JP2013167321A - ジャーナル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸を傾けることなく軸受メタルへの回転軸の片当たりを防ぐこと。
【解決手段】固定体に支持される支持リング２と、回転軸３が支持される軸受面４ａを内周面に有するとともに支持リング２で外周面４ｂが支持される軸受メタル４とを備えるジャーナル軸受１において、回転軸３が片当たりし得る軸受メタル４の軸受面４ａが径方向外側に撓む態様で設けられる可撓手段５（５１）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸を支持するジャーナル軸受に関する。

蒸気タービンなどの回転軸を摺動および回転自在に支持するジャーナル軸受においては、回転軸により回転される構造物の重量による回転軸の撓みや、回転軸の自重による静撓みや、ジャーナル軸受の内面に設けられた軸受メタルを支持する支持リングが支持される軸受台の変形に起因し、ジャーナル軸受の軸芯と回転軸の長手方向軸芯との間に相対傾斜が生じる場合がある。このため、軸受メタルの損傷や焼き付きの発生が懸念される。

従来、例えば、特許文献１に記載のジャーナル軸受（自動調心ジャーナル軸受およびそのための調心制御システム）は、上記問題を解消するため、支持リングと、軸受ケーシングと、回転軸を支持する軸受面を内周面に有するとともに支持リングで支持される球面座を外周面に有する軸受メタルとを備え、軸受ケーシングおよび支持リングの支持部間に、両者を間接的に点接触または線接触させるような形状を有するライナ装置を介在させることが示されている。

特開平１１−１２５２４６号公報

上述した特許文献１に記載のジャーナル軸受では、回転軸と軸受メタルとに相対傾斜が生じると、その相対傾斜角度を緩和させる方向に作用する調心モーメントが同様に生じ、その際に、支持リングは、調心モーメントによって、ライナ装置の点接触または線接触部分を支点にして適宜傾き、このため、回転軸と軸受メタルとの間の相対傾斜角度が小さくなり、片当たりによる軸受メタルの焼損、焼き付きを未然に防止できる。

しかし、上述した特許文献１に記載のジャーナル軸受は、支持リングが傾いてしまうため、回転軸が振れてしまい、回転軸により回転される構造物の回転に支障を来すおそれがある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、回転軸を傾けることなく軸受メタルへの回転軸の片当たりを防ぐことのできるジャーナル軸受を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明のジャーナル軸受は、固定体に支持される支持リングと、回転軸が支持される軸受面を内周面に有するとともに前記支持リングで外周面が支持される軸受メタルとを備えるジャーナル軸受において、前記回転軸が片当たりし得る前記軸受メタルの軸受面が径方向外側に撓む態様で設けられる可撓手段を備えることを特徴とする。

このジャーナル軸受によれば、片当たりする部分の軸受メタルの軸受面が径方向外側に撓むため、面圧が軸方向の両端部分に分散され、軸方向でほぼ均等に軸受メタルの軸受面に対して面圧が掛かる。そして、軸方向でほぼ均等に軸受メタルの軸受面に対して面圧が掛かることから、回転軸の軸芯に対する傾きが抑制される。この結果、回転軸を傾けることなく軸受メタルへの回転軸の片当たりを防ぐことができる。

また、第２の発明のジャーナル軸受は、第１の発明において、前記可撓手段は、前記回転軸が片当たりし得る前記軸受メタルの外周面と前記支持リングとの間に設けられる弾性部材からなることを特徴とする。

このジャーナル軸受によれば、可撓手段を弾性部材として構成することで、片当たりする部分の軸受メタルの軸受面が径方向外側に撓むため、面圧が軸方向の両端部分に分散され、軸方向でほぼ均等に軸受メタルの軸受面に対して面圧が掛かる。そして、軸方向でほぼ均等に軸受メタルの軸受面に対して面圧が掛かることから、回転軸の軸芯に対する傾きが抑制される。この結果、回転軸を傾けることなく軸受メタルへの回転軸の片当たりを防ぐことができる。

また、第３の発明のジャーナル軸受は、第２の発明において、前記弾性部材とともに設けられて前記軸受メタルの外周面に冷却油を供給する冷却油供給部を備えることを特徴とする。

このジャーナル軸受によれば、弾性部材の作用効果に加え、冷却油供給部により弾性部材を設けた部分の軸受メタルを冷却する。この結果、弾性部材により放熱性能が低下することを防止することができる。

