JP2017141882A - Tilting pad journal bearing device and electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸を支承するティルティングパッドジャーナル軸受装置に関する。 The present invention relates to a tilting pad journal bearing device for supporting a rotating shaft.
高速で運転される回転機械においては、ティルティングパッドジャーナル軸受装置が使用される。図7は、従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す含軸断面図である。ティルティングパッドジャーナル軸受装置は、回転軸1の外周に、円周方向に配置された複数個の軸受パッド2(2a〜2e)と、軸受パッドの各背面に固定されたピボット3と、ピボット3を介して軸受パッド2を支える軸受ハウジング4と、各軸受パッド2へ潤滑油を供給するための給油装置から構成されている。油槽5から供給された潤滑油は、主給油管6を通り、軸受ハウジング4の外周側に設けた周方向溝7へと流れる。周方向溝7を流れる潤滑油は、給油配管8により、各軸受パッド2へと分配される。分配された潤滑油は、各給油ノズル9(給油溝)へと流れ、給油ノズル9に設けた給油孔10から、回転軸1と各軸受パッド2との隙間11に直接吐出されることで図8に示した油膜12を形成し、その油膜12の圧力により回転軸1を支持する。この図7は回転軸1の荷重を、主に1枚の軸受パッド2で支持する形式(Load on Pad:LOP)の例が示しているが、回転軸1の荷重を、主に2枚の軸受パッド2で支持する形式(Load between Pad:LBP)のものもある。
In a rotating machine operated at a high speed, a tilting pad journal bearing device is used. FIG. 7 is a cross-sectional view including a shaft showing a conventional tilting pad journal bearing device. The tilting pad journal bearing device includes a plurality of bearing pads 2 (2a to 2e) arranged in the circumferential direction on the outer periphery of the rotating
潤滑油の供給方法は、大きく2つに分けることができる。一つは、軸受ハウジング内を潤滑油で満たし、軸受しゅう動面を潤滑油に浸す油浴方式である。もう一つは、図7で示す、回転軸1と軸受パッド2との隙間11に直接潤滑油を供給する直接潤滑方式である。
Lubricating oil supply methods can be roughly divided into two. One is an oil bath method in which the bearing housing is filled with lubricating oil and the bearing sliding surface is immersed in the lubricating oil. The other is a direct lubrication system shown in FIG. 7 in which lubricating oil is directly supplied to the
直接潤滑方式においては、軸受ハウジング4内に潤滑油が満たされないため、潤滑油の撹拌損失は小さくなる。また、各軸受パッド2の周方向前方から冷却された潤滑油を直接供給できるため、軸受パッド2の温度を比較的下げることができるなどの利点がある。
In the direct lubrication system, the bearing
近年、直接潤滑式のティルティングパッドジャーナル軸受装置は、さらなる損失の低下が求められており、そのため給油量の削減が行われている。給油量を減じた際においても、これまでと同等以上の軸受の特性を得るため、各軸受パッドへの給油量の配分を調整するといった例が特許文献1、2に記載されている。
In recent years, the direct lubrication type tilting pad journal bearing device has been required to further reduce the loss, and therefore the amount of oil supply has been reduced.
特許文献1には、各軸受パッドを傾動支持するピボットと軸受ハウジングの間に荷重センサが取り付けてあり、また各軸受パッドへの給油量を運転中に調整できる構造が記載されている。これより、運転中の各軸受パッドにかかる荷重データを元に、各パッドに対して適量の潤滑油を与えることを可能としている。
特許文献2には、各軸受パッドに温度センサを取り付け、また各軸受パッドへの給油量を運転中に調整できる構造が記載されている。これより、運転中の各軸受パッドの温度データを元に、各パッドに対して適量の潤滑油を与えることを可能としている。
ところで給油量を減じていくと、各軸受パッドに分配された油量では、回転軸と各軸受パッドの隙間を満たすことのできないスターブ領域が形成される。スターブ領域は、形成と崩壊を繰り返すような不安定な状態であり、油膜圧力に変動が生じる。その変動が大きい場合、回転軸を振動させるおそれがある。 By the way, when the oil supply amount is reduced, a starve region that cannot fill the gap between the rotary shaft and each bearing pad is formed by the oil amount distributed to each bearing pad. The stave region is an unstable state that repeats formation and collapse, and the oil film pressure fluctuates. If the fluctuation is large, the rotating shaft may be vibrated.
