0016】更に、前記流体潤滑式スラスト滑り軸受1
6は、既述した油または水による潤滑に限定されない。
本発明の第3の実施形態では、流体潤滑式スラスト滑り
軸受16は、気体潤滑スラスト軸受により形成されてい
る。然しながら、ガス、例えば空気は、油および水に比
べ更に作動流体の粘性が低く、低速回転では殆ど負荷能
力が無いために、気体潤滑スラスト軸受を単独で用いる
場合には、回転軸10に比べ相対的にスラスト軸受部を
大型化せざるを得ず、回転数の二乗で厳しくなるスラス
トカラー14の遠心強度が大きな問題となる。
Furthermore, the fluid lubricated thrust slide bearing 1
6 is not limited to the oil or water lubrication described above.
In the third embodiment of the present invention, the fluid lubricated thrust slide bearing 16 is formed by a gas lubricated thrust bearing. However, gas, such as air, has a lower viscosity of the working fluid than oil and water, and has little load capability at low speed rotation. The centrifugal strength of the thrust collar 14, which becomes strict with the square of the number of revolutions, has to be a big problem, because the thrust bearing must be enlarged in size.

【0017】本実施形態では、回転数の低い負荷能力の
無い領域ではスラスト転がり軸受18で回転軸10の荷
重を支承し、回転数の高い領域では気体潤滑スラスト軸
受16に荷重を負担させてスラスト転がり軸受18への
荷重を低減させるようにしている。これにより、スラス
ト転がり軸受18については回転数の上昇と共に荷重が
低減されるので、それを考慮してスラスト転がり軸受1
8の小型化および長寿命化が可能となる。一方、気体潤
滑スラスト軸受16について低速時の荷重を支承する必
要が無くなるため、スラスト転がり軸受18を併用しな
い場合に比べ、気体潤滑スラスト軸受16の著しい小型
化が可能となる。
In this embodiment, the load of the rotating shaft 10 is supported by the thrust rolling bearing 18 in a region where the load capacity is low at a low speed and the load is applied to the gas lubricated thrust bearing 16 in a region where the rotation speed is high. The load on the rolling bearing 18 is reduced. As a result, the load of the thrust rolling bearing 18 decreases with an increase in the rotational speed.
8 can be reduced in size and lengthened. On the other hand, since the gas-lubricated thrust bearing 16 does not need to support a low-speed load, the gas-lubricated thrust bearing 16 can be significantly reduced in size as compared with a case where the thrust rolling bearing 18 is not used.

【0018】次に、図2を参照して、本発明の第4の実
施形態を説明する。原子力関係設備の放射能環境などで
は、回転軸10に油や水などを用いることができない。
本実施形態では、スラスト滑り軸受16として磁気スラ
スト軸受22を用いて、磁気スラスト軸受22とスラス
ト転がり軸受18とを併用して縦型の回転軸10のスラ
スト荷重を支承している。回転軸10の重量は回転軸1
0の端面に設けられたスラスト転がり軸受18で支承さ
れ、半径すきまは第1の実施形態で述べた容量で適切に
設定されている。従って、本実施形態では、回転軸10
の回転上昇の適切な段階で磁気スラスト軸受22を動作
させた。なお、磁気スラスト軸受22は軸受近傍の回転
数の位置を計測しながら電流などを制御して、回転軸1
0を軸受中央に維持するようにしている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Oil or water cannot be used for the rotating shaft 10 in a radioactive environment of nuclear facilities.
In the present embodiment, a magnetic thrust bearing 22 is used as the thrust slide bearing 16, and the magnetic thrust bearing 22 and the thrust rolling bearing 18 are used together to support the thrust load of the vertical rotary shaft 10. The weight of the rotating shaft 10 is the rotating shaft 1
The bearing is supported by a thrust rolling bearing 18 provided on the end face of the zero, and the radius clearance is appropriately set by the capacity described in the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the rotating shaft 10
The magnetic thrust bearing 22 was operated at an appropriate stage of the rotation increase. The magnetic thrust bearing 22 controls the current and the like while measuring the position of the number of rotations near the bearing, and controls the rotating shaft 1.
0 is maintained at the center of the bearing.

【0019】磁気スラスト軸受22の負荷能力fm は次
式で示される。
The load capacity fm of the magnetic thrust bearing 22 is expressed by the following equation.