また、第４の発明のジャーナル軸受は、第１の発明において、前記可撓手段は、前記回転軸が片当たりし得る前記軸受メタルにおける軸受面の背側となる外周面から、前記軸受メタルの径方向に離れた位置で前記支持リングに対して形成される切欠からなることを特徴とする。

このジャーナル軸受によれば、可撓手段を切欠として構成することで、片当たりする部分の軸受メタルの軸受面が径方向外側に撓むため、面圧が軸方向の両端部分に分散され、軸方向でほぼ均等に軸受メタルの軸受面に対して面圧が掛かる。そして、軸方向でほぼ均等に軸受メタルの軸受面に対して面圧が掛かることから、回転軸の軸芯に対する傾きが抑制される。この結果、回転軸を傾けることなく軸受メタルへの回転軸の片当たりを防ぐことができる。

また、第５の発明のジャーナル軸受は、第１の発明において、前記可撓手段は、前記回転軸が片当たりし得る前記軸受メタルにおける軸受面の背側となる外周面に設けられ、当該部分の前記軸受メタルの径方向寸法が、前記軸受メタルの他の部分と比較して小さく形成される逃部からなることを特徴とする。

このジャーナル軸受によれば、可撓手段を逃部として構成することで、片当たりする部分の軸受メタルの軸受面が径方向外側に撓むため、面圧が軸方向の両端部分に分散され、軸方向でほぼ均等に軸受メタルの軸受面に対して面圧が掛かる。そして、軸方向でほぼ均等に軸受メタルの軸受面に対して面圧が掛かることから、回転軸の軸芯に対する傾きが抑制される。この結果、回転軸を傾けることなく軸受メタルへの回転軸の片当たりを防ぐことができる。

また、第６の発明のジャーナル軸受は、第１〜第５の発明において、前記可撓手段が、前記回転軸が片当たりして前記軸受メタルの軸受面の面圧が高まり得る部分の近傍にのみ設けられていることを特徴とする。

このジャーナル軸受によれば、回転軸が片当たりしない運転条件（例えば、回転軸を回転させる定格運転時）において、軸受のサポート剛性を確保することができる。

本発明によれば、回転軸を傾けることなく軸受メタルへの回転軸の片当たりを防ぐことができる。

図１は、本発明の実施形態１に係るジャーナル軸受の側断面図である。 図２は、本発明の実施形態１に係るジャーナル軸受の横断面図である。 図３は、本発明の実施形態１に係るジャーナル軸受の作用を示す図である。 図４は、本発明の実施形態１に係るジャーナル軸受の他の例の横断面図である。 図５は、本発明の実施形態２に係るジャーナル軸受の側断面図である。 図６は、本発明の実施形態３に係るジャーナル軸受の側断面図である。 図７は、本発明の実施形態３に係るジャーナル軸受の横断面図である。 図８は、本発明の実施形態３に係るジャーナル軸受の他の例の横断面図である。 図９は、本発明の実施形態４に係るジャーナル軸受の側断面図である。 図１０は、本発明の実施形態４に係るジャーナル軸受の横断面図である。 図１１は、本発明の実施形態４に係るジャーナル軸受の他の例の横断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、本実施形態に係るジャーナル軸受の側断面図であり、図２は、本実施形態に係るジャーナル軸受の横断面図であり、図３は、本実施形態に係るジャーナル軸受の作用を示す図であり、図４は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の横断面図である。

図１および図２に示すように、ジャーナル軸受１は、不図示の固定体に支持される支持リング２と、回転軸３が支持される軸受面４ａを内周面に有するとともに支持リング２で外周面４ｂが支持される軸受メタル４とを備える。軸受メタル４の軸受面４ａと回転軸３の外周面との間は、回転軸３を軸受面４ａにより摺動自在および回転自在に支持するための油膜を形成する隙間が形成されている。そして、ジャーナル軸受１は、この隙間に対して油膜を形成するための潤滑油を供給する潤滑油供給機構（図示せず）を有している。

このようなジャーナル軸受１は、回転軸３により回転される構造物の重量による回転軸３の撓みや、回転軸３の自重による静撓みや、支持リング２が支持される固定体の変形に起因し、ジャーナル軸受１（軸受メタル４）の軸芯Ｃと回転軸３の長手方向軸芯Ｃ’との間に相対傾斜が生じる場合があり、軸受メタル４の損傷や焼き付きの発生が懸念される。この相対傾斜は、上述した要因を解析することで予め知ることができ、相対傾斜により回転軸３が軸受メタル４の軸受面４ａに片当たりし得る部分を予め知ることが可能である。

