JP2018105467A - ティルティングパッド型ジャーナル軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、潤滑油のパッド冷却性能を向上させてパッド温度を低減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にある。【解決手段】ティルティングパッド型ジャーナル軸受において、ティルティングパッド2は、回転軸に対向する摺動面2aの回転軸方向両側端部に、回転方向下流側に向かって摺動面2aから下り段差となり、ティルティングパッド2の回転軸方向中央部から回転軸方向側端部に向かって摺動面2aから下り段差となるように形成された凹部16を有する。さらに凹部16は、ティルティングパッドの回転軸方向側端部側がハウジングの内部に向かって開放されている。【選択図】図3A
Description
本発明は、例えば発電機、タービン、圧縮機など大型回転機械の回転軸支持に用いられ、特に高い対振動安定性が要求される高速回転機械に適するティルティングパッド型ジャーナル軸受に関する。
ジャーナル軸受の背景技術として、特開平7−174136号公報(特許文献1)及び米国特許第6361215号明細書(特許文献2)に記載されたジャーナル軸受が知られている。
特許文献1のジャーナル軸受は、軸受メタルの温度が最大となる最小油膜位置に近傍に潤滑油の流れの状態を層流から乱流に遷移させる乱流遷移層を設け、軸受の高荷重化、高周速化による軸受メタルの温度上昇を防止している(要約参照)。さらに特許文献1には、乱流遷移層の一例として、軸受メタルの最小油膜位置近傍に凹部としての溝を回転軸の軸方向に形成した構成が記載されている(段落0051及び図7)。
また特許文献2のジャーナル軸受は、指向式ティルティングパッド型ジャーナル軸受であって、軸に接触する作動面と、作動面に側部に沿って細長く形成され作動面の側部に向かう潤滑油を集めてベアリング作動面にリダイレクトするように構成されたチャネルと、を有する(要約、第5欄第31行目乃至第51行目及び図3参照)。
特許文献1のジャーナル軸受では乱流を生じさせることにより軸受の冷却作用を高めている。しかし、遠心圧縮機等の回転機械の高速化が進むと、特許文献1のジャーナル軸受のように乱流を生じさせるだけでは、軸受の冷却作用が不足する可能性がある。特許文献2のジャーナル軸受では、ベアリング作動面上の潤滑油を回転軸方向の中央に集め、キャリーオーバー油を増加させることで、潤滑油不足を回避して潤滑特性の維持を図っている。しかし特許文献1のジャーナル軸受では、ベアリング作動面上で加熱されて高温になったキャリーオーバー油をチャネルでリダイレクトしてベアリング作動面上に戻すため、軸受(ティルティングパッド:以下、パッドと呼ぶ)の冷却作用が低下してパッド温度が増加してしまう。
本発明の目的は、潤滑油のパッド冷却性能を向上させてパッド温度を低減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にある。
上記目的を達成するために、本発明のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、
回転軸と、前記回転軸を半径方向に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内部に収容するハウジングと、前記ティルティングパッドを揺動可能としながら前記ハウジングに対する周方向相対位置を固定する固定構造と、前記ティルティングパッドと前記回転軸との間に潤滑油を供給する給油口と、前記ハウジングの回転軸方向両側に設けられたサイドプレートと、を備えたティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記複数のティルティングパッドのうち荷重方向を下として少なくとも最下部に配置されたティルティングパッドと、最下部に配置された前記ティルティングパッドの回転方向上流側の隣に配置されたティルティングパッドとは、前記回転軸に対向する摺動面の回転軸方向両側端部に、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となり、前記ティルティングパッドの回転軸方向中央部から回転軸方向側端部に向かって前記摺動面から下り段差となるように形成された凹部を有し、
前記凹部は、前記ティルティングパッドの回転軸方向側端部側が前記ハウジングの内部に向かって開放されている。
