JP2010249200A - ティルティングパッド軸受及び回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】外部に漏れ出た潤滑油が隣接部材に与える悪影響を軽減あるいは防止する。
【解決手段】回転軸２の周りに傾斜自在に配置される複数の軸受パッド１５と、該軸受パッド１５を背面から保持するパッドハウジングと、回転軸２が貫通孔１７Ａ、１７Ｂに挿通された状態で軸受パッド１５の両端に設けられる一対のサイドプレート１６Ａ、１６Ｂと、パッドハウジング、各サイドプレート１６Ａ、１６Ｂ及び回転軸２によって形成される略閉塞空間に潤滑油を供給する給油路と、を備え、一方のサイドプレート１６Ｂの貫通孔１７Ｂは、他方のサイドプレート１６Ａの貫通孔１７Ａよりも開口面積が大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、ティルティングパッド軸受及び回転機械に関する。

高速回転体を安定支持する軸受としてティルティングパッド軸受が用いられている。このティルティングパッド軸受は、回転軸の周りに傾斜自在に複数配置されたパッド（ティルティングパッド）によって回転軸を支持するものである。また、このティルティングパッド軸受は、上記パッドを背面から保持するパッドハウジング、パッドの両端に設けられた一対のシールプレート及び回転軸によって形成される略閉塞空間に潤滑油を供給することにより、回転軸とパッドとの間に油膜を形成して潤滑性を確保する。このようなティルティングパッド軸受は、例えば大形の蒸気タービン発電機や高速圧縮機等の回転機械に用いられている。
下記特許文献1には、このようなティルティングパッド軸受の一例が開示されている。

特開２００５−３６８４３号公報

ところで、各シールプレートと回転軸との隙間から潤滑油が外部に排出されるが、潤滑油の供給圧力及び上記隙間が微少であるために、潤滑油が浸み出すのではなくある程度の勢いをもって吹き出す。このため、隣接する部材（オイルシール等）に潤滑油が吹き付けられて悪影響を与えるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、外部に漏れ出た潤滑油が隣接部材に与える悪影響を軽減あるいは防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、ティルティングパッド軸受に係る第１の解決手段として、回転軸の周りに傾斜自在に配置される複数の軸受パッドと、該軸受パッドを背面から保持するパッドハウジングと、回転軸が貫通孔に挿通された状態で軸受パッドの両端に設けられる一対のサイドプレートと、パッドハウジング、各サイドプレート及び回転軸によって形成される略閉塞空間に潤滑油を供給する給油路と、を備え、一方のサイドプレートの貫通孔は、他方のサイドプレートの貫通孔よりも開口面積が大きい、という手段を採用する。

ティルティングパッド軸受に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、一方のサイドプレートの貫通孔の開口面積は、給油路の断面積と比較して４倍以上の面積差を持つ、という手段を採用する。

また、本発明では、回転機械に係る第１の解決手段として、上記第1あるいは第２の解決手段に係るティルティングパッド軸受で回転軸が支持され、かつ該回転軸にティルティングパッド軸受に隣接して所定の部材を設ける回転機械であって、回転軸において、開口面積が小さい貫通孔を有する他方のサイドプレートが部材側に位置する、という手段を採用する。

回転機械に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、オイルシールを部材として備えるターボ圧縮機である、という手段を採用する。

本発明によれば、多くの潤滑油は開口面積が大きい貫通孔から外部に漏れ出るので、開口面積が小さい貫通孔から外部に漏れ出る潤滑油を大幅に削減することが可能であり、よって開口面積が小さい貫通孔を備えたサイドプレート側に隣接する部材に潤滑油が吹き付けられることを防止することが可能である。したがって、本発明によれば、外部に漏れ出た潤滑油が隣接する部材に悪影響を与えることを抑制あるいは防止することができる。
例えば、上記部材がオイルシールの場合、該オイルシールに潤滑油が吹き付けられることによってシール性能が劣化することを防止あるいは抑制することができる。
に

本発明の一実施形態に係るティルティングパッド軸受及び当該ティルティングパッド軸受が装着されたターボ圧縮機（回転機械）の要部断面図である。 本発明の一実施形態に係るティルティングパッド軸受の一部を破断した正面図である。 本発明の一実施形態に係るティルティングパッド軸受の一部断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るティルティングパッド軸受１０は、ターボ圧縮機１（回転機械）の回転軸２を支持するものである。上記回転軸２には、ティルティングパッド軸受１０に加えてエアシール３及びオイルシール４が挿入状態で設けられており、また回転軸２の後端（図1の左側端）には増速ギア５が接続され、先端にはインペラ６が装着されている。すなわち、回転軸２には、後端側から順に増速ギア５、ティルティングパッド軸受１０、オイルシール４、エアシール３及びインペラ６の順で各々が装着されている。

