JP2004301258A - ジャーナル軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】上半パッドに適正な油膜圧力を発生させてその揺動力を拘束し、上半軸受部のメタル損傷を防止させるジャーナル軸受を提供する。
【解決手段】本発明に係るジャーナル軸受は、回転軸１４を支承する軸受本体１０を２分割し、２分割した上半軸受１１に上半パッド１３Ａ，１３Ｂを備えるとともに、下半軸受１２に下半パッド１３Ｃ，１３Ｄを備えるジャーナル軸受において、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの回転軸１４側に沿って溝１７を備えるとともに、この溝の下流側に堰き止め部１８を備えた。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係るジャーナル軸受は、回転軸１４を支承する軸受本体１０を２分割し、２分割した上半軸受１１に上半パッド１３Ａ，１３Ｂを備えるとともに、下半軸受１２に下半パッド１３Ｃ，１３Ｄを備えるジャーナル軸受において、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの回転軸１４側に沿って溝１７を備えるとともに、この溝の下流側に堰き止め部１８を備えた。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービン、発電機等の大型回転機械の回転軸（ロータ）を支承するジャーナル軸受に係り、特に運転中に誘起する振動を抑制し、回転軸に安定運転を行わせるジャーナル軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービン、発電機等の大型回転機械の回転軸（ロータ）を支承する軸受には、２つの真円で形成した二円弧ジャーナル軸受、２つの円弧を偏心させて形成した楕円ジャーナル軸受、軸受のスベリ面にパッドを備えたパッド型ジャーナル軸受がある。
【０００３】
二円弧ジャーナル軸受や楕円ジャーナル軸受は、高荷重、高面圧には優れているものの、オイルウィップやオイルホワール等の自励振動に対して安定性に欠ける欠点がある。
【０００４】
これに対し、パッド型ジャーナル軸受は、大きな制振力を有し、高い安定性を備えるとともに、自励振動に対して極めて高い安定性を有しているので、発電所で比較的多く採用されている。
【０００５】
図１２は、従来のパッド型ジャーナル軸受の一例を示す概念図である。
【０００６】
パッド型ジャーナル軸受は、軸受本体１を水平継手面ＨＬで上半軸受部２と下半軸受部３とに２分割し、２分割した上半軸受部２および下半軸受部３のそれぞれの内周面側に沿って支点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで支持された上半パッド４Ａ，４Ｂおよび下半パッド４Ｃ，４Ｄを備え、上下半各パッド４Ａ〜４Ｄで回転軸５のジャーナル部６を支承する構成になっている。
【０００７】
また、上下半各パッド４Ａ〜４Ｄは、支点Ａ〜Ｄを境にして自在に揺動できるように、その背面７を球面状に形成し、その背面７が上下半軸受部２，３に対し、摺接できる構成になっている。
【０００８】
このような構成を備えるパッド型ジャーナル軸受において、運転中、回転軸５は、自重により下半軸受部３に向って偏位しようとする。
【０００９】
しかし、このとき、回転軸５と下半パッド４Ｃ，４Ｄとの間には、潤滑油が送り込まれ、くさび状の油膜が形成され、このくさび状油膜の圧力が、図１３に示すように、著しく高くなって、自重に抗して回転軸５を安定状態に維持させている（例えば、特開２０００−２７４４３２号公報参照）。
【００１０】
このように、従来のパッド型ジャーナル軸受では、下半パッド４Ｃ，４Ｄに発生するくさび状油膜の圧力によって自動調心ができるので、運転時の回転軸５の安定維持が高く、発電所で比較的多く採用されていた。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２７４４３２号公報（明細書段落番号［０００４］、図３３）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパッド型ジャーナル軸受は、運転中、回転軸５の中心点が何らかの事情で偏位しても、下半パッド４Ｃ，４Ｄが揺動して、適正な油膜圧力を発生させるので、例えば二円弧状の楕円ジャーナル軸受等に較べて調心性と振動抑制力に優れていた。調心性と振動抑制力に優れているのは、下半パッド４Ｃ，４Ｄの揺動に起因するものである。下半パッド４Ｃ，４Ｄの揺動位置は、油膜圧力による支点Ｃ，Ｄ周りに発生するモーメントが釣り合う位置に定められると考えられている。
【００１３】
このように、下半パッド４Ｃ，４Ｄの揺動によって回転軸５に調心性が確保されていても、回転軸５の自重を受けない上半パッド４Ａ，４Ｂの動きには、一抹の不安が残されていた。すなわち、上半パッド４Ａ，４Ｂは、発生するくさび状の油膜圧力が下半パッド４Ｃ，４Ｄに較べて低いため、静的な平衡位置が定まらず、フラッタリング等の不安定振動が発生することがあった。フラッタリング等の不安定振動が発生すると、上半パッド４Ａ，４Ｂが回転軸５に叩打され、上半軸受部２のメタルを損傷させることがあった。
【００１４】
このため、上半パッド４Ａ，４Ｂは、フラッタリング等が発生しても、その動きを抑制する何らかの手段の対策が求められていた。
【００１５】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、上半パッドに適正な油膜圧力を発生させてその揺動力を拘束し、上半軸受部のメタル損傷を防止させるジャーナル軸受を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝の下流側に堰き止め部を備えたものである。
【００１７】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、溝は、レーリーステップ溝であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、溝は、テーパ溝であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、溝は、その溝の周方向の長さに対する上半パッドの周方向長さの比を長さ比ｂとするとき、その長さ比ｂを、０．７０≦ｂ≦０．９５の範囲に設定したものである。
【００２０】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、溝は、その溝の幅に対する上半パッドの幅との比を幅比Ｉとするとき、その幅比Ｉを、０．４≦Ｉ≦０．６の範囲に設定したものである。
【００２１】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、溝は、その溝の深さに対する軸受半径隙間との比を隙間比ｈとするとき、その隙間比ｈを、１．０≦ｈ≦２．０の範囲に設定したものである。
