JP2012122535A - Thrust bearing device of electric rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転電機のスラスト軸受装置に係り、特に、立軸型の水車発電機等のように、回転体の周囲に放射状に配置された扇形状の軸受パッドを備えているものに好適な回転電機のスラスト軸受装置の構造に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thrust bearing device for a rotating electrical machine, and more particularly, to a rotating electrical machine suitable for a device having fan-shaped bearing pads arranged radially around a rotating body, such as a vertical shaft type water turbine generator. The present invention relates to the structure of a thrust bearing device.
一般に、立軸型の水車発電機におけるスラスト軸受装置は、水車及び発電機等の回転体の自重に加え、水車にかかる水スラスト荷重を支持する必要がある。大容量機の場合、その荷重は、数千tにも達する。 In general, a thrust bearing device in a vertical shaft type water turbine generator needs to support a water thrust load applied to the water turbine in addition to the weight of a rotating body such as the water turbine and the generator. In the case of a large capacity machine, the load reaches several thousand tons.
このような高負荷状態では、ランナの回転により、ランナと軸受パッドの間に形成されるスラスト荷重を支持する油膜が温度上昇し、この温度上昇に伴って、軸受摺動面の温度が上昇してしまい、その摺動面の熱が軸受パッド全体に伝わり、軸受摺動面が熱変形し、油膜の特性に悪影響を与える可能性がある。 In such a high load state, the runner rotation increases the temperature of the oil film that supports the thrust load formed between the runner and the bearing pad, and the temperature of the bearing sliding surface increases with this temperature increase. As a result, the heat of the sliding surface is transmitted to the entire bearing pad, and the bearing sliding surface is thermally deformed, which may adversely affect the characteristics of the oil film.
このため、大容量機のスラスト軸受は、その冷却性能を上げて、油膜特性に悪影響を与えないようにする必要がある。 For this reason, it is necessary to increase the cooling performance of the thrust bearing of the large capacity machine so as not to adversely affect the oil film characteristics.
このスラスト軸受の冷却性能を向上する構造として、特許文献1に記載されたものが知られている。この特許文献1では、軸受パッドが、上部台金と下部台金からなる二層式構造となっており、上部台金と下部台金との接合面の下部台金側には、冷却用の通油溝が形成されている。
A structure described in
そして、その冷却用の通油溝は、溝内部で冷却油の流速が下がらないように、ランナの回転方向に対して一定の角度をつけて形成され、ランナの回転に伴う冷却油の流れ方向と冷却用の通油溝の方向を一致させて、摺動面を効率よく冷却しようとするものである。 The cooling oil passage groove is formed at a fixed angle with respect to the rotation direction of the runner so that the flow speed of the cooling oil does not decrease inside the groove, and the flow direction of the cooling oil accompanying the rotation of the runner And the direction of the oil passage groove for cooling are matched to efficiently cool the sliding surface.
しかしながら、特許文献1に記載されているように、冷却用の通油溝を、ランナの回転方向に対して一定の角度をつけて形成し、ランナの回転に伴う冷却油の流れ方向と冷却用の通油溝の方向を一致させて、摺動面を効率よく冷却しようとしても、運転条件によっては、軸受パッドに部分的に油膜圧力が高く、かつ、温度が高い高温域が発生して、溝内部を流れる冷却油も温度が高くなる恐れがある。
However, as described in
従って、特許文献1では、スラスト軸受を効率よく冷却することができず、軸受の冷却性能が向上しないため、軸受パッドが熱変形してしまう恐れがあった。
Therefore, in
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、スラスト軸受が効率よく冷却されて軸受の冷却性能が向上し、軸受パッドが熱変形しない回転電機のスラスト軸受装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and an object thereof is to provide a thrust bearing device for a rotating electrical machine in which a thrust bearing is efficiently cooled to improve the cooling performance of the bearing and the bearing pad is not thermally deformed. There is to do.