回転軸と、前記回転軸を半径方向に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内部に収容するハウジングと、前記ティルティングパッドを揺動可能としながら前記ハウジングに対する周方向相対位置を固定する固定構造と、前記ティルティングパッドと前記回転軸との間に潤滑油を供給する給油口と、前記ハウジングの回転軸方向両側に設けられたサイドプレートと、を備えたティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記複数のティルティングパッドのうち荷重方向を下として少なくとも最下部に配置されたティルティングパッドと、最下部に配置された前記ティルティングパッドの回転方向上流側の隣に配置されたティルティングパッドとは、前記回転軸に対向する摺動面の回転軸方向両側端部に、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となり、前記ティルティングパッドの回転軸方向中央部から回転軸方向側端部に向かって前記摺動面から下り段差となるように形成された凹部を有し、
前記凹部は、前記ティルティングパッドの回転軸方向側端部側が前記ハウジングの内部に向かって開放されている。
本発明のティルティングパッド型ジャーナル軸受によれば、潤滑油のパッド冷却性能を向上させてパッド温度を低減できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
最初に本発明が適用されるティルティングパッド型ジャーナル軸受について説明する。
遠心圧縮機等の回転機械には、高速回転する軸を径方向に支持するためにジャーナル軸受が備えられており、特に振動に対して高い安定性が要求される場合には、ティルティングパッド型のジャーナル軸受が用いられる。ティルティングパッド型ジャーナル軸受は、他の真円軸受や楕円軸受と比較して、自励振動に対して高い安定性を有する。この安定性は、油膜を介して回転軸を支持するティルティングパッド(以下、「パッド」と呼称して説明する場合がある)が揺動可能とされつつ軸の周方向に所定の間隔を空けて複数設置されることで、軸振動を不安定化する軸受の連成ばね力を小さくできることで得られる。
遠心圧縮機等の回転機械は、高速化することで効率を向上できる場合がある。しかし、このようなティルティングパッド型ジャーナル軸受を高周速で回転する回転軸に適用した場合、回転軸との摺動面での発熱量が増加するため、その間を流れる潤滑油によるパッドの冷却作用も増加させる必要がある。従来のパッド摺動面にはホワイトメタルと呼ばれる材料が用いられている。このホワイトメタルの耐熱温度は120℃程度であって、回転軸を高周速で回転させた場合、パッド摺動面温度がホワイトメタルの耐熱温度を超過する危険があるためである。
一つのパッド(パッド1)で作用した潤滑油が下流側隣のパッド(パッド2)に流入するとき、パッド1で過熱されることで潤滑油の温度が増加する。このとき隣のパッド2では潤滑油の温度が給油温度よりも高くなるため、パッド温度が増加する。この温度が高くなった潤滑油をキャリーオーバー油と呼称する。すなわち、キャリーオーバー油の油量を低減することで、パッド温度を低減することが出来る。
ティルティングパッド型ジャーナル軸受の潤滑油の供給方式には、油浴式と指向式の2種類がある。油浴式はハウジングの両側に取り付けたサイドプレートによってハウジング内の潤滑油をシールかつ保持し、軸受面に潤滑油を供給するものである。一方、指向式は給油口に給油ノズルを用い、潤滑油をパッド間もしくはパッド摺動面に配置した給油ノズルから摺動面近傍に噴射供給する。指向式の場合、サイドプレートを無くす、もしくはサイドプレートのシール幅を広げるなどして、潤滑油を回転軸の軸方向(パッドの幅方向)に積極的に排出するものである。指向式は油浴式よりもパッド温度を低減できる一方、潤滑特性を維持するのに適切な潤滑油の供給や、軸受外部に設置された他部品への油飛散の防止が重要となる。
次に、以下の実施例で説明するティルティングパッド型ジャーナル軸受の特徴について説明する。なお、「回転方向上流側」は基準点に対して回転方向を逆方向に戻る側であり、「回転方向下流側」は基準点に対して回転方向に進んだ側である。回転軸1が回転することにより、回転軸1の外周面1aとティルティングパッド2の内周面(摺動面)2aとの間に潤滑油が流れる。この場合、「回転方向上流側」は潤滑油の流れ方向における上流側に一致し、「回転方向下流側」は潤滑油の流れ方向における下流側に一致する。また、回転軸1の軸に沿う方向を回転軸方向、又は単に軸方向と呼ぶ。
以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受は、軸線方向に延びる回転軸と、回転軸を半径方向に支持する複数のティルティングパッドと、複数のティルティングパッドを揺動可能に支持しつつ内部に収容するハウジングと、ティルティングパッドとハウジングとの周方向の相対位置を固定する固定構造と、ティルティングパッドと回転軸との間に潤滑油を給油する給油口と、ハウジングの回転軸方向両側に設けられたサイドプレートと、を備え、少なくとも複数のティルティングパッドのうち荷重方向を下側として最下部に配置されたティルティングパッドと、最下部に配置されたティルティングパッドの回転方向上流側隣に配置されたティルティングパッドとは、パッド摺動面の回転方向下流側でかつパッド摺動面の回転軸方向両端部(パッド摺動面の両側部)に、パッド摺動面を上側、パッド摺動面の背面側を下側とした場合に、パッド摺動面側から見て低くなるように形成された下り段差が設けられている。
