JP2016217364A - ティルティングパッド型ジャーナル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によってキャリーオーバー現象をより効果的に抑えることができるティルティングパッド型ジャーナル軸受を提供する。
【解決手段】パッド２の内周面２２における下流側の後端部に、軸方向に細長い導油溝２３が設けられている。導油溝２３の軸方向両側の端部２５は、パッド２の軸方向の両端においてサイドプレート３に向けて開放されている。また、導油溝２３の深さは、パッド２の軸方向における中央部２４で最も浅く、中央部２４から端部２５に向かって深くなるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ティルティングパッド型ジャーナル軸受に関する。

従来、例えば発電機、タービン、圧縮機等の大型回転機械においては、その回転軸を回転可能に支持するために、ティルティングパッド型軸受（以下、単に「軸受」ともいう）が用いられている。

この軸受は、環状（筒状）のハウジング内において回転軸のまわりに周方向に配設される複数個のティルティングパッド（以下、単に「パッド」ともいう）を備えている。パッドは、該パッドの外周面側に位置するピボットを中心に揺動（傾斜）可能となっている。そして、この軸受は、回転軸の回転によって、回転軸の外周面とパッドの内周面との間に、楔形の油膜を形成する。この軸受は、振動安定性に優れており、高速回転機械で広く採用されている。

ティルティングパッド型軸受では、キャリーオーバー現象によるパッドの温度上昇が、軸受の負荷能力を制限している。ここで、キャリーオーバー現象とは、周方向に隣り合う二つのパッドにおいて、回転軸の回転方向上流側に配置されたパッドの内周面に潤滑膜を形成した潤滑油が、隣り合うパッド間で十分に冷却されることなく高温のまま下流側のパッドの内周面に流れ込む現象をいう。つまり、下流側のパッドに供給される低温の潤滑油は、キャリーオーバー現象によって上流側のパッドから流れ込む高温の潤滑油と混合してしまい、下流側のパッドの内周面と回転軸の外周面との間の入り口に供給される潤滑油の温度が上昇する。

上述した軸受のキャリーオーバー現象を抑える対策として、パッドの内周面の高温領域周辺から潤滑油の一部をバイパス流路によって流出させる技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、パッドの内周面の下流側の後端部において軸方向に細長く且つ少なくとも一端がパッド端部まで開放された平坦な導油溝を設けるとともに、隣り合うパッド間において潤滑油の流れに直交するように突出するせき止めフェンスを設ける技術が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００８−１５１２３９号公報 特開２００３−１７６８１８号公報

ところで、パッドが収容されるハウジング内に潤滑油を満たしてパッドの摺動面を浸漬する油浴方式の場合、潤滑に使用された潤滑油は、ハウジングの両端面に固定されたサイドプレートの内周面と回転軸の外周面との隙間から流出する。
しかしながら、前記した特許文献１に記載の技術では、油浴方式の場合、バイパス流路を通った高温の潤滑油が、回転軸の外周面とサイドプレートの内周面との隙間から流出する前に、隣り合うパッド間から下流側のパッドに供給される低温の潤滑油と混合して、結果的に下流側のパッドに供給される潤滑油の温度が上昇するおそれがある。このため、前記した特許文献１に記載の技術は、キャリーオーバー現象を抑える対策としては不十分である。さらに、前記した特許文献１に記載の技術は、バイパス流路がパッド内を貫通する貫通孔として形成されているため、構造が複雑になり、製造コストも増大する。

また、前記した特許文献２に記載の技術は、パッドの内周面の下流側の後端部に設けられた導油溝が軸方向に細長く且つ平坦であるため、導油溝の開放端に近い部分に存在する潤滑油しか導油溝を通って排出されない傾向がある。このため、前記特許文献２に記載の技術も、キャリーオーバー現象を抑える対策としては十分とは言えない。

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によってキャリーオーバー現象をより効果的に抑えることができるティルティングパッド型ジャーナル軸受を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受は、回転軸のまわりに周方向に所定の間隔を空けて配設され、前記回転軸を支持する複数のティルティングパッドと、前記複数のティルティングパッドを揺動可能に内部に収容する環状のハウジングと、前記ハウジングに設けられ、隣り合う前記ティルティングパッド間に開口する給油口と、前記ハウジングの軸方向の両端面に取り付けられ、前記ティルティングパッドの側面を覆うサイドプレートと、を備えている。そして、前記ティルティングパッドの内周面における前記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に、周方向よりも軸方向の寸法が大きい導油溝が設けられている。前記導油溝の軸方向両側の端部は、前記ティルティングパッドの軸方向の両端において前記サイドプレートに向けて開放されている。また、前記導油溝の深さは、前記ティルティングパッドの軸方向における中央で最も浅く、前記中央から前記端部に向かって深くなるように形成されている。

