JP2009204073A - 軸受装置及び回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】油を掻き取る部材の損耗等による寿命の低下を抑えつつ、回転軸の回転に伴うホットキャリーオーバによる潤滑油の温度上昇を効果的に防止することが可能な軸受装置を提供する。
【解決手段】軸受パッド５２の各間の潤滑油内に浮動するように、かつ回転軸の被支持面５０Ａに向けて付勢されるように設けられて、該被支持面５０Ａと対向する対向面５３Ａが、該被支持面５０Ａに対して近接離間される浮動ブロック５３と、該浮動ブロック５３の対向面５３Ａ上に突出するようにかつ回転軸の回転方向（イ）に対して間隔５６Ａをおいて複数設けられるとともに、スラストカラー５０の被支持面５０Ａとの隙間が、回転軸の回転方向（イ）に沿って次第に狭まるように傾斜状態に設けられたフォイル５６と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、油を掻き取る部材の損耗等による寿命の低下を抑えつつ、回転軸の回転に伴うホットキャリーオーバによる潤滑油の温度上昇を効果的に防止することが可能な滑り軸受装置に関する。

従来、この種の滑り軸受装置として、特許文献１及２に示される技術が知られている。特許文献１に示される「高温オイルキャリーオーバー制御用軸受」は、回転軸となるシャフトの被支持面に対向するよう周方向に一定の間隔をおいて複数の軸受パッドが設けられ、これら各軸受パッドのシャフト対向面でありかつ該シャフトの回転方向に沿う前部に、高温オイルの流れを妨げるためのスクレーパが設けられたものである。なお、この特許文献１には、軸受パッドがシャフトの周面に対向するように配置されたジャーナル軸受、軸受パッドがシャフトのスラストカラー端面に対向するように配置されたスラスト軸受についての技術が開示されている。

特許文献２に示される「スラスト軸受装置」は、シャフトの被支持面に対向するよう周方向に一定の間隔をおいて複数の軸受パッドが設けられ、これら軸受パッド間に高温オイルの流れを妨げるためのブラシ式スクレーパが設けられたものである。そして、このブラシ式スクレーパでは、前側の軸受パッドを経由したキャリーオーバーとなった高温の熱油を掻き取るとともに、該スクレーパを直立するように保持するシリンダを通じて新たな油を後側の軸受パッドに供給する。
特表平８‐５０６６５１号公報 特開２００４‐１０８４９１号公報

ところで、上記のような滑り軸受装置では、軸受パッドまたは軸受パッドの間に配置されたスクレーパが、回転するロータの表面と摺動することによって、後側の軸受パッドから供給されたキャリーオーバーとなった熱油を側方に掻き出すようにしているが、スクレーパを長期に亙って使用した場合には、ロータとの接触によってスクレーパが徐々に磨耗する。その結果、スクレーパとロータとの接触圧が減少し、スクレーパによる熱油の排出効率が低下するとともに、長期に亙る使用でこれらスクレーパとロータとの間に隙間が発生した場合には、スクレーパによる熱油の掻き出しに支障が生じる。そして、このようなスクレーパの磨耗によりホットキャリーオーバによる潤滑油の温度上昇を招き、軸受の負荷性能が低下するという問題があった。

本発明は、従来の有していた問題を解決するものであって、油を掻き取る部材の損耗等による寿命の低下を抑えつつ、回転軸の回転に伴うホットキャリーオーバによる潤滑油の温度上昇を効果的に防止することが可能な軸受装置の提供を目的とする。