【００２２】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝に発生する潤滑油の油膜圧力を調整する手段と、前記上半パッドの振動を計測する手段と、軸受損失を計測する手段とを備える一方、前記上半パッドの振動と軸受損失を運転上、支障のない範囲に調整するものである。
【００２３】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、溝に発生する潤滑油の油膜圧力を調整する手段は、前記溝内に装着する伸縮板と、この伸縮板を伸縮自在に駆動するアクチュエータと、このアクチュエータに駆動指令を与える制御器とを備えたものである。
【００２４】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、伸縮板は、溝の壁面および底面に対し、シール材を介装させたものである。
【００２５】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、軸受損失を計測する手段は、上半軸受の給油管に設けられ、流量計から検出した潤滑油流量信号、給油温度計から検出した潤滑油温度信号と、下半軸受の排油管に設けられ、排油温度計から検出した排油温度信号とに基づいて演算する制御器であることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝に潤滑油を給排する給排油管と、この給排油管に介装した給排油弁に弁開閉信号を与えるものであって、給排油管に供給される潤滑油給油流量信号、潤滑油給油温度信号、前記上半パッドの振動、排油管から排出される潤滑油排油温度のうち、少なくとも一つ以上に基づいて弁開閉信号を演算し、その演算信号を前記給排油弁に与える制御器とを備えたものである。
【００２７】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、給排油管は、第１給排油管と第２給排管とに区分けするとともに、前記第１給排油管と第２給排油管とをフレキシブル管で接続するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るジャーナル軸受の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係るジャーナル軸受の第１実施形態を示す概念図である。
【００３０】
本実施形態に係るジャーナル軸受は、軸受本体１０を水平継手面ＨＬで上半軸受部１１と下半軸受部１２とに二分割し、二分割した上半軸受部１１および下半軸受部１２のそれぞれの内周面側に沿って支点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで支持された上半パッド１３Ａ，１３Ｂおよび下半パッド１３Ｃ，１３Ｄを備え、上下半各パッド１３Ａ〜１３Ｄで回転軸１４のジャーナル部１５を支承する構成になっている。
【００３１】
また、上下半各パッド１３Ａ〜１３Ｄは、支点Ａ〜を境にして自在に摺動できるように、その背面１６を球面状に形成し、その背面１６が上下半軸受部１１，１２に対し、摺接できる構成になっている。
【００３２】
一方、上半パッド１３Ａ，１３Ｂは、回転軸１４に臨む側の内周面に沿って凹陥状の溝１７を長く形成するとともに、長く形成した凹陥状の溝１７の、回転軸１４の回転方向に向う終端部に堰き止め部１８を備えている。
【００３３】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに、回転軸１４に凹陥状の溝１７の回転軸１４の回転方向に向う終端部に堰き止め部１８を備えたので、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの溝１７にも潤滑油が押し込められ、潤滑油による油膜圧力を発生させることができる。
【００３４】
図２は、本実施形態に係るジャーナル軸受の上半パッド１３Ａ，１３Ｂおよび下半パッド１３Ｃ，１３Ｄに発生する油膜圧力分布を示すグラフである。
【００３５】
このグラフから、下半パッド１３Ｃ，１３Ｄだけでなく、上半パッド１３Ａ，１３Ｂにも油膜圧力が発生していることを確認することができた。
【００３６】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに溝１７を形成し、溝１７の終端部に堰き止め部１８を備えて油膜圧力を発生させる構成にしたので、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに発生した油膜圧力により、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの静的平衡位置を定めることができ、振動を抑制し、上半軸受部１１のメタル損傷を防止することができる。
【００３７】
図３は、本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた溝１７の第２実施形態を示す概念図である。
【００３８】
本実施形態に係る溝１７は、レーリーステップ溝１９にしたものである。このレーリーステップ溝１９は、溝長さに沿って溝深さ（半径方向深さ）を一定値に形成し、回転方向に向う後端部で溝幅の底面から表面に向って垂直に延びる壁面として形成する堰き止め部１８を備える構成になっている。
【００３９】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの溝１７をレーリーステップ溝１９にし、レーリーステップ溝１９の回転方向に向う後端部に堰き止め部１８を備え、レーリーステップ溝１９に案内された潤滑油を積止め部１８で堰き止めて油膜圧力を発生させるので、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの静的平衡位置を定めることができ、振動を抑制し、上半軸受部１３Ａ，１３Ｂのメタル損傷を防止することができる。
【００４０】
図４は、本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた溝１７の第３実施形態を示す概念図である。
【００４１】
本実施形態に係る溝１７は、テーパ溝２０にしたものである。このテーパ溝２０は、回転軸１４の回転方向に向う後端部に進むに連れて溝幅の底面からの深さが浅くなっている。
【００４２】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた溝１７を、回転軸の回転方向に向う後端部に進むに連れて溝幅の底面からの深さを浅くして、テーパ溝２０に巻き込まれる潤滑油の流れに抵抗を与えたので、油膜圧力を発生させ、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの静的平衡位置を定めることができ、振動を抑制し、上半軸受部１１のメタル損傷を防止することができる。