本発明によれば、簡易な構成によってキャリーオーバー現象をより効果的に抑えることができるティルティングパッド型ジャーナル軸受を提供できる。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の軸心に対して垂直方向の概略断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。 図２（ａ）は、図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッドの概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受における潤滑油の流れを説明するための図である。 図４（ａ）は、第１実施形態の変形例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受について図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッドの概略断面図である。 図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受について図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッドの概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受における潤滑油の流れを説明するための図である。 図７（ａ）は、第２実施形態の変形例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受について図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッドの概略断面図である。 図８（ａ）は、本発明の第３実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受について図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッドの概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受における潤滑油の流れを説明するための図である。 図１０（ａ）は、第３実施形態の変形例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受について図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッドの概略断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同様の部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。

〔第１実施形態〕
まず、図１〜図３を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。
本発明の第１実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受１０は、例えばロータ重量の大きいタービン、圧縮機、発電機等の大型回転機械の回転軸を回転可能に支持する軸受として適している。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受１０の軸心に対して垂直方向の概略断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受（前記したように、単に「軸受」ともいう）１０は、回転軸１を回転可能に支持する複数のティルティングパッド（前記したように、単に「パッド」ともいう）２を備えている。複数のパッド２は、回転軸１のまわりに周方向に所定の間隔を空けて配設されている。軸受１０は、図１の例では４個のパッド２を備えている。複数のパッド２は、環状（筒状）のハウジング４の内部に、該パッド２の外周面側に位置するピボット８を中心に揺動（傾斜）可能となるように収容されている。なお、本出願において、軸方向および周方向は、それぞれ回転軸１の軸方向および周方向をいうものとする。

また、軸受１０は、ハウジング４の軸方向の両端面にねじ締結等によって取り付けられる一対のサイドプレート３（図１（ｂ）参照）を備えている。サイドプレート３は、回転軸１が挿通する中央孔が形成された円板形状を呈している。サイドプレート３は、各パッド２の側面２１を覆うように設けられている。

さらに、軸受１０は、ハウジング４に設けられ隣り合うパッド２間に開口する給油口５を備えている。給油口５は、ハウジング４を半径方向に貫通する貫通孔であり、その内方の先端開口が隣り合う二つのパッド２の間（パッド２間）に形成される空間Ｓａに臨むように形成されている。給油口５には、矢印９で示す方向に潤滑油が供給される。

本実施形態の軸受１０は、サイドプレート３によってパッド２の側面を覆い、パッド２が収容されるハウジング４内に潤滑油を満たしてパッド２の内周面（摺動面）２２を浸漬する油浴方式を採用している。そして、パッド２の内周面２２の潤滑に使用された潤滑油は、回転軸１の外周面とサイドプレート３の内周面との隙間Ｓｃ（図１（ｂ）参照）から流出するようになっている。

以上の説明は、ティルティングパッド型ジャーナル軸受の一般的な構造の説明である。次に、本発明を特徴付ける構成について説明する。
図２（ａ）は、図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッド２の概略断面図である。

図２に示すように、パッド２の内周面２２における下流側となる後端部に、導油溝２３が設けられている。このパッド２の内周面２２は、パッド２における回転軸１との摺動面である。下流側とは、回転軸１の符号６（図１参照）で示す方向の回転に伴う潤滑油の移動方向についての下流側をいう。導油溝２３は、周方向よりも軸方向の寸法が大きく、すなわちパッド２の軸方向に細長く形成されている。導油溝２３は、パッド２の軸方向の全長にわたる溝として形成してある。

また、導油溝２３の軸方向両側の端部２５は、パッド２の軸方向の両端においてサイドプレート３に向けて開放されている。すなわち、導油溝２３の軸方向両側の端部２５は、パッド２とサイドプレート３との間に形成される空間Ｓｂに臨んでいる。

また、導油溝２３の深さは、パッド２の軸方向における中央部２４で最も浅く（小さく）、中央部２４から端部２５に向かって深く（大きく）なるように形成されている。つまり、導油溝２３の底面２６は、中央部２４で最も高い（回転軸１の中心に近い）頂点をなすように形成されている。ただし、中央部２４は、パッド２の軸方向における厳密な中央箇所のほか、その近傍を含む部位をいう。そして、ここでは、導油溝２３の底面２６が端部２５で最も低く（回転軸１の中心から遠く）、すなわち、導油溝２３の深さが端部２５で最も深くなるように形成されている。ただし、導油溝２３の深さは、軸方向両側の端部２５で必ずしも同一でなくてもよく異なっていてもよい。

次に、前記のように構成されたティルティングパッド型ジャーナル軸受１０の作用について説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受１０における潤滑油の流れを説明するための図である。図３は、図２（ａ）と同様に、図１のＢ−Ｂ方向から見た図である。

