JP2009222210A - ジャーナル軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
高荷重で用いられるすべり軸受においては、軸受温度上昇が大きいため軸受温度を低減し軸受焼損を防止することにある。
【解決手段】
上記課題を解決するために本発明では軸受を半割り構造とし、かつ内周側の軸受ライナーと外周側の軸受台金に分割する。また、負荷側の前記軸受ライナーの外周側に周方向の冷却溝を設け、前記冷却溝に冷却された潤滑油を供給し、軸受摺動面の温度を低減すると共に、冷却により温度上昇した低粘度の潤滑油を軸受に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は回転体を支持する軸受の構造に関り、特に高荷重の回転体を支持し、かつ焼き付きを防止するジャーナル軸受に関り、軸受の背面に冷却された潤滑油を供給し、軸受温度を低減することを目的としたジャーナル軸受の潤滑供給構造に関するものである。
従来より、火力プラント等の多スパン軸の固有振動数が比較的低い大形回転体を支持する軸受には自励振動を防止する目的から楕円軸受が一般的に用いられている。
例えば、図８に示した従来蒸気タービンのように、特に大容量機蒸気タービン用軸受では１次危険速度が低いために、下半軸受２ａの軸受幅方向中央部に周方向の油溝を設け耐荷重性を低下させ、偏心率を大きくし、安定性を確保している。一方、これらの大型軸受は軸周速が１００ｍ／ｓ程度あるため、軸受の潤滑状態は乱流となり見掛けの粘性が上がり軸受温度が上昇するため、上半軸受２ｂには冷却溝が設けられている。前記冷却溝は前記回転軸の冷却が目的であり、軸受の最高温度を低減することは困難である。
軸受を冷却する技術としては、特開平８−９３７６９号公報に開示されているように、軸受摺動面に周方向油溝とダムを設けダムの圧力を調整することにより焼きつきと振動を防止している。
特開平１０−２１３１３０号公報及び特開２００６−１３８３５３号公報に開示されているように裏金に溝を設け、前記溝に潤滑油を供給して冷却し、軸受の焼き付きを防止している。また、特開２００４−９２８７８号公報では静圧軸受において軸受本体の外周面に冷媒供給ポケットを形成して冷媒又は潤滑油を供給し、軸受を冷却する構造が開示されている。
特開平８−９３７６９号公報 特開平１０−２１３１３０号公報 特開２００６−１３８３５３号公報 特開２００４−９２８７８号公報
上記従来技術は、特開平８−９３７６９号公報のように圧力ダムの油圧を調整する方法はロータ自重が大きく軸受の平均面圧（軸受荷重／軸受径×軸受幅）が高い場合、油膜厚さが低下し軸受温度上昇を低くすることは不可能である。また、本発明は以上の点に鑑み為されたもので、高荷重条件でも軸受に冷却された潤滑油を供給し焼損を防止できる軸受を提供することを目的としている。
特開平１０−２１３１３０号公報及び特開２００６−１３８３５３号公報に開示されているように裏金の一部に溝を設け冷却用の潤滑油を供給する方法では溝を設けたごく１部しか冷却できない。
また、特開２００４−９２８７８号公報のように軸受の外周面に冷媒又は潤滑油を冷却専用に供給経路を設け軸受を冷却する方法では、冷却剤を回転方向上流側から供給しているが、軸受温度はやはり上流側から下流側にいくに従って高くなるため、冷却剤との温度差が小さく冷却能力が低い。また、潤滑油と冷却剤を別々な経路から供給しているため冷却剤として潤滑油を用いた場合でも多量の潤滑油が必要であり、補機の大型化を招く。
本発明の目的は、負荷側の軸受外周に冷却油を供給して軸受を冷却した後に前記潤滑油を軸受摺動面に供給することにより、軸受の冷却と軸受損失の低減を図れるジャーナル軸受を提供することにある。
上記目的は、横軸回転機のロータを支持する２分割のジャーナル軸受装置において、軸受台金と、この軸受台金と別部材の軸受ライナーとで軸受が構成され、前記軸受ライナーと前記台金は締結部材で一体に構成され、負荷側の前記軸受ライナーの外周部には１個又は複数個の周方向油溝が設けられてなり、前記周方向溝に回転方向下流側から潤滑油を供給する手段を設け、かつ前記周方向溝を通過した潤滑油が軸受負荷面に供給されるようにしたことにより達成される。
また上記目的は、前記周方向溝に潤滑油を供給するとともに、反負荷側軸受にも潤滑油を分岐して供給する手段を備えたことにより達成される。