【００４３】
ところで、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに効果的な油膜圧力を発生させるには、溝１７の寸法形状の適正値を設定しておく必要がある。
【００４４】
図５は、溝長さに対するパッド長さの長さ比と軸受損失との関係およびその長さ比と油膜荷重との関係を示すグラフである。
【００４５】
ここで、油膜荷重とは、パッド表面全体の油膜圧力の合力をいう。また、図５中、横軸は、無次元数で、ｂは、長さ比（＝溝１７の周方向の長さ／パッドの周方向長さ）を表わす。
【００４６】
図５から、長さ比ｂを大きくしていくと、ｂ＝０．７０付近から軸受損失の減少が開始され、それ以降、単調減少になる。
【００４７】
一方、油膜荷重は、長さ比ｂ＝０．９５で下限値になる。
【００４８】
したがって、長さ比ｂの適正な設計範囲は、
【数１】
０．７０≦ｂ≦０．９５
である。
【００４９】
図６は、溝幅に対するパッド幅の幅比と軸受損失との関係およびその幅比と新膜荷重との関係を示すグラフである。
【００５０】
図６中、横軸は無次元数で、Ｉは幅比（＝溝１７の幅／パッドの幅）を表わす。
【００５１】
図６から軸受損失、油膜荷重とともに、幅比Ｉ＝０．７付近で極大になっている。幅比Ｉを０．７から小さくしていくと、幅比Ｉ＝０．４で油膜荷重が下限値となる。
【００５２】
したがって、幅比Ｉの適正な設計範囲は、誤差を考慮して、
【数２】
０．４は≦Ｉ≦０．６
である。
【００５３】
図７は、溝の深さに対する軸受半径隙間の隙間比と軸受損失との関係およびその隙間比と油膜荷重との関係を示すグラフである。
【００５４】
図７中、横軸は無次元数で、ｈ（＝溝１７の深さ／軸受半径隙間）を表わす。
【００５５】
図７から軸受損失は隙間比ｈ＝１．５付近で極小になっている。隙間比ｈを１．５よりも小さくしていくと、回転軸との隙間が狭くなり、油膜の剪断力が増大するため、軸受損失が増大する。
【００５６】
また、隙間比ｈをｈ＝１．５よりも大きくしていくと、溝内の油膜の流れが乱流になり、潤滑油の見かけ上の粘度が増大し、軸受損失が増大する。
【００５７】
したがって、隙間比ｈの適正な設計範囲は、誤差を考慮して、
【数３】
１．０≦ｈ≦２．０
である。
【００５８】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた溝１７の寸法形状のうち、長さ比ｂを、０．７０≦ｂ≦０．９５、幅比Ｉを０．４≦Ｉ≦０．６、隙間比ｈを１．０≦ｈ≦２．０の範囲に設定したので、振動を効果的に抑制することができる。
【００５９】
図８は、本発明に係るジャーナル軸受の第２実施形態を示す概念図である。
【００６０】
本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた凹陥状の溝１７に沿って伸縮板２１を備えるとともに、膨出板２１と溝１７の底面２２との間に制御器２３からの指令に基づいて伸縮板２１を移動させ、溝１７内の潤滑油に押圧力を与えるアクチュエータ２５を備えたものである。
【００６１】
また、本実施形態は、溝１７に沿って備えた伸縮板２１と溝１７の底面２２および壁面２４の間をシールし、潤滑油の伸縮板２１の外面側（軸受本体１０側）への流入を防止する、柔軟性に富んだシール材２６ａ，２６ｂを備えたものである。
【００６２】
また、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに潤滑油を供給する給油管２７に流量計２８、給油温度計２９を設けるとともに、排油管３０に排油温度計３１を設ける一方、軸受本体１０に振動計３２を設けている。
【００６３】
このような構成を備えるジャーナル軸受において、給油管２７の流量計２８で検出された潤滑油流量信号、給油温度計２９で検出された潤滑油給油温度信号、排油管３０の排油温度計３１で検出された潤滑油排油温度信号、振動計３２から検出された上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動のそれぞれは、制御器２３に与えられる。
【００６４】
制御器２３は、与えられた信号のうち、潤滑油給油温度信号、潤滑油排油温度信号、潤滑油流量信号に基づいて軸受損失を演算する。軸受損失は、全て潤滑油の温度上昇に基づいて変化すると仮定して次式を用いて演算される。
【００６５】
【数４】
Ｈ＝（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｑ×ρ×Ｃ
ここで、Ｈは軸受損失、Ｔｏｕｔは潤滑油の給油温度、Ｔｉｎは潤滑油の排油温度、Ｑは潤滑油の給油流量、ρは潤滑油の密度、Ｃは潤滑油の比熱である。
【００６６】
また、制御器２３は、上述の軸受損失の値と振動計３２から検出された上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動とに基づいてアクチュエータ振動力指令信号を演算し、その演算信号をアクチュエータ２５に与えて伸縮板２１を移動させ、潤滑油に押圧力を与えて上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動を抑制する。
【００６７】
図９は、伸縮板２１の移動位置と振動との関係、および伸縮板２１の移動位置と軸受損失との関係を示すグラフである。
【００６８】
図９から、上半パッド１３Ａ，１３Ｂのうち、例えば上半パッド１３Ａの溝１７に沿って設けた伸縮板２１を外周側（軸受本体１０側）に移動させ、回転軸１４と溝１７との隙間を拡げると、溝１７内に流入する潤滑油は増え、潤滑油の流れが乱流になり、潤滑油の見かけ上の粘度が上昇し、軸受損失が増加することがわかった。その反面、上半パッド１３Ａに発生する新膜圧力に基づく押圧力が増加するので、上半パッド１３Ａに誘起する振動は抑制されることがわかった。
【００６９】
また、図９から、伸縮板２１を内周側（回転軸１４側）に移動させると、溝１７内に流入する潤滑油が少なくなるので、軸受損失が小さくなるのに対し、上半パッド１３Ａに誘起する振動は大きくなることがわかった。
【００７０】
したがって、図９に示すグラフから、上半パッド１３Ａの運転上支障のないパッドの振動許容上限値と軸受損失許容上限値との間の目標設定範囲内に伸縮板２１を移動させるアクチュエータ２５の駆動力を調整すればようことがわかった。
【００７１】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの溝１７に設けた伸縮板２１を駆動するアクチュエータ２５を備えるとともに、このアクチュエータ２５を駆動する駆動指令信号を演算する制御器２３を備える一方、その駆動指令信号値を上半パッド１３Ａの運転上、支障のないパッドの振動許容上限値と軸受損失許容上限値との間の目標設定範囲内に定めたので、振動の少ない安定した運転を行うことのできるジャーナル軸受を実現することができる。
【００７２】