パッド２の導油溝２３は、キャリーオーバー現象の抑制に機能する。
図３に示すように、給油口５から供給された潤滑油７ａは、多くがパッド２の内周面２２と回転軸１（図１参照）の外周面との間の隙間に入り、回転軸１を支持するための油膜を形成しつつ、回転軸１の符号６で示す方向の回転によって下流側に流れていく。

そして、パッド２の内周面２２に沿って下流側へ流れる潤滑油７ｂは、導油溝２３に至ると、導油溝２３におけるパッド２の後端（下流側端）２７側の後壁面２８によって流れが遮られ、導油溝２３の底面２６の傾斜によって導油溝２３の端部２５に向けて流れる。これにより、潤滑油７ｂは、導油溝２３の端部２５から、パッド２の軸方向の両側に形成される空間Ｓｂへと流入するようになっている。

導油溝２３の周方向の幅と深さとは、パッド２の内周面２２に油膜を形成するのに用いられる潤滑油の量に応じて適宜設定される。

前記したように本実施形態では、パッド２の内周面２２における下流側の後端部に、軸方向に細長い導油溝２３が設けられ、導油溝２３の軸方向両側の端部２５は、パッド２の軸方向の両端においてサイドプレート３に向けて開放されており、導油溝２３の深さは、パッド２の軸方向における中央部２４で最も浅く、中央部２４から端部２５に向かって深くなるように形成されている。

このような構成によれば、パッド２の後端部に到達した潤滑油７ｂは、導油溝２３の後壁面２８によって流れが遮られるとともに、導油溝２３の底面２６の傾斜による流路断面積拡大の作用によって導油溝２３の端部２５に向けた流れが促進される。これより、パッド２の後端部に到達した潤滑油７ｂは、効率よくパッド２の軸方向の両端から排出され、回転軸１の外周面とサイドプレート３の内周面との隙間Ｓｃから流出する。したがって、パッド２の内周面２２を潤滑した高温の潤滑油が、高温のまま隣接する下流側のパッド２に流れ込むことを抑制することができる。
すなわち、本実施形態によれば、簡易な構成によってキャリーオーバー現象をより効果的に抑えることができるティルティングパッド型ジャーナル軸受を提供できる。
また、キャリーオーバー現象によるパッド２の温度上昇を抑制することができ、これにより、潤滑油量の低減、軸受損失の低減、および軸受負荷容量の増大を図ることができる。さらに、これに伴って、潤滑油を供給する給油装置等の関連機器の小型化、コストダウンを図ることが可能となる。

なお、本実施形態では、導油溝２３の底面２６は、図２（ｂ）の断面形状において中央部２４を頂点とする三角形の上部分を呈しているが、これに限定されるものではない。例えば図４に示すように、導油溝２３ａの底面２６は、図４（ｂ）の断面形状において中央部２４を上底（平面部）とする台形の上部分を呈していてもよい。さらには、図２（ｂ）の断面形状における導油溝２３の底面２６を、中央部２４が最上位となる曲面を呈するように変更してもよい。

〔第２実施形態〕
次に、図５〜図６を参照して、本発明の第２実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受１０について図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッド２の概略断面図である。図６は、本発明の第２実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受１０における潤滑油の流れを説明するための図である。

図５に示すように、第２実施形態は、導油溝２３ｂの周方向の位置が、パッド２の軸方向における中央部２４で最も上流側に近く、中央部２４から端部２５に向かって下流側に近付くように形成されている点で、第１実施形態と相違している。ここでは、導油溝２３ｂの周方向の位置は、中央部２４で最もパッド２の前端（上流側端）２９に近くなるように形成されており、端部２５で最もパッド２の後端（下流側端）２７に近くなるように形成されている。

このような第２実施形態によれば、図６に示すように、パッド２の後端部に到達した潤滑油７ｂは、導油溝２３ｂの周方向の位置についての中央部２４から端部２５に向けての下流側への偏向と、導油溝２３ｂの底面２６の傾斜による流路断面積拡大の作用との双方によって、導油溝２３ｂの端部２５に向けた流れがより促進される。これにより、パッド２の後端部に到達した潤滑油７ｂは、回転軸１の回転方向に応じてスムーズに、より効率よくパッド２の軸方向の両端から排出される。したがって、パッド２の内周面２２を潤滑した高温の潤滑油が、高温のまま隣接する下流側のパッド２に流れ込むことを、より抑制することができる。

なお、第２実施形態では、導油溝２３ｂの周方向の位置は、中央部２４から端部２５に向かって直線的に（直線を描きながら）下流側に近付くように形成されているが、これに限定されるものではない。例えば図７に示すように、導油溝２３ｃの周方向の位置が、中央部２４から端部２５に向かって曲線的に（曲線を描きながら）下流側に近付くように形成されていてもよい。

