JP2014156903A - Bearing pad, bearing device with this bearing pad and rotary machine with this bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気タービンやガスタービン、圧縮機、発電機等の大型回転機械の回転軸(ロータ)を回転自在に支持する軸受パッド、これを備えた軸受装置及びこの軸受装置を備えた回転機械に関する。 The present invention relates to a bearing pad that rotatably supports a rotating shaft (rotor) of a large-sized rotating machine such as a steam turbine, a gas turbine, a compressor, and a generator, a bearing device including the same, and a rotating machine including the bearing device About.
従来の回転機械に用いられる軸受装置の一例を図13,14に示す。この軸受装置100は、ジャーナル軸受またはティルティングパッド軸受と呼ばれ、回転軸101の軸線Oの周方向に沿って所定の間隔を空けて複数(本例の場合は4つ)配置された軸受パッド102を備えている。これら軸受パッド102はハウジング103に収容されるとともに、回転軸101を軸線O回りに回転自在となるように支持している。大型回転機械用のジャーナル軸受においては、機械の安全な運転を可能にするため、油浴潤滑により潤滑されることが一般的であり、回転軸101と軸受パッド102との間には潤滑油の油膜が形成されている。
An example of a bearing device used in a conventional rotating machine is shown in FIGS. The
軸受パッド102は、ピボット104により支持されており、このピボット104は、回転軸101の片当たりを防止する目的で点支持型が知られている。点支持型の場合、軸受パッド102は、それぞれに対応する支持環3に対して、その先端が例えば半球面形状をなすピボット104の支持点を中心に任意の方向に揺動自在に支持される。回転軸101の回転に応じて軸受パッド102が揺動することで傾斜し、油膜のくさび作用によって軸受パッド102の内周面(摺動面)102aと回転軸101の外周面(摺動面)101aとの間に油膜圧力が発生する。軸受装置100の下半側に位置する軸受パッド102に発生した、この油膜圧力によって回転軸101の過重(負荷)を支持する構成となっている。
The
なお、ハウジング103に開口された給油孔106から給油された潤滑油は、ハウジング103の内部を通って軸受パッド102の回転方向後方側に位置するノズル107から回転軸101の外周面101aに向かって噴出される。これによって、回転軸101の外周面101aと軸受パッド102の内周面102aとの間に油膜を形成して摩擦を低減することで潤滑を行っている。
The lubricating oil supplied from the
この軸受装置100のように、軸受内部が潤滑油で充満されておらず、回転軸101と軸受パッド102との摺動部のみに潤滑油を供給する方式の軸受は、一般に直接潤滑式軸受と呼ばれている。この直接潤滑式軸受は、軸受内部に潤滑油が充満していないため、ノズル107からの給油量がポンプ給油圧の低下などにより少なくなった場合、ノズル107からの給油量が低下する。
As in this bearing
このような場合、回転軸101と軸受パッド102との摺動面全面に潤滑油が行き渡らず、軸受パッド102の後縁付近(軸受パッド102の内周面102aにおける潤滑油の流れ方向最下流端部102b付近)のみが潤滑される状況が発生する。これにより、特に軸受パッド102の後縁付近において局所的な潤滑油の剪断発熱が生じるため、油膜及び軸受パッド102の温度上昇が局所的に大きくなってしまう。よって、軸受パッド102に熱応力及び熱変形が生じて、軸受装置100の負荷能力(軸受が支持できる回転軸の重量)が低下したり、焼付きや潤滑油の劣化等の不具合が生じたりする問題があった。
In such a case, the lubricating oil does not spread over the entire sliding surface between the rotating
ここで、図15は軸受パッド102の内周面102aにおける油膜の温度分布の解析結果を示している。これより、軸受パッド102の後縁付近(内周面102aにおける潤滑油の流れ方向最下流端部102b付近)に最も高温となる領域Hが生じていることが分かる。また、内周面102aにおける潤滑油の流れ方向最下流端部102b付近では、軸受パッド102の幅方向(回転軸101の軸線O方向)における両端部よりも中央部の方が、領域Hが広く分布していることから、中央部ほど高温になっていることが分かる。さらに、等温線は、軸受パッド102の流れ方向下流側において互いに軸線方向に略平行とされている。
Here, FIG. 15 shows the analysis result of the temperature distribution of the oil film on the inner
また、潤滑油の重要な作用としては、潤滑作用に加えて、前述のように内周面102aにおいて発生した熱を吸収して持ち去ることによる冷却作用もある。ところが、1つの軸受パッド102の内周面102aで作用した後の潤滑油は、潤滑油の流れ方向下流側に隣接する軸受パッド102の内周面102aに、所謂、キャリーオーバー油として流入してしまう。また、潤滑油は圧力等高線と直交する方向に流れるため、径方向と直交する方向、つまり周方向に流れて、キャリーオーバー油として潤滑油の流れ方向下流側に隣接する軸受パッド102の内周面102aに流入する。このため、1つの軸受パッド102で作用して高温となった潤滑油が、キャリーオーバー油として隣の軸受パッド102の内周面102aに流入すると、そこでの冷却作用が低下してしまい、結果として必要な潤滑油量の増大を招いてしまうという問題があった。
Further, as an important function of the lubricating oil, in addition to the lubricating function, there is also a cooling function by absorbing and removing the heat generated on the inner
換言するならば、如何にして、このキャリーオーバー油の流入を防止するかが軸受効率に直結し、ひいては潤滑油量の低減に結びつくこととなる。そして、この潤滑油量の低減は、ジャーナル軸受のシステムにおいて潤滑油の給油装置と貯油槽等の付帯設備が大きな比重を占めていることから、ジャーナル軸受システムのコストダウンや小型化に大きく影響する。また、潤滑油については、回転軸101の回転による潤滑油の攪拌に伴う攪拌損失があるが、潤滑油量の低減によりこの攪拌損失も低減させることができ、結果として軸受損失の低減につながる。
In other words, how to prevent the carry-over oil from flowing directly affects the bearing efficiency, which leads to a reduction in the amount of lubricating oil. This reduction in the amount of lubricating oil greatly affects the cost reduction and downsizing of the journal bearing system because the lubricating oil supply device and the auxiliary equipment such as the oil storage tank occupy a large specific gravity in the journal bearing system. . In addition, with regard to the lubricating oil, there is an agitation loss accompanying the agitation of the lubricating oil due to the rotation of the rotating
このようなキャリーオーバー油を防止する発明として、例えば、以下の特許文献1が提案されている。
As an invention for preventing such carry-over oil, for example, the following
また、特許文献1に記載の軸受装置は、パッドの摺動面(内周面)に、回転軸の回転に伴う潤滑油の移動方向について下流側となる後端部で、軸方向に細長く且つ少なくとも一端がサイドプレートに向けて開放された導油溝を設けている。また、導油溝の開放端に対応する位置でサイドプレートに排油口を開口させ、さらにパッドとサイドプレートとの間の隙間に流れる潤滑油の流れに直交する状態で内側へ突出するせき止めフェンスを排油口に近接させてサイドプレートに設けている。
Further, the bearing device described in
上記特許文献1に記載の軸受装置では、回転軸の速度が高速な場合などには、パッドと回転軸との間にある潤滑油を、確実に導油溝に導いて、排油口から効率的に排出することができない虞がある。この場合には、潤滑油がキャリーオーバー油として潤滑油の流れ方向下流側に隣接するパッドに流入してしまい、隣接するパッドを効率的に冷却することができないという問題点がある。