そして、上記目的を達成するために本発明の課題解決手段では、潤滑油で満たされる油槽内にて、回転軸の被支持面に対向配置されるとともに、該回転軸の回転方向に間隔を有して配列された複数の軸受パッドによって該回転軸を支持する軸受装置であって、前記軸受パッドの各間の潤滑油内に浮動可能に、かつ前記回転軸の被支持面に向けて付勢されるように設けられて、該回転軸の被支持面と対向する対向面が、該被支持面に対して近接離間される浮動ブロックと、該浮動ブロックの対向面上に突出するようにかつ前記回転軸の回転方向に対して間隔をおいて複数設けられるとともに、前記回転軸の被支持面との隙間が、前記回転軸の回転方向に沿って次第に狭まるように傾斜状態に設けられたフォイルと、を備えることを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、回転軸が駆動された場合に、軸受パッドの支持面と回転軸の被支持面との間の潤滑油が、回転軸の回転方向前方側に位置する浮動ブロックとの間に向かって引き込まれる。このとき、浮動ブロックの対向面上には、該回転軸の被支持面との隙間が回転方向に沿って次第に狭まるように傾斜状態で突出するようにフォイルが設けられているので、該回転軸の被支持面とフォイルとの間には、潤滑油の送り込みに伴って油圧が生じ、この油圧より、回転軸の被支持面から浮動ブロックを離間させる力を生じさせることができる。一方、軸受パッドの潤滑油内に浮動する浮動ブロックは、対向する回転軸の被支持面に向けて付勢されていることから、この浮動ブロックを回転軸に近接させる付勢力と、前述した浮動ブロックを回転軸から離間させる力とがバランスすることで、回転軸の被支持面と、浮動ブロック上のフォイルとの間には、油圧に応じた一定の微小隙間が形成されて非接触状態となり、さらに当該微小隙間に、フォイルに沿った楔状の微小油膜が形成されることになる。このため、回転軸の被支持面と軸受パッドとの間から回転方向前方側の浮動ブロックとの間に引き込まれた潤滑油は、フォイルとの間に形成された楔状の微小油膜によって回転方向への移動が阻害されて、回転軸の回転方向と直交する方向に排出されることとなる。その結果、後方の軸受パッドから送り出された高温の潤滑油が、次の軸受パッドと回転軸の被支持面との隙間に引き込まれてしまうことを防止できる。

また、本発明の軸受装置では、前記フォイルを、前記回転軸の回転に伴う前記軸受パッドからの潤滑油の送り込みにより弾性変形可能な材質で形成することを特徴とすることを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、軸受パッドからの潤滑油の送り込みで生じた油圧によりフォイル自体が弾性変形することで、フォイルと回転軸の被支持面との間に、油圧に応じた最適な微小空間を形成することができる。また、回転軸の回転が低速で、これにより発生する油圧が小さく、回転軸の被支持面とフォイルとが接触した場合であっても、フォイル自体が弾性変形することで、回転軸の被支持面が傷付くこと及びフォイルが損傷することを防止できる。

また、本発明の軸受装置では、前記浮動ブロックを、前記軸受パッド間に形成された潤滑油供給経路内に浮動し、前記被支持面に対向する対向面と反対側に位置する面を、該潤滑油供給経路を通じて供給される潤滑油の給油圧を受ける受圧面とすることを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、浮動ブロックが軸受パッド間に形成された潤滑油供給経路内に浮動され、かつ被支持面に対向する対向面と反対側に位置する浮動ブロックの面が、該潤滑油供給経路を通じて供給される潤滑油の給油圧を受ける受圧面となっているので、特別な機構を必要とせずに、給油圧によって回転軸の被支持面に向かって浮動ブロックを付勢することができる。

また、本発明の軸受装置では、前記浮動ブロックに、給油圧を受ける前記受圧面と前記被支持面に対向する対向面とを接続するように、前記回転方向前方に位置する軸受パッドと前記回転軸の被支持面との間に潤滑油を導入する潤滑油導入孔を形成することを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、潤滑油供給経路を通じて供給される潤滑油の給油圧によって、浮動ブロックを回転軸の被支持面に近接させる付勢力を生じさせつつ、浮動ブロックの潤滑油導入孔を通じて、回転方向前方に位置する軸受パッドと回転軸の被支持面との間に新たな低温の潤滑油を導入することができるので、この潤滑油導入孔を通じて供給された潤滑油によって、軸受パッドと回転軸との間にある潤滑油の温度上昇を効果的に防止することができる。

