JP2018004073A - ボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング - Google Patents

ボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング Download PDF

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Abstract

【課題】
本発明は、ティルティングパッドとピボットとの間の摩擦減少のためのボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングに関する。
【解決手段】
円筒状のハウジング本体と、前記ハウジング本体の内側に周りに沿って配置され、前記ハウジング本体の内面に対向する側面には凹状のソケットが形成された複数のティルティングパッドと、前記ハウジング本体の内面に固定され、各ティルティングパッドのソケットに挿入される曲面を有する複数のピボットとを含み、前記ピボットの外周面と前記複数のティルティングパッドのソケットのうちの少なくともいずれか１つには、オイルが捕集されるためのオイル捕集部が具備されるボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングに関し、特に、ティルティングパッドとピボットとの間の摩擦減少のためのティルティングパッドジャーナルベアリングに関する。
超精密化および高速軽量化に対する最近の世界的な研究の傾向は、より信頼性に優れ、高効率の回転体システムを開発することを目指している。最近の産業機械は、次第に回転速度が高速なものへと発展しており、このように高速回転することにより、回転機械の単位体積または単位重量あたりの運転効率が向上できる。
しかし、回転機械が以前に比べて高速回転するのに伴って運転中に大きな振動が発生し、騒音および部品損傷などの問題が付きまとうようになった。特に、タービンや発電機などの大型回転機械においては、大きな重量の回転軸を安定的に支持しなければならず、このためにベアリング装置が用いられている。
ここで、ベアリングは、回転軸を一定の位置に固定するだけでなく、回転軸の自重および回転軸に及ぶ荷重を支持するため、回転軸が円滑に回転できるようにする。しかし、転がりベアリングまたは滑りベアリングのような一般のベアリングは、支持剛性に劣るだけでなく、振動減衰能力に劣るので、高速回転する回転機械の回転軸に一般のベアリングを設ける場合、安定性に劣る問題があった。この理由から、高速回転する回転軸にはティルティングパッドベアリングが適用されている。
特に、潤滑ベアリングの一種類としてティルティングパッドベアリングは、優れた高速安定性を有し、ピボットを通して自由に荷重方向に適応するので、ベアリング特性が非常に優れ、高速／高圧の回転機械に主に用いられている。
ティルティングパッドベアリングは、ベアリングハウジング内で回転軸の周りに揺動可能な複数のベアリングパッド（ティルティングパッド）を配置した構成を有する。ティルティングパッドは、ベアリングハウジングの内側に設けられたピボットによって揺動可能に支持されている。このようなティルティングパッドを有するベアリングは、回転軸を回動可能に設けられたティルティングパッドで支持して回転軸の偏心または傾きを補って、より安定的に回転軸の回転が行われるようにすることである。そして、回転軸の回転によって、潤滑油を回転軸の外周面とティルティングパッドのベアリング面との間に誘導して、これらの間に楔形状のオイル膜を形成して回転軸を支持するようになっている。
この時、ティルティングパッドベアリングで用いられるパッドの支持形式は大きく３つに分けられるが、そのうち、ボールソケット方式は、正常荷重ではピボット応力が低いレベルとなるようにボールおよびソケットの大きさを容易に選定可能で、構造安定性を確保することができる。
しかし、高速に回転する回転軸の軸荷重の方向に応じてティルティングパッドの角度が傾き、ティルティングパッドとこれを支持するピボットとの間に摩擦が発生する。
これによって、ティルティングパッドの下部とピボットとの間の摩擦によって容易に摩耗し損傷する問題がある。
本発明は、上記の問題を解決するためのものであって、本発明は、ティルティングパッドとピボットとの間の摩擦減少のためのボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するための本発明は、円筒状のハウジング本体と、前記ハウジング本体の内周に沿って配置され、前記ハウジング本体の内面に対向する側面には凹状のソケットが形成された複数のティルティングパッドと、前記ハウジング本体の内面に固定され、各ティルティングパッドのソケットに挿入される曲面を有する複数のピボットとを含み、前記ピボットの外周面と前記複数のティルティングパッドのソケットのうちの少なくともいずれか１つには、オイルが捕集されるためのオイル捕集部が具備されるボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを提供する。
