JP2009030704A - ティルティングパッドジャーナル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】パッド摺動面の前端における潤滑油温度を低減し、信頼性の高いティルティングパッドジャーナル軸受を提供する。
【解決手段】回転軸の周りに配置された複数のパッド２と該複数のパッドを収容する軸受ハウジングを備えたティルティングパッドジャーナル軸受において、前記各パッドは、それぞれ前記回転軸との摺動面の円周方向後端部に形成した給油溝４、および該給油溝と摺動面の円周方向後端側面とを連通する通油孔５を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ティルティングパッドジャーナル軸受にかかり、特に、潤滑油を給油する給油溝を備えたティルティングパッドジャーナル軸受に関する。

高速で運転される回転機械においては、非特許文献１に示されるようなティルティングパッドジャーナル軸受が使用される。ティルティングパッドジャーナル軸受は、図４に示すようなパッドを回転軸の外周に円周方向に複数個配置し、これにより回転軸を支持するものである。この形式の軸受は、危険速度を超える高速回転時に生じるオイルウィップ、あるいはオイルホワールといった振動を生じにくいとされている。

このようなティルティングパッドジャーナル軸受への給油方法は、特許文献１に示されるように、大きく２つに分けることができる。一つは、軸受が収納される軸受ハウジング内に潤滑油を満たし、軸受摺動面を侵漬する油浴方式である。もう一つは、パッドと回転軸との摺動面の円周方向前方に給油溝を設け、その給油溝に外部給油装置から潤滑油を供給する直接潤滑方式である。

直接潤滑方式においては、軸受ハウジング内に潤滑油が満たされないため、潤滑油を攪拌する損失が生じない。また、パッドの円周方向前縁で給油されるため、摺動面に流れ込む潤滑油の温度を比較的下げることができる、などのメリットがある。
特許第３６３７１８７号 「ジャーナル軸受」 （社）日本トライボロジー学会編、トライボロジーハンドブック、養賢堂（２００１）、ｐ５３−５７

従来のティルティングパッドジャーナル軸受においては、パッド円周方向前端で摺動面に流れ込む潤滑油の温度が回転数が増加するにつれて高くなる。これは、ひとつのパッドの摺動面後端から流出する高温の潤滑油が、次のパッドの前端に流入するためであり、ホットオイルキャリーオーバーと呼ばれている。

このように、パッドの摺動面前端での温度が高くなると、摺動面における潤滑油の最高温度も高くなり、軸受が焼損しやすくなり、信頼性が低下する。

前述したように、直接潤滑方式では、この影響を小さくし、摺動面に流れ込む潤滑油の温度を比較的下げることができるが、ホットオイルキャリーオーバーの影響を完全に避けることができるわけではない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、パッド摺動面の前端における潤滑油温度を低減し、信頼性の高いティルティングパッドジャーナル軸受を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

回転軸の周りに配置された複数のパッドと該複数のパッドを収容する軸受ハウジングを備えたティルティングパッドジャーナル軸受において、前記各パッドは、それぞれ前記回転軸との摺動面の円周方向後端部に形成した給油溝、および該給油溝と側面とを連通する通油孔を備えた。

本発明は、以上の構成を備えるため、パッド摺動面の前端における潤滑油温度を低減し、信頼性の高いティルティングパッドジャーナル軸受を提供することができる。

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１、２，３は本発明の第１の実施形態を説明する図であり、図１はティルティングパッドジャーナル軸受を構成するパッドの外観図、図２は、二つのパッド（パッド２ａ、２ｂ）とその周辺構造の軸方向垂直面における断面図、図３は、図２中のパッド２ｂの摺動面における油膜温度分布図である。

図１に示すように、パッド２の回転軸との摺動面の円周方向後端部には、給油溝４が設けられている。給油溝４の後端は、パッドの円周方向後端と一致している。すなわち給油溝の後端は開放している。また、給油溝４の深さは、その円周方向後端において、円周方向前端よりも深くなっている。

また、給油溝４とパッド側面（前記円周方向後端側側面）とは、通油路５により連通されている。また、前記通油路５の給油溝４側の開口部６は、給油溝４の円周方向前縁に接するように設けられている。また、通油路５のパッド側面での開口部７は、パッドの円周方向後端面に設けられている。

図２に示すように、回転軸１の周囲には、円周方向に並ぶ複数のパッド２ａ、２ｂ・・・が配置され、これらのパッドは、円筒形状の軸受ハウジング３に収められている。

パッド２ａ、２ｂ・・・と軸受ハウジング３は点接触、あるいは軸方向に延びる線で接触している。このため、パッドは、少なくとも回転軸に垂直な面内において自由に揺動できるようになっている。また、パッド２ａとパッド２ｂ間の外周部のハウジング３には、図示しない外部給油装置から潤滑油が供給される給油口８が設けられている。

次に、本実施形態にかかるティルティングパッドジャーナル軸受の動作および作用効果を説明する。

回転軸１の回転に伴ってパッド２の摺動面には潤滑油が流れ込み、油膜が形成される。この油膜の温度は、パッドの円周方向後端（回転方向下流側）に進むにつれて順次高くなる。図４に示す従来の油浴式のパッドの場合、油膜の温度は、図３に破線で示すような分布となる。すなわち、パッドの円周方向後端にすすむにつれて順次高くなる温度分布となる。なお、このとき外部給油装置からの給油温度は、図３に一点鎖線で示すように一定温度である。

