JP2017025987A - ティルティングパッドジャーナル軸受内輪およびティルティングパッドジャーナル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】補修が容易なティルティングパッドジャーナル軸受内輪等を提供する。【解決手段】実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受内輪は、回転機械のロータと複数のパッドとを内部に収容し、ロータの周囲に複数のパッドが配置される。ティルティングパッドジャーナル軸受内輪は、調整板を有する。調整板は、ティルティングパッドジャーナル軸受内輪の内面に設けられており、ロータの径方向におけるパッドの位置を調整する。ここでは、調整板は、複数であって、ティルティングパッドジャーナル軸受内輪は、その複数の調整板のそれぞれがティルティングパッドジャーナル軸受内輪の内面と複数のパッドのそれぞれの間に介在した部分を含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ティルティングパッドジャーナル軸受内輪およびティルティングパッドジャーナル軸受に関する。

蒸気タービンなどの回転機械は、たとえば、ティルティングパッドジャーナル軸受を含み、そのティルティングパッドジャーナル軸受がロータのジャーナルを回転可能に支持している。ティルティングパッドジャーナル軸受は、軸受内輪の内部にロータとパッドとを収容しており、その軸受内輪の内部においてロータの周方向に複数のパッドが揺動自在に配置されている。ティルティングパッドジャーナル軸受は、潤滑油が内部に供給され、その供給された潤滑油がロータの外周面とパッドの内周面との間に介在する。

蒸気タービンなどの回転機械は、ティルティングパッドジャーナル軸受として、たとえば、シングルティルティングパッドジャーナル軸受、ダブルティルティングパッドジャーナル軸受が使用される。シングルティルティングパッドジャーナル軸受は、パッドの背面に設けられたピボットを中心にしてパッドがロータの周方向（回転方向）に傾くように構成されている。これに対して、ダブルティルティングパッドジャーナル軸受は、パッドがロータの周方向と共にロータの軸方向に傾くように構成されている。

特開２０１３−２３４７４６号公報 特開２０１２−２４１７５８号公報

ティルティングパッドジャーナル軸受は、運転の際に不安定な振動が発生する場合がある。また、ティルティングパッドジャーナル軸受は、運転状況の変化に伴って振動が不連続に変化する場合がある。このような事象は、経年によってパッドの背面および軸受内輪の内面が摩耗することに起因して生ずると考えられる。上記現象は、特に、ダブルティルティングパッドジャーナル軸受の場合に生ずる。

一般的に、ティルティングパッドジャーナル軸受では、下半側において左側と右側とに配置されたパッドの背面が摩耗したときに、そのパッド上に形成される油膜の圧力が低下する。このため、軸受内では、油膜による左右方向の剛性と減衰が低下することによって、不安定な振動が発生する場合がある。そして、ロータに作用する蒸気力の変化、経時による位置の変化によって、軸受面の圧力が変化すると共に軸受内輪の芯の位置が変化する場合がある。その結果、軸受の運転状態が不安定になり、振動が変化する場合がある。

そこで、安定した振動状態を確保するために、摩耗状態を定期的に確認している。たとえば、定期点検において軸受を分解するときに、軸受内輪の内部からパッドを取り外して、パッドの背面の摩耗状態および軸受内輪の摩耗状態の確認を行う。摩耗状態の確認では、パッドの背面に形成された摩耗跡、および、軸受内輪の摩耗跡の寸法について計測を行う。そして、その計測値が管理値を超えたときに、補修を行う。

補修は、軸受内輪において摩耗した部分を機械加工で除去することによって、行われる。また、摩耗したパッドを新しいパッドを交換することによって補修が行われる。この場合には、軸受の間隙が設計値になるようにパッドの内周面について機械加工を行う。その他、パッドに調整板が設けられている場合には、調整板を交換すると共に、パッドの内周面について機械加工を行う。

上記のように、ティルティングパッドジャーナル軸受の補修では、機械加工を行う。このため、補修が容易でない。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、補修が容易なティルティングパッドジャーナル軸受内輪およびティルティングパッドジャーナル軸受を提供することである。

実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受内輪は、回転機械のロータと複数のパッドとを内部に収容し、ロータの周囲に複数のパッドが配置される。ティルティングパッドジャーナル軸受内輪は、調整板を有する。調整板は、ティルティングパッドジャーナル軸受内輪の内面に設けられており、ロータの径方向におけるパッドの位置を調整する。ここでは、調整板は、複数であって、ティルティングパッドジャーナル軸受内輪は、その複数の調整板のそれぞれがティルティングパッドジャーナル軸受内輪の内面と複数のパッドのそれぞれの間に介在した部分を含む。