また、前記ハウジング本体の一側に結合される固定ハウジングをさらに含み、前記ティルティングパッドの軸方向の上下面に突出して形成された支持ピンは、前記ハウジング本体に形成された溝と前記固定ハウジングに形成された溝にそれぞれ挿入されて固定される。
前記オイル捕集部は、周り方向に沿って円形に形成されるグルーブが複数個離隔して形成される。
前記グルーブは、前記ピボットの中心軸と垂直方向に平行に離隔して形成される。
前記オイル捕集部は、周り方向に沿って螺旋状に形成されるグルーブからなる。
前記オイル捕集部は、ポイント形状の複数の溝からなる。
前記オイル捕集部は、リング形状の複数の溝からなる。
前記ピボットの最頂点には前記グルーブまたは前記溝が形成されないことが好ましい。
本発明に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングは、ピボットの外周面またはティルティングパッドのソケットにオイルが捕集されるためのオイル捕集部を具備することにより、前記ティルティングパッドとピボットとの間の摩擦を減少させる効果がある。
これによって、ティルティングパッドとピボットとの摩擦による摩耗現象と動力損失の減少が可能である。
本発明の第１実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを示す分解斜視図である。 図１のティルティングパッドジャーナルベアリングが組立てられた後の、上方から眺めた固定ハウジングを除いた平面図である。 図２の側断面図である。 図２の一部を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを示すための斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを示すための斜視図である。 本発明の第４実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを示すための斜視図である。
以下、本発明のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングに対する好ましい実施形態を、添付した図１〜図７を参照して説明する。
また、後述する用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、これは使用者、運用者の意図または慣例に応じて異なり得、以下の実施形態は本発明の権利範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に提示された構成要素の例示的な事項に過ぎない。
図１は、本発明の第１実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを示す分解斜視図、図２は、図１のティルティングパッドジャーナルベアリングが組立てられた後の、上方から眺めた固定ハウジングを除いた状態を示す平面図、図３は、図２の側断面図、図４は、図２の一部を示す斜視図、図５は、本発明の第２実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを示すための斜視図、図６は、本発明の第３実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを示すための斜視図であり、図７は、本発明の第４実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングを示すための斜視図である。
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングの構造を説明する。
本発明の第１実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングは、概略的に、ハウジング本体１００と、ティルティングパッド２００と、ピボット３００とを含んでなる。
ハウジング本体１００は、一定の高さを有する円筒状の形状で、前記ハウジング本体１００の中心部には中心軸１０が配置されて回転運動する。前記中心軸のロータは、高速回転する回転機械の回転軸であれば通常のいかなるものが適用されても構わない。前記ハウジング本体１００の周りには、オイルがハウジング本体の内部に流動できるようにするオイル孔が多数個形成される。
前記ハウジング本体１００、具体的には、ティルティングパッドを支持するために内部に延長突出した円形環状の末端には、後述するティルティングパッドの支持ピンが結合されるための複数の溝１０２が形成される。