ここで、これらターボ圧縮機１を構成する各部材のうち、インペラ６は、空気等の圧縮対象流体が挿通される圧縮室に位置している。エアシール３は、この圧縮室の機密性を確保するために、オイルシール４は圧縮室側へギアケーシング内オイルミストの放出を防ぐために、インペラ６とティルティングパッド軸受１０との間に挿入されている。
なお、以下の説明では、周方向、径方向等の方向を示す用語は、回転軸２の軸線方向を基準とするものである。

ティルティングパッド軸受１０は、図２に示すように、２分割構造のパッドハウジング１１の中心部に、回転軸２の周りを取り囲むように、かつ、各々に傾斜自在に配置された５個の軸受パッド１５と、これら軸受パッド１５を背面から保持するパッドハウジング１１と、回転軸２が貫通孔１７Ａ，１７Ｂに挿通された状態で軸受パッド１５の両端（回転軸２の軸線方向における両端）に設けられる一対のサイドプレート１６Ａ，１６Ｂから構成されている。上記パッドハウジング１１、各サイドプレート１６Ａ，１６Ｂ及び回転軸２によって、軸受パッド１５を収納する略閉塞空間が形成されている。

パッドハウジング１１の内部には、各軸受パッド１５を外側から取り囲むように環状の油供給溝１８が設けられている。油供給溝１８には、パッドハウジング１１に設けられた軸受潤滑油入口１９により外側から潤滑油が供給されるとともに、周方向に並んで複数個設けられた給油路２０により、軸受パッド１５の周囲に潤滑油が供給される。給油路２０は、隣接する軸受パッド１５の間に位置して各々設けられ、潤滑油は、このような給油路２０を介して軸受パッド１５のパッド面（回転軸２との対向面）に供給される。

また、図１に示すように、油供給溝１８の側面は、一方のサイドプレート１６Ｂによって覆われている。このような油供給溝１８と一方のサイドプレート１６Ｂとによって、潤滑油の流路が形成されている。また、図２に示すように、パッドハウジング１１及び一対のサイドプレート１６Ａ、１６Ｂは、各々に回転軸２を挟んで２分割された構造であり、互いに分離しないようにボルト２１で締結されている。

軸受パッド１５は、リングを周方向に所定角度で分割したセグメント形状を有している。図３に示すように、軸受パッド１５の両側面には外側へ突出するピボット２５が設けられている。このピボット２５は、径方向下側が各サイドプレート１６Ａ，１６Ｂの着座部２６により支持されており、これによって軸受パッド１５は、ティルティング自在（傾斜自在）となっている。

また、軸受パッド１５の外周側には穴２７が形成されている。この穴２７にパッドハウジング１１を通して径方向外側から内側へ挿入された位置決め固定ピン２８の先端が挿入されることによって、軸受パッド１５が周方向へ移動することが規制されている。また、軸受パッド１５のパッド面への給油量を補うため、給油路２０にはノズル２９が設けられており、これによって本ティルティングパッド軸受１０は、パッド面近傍に給油する直接潤滑型となっている。

各貫通孔１７Ａ，１７Ｂは円形の開口である。図１、図３に示すように、一方のサイドプレート１６Ｂに設けられた貫通孔１７Ｂの口径は、他方のサイドプレート１６Ａに設けられた貫通孔１７Ａの口径よりも大きく設定されている。また、一方の前記サイドプレート１６Ｂの貫通孔１７Ｂの開口面積は、複数個設けられた給油路２０の総断面積（各給油路２０の断面積の総和）と比較して、例えば４倍以上の面積差を持つ。すなわち、サイドプレート１６Ａ，１６Ｂは、異なる口径の貫通孔１７Ａ，１７Ｂをそれぞれ有している。貫通孔１７Ａの口径は、回転軸２が回転自在となるために十分な大きさに設定されている。これに対して、貫通孔１７Ｂの口径は、回転軸２が回転自在となるために十分な大きさに加え、潤滑油を積極的に外部に排出できる程度に貫通孔１７Ａの口径よりも大きく設定されている。

例えば、回転軸２が挿入された状態における一方の貫通孔１７Ｂの内周壁と回転軸２との間に隙間として形成される排油孔３２の面積は、他方の貫通孔１７Ａの内周壁と回転軸２との間に形成される隙間と比較して十分に大きい。なお、図３には、他方の貫通孔１７Ａの内周壁と回転軸２との間に形成される隙間の幅を符号ｈ０、排油孔３２の幅を符号ｈ１で示している。