本発明の回転電機のスラスト軸受装置は、上記目的を達成するために、回転軸と、該回転軸に取付けられたランナと、該ランナと摺動接触する複数個の軸受パッドと、該各々の軸受パッドに設けられた少なくとも1つの冷却溝と、冷却油を前記軸受パッドに供給する給油口と、前記ランナ、軸受パッド及び給油口を収容し、潤滑油が満たされている軸受油槽とを備えた回転電機のスラスト軸受装置において、前記冷却溝は、前記軸受パッドの上流側の側面と下流側の他の側面とを連通するように設けられ、かつ、前記軸受パッド円周方向に対して径方向外側に角度を有していると共に、前記給油口は、隣接する前記軸受パッド間で、かつ、径方向中心に対して内径側に設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a thrust bearing device for a rotating electrical machine according to the present invention includes a rotating shaft, a runner attached to the rotating shaft, a plurality of bearing pads in sliding contact with the runner, And at least one cooling groove provided in the bearing pad, an oil supply port that supplies cooling oil to the bearing pad, and a bearing oil tank that contains the runner, the bearing pad, and the oil supply port and is filled with lubricating oil. In the thrust bearing device of the rotating electrical machine, the cooling groove is provided so as to communicate the upstream side surface of the bearing pad and the other downstream side surface, and has a diameter with respect to the circumferential direction of the bearing pad. An angle is formed on the outer side in the direction, and the oil filler port is provided between the adjacent bearing pads and on the inner diameter side with respect to the radial center.
本発明によれば、スラスト軸受が効率よく冷却されるので軸受の冷却性能が向上し、軸受パッドの熱変形を防止することができる回転電機のスラスト軸受装置を得ることができる。 According to the present invention, since the thrust bearing is efficiently cooled, the cooling performance of the bearing is improved, and a thrust bearing device for a rotating electrical machine that can prevent thermal deformation of the bearing pad can be obtained.
以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機のスラスト軸受装置について説明する。 Hereinafter, a thrust bearing device for a rotating electrical machine according to the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
図1は、本発明の回転電機のスラスト軸受装置の実施例1である発電機用スラスト軸受装置を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a thrust bearing device for a generator that is a first embodiment of a thrust bearing device for a rotating electrical machine according to the present invention.
図1に示すように、発電機用スラスト軸受装置は、回転軸2と、この回転軸2に取付けられたランナ3と、ランナ3を摺動支持する軸受パッド4と、軸受パッド4に設けられた複数の冷却溝6と、これらの複数の冷却溝6に冷却油を供給する給油口5とから概略構成されている。また、ランナ3と軸受パッド4、給油口5は、潤滑油が満たされている軸受油槽7内に収容されている。
As shown in FIG. 1, the generator thrust bearing device is provided on a rotating
図2に示すように、軸受パッド4は、回転軸2の周りに径方向に放射状に複数個配置され、回転軸2及び回転軸2に取付けられたランナ3などで構成された回転体等の自重と、水車に加わる水スラスト荷重とを合わせた総荷重を支持している。ここで、上述の“回転軸2の周りに径方向に放射状に複数個配置され”とは、回転軸2の中心から径方向にほぼ同じ距離伸び、回転軸2の周方向に所定間隔もって複数個並べて配置されている状態をいう。
As shown in FIG. 2, a plurality of bearing pads 4 are arranged radially around the
このように構成されるスラスト軸受装置は、回転軸2及びランナ3が回転(回転方向1)すると、ランナ3と軸受パッド4との間に油膜が形成されるようになっており、この油膜の圧力により、上記の総荷重を支持するものである。
In the thrust bearing device configured as described above, when the