固定ハウジング１２０は、前記ハウジング本体１００の一側に結合されるもので、本発明とは別個の他のフレームや支柱台などが結合されてもよい。前記固定ハウジング１２０には、ボルト結合されるためのボルト孔以外に、後述するティルティングパッドの支持ピンが結合されるための複数の溝１２２が形成される。
前記ハウジング本体１００の内側には、複数のティルティングパッド２００が周りに沿って配置され、一定の間隔で配置されることが好ましい。本発明の一実施形態では、５つのティルティングパッド２００が等間隔に配置されている。しかし、これに限定されるものではなく、適用可能な他の実施形態によれば、複数のティルティングパッドは４つ、６つなどのいずれでも構わない。前記複数のティルティングパッド２００は、前記ハウジング本体１００の内面と前記中心軸１０との間に配置され、各側が前記ハウジング本体１００の内面および前記中心軸１０の外面と一定距離離隔して配置される。
また、前記各ティルティングパッド２００においてハウジング本体１００の内面に対向する側面には凹状のソケット２１０が形成され、前記ソケット２１０は中心部に形成されることが好ましい。具体的には、前記ソケット２１０は、一定の曲率を有する半球形状に形成される。前記ソケット２１０には後述するピボットが挿入されることにより、前記複数のティルティングパッド２００をハウジング本体１００の内面と一定距離離隔させるように維持しながら、中心軸１０の回転時、軸荷重の及ぶ方向に応じて適当に傾斜させることができる。これによって、自動的にモーメント平衡を取るようになり、ロータが高速回転しても不安定な振動が減少できるようにする。
複数のティルティングパッド２００は、断面が扇形状に形成された柱の形状で、前記中心軸１０を対向する側面は、前記中心軸１０の曲率に沿って曲面に形成され、前記ハウジング本体１００の内面を対向する側面は、前記内面の曲率に沿って曲面に形成される。前記ティルティングパッド２００の軸方向を基準として扇形状からなる上下面には支持ピン２２０が突出して形成され、およそ半球形状または四角形状を有することができる。前記支持ピン２２０は、各扇形状からなる上下面の中心部に形成されることが好ましく、互いに対向する位置に形成されて上下に貫通する形状に一直線状に形成されることが好ましい。前記上下面の支持ピン２２０は、前記ハウジング本体に形成された溝１０２と前記固定ハウジングに形成された溝１２２にそれぞれ挿入されて固定される。これにより、前記複数のティルティングパッド２００は、前記ハウジング本体１００の内面と前記中心軸１０との間にそれぞれ一定距離離隔して適切に結合され、軸荷重の及ぶ方向に応じて軸方向を基準として左右へと適切に傾斜できる。
複数のピボット３００は、前記ハウジング本体１００の内面に固定され、各ティルティングパッドの凹状のソケット２１０に挿入される。前記ピボット３００は、ソケットに挿入可能に一定の曲率を有する曲面を形成し、半球形状に形成される。この時、前記複数のピボット３００の曲率は、前記ソケット２１０の曲率よりも小さく形成され、前記複数のティルティングパッド２００が軸荷重の方向に応じてピボット３００の外周面を転がり接触する地点を変化させて適当に傾斜できる。
前記複数のピボット３００の外周面には、オイルが捕集されるためのオイル捕集部が具備される。本発明の第１実施形態によれば、前記オイル捕集部は、前記ピボット３００の外周に沿って円形に形成されるグルーブ３２０が複数個離隔して形成される。本実施形態において、前記グルーブ３２０は、前記ピボット３００のティルティングパッド２００に接触する最頂点から下部へいくほど周りに沿って径が大きくなる円形に形成され、前記ピボット３００のティルティングパッド２００と接触する最頂点から中心に向かって下りてくる中心線と垂直方向に形成され、互いに平行に離隔して形成される。しかし、これに限定されるものではなく、前記ピボットの中心線と平行な方向または一定の角をなす方向に円形に形成される複数のグルーブが平行に離隔して形成されてもよい。
前記グルーブ３２０の厚さは、前記ティルティングパッドのソケット２１０がピボット３００の外周面を転がりながら傾斜することが妨げられないように、厚くなりすぎないように形成されることが好ましく、前記ピボット３００の最頂点にはグルーブが形成されないことが好ましい。
これにより、前記ハウジング本体１００の内面とこれから一定距離離隔して配置された前記複数のティルティングパッド２００との間に流入したオイルなどの潤滑油は、前記ピボット３００の外周面に形成されたオイル捕集部、すなわち、ピボット３００の外周に沿って円形に形成されたグルーブ３２０に流入した後、捕集されることにより、前記ティルティングパッドのソケット２１０とピボット３００との間に潤滑油が十分に維持され、ティルティングパッドとピボットの外周面との間の摩擦を減少させることができる。
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングの構造を説明する。