〔第３実施形態〕
次に、図８〜図９を参照して、本発明の第３実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図８（ａ）は、本発明の第３実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受１０について図１のＢ−Ｂ方向から見た図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うパッド２の概略断面図である。図９は、本発明の第３実施形態に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受１０における潤滑油の流れを説明するための図である。

図８に示すように、第３実施形態は、導油溝２３ｄの周方向の幅が、パッド２の軸方向における中央部２４で最も小さく（狭く）、中央部２４から端部２５に向かって大きく（広く）なるように形成されている点で、第１実施形態と相違している。すなわち、第３実施形態では、導油溝２３におけるパッド２の前端２９側の前壁面３０とパッド２の後端２７側の後壁面２８との間の周方向の間隔が、中央部２４から端部２５に向かって大きく（広く）なるように形成されている。ここでは、導油溝２３ｄの周方向の幅は、中央部２４で最も小さくなるように形成されており、端部２５で最も大きくなるように形成されている。

このような第３実施形態によれば、図９に示すように、パッド２の後端部に到達した潤滑油７ｂは、導油溝２３ｄの周方向の幅についての中央部２４から端部２５に向けての広がりと、導油溝２３ｄの底面２６の傾斜との双方による流路断面積拡大の作用によって、導油溝２３ｄの端部２５に向けた流れがより促進される。これにより、パッド２の後端部に到達した潤滑油７ｂは、より効率よくパッド２の軸方向の両端から排出される。したがって、パッド２の内周面２２を潤滑した高温の潤滑油が、高温のまま隣接する下流側のパッド２に流れ込むことを、より抑制することができる。

また、第３実施形態は、導油溝が形成される範囲を、第１実施形態（図３参照）および第２実施形態（図６参照）に比べて広くすることが可能である。このため、第３実施形態（図９参照）の導油溝２３ｄによって、空間Ｓｂに流される潤滑油７ｂの量を第１実施形態（図３参照）および第２実施形態よりも増加させることが可能となる。

なお、第３実施形態では、導油溝２３ｄの周方向の幅の中心線が、中央部２４から端部２５に向かって軸方向（図８（ａ）では横方向）に延伸しているが、これに限定されるものではない。例えば図１０に示すように、導油溝２３ｅの周方向の幅の中心線が、中央部２４から端部２５に向かって下流側に近くなるように形成されていてもよい。具体的には、導油溝２３ｅの前壁面３０が、中央部２４から端部２５に向かって軸方向（図１０（ａ）では横方向）、あるいは下流側に近くなるように形成されてもよい。そして、導油溝２３の後壁面２８は、中央部２４から端部２５に向かって下流側に、前壁面３０よりもより近くなるように形成される。このように構成すれば、潤滑油７ｂを、回転軸１の回転方向に応じてスムーズに、さらに効率よくパッド２の軸方向の両端から排出することができる。

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 回転軸
２ ティルティングパッド
３ サイドプレート
４ ハウジング
５ 給油口
６ 回転軸の回転方向
７ａ，７ｂ 潤滑油
８ ピボット
１０ ティルティングパッド型ジャーナル軸受
２１ 側面
２２ 内周面
２３，２３ａ〜２３ｅ 導油溝
２４ 中央部
２５ 端部
２６ 底面
２７ 後端（下流側端）
２８ 後壁面
２９ 前端（上流側端）
３０ 前壁面
Ｓａ 隣り合うパッド間に形成される空間
Ｓｂ パッドとサイドプレートとの間に形成される空間
Ｓｃ 回転軸の外周面とサイドプレートの内周面との隙間

Claims (3)

1. 回転軸のまわりに周方向に所定の間隔を空けて配設され、前記回転軸を支持する複数のティルティングパッドと、
   前記複数のティルティングパッドを揺動可能に内部に収容する環状のハウジングと、
   前記ハウジングに設けられ、隣り合う前記ティルティングパッド間に開口する給油口と、
   前記ハウジングの軸方向の両端面に取り付けられ、前記ティルティングパッドの側面を覆うサイドプレートと、を備え、
   前記ティルティングパッドの内周面における前記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に、周方向よりも軸方向の寸法が大きい導油溝が設けられ、
   前記導油溝の軸方向両側の端部は、前記ティルティングパッドの軸方向の両端において前記サイドプレートに向けて開放されており、
   前記導油溝の深さは、前記ティルティングパッドの軸方向における中央部で最も浅く、前記中央部から前記端部に向かって深くなるように形成されていることを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
2. 前記導油溝の周方向の位置は、前記ティルティングパッドの軸方向における中央部で最も上流側に近く、前記中央部から前記端部に向かって下流側に近付くように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受。
3. 前記導油溝の周方向の幅は、前記ティルティングパッドの軸方向における中央部で最も小さく、前記中央部から前記端部に向かって大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受。

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