In the bearing device described in
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、回転軸と軸受パッドの回転軸の支持面との間から高温となった潤滑油を効率的に排出することができる軸受パッド、これを備えた軸受装置及びこの軸受装置を備えた回転機械を提供する。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a bearing pad capable of efficiently discharging lubricating oil having a high temperature from between the rotating shaft and the support surface of the rotating shaft of the bearing pad. Provided are a bearing device including the same and a rotating machine including the bearing device.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る軸受パッドは、軸線回りに回転する回転軸の外周面との隙間に潤滑油を介在させて、前記回転軸を外周側からパッド支持面によって支持するパッド本体を備え、前記パッド支持面の前記回転軸の回転方向前方側における前記軸線方向両側の両縁部の少なくとも一方が、前記回転方向前方側に向かうしたがって前記軸線方向両側の両縁部の他方に近接するように形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
That is, the bearing pad according to the present invention includes a pad body that supports the rotary shaft from the outer peripheral side by a pad support surface by interposing lubricating oil in a gap with the outer peripheral surface of the rotary shaft that rotates about the axis. Formed such that at least one of both edge portions on both sides in the axial direction on the front side in the rotational direction of the rotational axis of the pad support surface is directed toward the front side in the rotational direction, and therefore close to the other of both edge portions on both sides in the axial direction. It is characterized by being.
このような軸受パッドでは、パッド支持面の回転方向前方側における軸線方向両側の両縁部の少なくとも一方が、回転軸の回転方向前方側に向かうしたがって軸線方向両側の両縁部の他方に近接するように形成されている。これにより、パッド支持面における圧力等高線は、パッド支持面の回転方向前方側では端部の形状に対応して、両縁部の一方から他方に近接するような線とされる。よって、両縁部の少なくとも一方側における潤滑油は、上記のとおり圧力等高線と直交する方向に流れるため、支持面の幅方向(回転軸の軸線方向)外側且つ回転軸の回転方向前方側に向かって流れる。したがって、軸受パッドの回転軸の支持面(パッド支持面)における回転軸の回転方向前方側と回転軸との間から、高温となった潤滑油を排出することができる。 In such a bearing pad, at least one of both edge portions on both sides in the axial direction on the front side in the rotation direction of the pad support surface is directed toward the front side in the rotation direction of the rotation shaft, and therefore close to the other of both edge portions on both sides in the axial direction. It is formed as follows. As a result, the pressure contour line on the pad support surface is a line that is close to the other side from one of both edges corresponding to the shape of the end portion on the front side in the rotational direction of the pad support surface. Therefore, since the lubricating oil on at least one side of both edges flows in the direction perpendicular to the pressure contour line as described above, the lubricating oil is directed outward in the width direction of the support surface (axial direction of the rotating shaft) and forward in the rotational direction of the rotating shaft. Flowing. Therefore, the lubricating oil that has reached a high temperature can be discharged from between the rotation shaft front side of the rotation shaft and the rotation shaft of the bearing pad rotation shaft support surface (pad support surface).
また、本発明に係る軸受パッドは、前記パッド支持面の前記両縁部が、前記回転方向前方側に向かうしたがって互いに近接するように形成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the bearing pad which concerns on this invention is formed so that the said both edge parts of the said pad support surface may approach mutually so that it may go to the said rotation direction front side.
このような軸受パッドでは、潤滑油は、パッド支持面の両縁部の両側において、支持面の幅方向(回転軸の軸線方向)外側且つ回転軸の回転方向前方側に向かって流れる。したがって、軸受パッドの回転軸の支持面(パッド支持面)における回転軸の回転方向前方側の両縁部と回転軸との間から、高温となった潤滑油を両縁側から排出することができる。 In such a bearing pad, the lubricating oil flows on both sides of the both edge portions of the pad support surface toward the outside in the width direction of the support surface (axial direction of the rotation shaft) and toward the front side in the rotation direction of the rotation shaft. Accordingly, the lubricating oil having a high temperature can be discharged from both edges on the support surface (pad support surface) of the rotation axis of the bearing pad from between both edges on the front side in the rotation direction of the rotation shaft and the rotation shaft. .
また、本発明に係る軸受パッドは、前記パッド支持面の前記回転方向前方側の端部は、前記回転方向前方側に向かって膨らむ円弧状に形成されていてもよい。 Moreover, the bearing pad which concerns on this invention may be formed in the circular arc shape which the edge part of the said rotation direction front side of the said pad support surface swells toward the said rotation direction front side.