図３に破線（油浴式）および一点鎖線（給油温度）で示すように、油膜の円周方向前端（回転方向上流側）での温度Ｔ２は給油温度Ｔ０よりも高い。これは、前端において油膜に流れ込む潤滑油は、軸受ハウジング内に満たされたほぼ給油温度Ｔ０の潤滑油と、前端側のパッドの油膜から流出する高温Ｔ４の潤滑油とが混合されているためである。

ところで、本実施形態におけるパッド２は、摺動面の円周方向後端部に給油溝を設け、この給油溝とパッド後端面間を通油路５により連通している。このような構造を採用すると、回転軸１の回転に伴って生じる潤滑油の流れにより、給油溝４の静圧が低下する。このため、パッド後端面の開口部７から通油路５を通り給油溝４に向かう潤滑油の流れが誘起される。

このため、摺動面を通過して高温になった潤滑油は、給油溝４に導かれたパッド後端面近傍の温度の低い（給油温度Ｔ０の）潤滑油と混合されることになり、パッド摺動面の円周方向後縁部における潤滑油温度を低下させることができる。すなわち、図３に実線で示すように、油膜の円周方向後端での温度をＴ３のように低下させることができる。

これにより、ホットオイルキャリーオーバーの影響を小さくすることが可能となり、更に次のパッド（パッド２ｂ）の摺動部前端における油膜温度も低くすることができる。すなわち本実施形態によれば、軸受のパッド摺動面油膜温度は図３に実線で示すように全体的に低く抑えることができるため、焼損の危険性が低くなり、信頼性の高い軸受を実現することができる。

特に、本実施形態においては、給油溝４の円周方向後端を、前記パッドの円周方向後端と一致させているため、油膜の流路が給油溝４の円周方向後端部分で急拡大する。このため給油溝４に負圧が発生しやすい。したがって、通油路５内の流れを誘起する力が強くなる。また、給油溝４の深さは、その円周方向後端において、円周方向前端よりも深くなっているため、油膜の流れに従って流路が拡大して給油溝４に負圧が発生しやすい。したがって、これによっても通油路５内の流れを誘起する力を強くする効果がある。また、通油路の給油溝側の開口部６は、給油溝の円周方向前縁に接するように設けている。これは、油膜の流路が拡大する給油溝の円周方向前縁が最も負圧となりやすいためである。このように給油溝４の円周方向前縁に通油路５の開口部６を設けることも通油路内の流れを誘起する力を強くする効果がある。

なお、パッドとパッドとの間に満たされた潤滑油は、図２に破線の矢印で示すように旋回して流れている。パッドとパッドの間の外周部のハウジングに設けられた給油口８から給油された低温の潤滑油は、この流れに沿って、給油口８から通油路の開口部７aに向かって実線のように流れる。このため、パッドの後端面に設けられた通油路の開口部７aの位置においては、給油された低温の潤滑油はハウジング内に満たされた潤滑油とは殆ど混合されていない。このため、通油路５ａに導かれる潤滑油の温度を低く抑えることができる。したがって、給油溝４ａにおける潤滑油温度も低くでき、全体的に油膜温度を低下させることができ、より信頼性の高い軸受を得ることができる。

図５は、第２の実施形態を説明する図である。図５を参照して、第２の実施形態にかかるティルティングパッドジャーナル軸受のパッドについて説明する。

本実施形態にかかるパッド２は、その円周方向前端に前方給油溝１１が設けられた直接潤滑方式のパッドである。前方給油溝１１には前方通油路１２を通して、図示しない外部給油装置から低温の潤滑油が供給される。パッド２と回転軸との摺動面の円周方向後端部には、給油溝４が設けられている。給油溝の後端は、パッド２の円周方向後端と一致している。また、給油溝４の深さは、その円周方向後端において、円周方向前端よりも深くなっている。

給油溝４は、後方通油路１３を介して前方通油路１２と連通しており、外部給油装置から供給される昇圧された潤滑油は、後方通油路１３と前方通油路１２の結合部１４を通して給油溝４および前方給油溝１１に供給される。なお、後方通油路１３の給油溝４側の開口部６は、給油溝４の円周方向前縁に接するように設けられている。

次に、本実施形態にかかるパッドの動作および作用効果を説明する。

外部給油装置からの潤滑油は、パッドの前端側に設けた前方給油溝１１および後端側に設けた給油溝４に供給される。前端の給油溝１１は、パッドの摺動面の前端に油膜を供給し、油膜の前端における温度を低下させる効果がある。

パッドの摺動面に形成された油膜として後端側に輸送された高温の潤滑油は、給油装置から後端に設けた給油溝を介して供給される低温の潤滑油と混合され、摺動部後端における油膜温度を低下させる。