図１は、第１実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受１の要部を模式的に示す断面図である。 図２Ａは、第１実施形態に係る軸受内輪１０において、調整板３０を拡大して示す図である。 図２Ｂは、第１実施形態に係る軸受内輪１０において、調整板３０を拡大して示す図である。 図３Ａは、第１実施形態に係る軸受内輪１０において、シム４０を拡大して示す図である。 図３Ｂは、第１実施形態に係る軸受内輪１０において、シム４０を拡大して示す図である。 図４は、第２実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受１の要部を模式的に示す断面図である。 図５は、第２実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受１において、パッド２０ｂを模式的に示す図である。 図６Ａは、第２実施形態に係るパッド２０ｂにおいて、調整板３０ｂを拡大して示す図である。 図６Ｂは、第２実施形態に係るパッド２０ｂにおいて、調整板３０ｂを拡大して示す図である。 図７Ａは、第２実施形態に係るパッド２０ｂにおいて、シム４０ｂを拡大して示す図である。 図７Ｂは、第２実施形態に係るパッド２０ｂにおいて、シム４０ｂを拡大して示す図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［１］構成
図１は、第１実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受１の要部を模式的に示す断面図である。図１において、縦方向は、鉛直方向（ｚ方向）である。図１において、横方向は、一の水平方向（ｘ方向，第１水平方向）であって、ロータ２の回転軸ＡＸに沿った他の水平方向（ｙ方向，第２水平方向）に対して直交する方向である。つまり、図１では、鉛直方向（ｚ方向）と他の水平方向（ｙ方向）とによって規定される鉛直面（ｘｚ面）の断面に関して示している。

ティルティングパッドジャーナル軸受１は、図１に示すように、軸受内輪１０（ティルティングパッドジャーナル軸受内輪）とパッド２０とを有する。ティルティングパッドジャーナル軸受１は、たとえば、軸流式である蒸気タービン（回転機械，図示省略）を構成するロータ２のジャーナルを回転可能に支持する。ティルティングパッドジャーナル軸受１は、たとえば、ダブルティルティングパッドジャーナル軸受である。

ティルティングパッドジャーナル軸受１において、軸受内輪１０は、図１に示すように、断面がリング形状である。軸受内輪１０は、内輪上半部１１と内輪下半部１２とを含み、内輪上半部１１と内輪下半部１２との両者が組み合わされることによって構成されている。軸受内輪１０は、ロータ２と複数のパッド２０とを内部に収容しており、軸受内輪１０の内部においては、複数のパッド２０がロータ２の周囲に配置されている。軸受内輪１０は、潤滑油が内部に供給され、その供給された潤滑油がロータ２の外周面とパッド２０の内周面との間に介在する。また、図示を省略しているが、軸受内輪１０は、軸受外輪（図示省略）を介して、蒸気タービンを構成するケーシングに固定されている。

ティルティングパッドジャーナル軸受１において、パッド２０は、図１に示すように、断面が円弧形状であって、軸受内輪１０の内部において揺動するように構成されている。ここでは、パッド２０の内周面（潤滑面）がロータ２の外周面に対面し、パッド２０の外周面（背面）が軸受内輪１０の内周面に対面している。そして、パッド２０の外周面（背面）の曲率が、軸受内輪１０の内周面の曲率よりも大きくなるように形成されている（つまり、パッド２０の外周面の曲率半径が、軸受内輪１０の内周面の曲率半径よりも小さい）。複数のパッド２０は、ロータ２の回転方向において等間隔に配置されている。たとえば、パッド２０は、５つであって、内輪下半部１２側に３つのパッド２０が配置され、内輪上半部１１側に２つのパッド２０が配置されている。

図１に示すように、本実施形態においては、軸受内輪１０に調整板３０およびシム４０が設けられている。

軸受内輪１０において、調整板３０は、ロータ２の径方向におけるパッド２０の位置を調整するために設置されている。図１に示すように、調整板３０は、複数であって、調整板３０が軸受内輪１０とパッド２０との間に介在する部分を含む。たとえば、３つの調整板３０が、軸受内輪１０を構成する内輪下半部１２の内面に形成された溝の内部に収容されている。ここでは、３つの調整板３０は、内輪下半部１２側に配置された３つのパッド２０のそれぞれと、内輪下半部１２との間に配置されている。内輪下半部１２側において、３つの調整板３０の内面のそれぞれは、３つのパッド２０の外周面のそれぞれに対面すると共に、３つのパッド２０の外周面のそれぞれに接触する部分を含む。そして、３つの調整板３０の外面のそれぞれは、シム４０を介して内輪下半部１２の内面に対面している。調整板３０は、たとえば、ステライト（登録商標）などのように、耐摩耗性が高い材料を用いて形成されている。