図１０は、本発明に係るジャーナル軸受の第３実施形態を示す概念図である。
【００７３】
本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けられ、溝１７に連通する第１給排３３と給排３４を備え、軸受本体１０を挿通する第２給排油管３５とを接続させるフレキシブル管３６を設けるとともに、給排油弁３４に弁開閉指令を与える制御器２３を設けたものである。
【００７４】
この制御器２３は、第２実施形態と同様に、給油管２７の流量計２８で検出された潤滑油流量信号、給油温度計２９で検出された潤滑油給油温度信号、排油管３０の排油温度計３１で検出された潤滑油排油温度信号、振動計３２から検出された上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動に基づいて弁開閉信号を演算し、その演算信号を給排油弁３４に与えて潤滑油を給排させ、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに発生する油膜圧力を適正値に調整する構成になっている。
【００７５】
図１１は、給排油弁３４の弁開度と上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動との関係、および給排油弁３４の弁開度と軸受損失との関係を示すグラフである。
【００７６】
図１１から、給排油弁３４を拡開すると、溝１７の内部に滞留する潤滑油が給排され、軸受損失が減少する反面、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに発生する油膜圧力が減少し、振動は増大することがわかった。
【００７７】
また、給排油弁３４を絞ると、潤滑油が少なくなって、軸受損失は増大する反面、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに発生する油膜圧力が増加し、振動は減少することもわかった。
【００７８】
したがって、図１１に示すグラフから、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの運転上、支障のないパッドの振動許容上限値と軸受損失許容上限値との間の目標設定範囲内に給排油弁３４の弁開度を調整すればよいことがわかった。
【００７９】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けられ、溝１７に連通させる第１給排油弁３３と給排油弁３４を備え、軸受本体１０を挿通する第２給排油管３５と接続させるフレキシブル管３６を設けるとともに、給排油弁３４に弁開閉指令を与える制御器２３を設ける一方、給排油弁３４に与える弁開閉指令値を上半パッド１３Ａ，１３Ｂの運転上、支障のないパッドの振動許容上限値と軸受損失許容上限値との間の目標設定範囲内に定めたので、振動の少ない安定した運転を行うことのできるジャーナル軸受を実現することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るジャーナル軸受は、上半パッドにも潤滑油による油膜圧力を発生させる手段を備えるとともに、油膜圧力を適正値に調整する手段を備えたので、回転軸に振動の少ない安定した運転を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るジャーナル軸受の第１実施形態を示す概念図。
【図２】本発明に係るジャーナル軸受の上半パッドに発生する油膜圧力分布を示すグラフ。
【図３】本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッドに設けた溝の第２実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッドに設けた溝の第３実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係るジャーナル軸受において、上半パッドに設けた溝のその溝長さに対するパッド長さの長さ比と軸受損失との関係およびその長さ比と油膜荷重との関係を示すグラフ。
【図６】本発明に係るジャーナル軸受において、上半パッドに設けた溝のその溝幅に対するパッド幅の幅比と軸受損失との関係およびその幅比と油膜荷重との関係を示すグラフ。
【図７】本発明に係るジャーナル軸受において、上半パッドに設けた溝のその溝深さに対する軸受半径隙間の隙間比と軸受損失との関係およびその隙間比と油膜荷重との関係を示すグラフ。
【図８】本発明に係るジャーナル軸受の第２実施形態を示す概念図。
【図９】本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッドの溝に設けた伸縮板の移動位置と上半パッドの振動との関係およびその移動位置と軸受損失との関係を示すグラフ。
【図１０】本発明に係るジャーナル軸受の第３実施形態を示す概念図。
【図１１】本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッドの溝に潤滑油を供給する抽油弁の弁開度と上半パッドの振動との関係およびその抽油弁の弁開度と軸受損失との関係を示すグラフ。
【図１２】従来のジャーナル軸受を示す概念図。
【図１３】従来のジャーナル軸受の下半パッドに発生する油膜圧力分布を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 軸受本体
２ 上半軸受部
３ 下半軸受部
４Ａ，４Ｂ 上半パッド
４Ｃ，４Ｄ 下半パッド
５ 回転軸
６ ジャーナル部
７ 背面
１０ 軸受本体
１１ 上半軸受部
１２ 下半軸受部
１３Ａ，１３Ｂ 上半パッド
１３Ｃ，１３Ｄ 下半パッド
１４ 回転軸
１５ ジャーナル部
１６ 背面
１７ 溝
１８ 堰き止め部
１９ レーリーステップ溝
２０ テーパ溝
２１ 伸縮板
２２ 底面
２３ 制御器
２４ 壁面
２５ アクチュエータ
２６ａ，２６ｂ シール材
２７ 給油管
２８ 流量計
２９ 給油温度計
３０ 排油管
３１ 排油温度計
３２ 振動計
３３ 第１給排油管
３４ 給排油弁
３５ 第２給排油管
３６ フレキシブル管
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービン、発電機等の大型回転機械の回転軸（ロータ）を支承するジャーナル軸受に係り、特に運転中に誘起する振動を抑制し、回転軸に安定運転を行わせるジャーナル軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービン、発電機等の大型回転機械の回転軸（ロータ）を支承する軸受には、２つの真円で形成した二円弧ジャーナル軸受、２つの円弧を偏心させて形成した楕円ジャーナル軸受、軸受のスベリ面にパッドを備えたパッド型ジャーナル軸受がある。
【０００３】
二円弧ジャーナル軸受や楕円ジャーナル軸受は、高荷重、高面圧には優れているものの、オイルウィップやオイルホワール等の自励振動に対して安定性に欠ける欠点がある。