すなわち、本ティルティングパッド軸受１０では、他方のサイドプレート１６Ａはシール機能を有するが、一方のサイドプレート１６Ｂは、シール機能を有さず、軸受パッド１５を側方から支持すると共に潤滑油を積極的に外部に排出するものである。軸受潤滑油入口１９、油供給溝１８及び給油路２０を経て軸受パッド１５の周囲に供給された潤滑油は、軸受パッド１５と回転軸２との間に供給されて軸受パッド１５のパッド面を潤滑させ、さらに一方の貫通孔１７Ｂの内壁と回転軸２との間の隙間である排油孔３２から外部に排出される。

このように、本ティルティングパッド軸受１０では、一方のサイドプレート１６Ｂに設けられた貫通孔１７Ｂが、他方のサイドプレート１６Ａに設けられた貫通孔１７Ａよりも十分に大きい。したがって、貫通孔１７Ｂの内壁と回転軸２との間に形成される隙間としての排油孔３２を通じて、潤滑油が外部に排出される。他方のサイドプレート１６Ａ側へ流出する量は、従来と比較すると大幅に減少する。

より具体的には、ｈ０＝０．１２５mm、ｈ１＝２．０mmに設定した場合、他方のサイドプレート１６Ａから流出する潤滑油量は、一方のサイドプレート１６Ｂに排油孔３２が設けられていない場合、つまり各貫通孔１７Ａ，１７Ｂが全く同一の口径の場合に比較して１６．８％となる。

このように、本ティルティングパッド軸受１０では、オイルシール４とは反対側に位置する一方のサイドプレート１６Ｂの排油孔３２を通じて潤滑油が主として排出されるため、他方のサイドプレート１６Ａの貫通孔１７Ａから排出される潤滑油の流量及び勢いは小さくなる。したがって、他方のサイドプレート１６Ａの貫通孔１７Ａから排出される潤滑油がオイルシール４に吹き付けられてオイルシール４のシール性能を低下させることを抑制あるいは防止することができる。

また、一方のサイドプレート１６Ｂの排油孔３２から排出される潤滑油は、排油孔３２が十分な大きさに設定されているので、排出時の勢いが弱く、よって隣接する増速ギア５に潤滑油が吹き付けられることが防止される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）本発明は、潤滑油がティルティングパッド軸受から漏れ出すことによって悪影響を与える部材が配置されている方とは逆側に配置されたサイドプレートに潤滑油を積極的に排出する排油孔を設けることにより、潤滑油によって悪影響を受ける部材側への潤滑油の排出量を抑制して悪影響を抑制あるいは防止することを要旨とするものである。したがって、この要旨を逸脱しない範囲であれば、細部の構成は上記実施形態に限定されない。

（２）上記実施形態では、本願発明をターボ圧縮機１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ターボ圧縮機１以外の種々の回転機械にも適用可能である。

１…ターボ圧縮機（回転機械）、２…回転軸、３…エアシール、４…オイルシール、５…増速ギア、６…インペラ、１０…ティルティングパッド軸受、１１…パッドハウジング、１５…軸受パッド、１６Ａ、１６Ｂ…サイドプレート、１７Ａ、１７Ｂ…貫通孔、２０…給油路、３２…排油孔

Claims (4)

1. 回転軸の周りに傾斜自在に配置される複数の軸受パッドと、
   該軸受パッドを背面から保持するパッドハウジングと、
   前記回転軸が貫通孔に挿通された状態で前記軸受パッドの両端に設けられる一対のサイドプレートと、
   前記パッドハウジング、前記各サイドプレート及び前記回転軸によって形成される略閉塞空間に潤滑油を供給する給油路と、を備え、
   一方の前記サイドプレートの前記貫通孔は、他方の前記サイドプレートの前記貫通孔よりも開口面積が大きいことを特徴とするティルティングパッド軸受。
2. 一方の前記サイドプレートの前記貫通孔の開口面積は、前記給油路の断面積と比較して４倍以上の面積差を持つことを特徴とする請求項１記載のティルティングパッド軸受。
3. 請求項１または２記載のティルティングパッド軸受で回転軸が支持され、かつ該回転軸にティルティングパッド軸受に隣接して所定の部材を設ける回転機械であって、
   前記回転軸において、開口面積が小さい貫通孔を有する他方の前記サイドプレートが前記部材側に位置することを特徴とする回転機械。
4. オイルシールを前記部材として備えるターボ圧縮機であることを特徴とする請求項３記載の回転機械。

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