このような軸受パッドでは、潤滑油は、パッド支持面の回転方向前方側の広範囲にわたって、支持面の幅方向(回転軸の軸線方向)外側且つ回転軸の回転方向前方側に向かって流れる。したがって、軸受パッドの回転軸の支持面(パッド支持面)における回転軸の回転方向前方側と回転軸との間から、高温となった潤滑油を確実に排出することができる。 In such a bearing pad, the lubricating oil flows over a wide range on the front side in the rotation direction of the pad support surface, outward in the width direction of the support surface (axial direction of the rotation shaft) and toward the front side in the rotation direction of the rotation shaft. Therefore, it is possible to reliably discharge the lubricating oil that has reached a high temperature from between the rotation shaft front side of the rotation shaft and the rotation shaft of the bearing pad rotation shaft support surface (pad support surface).
また、本発明に係る軸受パッドは、前記パッド支持面と反対側のパッド取付面の形状と、該パッド支持面の形状とは、互いに同一であってもよい。 In the bearing pad according to the present invention, the shape of the pad mounting surface opposite to the pad support surface and the shape of the pad support surface may be the same.
このような軸受パッドでは、パッド取付面の形状はパッド支持面の形状と同一であるため、軸受パッドの径方向にわたって高温となった潤滑油を排出することができる。 In such a bearing pad, since the shape of the pad mounting surface is the same as the shape of the pad support surface, the lubricating oil having a high temperature in the radial direction of the bearing pad can be discharged.
また、本発明に係る軸受パッドは、前記パッド支持面と反対側のパッド取付面の形状と、該パッド支持面の形状とは、互いに異なり、前記パッド支持面と前記パッド取付面とは互いに、径方向外側に向かうにしたがって次第に前記回転方向前方側に向かうように形成された連結壁部で連結されていてもよい。 Further, in the bearing pad according to the present invention, the shape of the pad mounting surface opposite to the pad supporting surface and the shape of the pad supporting surface are different from each other, and the pad supporting surface and the pad mounting surface are You may connect with the connection wall part formed so that it might go to the said rotation direction front side gradually as it went to radial direction outer side.
このような軸受パッドでは、パッド取付面の面積の方がパッド支持面の面積よりも大きいため、パッド本体が他の支持部材に確実に取り付けられるとともに、パッド支持面は潤滑油を確実に排出することができる。 In such a bearing pad, since the area of the pad mounting surface is larger than the area of the pad support surface, the pad main body is securely mounted to another support member, and the pad support surface reliably discharges the lubricating oil. be able to.
また、本発明に係る軸受装置は、ハウジングと、該ハウジング内に揺動自在に支持され、前記回転軸の周方向に複数配置される上記のいずれか一に記載の複数の軸受パッドと、互いに隣り合う前記軸受パッドの間から前記隙間に前記潤滑油を供給する潤滑油供給部とを備えていることを特徴とする。 Further, a bearing device according to the present invention includes a housing, the plurality of bearing pads according to any one of the above, which are swingably supported in the housing and arranged in the circumferential direction of the rotating shaft, And a lubricating oil supply section that supplies the lubricating oil to the gap from between the adjacent bearing pads.
このような軸受装置では、潤滑油供給部から供給された潤滑油は、パッド支持面と回転軸の外周面との間を流れて、両縁部の少なくとも一方側において、支持面の幅方向(回転軸の軸線方向)外側且つ回転軸の回転方向前方側に向かって流れる。よって、軸受パッドの回転軸の支持面(パッド支持面)における回転軸の回転方向前方側と回転軸との間から、高温となった潤滑油を排出することができる。したがって、一の軸受パッドのパッド支持面を流れた潤滑油は、回転方向前方側の他の軸受パッドに流れ込むことがない。 In such a bearing device, the lubricating oil supplied from the lubricating oil supply section flows between the pad support surface and the outer peripheral surface of the rotating shaft, and at least one side of both edges, the width direction of the support surface ( It flows toward the outside in the axial direction of the rotating shaft) and forward in the rotating direction of the rotating shaft. Therefore, the lubricating oil having a high temperature can be discharged from between the rotating shaft front side of the rotating shaft on the supporting surface (pad supporting surface) of the bearing pad and the rotating shaft. Therefore, the lubricating oil that has flowed through the pad support surface of one bearing pad does not flow into the other bearing pads on the front side in the rotational direction.
また、本発明に係る回転機械は、前記回転軸と、該回転軸を回転自在に支持する上記に記載の軸受装置とを備えていることを特徴とする。 A rotating machine according to the present invention includes the rotating shaft and the bearing device described above that rotatably supports the rotating shaft.
このような回転機械では、一の軸受パッドのパッド支持面を流れた潤滑油は、回転方向前方側の他の軸受パッドに流れ込むことがない。 In such a rotating machine, the lubricating oil that has flowed on the pad support surface of one bearing pad does not flow into the other bearing pads on the front side in the rotational direction.
本発明に係る軸受パッド、これを備えた軸受装置及びこの軸受装置を備えた回転機械によれば、両縁部の少なくとも一方側における潤滑油は、上記のとおり圧力等高線と直交する方向に流れるため、支持面の幅方向(回転軸の軸線方向)外側且つ回転軸の回転方向前方側に向かって流れる。よって、軸受パッドの回転軸の支持面(パッド支持面)における回転軸の回転方向前方側において、高温となった潤滑油を排出することができる。したがって、回転軸と軸受パッドの回転軸の支持面(パッド支持面)との間から、高温となった潤滑油を効率的に排出することができる。 According to the bearing pad, the bearing device including the bearing pad, and the rotary machine including the bearing device according to the present invention, the lubricating oil on at least one side of both edge portions flows in the direction orthogonal to the pressure contour as described above. Then, it flows toward the outside in the width direction of the support surface (axial direction of the rotating shaft) and forward in the rotating direction of the rotating shaft. Therefore, the lubricating oil that has reached a high temperature can be discharged on the front side in the rotation direction of the rotary shaft on the support surface (pad support surface) of the rotary shaft of the bearing pad. Accordingly, the lubricating oil having a high temperature can be efficiently discharged from between the rotating shaft and the support surface (pad support surface) of the rotating shaft of the bearing pad.