スターブ領域13の発生に関して図7および図8を用いて説明する。図8は、従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置において、スターブ領域が形成した時の油膜状態を示した含軸断面拡大図である。各軸受パッド2に入る油量は、軸受パッド2の周方向前方に設けられた給油ノズル9(給油溝)から供給される油量Qsupと、その軸受パッド2に対して回転方向上流側に位置する軸受パッド2’からの排出油量Qcarry(キャリーオーバ)の足し合わせである。この足し合わせた値が、軸受パッド2と回転軸1との隙間11を満たすために必要な油量Qfill以下である場合、スターブ領域13が形成する。
Generation of the
図9は、従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置における、各軸受パッドへの分配給油量とキャリーオーバの関係を、各軸受パッドと回転軸との隙間を満たすために必要な油量とを比較した図である。Qsup+Qcarry<Qfillとなる軸受パッド2は、回転軸1に対して鉛直方向上側に位置する軸受パッド2d、2e及び、回転軸の荷重を最も支持する軸受パッド2bに対して回転方向後流側に位置する軸受パッド2cである。軸受パッド2d、2eは、回転軸1が軸荷重方向に偏心するため隙間が大きく、その結果Qfillが大きいため、スターブが生じやすくなる。一方、軸受パッド2cは、回転方向前流側に位置する回転軸の荷重を最も支持する軸受パッド2bの隙間11が小さいため、パッド2bからのQcarryが小さくなり、また回転軸の荷重も比較的かかるため油量Qfillが比較的大きくなり、スターブが生じやすくなる。以上の図7〜9は、5枚軸受パッドのLOP対象としているが、軸受パッドの個数は必ずしもその個数である必要はなく、またLBPでもその傾向は同様である。
FIG. 9 compares the relationship between the amount of oil supplied to each bearing pad and carryover in the conventional tilting pad journal bearing device with the amount of oil required to fill the gap between each bearing pad and the rotating shaft. FIG. The bearing pad 2 satisfying Q sup + Q carry <Q fill is in the rotational direction with respect to the
次に、スターブ領域13の形成と回転軸1の振動に関して説明する。
Next, the formation of the
図10は、従来の各軸受パッドに発生する油膜圧力の分布図である。回転軸1に対して、鉛直下方向に位置する軸受パッド2a、2b、2cの油膜圧力は大きい。一方、回転軸1に対して鉛直方向上側に位置する軸受パッド2d、2eの油膜圧力は小さい。そのため、軸受パッド2d、2eにスターブ領域13が発生したとしても、圧力変動の振幅自体は大きくならないため、回転軸1を振動させる可能性は低い。一方軸受パッド2cの油膜圧力は大きいため、軸受パッド2cにスターブ領域13が形成した場合は、圧力変動振幅が大きくなり、回転軸1を振動させる可能性は高い。
FIG. 10 is a distribution diagram of oil film pressure generated in each conventional bearing pad. The oil film pressure of the
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載されたティルティングパッドジャーナル軸受装置の構成は、運転時の各軸受パッドにかかる荷重及び温度情報を元に、給油量を調整・制御可能であるものであり、上記のようなスターブ領域の発生を考慮して給油量を調整・制御することに関する開示はない。また、センサや調整・制御機能などを多く必要とするといった問題があった。
However, the configuration of the tilting pad journal bearing device described in
本発明の目的は、回転軸の振動を抑制することである。 An object of the present invention is to suppress vibration of the rotating shaft.
上記課題を解決するために、例えば、回転軸と、複数の軸受パッドと、複数の軸受パッドを支える軸受ハウジングと、回転軸と複数の軸受パッドとの間に潤滑剤膜を形成し、潤滑剤膜によって回転軸を支持するティルティングパッドジャーナル軸受装置において、回転軸と軸受パッドの隙間に潤滑剤を供給する供給部が設けられており、軸受パッドのうち支持する回転軸の荷重が最も大きい軸受パッドである最荷重軸受パッドに対して、回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する軸受パッドへの潤滑剤供給量が、他の軸受パッドへの給油量に対して多いことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, for example, a lubricant film is formed between the rotating shaft, the plurality of bearing pads, the bearing housing that supports the plurality of bearing pads, and the rotating shaft and the plurality of bearing pads. In a tilting pad journal bearing device that supports a rotating shaft by a film, a supply portion that supplies a lubricant to a gap between the rotating shaft and the bearing pad is provided, and the bearing that has the largest load on the rotating shaft that is supported among the bearing pads is provided. It is characterized in that the amount of lubricant supplied to the bearing pad located adjacent to the downstream side in the rotational direction of the rotating shaft is larger than the amount of oil supplied to other bearing pads with respect to the most loaded bearing pad as the pad. And
本発明によれば、軸受全体への給油量を小さくした場合においても、油膜圧力の大きい軸受パッドにはスターブ領域が形成しないため、回転軸の振動を抑制することができる。 According to the present invention, even when the amount of oil supplied to the entire bearing is reduced, since the starve region is not formed in the bearing pad having a large oil film pressure, vibration of the rotating shaft can be suppressed.