このような構成のティルティングパッド型ジャーナル軸受によれば、ティルティングパッドの回転軸方向両側ではく離流れと再付着流れ、いわゆるバックステップ流れを誘起することで潤滑油とパッド摺動面との熱伝達を向上させ、パッド温度を低下させることが出来る。さらに、下り段差部では回転軸とティルティングパッドとの間隙幅が広く圧力も低いため、ティルティングパッドの回転軸方向中央部から回転軸方向端部(パッド側部)への潤滑油排出を誘起することが出来る。これより、軸方向中央部の発熱源で加熱されて高温となった潤滑油(キャリーオーバー油)が回転方向下流側の隣に配置されているティルティングパッドの摺動面に流入することを抑制してパッド温度の上昇を抑制することができる。また、サイドプレートが設置されることで、回転軸方向に排出される潤滑油が軸受外部に飛散する場所を限定し、軸受外部の他部品への油飛散を好適に抑制することができる。さらに複数のティルティングパッドのうちパッド温度が最大となる最下部配置のティルティングパッドとキャリーオーバー油の流入元である上流側隣のティルティングパッドに下り段差部の設置を限定することで、外部への油飛散量増加を抑制しつつ軸受面の耐熱温度を超過するリスクが高いパッドを選択して温度を低減することが可能となる。上述した構成は、軸受面に耐熱温度の低いホワイトメタルを用いる場合に、特に有効である。
また、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、給油口を回転軸方向に少なくとも3つ以上設け、それぞれを下り段差部の回転軸方向中心部とティルティングパッドの回転軸方向中心部に配置することが好ましい。このような構成によれば、潤滑油が回転軸方向の一部の範囲に偏り、下り段差部に潤滑油が流入せずにバックステップ流れが阻害されることや、局所的に潤滑油が不足して油膜が破断するなど潤滑特性が悪化することを抑制することが出来る。
また、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、給油口の出口の径方向位置を概ねティルティングパッドの内径と同じになるようにしつつ、給油口を複数のティルティングパッドを貫通するように配置し、サイドプレートと回転軸との間隙(サイドプレート間隙)の寸法を2mm以上に広げてサイドプレートを配置する構成としても良い。このような構成によれば、発熱源である前記ティルティングパッドのパッド摺動面から熱を吸収して高温となった潤滑油の大半を軸方向に排出することができ、パッド温度をより一層低下させることが出来る。
一方、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、給油口の出口の径方向位置を概ねハウジングの内径と同じになるようにしつつ、給油口をハウジングに設け、サイドプレートと回転軸との間隙(サイドプレート間隙)の寸法を1mm以下に狭めてサイドプレートを配置する構成とした、油浴式のティルティングパッド型ジャーナル軸受としても良い。このような構成によれば、潤滑特性の向上をより一層促進し、さらに外部への油飛散をより一層低減することができる。
また、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、ハウジングと最下部に配置されたティルティングパッドの外周面(背面)との間隙に対向する径方向位置において、サイドプレートに開口部を配置することが好ましい。このような構成によれば、ハウジングと最下部に配置されたティルティングパッドの外周面との間隙に滞留するキャリーオーバー油を効果的に回転軸方向に排出することができる。そして、最も高温になる、最下部に配置されたティルティングパッドのパッド温度を効果的に低下させることが出来る。最下部に配置されたティルティングパッドの摺動面位置(摺動面の径方向位置)において、サイドプレート間隙を他の周方向位置よりも拡大しても良い。これにより、回転軸と最下部に配置されたティルティングパッドとの間のキャリーオーバー油の排出量を増加させることができる。前記開口部を設け、さらに前記サイドプレート間隙を拡大することで、最下部に配置されたティルティングパッドのパッド温度をより一層低下させることが出来る。
さらに、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、下り段差を複数段にすることが好ましい。このような構成によれば、はく離流れと再付着を複数回誘起して熱伝達率が高い領域を増加させ、パッド温度を低下させることが可能となる。