また、本発明の軸受装置では、前記浮動ブロックの対向面上に、前記回転軸の回転方向に対して間隔をおいて複数設けられるフォイルにおいて、該フォイルの先端と前記回転軸の被支持面とのギャップを、回転方向後側よりも回転方向前側の方が小さくなるように設定することを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、フォイルの先端と回転軸の被支持面とのギャップが、回転方向後側のフォイルよりも回転方向前側のフォイルの方が小さくなるように設定されているので、後側の軸受パッドから送り込まれた潤滑油の圧力を、該潤滑油がフォイルに衝突して該フォイルを通過する毎に減少させることができ、最終的に、フォイルの先端と回転軸の被支持面とのギャップが、微小なギャップとなるまでその圧力を調整することができる。これにより回転軸の被支持面と、浮動ブロック上のフォイルとの間に、前方の軸受パッドに潤滑油が至ることを防止する微小油膜を効果的に形成することができ、また、このギャップを潤滑油が通過したとしても、その潤滑油は少量であり、前方の軸受パッドが高温となることを防止することができる。

また、本発明の軸受装置では、前記フォイルを、前記回転軸の回転方向と直交する方向に沿う一端側から潤滑油の排出側となる他端側に向けて、前記回転方向後方から前方へ傾斜するように配置することを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、回転軸の回転方向と直交する方向に沿う一端側から他端側に向けて、回転方向の後方から前方へ傾斜するようにフォイルを配置し、該フォイルの他端側へ排出するようにしたので、該フォイルの傾斜面を通じて後方の軸受けパッドからの潤滑油を効率良く排出することができる。

また、本発明の軸受装置では、前記フォイルの少なくとも前記回転軸の被支持面と対向する側に、耐磨耗皮膜を形成することを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、フォイルの少なくとも回転軸の被支持面と対向する側に、耐磨耗皮膜を形成したことから、潤滑油中に含まれる異物がフォイルに衝突したとしても、該フォイルが破損することを防止し、その耐久性を高めることができる。

また、本発明の軸受装置では、前記浮動ブロック上における前記回転軸の回転方向後側に、前記回転軸の回転に伴って隣接する前記軸受パッドから送り込まれた潤滑油を排出するための排出溝を形成することを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、回転軸の回転方向後側に位置する浮動ブロック上の排出溝を通じて、回転軸の回転に伴って隣接する前記軸受パッドから送り込まれた潤滑油の内、回転軸の被支持面とフォイルとの間に微小な油膜を形成する以外の余計な潤滑油を効率的に排出することができる。そして、このような排出溝を経由して油槽内にて一定量の潤滑油を循環させることができる。

また、本発明の回転機械では、上述した軸受装置によって、前記回転軸を径方向または軸方向のいずれかに支持することを特徴とする。

上記構成によれば、ガスタービン、圧縮機、過給機などの回転機械の回転軸を上記軸受け装置によって径方向または軸方向のいずれかに支持するようにしたので、ホットキャリーオーバによって生じる潤滑油の温度上昇による軸受の負荷性能の低下を抑え、効率的に回転軸を回転させることができる。これによって、ガスタービン、圧縮機、過給機などの回転機械の軸受の高寿命化を図り、これら回転機器の軸受部分に係わるメンテナンスコストを低く抑えることができる。

本発明の軸受装置では、回転軸との間に微小油膜が形成される非接触式のフォイルを浮動ブロック上に設けた構成であるので、従来の接触式のスクレーパのように、損耗等による寿命低下の問題を発生させることなく長寿命化を図りつつ、回転軸の回転に伴うホットキャリーオーバとなった後側の軸受パッドからの潤滑油を有効に掻き出して排出することができ、高温の潤滑油が前側の軸受パッドに至ることを防止し、該軸受パッドと回転軸との間の温度上昇を効果的に防止することが可能となる。

以下に本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係わる軸受装置が搭載される回転機械の一例として、蒸気タービン１が示されている。蒸気タービン１は、蒸気タービン１に流入する蒸気（作動流体）の量と圧力を調整する調整弁２と、圧力を保持するケーシング３と、動力を発生する動力発生部４と、動力をコンプレッサー等の機械に伝達するロータ５とを主たる構成としている。

調整弁２は、ケーシング３の内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気が流入する調整弁室６と、弁体７と、弁座８とを備えている。弁座８は、略円筒形状をし、その軸心はロータ５の軸心と直交している。また、ロータ５はその回転軸１０が、軸受装置１００・１０１によって軸支されているが、これら軸受装置１００・１０１については後述する。