これにより、ホットオイルキャリーオーバーによる影響を小さくすることが可能となり、次のパッドの摺動部前端の温度も低下させることができる。

特に、本実施形態においては、給油溝４の円周方向後端を、前記パッドの円周方向後端と一致させているため、油膜の流路が給油溝４の円周方向後端部分で急拡大する。このため給油溝４に負圧が発生しやすい。したがって、通油路１３内の流れを誘起する力が強くなる。また、給油溝４の深さは、その円周方向後端において、円周方向前端よりも深くなっている。このため、油膜の流れに従って流路が拡大して給油溝４に負圧が発生しやすい。したがって、これによっても通油路１３内の流れを誘起する力を強くする効果がある。また、通油路の給油溝側の開口部６は、給油溝の円周方向前縁に接するように設けている。これは、油膜の流路が拡大する給油溝の円周方向前縁が最も負圧となりやすいためである。このように給油溝４の円周方向前縁に通油路５の開口部６を設けることも通油路内の流れを誘起する力を強くする効果がある。このため、前記給油路に供給される潤滑油は必ずしも昇圧されたものとしなければならないわけではない。

以上説明したように、本実施形態によれば、回転軸の周りに設置された複数のパッドと、該パッドを収容する軸受ハウジングとからなるティルティングパッドジャーナル軸受において、前記パッドの前記回転軸との摺動面の円周方向後端部に給油溝を設け、該給油溝と、前記パッドの側面とを連通する通油孔を設け、パッドの摺動面後端において摺動部を通過した高温の潤滑油を、パッド側面の低温の潤滑油と混合する。

また、回転軸の周りに設置された複数のパッドと、該パッドを収容する軸受ハウジングとからなり、前記パッドの前記回転軸との摺動面の円周方向前端部に前方給油溝を設け、該前方給油溝へ外部給油装置から潤滑油を供給するティルティングパッドジャーナル軸受において、前記パッドの前記回転軸との摺動面の円周方向後端部に給油溝を設け、該給油溝へも前記外部給油装置から潤滑油を供給する。

このように、パッドの摺動面後端において摺動部を通過した高温の潤滑油を、パッド側面等から供給される低温の潤滑油と混合することにより、次のパッドの前端における潤滑油の温度を下げることができる。このため、パッド摺動面の前端における潤滑油温度を低減し、信頼性の高いティルティングパッドジャーナル軸受を提供することができる。

第１の実施形態にかかるティルティングパッドジャーナル軸受を構成するパッドの外観図である。 二つのパッドとその周辺構造の軸方向垂直面における断面図である。 図２中のパッド２ｂの摺動面における油膜温度分布示す図である。 従来の油浴式のティルティングパッドジャーナル軸受のパッド外観図である。 第２の実施形態を説明する図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ バッド
３ 軸受ハウジング
４ 給油溝
５ 通油路
６ 給油溝側開口部
７ パッド側面側開口部
８ 給油口
１１ 前方給油溝
１２ 前方通油路
１３ 後方通油路

Claims (10)

1. 回転軸の周りに配置された複数のパッドと該複数のパッドを収容する軸受ハウジングを備えたティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記各パッドは、それぞれ前記回転軸との摺動面の円周方向後端部に形成した給油溝、および該給油溝と側面とを連通する通油孔を備えたことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
2. 請求項１記載のティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記給油溝の円周方向後端は、前記パッドの円周方向後端に一致していることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
3. 請求項２記載のティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記給油溝の円周方向後端の深さは、前記給油溝の円周方向前端の深さよりも深いことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
4. 請求項２記載のティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記通油孔の給油溝側開口部は、前記給油溝の円周方向前端に接するように形成したことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
5. 請求項２記載のティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記通油孔の前記側面側開口部は、前記パッドに挟まれた領域に開口し、該領域には外部から潤滑油を給油する給油口を備えたことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
6. 回転軸の周りに配置された複数のパッドと該複数のパッドを収容する軸受ハウジングを備え、前記パッドの前記回転軸との摺動面の円周方向前端部に前方給油溝を設け、該前方給油溝に外部給油装置から昇圧された潤滑油を供給するティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記パッドの前記回転軸との摺動面の円周方向後端部に後方給油溝を設け、該後方給油溝に外部給油装置から昇圧された潤滑油を供給することを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
7. 請求項６記載のティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記後方給油溝の円周方向後端は、前記パッドの円周方向後端に一致していることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
8. 請求項６記載のティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記後方給油溝の円周方向後端の深さは、前記給油溝の円周方向前端の深さよりも深いことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
9. 請求項６記載のティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記後方通油孔の給油溝側開口部は、前記給油溝の円周方向前端に接するように形成したことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
10. 回転軸の周りに配置された複数のパッドと該複数のパッドを収容する軸受ハウジングを備え、前記パッドの前記回転軸との摺動面の円周方向前端部に前方給油溝を設け、該前方給油溝に前記パッドの外周部から前方通油路を介して潤滑油を供給するティルティングパッドジャーナル軸受において、
    前記パッドの前記回転軸との摺動面の円周方向後端部に後方給油溝を設け、該後方給油溝に前記前方通油路を介して潤滑油を供給する後方通油路を備えたことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。

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