本明細書においては、回転軸1の軸(軸芯)に沿う方向を回転軸方向と呼ぶ。上述したように、ティルティングパッド2は「パッド」と呼んで説明する場合がある。またティルティングパッド2の作動面は、摺動面又は軸受面と呼んで説明する場合がある。
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。このとき、以下に示す図面では同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明は省略する。部材の寸法および形状は、模式的に示す。例えば、図1などにおいて、回転軸1とティルティングパッド2との間隙部の幅は、説明のために実際よりも大きく描いている。
以下、本発明の第一実施例について、図1乃至図4および図5を参照して詳細に説明する。本実施例においては、高圧遠心圧縮機に用いられる指向式LOP(Load On Pad)ティルティングパッド型ジャーナル軸受の例を示す。
図1は、第一実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た断面を示す模式図である。すなわち、図1は回転軸1の軸芯に対して垂直方向の断面の形状を表わしている。
図1に見られるようにティルティングパッド型ジャーナル軸受は、回転軸1を支持するティルティングパッド2を回転軸1の周方向に複数有している。特にLOP型は5枚のティルティングパッド2を有しており、荷重方向11に1枚のパッドを配置している。なお、通常、荷重方向11は鉛直方向下向きである。
5枚のティルティングパッド2は固定構造(固定機構または固定部)4によってハウジング3に揺動可能に支持されつつ、ハウジング3に対する周方向位置を固定されている。給油口5は出口5aの径方向位置を概ねティルティングパッド2の内径と同じになるようにしつつ、図示していないが全てのティルティングパッド2の摺動面2aの回転方向上流側の部分に貫通させて設けられている。この構成では、給油口5の出口5aはティルティングパッド2の摺動面2a側に開口する。そして、各々のティルティングパッド2では、潤滑油が摺動面2aの近傍に噴射供給される。なお、給油口5の出口5aは、後述の第三実施例のように、摺動面2aに形成された溝部15の底部に開口する場合もある。
図2は、第一実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、図1とは異なる方向(回転軸方向に垂直な方向)から見た断面図であり、回転軸中心に対して片方の側を図示した模式図である。すなわち、図2は回転軸1の軸芯方向の断面形状を表わしている。
図2に見られるように、本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、サイドプレート6を有しており、サイドプレート6はティルティンパッド2の側面(回転軸方向の端面(端部))を覆うように設置されつつ、ハウジング3に組み付けられている。サイドプレート2と各ティルティングパッド2との間には側面間隙部7を有している。サイドプレート2と回転軸1との間にはサイドプレート間隙8が設けられており、サイドプレート6はサイドプレート間隙8の幅が2mm以上となるように配設されている。すなわちサイドプレート6には、回転軸1が貫通する開口(貫通孔)8aが設けられ、開口8aはその直径が回転軸1の直径よりも4mm以上大きくなる大きさに形成されている。
図3Aは、第一実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。
本実施例のティルティングパッド2は、摺動面2aの回転軸方向両端部で、かつ回転方向10の下流側に、パッド摺動面2aを上側、ティルティングパッド2の背面側(ハウジング3側の面)2bを下側とした場合に、パッド摺動面2a側から見て低くなるように形成された下り段差16a,16bを有する。すなわち下り段差16a,16bは、上面として構成されたパッド摺動面2aからティルティングパッド2の背面側に向かって形成された下り段差面(回転方向上流側から下流側に向かう下り段差面)16aと下面として構成された底面16bとで構成される。本実施例では、段差面16aは径方向外方に向かって形成されているが、段差面16aは必ずしも径方向に沿う必要はなく、径方向に対して傾斜していてもよく、後述するバックステップ流れを誘起できるように形成されていればよい。
また、回転軸方向で見た場合、パッド摺動面2aの回転軸方向両端部に、パッド摺動面2aの中央側から端部に向かって下り段差(凹部16の側面)16c,16bが形成されている。すなわち下り段差16c,16bは、上面として構成されたパッド摺動面2aからティルティングパッド2の背面側に向かって形成された下り段差面16cと下面として構成された底面16bとで構成される。
下り段差16a,16bと下り段差16c,16bとにより、摺動面2aの回転軸方向両端部に凹部16が形成される。本実施例では、凹部16は、回転軸方向におけるパッド摺動面2aの中央側に段差面16cを有し、段差面16cは周方向に延設されている。一方、回転軸方向におけるティルティングパッド2の側端部側では、凹部16は開放されている。