弁座８の内径は、ロータ５に向かう方向に徐々に拡大し、先端部は蒸気室１１に連通している。弁座８の蒸気室１１に対して反対側端部の内面は内側に凸な曲率を持つ曲面９を形成している。弁体７の下部形状は、球体の一部分を形成しており、弁座８の曲面９に接離可能に設けられている。弁体７が、弁座８から離れると蒸気流路が開き、弁座８に接触すると蒸気流路が閉じられることになる。調整弁２は、弁体７の開け閉めにより蒸気流量を制御する。さらに、複数の調整弁２の開閉タイミングを調整して蒸気タービンの出力を制御する。

蒸気室１１は、調整弁２から流入する蒸気を動力発生部４に案内するものであり、略ドーナツ型形状をしている。蒸気室１１の蒸気流路は内側に向かって行くに従って狭くなり、かつロータ５の軸心と平行する向きに偏向する。

動力発生部４は、ケーシング３に固定されたノズル２０と、ロータ５に取り付けられた動翼２１とを備えている。ノズル２０と動翼２１との１組を段落といい、本実施形態では６段落備えている。ノズル２０は、蒸気通路内で蒸気を膨張させて速度エネルギーを生み、流れの向きを変えて軸の回転方向の運動量を作る作用をする。動翼２１は、ノズル２０で速度エネルギーに変換された蒸気のエネルギーを吸収して、ロータ５の回転エネルギーに変換する作用をする。

ノズル２０は、放射状に多数配置され、ケーシング３に強固に固定されたリング状の仕切板外輪２２と、リング状の仕切板内輪２３とで保持されている。仕切板内輪２３のロータ５側端部とロータ５との間には、蒸気漏れを防止するシール構造となっている。蒸気圧力の高い段落では、シール構造としてラビリンス構造を採用している。

動翼２１は、放射状に多数配置され、ロータ５に突出して円筒状に設けられたディスク２４の外周部に強固に取り付けられている。最終段の動翼２１の先端には、シュラウド２５が取り付けられ、仕切板外輪２２側のシュラウド２５に対向する位置には、蒸気漏れを防止するためのフィンが取り付けられている。

ロータ５は、軸受装置１００・１０１（後述する）により回転自在に支持されている。ロータ５は、動力発生部４で発生した動力をコンプレッサー等の機械に伝達する作用をする。ロータ５とケーシング３の間には、蒸気等の漏れを防止するシール構造が設けられている。蒸気タービン１を作動させて仕事を終えた排気蒸気は、排気室２６を通って図示しない復水器に送られる。

次に、図２及び図３を参照して、ロータ５の回転軸１０と一体に組み付けられたスラストカラー５０を支持するスラスト軸受装置１００について説明する。このスラスト軸受装置１００は、潤滑油が満たされる油槽５１Ａを内部に有して軸受架台３０に固定された軸受ハウジング５１と、この軸受ハウジング５１の油槽５１Ａ内にて、回転軸１０と一体に組み付けられたスラストカラー５０の被支持面５０Ａに対向配置されて該スラストカラー５０を回転軸１０の軸方向に支持する複数の軸受パッド５２と、を具備するものであって、これら軸受パッド５２は、回転軸１０の回転方向（矢印（イ）で示す）に間隔を有して配列されている。

これら軸受パッド５２の各間には浮動ブロック５３が設けられている。この浮動ブロック５３は、図２及び図３に示されるように、軸受パッド５２間に形成された潤滑油供給経路５４内に浮動されたものであって、図中上側の面が、回転軸１０のスラストカラー５０に対向する対向面５３Ａとなり、また、該対向面５３Ａと反対側に位置する図中下側の面が、該潤滑油供給経路５４を通じて供給される潤滑油の給油圧を受ける受圧面５３Ｂとなっている。この浮動ブロック５３は、前後にある軸受パッド５２の壁面５２Ａをガイドとして、スラストカラー５０の被支持面５０Ａと対向する対向面５３Ａが、該被支持面５０Ａに対して矢印Ａ−Ｂ方向に近接離間されるように潤滑油供給経路５４内にて浮動される。また、潤滑油供給経路５４を通じて供給される潤滑油の給油圧は、浮動ブロック５３をスラストカラー５０の被支持面５０Ａに向けて付勢する付勢手段として機能している。

