JP2016217398A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
軸受の信頼性を維持すると共に、給油圧を上昇させることなく従来通りの給油量を供給し、油量の調整を可能とすること。
【解決手段】
本発明の軸受装置は、上記課題を解決するために、軸受部の摺動面に潤滑油を介在させて回転軸を回転支持する軸受装置であって、前記軸受部の回転方向前端部に形成された給油孔の回転方向上流側及び/又は下流側に隣接するか、或いは前記給油孔を覆うように軸方向に貫通する給油溝を備えていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は軸受装置に係り、特に、蒸気タービンや発電機等の産業用大型回転機械の回転軸の荷重を支持するものに好適な軸受装置に関する。

一般に、軸受装置の１つであるすべり軸受装置は、薄い流体膜を介して回転軸の荷重を支持する軸受装置であり、転がり軸受装置と比較して耐荷重性能が高く、振動減衰性にも優れている。

このため、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おり、特に、蒸気タービンにあっては、軸自重の大きな低圧タービンでは、耐荷重性に優れた楕円軸受が使用され、高圧タービンでは、特に自重が小さい場合などには、振動安定性に優れたティルティングパッド軸受などが使用されることがある。

通常、すべり軸受装置は、軸受ハウジングと回転軸を支持する円筒状の部品により構成されており、軸受と回転軸の間に潤滑油を供給すると、回転軸の回転に伴い潤滑油は軸受の摺動面に引き込まれ、回転方向に進むにつれて薄くなるくさび形状となる。これにより、油膜内に圧力が発生し、回転軸を支持することができる。

また、通常、軸受の摺動面には低融点金属が鋳込んであるため、摺動面は融解温度以下に維持する必要があり、軸受にとって温度上昇の抑制は不可欠である。また、温度上昇は給油量に関係しており、温度上昇を抑制できれば、その分給油量を削減することができる。

すべり軸受装置の潤滑油供給の仕方の１つとして、油浴式が挙げられる。これは、軸受の軸方向側面にシールを設け、軸受室内に潤滑油を貯留して軸受と回転軸の間に潤滑油を供給する方法である。

ところが、この油浴式では、せん断による発熱で高温となった潤滑油の一部が軸受室内に留まるため、軸受メタル温度の上昇を助長してしまうことが知られている。

これに対し、特許文献１のような給油構造が提案されている。即ち、特許文献１では、最もメタル温度が高温となる軸荷重を負担する軸受の下半部摺動面に、低温の油を直接供給することで、油浴式と比べて温度上昇の抑制効果を上昇させて給油量を削減している。

特開２０１３−１７７９４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された給油構造の場合、回転軸と軸受の間の微小な隙間に潤滑油を供給するため、通常の給油圧では、従来通りの油量を供給することが難しい。このため、潤滑油を供給でき得る範囲で軸受温度上昇の抑制が可能である場合は問題無いが、軸受温度上昇の抑制が不可能である場合、油量の増加により軸受温度を低下させることが難しいものとなってしまう。

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、軸受の信頼性を維持すると共に、給油圧を上昇させることなく従来通りの給油量を供給し、油量の調整を可能とする軸受装置を提供することにある。

本発明の軸受装置は、上記目的を達成するために、軸受部の摺動面に潤滑油を介在させて回転軸を回転支持する軸受装置であって、前記軸受部の回転方向前端部に形成された給油孔の回転方向上流側及び/又は下流側に隣接するか、或いは前記給油孔を覆うように軸方向に貫通する給油溝を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、軸受の信頼性を維持すると共に、給油圧を上昇させることなく従来通りの給油量を供給し、油量の調整を可能とすることができる。