【０００４】
これに対し、パッド型ジャーナル軸受は、大きな制振力を有し、高い安定性を備えるとともに、自励振動に対して極めて高い安定性を有しているので、発電所で比較的多く採用されている。
【０００５】
図１２は、従来のパッド型ジャーナル軸受の一例を示す概念図である。
【０００６】
パッド型ジャーナル軸受は、軸受本体１を水平継手面ＨＬで上半軸受部２と下半軸受部３とに２分割し、２分割した上半軸受部２および下半軸受部３のそれぞれの内周面側に沿って支点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで支持された上半パッド４Ａ，４Ｂおよび下半パッド４Ｃ，４Ｄを備え、上下半各パッド４Ａ〜４Ｄで回転軸５のジャーナル部６を支承する構成になっている。
【０００７】
また、上下半各パッド４Ａ〜４Ｄは、支点Ａ〜Ｄを境にして自在に揺動できるように、その背面７を球面状に形成し、その背面７が上下半軸受部２，３に対し、摺接できる構成になっている。
【０００８】
このような構成を備えるパッド型ジャーナル軸受において、運転中、回転軸５は、自重により下半軸受部３に向って偏位しようとする。
【０００９】
しかし、このとき、回転軸５と下半パッド４Ｃ，４Ｄとの間には、潤滑油が送り込まれ、くさび状の油膜が形成され、このくさび状油膜の圧力が、図１３に示すように、著しく高くなって、自重に抗して回転軸５を安定状態に維持させている（例えば、特開２０００−２７４４３２号公報参照）。
【００１０】
このように、従来のパッド型ジャーナル軸受では、下半パッド４Ｃ，４Ｄに発生するくさび状油膜の圧力によって自動調心ができるので、運転時の回転軸５の安定維持が高く、発電所で比較的多く採用されていた。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２７４４３２号公報（明細書段落番号［０００４］、図３３）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパッド型ジャーナル軸受は、運転中、回転軸５の中心点が何らかの事情で偏位しても、下半パッド４Ｃ，４Ｄが揺動して、適正な油膜圧力を発生させるので、例えば二円弧状の楕円ジャーナル軸受等に較べて調心性と振動抑制力に優れていた。調心性と振動抑制力に優れているのは、下半パッド４Ｃ，４Ｄの揺動に起因するものである。下半パッド４Ｃ，４Ｄの揺動位置は、油膜圧力による支点Ｃ，Ｄ周りに発生するモーメントが釣り合う位置に定められると考えられている。
【００１３】
このように、下半パッド４Ｃ，４Ｄの揺動によって回転軸５に調心性が確保されていても、回転軸５の自重を受けない上半パッド４Ａ，４Ｂの動きには、一抹の不安が残されていた。すなわち、上半パッド４Ａ，４Ｂは、発生するくさび状の油膜圧力が下半パッド４Ｃ，４Ｄに較べて低いため、静的な平衡位置が定まらず、フラッタリング等の不安定振動が発生することがあった。フラッタリング等の不安定振動が発生すると、上半パッド４Ａ，４Ｂが回転軸５に叩打され、上半軸受部２のメタルを損傷させることがあった。
【００１４】
このため、上半パッド４Ａ，４Ｂは、フラッタリング等が発生しても、その動きを抑制する何らかの手段の対策が求められていた。
【００１５】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、上半パッドに適正な油膜圧力を発生させてその揺動力を拘束し、上半軸受部のメタル損傷を防止させるジャーナル軸受を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝の下流側に堰き止め部を備えたものである。
【００１７】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、溝は、レーリーステップ溝であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、溝は、テーパ溝であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、溝は、その溝の周方向の長さに対する上半パッドの周方向長さの比を長さ比ｂとするとき、その長さ比ｂを、０．７０≦ｂ≦０．９５の範囲に設定したものである。
【００２０】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、溝は、その溝の幅に対する上半パッドの幅との比を幅比Ｉとするとき、その幅比Ｉを、０．４≦Ｉ≦０．６の範囲に設定したものである。
【００２１】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、溝は、その溝の深さに対する軸受半径隙間との比を隙間比ｈとするとき、その隙間比ｈを、１．０≦ｈ≦２．０の範囲に設定したものである。
【００２２】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝に発生する潤滑油の油膜圧力を調整する手段と、前記上半パッドの振動を計測する手段と、軸受損失を計測する手段とを備える一方、前記上半パッドの振動と軸受損失を運転上、支障のない範囲に調整するものである。
【００２３】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、溝に発生する潤滑油の油膜圧力を調整する手段は、前記溝内に装着する伸縮板と、この伸縮板を伸縮自在に駆動するアクチュエータと、このアクチュエータに駆動指令を与える制御器とを備えたものである。
【００２４】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、伸縮板は、溝の壁面および底面に対し、シール材を介装させたものである。
【００２５】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、軸受損失を計測する手段は、上半軸受の給油管に設けられ、流量計から検出した潤滑油流量信号、給油温度計から検出した潤滑油温度信号と、下半軸受の排油管に設けられ、排油温度計から検出した排油温度信号とに基づいて演算する制御器であることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝に潤滑油を給排する給排油管と、この給排油管に介装した給排油弁に弁開閉信号を与えるものであって、給排油管に供給される潤滑油給油流量信号、潤滑油給油温度信号、前記上半パッドの振動、排油管から排出される潤滑油排油温度のうち、少なくとも一つ以上に基づいて弁開閉信号を演算し、その演算信号を前記給排油弁に与える制御器とを備えたものである。
【００２７】