そこで、本実施形態のジャーナル軸受１は、回転軸３が片当たりし得る軸受メタル４の軸受面４ａが、その径方向外側に撓む態様で可撓手段５を有している。

本実施形態の可撓手段５は、図１および図２に示すように、回転軸３が片当たりし得る軸受メタル４の外周面４ｂと支持リング２との間に設けられる弾性部材５１からなる。図１において、回転軸３が片当たりする軸受メタル４の軸受面４ａは、図１中の軸芯Ｃ，Ｃ’の延在方向における左端側とする。そして、ここでの弾性部材５１は、図２に示すように、軸受メタル４の周方向に沿ってリング状に設けられている。

このようなジャーナル軸受１によれば、図３に破線で示すように、弾性部材５１（可撓手段５）を設けない場合、回転軸３が軸受メタル４の軸受面４ａに片当たりすることにより、軸受面４ａの軸方向（図１のＬ）において、片当たりする部分（軸方向Ｌの一端部分）に集中して面圧が高くなっている。これに対し、本実施形態のように弾性部材５１を設けることにより、当該片当たりする部分の軸受メタル４の軸受面４ａが弾性部材５１とともに径方向外側に撓むため、面圧が軸方向Ｌの両端部分に分散され、軸方向Ｌでほぼ均等に軸受メタル４の軸受面４ａに対して面圧が掛かることが分かる。そして、軸方向Ｌでほぼ均等に軸受メタル４の軸受面４ａに対して面圧が掛かることから、回転軸３の軸芯Ｃ’に対する傾きが抑制されていることが分かる。このように、本実施形態のジャーナル軸受１によれば、回転軸３を傾けることなく軸受メタル４への回転軸３の片当たりを防ぐことが可能になる。

なお、可撓手段５としての弾性部材５１は、面圧が軸方向Ｌの両端部分に分散されるように、軸受メタル４の軸受面４ａを径方向外側に撓ませるために、片当たりする部分の面圧に応じた弾性率となるように、その厚さ、材質（硬度）などを設定すればよい。

また、本実施形態のジャーナル軸受１は、図４に示すように、可撓手段５としての弾性部材５１が、回転軸３が片当たりして軸受メタル４の軸受面４ａの面圧が高まり得る部分の近傍にのみ設けられていることが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、回転軸３が片当たりしない運転条件（例えば、回転軸３を回転させる定格運転時）において、軸受のサポート剛性を確保することが可能になる。

［実施形態２］
図５は、本実施形態に係るジャーナル軸受の側断面図である。本実施形態においては、上述した実施形態１と可撓手段５の構成が異なる。したがって、本実施形態の説明において、上述した実施形態１と同等の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のジャーナル軸受１では、図５に示すように、可撓手段５は、上述した実施形態１の弾性部材５１とともに、軸受メタル４の外周面４ｂに向けて開口する冷却油溝５２ａが設けられ、当該冷却油溝５２ａに冷却油を供給する冷却油供給部５２を備える。

冷却油溝５２ａは、図５に示すように、弾性部材５１を軸芯Ｃ，Ｃ’方向に複数に分割した間に設けられている。その他、冷却油溝５２ａは、図には明示しないが、弾性部材５１自体において軸受メタル４の外周面４ｂに向けて開口して形成される溝であってもよい。

冷却油供給部５２は、冷却油を貯留する冷却油貯留部５２ｂと、当該冷却油貯留部５２ｂの冷却油を冷却油溝５２ａに供給する供給管５２ｃおよびポンプ５２ｄとを有している。この冷却油供給部５２は、回転軸３の外周面と軸受メタル４の軸受面４ａとの間の隙間に潤滑油を供給する潤滑油供給機構を利用し、当該隙間に潤滑油を供給する前に、潤滑油を冷却油として冷却油溝５２ａに供給するようにしてもよい。

このジャーナル軸受１によれば、弾性部材５１の作用効果に加え、冷却油供給部５２により弾性部材５１を設けた部分の軸受メタル４を冷却する。このため、弾性部材５１により放熱性能が低下することを防止することが可能になる。