浮動ブロック５３には複数の潤滑油導入孔５５が設けられている。これら潤滑油導入孔５５は、給油圧を受ける受圧面５３Ｂと回転軸１０のスラストカラー５０に対向する対向面５３Ａとを接続するように設けられたものであって、該潤滑油導入孔５５を通じて、回転軸１０の回転方向（イ）前方に位置する軸受パッド５２と、該回転軸１０のスラストカラー５０の被支持面５０Ａとの間に、潤滑油が導入されるようになっている。

浮動ブロック５３には、対向面５３Ａから突出するように複数のフォイル５６が設けられている。これら各フォイル５６は、図３に示すように回転軸１０のスラストカラー５０の回転方向（イ）と直交する方向（符号（ロ）で示す）、すなわちスラストカラー５０の径方向に配置された長尺体であって、回転軸１０のスラストカラー５０の回転方向（イ）に対して間隔（符号５６Ａで示す）をおいて設けられている。複数のフォイル５６のそれぞれは、浮動ブロック５３の対向面５３Ａから被支持面５０Ａに向かって回転方向（イ）前方から後方へ傾斜した状態で配置されており、スラストカラー５０の被支持面５０Ａと対向する側の傾斜面で、後側の軸受パッド５２から送り込まれた潤滑油の吐出圧を受け、これにより浮動ブロック５３を矢印Ｂ方向に移動させる力を発生させる（後述する）。

これらフォイル５６は、回転軸１０のスラストカラー５０の回転に伴う軸受パッド５２からの潤滑油の送り込みにより弾性変形可能な材質で形成されたものであって、先端とスラストカラー５０の被支持面５０Ａとの間隙となるギャップ（符号５６Ｂで示す）が、スラストカラー５０の回転方向（イ）に沿って前側から後側へ次第に狭まるように傾斜状態（符号５７で示す）に設けられている。また、これら複数のフォイル５６において、該フォイル５６の先端とスラストカラー５０の被支持面５０Ａとのギャップ５６Ｂは、回転方向（イ）後側よりも前側の方が小さくなるように設定されている。また、このフォイル５６の少なくともスラストカラー５０の被支持面５０Ａと対向する側には、耐磨耗皮膜５６Ｃが形成されている。なお、この耐磨耗皮膜５６Ｃは、摩擦係数の低いＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボンコーティング）、ＷＣ／Ｃ（タングステン炭化物のコバルト結合体）、ＭｏＳ_２（二硫化モリブデン）、低摩擦特性を有する樹脂などがコーティング、蒸着された積層体である。

また、浮動ブロック５３後部の対向面５３Ａ上には、回転軸１０の回転に伴って隣接する後側の軸受パッド５２から送り込まれた潤滑油を排出するための排出溝５８が形成されている。この排出溝５８は、スラストカラー５０の回転方向（イ）後側に位置する浮動ブロック５３上に、該回転方向（イ）と直交する方向（符号（ロ）で示す）であるスラストカラー５０の径方向に沿って形成されているものであって、この排出溝５８を通じて、後方の軸受パッド５２を経た潤滑油が径方向外側に排出されるようになっている。

そして、以上のように構成された軸受装置１００では、以下のような作用が奏される。まず、回転軸１０の駆動前の状態において、浮動ブロック５３は、潤滑油供給経路５４を通じて供給される潤滑油の給油圧により矢印Ａ方向に付勢され、これによってその対向面５３Ａ上のフォイル５６が、スラストカラー５０の被支持面５０Ａに接触した状態となっている。