以下、本発明の軸受パッド、これを備えた軸受装置及びこの軸受装置を備えた回転機械に係る各実施形態及び各変形例について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施形態及び各変形例においては、図13から図15を用いて説明した従来の軸受装置との相違点を中心に説明を行い、その他については同様であるとしてその説明を省略する。 Hereinafter, embodiments and modifications of a bearing pad according to the present invention, a bearing device including the same, and a rotary machine including the bearing device will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment and each modified example, description will be made centering on differences from the conventional bearing device described with reference to FIG. 13 to FIG.
(第一実施形態)
まず、本発明の第一実施形態に係る回転機械の一例として蒸気タービン20について、図1を参照して説明する。ここで、蒸気タービンとは、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に連結して用いられるものである。
(First embodiment)
First, a steam turbine 20 as an example of a rotating machine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the steam turbine is an external combustion engine that extracts steam energy as rotational power, and is used by being connected to a generator or the like in a power plant.
図1に示すように、蒸気タービン20は、ケーシング30と、ケーシング30内に流入する蒸気Sの量と圧力を調整する調整弁40と、ケーシング30の内側に回転自在に設けられ、図示しない発電機等の機械に動力(回転エネルギー)を伝達する軸体50と、ケーシング30に保持された静翼60と、軸体50に設けられた動翼70と、軸体50及び動翼70を軸線O回りに回転自在に支持する軸受部80とを主たる構成としている。
As shown in FIG. 1, the steam turbine 20 includes a
ケーシング30は、内部空間が気密に封止されているとともに、蒸気Sの流路とされている。このケーシング30の内壁面には、軸体50が挿通されたリング状の仕切板外輪(ステータ)31が強固に固定されている。
調整弁40は、ケーシング30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Sが流入する調整弁室41と、弁体42と、弁座43とを備えており、弁体42が弁座43から離れると蒸気流路が開いて、蒸気室44を介して蒸気Sがケーシング30の内部空間に流入するようになっている。
A plurality of regulating
軸体50は、軸線回りに回転する回転軸10と、この回転軸10の外周面10a(図2参照)から軸線Oの径方向に延出した複数のディスク11とを備えている。
The
軸受部80は、ジャーナル軸受(軸受装置)1及びスラスト軸受81を備えており、軸体50を回転自在に支持している。
The bearing
静翼60は、軸体50を囲繞するように放射状に多数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ前述した仕切板外輪31に保持されている。これら静翼60の径方向における内側は、軸体50が挿通されたリング状のハブシュラウド61で連結され、その先端部が軸体50に対して径方向に隙間をあけて配設されている。
これら複数の静翼60からなる環状静翼群は、軸方向に間隔をあけて六つ形成されており、蒸気Sの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、下流側に隣接する動翼70側に案内するようになっている。
A large number of the
The group of annular stator blades composed of the plurality of
動翼70は、軸体50が有するディスク11の外周部に強固に取り付けられている。この動翼70は、各環状静翼群の下流側において、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。
これら環状静翼群と環状動翼群とは、一組一段とされている。即ち、蒸気タービン20は、六段に構成されている。
The
These annular stator blade groups and annular rotor blade groups are grouped into one stage. That is, the steam turbine 20 is configured in six stages.
次に、本実施形態に係る蒸気タービン20に適用される軸受装置1について、図2から図5を参照して説明する。
Next, the
本実施形態の軸受装置1では、図2に示すように、軸線Oと直交する断面が環状に形成されたハウジング2内に、回転軸10の軸線Oの周方向に分割された複数(本実施形態では4つ)の支持環3が固定されている。各支持環3は、軸線Oに直交する断面が円弧状をなし、かつ、軸線O方向に幅広な湾曲板形状をなしている。ハウジング2の内周面2bと支持環3の外周面3aとの間には、軸線Oの径方向に隙間Cが設けられている。なお、ハウジング2には、潤滑油を給油するための図示しない給油孔(図13の給油孔106参照)が少なくとも1つ、ハウジング2の外周面2aから内周面2bまで貫通しており、図示しない潤滑油供給源及び潤滑油供給ポンプと接続されている。
In the
周方向に互いに隣り合う支持環3の間には、複数(本実施形態では4つ)の給油ノズル(潤滑油供給部)4が、支持環3と一体的に固定されている。給油ノズル4の外周側には、給油孔から給油されて隙間Cを流れる潤滑油を、給油ノズル4内に導入するために、ハウジング2の内周面2bと対向して導入口4aが開口されている。また、給油ノズル4の内周側には、給油ノズル4内に導入された潤滑油を、回転軸10の外周面10aに向かって噴出するために、外周面10aと対向して複数(本実施形態では7つ、図3参照)の給油口4bが、軸線O方向に沿ってそれぞれ開口されている。
A plurality (four in this embodiment) of oil supply nozzles (lubricating oil supply units) 4 are fixed integrally with the
支持環3の内周面3bの略中央部には、内周側に突出するピボット7が支持環3と一体的に固定されており、ピボット7の内周側の先端は略半球面形状をなしている。
A pivot 7 that protrudes toward the inner peripheral side is fixed integrally with the
