JP2016109269A

JP2016109269A - ティルティングパッド軸受

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Publication number: JP2016109269A
Application number: JP2014249783A
Authority: JP
Inventors: 基喜佐藤; Motoki Sato; 鈴木　健太; Kenta Suzuki; 健太鈴木; 真辺見; Makoto Henmi
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: CN105697536B; US20160169275A1; CN105697536A; JP6412788B2; US9611886B2; EP3032122B1; EP3032122A1

Abstract

【課題】パッド摺動面の温度上昇を抑制でき、給油量の低減を図ることができるティルティングパッド軸受を提供する。【解決手段】ティルティングパッド軸受は、軸受ハウジング４と、軸受ハウジング４に対して揺動可能に設けられた複数のパッド２と、各パッド２に形成された流路６，７と、各パッド２に形成され、流路７に連通するとともにパッド２の後端面８に開口する第１ノズル９と、各パッド２に形成され、流路７に連通するとともにパッド２の摺動面５の後縁部に開口する第２ノズル１０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ティルティングパッド軸受に関する。

流体軸受は、薄い流体膜を介して回転軸の荷重を支持する軸受であり、転がり軸受と比較して耐荷重性能が高く、振動減衰性にも優れる。そのため、高い信頼性が必要とされる蒸気タービンや発電機等の産業用大型回転機械に広く採用されている。この流体軸受の一つとして、振動安定性に優れたティルティングパッド軸受がある。

ティルティングパッド軸受は、軸受ハウジングと、この軸受ハウジングに対して揺動可能に設けられた複数のパッドとを備えている。そして、パッドと回転軸の間に潤滑油を供給して油膜を形成し、この油膜の圧力によって回転軸を支持する。このとき、油膜の圧力分布に応じてパッドの傾きが変化するので、オイルホップ等の不安定振動を抑制することができる。

ティルティングパッド軸受の給油方法の一つとして、直接給油方式が知られている。一般的な直接給油方式では、パッドの摺動面の前縁部に開口された給油孔から、そのパッドの摺動面と回転軸の間に潤滑油を供給する。あるいは、パッド間に配置された給油ノズルから、その給油ノズルの下流側に配置されたパッドの摺動面と回転軸の間に潤滑油を供給する。これらの方法では、低温の潤滑油をパッドの摺動面と回転軸の間に直接供給するため、パッド摺動面の温度上昇を抑制できる。その結果、給油量の低減を図ることができる。

また、パッドの内部に形成された油流路（冷却流路）を介し、そのパッドに隣り合うパッドの摺動面と回転軸との間に潤滑油を供給する方法も知られている（例えば特許文献１参照）。この方法では、低温の潤滑油をパッドの油流路に流通させてから、その下流側のパッドの摺動面と回転軸の間に供給するため、一般的な直接給油方式と比べ、パッド摺動面の温度上昇をさらに抑制できる。その結果、さらに給油量の低減を図ることができる。

特開２００９−０６３０１５号公報

しかしながら、上記従来技術には改善の余地があった。一般的に、パッドの摺動面と回転軸の間に供給された潤滑油は、せん断力による発熱で高温となる。そして、高温となった潤滑油の一部は、回転軸に連れまわされて、パッドの摺動面の後縁部を通過した後、下流側のパッドの摺動面の前縁部に流入する（いわゆるホットオイルキャリーオーバー）。そのため、パッド摺動面の温度上昇を招く要因となっている。

本発明の目的は、パッド摺動面の温度上昇を抑制でき、給油量の低減を図ることができるティルティングパッド軸受を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のティルティングパッド軸受は、軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングに対して揺動可能に設けられた複数のパッドと、前記複数のパッドのそれぞれに形成され、少なくとも前記パッドの後端部を冷却する油流路と、前記複数のパッドのそれぞれに形成され、前記油流路に連通するとともに前記パッドの後端面に開口する第１ノズルと、前記複数のパッドのうちの少なくとも１つに形成され、前記油流路に連通するとともに前記パッドの摺動面の後縁部に開口する第２ノズルと、を有する。