また凹部16は、ティルティングパッド2の下流側端部が開放されている。しかし、凹部16の下流側端部は開放されている必要はなく、凹部16(下り段差16a,16b)が後述するバックステップ流れを誘起できるように、周方向に十分な長さを有するように形成されていればよい。本実施例のように、凹部16をティルティングパッド2の下流側端部まで設け、凹部16の下流側端部を開放した状態にすることにより、確実にバックステップ流れを誘起することができると共に、ティルティングパッド2の側端部からティルティングパッド2の外側に排出される潤滑油の量を増やすことができる。
本実施例では、段差面16cは回転軸1に垂直な面として形成されているが、段差面16cは必ずしも回転軸1に垂直である必要はなく、後述するバックステップ流れを誘起できる周方向長さを有するように形成されていればよい。また本実施例では、凹部16の底面16bは、パッド摺動面2aに対して高さがHだけ低い平行面として形成されているが、後述するバックステップ流れによる冷却効果が得られるように構成されていれば、この形状に限られる訳ではない。
図3Bを用いて、バックステップ流れについて説明する。図3Bは、バックステップ流れを説明するための模式図である。なお図3Bでは、回転軸1の外周面1a、パッド摺動面2a及び凹部16の底面16bは、曲率を無視して直線で描いている。
図3Bにおいて、符号14aは潤滑油の主流を示している。下り段差16a、16bにより潤滑油の段差上面(パッド摺動面2a)からのはく離流れ14b、段差底面16bの下流側での再付着流れ14cおよび段差面16a近傍での渦流れ14d(いわゆるバックステップ流れ)が誘起される。バックステップ流れ14dは乱流の形態の中でも特に高い熱伝達特性を有するため、潤滑油の流れ場の形態が通常層流である従来のティルティングパッド型ジャーナル軸受と比較して、ティルティングパッド2の温度を低減することができる。
段差高さHは、ティルティングパッド2の摺動面2aの加工半径と回転軸1の半径との差の半分よりも大きく設けている。これは、バックステップ流れを発生させるために段差の高さHは上流側主流流路の径方向長さΔRの半分よりも大きいことが好ましいためである。また、ティルティングパッド2の下流側端の外周面幅W1と摺動面幅W2との比は概ね0.7に形成することが好ましい。パッド2の幅を縮小すると反比例して軸受面圧が増加する。一方、軸受面圧の推奨最大値と許容値との比は一般に0.6程度であり、軸受面圧が許容値を超過しないようにするために、外周面幅W1と摺動面幅W2との比を概ね0.7とする。
本発明におけるティルティングパッド2の摺動面2aに設けた下り段差16a,16bの周方向における開始位置は中央よりも下流側に形成することが好ましい。この効果を、図4を用いて説明する。図4は、一般的なティルティングパッドの周方向位置と摺動面近傍の温度との関係を示す模式図である。
図4から見られるように、ティルティングパッド2の摺動面2a近傍の温度は下流側に向かって高くなり、下流端近傍ではほぼ一定値に漸近する。これは発熱が最大となる位置が概ねパッド中央の流路幅が最小となる場所であることと、下流側に進むに従って潤滑油が加熱されて温度が高くなることによる。段差設置位置を周方向下流側とすることで、特にホワイトメタルの耐熱温度に対して温度余裕が少なくなる下流側で熱伝達率を向上することが可能となり、さらに下流側で高温となった潤滑油(キャリーオーバー油)を軸方向に排出促進することができる。摺動面2aの下流端まで流れたキャリーオーバー油はさらに下流側に配設された隣のパッド温度を増加させる。このため、キャリーオーバー油を軸方向に排出促進することで、パッド温度をより一層低減することができる。
このため、本実施例では、図3Aに示すように、ティルティングパッド2の内周面における、凹部16の周方向長さL2は、ティルティングパッド2の内周面の周方向長さL1の1/2以下になるようにする。すなわち、ティルティングパッド2の内周面における、凹部16の円弧長さL2は、ティルティングパッド2の内周面の円弧長さL1の1/2以下になるようにする。
図5を用いて、回転軸1の周囲に配置された複数のティルティングパッド2(2−1,2−2,2−3)の温度について説明する。図5は、各ティルティングパッドが配置された周方向位置と各ティルティングパッドの摺動面近傍における最大温度との関係を示す模式図である。
図5において、12−1はティルティングパッド2−1のパッド最大温度を、12−2はティルティングパッド2−2のパッド最大温度を、12−3はティルティングパッド2−3のパッド最大温度を示す。