周方向に互いに隣り合う給油ノズル4の間には、パッド本体5を有する軸受パッド6が、その外周側の面であるパッド取付面5aにおいて、ピボット7の内周側の先端を支点として揺動自在となるように、支持環3の内周側にピボット7によって点支持されている。よって、回転軸10と軸受装置1との間にミスアライメント(軸線Oの径方向における回転軸10の外周面10aとパッド本体5の内周側の面であるパッド支持面5bとの間の隙間Fが不均一な状態)が発生した場合には、軸受パッド6(パッド本体5)が回転軸10に追従することができる。なお、パッド本体5は、ピボット7に接しているのみであり、パッド本体5のパッド取付面5aと支持環3の内周面3bとの間には、軸線Oの径方向における隙間Dが設けられている。
Between the
各パッド本体5は、軸線Oに直交する断面が円弧状をなし、かつ、軸線O方向に幅広な湾曲板形状をなしている。また、パッド本体5は軸線Oの周方向に複数(本実施形態では4つ)配設されている。また、一の支持環3の軸線Oの径方向内側に、対応する一のパッド本体5が位置するように配設されている。なお、パッド本体5を支持するピボット7も、パッド本体5と1対1で対応するように、複数(本実施形態では各4つ)配置されている。
Each
このパッド本体5のパッド支持面5bの曲率半径は、回転軸10の外周面10aの曲率半径よりやや大きく形成されている。即ち、パッド支持面5b全面は、回転軸10の外周面10aと接触することはない。また、パッド支持面5bは、ホワイトメタル(バビットメタル)などの軟質金属によって形成されている。
The radius of curvature of the
また、パッド本体5の回転P方向端部5c(回転P方向前方の端部5c1及び回転P方向後方の端部5c2)と給油ノズル4の回転P方向端部4cとの間には、隙間Eがそれぞれ設けられている。隙間Eは、隙間Dととともに、パッド本体5が揺動自在となるような寸法範囲、即ち、パッド本体5が揺動した際に支持環3及び給油ノズル4と接触しないような寸法範囲に設定されている。
Further, there is a gap E between the rotation P-
また、前述のように、パッド本体5のパッド支持面5bと回転軸10の外周面10aとの間には、軸線Oの径方向における隙間Fを形成している。支持環3に固定された給油ノズル4は、互いに隣り合うパッド本体5の間に位置する給油口4bから、この隙間Fに潤滑油を供給している。そして、パッド本体5は、この隙間Fに潤滑油を介在させることで、回転軸10の外周側(外周面10a側)から、そのパッド支持面5bによって回転軸10を軸線O回りに回転自在となるように支持している。
Further, as described above, a gap F in the radial direction of the axis O is formed between the
また、支持環3、給油ノズル4及びパッド本体5の各軸線O方向側面3d、4d及び5dと、ハウジング2の径方向内側に向かって立設する側板2cとの間には、隙間G(図3参照)が形成されている。つまり、隙間Gは、支持環3、給油ノズル4及びパッド本体5の軸線O方向両端側に向かって形成されている。
Further, a gap G (see FIG. 5) is formed between the side surfaces 3d, 4d, and 5d of the
図3から図5に示すように、パッド本体5は、パッド取付面5aの形状とパッド取付面5aと反対側のパッド支持面5bの形状とは、互いに同一となるように形成されている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the pad
本実施形態では、パッド取付面5a及びパッド支持面5bの回転P方向後方の端部5c2は、軸線O方向に延びる直線とされている。また、パッド取付面5a及びパッド支持面5bの回転P方向前方の端部5c1は、回転P方向前方側に向かって膨らむ円弧状に形成されている。
In the present embodiment, the end 5c2 of the
換言すると、パッド支持面5b及びパッド取付面5aの幅方向外側(軸線O方向両側)の両縁部は、回転P方向前方側に向かうにしたがって互いに近接するように形成されている。
In other words, both edge portions of the
次に、本実施形態の軸受パッド6を用いた軸受装置1における作用について説明する。
Next, the operation of the
潤滑油供給源及び潤滑油供給ポンプから供給された高圧で低温の潤滑油は、ハウジング2に開口された給油孔を介して、隙間Cに流入する。隙間Cに流入した潤滑油は、隙間Cに沿って主に周方向に流れながら、導入口4aを介して給油ノズル4内に流入するとともに、隙間G内にも流入していく。この隙間G内に流入した潤滑油は、隙間D,Eを介して隙間Fに流入する。
The high-pressure and low-temperature lubricating oil supplied from the lubricating oil supply source and the lubricating oil supply pump flows into the gap C through the oil supply hole opened in the
また、給油ノズル4内に流入した潤滑油は、給油ノズル4内を内周側に向かって流れた後、給油口4bから回転軸10の外周面10aに向かって噴出される。外周面10aに向かって噴出された低温の潤滑油は、回転軸10の回転に巻き込まれて隙間F内へと導かれていく。
The lubricating oil that has flowed into the
このように隙間Fに流入した潤滑油は、主に回転軸10の回転P方向前方側に向かって流れていく。つまり、潤滑油の流れ方向(図2に示す矢印Q)は、回転軸10の回転P方向とされている。
Thus, the lubricating oil that has flowed into the gap F flows mainly toward the front side in the rotation P direction of the
なお、この際の隙間Fは潤滑油で満たされるが、各パッド本体5のパッド支持面5bがほぼ静止しているのに対して、回転軸10側が非常な高周速で回転するため、狭い隙間Fに満たされた潤滑油には、回転軸10側とパッド本体5側との間で、非常に大きな速度差が生じる。このような速度差が生じると、潤滑油に剪断力が働き、粘性力が潤滑油の内部で発生する。この粘性作用と、回転軸10と、各パッド本体5の動きから形成される傾きとにより、くさび効果が発生し、隙間F内の潤滑油に油膜圧力が発生して回転軸10を支持することができる。
Note that the gap F at this time is filled with lubricating oil, but the
ここで、図3のパッド本体5のパッド支持面5bに圧力等高線を実線で示す。図3から分かるように、各パッド本体5のパッド支持面5bに対して加わる圧力分布は、パッド本体5の端部の形状に対応した形状となる。つまり、圧力等高線は、回転P方向の後方側の端部5c2側では軸線O方向に向かった直線状をなし、側面5d側で回転P方向に向かった直線状をなし、回転P方向の前方側の端部5c1側ではパッド本体5の幅方向内側(軸線O方向中央側)に向かって膨らむ曲線状とされている。
Here, a pressure contour line is shown by a solid line on the
この圧力分布と同様に、回転軸10側とパッド本体5側との間の速度差に起因して潤滑油に働く剪断力により、潤滑油の内部では粘性力とともに熱も発生して、パッド本体5のパッド支持面5bにおいて温度差が生じる。
Similar to this pressure distribution, due to the shearing force acting on the lubricating oil due to the speed difference between the