軸受内輪１０において、シム４０は、調整板３０と同様に、ロータ２の径方向におけるパッド２０の位置を調整するために設置されている。図１に示すように、シム４０は、調整板３０と同様に、複数であって、その複数のシム４０のそれぞれが軸受内輪１０の内面と複数のパッド２０のそれぞれの間に介在している。たとえば、３つのシム４０が、軸受内輪１０を構成する内輪下半部１２の内面に形成された溝の内部に収容されている。そして、３つのシム４０は、内輪下半部１２側に配置された３つの調整板３０のそれぞれと、内輪下半部１２との間に配置されている。内輪下半部１２側において、３つのシム４０の内面のそれぞれは、３つの調整板３０の外面のそれぞれに対面すると共に、３つの調整板３０の外面のそれぞれに接触している。そして、３つのシム４０の外面のそれぞれは、内輪下半部１２の内面に対面している。

図２Ａ，図２Ｂは、第１実施形態に係る軸受内輪１０において、調整板３０を拡大して示す図である。図２Ａ，図２Ｂは、複数の調整板３０のうち、ロータ２の下方に位置する調整板３０について示しているが、他の調整板３０も同様な形状である。図３Ａ，図３Ｂは、第１実施形態に係る軸受内輪１０において、シム４０を拡大して示す図である。図３Ａ，図３Ｂは、複数のシム４０のうち、ロータ２の下方に位置するシム４０について示しているが、他のシム４０も同様な形状である。図２Ａおよび図３Ａは、鉛直方向（ｚ方向）を視線としたときの様子を示し、図２Ｂおよび図３Ｂは、一の水平方向（ｘ方向）を視線としたときの様子を示している。

図２Ａ，図２Ｂに示すように、調整板３０は、例えば、八角形状の板状体であって、厚み方向に複数の貫通孔Ｋ３０が形成されている。図３Ａ，図３Ｂに示すように、シム４０は、調整板３０と同様に、例えば、八角形状の板状体であって、厚み方向に複数の貫通孔Ｋ４０が形成されている。

図１に示すように、調整板３０およびシム４０は、貫通孔Ｋ３０，Ｋ４０にボルトＶ３０が挿入される。そして、その挿入されたボルトＶ３０が、軸受内輪１０に形成されたボルト穴に螺合されることによって、調整板３０およびシム４０が軸受内輪１０に取付けられている。

［２］まとめ
以上のように、本実施形態の軸受内輪１０は、複数の調整板３０が内面に設けられている。複数の調整板３０のそれぞれは、内輪下半部１２の内面と、内輪下半部１２側に設置された複数のパッド２０のそれぞれの間に介在している。このため、内輪下半部１２側に設置された複数のパッド２０のそれぞれは、複数の調整板３０のそれぞれの内面に接触する。よって、本実施形態では、パッド２０の接触によって調整板３０が摩耗して補修が必要な状態になったときには、機械加工を行わずに、調整板３０の交換によって補修を行うことができる。したがって、本実施形態では、ティルティングパッドジャーナル軸受の補修が容易である。

［３］変形例
本実施形態において、調整板３０は、窒化処理が施されていてもよい。窒化処理は、窒素雰囲気下に調整板３０を漬すことで行われる。これにより、調整板３０の表面が硬化され、耐摩耗性を更に向上可能である。

本実施形態では、調整板３０においてパッド２０の外周面（背面）が接触する内面が平面である場合について説明したが、これに限らない。調整板３０の内面が曲面（球面）であってもよい。

本実施形態では、内輪下半部１２側に調整板３０を設置し、内輪上半部１１側に調整板３０を設置していないが、これに限らない。たとえば、内輪下半部１２側および内輪上半部１１側のそれぞれに調整板３０を設置してもよい。

本実施形態では、ティルティングパッドジャーナル軸受１が、蒸気タービンを構成するロータ２のジャーナルを回転可能に支持する場合について説明したが、これに限らない。蒸気タービン以外の回転機械を構成するロータ２を回転可能に支持する場合に、本実施形態を適用してもよい。