本発明の第２実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングは、概略的に、ハウジング本体１００と、ティルティングパッド２００と、ピボット３００とを含んでなる。前記ハウジング本体１００、ティルティングパッド２００およびピボット３００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ベアリングと同一であり、これに関する説明は上記の通りであるので省略し、異なるピボット３００の外周面に形成されたオイル捕集部を中心に説明する。
複数のピボット３００の外周面には、オイルが捕集されるためのオイル捕集部が具備される。本発明の第２実施形態によれば、前記オイル捕集部は、前記ピボット３００の外周に沿って螺旋状に形成されるグルーブ１３２０からなる。
前記グルーブ１３２０の厚さは、前記ティルティングパッドのソケット２１０がピボット３００の外周面を転がりながら傾斜することが妨げられないように、厚くなりすぎないように形成されることが好ましく、前記ピボット３００の最頂点にはグルーブが形成されないことが好ましい。
これにより、前記ハウジング本体１００の内面とこれから一定距離離隔して配置された前記複数のティルティングパッド２００との間に流入したオイルなどの潤滑油は、前記ピボット３００の外周面に形成されたオイル捕集部、すなわち、ピボット３００の外周に沿って螺旋状に形成されたグルーブ１３２０に流入した後、捕集されることにより、前記ティルティングパッドのソケット２１０とピボット３００との間に潤滑油が十分に維持され、ティルティングパッドとピボットの外周面との間の摩擦を減少させることができる。
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングの構造を説明する。
本発明の第３実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングは、概略的に、ハウジング本体１００と、ティルティングパッド２００と、ピボット３００とを含んでなる。前記ハウジング本体１００、ティルティングパッド２００およびピボット３００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ベアリングと同一であり、これに関する説明は上記の通りであるので省略し、異なるピボット３００の外周面に形成されたオイル捕集部を中心に説明する。
複数のピボット３００の外周面には、オイルが捕集されるためのオイル捕集部が具備される。本発明の第３実施形態によれば、前記オイル捕集部は、ポイント形状の複数の溝２３２０からなる。前記各溝２３２０はポイント形状、円形状の溝で、前記ピボット３００の周りに沿って複数個が配置される。具体的には、本第３実施形態のように、前記ピボット３００の周りに沿って複数の層に配置される。しかし、これに限定されるものではなく、前記複数の溝２３２０の形状は、円形状、四角形状などのいずれも適用可能である。
前記複数の溝２３２０は、前記ティルティングパッドのソケット２１０がピボット３００の外周面を転がりながら傾斜することが妨げられないように適当な個数および層に形成されることが好ましく、前記ピボット３００の最頂点には溝が形成されないことが好ましい。
これにより、前記ハウジング本体１００の内面とこれから一定距離離隔して配置された前記複数のティルティングパッド２００との間に流入したオイルなどの潤滑油は、前記ピボット３００の外周面に形成されたオイル捕集部、すなわち、ポイント形状の複数の溝２３２０に流入した後、捕集されることにより、前記ティルティングパッドのソケット２１０とピボット３００との間に潤滑油が十分に維持され、ティルティングパッドとピボットの外周面との間の摩擦を減少させることができる。
次に、図７を参照して、本発明の第４実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングの構造を説明する。
本発明の第４実施形態に係るボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリングは、概略的に、ハウジング本体１００と、ティルティングパッド２００と、ピボット３００とを含んでなる。前記ハウジング本体１００、ティルティングパッド２００およびピボット３００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ベアリングと同一であり、これに関する説明は上記の通りであるので省略し、異なるピボット３００の外周面に形成されたオイル捕集部を中心に説明する。
複数のピボット３００の外周面には、オイルが捕集されるためのオイル捕集部が具備される。本発明の第４実施形態によれば、前記オイル捕集部は、リング形状の複数の溝３３２０からなる。前記各溝３３２０はリング形状で、本第４実施形態のように、円形のリング形状に限定されず、四角リングなどのいずれも適用可能である。前記複数の溝３３２０は、前記ピボット３００の周りに沿って複数個が配置され、具体的には、本第４実施形態のように、前記ピボット３００の周りに沿って複数の層に配置される。