その後、回転軸１０が駆動された場合には、まず、軸受パッド５２の支持面とスラストカラー５０の被支持面５０Ａとの間の潤滑油が、回転軸１０のスラストカラー５０の回転方向（イ）前方側に位置する浮動ブロック５３との間に向かって引き込まれる。このとき、浮動ブロック５３の対向面５３Ａ上にはフォイル５６が設けられ、かつスラストカラー５０の被支持面５０Ａとの隙間が回転方向（イ）に沿って後側から前側へ次第に狭まるようにこれらフォイル５６が傾斜状態に配置されているので、該スラストカラー５０の被支持面５０Ａとフォイル５６との間には、潤滑油の送り込みに伴って油圧が生じ、この油圧により、スラストカラー５０の被支持面５０Ａから浮動ブロック５３を離間させる矢印Ｂ方向への力を生じさせることができる。一方、対向面５３Ａ上にフォイル５６を配置する浮動ブロック５３は、受圧面５３Ｂに作用する給油圧によって、対向するスラストカラー５０の被支持面５０Ａに向けて矢印Ａ方向に付勢されていることから、この浮動ブロック５３を回転軸１０のスラストカラー５０に近接させる付勢力（矢印Ａ方向の付勢力）と、前述した浮動ブロック５３を回転軸１０のスラストカラー５０から離間させる力（矢印Ｂ方向の力）とがバランスすることで、スラストカラー５０の被支持面５０Ａと、浮動ブロック５３上のフォイル５６との間には、油圧に応じた一定の微小隙間が形成されて非接触状態となり、さらに当該微小隙間に、フォイル５６に沿った楔状の微小油膜（符号５９で示す）が形成されることになる。

このため、スラストカラー５０の被支持面５０Ａと軸受パッド５２との間から回転方向（イ）前方側の浮動ブロック５３との間に引き込まれた潤滑油は、フォイル５６との間に形成された楔状の微小油膜５９によって回転方向（イ）への移動が阻害されて、回転軸１０のスラストカラー５０の回転方向（イ）と直交する方向（ロ）に排出されることとなる。その結果、後方の軸受パッド５２から送り出された高温の潤滑油が、次の軸受パッド５２とスラストカラー５０の被支持面５０Ａとの隙間に引き込まれることを防止できる。

以上説明したように上記構成の軸受装置１００では、回転軸１０のスラストカラー５０との間に微小油膜５９が形成される非接触式のフォイル５６を浮動ブロック５３上に設けた構成であるので、従来の接触式のスクレーパのように、損耗等による寿命低下の問題を発生させることなく長寿命化を図りつつ、回転軸１０のスラストカラー５０の回転に伴うホットキャリーオーバとなった後側の軸受パッド５２からの潤滑油を有効に掻き出して排出することができ、高温の潤滑油が前側の軸受パッド５２に至ることを防止し、該軸受パッド５２と回転軸１０のスラストカラー５０との間の温度上昇を効果的に防止することが可能となる。そして、このような軸受装置１００によって回転軸１０が支持されていることにより、回転機械１は、ホットキャリーオーバによって生じる潤滑油の温度上昇による軸受装置１００の負荷性能の低下を抑え、回転軸１０を軸方向に支持しつつ効率的に回転させることができる。

また、上記構成の軸受装置１００では、軸受パッド５２からの潤滑油の送り込みで生じた油圧によりフォイル５６自体が弾性変形することで、フォイル５６とスラストカラー５０の被支持面５０Ａとの間に、油圧に応じた最適な微小空間を形成することができる。また、回転軸１０のスラストカラー５０の回転が低速で、これにより発生する油圧が小さく、スラストカラー５０の被支持面５０Ａとフォイル５６とが接触した場合であっても、フォイル５６自体が弾性変形することで、スラストカラー５０の被支持面５０Ａが傷付くこと及びフォイル５６が損傷することを防止できる。

また、上記構成の軸受装置１００では、浮動ブロック５３が軸受パッド５２間に形成された潤滑油供給経路５４内に浮動され、かつ回転軸１０のスラストカラー５０に対向する対向面５３Ａと反対側に位置する浮動ブロック５３の面が、該潤滑油供給経路５４を通じて供給される潤滑油の給油圧を受ける受圧面５３Ｂとなっているので、特別な機構を必要とせずに、浮動ブロック５３をスラストカラー５０の被支持面５０Ａに向かって付勢することができる。

また、上記構成の軸受装置１００では、潤滑油供給経路５４を通じて供給される潤滑油の給油圧によって、浮動ブロック５３をスラストカラー５０の被支持面５０Ａに近接させる付勢力を生じさせつつ、浮動ブロック５３の潤滑油導入孔５５を通じて、回転方向（イ）前方に位置する軸受パッド５２とスラストカラー５０の被支持面５０Ａとの間に新たな低温の潤滑油を導入することができるので、この潤滑油導入孔５５を通じて供給された潤滑油によって、軸受パッド５２と回転軸１０のスラストカラー５０との間にある潤滑油の温度上昇を効果的に防止することができる。