周方向の荷重方向下側に位置するティルティングパッド2において、パッド最大温度が著しく高くなる。そのため、本実施例では荷重方向下側に配置されたティルティングパッド2−2(図1参照)とその回転方向上流側に配置されたティルティングパッド2−1(図1参照)にのみ下り段差16a,16b(凹部16)を設けている。すなわち、最大温度が高いティルティングパッド2−2に関して熱伝達率を増加させるとともに、ティルティングパッド2−2に流入するキャリーオーバー油の量を低減することで、ティルティングパッド2−2のパッド温度をより一層低減することができる。さらに、キャリーオーバー油の軸方向への排出を促進する箇所を限定することで、外部への油飛散増加を最低限に抑制することができる。
なお、ティルティングパッド2の温度上昇抑制を優先する場合は、上述した以外のティルティングパッド2に下り段差16a,16b(凹部16)を設けてもよく、全てのティルティングパッド2に下り段差16a,16b(凹部16)を設けてもよい。
次に第二実施例について図6を参照して説明する。図6は、第二実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た断面を示す模式図である。
本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、第一実施例と概ね同様であり、第一実施例との違いは指向式ではなく油浴式とした点である。すなわち図6に示す様に、給油口5の出口5aの径方向位置を概ねハウジング3の内径と同じになるようにしつつ、周方向に複数の給油口5をハウジング3に設けている。すなわち、給油口5の出口5aはハウジング3の内周面3aに開口している。さらに図示していないが、サイドプレート間隙8(図2参照)の幅(寸法)を1mm以下で、かつサイドプレート6と回転軸1とが非接触となる状態にしている。これにより、ハウジング3とサイドプレート6で覆われた空間内に潤滑油を保持し、ティルティングパッド2の摺動面に潤滑油を供給できる。この場合、特に潤滑特性は良く維持される。さらに、外部への油飛散も少ない。
次に第三実施例について図7A及び図7Bを参照して説明する。図7Aは、第三実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。図7Bは、第三実施例に係るティルティングパッドを軸受面側から見た模式図(平面図)である。
本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、第一実施例と概ね同様であり、第一実施例との違いは図7A及び図7Bに示す様に、給油口5を軸方向に3つ設け、それぞれを2つの下り段差部16a,16b(凹部16)のそれぞれの概ね軸方向中心部とティルティングパッド2の軸方向中心部とに配置した点である。これにより、潤滑油の流れの軸方向偏りを抑制し、軸方向中心部の給油口5aからの給油によってティルティングパッド2の摺動面2aの潤滑特性を維持することができる。また、軸方向端両側の給油口5bからの給油によって概ね下り段差16a,16b(凹部16)の軸方向中心線13に沿う潤滑油流れを誘起し、バックステップ流れによるパッド温度低減をより一層促進することが可能となる。
給油口5aは、開口径が他の給油口5bよりも大きく形成されている。これにより、摺動面2aに潤滑油を十分に供給することができる。また給油口5bは、下り段差16a,16b(凹部16)に供給される潤滑油が不足しないように設けたものであり、補助的なものであるため、給油口5aの開口径よりも小さくしている。
給油口5a,5bは、それぞれの出口が摺動面2aに設けた凹部15の底部に開口するように、設けられている。凹部15は軸方向に沿って細長い形状に形成され、3つの給油口5a,5bが1つの凹部15に設けられている。
次に第四実施例について図8および9を参照して説明する。図8は、第四実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向に垂直な方向から見た断面図であり、回転軸中心に対して片方の側を図示した模式図である。図9は、第四実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た図であり、回転軸中心を通る直線に対して一方の側はサイドプレートを図示し、他方の側は断面を図示するように、サイドプレートと断面とを重ねた状態で示す模式図である。
本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、第一実施例と概ね同様であり、第一実施例との違いは、サイドプレート6に開口部9が設けられていることである。開口部9は概ねハウジング3と最下部ティルティングパッド2−2との間隙に対向する周方向かつ径方向位置に配置されている。これによりハウジング3と最下部ティルティングパッド2−2との間隙を流れる油の軸方向への排出を促進することが可能となる。
排出しきれなかったキャリーオーバー油の一部はティルティングパッド2の外周側に流入する。外周側にキャリーオーバー油が滞留することで、ティルティングパッド2の温度が増加するため、このキャリーオーバー油の排出を促進することで、最下部ティルティングパッド2−2の温度を効果的に低下させることが可能となる。