尚、本実施例では、図3に示すように、軸受パッド4は、上部台金4aと下部台金4bからなる二層式構造であるが、一体型でも構わない。しかし、二層式構造の方が、上部台金4aと下部台金4bの間の接触熱抵抗が大きくなるため、軸受パッド4の熱変形を小さくすることが可能なため、以後は二層式構造の軸受パッド4について記載する。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the bearing pad 4 has a two-layer structure composed of an
本実施例では、図2及び図3において、軸受パッド4の上流側15と下流側16を連通するように、上部台金4a側に冷却溝6を設けている。この冷却溝6の形状は、軸受パッド4の円周方向に対して径方向外側に角度を有しており、そして、図2及び図5に示すように、冷却油を供給する給油口5は、隣接する軸受パッド4の間に設けられ、かつ、径方向中心に対して内径側に設けられている。
In this embodiment, in FIG. 2 and FIG. 3, the
尚、本実施例では、上部台金4a側に冷却溝6を設けているが、上部台金4a側でなく、下部台金側4b側に設けてもよい。
In this embodiment, the
図4は、本実施例の軸受パッド4に設けられた冷却溝6と、それに流入する油の流速ベクトル9を示したものである。
FIG. 4 shows the
該図に示すように、軸受油槽内の油には、軸受パッド4と摺動するランナ3の回転によるせん断力10と、遠心力11の合力12が作用する。本図のような冷却溝形状であると、油の流れ方向と溝の方向が一致するため、溝内の油の流速が上がり、軸受パッド4の冷却を効率よく行なうことが可能である。
As shown in the figure, the
次に、上述した本実施例の冷却油を供給する給油口5が、隣接する軸受パッド4の間で、かつ、軸受パッド4の径方向中心線14に対して内径側に設けられている点の作用、効果について説明する。
Next, the above-described
図6に示す太い点線で囲まれた領域は、一般的に最も油膜圧力が高く、かつ温度が高い高温域13である。
A region surrounded by a thick dotted line shown in FIG. 6 is a high-
温度が高い高温域13の位置は、軸受パッド4の下流側で、かつ、外径側のため、図6に示すように、給油口5を径方向中心線14より内径側に設けると、給油口5から供給される低温の冷却油が、高温域13に効率よく流入することができる。
Since the position of the
そのため、給油口5から低温の冷却油が高温域13に効率よく流入することができるので、軸受パッド4の摺動面を、効率よく冷却することが可能である。
Therefore, since the low-temperature cooling oil can efficiently flow into the high-
上述した実施例1の場合、時間の経過に伴い、冷却溝近傍に境界層が発達する可能性がある。粘性のある流体が壁面に沿って流れる時、壁面近傍には流れが滞留する境界層と呼ばれる領域が生じる。時間の経過に伴い、これが成長し壁面への熱の伝達を阻害するため、冷却効果が低下することが懸念される。 In the case of Example 1 described above, a boundary layer may develop in the vicinity of the cooling groove with the passage of time. When a viscous fluid flows along the wall surface, an area called a boundary layer in which the flow stays is formed in the vicinity of the wall surface. With the passage of time, this grows and hinders the transfer of heat to the wall surface, so there is a concern that the cooling effect will be reduced.
そこで、図7に示す実施例2では、冷却溝6を、軸受パッド4の周方向中心線8より下流側で、内径方向に角度を変化させている。他の構成は、実施例1と同様である。
Therefore, in the second embodiment shown in FIG. 7, the angle of the
このような本実施例の構成では、冷却溝6の出口側(特に、高温領域)の流れが、軸受パッド4の周方向中心線8より下流側で角度が変化していることから、乱されるため、境界層の発達を抑制することが可能である。
In such a configuration of the present embodiment, the flow on the outlet side (especially the high temperature region) of the
これより、軸受パッド4の摺動面の冷却効果を高めることが可能である。また、冷却溝形状は、曲線形状でもよい。 As a result, the cooling effect of the sliding surface of the bearing pad 4 can be enhanced. The cooling groove shape may be a curved shape.
上述した実施例1及び2では、揚水式水車発電機のような可逆回転機(回転方向1又は1´)には対応できない。
In Examples 1 and 2 described above, it is not possible to cope with a reversible rotating machine (
そこで、図8に示す実施例3では、冷却溝6を、軸受パッド4の円周方向中心に対して対称に設けている。
Therefore, in the third embodiment shown in FIG. 8, the cooling
これより、揚水式水車発電機のような可逆回転機においても効率よく冷却することが可能である。 Thus, it is possible to efficiently cool the reversible rotating machine such as the pumped water turbine generator.