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、給排油管は、第１給排油管と第２給排管とに区分けするとともに、前記第１給排油管と第２給排油管とをフレキシブル管で接続するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るジャーナル軸受の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係るジャーナル軸受の第１実施形態を示す概念図である。
【００３０】
本実施形態に係るジャーナル軸受は、軸受本体１０を水平継手面ＨＬで上半軸受部１１と下半軸受部１２とに二分割し、二分割した上半軸受部１１および下半軸受部１２のそれぞれの内周面側に沿って支点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで支持された上半パッド１３Ａ，１３Ｂおよび下半パッド１３Ｃ，１３Ｄを備え、上下半各パッド１３Ａ〜１３Ｄで回転軸１４のジャーナル部１５を支承する構成になっている。
【００３１】
また、上下半各パッド１３Ａ〜１３Ｄは、支点Ａ〜を境にして自在に摺動できるように、その背面１６を球面状に形成し、その背面１６が上下半軸受部１１，１２に対し、摺接できる構成になっている。
【００３２】
一方、上半パッド１３Ａ，１３Ｂは、回転軸１４に臨む側の内周面に沿って凹陥状の溝１７を長く形成するとともに、長く形成した凹陥状の溝１７の、回転軸１４の回転方向に向う終端部に堰き止め部１８を備えている。
【００３３】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに、回転軸１４に凹陥状の溝１７の回転軸１４の回転方向に向う終端部に堰き止め部１８を備えたので、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの溝１７にも潤滑油が押し込められ、潤滑油による油膜圧力を発生させることができる。
【００３４】
図２は、本実施形態に係るジャーナル軸受の上半パッド１３Ａ，１３Ｂおよび下半パッド１３Ｃ，１３Ｄに発生する油膜圧力分布を示すグラフである。
【００３５】
このグラフから、下半パッド１３Ｃ，１３Ｄだけでなく、上半パッド１３Ａ，１３Ｂにも油膜圧力が発生していることを確認することができた。
【００３６】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに溝１７を形成し、溝１７の終端部に堰き止め部１８を備えて油膜圧力を発生させる構成にしたので、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに発生した油膜圧力により、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの静的平衡位置を定めることができ、振動を抑制し、上半軸受部１１のメタル損傷を防止することができる。
【００３７】
図３は、本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた溝１７の第２実施形態を示す概念図である。
【００３８】
本実施形態に係る溝１７は、レーリーステップ溝１９にしたものである。このレーリーステップ溝１９は、溝長さに沿って溝深さ（半径方向深さ）を一定値に形成し、回転方向に向う後端部で溝幅の底面から表面に向って垂直に延びる壁面として形成する堰き止め部１８を備える構成になっている。
【００３９】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの溝１７をレーリーステップ溝１９にし、レーリーステップ溝１９の回転方向に向う後端部に堰き止め部１８を備え、レーリーステップ溝１９に案内された潤滑油を積止め部１８で堰き止めて油膜圧力を発生させるので、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの静的平衡位置を定めることができ、振動を抑制し、上半軸受部１３Ａ，１３Ｂのメタル損傷を防止することができる。
【００４０】
図４は、本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた溝１７の第３実施形態を示す概念図である。
【００４１】
本実施形態に係る溝１７は、テーパ溝２０にしたものである。このテーパ溝２０は、回転軸１４の回転方向に向う後端部に進むに連れて溝幅の底面からの深さが浅くなっている。
【００４２】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた溝１７を、回転軸の回転方向に向う後端部に進むに連れて溝幅の底面からの深さを浅くして、テーパ溝２０に巻き込まれる潤滑油の流れに抵抗を与えたので、油膜圧力を発生させ、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの静的平衡位置を定めることができ、振動を抑制し、上半軸受部１１のメタル損傷を防止することができる。
【００４３】
ところで、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに効果的な油膜圧力を発生させるには、溝１７の寸法形状の適正値を設定しておく必要がある。
【００４４】
図５は、溝長さに対するパッド長さの長さ比と軸受損失との関係およびその長さ比と油膜荷重との関係を示すグラフである。
【００４５】
ここで、油膜荷重とは、パッド表面全体の油膜圧力の合力をいう。また、図５中、横軸は、無次元数で、ｂは、長さ比（＝溝１７の周方向の長さ／パッドの周方向長さ）を表わす。
【００４６】
図５から、長さ比ｂを大きくしていくと、ｂ＝０．７０付近から軸受損失の減少が開始され、それ以降、単調減少になる。
【００４７】
一方、油膜荷重は、長さ比ｂ＝０．９５で下限値になる。
【００４８】
したがって、長さ比ｂの適正な設計範囲は、
【数１】
０．７０≦ｂ≦０．９５
である。
【００４９】
図６は、溝幅に対するパッド幅の幅比と軸受損失との関係およびその幅比と新膜荷重との関係を示すグラフである。
【００５０】
図６中、横軸は無次元数で、Ｉは幅比（＝溝１７の幅／パッドの幅）を表わす。
【００５１】
図６から軸受損失、油膜荷重とともに、幅比Ｉ＝０．７付近で極大になっている。幅比Ｉを０．７から小さくしていくと、幅比Ｉ＝０．４で油膜荷重が下限値となる。
【００５２】
したがって、幅比Ｉの適正な設計範囲は、誤差を考慮して、
【数２】
０．４は≦Ｉ≦０．６
である。
【００５３】
図７は、溝の深さに対する軸受半径隙間の隙間比と軸受損失との関係およびその隙間比と油膜荷重との関係を示すグラフである。
【００５４】
図７中、横軸は無次元数で、ｈ（＝溝１７の深さ／軸受半径隙間）を表わす。
【００５５】
図７から軸受損失は隙間比ｈ＝１．５付近で極小になっている。隙間比ｈを１．５よりも小さくしていくと、回転軸との隙間が狭くなり、油膜の剪断力が増大するため、軸受損失が増大する。
【００５６】
また、隙間比ｈをｈ＝１．５よりも大きくしていくと、溝内の油膜の流れが乱流になり、潤滑油の見かけ上の粘度が増大し、軸受損失が増大する。