また、本実施形態のジャーナル軸受１は、弾性部材５１が軸受メタル４の周方向に沿ってリング状に設けられている場合は、当該弾性部材５１に沿ってリング状に冷却油溝５２ａを設けるが、図５に示すように、弾性部材５１が、回転軸３が片当たりして軸受メタル４の軸受面４ａの面圧が高まり得る部分の近傍にのみ設けられている場合は、当該弾性部材５１が設けられる部分にのみ冷却油溝５２ａを設けることが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、回転軸３が片当たりしない運転条件（例えば、回転軸３を回転させる定格運転時）において、軸受のサポート剛性を確保することが可能になる。

［実施形態３］
図６は、本実施形態に係るジャーナル軸受の側断面図であり、図７は、本実施形態に係るジャーナル軸受の横断面図であり、図８は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の横断面図である。本実施形態においては、上述した実施形態１と可撓手段５の構成が異なる。したがって、本実施形態の説明において、上述した実施形態１と同等の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のジャーナル軸受１では、図６および図７に示すように、可撓手段５は、回転軸３が片当たりし得る軸受メタル４における軸受面４ａの背側となる外周面４ｂから、軸受メタル４の径方向に離れた位置で支持リング２に対して形成される切欠５３からなる。図６において、回転軸３が片当たりする軸受メタル４の軸受面４ａは、図６中の軸芯Ｃ，Ｃ’の延在方向における左端側とする。切欠５３は、図６および図７に示すように、回転軸３が片当たりし得る部分において軸受メタル４の外周面４ｂに当接する支持リング２の一部を残すように、軸受メタル４の外周面４ｂから軸受メタル４の径方向に離れた位置で軸受メタル４の周方向に沿ってリング状に設けられている。

このようなジャーナル軸受１によれば、図３に破線で示すように、切欠５３（可撓手段５）を設けない場合、回転軸３が軸受メタル４の軸受面４ａに片当たりすることにより、軸受面４ａの軸方向（図６のＬ）において、片当たりする部分（軸方向Ｌの一端部分）に集中して面圧が高くなっている。これに対し、本実施形態のように切欠５３を設けることにより、当該片当たりする部分の軸受メタル４における軸受面４ａの背側となる外周面４ｂに当接する支持リング２の一部が径方向外側に撓むことで、片当たりする部分の軸受メタル４の軸受面４ａが径方向外側に撓むため、面圧が軸方向Ｌの両端部分に分散され、軸方向Ｌでほぼ均等に軸受メタル４の軸受面４ａに対して面圧が掛かることが分かる。そして、軸方向Ｌでほぼ均等に軸受メタル４の軸受面４ａに対して面圧が掛かることから、回転軸３の軸芯Ｃ’に対する傾きが抑制されていることが分かる。このように、本実施形態のジャーナル軸受１によれば、回転軸３を傾けることなく軸受メタル４への回転軸３の片当たりを防ぐことが可能になる。

なお、可撓手段５としての切欠５３は、面圧が軸方向Ｌの両端部分に分散されるように、軸受メタル４の軸受面４ａを径方向外側に撓ませるために、当該軸受面４ａの背側となる外周面４ｂに当接する支持リング２の一部が、片当たりする部分の面圧に応じた弾性率となるように、切欠５３の径方向寸法、切欠５３の軸芯Ｃ，Ｃ’方向寸法、切欠５３の径方向位置などを設定すればよい。

また、本実施形態のジャーナル軸受１は、図８に示すように、可撓手段５としての切欠５３が、回転軸３が片当たりして軸受メタル４の軸受面４ａの面圧が高まり得る部分の近傍にのみ設けられていることが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、回転軸３が片当たりしない運転条件（例えば、回転軸３を回転させる定格運転時）において、軸受のサポート剛性を確保することが可能になる。

［実施形態４］
図９は、本実施形態に係るジャーナル軸受の側断面図であり、図１０は、本実施形態に係るジャーナル軸受の横断面図であり、図１１は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の横断面図である。本実施形態においては、上述した実施形態１と可撓手段５の構成が異なる。したがって、本実施形態の説明において、上述した実施形態１と同等の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のジャーナル軸受１では、図９および図１０に示すように、可撓手段５は、回転軸３が片当たりし得る軸受メタル４における軸受面４ａの背側となる外周面４ｂに設けられ、当該部分の軸受メタル４の径方向寸法が、軸受メタル４の他の部分と比較して小さく形成される逃部５４からなる。図９において、回転軸３が片当たりする軸受メタル４の軸受面４ａは、図９中の軸芯Ｃ，Ｃ’の延在方向における左端側とする。逃部５４は、図９に示すように、回転軸３が片当たりし得る部分において軸受メタル４の外周面４ｂが、切り欠かれて徐々に他の径方向寸法と同じくなるように、支持リング２との間に楔形の隙間をなし、図１０に示すように、軸受メタル４の周方向に沿ってリング状に設けられている。