本実施形態の軸受内輪１０は、新規に設置されるティルティングパッドジャーナル軸受１の他に、当然ながら、既に設置されたティルティングパッドジャーナル軸受１に対して適用可能である。たとえば、以下の手順によって、既に設置されたティルティングパッドジャーナル軸受１を改造することによって、上記実施形態の軸受内輪１０を適用することができる。まず、軸受内輪１０を内面のうち、摩耗が生じた部分を除去した後に、調整板３０を軸受内輪１０に取付ける。そして、既設のパッド２０を新規のパッド２０に交換する。その後、ティルティングパッドジャーナル軸受１の間隙について確認を行う。

＜第２実施形態＞
［１］構成
図４は、第２実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受１の要部を模式的に示す断面図である。図４において、縦方向は、鉛直方向（ｚ方向）である。図４において、横方向は、一の水平方向（ｘ方向，第１水平方向）であって、ロータ２の回転軸ＡＸに沿った他の水平方向（ｙ方向）に対して直交する方向である。つまり、図４では、図１の場合と同様に、鉛直方向（ｚ方向）と他の水平方向（ｙ方向，第２水平方向）とによって規定される鉛直面（ｘｚ面）の断面に関して示している。

図４に示すように、ティルティングパッドジャーナル軸受１は、上記実施形態の場合（図１参照）と同様に、軸受内輪１０とパッド２０ｂとを有する。軸受内輪１０は、上記実施形態の場合と同様に、調整板３０およびシム４０が設けられている。しかし、本実施形態では、パッド２０ｂの構成が、上記実施形態の場合と異なっている。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、上記実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。

本実施形態では、図４に示すように、パッド２０ｂは、上記実施形態の場合と異なり、調整板３０ｂおよびシム４０ｂが設けられている。

パッド２０ｂにおいて、調整板３０ｂは、ロータ２の径方向におけるパッド２０ｂの位置を調整するために設けられている。図４に示すように、調整板３０ｂは、複数であって、複数の調整板３０ｂが、複数のパッド２０ｂのそれぞれに設置されている。調整板３０ｂは、パッド２０ｂの外周面に形成された溝に収容されている。内輪上半部１１側においては、パッド２０ｂに設置された調整板３０ｂの外面が、内輪上半部１１の内面に対面し、接触する部分を含む。内輪下半部１２側においては、パッド２０ｂに設置された調整板３０ｂの外面が、内輪上半部１１に設置された調整板３０の内面に対面し、接触する部分を含む。そして、調整板３０ｂの内面のそれぞれは、シム４０ｂを介してパッド２０ｂの外面に対面している。調整板３０ｂは、たとえば、ステライト（登録商標）などのように、耐摩耗性が高い材料を用いて形成されている。

パッド２０ｂにおいて、シム４０ｂは、調整板３０ｂと同様に、ロータ２の径方向におけるパッド２０ｂの位置を調整するために設置されている。図４に示すように、シム４０ｂは、調整板３０ｂと同様に、複数であって、その複数のシム４０のそれぞれが、複数のパッド２０ｂのそれぞれに設置されている。シム４０ｂは、調整板３０ｂと同様に、パッド２０ｂの外周面に形成された溝に収容されている。

図５は、第２実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受１において、パッド２０ｂを模式的に示す図である。図５は、複数のパッド２０ｂのうち、ロータ２の下方に位置するパッド２０ｂについて示しているが、他のパッド２０ｂも同様である。図６Ａ，図６Ｂは、第２実施形態に係るパッド２０ｂにおいて、調整板３０ｂを拡大して示す図である。図６Ａ，図６Ｂは、複数の調整板３０ｂのうち、ロータ２の下方に位置するパッド２０ｂの調整板３０ｂについて示しているが、他の調整板３０ｂも同様である。図７Ａ，図７Ｂは、第２実施形態に係るパッド２０ｂにおいて、シム４０ｂを拡大して示す図である。図７Ａ，図７Ｂは、複数のシム４０ｂのうち、ロータ２の下方に位置するパッド２０ｂのシム４０ｂについて示しているが、他のシム４０ｂも同様な形状である。図６Ａおよび図７Ａは、鉛直方向（ｚ方向）を視線としたときの様子を示し、図７Ｂおよび図７Ｂは、一の水平方向（ｘ方向）を視線としたときの様子を示している。