また上記目的は、前記反負荷側の軸受摺動面に回転軸の冷却用の油溝を設け、前記回転軸を冷却した潤滑油は前記負荷側に流入しない手段を設けたことにより達成される。
また上記目的は、軸受台金と前記軸受台金と別部材の軸受ライナーで軸受が構成され、前記軸受ライナーと前記台金は締結部材で一体に構成され、かつ負荷側ライナーは油膜圧力が発生する範囲まで軸受摺動面が設けられ、負荷側の前記軸受ライナーの外周部には１個又は複数個の周方向油溝が設けられてなり、前記周方向溝に回転方向下流側から潤滑油を供給する手段を設け、かつ前記周方向溝を通過した潤滑油が軸受負荷面に供給されるようにしたことにより達成される。
また上記目的は、軸受台金と前記軸受台金と別部材の軸受ライナーで軸受が構成され、前記軸受ライナーと前記台金は締結部材で一体に構成され、かつ負荷側及び反負荷側のライナーは油膜圧力が発生する範囲まで軸受摺動面が設けられ、負荷側の前記軸受ライナーの外周部には１個又は複数個の周方向油溝が設けられてなり、前記周方向溝に回転方向下流側から潤滑油を供給する手段を設け、かつ前記周方向溝を通過した潤滑油が軸受負荷面に供給されるようにしたことにより達成される。
本発明によれば、軸受ライナーの外周側を冷却された潤滑油を回転方向と逆向きに供給することにより、軸受最高温度部分を効果的に冷却できるため軸受の焼損を防止することができ、軸受の高面圧が達成できると共に、軸受損失，給油量を低減したジャーナル軸受を提供できる。
以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。
図１は本発明の一実施例を備えた軸受の縦断面図である。
図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
図１，図２において、回転軸１を支持する軸受２は上下方向に２分割されている。この軸受２は内周側の軸受ライナー３と外周側の軸受台金４で構成されている。この軸受台金４は外周が球面形状となっており、前記軸受台金４の外周に球面座１５が設けられている。前記軸受ライナー３には内周側に軸受メタル５がライニングされており、２分割された負荷側の前記軸受ライナー３ａの外周側には周方向に冷却溝６が複数本設けられている。反負荷側の前記軸受ライナー３ｂには内周側の前記軸受メタルに冷却溝７が周方向に設けられている。
また、前記台金４も接線４ｃを境として４ａ，４ｂとに２分割されており、合せ目近傍には潤滑油の給油ポケット８ａ，８ｂが前記台金４ａ，４ｂに設けられている。前記給油ポケット８ａは前記冷却溝６及び前記冷却溝７に連通すると共に前記軸受２の合せ目に設けられた油ポケット９ａ，９ｂ及び前記台金４ａにも受けられた潤滑油ポケット１９を通り、外周側に配置された前記球面座１５に設けられた給油孔１０にも連通している。前記油ポケット９ａ，９ｂの他の潤滑油は前記冷却溝６に流れ込み摺動面１６を冷却することになる。
一方、反負荷側の前記冷却溝７は前記軸受２の内周面に回転方向に沿って設けられており、その終端は反負荷側に設けられたオイルポケット１１に連通している。このオイルポケット１１はこのオイルポケット１１に設けられた排油孔１２から前記軸受ライナー３ｂ及び前記台金４ｂに設けられた潤滑油排出孔１３に連通している。また、軸受が設置されている軸受ハウジング（図示せず）の開放端側（図２では右側）は潤滑油の漏洩を防止するために、軸受端面に潤滑油逃がし溝１４（図２に示す）を設け、潤滑油を下部に排出している。
次に、本実施例の作用効果について図３で説明する。
図３は本実施例の軸受における給油状態を説明する部分拡大断面図である。
図３において、冷却された潤滑油（図示せず）は前記給油孔１０より供給され前記台金４ａの前記潤滑油ポケット１９を通って前記油ポケット９ｂに導かれる。前記油ポケット９ｂの潤滑油の一部は前記冷却溝７を通り、前記回転軸１を冷却しながら前記オイルポケット１１へ導かれ、前記オイルポケット１１でせき止められ前記排油孔１２から前記台金４を通り前記潤滑油排出孔１３から外部に排出される。
従ってこの前記回転軸を冷却し温度上昇した潤滑油は下半軸受２ａの摺動面１６に流入することはない。また、前記油ポケット９の他の潤滑油は前記冷却溝６に流れ込み、前記冷却溝６を流れることにより前記摺動面１６を冷却しながら前記油ポケット９ｂの対向側の油ポケット９ａを通り前記摺動面１６に供給される。