【００５７】
したがって、隙間比ｈの適正な設計範囲は、誤差を考慮して、
【数３】
１．０≦ｈ≦２．０
である。
【００５８】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた溝１７の寸法形状のうち、長さ比ｂを、０．７０≦ｂ≦０．９５、幅比Ｉを０．４≦Ｉ≦０．６、隙間比ｈを１．０≦ｈ≦２．０の範囲に設定したので、振動を効果的に抑制することができる。
【００５９】
図８は、本発明に係るジャーナル軸受の第２実施形態を示す概念図である。
【００６０】
本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けた凹陥状の溝１７に沿って伸縮板２１を備えるとともに、膨出板２１と溝１７の底面２２との間に制御器２３からの指令に基づいて伸縮板２１を移動させ、溝１７内の潤滑油に押圧力を与えるアクチュエータ２５を備えたものである。
【００６１】
また、本実施形態は、溝１７に沿って備えた伸縮板２１と溝１７の底面２２および壁面２４の間をシールし、潤滑油の伸縮板２１の外面側（軸受本体１０側）への流入を防止する、柔軟性に富んだシール材２６ａ，２６ｂを備えたものである。
【００６２】
また、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに潤滑油を供給する給油管２７に流量計２８、給油温度計２９を設けるとともに、排油管３０に排油温度計３１を設ける一方、軸受本体１０に振動計３２を設けている。
【００６３】
このような構成を備えるジャーナル軸受において、給油管２７の流量計２８で検出された潤滑油流量信号、給油温度計２９で検出された潤滑油給油温度信号、排油管３０の排油温度計３１で検出された潤滑油排油温度信号、振動計３２から検出された上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動のそれぞれは、制御器２３に与えられる。
【００６４】
制御器２３は、与えられた信号のうち、潤滑油給油温度信号、潤滑油排油温度信号、潤滑油流量信号に基づいて軸受損失を演算する。軸受損失は、全て潤滑油の温度上昇に基づいて変化すると仮定して次式を用いて演算される。
【００６５】
【数４】
Ｈ＝（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｑ×ρ×Ｃ
ここで、Ｈは軸受損失、Ｔｏｕｔは潤滑油の給油温度、Ｔｉｎは潤滑油の排油温度、Ｑは潤滑油の給油流量、ρは潤滑油の密度、Ｃは潤滑油の比熱である。
【００６６】
また、制御器２３は、上述の軸受損失の値と振動計３２から検出された上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動とに基づいてアクチュエータ振動力指令信号を演算し、その演算信号をアクチュエータ２５に与えて伸縮板２１を移動させ、潤滑油に押圧力を与えて上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動を抑制する。
【００６７】
図９は、伸縮板２１の移動位置と振動との関係、および伸縮板２１の移動位置と軸受損失との関係を示すグラフである。
【００６８】
図９から、上半パッド１３Ａ，１３Ｂのうち、例えば上半パッド１３Ａの溝１７に沿って設けた伸縮板２１を外周側（軸受本体１０側）に移動させ、回転軸１４と溝１７との隙間を拡げると、溝１７内に流入する潤滑油は増え、潤滑油の流れが乱流になり、潤滑油の見かけ上の粘度が上昇し、軸受損失が増加することがわかった。その反面、上半パッド１３Ａに発生する新膜圧力に基づく押圧力が増加するので、上半パッド１３Ａに誘起する振動は抑制されることがわかった。
【００６９】
また、図９から、伸縮板２１を内周側（回転軸１４側）に移動させると、溝１７内に流入する潤滑油が少なくなるので、軸受損失が小さくなるのに対し、上半パッド１３Ａに誘起する振動は大きくなることがわかった。
【００７０】
したがって、図９に示すグラフから、上半パッド１３Ａの運転上支障のないパッドの振動許容上限値と軸受損失許容上限値との間の目標設定範囲内に伸縮板２１を移動させるアクチュエータ２５の駆動力を調整すればようことがわかった。
【００７１】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの溝１７に設けた伸縮板２１を駆動するアクチュエータ２５を備えるとともに、このアクチュエータ２５を駆動する駆動指令信号を演算する制御器２３を備える一方、その駆動指令信号値を上半パッド１３Ａの運転上、支障のないパッドの振動許容上限値と軸受損失許容上限値との間の目標設定範囲内に定めたので、振動の少ない安定した運転を行うことのできるジャーナル軸受を実現することができる。
【００７２】
図１０は、本発明に係るジャーナル軸受の第３実施形態を示す概念図である。
【００７３】
本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けられ、溝１７に連通する第１給排３３と給排３４を備え、軸受本体１０を挿通する第２給排油管３５とを接続させるフレキシブル管３６を設けるとともに、給排油弁３４に弁開閉指令を与える制御器２３を設けたものである。
【００７４】
この制御器２３は、第２実施形態と同様に、給油管２７の流量計２８で検出された潤滑油流量信号、給油温度計２９で検出された潤滑油給油温度信号、排油管３０の排油温度計３１で検出された潤滑油排油温度信号、振動計３２から検出された上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動に基づいて弁開閉信号を演算し、その演算信号を給排油弁３４に与えて潤滑油を給排させ、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに発生する油膜圧力を適正値に調整する構成になっている。
【００７５】
図１１は、給排油弁３４の弁開度と上半パッド１３Ａ，１３Ｂの振動との関係、および給排油弁３４の弁開度と軸受損失との関係を示すグラフである。
【００７６】
図１１から、給排油弁３４を拡開すると、溝１７の内部に滞留する潤滑油が給排され、軸受損失が減少する反面、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに発生する油膜圧力が減少し、振動は増大することがわかった。
【００７７】
また、給排油弁３４を絞ると、潤滑油が少なくなって、軸受損失は増大する反面、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに発生する油膜圧力が増加し、振動は減少することもわかった。
【００７８】
したがって、図１１に示すグラフから、上半パッド１３Ａ，１３Ｂの運転上、支障のないパッドの振動許容上限値と軸受損失許容上限値との間の目標設定範囲内に給排油弁３４の弁開度を調整すればよいことがわかった。