以下、本実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受装置について図面を参照して説明する。以下の実施例では、軸受パッドと回転軸との隙間を満たす潤滑剤として油を用いる場合を例に説明するが、潤滑剤は水等であってもよい。 Hereinafter, the tilting pad journal bearing device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where oil is used as a lubricant that fills the gap between the bearing pad and the rotating shaft will be described as an example, but the lubricant may be water or the like.
図1、図2を参照して第1実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受装置について説明する。 The tilting pad journal bearing device of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、本発明の第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装置を示す含軸断面図である。図1に示すように、本実施例のティルティングパッドジャーナル軸受装置は、回転軸1に複数の軸受パッド2(2a〜2e)が配設されている。各軸受パッド2の背面には、曲率を有するピボット3が取り付けられている。各ピボット3は、軸受ハウジング4と点、線、または面接触しており、軸受パッド2はピボット3介して軸受ハウジング4により支えられている。軸受ハウジング4には、油槽5から主給油管6を通って流れてくる潤滑油を、軸受ハウジング4の周方向に沿って流すための周方向溝7が設けられている。また、軸受ハウジング4には、周方向溝7から各軸受パッド2に対して周方向前方に位置する給油ノズル9(9a〜9d)へと潤滑油を分配するための給油配管8(8a〜8d)が設けられている。給油ノズル9の、回転軸1と軸受パッド2とのしゅう動面側には、給油孔10が設けられており、給油配管8により分配された潤滑油は、給油ノズル9に設けた給油孔10より、回転軸1と軸受パッド2とのしゅう動面に直接吐出される。
FIG. 1 is an axial cross-sectional view showing a tilting pad journal bearing device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the tilting pad journal bearing device of the present embodiment, a plurality of bearing pads 2 (2 a to 2 e) are disposed on a
図2は、図1中のA-A’で切った時の、軸受装置の周方向展開図である。図2に示すように、最も荷重を支持する軸受パッド2bに対して回転方向後流側に位置する軸受パッド2cへ潤滑油を供給する給油ノズル9には、他の給油ノズル9に設けた給油孔10よりも大きい給油孔10cが設けられている。
FIG. 2 is a developed view in the circumferential direction of the bearing device when cut along A-A ′ in FIG. 1. As shown in FIG. 2, an
次に、本実施例の効果に関して、図3を用いて説明する。図3は、本発明の第1実施形態を用いた時の、各軸受パッドへの分配給油量とキャリーオーバの関係を、各軸受パッドと回転軸との隙間を満たすために必要な油量と比較した図である。実線で示した分配給油量Qsupは本発明の実施例1を用いた場合、破線で示した分配給油量Qsupは従来の構成を用いた場合を示している。上述したように、給油量を低減した際、スターブ領域13が形成されやすい軸受パッドは、回転軸1に対して鉛直方向上側に位置する軸受パッド2d、2e及び、最も荷重を支持する軸受パッド2bに対して回転方向後流側に位置する軸受パッド2cである。また、図10に示すように軸受パッド2d、2eに関しては、発生する油膜12の圧力が小さいため、スターブが生じている状況においてその圧力に変動があったとしても、回転軸1を振動させる可能性は小さい。一方軸受パッド2cは、回転軸1の荷重を比較的多く支持するため油膜12の圧力が大きく、スターブ領域13が形成した際の圧力変動は大きくなる。そのため、回転軸1を振動させる可能性は高い。そこで本実施例では、軸受パッド2cへ潤滑油を供給するための給油ノズル9に設けた給油孔10cの大きさを、他の給油ノズルに設けた給油孔10よりも大きくし、主給油管6から軸受パッド2cへの分配油量を、他の軸受パッド2よりも、多くしている。そのため、図3に示すように、軸受パッド2c以外の軸受パッドに供給される給油量の一部が、軸受パッド2cに供給されることが可能となり、給油量を減じた場合においても、Qsup+Qcarry>Qfillとなるため、軸受パッド2cにおけるスターブ領域13の形成を抑制することが出来、回転軸1の振動の抑えることができる。
Next, the effect of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the relationship between the amount of oil distributed to each bearing pad and the carryover when the first embodiment of the present invention is used, and the amount of oil necessary to fill the gap between each bearing pad and the rotating shaft. It is the figure compared. The dispensing fuel oil amount Q sup indicated by solid lines when using the first embodiment of the present invention, the distribution oil amount Q sup indicated by the broken line shows the case of using the conventional configuration. As described above, when the oil supply amount is reduced, the bearing pads in which the starve