次に、ジャーナル軸受における油膜の圧力分布と温度分布の関係を図４に示す。
図４は油膜圧力と温度分布を説明する図である。
図４において、破線は圧力分布で実線が温度分布である。油膜圧力は最小膜厚付近手前でピークを持ち、油膜温度は最小膜厚位置で最大となり、それ以降はなだらかに低下する。最小膜厚位置は通常真下から回転方向に３０〜４０゜付近で、この位置で軸受温度は最も高くなる。従って、冷却された潤滑油を前記回転軸１の回転方向と逆方向から供給することにより、軸受との温度差が最も大きい状態で冷却されるため冷却効果が高く、しかも軸受最高温度を効果的に下げることができる。
図５は本発明の他の実施例を備えた軸受の縦断面図である。
図５において、回転軸１を支持する軸受２は上下方向に２分割されており、かつ前記軸受２は内周側の軸受ライナー３と外周側の軸受台金４（後述するが４ａ，４ｂに２分割されている）で構成されている。前記軸受台金４は外周が球面形状となっており、前記軸受台金４の外周に球面座１５が設けられている。前記軸受ライナー３には内周側に軸受メタル５がライニングされており、２分割された負荷側の前記軸受ライナー３ａの外周側には周方向に冷却溝６が複数本設けられている。反負荷側の前記軸受ライナー３ｂには内周側の前記軸受メタルに冷却溝７が周方向に設けられている。
また、前記台金４も２分割されており、合せ目近傍には潤滑油の給油ポケット８ａ，８ｂが前記台金４ａ，４ｂに設けられている。前記給油ポケット８ａは前記冷却溝７に連通すると共に前記軸受２の合せ目に設けられた油ポケット９ｂ及び前記台金４ａに設けられた潤滑油ポケット１９を通り、外周側に配置された前記球面座１５に設けられた給油孔１０にも連通している。更に、前記給油孔１０は軸受ライナー３ａに設けられた前記冷却溝６に連通する給油穴１７が設けられている。
一方、反負荷側の前記冷却溝７は前記軸受２の内周面に回転方向に沿って設けられており、その終端は反負荷側に設けられたオイルポケット１１に連通し、前記オイルポケット１１は前記オイルポケット１１に設けられた排油孔１２から前記軸受ライナー３ｂ及び前記台金４ｂに設けられた潤滑油排出孔１３に連通している。
また、負荷側の前記軸受ライナー３ａは油膜圧力が発生しない範囲、すなわち真下から３０〜４０゜位置から上下半軸受の合せ目位置まで摺動面が削除され、空隙部１８が設けられている。
本実施例では潤滑油は前記給油孔１０から供給され、前記潤滑油ポケット１９から前記給油穴１７及び前記油ポケット９ｂに分流され、前記給油穴１７へ流入した潤滑油は前記冷却溝７を通り軸受摺動面よりの熱を冷却した後、前記油ポケット９ａを通り前記摺動面１６に供給される。一方、前記油ポケット９ｂに流入した潤滑油は冷却溝７を通り、前記回転軸１を冷却した後、前記オイルポケット１１へ導かれ、前記オイルポケット１１でせき止められ前記排油孔１２から前記台金４を通り前記潤滑油排出孔１３から外部に排出される。従ってこの前記回転軸１を冷却し温度上昇した潤滑油は下半軸受２ａの摺動面１６に流入することはない。
本実施例においては、油膜圧力の発生しない領域を削除することにより、この領域での潤滑油のせん断による損失を減らすことができる。また、潤滑油が最初に軸受最高温度部を冷却するため、冷却効果が最も高い。
図６は本発明の他の実施例を示す軸受の縦断面図である。
図７は図６の縦断面図である。
図６，図７において、回転軸１を支持する軸受２は上下方向に２分割されており、かつ前記軸受２は内周側の軸受ライナー３と外周側の軸受台金４（後述するが４ａ，４ｂに２分割されている）で構成されている。前記軸受台金４は外周が球面形状となっており、前記軸受台金４の外周に球面座１５が設けられている。前記軸受ライナー３には内周側に軸受メタル５がライニングされており、２分割された負荷側の前記軸受ライナー３ａの外周側には周方向に冷却溝６が複数本設けられている。
前記軸受ライナー３ａ，３ｂはいずれも１００゜程度の部分軸受となっている。また、前記軸受ライナー３ａ，３ｂには入り口部に給油ポケット８ａ，８ｂが設けられており、前記給油ポケット８ａは前記冷却溝６に連通し、前記冷却溝６は前記台金４ａに設けられた潤滑油ポケット１９に連通している。一方前記給油ポケット８ｂは前記台金４ｂに設けられた前記油ポケット９ｂに連通しており、前記給油ポケット８ｂ及び前記油ポケット９ｂは前記油ポケット１９で合流して前記油ポケット１９は給油孔１０に連通している。