【数1】 k:電磁石吸引係数 i:電流 Z:軸受すきま μ0:透磁率 N:巻数 S:鉄心断面積(Equation 1) k: Electromagnetic attraction coefficient i: Current Z: Bearing clearance μ 0 : Magnetic permeability N: Number of turns S: Iron core cross-sectional area

【0020】一般的に、磁気スラスト軸受22の負荷能
力を大きくするためには、 (1)電流iを強くする (2)巻数Nを大きくする (3)鉄心の断面積Sを増加する (4)軸受すきまZを小さくする など方法があるが、iを増やすと発熱量が増加し、N、
Sを大きくすると磁気スラスト軸受22のサイズが大型
化し、Zは回転軸10の据え付け、組立上の問題からあ
まり小さくできないという問題がある。従って、これま
で、大型の縦型の回転機械では軸受サイズが大きくなら
ざるを得ず、スラストカラー14の変形、遠心強度の確
保が大きな問題となっていた。然しながら、本実施形態
では、回転軸端面に設けたスラスト転がり軸受18で回
転軸自身の重量を支持し、磁気スラスト軸受22の併用
によりスラスト転がり軸受18の分担荷重低減をはかる
ことで、動作環境の改善を行い長寿命化を実現できた。
Generally, in order to increase the load capacity of the magnetic thrust bearing 22, (1) increase the current i (2) increase the number of turns N (3) increase the cross-sectional area S of the iron core (4) ) There is a method such as reducing the bearing clearance Z, but increasing the i increases the calorific value.
If S is increased, the size of the magnetic thrust bearing 22 increases, and Z cannot be reduced too much due to the problem of installation and assembly of the rotating shaft 10. Therefore, hitherto, the bearing size had to be large in a large vertical rotary machine, and the deformation of the thrust collar 14 and the securing of the centrifugal strength were serious problems. However, in the present embodiment, the thrust rolling bearing 18 provided on the end surface of the rotating shaft supports the weight of the rotating shaft itself, and the combined use of the magnetic thrust bearing 22 reduces the shared load of the thrust rolling bearing 18, thereby reducing the operating environment. Improvements have been made to extend the service life.

【0021】また、磁気スラスト軸受22は全重量を支
持する能力を有する必要は無く、荷重を分担支承するの
で単独で支持する場合に比べ、小型化が可能となる。更
に、磁気スラスト軸受22およびスラスト転がり軸受と
も、各々単独で支持する場合に比べ、小型化、長寿命化
が可能になる。
Further, the magnetic thrust bearing 22 does not need to have the ability to support the entire weight, and bears the load, so that the size can be reduced as compared with the case where the magnetic thrust bearing 22 is supported alone. Further, both the magnetic thrust bearing 22 and the thrust rolling bearing can be reduced in size and lengthened in life as compared with the case where they are individually supported.

【0022】また、既述した1〜4の実施形態におい
て、スラスト転がり軸受18としては、油を使わないセ
ラミック製の転動体を備えたセラミックスラスト転がり
軸受を用いることができ、特に、環境汚染の問題から万
一の油漏れの危惧される油潤滑スラスト軸受が使用でき
ない場合に、水潤滑スラスト軸受と有利に組み合わせる
ことができる。
In the above-described first to fourth embodiments, as the thrust rolling bearing 18, a ceramic last rolling bearing having a ceramic rolling element that does not use oil can be used. If an oil-lubricated thrust bearing, which is likely to leak due to a problem, cannot be used, it can be advantageously combined with a water-lubricated thrust bearing.

【0023】[0023]

【発明の効果】請求項1に記載の本発明によれば、縦型
回転体( 機械) の回転軸を一対のラジアル軸受と、前記
回転軸に突設されるスラストカラーを介して回転可能に
支持するスラスト軸受が、前記スラストカラーを摺動可
能に支承するスラスト滑り軸受と、前記回転軸の下端に
当接して、同回転軸を支承するスラスト転がり軸受とか
ら成るので、スラスト軸受の小型化、高周速化、長寿命
化が可能になる。
According to the first aspect of the present invention, the rotating shaft of the vertical rotating body (machine) can be rotated via a pair of radial bearings and a thrust collar protruding from the rotating shaft. Since the supporting thrust bearing is composed of a thrust sliding bearing that slidably supports the thrust collar and a thrust rolling bearing that contacts the lower end of the rotating shaft and supports the rotating shaft, the size of the thrust bearing is reduced. , High peripheral speed and long life can be achieved.