図4は、本発明の第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装置の、最も荷重を支持する軸受パッドに対して回転方向後流側に位置する軸受パッドの油膜状態を示した、含軸断面拡大図である。本実施例では軸受パッド2cにおいてQsupが多くなるため、Qsup+Qcarry>Qfillが成立するため、スターブ領域の形成を防ぐ事が出来る。
FIG. 4 is a perspective view showing an oil film state of a bearing pad located on the downstream side in the rotational direction with respect to the bearing pad that supports the most load in the tilting pad journal bearing device according to the first embodiment of the present invention. It is a cross-sectional enlarged view. In this embodiment, since Q sup increases in the
図5を参照して第2実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受装置について説明する。 The tilting pad journal bearing device of the second embodiment will be described with reference to FIG.
図5は、本発明の第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装置の図1中のA-A’で切った時の周方向展開図である。本実施形態が前記第1実施形態と異なるところは、給油ノズル9に設けた給油孔10cの数が、他の給油ノズルに設けた給油孔10の数より多く、かつ軸方向に分布している点である。
FIG. 5 is a developed view in the circumferential direction of the tilting pad journal bearing device according to the second embodiment of the present invention when cut along A-A ′ in FIG. 1. This embodiment is different from the first embodiment in that the number of
実施例2の構成の効果に関して、図6を用いて説明する。 The effect of the configuration of the second embodiment will be described with reference to FIG.
図6(A)は、実施例1における給油孔10cおよび軸受パッド2cに対して供給される油膜領域およびスターブ領域を示したものである。図6(B)は、実施例2における給油孔10cおよび軸受パッド2cに対して供給される油膜領域を示したものである。図6(A)に示す実施例1の場合は、給油孔10cの穴の径が大きく、他の軸受パッド2よりも給油量を増加させることが可能であるが、給油孔10cが一か所であるため、軸受パッド2cの軸受幅方向に潤滑油が広がるのに距離を有する。そのため、軸受パッド2の周方向入口部かつ、軸受パッド2の軸受幅方向の端近傍でスターブ領域13が形成する可能性がある。一方実施例2では、実施例1の給油孔の断面積を維持しつつ、かつ複数の給油孔が回転軸1の軸長手方向に分布していることから、軸受パッド2cの軸受幅方向に対して、均一に潤滑油を供給でき、周方向入口部かつ、回転軸幅端近傍におけるスターブ領域13の形成を抑制することができる。
FIG. 6A shows an oil film region and a starve region supplied to the
すなわち、最も回転軸の荷重を支持する最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に位置する前記軸受パッドへの給油量が、他の軸受パッドへの給油量に対して多くなるように、給油すればよく、そのために最荷重軸受パッドに対して回転軸の回転方向後流側に位置する軸受パッドに潤滑油を供給するための給油孔の穴の総断面積が、それ以外の前記軸受パッドに潤滑油を供給するための給油孔の穴の総断面積よりも大きい構成であればよい。 That is, the amount of oil supplied to the bearing pad located on the downstream side in the rotation direction of the rotating shaft with respect to the most loaded bearing pad that supports the load of the rotating shaft most is larger than the amount of oil supplied to the other bearing pads. Therefore, the total cross-sectional area of the hole of the oil supply hole for supplying the lubricating oil to the bearing pad positioned on the downstream side in the rotation direction of the rotating shaft with respect to the maximum load bearing pad is Any configuration that is larger than the total cross-sectional area of the holes of the oil supply holes for supplying lubricating oil to the other bearing pads may be used.