さらに本実施例では、最下部ティルティングパッド2−2の摺動面位置、或いはティルティングパッド2−2の回転軸方向側端部に対向する周方向位置において、サイドプレート間隙8を他の周方向位置よりも径方向に拡大している。すなわち、サイドプレート間隙8に拡大部8aを設けている。回転軸1と最下部ティルティングパッド2−2との間のキャリーオーバー油の排出量を増加させることで、最下部ティルティングパッド2−2のパッド温度をより一層低下させることが出来る。
開口部9を設けた構成と、サイドプレート間隙8を最下部ティルティングパッド2−2の摺動面位置、或いはティルティングパッド2−2の回転軸方向側端部に対向する周方向位置において径方向に拡大する構成とを同時に採用してもよいし、いずれか一方の構成を採用してもよい。
本実施例は、第三実施例の油浴式のティルティングパッド型ジャーナル軸受に適用してもよい。
次に第五実施例について図10を参照して説明する。図10は、第五実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。
本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、第一実施例と概ね同様であり、第一実施例との違いは、ティルティングパッド2に設けられた下り段差が2段となっていることである。すなわち本実施例の下り段差は、下り段差面16a及び底面16bで構成される第1の下り段差の回転方向下流側に、上面として構成された底面16bからティルティングパッド2の背面側に向かって形成された下り段差面(回転方向上流側から下流側に向かう下り段差面)16dと、下面として構成された底面16eと、パッド摺動面2aの中央側から端部に向かう下り段差面(凹部16の側面)16cと、で構成される第2の下り段差が設けられている。
バックステップ流れにより熱伝達率が特に高くなる範囲は、概ねはく離流れ14b(図3B参照)がはく離してから再付着するまでの領域である。すなわち、ティルティングパッド2の周方向長さが長く段差が1段であった場合、ティルティングパッド2の下流側端近傍ではバックステップ流れの誘起による熱伝達増加の効果が小さくなってしまう。そこで、段差を複数段設けることで、熱伝達率が高くなる範囲を増加させることが可能となり、ティルティングパッド2の温度をより一層低減することが可能となる。
下り段差は2段に限らず、さらに多段に設けてもよい。
上述した実施例によれば、パッドの冷却作用が高い指向式ティルティングパッド型ジャーナル軸受において、潤滑特性を維持するのに十分な、温度の低い潤滑油を供給することができると共に、パッドに対して回転軸方向に設置された他部品への油飛散を防止又は抑制することができる。これにより、単純な構造で、潤滑油のパッド冷却性能を向上させてパッド温度を低減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ができる。
なお、本発明は上記した各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、2…ティルティングパッド、2a…摺動面、2−2…最下部ティルティングパッド、3…ハウジング、4…固定構造、5…給油口(給油管または給油ノズル)、6…サイドプレート、7…サイドプレート2とティルティングパッド2との間の側面間隙間、8…サイドプレート2と回転軸1との間のサイドプレート間隙間、9…サイドプレート2の開口部、10…軸回転方向、11…荷重方向、12−1…ティルティングパッド2−1のパッド最大温度、12−2…ティルティングパッド2−2のパッド最大温度、12−3…ティルティングパッド2−3のパッド最大温度、13…段差部の中心線、14a…主流、14b…はく離流れ、14c…再付着流れ、14d…渦流れ、16…凹部、16a…回転方向上流側から下流側に向かう下り段差面、16b…底面、16c…パッド摺動面2aの中央側から端部に向かう下り段差面(凹部16の側面)、16d…第2の凹部の回転方向上流側から下流側に向かう下り段差面、16e…第2の凹部の底面。
Claims (10)
- 回転軸と、前記回転軸を半径方向に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内部に収容するハウジングと、前記ティルティングパッドを揺動可能としながら前記ハウジングに対する周方向相対位置を固定する固定構造と、前記ティルティングパッドと前記回転軸との間に潤滑油を供給する給油口と、前記ハウジングの回転軸方向両側に設けられたサイドプレートと、を備えたティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記複数のティルティングパッドのうち荷重方向を下として少なくとも最下部に配置されたティルティングパッドと、最下部に配置された前記ティルティングパッドの回転方向上流側の隣に配置されたティルティングパッドとは、前記回転軸に対向する摺動面の回転軸方向両側端部に、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となり、前記ティルティングパッドの回転軸方向中央部から回転軸方向側端部に向かって前記摺動面から下り段差となるように形成された凹部を有し、