図６Ａ，図６Ｂに示すように、調整板３０ｂは、ベース部３０１とピボット部３０２とを有する。調整板３０ｂのうち、ベース部３０１は、例えば、円板形状の板状体であって、厚み方向に複数の貫通孔Ｋ３０ｂが形成されている。調整板３０ｂのうち、ピボット部３０２は、ベース部３０１の一方の面において中央部分に設けられており、ベース部３０１から凸状に突き出ている。ピボット部３０２は、内輪上半部１１、または、内輪下半部１２に設置された調整板３０に接触する接触面を含み（図４参照）、その接触面の曲率が、軸受内輪１０の内周面の曲率よりも大きくなるように形成されている。これにより、パッド２０ｂは、ピボット部３０２の接触点を中心にして揺動する。

図７Ａ，図７Ｂに示すように、シム４０ｂは、例えば、円板形状の板状体であって、厚み方向に複数の貫通孔Ｋ４０ｂが形成されている。

図５に示すように、調整板３０ｂおよびシム４０ｂは、貫通孔Ｋ３０ｂ，Ｋ４０ｂにボルトＶ３０ｂが挿入される。そして、その挿入されたボルトＶ３０ｂが、パッド２０ｂに形成されたボルト穴に螺合されることによって、調整板３０ｂおよびシム４０ｂがパッド２０ｂに取付けられる。

［２］まとめ
以上のように、本実施形態においては、上記実施形態の場合と同様に、内輪下半部１２に調整板３０が設けられている。また、パッド２０ｂに調整板３０ｂが設けられている。このため、パッド２０ｂに設けられた調整板３０ｂのピボット部３０２が、内輪下半部１２に設けられた調整板３０に接触した状態で、パッド２０ｂが揺動する。よって、本実施形態では、内輪下半部１２に設けられた調整板３０およびパッド２０ｂに設けられた調整板３０ｂのそれぞれが摩耗して補修が必要な状態になったときには、機械加工を行わずに、それぞれの交換によって補修を行うことができる。したがって、本実施形態では、ティルティングパッドジャーナル軸受の補修が容易である。

［３］変形例
本実施形態において、調整板３０ｂは、窒化処理が施されていてもよい。これにより、調整板３０ｂの表面が硬化され、耐摩耗性を更に向上可能である。

本実施形態は、新規に設置されるティルティングパッドジャーナル軸受１の他に、当然ながら、既に設置されたティルティングパッドジャーナル軸受１に対して適用可能である。たとえば、以下の手順によって、既に設置されたティルティングパッドジャーナル軸受１を改造することによって、上記実施形態を適用することができる。まず、軸受内輪１０を内面のうち、摩耗が生じた部分を除去した後に、調整板３０を軸受内輪１０に取付ける。そして、既設のパッド２０ｂに設置された調整板３０ｂを新規の調整板３０ｂに交換する。その後、ティルティングパッドジャーナル軸受１の間隙について確認を行う。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ティルティングパッドジャーナル軸受、２…ロータ、１０…軸受内輪（ティルティングパッドジャーナル軸受内輪）、１１…内輪上半部、１２…内輪下半部、２０…パッド、２０ｂ…パッド、３０…調整板、３０ｂ…調整板、４０…シム、４０ｂ…シム、３０１…ベース部、３０２…ピボット部、ＡＸ…回転軸、Ｋ３０…貫通孔、Ｋ３０ｂ…貫通孔、Ｋ４０…貫通孔、Ｋ４０ｂ…貫通孔、Ｖ３０…ボルト、Ｖ３０ｂ…ボルト

Claims (4)

1. 回転機械のロータと複数のパッドとを内部に収容し、前記ロータの周囲に前記複数のパッドが配置されるティルティングパッドジャーナル軸受内輪であって、
   当該ティルティングパッドジャーナル軸受内輪の内面に設けられており、前記ロータの径方向における前記パッドの位置を調整する調整板
   を有し、
   前記調整板は、複数であって、当該複数の調整板のそれぞれが当該ティルティングパッドジャーナル軸受内輪の内面と前記複数のパッドのそれぞれの間に介在した部分を含む、
   ティルティングパッドジャーナル軸受内輪。
2. 前記調整板は、窒化処理が施されている、
   請求項１に記載のティルティングパッドジャーナル軸受内輪。
3. 当該ティルティングパッドジャーナル軸受内輪の内面と前記調整板との間に設置されるシム
   を更に有する、
   請求項１または２に記載のティルティングパッドジャーナル軸受内輪。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のティルティングパッドジャーナル軸受内輪
   を有する、
   ティルティングパッドジャーナル軸受。

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