このような本発明においては、低温の潤滑油を上流側のパッドの油流路に流通させてから、その一部を、第１ノズルを介して下流側のパッドの摺動面と回転軸の間に供給するため、パッド摺動面の温度上昇を抑制できる。また、残りの潤滑油を、第２ノズルを介して上流側のパッドの摺動面の後縁部と回転軸の間に供給するため、さらにパッド摺動面の温度上昇を抑制できる。詳細には、第２ノズルから供給された潤滑油により、上流側のパッドの摺動面の後縁部及び回転軸を冷却するだけでなく、上流側のパッドの摺動面の後縁部から側方へ油を排出する流れを促進する。そのため、高温となった潤滑油が上流側のパッドの摺動面の後縁部を通過して、下流側のパッドの摺動面の前縁部に流入するのを防止できる。したがって、パッド摺動面の温度上昇を抑制でき、給油量の低減を図ることができる。

本発明によれば、パッド摺動面の温度上昇を抑制でき、給油量の低減を図ることができる。

本発明の第１の実施形態におけるティルティングパッド軸受の構造を表す周方向断面図である。本発明の第１の実施形態におけるティルティングパッド軸受の構造を表す軸方向断面図である。本発明の第１の実施形態におけるパッドの構造を表す斜視図である。比較例におけるパッドの摺動面上の油流れを示す摺動面展開図である。本発明の第１の実施形態におけるパッドの摺動面上の油流れを示す摺動面展開図である。比較例及び本発明の第１の実施形態におけるパッド摺動面の温度分布を表す図である。本発明の一変形例におけるティルティングパッド軸受の構造を表す周方向断面図である。本発明の第２の実施形態におけるティルティングパッド軸受の構造を表す軸方向断面図である。図８中断面IX−IXにおける周方向断面図であり、パッドの構造を表す。

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態におけるティルティングパッド軸受の構造を表す周方向断面図であり、図２は、軸方向断面図である。図３は、本実施形態におけるパッドの構造を表す斜視図である。

本実施形態のティルティングパッド軸受は、回転軸１の径方向荷重を支持するジャーナル軸受である。この軸受は、回転軸１の外周面に対向するように回転軸１の周方向に配置された複数（本実施形態では６つ）のジャーナルパッド２と、複数（本実施形態では６つ）のピボット３を介して複数のパッド２を揺動可能に支持する軸受ハウジング４とを備えている。なお、本実施形態では、回転軸１が水平方向に延在しており、図１中矢印Ａで示す回転方向に回転する。

各パッド２の摺動面（内周面）５は、ホワイトメタル等の低融点金属で形成されている。各パッド２の前端側（言い換えれば、回転軸１の回転方向Ａの上流側）には、パッド２の背面（外周面）に開口して径方向に延在する径方向流路６（油流路）が形成されている。また、各パッド２の内部には、径方向流路６に連通するとともに周方向に延在する周方向流路７（油流路）が形成されている。なお、本実施形態の流路６，７は、幅広であって矩形状の断面を有している。

また、各パッド２の後端側（言い換えれば、回転軸１の回転方向Ａの下流側）には、周方向流路７に連通するとともに、径方向内側に向かうように延在してパッド２の後端面８に開口する複数（本実施形態では６つ）の第１ノズル９が形成されている。また、各パッド２の後端側には、周方向流路７に連通するとともに、径方向内側に向かうように延在してパッド２の摺動面５の後縁部に開口する複数（本実施形態では６つ）の第２ノズル１０が形成されている。なお、本実施形態のノズル９，１０は、円形状の断面を有している。

軸受ハウジング４の外周側には、周方向に延在する導油溝１１が形成されている。また、軸受ハウジング４には、各パッド２の径方向流路６に対応して、導油溝１１から径方向に貫通する導油孔１２が形成されている。軸受ハウジング４の導油孔１２とパッド２の径方向流路６は、伸縮自在又は可撓性の導油管１３を介して接続されている。軸受ハウジング４の導油溝１１は、ケーシング１４の導油孔１５、配管１６、及びポンプ１７を介してオイルタンク１８に接続されている。

そして、ポンプ１７の駆動により、オイルタンク１８で貯蔵された潤滑油を、軸受ハウジング４の導油溝１１に供給し、さらに、軸受ハウジング４の導油孔１２及び導油管１３を介して、各パッド２の径方向流路６に供給する。これにより、低温の潤滑油を上流側のパッド２の流路６，７に流通させてから、その一部を、第１ノズル９を介して下流側のパッド２の摺動面５と回転軸１の間に供給する。また、残りの潤滑油を、第２ノズル１０を介して上流側のパッド２の摺動面５の後縁部と回転軸１の間に供給するようになっている。

次に、本実施形態の作用効果を、比較例（第２ノズル１０を形成しない場合）を用いて説明する。図４は、比較例におけるパッド摺動面上の油流れを示す摺動面展開図である。図５は、本実施形態におけるパッド摺動面上の油流れを示す摺動面展開図である。図６は、比較例及び本実施形態におけるパッド摺動面の温度分布を表す図である。