ここで、図3のパッド本体5のパッド支持面5bに温度分布を二点鎖線で示す。図3から分かるように、パッド支持面5bでは、回転P方向後方(潤滑油の流れ方向上流側)の端部5c2から回転P方向前方(潤滑油の流れ方向下流側)の端部5c1に向かうにしたがって温度が高くなっている。また、端部5c1における等温線は、端部5c1の形状に対応して、パッド本体5の幅方向内側(軸線O方向中央側)に向かって膨らむ曲線状とされている。
Here, the temperature distribution is indicated by a two-dot chain line on the
一方で、この際の潤滑油は、回転軸10及び各パッド本体5間の潤滑作用をなすとともに、各パッド本体5の冷却作用をもなしている。即ち、各給油ノズル4の給油口4bから回転軸10の外周面10aに向かって噴出された低温の潤滑油は、前述のように、隙間F内を回転軸10の回転P方向(潤滑油の流れ方向)に沿って流れる際に、各パッド本体5をパッド支持面5b側から対流冷却している。よって、潤滑油は、パッド支持面5bの回転P方向後方(潤滑油の流れ方向上流側)の端部5c2から回転P方向前方側(潤滑油の流れ方向下流側)の端部5c1に向かうにしたがって、パッド本体5と熱交換して徐々に温度が上昇していく。
On the other hand, the lubricating oil at this time has a lubricating action between the
そして、高温となった潤滑油は、パッド本体5の回転P方向前方の端部5c1から、圧力等高線と直交する方向、つまりパッド本体5の幅方向外側且つ回転軸10の回転P方向前方方向(図3に示す矢印の方向)に向かって流れて、隙間E及び隙間Gに流入する。
And the lubricating oil which became high temperature is the direction orthogonal to a pressure contour from the edge part 5c1 ahead of the rotation P direction of the pad
このように構成された備えた蒸気タービン20によれば、パッド支持面5b及びパッド取付面5aの回転軸10の回転P方向前方の端部5c1が、回転P方向前方側に向かって膨らむ円弧状に形成されている。これにより、パッド支持面5bと回転軸10との間に介在する潤滑油は、パッド本体5の回転P方向前方の端部5c1から、パッド本体5の幅方向外側且つ回転軸10の回転P方向前方に向かって流れて、隙間E及び隙間Gに流入する。また、パッド取付面5aからパッド支持面5bまで径方向にわたって、潤滑油を隙間E及び隙間Gに流入させることができる。
ここで、本実施形態と、パッド本体5の端部5c1が軸線O方向に向かう直線状に形成されている構成とを比較する。端部5c1が軸線O方向に向かう直線状に形成された場合には、パッド支持面5bの回転P方向前方における圧力等高線が軸線O方向と略平行とされるため、潤滑油は軸線O方向と直交する方向に向かって、つまり隙間Eに向かって流れる。一方、本実施形態では、潤滑油は、端部5c1からパッド本体5の幅方向外側且つ回転軸10の回転P方向前方方向、つまり隙間Gに向かって流れる。よって、本実施形態では、上記の端部5c1が軸線O方向に向かう直線状に形成されている場合よりも、隙間Eに向かって流れる潤滑油を抑えることができる。
また、隙間Eに流出した潤滑油は、その量は抑えられているため回転P方向前方に配されたパッド本体5のパッド支持面5bと回転軸10との間にキャリーオーバー油として流入することはなく、給油ノズル4と側板2cとの間の隙間Gを通って回転P方向前方側に向かって流れている。
このように、高温となった潤滑油を、パッド本体5の端部5c1において、回転軸10とパッド支持面5bとの間から、幅方向外側且つ回転軸10の回転P方向前方に向かって高温となった潤滑油を効率的に排出することができる。さらに、回転P方向前方に配された給油ノズル4から供給させる潤滑油で、回転P方向前方に配されたパッド本体5を冷却することができるため、パッド本体5に生じる熱応力及び熱変形を緩和することができる。
According to the steam turbine 20 thus configured, the
Here, this embodiment is compared with a configuration in which the end portion 5c1 of the pad
Further, since the amount of the lubricating oil that has flowed out into the gap E is suppressed, it flows as carry-over oil between the
In this way, the lubricating oil that has become hot is heated at the end 5c1 of the
(第一実施形態の変形例1)
図6に示すように、第一実施形態の変形例1であるパッド本体105において、パッド取付面5a及びパッド支持面5bの回転P方向前方の端部105c1は、パッド本体105の幅方向の両縁部において幅方向外側且つ回転P方向前方側に向かって膨らむ径方向内側から見て円弧状の一対の円弧部116,116と、一対の円弧部116,116を連結する連結部117とを有している。
(
As shown in FIG. 6, in the pad
このように構成されたパッド本体105では、パッド支持面5bの回転P方向前方側の圧力等高線は、端部105c1の形状に対応した線とされる。よって、高温の潤滑油は、一対の円弧部116,116からこの円弧部116,116の円弧と略直交する方向、つまり幅方向外側且つ回転P方向前方方向(図6に示す矢印の方向)に向かって排出される。
In the pad
(第一実施形態の変形例2)
図7に示すように、第一実施形態の変形例2であるパッド本体205において、パッド取付面5a及びパッド支持面5bの回転P方向前方の端部205c1は、パッド本体205の幅方向の両縁部において幅方向内側に向かうにしたがって次第に前方に向かうように形成され径方向内側から見て直線状の一対の傾斜部206,206と、一対の傾斜部206,206を連結する連結部207とを有している。
(
As shown in FIG. 7, in the pad
このように構成されたパッド本体205では、パッド支持面5bの回転P方向前方側の圧力等高線は、端部205c1の形状に対応した線とされる。よって、高温の潤滑油は、一対の傾斜部206,206からこの傾斜部206,206の直線と略直交する方向、つまり幅方向外側且つ回転P方向前方方向(図7に示す矢印の方向)に向かって排出される。
In the pad
(第一実施形態の変形例3)
図8に示すように、第一実施形態の変形例3であるパッド本体305において、パッド取付面5a及びパッド支持面5bの回転P方向前方の端部305c1は、パッド本体305の幅方向の両縁部において幅方向内側に向かうにしたがって次第に前方に向かうように形成され径方向内側から見て直線状の一対の傾斜部306,306を有している。一対の傾斜部306,306の端部同士は互いに連結されている。
(
As shown in FIG. 8, in the pad
このように構成されたパッド本体305では、パッド支持面5bの回転P方向前方側の圧力等高線は、端部305c1の形状に対応した線とされる。よって、高温の潤滑油は、一対の傾斜部306,306からこの傾斜部306,306の直線と略直交する方向、つまり幅方向外側且つ回転P方向前方方向(図8に示す矢印の方向)に向かって排出される。
In the pad
(第一実施形態の変形例4)