このようなジャーナル軸受１によれば、図３に破線で示すように、逃部５４（可撓手段５）を設けない場合、回転軸３が軸受メタル４の軸受面４ａに片当たりすることにより、軸受面４ａの軸方向（図９のＬ）において、片当たりする部分（軸方向Ｌの一端部分）に集中して面圧が高くなっている。これに対し、本実施形態のように逃部５４を設けることにより、当該片当たりする部分の軸受メタル４における軸受面４ａが逃部５４側である径方向外側に逃げて、片当たりする部分の軸受メタル４の軸受面４ａが径方向外側に撓むため、面圧が軸方向Ｌの両端部分に分散され、軸方向Ｌでほぼ均等に軸受メタル４の軸受面４ａに対して面圧が掛かることが分かる。そして、軸方向Ｌでほぼ均等に軸受メタル４の軸受面４ａに対して面圧が掛かることから、回転軸３の軸芯Ｃ’に対する傾きが抑制されていることが分かる。このように、本実施形態のジャーナル軸受１によれば、回転軸３を傾けることなく軸受メタル４への回転軸３の片当たりを防ぐことが可能になる。

なお、可撓手段５としての逃部５４は、面圧が軸方向Ｌの両端部分に分散されるように、軸受メタル４の軸受面４ａを径方向外側に撓ませるために、当該軸受メタル４が、片当たりする部分の面圧に応じた弾性率となるように、逃部５４の径方向寸法、逃部５４の軸芯Ｃ，Ｃ’方向寸法などを設定すればよい。また、逃部５４は、楔形の隙間をなす以外に、矩形の隙間をなすように設けられていてもよい。楔形の場合は、軸受メタル４の径方向寸法が軸芯Ｃ，Ｃ’方向で徐々に変化するため、軸芯Ｃ，Ｃ’方向での面圧の変化を滑らかにすることが可能である。

また、本実施形態のジャーナル軸受１は、図１１に示すように、可撓手段５としての逃部５４が、回転軸３が片当たりして軸受メタル４の軸受面４ａの面圧が高まり得る部分の近傍にのみ設けられていることが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、回転軸３が片当たりしない運転条件（例えば、回転軸３を回転させる定格運転時）において、軸受のサポート剛性を確保することが可能になる。

１ ジャーナル軸受
２ 支持リング
３ 回転軸
４ 軸受メタル
４ａ 軸受面
４ｂ 外周面
５ 可撓手段
５１ 弾性部材
５２ 冷却油供給部
５２ａ 冷却油溝
５２ｂ 冷却油貯留部
５２ｃ 供給管
５２ｄ ポンプ
５３ 切欠
５４ 逃部
Ｃ，Ｃ’ 軸芯

Claims (6)

1. 固定体に支持される支持リングと、回転軸が支持される軸受面を内周面に有するとともに前記支持リングで外周面が支持される軸受メタルとを備えるジャーナル軸受において、
   前記回転軸が片当たりし得る前記軸受メタルの軸受面が径方向外側に撓む態様で設けられる可撓手段を備えることを特徴とするジャーナル軸受。
2. 前記可撓手段は、前記回転軸が片当たりし得る前記軸受メタルの外周面と前記支持リングとの間に設けられる弾性部材からなることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受。
3. 前記弾性部材とともに設けられて前記軸受メタルの外周面に冷却油を供給する冷却油供給部を備えることを特徴とする請求項２に記載のジャーナル軸受。
4. 前記可撓手段は、前記回転軸が片当たりし得る前記軸受メタルにおける軸受面の背側となる外周面から、前記軸受メタルの径方向に離れた位置で前記支持リングに対して形成される切欠からなることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受。
5. 前記可撓手段は、前記回転軸が片当たりし得る前記軸受メタルにおける軸受面の背側となる外周面に設けられ、当該部分の前記軸受メタルの径方向寸法が、前記軸受メタルの他の部分と比較して小さく形成される逃部からなることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受。
6. 前記可撓手段が、前記回転軸が片当たりして前記軸受メタルの軸受面の面圧が高まり得る部分の近傍にのみ設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のジャーナル軸受。

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