本発明の軸受装置の実施例１であるすべり軸受装置を示す断面図である。 本発明の軸受装置の実施例１であるすべり軸受装置を構成する下半部の軸受の詳細を示す斜視図である。 本発明の軸受装置の実施例１であるすべり軸受装置における給油孔付近の油流れを示す断面図である。 比較例（従来例）における給油孔付近の油流れを示す断面図である。 本発明の実施例１であるすべり軸受装置と比較例における軸受メタルの最高温度と給油量の関係を示す特性図である。 本発明の軸受装置の実施例２のすべり軸受装置を構成する下半部の軸受の詳細を示す斜視図である。 本発明の軸受装置の実施例３のすべり軸受装置を構成する下半部の軸受の詳細を示す斜視図である。 本発明の軸受装置の実施例４のすべり軸受装置を構成する下半部の軸受の詳細を示す斜視図である。 本発明の軸受装置の実施例５であるスラスト軸受装置を構成する軸受の詳細を示す斜視図である。 本発明の軸受装置の実施例６のすべり軸受装置を構成する下半部の軸受の詳細を示す斜視図である。 本発明の軸受装置の実施例７であるティルティングパッド軸受装置を示す断面図である。 本発明の軸受装置の実施例７のティルティングパッド軸受装置を構成する軸受の詳細を示す斜視図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の軸受装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１乃至図３に、本発明の軸受装置の実施例１であるすべり軸受装置（回転軸１の径方向荷重を支持するジャーナル軸受装置）を示す。

図１に示すように、本実施例のすべり軸受装置は、回転軸１の外周面の周方向に対向するように配置された半割状の２つの軸受２ａ及び２ｂと、この２つの軸受２ａ及び２ｂの外周面の周方向に隣接するように配置された軸受ハウジング３とを備えている。

そして、本実施例では、回転軸１の回転方向Ａから見て、軸受２ａの回転方向前端部には給油孔４が形成されており、この給油孔４の回転方向上流側に隣接するように軸方向（幅方向）に貫通する給油溝１２が設けられている。また、軸受２ａの外周側には、周方向に延在する導油溝５が形成され、更に、軸受２ａには、軸受２ａの給油孔４に向かって、導油溝５から径方向に貫通する導油孔６が形成されている。

軸受２ａの導油溝５は、軸受ハウジング３に形成されている導油孔７、この導油孔７に接続される配管８及び配管８の途中に設置されているポンプ９を介してオイルタンク１０に接続されている。そして、ポンプ９の駆動により、オイルタンク１０で貯蔵された潤滑油が軸受ハウジング３の導油孔７に供給され、更に、軸受２ａの導油溝５から導油孔６に導かれた潤滑油は、導油孔６から給油孔４を介して給油溝１２に導かれ、軸方向（幅方向）に貫通する給油溝１２から軸受２ａの摺動面１１に供給されるようになっている。

軸受２ａの摺動面１１に供給された潤滑油により、軸受２ａと回転軸１との間に薄い流体膜が形成される。また、軸受２ａの摺動面１１に供給された潤滑油は、軸受装置の側面側に一部溢れ出るが、溢れ出た潤滑油は、オイルタンク１０に回収されるようになっている。

給油孔４により軸受２ａと回転軸１の間に潤滑油が供給されると、潤滑油はせん断による摩擦で温度上昇を経て、それに伴って軸受２ａも温度が上昇する。また、高温となった潤滑油は、一部回転軸１に連れ回り、循環油となる。

図４は、本実施例との比較例として、従来構造（特許文献１の構造）における給油孔付近の油流れを示すものである。この比較例は、給油孔に隣接する給油量を調節可能とする給油溝が設けられていないものである。

図４に示す比較例の場合、給油孔４の断面積と比較し、摺動面１１に流れる油膜の断面積（図4の右側の摺動面１１の入口）は非常に微小であり、急激な絞りによる圧力損失により、潤滑油の供給量は著しく低下してしまう。

そこで、上述した本実施例では、潤滑油の給油孔４からの流出経路において、潤滑油が軸方向（幅方向）にスムースに流れるようにすることにより、圧力損失の増加による給油量の減少を防いでいる。

図２は、本実施例における詳細構造を示すもので、給油孔４に隣接するように、軸方向（幅方向）に連通した給油溝１２を有して、通常の給油圧において従来通りの給油量を供給できる構造となっている。

図３を用いて、本実施例の構造における給油孔４及び給油溝１２による潤滑油の流れを説明する。図３は、本実施例における給油孔付近の油流れを示すもので、図４に相当するものである。