なお、本実施例は反負荷側の軸受にも動圧が発生する楕円軸受において特に有効であるが、真円軸受にも適用できる。
以上のごとく本実施例では、潤滑油は前記給油孔１０から供給され前記潤滑油ポケット１９から前記給油穴１７及び前記油ポケット９ｂに分流され、前記給油穴１７へ流入した潤滑油は前記冷却溝７を通り軸受摺動面よりの熱を冷却した後、前記油ポケット９ａを通り前記摺動面１６に供給される。一方、前記油ポケット９ｂに流入した潤滑油は反負荷側の摺動面を潤滑した後、軸受両側面及び下流の切欠部１８ｂから外部に排出される。従ってこの反負荷側の摺動面を潤滑し温度上昇した潤滑油は下半軸受２ａの摺動面１６に流入することはない。
本発明の一実施例を示す縦断面図である。 図１の縦断面図である。 本発明の軸受の給油状態の説明図である。 油膜圧力と温度分布を説明する図である。 本発明の他の実施例を説明する図である。 本発明の他の実施例を説明する図である。 図６の縦断面図である。 従来の軸受構造の縦断面図である。
符号の説明
１ 軸
２ 軸受
２ａ 下半軸受
２ｂ 上半軸受
３ａ，３ｂ 軸受ライナー
４ａ，４ｂ 軸受台金
５ 軸受メタル
６，７ 冷却溝
８ａ，８ｂ 給油ポケット
９ 油ポケット
１０ 給油孔
１１ オイルポケット
１２ 排油孔
１３ 潤滑油排出孔
１４ 潤滑油逃がし溝
１５ 球面座
１６ 摺動面
１７ 給油穴
１８ 空隙部
１９ 潤滑油ポケット

Claims (5)

  1. 横軸回転機のロータを支持する２分割のジャーナル軸受装置において、
    軸受台金と、この軸受台金と別部材の軸受ライナーとで軸受が構成され、前記軸受ライナーと前記台金は締結部材で一体に構成され、負荷側の前記軸受ライナーの外周部には１個又は複数個の周方向油溝が設けられてなり、
    前記周方向溝に回転方向下流側から潤滑油を供給する手段を設け、かつ前記周方向溝を通過した潤滑油が軸受負荷面に供給されるようにしたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
  2. 請求項１記載のジャーナル軸受装置において、
    前記周方向溝に潤滑油を供給するとともに、反負荷側軸受にも潤滑油を分岐して供給する手段を備えたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
  3. 請求項２記載のジャーナル軸受装置において、
    前記反負荷側の軸受摺動面に回転軸の冷却用の油溝を設け、前記回転軸を冷却した潤滑油は前記負荷側に流入しない手段を設けたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
  4. 横軸回転機のロータを支持する２分割のジャーナル軸受において、
    軸受台金と前記軸受台金と別部材の軸受ライナーで軸受が構成され、前記軸受ライナーと前記台金は締結部材で一体に構成され、かつ負荷側ライナーは油膜圧力が発生する範囲まで軸受摺動面が設けられ、負荷側の前記軸受ライナーの外周部には１個又は複数個の周方向油溝が設けられてなり、
    前記周方向溝に回転方向下流側から潤滑油を供給する手段を設け、かつ前記周方向溝を通過した潤滑油が軸受負荷面に供給されるようにしたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
  5. 横軸回転機のロータを支持する２分割のジャーナル軸受において、
    軸受台金と前記軸受台金と別部材の軸受ライナーで軸受が構成され、前記軸受ライナーと前記台金は締結部材で一体に構成され、かつ負荷側及び反負荷側のライナーは油膜圧力が発生する範囲まで軸受摺動面が設けられ、負荷側の前記軸受ライナーの外周部には１個又は複数個の周方向油溝が設けられてなり、
    前記周方向溝に回転方向下流側から潤滑油を供給する手段を設け、かつ前記周方向溝を通過した潤滑油が軸受負荷面に供給されるようにしたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
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