また、上記構成の軸受装置１００では、フォイル５６の先端とスラストカラー５０の被支持面５０Ａとのギャップ５６Ｂが、回転方向（イ）後側のフォイルよりも回転方向（イ）前側のフォイルの方が小さくなるように設定されているので、後側の軸受パッド５２から送り込まれた潤滑油の圧力を、該潤滑油がフォイル５６に衝突して該フォイル５６を通過する毎に減少させることができ、最終的に、フォイル５６の先端とスラストカラー５０の被支持面５０Ａとのギャップ５６Ｂが、微小なギャップとなるまでその圧力を調整することができる。これによりスラストカラー５０の被支持面５０Ａと、浮動ブロック５３上のフォイル５６との間に、該フォイル５６をスラストカラー５０の被支持面５０Ａから浮かせるための微小油膜５９を効果的に形成することができるとともに、このギャップ５６を潤滑油が通過したとしても、その潤滑油は少量であり、前方の軸受パッド５２が高温となることを防止することができる。

また、上記構成の軸受装置１００では、フォイル５６の少なくともスラストカラー５０の被支持面５０Ａと対向する側に、耐磨耗皮膜５６Ｃを形成したことから、潤滑油中に含まれる異物がフォイル５６に衝突したとしても、該フォイル５６が破損することを防止し、その耐久性を高めることができる。

また、上記構成の軸受装置１００では、回転軸１０のスラストカラー５０の回転方向（イ）後側に位置する浮動ブロック５３上の排出溝５８を通じて、スラストカラー５０の被支持面５０Ａとフォイル５６との間に微小な油膜を形成する以外の余計な潤滑油を排出することができる。そして、このような排出溝５８を経由して油槽５１Ａ内にて一定量の潤滑油を循環させることができる。

なお、上記の実施形態は、以下の（１）〜（３）に示す変形例のように構成しても良い。
（１） 上記は、回転軸１０の一部であるスラストカラー５０を軸支するスラスト軸受装置１００を示すものであるが、これに限定されず、図１におけるジャーナル軸受装置１０１にも適用されるものである。図４に示すように、このジャーナル軸受装置１０１は、周方向に沿うように配置された複数の軸受パッド５２によって回転軸１０の外周面１０Ａを被支持面として軸支し、これら軸受パッド５２間に配置された浮動ブロック５３上のフォイル５６によって、回転軸１０の回転に伴ないホットキャリーオーバとなった後側の軸受パッド５２からの潤滑油を有効に掻き出す。スラスト軸受装置１００とジャーナル軸受装置１０１とは、軸受パッド５２が軸支する被支持面を構成する被支持体がスラストカラー５０か、若しくは回転軸１０自体であるかの点で相違するだけで、これ以外の構成は同じである。

（２） また、上記の実施形態では、回転軸１０のスラストカラー５０の回転方向（イ）と直交する方向（符号（ロ）で示す）にフォイル５６を配置したが、これに限定されず、図５に示すように、該フォイル５６を、回転軸１０のスラストカラー５０の回転方向（イ）と直交する方向（ロ）に対して、一端側５６Ｄから他端側５６Ｅに向けて回転方向前方から後方へ傾斜するように配置し、回転方向前方の一端側５６Ｄから潤滑油を受け入れ、回転方向後方の他端側５６Ｅから該潤滑油を排出しても良い。そして、このような構成によって、フォイル５６の傾斜面を通じて潤滑油を効率良く排出することができる。なお、本変形例では、スラスト軸受装置を例として説明したが、ジャーナル軸受装置に適用する場合、軸方向中央を一端とし、また両縁端を他端として、中央から両縁端に向かってそれぞれ回転方向前方から後方へ傾斜するようにフォイルを配置するものとしても良い。