【００７９】
このように、本実施形態は、上半パッド１３Ａ，１３Ｂに設けられ、溝１７に連通させる第１給排油弁３３と給排油弁３４を備え、軸受本体１０を挿通する第２給排油管３５と接続させるフレキシブル管３６を設けるとともに、給排油弁３４に弁開閉指令を与える制御器２３を設ける一方、給排油弁３４に与える弁開閉指令値を上半パッド１３Ａ，１３Ｂの運転上、支障のないパッドの振動許容上限値と軸受損失許容上限値との間の目標設定範囲内に定めたので、振動の少ない安定した運転を行うことのできるジャーナル軸受を実現することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るジャーナル軸受は、上半パッドにも潤滑油による油膜圧力を発生させる手段を備えるとともに、油膜圧力を適正値に調整する手段を備えたので、回転軸に振動の少ない安定した運転を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るジャーナル軸受の第１実施形態を示す概念図。
【図２】本発明に係るジャーナル軸受の上半パッドに発生する油膜圧力分布を示すグラフ。
【図３】本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッドに設けた溝の第２実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッドに設けた溝の第３実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係るジャーナル軸受において、上半パッドに設けた溝のその溝長さに対するパッド長さの長さ比と軸受損失との関係およびその長さ比と油膜荷重との関係を示すグラフ。
【図６】本発明に係るジャーナル軸受において、上半パッドに設けた溝のその溝幅に対するパッド幅の幅比と軸受損失との関係およびその幅比と油膜荷重との関係を示すグラフ。
【図７】本発明に係るジャーナル軸受において、上半パッドに設けた溝のその溝深さに対する軸受半径隙間の隙間比と軸受損失との関係およびその隙間比と油膜荷重との関係を示すグラフ。
【図８】本発明に係るジャーナル軸受の第２実施形態を示す概念図。
【図９】本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッドの溝に設けた伸縮板の移動位置と上半パッドの振動との関係およびその移動位置と軸受損失との関係を示すグラフ。
【図１０】本発明に係るジャーナル軸受の第３実施形態を示す概念図。
【図１１】本発明に係るジャーナル軸受に適用する上半パッドの溝に潤滑油を供給する抽油弁の弁開度と上半パッドの振動との関係およびその抽油弁の弁開度と軸受損失との関係を示すグラフ。
【図１２】従来のジャーナル軸受を示す概念図。
【図１３】従来のジャーナル軸受の下半パッドに発生する油膜圧力分布を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 軸受本体
２ 上半軸受部
３ 下半軸受部
４Ａ，４Ｂ 上半パッド
４Ｃ，４Ｄ 下半パッド
５ 回転軸
６ ジャーナル部
７ 背面
１０ 軸受本体
１１ 上半軸受部
１２ 下半軸受部
１３Ａ，１３Ｂ 上半パッド
１３Ｃ，１３Ｄ 下半パッド
１４ 回転軸
１５ ジャーナル部
１６ 背面
１７ 溝
１８ 堰き止め部
１９ レーリーステップ溝
２０ テーパ溝
２１ 伸縮板
２２ 底面
２３ 制御器
２４ 壁面
２５ アクチュエータ
２６ａ，２６ｂ シール材
２７ 給油管
２８ 流量計
２９ 給油温度計
３０ 排油管
３１ 排油温度計
３２ 振動計
３３ 第１給排油管
３４ 給排油弁
３５ 第２給排油管
３６ フレキシブル管
Claims (12)
- 回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝の下流側に堰き止め部を備えたことを特徴とするジャーナル軸受。
- 溝は、レーリーステップ溝であることを特徴とする請求項１記載のジャーナル軸受。
- 溝は、テーパ溝であることを特徴とする請求項１記載のジャーナル軸受。
- 溝は、その溝の周方向の長さに対する上半パッドの周方向長さの比を長さ比ｂとするとき、その長さ比ｂを、０．７０≦ｂ≦０．９５の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載のジャーナル軸受。
- 溝は、その溝の幅に対する上半パッドの幅との比を幅比Ｉとするとき、その幅比Ｉを、０．４≦Ｉ≦０．６の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載のジャーナル軸受。
- 溝は、その溝の深さに対する軸受半径隙間との比を隙間比ｈとするとき、その隙間比ｈを、１．０≦ｈ≦２．０の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載のジャーナル軸受。
- 回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝に発生する潤滑油の油膜圧力を調整する手段と、前記上半パッドの振動を計測する手段と、軸受損失を計測する手段とを備える一方、前記上半パッドの振動と軸受損失を運転上、支障のない範囲に調整することを特徴とするジャーナル軸受。
- 溝に発生する潤滑油の油膜圧力を調整する手段は、前記溝内に装着する伸縮板と、この伸縮板を伸縮自在に駆動するアクチュエータと、このアクチュエータに駆動指令を与える制御器とを備えたことを特徴とする請求項７記載のジャーナル軸受。
- 伸縮板は、溝の壁面および底面に対し、シール材を介装させたことを特徴とする請求項７記載のジャーナル軸受。
- 軸受損失を計測する手段は、上半軸受の給油管に設けられ、流量計から検出した潤滑油流量信号、給油温度計から検出した潤滑油温度信号と、下半軸受の排油管に設けられ、排油温度計から検出した排油温度信号とに基づいて演算する制御器であることを特徴とする請求項７記載のジャーナル軸受。
- 回転軸を支承する軸受を２分割し、２分割した上半軸受に上半パッドを備えるとともに、下半軸受に下半パッドを備えるジャーナル軸受において、前記上半パッドの前記回転軸側に沿って溝を備えるとともに、この溝に潤滑油を給排する給排油管と、この給排油管に介装した給排油弁に弁開閉信号を与えるものであって、給排油管に供給される潤滑油給油流量信号、潤滑油給油温度信号、前記上半パッドの振動、排油管から排出される潤滑油排油温度のうち、少なくとも一つ以上に基づいて弁開閉信号を演算し、その演算信号を前記給排油弁に与える制御器とを備えたことを特徴とするジャーナル軸受。
- 給排油管は、第１給排油管と第２給排管とに区分けするとともに、前記第１給排油管と第２給排油管とをフレキシブル管で接続することを特徴とする請求項１１記載のジャーナル軸受。
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