図３に示すように、給油孔４から供給された潤滑油は、摺動面１１及び給油溝１２へと流れる。摺動面１１へと供給される流量は従来通りであり、給油溝１２へ供給された油は軸方向（幅方向）へと流れ、軸受装置の側面側から排出される。このとき、給油溝１２に供給された潤滑油は、回転軸１を冷却しながら排出されるため、給油量を増加することにより、軸受２ａの温度上昇を同時に抑制することができる。更に、給油溝１２により、高温となった循環油が同時に排出されるため、より温度上昇の抑制に効果がある。

図５を用いて本実施例の構造による効果を説明する。図５は、本実施例（Ｘ）と比較例（Ｙ）における軸受メタルの最高温度と給油量の関係を表す図である。

図５に示すように、比較例（Ｙ）では油量の調整可能範囲が狭く、更に、最高温度を低下させたい場合、給油量を増加させることができない。

これに対して、本実施例（Ｘ）では油量の調整が大幅に可能となるため、油量の増加により最高温度を低下させることができる。更に、給油溝１２により高温となった循環油が排出され易くなるため、比較例（Ｙ）と同一の給油量で比較した場合、温度を低減させることができる。即ち、本実施例（Ｘ）では、軸受の信頼性を維持すると共に、給油圧を上昇させることなく従来通りの給油量を供給でき、油量の調整を可能とするこができる。

このように、本実施例によれば、軸受の信頼性を維持すると共に、給油圧を上昇させることなく従来通りの給油量を供給し、油量の調整を可能とすることができる。

図６に、本発明の軸受装置の実施例２を示す。

実施例１では、軸受２ａに形成された給油溝１２は、給油孔４の回転方向上流側に隣接して形成されていたが、図６に示す例は、給油孔４の回転方向下流側に隣接して軸方向（幅方向）に貫通して形成されたものである。

このような本実施例の構造であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

なお、特に図示しないが、給油溝１２を、給油孔４の回転方向上流側及び下流側の両方に隣接して形成しても良いことは言うまでもない。

図７に、本発明の軸受装置の実施例３を示す。

該図に示す実施例では、軸受２ａに形成された給油溝１２が、給油孔４を覆うように貫通して形成されているものである。即ち、給油溝１２が、給油孔４を挟んで周方向に形成されている。

このような本実施例の構造であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

図８に、本発明の軸受装置の実施例４を示す。

上述した実施例１乃至３においては、軸受２ａに形成された給油溝１２は、軸受側面側から見て矩形をしていたが、本実施例では、図８に示すように、摺動面１１に潤滑油を供給し易くするため、給油溝１２に傾斜部を設けたものである。即ち、この傾斜部は、給油溝１２の回転方向下流側の上部から回転方向上流側の底部に向って傾斜するように形成されている。

このような本実施例の構造であっても、実施例１乃至３と同様な効果を得ることができることは勿論、摺動面１１に潤滑油を供給し易くなる効果がある。

図９に、本発明の軸受装置の実施例５を示す。

上述した実施例１乃至４においては、回転軸１の径方向荷重を支持するジャーナル軸受装置を例にとって説明したが、本実施例では、図９に示すように、軸方向荷重を支持するスラスト軸受装置に適用した例である。

即ち、本実施例では、軸受２ｃの摺動面１１Ａに複数の導油孔６Ａが放射状に形成され、回転軸の回転方向Ａから見て、軸受２ｃのそれぞれの導油孔６Ａの回転方向下流側には給油孔４Ａが形成されており、この給油孔４Ａの回転方向上流側に隣接するように径方向に貫通する給油溝１２Ａがそれぞれ設けられている。

このような本実施例の構造であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

図１０に、本発明の軸受装置の実施例６を示す。

本実施例の軸受装置は、回転軸の径方向荷重を支持するジャーナル軸受装置であり、油膜圧力が発生しない範囲を除去した軸受装置である。

即ち、図１０に示すように、本実施例の軸受装置は、実施例１乃至４のようなジャーナル軸受装置において、前端部に給油孔４が形成されている軸受２ａの油膜圧力が発生しない摺動面１１を切り欠き（除去）、この切り欠き部１３を給油溝１２としているものである。つまり、本実施例の場合は、給油溝１２が軸受２ａの切り欠き部１３と一体となって給油孔４に隣接している。その他の構成は、実施例１と同様である。