【0024】請求項2に記載の本発明によれば、スラス
ト滑り軸受が流体潤滑式スラスト滑り軸受であるため、
回転軸の回転の上昇と共に流体潤滑式スラスト滑り軸受
がスラスト荷重を分担し、スラスト転がり軸受に作用す
るスラスト荷重が低減される。従って、スラスト転がり
軸受は、主として回転軸の停止時に最大となるスラスト
荷重(回転軸重量)に耐え得るよう設計すればよく、従
来の重荷重、高周速のスラスト転がり軸受に比べ、スラ
スト転がり軸受の半径を小さくすることが可能となる。
これにより、スラスト転がり軸受の作動周速を最小化可
能となり、スラスト転がり軸受の長寿命化、低発熱およ
び軸受損失を最小化可能となる。
According to the second aspect of the present invention, since the thrust slide bearing is a fluid-lubricated thrust slide bearing,
As the rotation of the rotating shaft increases, the thrust load is shared by the fluid lubricated thrust slide bearing, and the thrust load acting on the thrust rolling bearing is reduced. Therefore, the thrust rolling bearing may be designed to withstand the maximum thrust load (rotating shaft weight) when the rotating shaft is stopped, and the thrust rolling bearing is compared with the conventional heavy load, high peripheral speed thrust rolling bearing. Can be reduced.
As a result, the operating peripheral speed of the thrust rolling bearing can be minimized, and the life of the thrust rolling bearing can be extended, low heat generation and bearing loss can be minimized.

【0025】請求項3に記載の本発明によれば、回転軸
の回転数の増加に応じて油潤滑スラスト軸受へスラスト
荷重を分担させるので、その分スラスト転がり軸受への
スラスト荷重が軽減され、また、その軸径を小さくして
も軸系振動特性に悪影響を与えない軸端に設置すること
でスラスト転がり軸受の技術課題である高荷重、高周速
による低寿命化の技術課題を実現できた。一方、油潤滑
スラスト軸受もまた全ての回転速度域でスラスト荷重を
受け持つ必要がないので、その軸受サイズを小さくで
き、大容量化の最大の技術課題であるスラストカラーの
強度確保の問題を解決すると共に、スラスト転がり軸受
の欠点である軸受減衰を高めることができるので、縦振
動の制振性能を改善可能となる。
According to the third aspect of the present invention, since the thrust load is shared by the oil-lubricated thrust bearing in accordance with an increase in the rotation speed of the rotating shaft, the thrust load on the thrust rolling bearing is reduced by that much. In addition, by installing it at the end of the shaft that does not adversely affect the vibration characteristics of the shaft system even if the shaft diameter is reduced, it is possible to realize the technical problem of thrust rolling bearing, which is the technical problem of high load and high peripheral speed, and shortening the service life. Was. On the other hand, oil-lubricated thrust bearings also do not need to bear the thrust load in all rotational speed ranges, so the bearing size can be reduced, and the problem of securing the strength of the thrust collar, which is the biggest technical issue of increasing the capacity, is solved. At the same time, bearing damping, which is a drawback of the thrust rolling bearing, can be increased, so that the vibration damping performance of longitudinal vibration can be improved.

【0026】請求項4に記載の本発明によれば、スラス
ト滑り軸受が水潤滑スラスト軸受から成るので、環境汚
染の問題から万一の油漏れが危惧される油潤滑スラスト
軸受が使用できない場合に特に有利に本発明を適用可能
となる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the thrust slide bearing is formed of a water-lubricated thrust bearing, the oil-lubricated thrust bearing, in which an oil leak is feared due to environmental pollution, cannot be used. Advantageously, the present invention can be applied.

【0027】請求項5に記載の本発明によれば、前記流
体潤滑式スラスト滑り軸受が気体潤滑スラスト軸受から
成るが、気体潤滑スラスト軸受について低速時の荷重を
支承する必要が無いので、スラスト転がり軸受を併用し
ない場合に比べ、気体潤滑スラスト軸受の著しい小型化
が可能である。
According to the fifth aspect of the present invention, the fluid-lubricated thrust sliding bearing is formed of a gas-lubricated thrust bearing. However, since the gas-lubricated thrust bearing does not need to support a low-speed load, thrust rolling is not required. The gas-lubricated thrust bearing can be significantly reduced in size as compared with a case where no bearing is used.

【0028】請求項6に記載の本発明によれば、前記ス
ラスト滑り軸受が、磁気スラスト軸受から成るので、こ
れにより、磁気スラスト軸受の負荷能力分だけスラスト
転がり軸受の負荷を軽減することができる。この結果、
両方の型式の軸受を最適化することで、従来実現不可能
であった容量のスラスト軸受が実現可能となる。本発明
によるスラスト転がり軸受は、軸端に配置するので、回
転軸の曲げ振動特性に大きく影響を与える軸の曲げ剛性
の制約を受けず小型化が可能となる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the thrust slide bearing is formed of a magnetic thrust bearing, the load on the thrust rolling bearing can be reduced by the load capacity of the magnetic thrust bearing. . As a result,
By optimizing both types of bearings, a thrust bearing with a capacity that was not previously possible can be realized. Since the thrust rolling bearing according to the present invention is disposed at the shaft end, the size can be reduced without being restricted by the bending rigidity of the shaft, which greatly affects the bending vibration characteristics of the rotating shaft.