前記複数の溝３３２０は、前記ティルティングパッドのソケット２１０がピボット３００の外周面を転がりながら傾斜することが妨げられないように適当な個数および層に形成されることが好ましく、前記ピボット３００の最頂点には溝が形成されないことが好ましい。
これにより、前記ハウジング本体１００の内面とこれから一定距離離隔して配置された前記複数のティルティングパッド２００との間に流入したオイルなどの潤滑油は、前記ピボット３００の外周面に形成されたオイル捕集部、すなわち、リング形状の複数の溝３３２０に流入した後、捕集されることにより、前記ティルティングパッドのソケット２１０とピボット３００との間に潤滑油が十分に維持され、ティルティングパッドとピボットの外周面との間の摩擦を減少させることができる。
上記のように、複数のティルティングパッド２００と複数のピボット３００との間の摩擦が減少することによって、摩擦による摩耗現象と動力損失の減少が可能である。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、上記で説明した各実施形態における複数のピボットの外周面に形成されたオイル捕集部が複数のティルティングパッド２００のソケット２１０に形成されることにより、各複数のティルティングパッド２００と複数のピボット３００との間にオイルが捕集され、ティルティングパッドとピボットの外周面との間の摩擦を減少させることができる。あるいは、前記複数のピボットの外周面および複数のティルティングパッドのソケットともにオイル捕集部が形成されてもよい。
前記複数のティルティングパッドのソケット２１０に形成されたオイル捕集部は図示しないが、前記複数のピボット３００の外周面に形成されるオイル捕集部と同じ形状からなってもよい。
１００ ハウジング本体
１０２ 溝
１２０ 固定ハウジング
１２２ 溝
２００ 複数のティルティングパッド
２１０ ソケット
２２０ 支持ピン
３００ 複数のピボット
３２０、１３２０ グルーブ
２３２０、３３２０ 複数の溝

Claims (9)

  1. 円筒状のハウジング本体と、
    前記ハウジング本体の内周に沿って配置され、前記ハウジング本体の内面に対向する側面には凹状のソケットが形成された複数のティルティングパッドと、
    前記ハウジング本体の内面に固定され、各ティルティングパッドのソケットに挿入される曲面を有する複数のピボットとを含み、
    前記ピボットの外周面と前記複数のティルティングパッドのソケットのうちの少なくともいずれか１つには、オイルが捕集されるためのオイル捕集部が具備されるボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
  2. 前記ハウジング本体の一側に結合される固定ハウジングをさらに含み、
    前記ティルティングパッドの軸方向の上下面に突出して形成された支持ピンは、前記ハウジング本体に形成された溝と前記固定ハウジングに形成された溝にそれぞれ挿入されて固定される請求項１に記載のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
  3. 前記オイル捕集部は、周り方向に沿って円形のグルーブが複数個離隔して形成される請求項２に記載のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
  4. 前記グルーブは、前記複数のピボットの各々の中心軸と垂直方向に互いに平行に離隔して形成される請求項３に記載のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
  5. 前記オイル捕集部は、周り方向に沿って螺旋状に形成されるグルーブからなる請求項２に記載のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
  6. 前記オイル捕集部は、ポイント形状の複数の溝からなる請求項２に記載のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
  7. 前記オイル捕集部は、リング形状の複数の溝からなる請求項２に記載のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
  8. 前記ピボットの最頂点には前記グルーブが形成されない請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
  9. 前記ピボットの最頂点には前記溝が形成されない請求項６または請求項７に記載のボールソケット型ティルティングパッドジャーナルベアリング。
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