このような本実施例の構造であっても、実施例１乃至４と同様な効果を得ることができる。

図１１及び図１２に、本発明の軸受装置の実施例７を示す。

本実施例の軸受装置は、回転軸１の径方向荷重を支持するジャーナル軸受であり、各々のティルティングパッドが傾動（搖動）可能なティルティングパッド軸受装置である。

即ち、図１１及び図１２に示すように、本実施例のティルティングパッド軸受装置は、回転軸１の外周面の周方向に対向するように配置された複数のティルティングパッド１４と、複数のピボット１５を介して複数のティルティングパッド１４を傾動（搖動）可能に支持する軸受ハウジング３とを備え、回転軸１の回転方向Ａから見て、ティルティングパッド１４の前端部に給油孔４が形成されており、この給油孔４に隣接するように給油溝１２が設けられている。その他の構成は、実施例１と同様である。

このような本実施例の構造であっても、実施例１乃至４と同様な効果を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例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、上記した実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例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、２ａ、２ｂ、２ｃ…軸受、３…軸受ハウジング、４、４Ａ…給油孔、５…導油溝、６、６Ａ、７…導油孔、８…配管、９…ポンプ、１０…オイルタンク、１１、１１Ａ…摺動面、１２、１２Ａ…給油溝、１３…切り欠き部、１４…ティルティングパッド、１５…ピボット。

Claims (9)

1. 軸受部の摺動面に潤滑油を介在させて回転軸を回転支持する軸受装置であって、
   前記軸受部の回転方向前端部に形成された給油孔の回転方向上流側及び/又は下流側に隣接するか、或いは前記給油孔を覆うように軸方向に貫通する給油溝を備えていることを特徴とする軸受装置。
2. 請求項１に記載の軸受装置において、
   前記軸受部は、前記回転軸の外周面の周方向に対向するように配置された半割状の２つの軸受と、該２つの軸受の外周面の周方向に隣接するように配置された軸受ハウジングとから成り、
   前記給油孔は前記軸受の１つの回転方向前端部に形成され、該給油孔を介して前記軸受部の摺動面に潤滑油が供給されることを特徴とする軸受装置。
3. 請求項２に記載の軸受装置において、
   前記給油孔が形成されている前記軸受の外周側には周方向に延在する導油溝が形成され、かつ、前記軸受には、前記給油孔に向って前記導油溝から径方向に貫通する導油孔が形成されていることを特徴とする軸受装置。
4. 請求項３に記載の軸受装置において、
   前記軸受ハウジングには導油孔が形成されており、前記導油溝は、前記軸受ハウジングの導油孔、配管及びポンプを介してオイルタンクに接続されていると共に、前記ポンプの駆動により、前記オイルタンクで貯蔵された潤滑油が前記軸受ハウジングの導油孔に供給され、この潤滑油は、前記導油溝、前記軸受の導油孔、前記給油孔及び前記給油溝を介して、前記軸受部の摺動面に供給されることを特徴とする軸受装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の軸受装置において、
   前記給油溝は、前記軸受の側面側から見て矩形状に形成されていることを特徴とする軸受装置。
6. 請求項５に記載の軸受装置において、
   前記給油溝に傾斜部が形成されていることを特徴とする軸受装置。
7. 請求項１に記載の軸受装置において、
   前記軸受装置は、スラスト軸受であることを特徴とする軸受装置。
8. 請求項２乃至６のいずれか１項に記載の軸受装置において、
   前記給油孔が形成されている前記軸受の油膜圧力が発生しない摺動面を切り欠き、該切り欠き部で前記給油溝を形成していることを特徴とする軸受装置。
9. 請求項１に記載の軸受装置において、
   前記回転軸の外周面の周方向に対向するように配置された複数のティルティングパッドと、複数のピボットを介して複数の前記ティルティングパッドを傾動可能に支持する軸受ハウジングとを備え、
   前記回転軸の回転方向から見て、前記ティルティングパッドの前端部に前記給油孔が形成されており、前記給油孔に隣接するように前記給油溝が設けられていることを特徴とする軸受装置。

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