図9に示すように、第一実施形態の変形例4の軸受パッド406は、複数のパッド本体405として、パッド本体405Aと、パッド本体405Aの回転P方向前方に配されたパッド本体405Bと、パッド本体405Bの回転P方向前方に配されたパッド本体405Aとを有している。
(
As shown in FIG. 9, the
パッド本体405Aは、パッド取付面5a及びパッド支持面5bの回転P方向前方の端部405c1の幅方向の一方側の縁部において幅方向内側に向かうにしたがって次第に回転P方向前方に向かうように形成され径方向内側から見て直線状の傾斜部406Aと、傾斜部406Aの端部から軸線O方向に向かって延出する径方向内側から見て直線状の直線部407Aとを有している。
The pad
パッド本体405Bは、パッド取付面5a及びパッド支持面5bの回転P方向前方の端部405c1の幅方向の他方側の縁部において幅方向内側に向かうにしたがって次第に回転P方向前方に向かうように形成され径方向内側から見て直線状の傾斜部406Bと、傾斜部406Bの端部から軸線O方向に向かって延出する径方向内側から見て直線状の直線部407Bとを有している。
The pad
このように、パッド本体405Aとパッド本体405Bとは、回転P方向に向かって交互に配設されている。
Thus, the pad
このように構成された軸受パッド406では、パッド支持面5bの回転P方向前方側の圧力等高線は、端部405c1の形状に対応した線とされる。よって、高温の潤滑油は、傾斜部406A,406Bからこの傾斜部406A,406Bの直線と略直交する方向、つまり幅方向外側且つ回転P方向前方に向かって排出される。
In the
また、パッド本体405Aでは幅方向の一方側に設けられた傾斜部406Aから潤滑油を排出し、パッド本体405Bでは幅方向の他方側に設けられた傾斜部406Bから潤滑油を排出するように、幅方向一方側及び他方側と交互に排出することができる。よって、高温の潤滑油を幅方向にバランスよく排出することができるため、潤滑油の軸線O方向にわたる温度差を抑えることができる。
Further, in the pad
(第二実施形態)
以下、本発明の第二実施形態に係るパッド本体505について、図10を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(Second embodiment)
Hereinafter, the pad
In this embodiment, the same members as those used in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施形態に係る蒸気タービンは、第一実施形態に係る蒸気タービン20の軸受パッド6を変更したものであって、それ以外の構成は第一実施形態にかかる蒸気タービン20と同一である。
The steam turbine according to the present embodiment is obtained by changing the
本実施形態に係るパッド本体505では、パッド支持面505bの形状とパッド取付面505aの形状とは、互いに異なっている。
In the pad
パッド支持面505bの回転P方向前方の端部505c1は、回転P方向前方側に向かって膨らむ円弧状に形成されている。また、パッド取付面505aの回転P方向前方の端部505d1は、回転P方向前方側に向かって膨らむ円弧状に形成されている。
The front end 505c1 of the
このパッド支持面505bの端部505c1の形状とパッド取付面505aの端部505d1の形状とは対応している。また、パッド取付面505aの端部505d1は、パッド支持面505bの端部505c1よりも、幅方向にわたって回転P方向前方に位置するように形成されている。つまり、パッド取付面505aの面積の方が、パッド支持面505bの面積よりも大きい。
The shape of the end portion 505c1 of the
このパッド支持面505bの端部505c1とパッド取付面505aの端部505d1とは、互いに連結壁部506で連結されている。この連結壁部506は、径方向外側に向かうにしたがって次第に回転P方向前方側に向かうにように形成されている。
The end portion 505c1 of the
このように構成されたパッド本体505では、パッド取付面505aの面積はパッド支持面505bの面積よりも大きいため、パッド本体505はピボット7に確実に支持されて取り付けられる。また、高温となった潤滑油は、パッド支持面505bの端部505c1から、連結壁部506に沿って、つまり径方向外側に向かうにしたがって次第に回転P方向前方側に向かうように排出される。したがって、高温の潤滑油は、パッド本体505の回転P方向前方の隙間E及び隙間Gにおける径方向外側を回転P方向に向かって流れるため、回転P方向前方に配されたパッド本体505のパッド支持面505bに流れ込むことはない。
In the pad
(第二実施形態の変形例1)
図11に示すように、第二実施形態の変形例1であるパッド本体605において、パッド支持面605bの回転P方向前方の端部605c1は、軸線O方向に向かって延びる直線状に形成されている。また、パッド取付面605aの回転P方向前方の端部605d1は、回転P方向前方側に向かって膨らむ円弧状に形成されている。また、パッド取付面605aの面積の方が、パッド支持面605bの面積よりも大きい。
(
As shown in FIG. 11, in the pad
このパッド支持面605bの端部605c1とパッド取付面605aの端部605d1とは、互いに連結壁部606で連結されている。この連結壁部606は、径方向外側に向かうにしたがって次第に回転P方向前方側に向かうように形成されている。
The end 605c1 of the
このように構成されたパッド本体605では、パッド取付面605aの面積はパッド支持面605bの面積よりも大きいため、パッド本体605はピボット7に確実に支持されて取り付けられる。また、高温となった潤滑油は、パッド支持面605bの端部605c1から、連結壁部606に沿って、つまり径方向外側に向かうにしたがって次第に回転P方向前方側に向かうよう排出される。したがって、高温の潤滑油は、パッド本体605の回転P方向前方の隙間E及び隙間Gにおける径方向外側を回転P方向に向かって流れるため、回転P方向前方に配されたパッド本体605のパッド支持面605bに流れ込むことはない。
In the pad
(第二実施形態の変形例2)
図12に示すように、第二実施形態の変形例2であるパッド本体705において、パッド支持面705bの回転P方向前方の端部705c1は、回転P方向前方側に向かって膨らむ円弧状に形成されている。また、パッド取付面705aの回転P方向前方の端部705d1は、軸線O方向に向かって延びる直線状に形成されている。また、パッド取付面705aの面積の方が、パッド支持面705bの面積よりも大きい。
(
As shown in FIG. 12, in the pad
このパッド支持面705bの端部705c1とパッド取付面705aの端部705d1とは、互いに連結壁部706で連結されている。この連結壁部706は、径方向外側に向かうにしたがって次第に回転P方向前方側に向かうように形成されている。
The end portion 705c1 of the
このように構成されたパッド本体705では、パッド取付面705aの面積はパッド支持面705bの面積よりも大きいため、パッド本体705はピボット7に確実に支持されて取り付けられる。また、高温となった潤滑油は、パッド支持面705bの端部705c1から、連結壁部706に沿って、つまり径方向外側に向かうにしたがって次第に回転P方向前方側に向かうよう排出される。したがって、高温の潤滑油は、パッド本体705の回転P方向前方の隙間E及び隙間Gにおける径方向外側を回転P方向に向かって流れるため、回転P方向前方に配されたパッド本体705のパッド支持面705bに流れ込むことはない。