【0029】請求項7に記載の本発明によれば、前記ス
ラスト転がり軸受がセラミックススラスト転がり軸受か
ら成るので、耐温度性に優れ、環境汚染の問題から万一
の油漏れの心配から油潤滑スラスト軸受が使用できない
スラスト転がり軸受部、例えば、水力発電に用いられる
水車などでは負荷容量が数百トンクラスのもの巨大なス
ラスト転がり軸受として使用可能となる。
According to the present invention, since the thrust rolling bearing is made of a ceramic thrust rolling bearing, the thrust rolling bearing is excellent in temperature resistance. A thrust rolling bearing portion where a bearing cannot be used, for example, a water turbine used for hydroelectric power generation, can be used as a huge thrust rolling bearing having a load capacity of several hundred tons class.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の好ましい実施形態によるスラスト軸受
装置の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a thrust bearing device according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施形態によるスラスト軸受装置
の縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a thrust bearing device according to another embodiment of the present invention.

【図3】従来技術によるスラスト軸受の縦断面図であ
る。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a conventional thrust bearing.

【図4】他の従来技術によるスラスト軸受の縦断面図で
ある。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of another conventional thrust bearing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…回転軸 12a…ラジアル軸受 12b…ラジアル軸受 14…スラストカラー 16…流体潤滑式スラスト滑り軸受 22…磁気スラスト軸受 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rotating shaft 12a ... Radial bearing 12b ... Radial bearing 14 ... Thrust collar 16 ... Fluid lubrication type thrust sliding bearing 22 ... Magnetic thrust bearing

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 誠也 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Fターム(参考) 3J011 AA04 JA02 KA03 NA02 3J101 AA01 AA53 AA62 AA72 AA83 BA10 EA41 FA31 GA24 GA28 3J102 AA01 CA04 CA13 GA13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Seiya Yamada 1-1, Akunouramachi, Nagasaki-shi, Nagasaki F-term in Nagasaki Shipyard, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 3J011 AA04 JA02 KA03 NA02 3J101 AA01 AA53 AA62 AA72 AA83 BA10 EA41 FA31 GA24 GA28 3J102 AA01 CA04 CA13 GA13

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鉛直に回転自在に支持された回転軸のス
ラスト荷重を支承する縦型回転機械のスラスト軸受装置
において、 前記回転軸にスラストカラーを設け、該スラストカラー
を摺動可能に支承するスラスト滑り軸受と、前記回転軸
の下端に当接して同回転軸を支承するスラスト転がり軸
受とを具備することを特徴とするスラスト軸受装置。
1. A thrust bearing device for a vertical rotating machine that supports a thrust load of a rotating shaft vertically rotatably supported, wherein a thrust collar is provided on the rotating shaft, and the thrust collar is slidably supported. A thrust bearing device, comprising: a thrust slide bearing; and a thrust rolling bearing that abuts on a lower end of the rotating shaft to support the rotating shaft.
【請求項2】 前記スラスト滑り軸受が、流体潤滑式ス
ラスト滑り軸受からなることを特徴とする請求項1に記
載のスラスト軸受装置。
2. The thrust bearing device according to claim 1, wherein the thrust slide bearing comprises a fluid-lubricated thrust slide bearing.
【請求項3】 前記流体潤滑式スラスト滑り軸受が油潤
滑スラスト軸受である請求項2に記載のスラスト軸受装
置。
3. The thrust bearing device according to claim 2, wherein the fluid-lubricated thrust slide bearing is an oil-lubricated thrust bearing.
【請求項4】 前記流体潤滑式スラスト滑り軸受が水潤
滑スラスト軸受である請求項2に記載のスラスト軸受装
置。
4. The thrust bearing device according to claim 2, wherein the fluid-lubricated thrust slide bearing is a water-lubricated thrust bearing.
【請求項5】 前記流体潤滑式スラスト滑り軸受が気体
潤滑スラスト軸受である請求項2に記載のスラスト軸受
装置。
5. The thrust bearing device according to claim 2, wherein the fluid-lubricated thrust slide bearing is a gas-lubricated thrust bearing.
【請求項6】 前記スラスト滑り軸受が磁気スラスト軸
受からなることを特徴とする請求項1に記載のスラスト
軸受装置。
6. The thrust bearing device according to claim 1, wherein the thrust slide bearing is a magnetic thrust bearing.
【請求項7】 前記スラスト転がり軸受がセラミックス
スラスト転がり軸受からなることを特徴とする請求項1
から6の何れか1項に記載のスラスト軸受装置。
7. The thrust rolling bearing according to claim 1, wherein said thrust rolling bearing comprises a ceramic thrust rolling bearing.
7. The thrust bearing device according to any one of claims 1 to 6.
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