比較例では、パッド２の第１ノズル９から、その下流側のパッド２の摺動面５と回転軸１の間に低温の潤滑油を供給する（矢印Ｆ１参照）。パッド２の摺動面５と回転軸１の間に供給された潤滑油は、油膜を形成し、その圧力によって回転軸１を支持する。しかし、せん断力による発熱で高温となる（矢印Ｆ２参照）。そして、高温となった潤滑油の一部は、回転軸１に連れまわされて、パッド２の摺動面５の後縁部を通過した後、その下流側のパッド２の摺動面５の前縁部に流入する（矢印Ｆ３参照）。すなわち、パッド２の摺動面５の前縁部では、その上流側のパッド２の第１ノズル９からの低温の潤滑油だけでなく、上流側のパッド２の摺動面５からの高温の潤滑油も供給されるため、潤滑油の温度が上昇する。

一方、本実施形態では、パッド２の第２ノズル１０から、そのパッド２の摺動面５の後縁部と回転軸１の間に低温の潤滑油を供給する。これにより、パッド２の摺動面５の後縁部及び回転軸１を冷却するだけでなく、パッド２の摺動面５の後縁部から側方（図５中上下方向）へ油を排出する流れを促進する（矢印Ｆ４参照）。そのため、高温となった潤滑油がパッド２の摺動面５の後縁部を通過して、その下流側のパッド２の摺動面５の前縁部に流入するのを防止できる。すなわち、パッド２の摺動面５の前縁部における潤滑油の温度上昇を抑制できる。

したがって、軸受への給油量が同じ条件であれば、図６で示すように、本実施形態は、比較例と比べ、パッド摺動面の温度上昇を抑制できる。また、本実施形態は、比較例と比べ、パッド摺動面の温度を低下させるための給油量を低減することができる。

なお、上記第１の実施形態において、各パッド２の流路６，７は、パッド２の前端部から後端部まで冷却するように形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば図７で示すように、各パッド２の流路６，７は、高温となるパッド２の後端部だけ冷却するように、パッド２の後端部だけに形成されてもよい。

また、上記第１の実施形態においては、パッド２毎に第１ノズル９を複数形成した場合を例にとって説明したが、これに限られず、パッド２毎に第１ノズル９を１つだけ形成してもよい。また、上記第１の実施形態においては、パッド２毎に第２ノズル１０を複数形成した場合を例にとって説明したが、これに限られず、パッド２毎に第２ノズル９を１つだけ形成してもよい。

また、上記第１の実施形態においては、全てのパッド２に第２ノズル１０を形成した場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、比較的高温となる少なくとも１つのパッド２に第２ノズル１０を形成し、他のパッド２に第２ノズル１０を形成しなくともよい。

また、上記第１の実施形態では、特に、説明しなかったが、パッド２の摺動面５の前縁側に傾斜部を形成することにより、パッド２の摺動面５の前縁側から潤滑油が流入しやすくなるようにしてもよい。また、パッド２の摺動面５の側縁側に傾斜部を形成することにより、パッド２の摺動面５の側縁部から潤滑油が流出しやすくなるようにしてもよい。

本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図８は、本実施形態におけるティルティングパッド軸受の構造を表す軸方向断面図である。図９は、図８中断面IX−IXにおける周方向断面図であり、スラストパッドの構造を表す。

本実施形態のティルティングパッド軸受は、回転軸１の軸方向荷重を支持するスラスト軸受である。この軸受は、回転軸１のランナ部１９に対向するように回転軸１の周方向に配置された複数（本実施形態では６つ）のスラストパッド２０と、複数（本実施形態では６つ）のピボット２１を介して複数のパッド２０を揺動可能に支持する軸受ハウジング２２とを備えている。

各パッド２０の摺動面２３は、ホワイトメタル等の低融点金属で形成されている。各パッド２０の前端側（言い換えれば、回転軸１の回転方向Ｂの上流側）には、パッド２０の背面に開口して軸方向に延在する軸方向流路２４（油流路）が形成されている。また、各パッド２０の内部には、軸方向流路２４に連通するとともに周方向に延在する周方向流路２５（油流路）が形成されている。なお、本実施形態の流路２４，２５は、幅広であって矩形状の断面を有している。