また、図9に示すように、図8に示した冷却溝6を、軸受パッド4の周方向中心線8より出口側で、径方向内側に角度を変化してもよい。また、冷却溝6の形状は、曲線形状にしてもよい。
Further, as shown in FIG. 9, the angle of the cooling
このように構成しても、図8に示した実施例と同様な効果を得ることができる。 Even if comprised in this way, the effect similar to the Example shown in FIG. 8 can be acquired.
2…回転軸、3…ランナ、4…軸受パッド、4a…上部台金、4b…下部台金、5…給油口、6…冷却溝、7…軸受油槽、8…周方向中心線、9…油の流速ベクトル、13…高温域、14…径方向中心線、15…上流側、16…下流側。 2 ... Rotary shaft, 3 ... runner, 4 ... bearing pad, 4a ... upper base metal, 4b ... lower base metal, 5 ... oil supply port, 6 ... cooling groove, 7 ... bearing oil tank, 8 ... circumferential center line, 9 ... Oil flow velocity vector, 13 ... high temperature region, 14 ... radial center line, 15 ... upstream side, 16 ... downstream side.
Claims (5)
前記冷却溝は、前記軸受パッドの上流側の側面と下流側の他の側面とを連通するように設けられ、かつ、前記軸受パッド円周方向に対して径方向外側に角度を有していると共に、前記給油口は、隣接する前記軸受パッド間で、かつ、径方向中心に対して内径側に設けられていることを特徴とするスラスト軸受装置。 A rotating shaft; a runner attached to the rotating shaft; a plurality of bearing pads in sliding contact with the runner; at least one cooling groove provided in each bearing pad; In a thrust bearing device for a rotating electrical machine, comprising: an oil supply port to be supplied; and a bearing oil tank that contains the runner, the bearing pad, and the oil supply port, and is filled with lubricating oil.
The cooling groove is provided so as to communicate the upstream side surface of the bearing pad with the other downstream side surface, and has an angle radially outward with respect to the circumferential direction of the bearing pad. The thrust bearing device is characterized in that the oil filler opening is provided between the adjacent bearing pads and on the inner diameter side with respect to the radial center.
前記軸受パッドは、上部台金及び下部台金を結合することより構成される二層式構造であり、かつ、前記冷却溝は、前記上部台金と下部台金の結合面に沿って、前記上部台金側又は前記下部台金側のいずれかに設けていることを特徴とする回転電機のスラスト軸受装置。 The thrust bearing device for a rotating electrical machine according to claim 1,
The bearing pad has a two-layer structure constituted by joining an upper base metal and a lower base metal, and the cooling groove is formed along the joining surface of the upper base metal and the lower base metal, A thrust bearing device for a rotating electrical machine, wherein the thrust bearing device is provided on either the upper base metal side or the lower base metal side.
前記冷却溝は、前記軸受パッドの周方向中心より下流側で、径方向内側に角度が変化していることを特徴とする回転電機のスラスト軸受装置。 The thrust bearing device for a rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
A thrust bearing device for a rotating electrical machine, wherein the cooling groove has an angle that changes downstream in the radial direction and downstream from the circumferential center of the bearing pad.
前記冷却溝が、前記軸受パッドの円周方向中心に対して対称であることを特徴とする回転電機のスラスト軸受装置。 The thrust bearing device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
A thrust bearing device for a rotating electrical machine, wherein the cooling groove is symmetric with respect to a circumferential center of the bearing pad.
前記冷却溝は、前記軸受パッドの周方向中心線より出口側で、径方向内側に角度が変化していることを特徴とする回転電機のスラスト軸受装置。 The thrust bearing device for a rotating electrical machine according to claim 4,
The thrust bearing device for a rotating electrical machine, wherein the cooling groove has an angle changing radially inward from an outlet side of a circumferential center line of the bearing pad.
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