1 回転軸
2 軸受パッド
3 ピボット
4 軸受ハウジング
5 油槽
6 主給油管
7 周方向溝
8 給油配管
9 給油ノズル
10 給油孔
11 隙間
12 油膜
13 スターブ領域
1 Rotating
3
10
Claims (7)
前記回転軸と前記軸受パッドの隙間に潤滑剤を供給する供給部が設けられており、前記軸受パッドのうち支持する回転軸の荷重が最も大きい軸受パッドである最荷重軸受パッドに対して、前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する軸受パッドへの潤滑剤供給量が、他の軸受パッドへの給油量に対して多いことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。 A rotation shaft, a plurality of bearing pads, a bearing housing that supports the plurality of bearing pads, a lubricant film is formed between the rotation shaft and the plurality of bearing pads, and the rotation shaft is formed by the lubricant film. In the supporting tilting pad journal bearing device,
A supply unit for supplying a lubricant to the gap between the rotating shaft and the bearing pad is provided, and the load bearing pad that is the bearing pad with the largest load of the rotating shaft to be supported among the bearing pads is described above. A tilting pad journal bearing device characterized in that the amount of lubricant supplied to a bearing pad located adjacent to the downstream side in the rotational direction of the rotating shaft is larger than the amount of oil supplied to other bearing pads.
前記供給部が供給ノズルであって、前記供給ノズルには供給孔が設けてあり、前記供給孔のうち、前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための供給孔の穴の総断面積が、それ以外の前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための供給孔の穴の総断面積よりも大きいことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。 The tilting pad journal bearing device according to claim 1,
The supply unit is a supply nozzle, and the supply nozzle is provided with a supply hole, and the supply hole is located adjacent to the most loaded bearing pad on the downstream side in the rotation direction of the rotary shaft. The total cross-sectional area of the hole of the supply hole for supplying the lubricant to the bearing pad is larger than the total cross-sectional area of the hole of the supply hole for supplying the lubricant to the other bearing pad. Tilting pad journal bearing device.
前記供給部が供給ノズルであって、前記供給ノズルには供給孔が設けてあり、前記供給孔のうち、前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための供給孔の穴の断面積が、それ以外の前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための供給孔の穴の断面積よりも大きいことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。 The tilting pad journal bearing device according to claim 1,
The supply unit is a supply nozzle, and the supply nozzle is provided with a supply hole, and the supply hole is located adjacent to the most loaded bearing pad on the downstream side in the rotation direction of the rotary shaft. The cross-sectional area of the hole of the supply hole for supplying the lubricant to the bearing pad is larger than the cross-sectional area of the hole of the supply hole for supplying the lubricant to the other bearing pad. Tilting pad journal bearing device.
前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に位置する軸受パッドに潤滑剤を供給するための前記供給孔の数が、それ以外の前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための前記供給孔の数よりも多いことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。 In the tilting pad journal bearing device according to claim 1,
The number of the supply holes for supplying the lubricant to the bearing pads located on the downstream side in the rotation direction of the rotating shaft with respect to the most loaded bearing pad is for supplying the lubricant to the other bearing pads. The tilting pad journal bearing device has a larger number than the number of the supply holes.
前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に位置する軸受パッドに潤滑剤を供給するために設けた複数の前記供給孔が、前記軸受パッドの軸受幅方向に分布していることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。 The tilting pad journal bearing device according to claim 4,
A plurality of supply holes provided for supplying a lubricant to a bearing pad located on the downstream side in the rotational direction of the rotary shaft with respect to the most loaded bearing pad are distributed in the bearing width direction of the bearing pad. A tilting pad journal bearing device.
前記最荷重軸受パッドに対して潤滑剤を供給する供給孔は、前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置し、
前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する軸受パッドに対して潤滑剤を供給する供給孔は、前記軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置することを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。 In the tilting pad journal bearing device according to any one of claims 1 to 5,
A supply hole for supplying a lubricant to the most loaded bearing pad is located adjacent to the wake side in the rotation direction of the rotating shaft with respect to the most loaded bearing pad,
A supply hole for supplying a lubricant to the bearing pad located adjacent to the downstream side in the rotational direction of the rotating shaft with respect to the most loaded bearing pad is provided in the rotational direction of the rotating shaft with respect to the bearing pad A tilting pad journal bearing device which is located adjacent to a flow side.
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