In the pad
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、本実施形態においては、軸受パッド6はピボット7により支持されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られず、軸線O方向に向かって延びる部材により、軸受パッド6が軸線O方向にわたって支持される構成であってもよい。
For example, in the present embodiment, the
1…軸受装置
2…ハウジング
5,105,205,305,405,405A,405B,505,605,705…パッド本体
5a,505a,605a,705a…パッド取付面
5b,505b,605b,705b…パッド支持面
6,406…軸受パッド
10…回転軸
10a…回転軸の外周面
20…蒸気タービン(回転機械)
506,606,706…連結壁部
F…隙間
O…軸線
DESCRIPTION OF
506, 606, 706 ... connecting wall F ... gap O ... axis
Claims (7)
前記パッド支持面の前記回転軸の回転方向前方側における前記軸線方向両側の両縁部の少なくとも一方が、前記回転方向前方側に向かうしたがって前記軸線方向両側の両縁部の他方に近接するように形成されていることを特徴とする軸受パッド。 Comprising a pad body that supports the rotating shaft from the outer peripheral side by a pad support surface by interposing lubricating oil in a gap with the outer peripheral surface of the rotating shaft that rotates around the axis;
At least one of both edge portions on both sides in the axial direction on the front side in the rotation direction of the rotation axis of the pad support surface is directed to the front side in the rotation direction, and thus close to the other of both edge portions on both sides in the axial direction. A bearing pad that is formed.
前記パッド支持面の前記両縁部が、前記回転方向前方側に向かうしたがって互いに近接するように形成されていることを特徴とする軸受パッド。 The bearing pad according to claim 1,
2. The bearing pad according to claim 1, wherein the two edge portions of the pad support surface are formed so as to be directed toward the front side in the rotational direction and thus close to each other.
前記パッド支持面の前記回転方向前方側の端部は、前記回転方向前方側に向かって膨らむ円弧状に形成されていることを特徴とする軸受パッド。 The bearing pad according to claim 1 or 2,
An end of the pad support surface on the front side in the rotational direction is formed in an arc shape that bulges toward the front side in the rotational direction.
前記パッド支持面と反対側のパッド取付面の形状と、該パッド支持面の形状とは、互いに同一であることを特徴とする軸受パッド。 The bearing pad according to any one of claims 1 to 3,
The shape of the pad mounting surface opposite to the pad support surface and the shape of the pad support surface are the same as each other.
前記パッド支持面と反対側のパッド取付面の形状と、該パッド支持面の形状とは、互いに異なり、
前記パッド支持面と前記パッド取付面とは互いに、径方向外側に向かうにしたがって次第に前記回転方向前方側に向かうように形成された連結壁部で連結されていることを特徴とする軸受パッド。 The bearing pad according to any one of claims 1 to 3,
The shape of the pad mounting surface opposite to the pad support surface and the shape of the pad support surface are different from each other,
The bearing pad, wherein the pad support surface and the pad mounting surface are connected to each other by a connecting wall portion formed so as to gradually go to the front side in the rotational direction as going outward in the radial direction.
該ハウジング内に揺動自在に支持され、前記回転軸の周方向に複数配置される請求項1から5のいずれか一項に記載の複数の軸受パッドと、
互いに隣り合う前記軸受パッドの間から前記隙間に前記潤滑油を供給する潤滑油供給部とを備えていることを特徴とする軸受装置。 A housing;
A plurality of bearing pads according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of bearing pads are supported in a swingable manner in the housing and are arranged in the circumferential direction of the rotating shaft.
A bearing device comprising: a lubricating oil supply unit that supplies the lubricating oil to the gap from between the bearing pads adjacent to each other.
該回転軸を回転自在に支持する請求項6に記載の軸受装置とを備えていることを特徴とする回転機械。 The rotating shaft;
A rotary machine comprising the bearing device according to claim 6 that rotatably supports the rotary shaft.
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