（３） また、上記の実施形態は、回転機械の一例である蒸気タービン１に適用した場合について述べたものであるが、これに限定されず、これら回転機械内の回転軸１０のスラストカラー５０を軸方向に支持するスラスト軸受装置１００、又は該回転軸１０の外周面１０Ａを径方向に支持するジャーナル軸受装置１０１を、蒸気タービン１以外の圧縮機、過給機などの回転機械に組み込んでも良い。そして、このような圧縮機、過給機などの回転機械においても、軸受装置１００又は１０１内にある浮動ブロック５３上の非接触式のフォイル５６によって、回転軸１０のスラストカラー５０の回転に伴うホットキャリーオーバとなった後側の軸受パッド５２からの潤滑油を有効に掻き出して排出することができ、高温の潤滑油が前側の軸受パッド５２に至ることを防止し、該軸受パッド５２と回転軸１０との間にある潤滑油の温度上昇よる軸受の負荷性能の低下を抑え、効率的に回転軸１０を回転させることが可能となる。その結果、ガスタービン、圧縮機、過給機などの回転機械の軸受の高寿命化を図り、これら回転機器の軸受部分に係わるメンテナンスコストを低く抑えることができる効果が得られる。

本発明が適用される蒸気タービンの概略を示す正面図 本発明に係わるスラスト軸受装置の要部を示す正断面図 図２のスラスト軸受装置の要部を示す斜視図 本発明に係わるジャーナル軸受装置の要部を示す正断面図 フォイルの配置の変形例を示す斜視図

符号の説明

１ 蒸気タービン（回転機械）
１０ 回転軸
１０Ａ 外周面（被支持面）
５０Ａ 被支持面
５１Ａ 油槽
５２ 軸受パッド
５３ 浮動ブロック
５３Ａ 対向面
５３Ｂ 受圧面
５４ 潤滑油供給経路
５５ 潤滑油導入孔
５６ フォイル
５６Ａ 間隔
５６Ｂ ギャップ
５６Ｃ 耐磨耗皮膜
５８ 排出溝
１００ スラスト軸受装置
１０１ ジャーナル軸受装置

Claims (9)

1. 潤滑油で満たされる油槽内にて、回転軸の被支持面に対向配置されるとともに、該回転軸の回転方向に間隔を有して配列された複数の軸受パッドによって該回転軸を支持する軸受装置であって、
   前記軸受パッドの各間の潤滑油内に浮動可能に、かつ前記回転軸の被支持面に向けて付勢されるように設けられて、該回転軸の被支持面と対向する対向面が、該被支持面に対して近接離間される浮動ブロックと、
   該浮動ブロックの対向面上に突出するようにかつ前記回転軸の回転方向に対して間隔をおいて複数設けられるとともに、前記回転軸の被支持面との隙間が、前記回転軸の回転方向に沿って次第に狭まるように傾斜状態に設けられたフォイルと、を備えることを特徴とする軸受装置。
2. 前記フォイルは、前記回転軸の回転に伴う前記軸受パッドからの潤滑油の送り込みにより弾性変形可能な材質で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記浮動ブロックは、前記軸受パッド間に形成された潤滑油供給経路内に浮動され、前記被支持面に対向する対向面と反対側に位置する面が、該潤滑油供給経路を通じて供給される潤滑油の給油圧を受ける受圧面となっていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の軸受装置。
4. 前記浮動ブロックには、給油圧を受ける前記受圧面と前記前記被支持面に対向する対向面とを接続するように設けられて、前記回転方向前方に位置する軸受パッドと前記回転軸の被支持面との間に潤滑油を導入する潤滑油導入孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受装置。
5. 前記浮動ブロックの対向面上に、前記回転軸の回転方向に対して間隔をおいて複数設けられるフォイルにおいて、該フォイルの先端と前記回転軸の被支持面とのギャップが、回転方向後側よりも回転方向前側の方が小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受装置。
6. 前記フォイルは、前記回転軸の回転方向と直交する方向に沿う一端側から潤滑油の排出側となる他端側に向けて、前記回転方向後方から前方へ傾斜するように配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸受装置。
7. 前記フォイルの少なくとも前記回転軸の被支持面と対向する側には、耐磨耗皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の軸受装置。
8. 前記浮動ブロック上における前記回転軸の回転方向後側には、前記回転軸の回転に伴って隣接する前記軸受パッドから送り込まれた潤滑油を排出するための排出溝が形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の軸受装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載される軸受装置によって、前記回転軸を径方向または軸方向のいずれかに支持されていることを特徴とする回転機械。

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