また、各パッド２０の後端側（言い換えれば、回転軸１の回転方向Ｂの下流側）には、周方向流路２５に連通するとともに、軸方向一方側（回転軸側であって、図９中紙面に対して手前側）に向かうように延在してパッド２の後端面２６に開口する複数（本実施形態では６つ）の第１ノズル２７が形成されている。また、各パッド２０の後端側には、周方向流路２５に連通するとともに、軸方向一方側に向かうように延在してパッド２０の摺動面２３の後縁部に開口する複数（本実施形態では６つ）の第２ノズル２８が形成されている。なお、本実施形態のノズル２７，２８は、円形状の断面を有している。

軸受ハウジング２２には、周方向に延在する導油溝２９が形成されている。また、軸受ハウジング２２には、各パッド２０の軸方向流路２４に対応して、導油溝２９から軸方向に貫通する導油孔（図示せず）が形成されている。軸受ハウジング２２の導油孔とパッド２０の軸方向流路２４は、伸縮自在又は可撓性の導油管（図示せず）を介して接続されている。軸受ハウジング２２の導油溝２９は、ケーシング３０の導油孔（図示せず）、配管（図示せず）、及びポンプ（図示せず）を介してオイルタンク（図示せず）に接続されている。

そして、ポンプの駆動により、オイルタンクで貯蔵された潤滑油を、軸受ハウジング２２の導油溝２９に供給し、さらに、軸受ハウジング２２の導油孔及び導油管を介して、各パッド２０の軸方向流路２４に供給する。これにより、低温の潤滑油を上流側のパッド２０の流路２４，２５に流通させてから、その一部を、第１ノズル２７を介して下流側のパッド２０の摺動面２３と回転軸１の間に供給する。また、残りの潤滑油を、第２ノズル２８を介して上流側のパッド２０の摺動面２３の後縁部と回転軸１の間に供給するようになっている。

以上のように構成された本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、パッド摺動面の温度上昇を抑制でき、給油量の低減を図ることができる。

なお、上記第２の実施形態において、各パッド２０の流路２４，２５は、パッド２０の前端部から後端部まで冷却するように形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、各パッド２０の流路２４，２５は、高温となるパッド２０の後端部だけ冷却するように、パッド２０の後端部だけに形成されてもよい。

また、上記第２の実施形態においては、パッド２０毎に第１ノズル２７を複数形成した場合を例にとって説明したが、これに限られず、パッド２０毎に第１ノズル２７を１つだけ形成してもよい。また、上記第２の実施形態においては、パッド２０毎に第２ノズル２８を複数形成した場合を例にとって説明したが、これに限られず、パッド２０毎に第２ノズル２８を１つだけ形成してもよい。

また、上記第２の実施形態では、特に、説明しなかったが、パッド２０の摺動面２３の前縁側に傾斜部を形成することにより、パッド２０の摺動面２３の前縁側から潤滑油が流入しやすくなるようにしてもよい。また、パッド２０の摺動面２３の側縁側に傾斜部を形成することにより、パッド２０の摺動面２３の側縁部から潤滑油が流出しやすくなるようにしてもよい。

１回転軸
２ジャーナルパッド
４軸受ハウジング
５摺動面
６径方向流路（油流路）
７周方向流路（油流路）
９第１ノズル
１０第２ノズル
１９ランナ部
２０スラストパッド
２２軸受ハウジング
２３摺動面
２４軸方向流路（油流路）
２５周方向流路（油流路）
２７第１ノズル
２８第２ノズル

Claims

軸受ハウジングと、
前記軸受ハウジングに対して揺動可能に設けられた複数のパッドと、
前記複数のパッドのそれぞれに形成され、少なくとも前記パッドの後端部を冷却する油流路と、
前記複数のパッドのそれぞれに形成され、前記油流路に連通するとともに前記パッドの後端面に開口する第１ノズルと、
前記複数のパッドのうちの少なくとも１つに形成され、前記油流路に連通するとともに前記パッドの摺動面の後縁部に開口する第２ノズルと、を有することを特徴とするティルティングパッド軸受。
請求項１記載のティルティングパッド軸受において、
前記複数のパッドは、回転軸の外周面に対向するように前記回転軸の周方向に配置されて、前記回転軸の径方向荷重を受けることを特徴とするティルティングパッド軸受。
請求項１記載のティルティングパッド軸受において、
前記複数のパッドは、回転軸のランナ部に対向するように前記回転軸の周方向に配置されて、前記回転軸の軸方向荷重を受けることを特徴とするティルティングパッド軸受。