前記凹部は、前記ティルティングパッドの回転軸方向側端部側が前記ハウジングの内部に向かって開放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。 - 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において、
前記凹部は、前記ティルティングパッドの回転方向下流側端部側が前記ハウジングの内部に向かって開放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。 - 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において、
前記凹部を形成する、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となる段差面の高さは、前記ティルティングパッドの加工半径と前記回転軸の半径との差の半分よりも大きく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。 - 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において、
前記ティルティングパッドの回転方向下流側端部側における外周面幅と摺動面幅との比は0.7と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。 - 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において、
前記凹部を形成する、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となる段差面は、前記ティルティングパッドの周方向における中央よりも回転方向下流側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。 - 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において、
前記給油口を回転軸方向に沿って前記ティルティングパッドに少なくとも3つ以上設け、前記給油口を回転軸方向両側端部に形成した前記凹部の回転軸方向中心部と前記ティルティングパッドの回転軸方向中心部とに対応させて配置した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。 - 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において、
前記給油口の出口を前記ティルティングパッド2の前記摺動面の回転方向上流側の部分に開口させ、
前記サイドプレートと前記回転軸との間隙を2mm以上にした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。 - 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において、
前記給油口の出口を前記ハウジングの内周面に開口させ、
前記サイドプレートと前記回転軸との間隙を1mm以下で、かつ前記サイドプレートと前記回転軸とが非接触の状態になるようにした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。 - 請求項7又は8に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記ハウジングと最下部に配置された前記ティルティングパッドの外周面との間隙に対向する、前記サイドプレートの径方向位置に開口部を備え、
前記サイドプレートと前記回転軸との前記間隙は、最下部に配置された前記ティルティングパッドの回転軸方向側端部に対向する周方向位置において、他の周方向位置よりも広く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。 - 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において、
前記凹部は、回転方向下流側に向かって形成された複数段の下り段差を有す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。
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