JP2018135973A - 軸受装置及び回転機械 - Google Patents
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Abstract
Description
このような軸受装置として、ティルティングパッド軸受が知られている。ティルティングパッド軸受では、各軸受パッドが外周側からピボット(支持部)によって揺動可能に支持されている。回転軸とパッド面との間には、潤滑油の油膜が形成されている。
これにより回転軸とパッド面の隙間が大きくなると、負荷能力の低減(メタル温度高、油膜厚さ小)や減衰性の低減が生じ、さらにパッド面が必要とする潤滑油の流量の増大を招く。したがって、軸受装置としての性能低下が引き起こされてしまう。
即ち、本発明の第一態様に係る軸受装置は、軸線回りに回転する回転軸の外周面を、油膜を介して支持するパッド面を有する軸受パッドと、前記軸受パッドを外周側からピボット位置で揺動可能に支持する支持部と、を備え、前記回転軸の曲率半径をRjとし、前記パッド面の曲率半径をRpとし、前記軸線を中心とし該中心と前記パッド面における前記ピボット位置との距離を半径とする基準円の曲率半径をRbとした際に、Rj<Rp<Rbの関係が成立する。
一方、本発明では、当初からパッド面の曲率半径が基準円よりも小さく形成されているため、弾性変形及び熱変形が生じたとしても、基準円よりも過大に開いてしまうことを抑制できる。また、パッド面の曲率半径は回転軸の曲率半径よりも大きいため、弾性変形及び熱変形が起こっていない運転初期であっても、回転軸との間に適切な隙間を形成することができる。
図1に示すように、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン1(回転機械)は、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に用いられるものである。
軸受部20は、スラスト軸受21及びジャーナル軸受30(軸受装置)を備えており、回転軸10を回転可能に支持している。
ガイドメタル40は、キャリアリング31の内周面に周方向に延びる円弧状の部材である。ガイドメタル40は、外周面がキャリアリング31に固定され、内周面が回転軸10の外周面に隙間をあけて対向する対向面41とされている。ガイドメタル40の対向面41は軸線O方向から見て、該軸線Oを中心とした円弧状をなしている。ガイドメタル40は、軸線O方向に間隔をあけて複数(例えば一対)が設けられている。
軸受パッド60は、外周側の部分が鋼材等から形成された基部とされており、当該基部の内周側にホワイトメタルが積層されている。パッド面62はホワイトメタルによって形成されている。
ガイドメタル40の対向面41の曲率半径をRbとすると、ガイドメタル40の対向面41は周方向全域にわたって曲率半径Rbで延在している。ガイドメタル40の曲率半径Rbの中心は、軸線Oに一致している。
また、パッド面62と回転軸10の外周面との隙間の寸法は、軸線O方向からみてピボット位置P2で最大となっている。即ち、ピボット位置P2における隙間Crが、パッド面62と回転軸10の外周面との間での最大の隙間寸法となる。
さらに、パッド面62と回転軸10の外周面との隙間寸法は、ピボット位置P2から周方向に離間するにしたがって漸次小さくなっている。したがって、ピボット位置P2から回転方向T前方側又は回転方向T後方側に向かうに従って、パッド面62は回転軸10の外周面に近接していく。即ち、パッド面62は、基準円Sよりもその湾曲度合が閉じた形状をなしている。
なお、上記のような曲率半径及び隙間の設定は、いずれも設計時・組立時(非運転時)のものである。
即ち、本実施形態では、設計時・組立時の当初からパッド面62の曲率半径が基準円Sよりも小さく形成されているため、弾性変形及び熱変形が生じたとしても、基準円Sよりも開いてしまうことを抑制できる。これによって、運転時であってもパッド面62と回転軸10との間に適切な隙間を維持することができ、高面圧を実現することができる。即ち、運転時であっても、従来相当の隙間を維持することができる。
また、パッド面62の曲率半径は回転軸10の曲率半径よりも大きいため、弾性変形及び熱変形が起こっていない運転初期であっても、回転軸10との間に適切な隙間を形成することができる。
以上から、運転時のジャーナル軸受30の性能維持を図ることができる。
一方、当該ピボット位置P2から周方向に離れる程、軸受パッド60は弾性変形及び熱変形の影響により変形し易くなる。即ち、剛に支持されたピボット位置P2から遠ざかる程、変形が起き易くなる。
また、ガイドメタル40と回転軸10との隙間の寸法や軸受パッド60の組み立て時の隙間はCrに設定されており、即ち、従来相当から変更されていないため、隙間減少による油膜温度の上昇は抑えることができる。
第二実施形態は、軸受パッド60の構成について第一実施形態と相違する。即ち、第二実施形態の軸受パッド60は、第一実施形態同様の裏面61を有しており、当該裏面61がピボット50により支持されている。ピボット50による支持箇所は、軸受パッド60の周方向の中央よりも回転方向T前方側とされている。したがって、ピボット点P1及びピボット位置P2は軸受パッド60の周方向中央よりも回転方向T前方側の箇所となる。
本実施形態では、上流側パッド面63の曲率半径をRp1とし、下流側パッド面64の曲率半径をRp2とすると、本実施形態では、Rp1<Rp2の関係が成立している。
第三実施形態では、一対の軸受パッド60のうち、回転軸10からの荷重が大きい一方の軸受パッド60の曲率半径をRpAとし、回転軸10からの荷重が小さい他方の軸受パッド60の曲率をRpBとした際に、RpA<RpBの関係が成立している。
これにより、ジャーナル軸受30全体としての軸受パッド60と回転軸10との隙間管理をより適切に行うことができる。
また、軸受パッド60を揺動可能支持可能であれば、ピボット50に限定されず他の構成によって軸受パッド60が支持されていてもよい。
2 タービンケーシング
3 静翼
4 動翼
10 回転軸
11 スラストカラー
20 軸受部
21 スラスト軸受
30 ジャーナル軸受(軸受装置)
31 キャリアリング
40 ガイドメタル
41 対向面
50 ピボット(支持部)
60 軸受パッド
61 裏面
62 パッド面
62 パッド面
63 上流側パッド面
64 下流側パッド面
70 潤滑油供給ノズル
P1 ピボット点
P2 ピボット位置
O 軸線
T 回転方向
S 基準円
Claims (7)
- 軸線回りに回転する回転軸の外周面を、油膜を介して支持するパッド面を有する軸受パッドと、
前記軸受パッドをピボット位置で揺動可能に支持する支持部と、
を備え、
前記回転軸の曲率半径をRjとし、
前記パッド面の曲率半径をRpとし、
前記軸線を中心とし、前記軸線と前記パッド面における前記ピボット位置との距離を半径とする基準円の曲率半径をRbとした際に、
Rj<Rp<Rbの関係が成立する軸受装置。 - 前記パッド面と前記回転軸の外周面との隙間の寸法が、前記ピボット位置で最大となる請求項1に記載の軸受装置。
- 前記パッド面と前記回転軸の外周面との隙間の寸法が、前記ピボット位置から周方向に離間するに従って漸次小さくなる請求項1に記載の軸受装置。
- 前記基準円に沿って延びるガイド面を有するガイドメタルをさらに備え、
前記ガイドメタルと前記回転軸の外周面との隙間の寸法は、前記ピボット位置での前記パッド面と前記回転軸の外周面との隙間の寸法に等しい請求項1から3のいずれか一項に記載の軸受装置。 - 前記ピボット位置は、前記パッド面の周方向の中央よりも前記回転軸の回転方向前方側に位置しており、
前記パッド面における前記ピボット位置よりも回転方向後方側の部分である上流側パッド面の曲率半径をRp1とし、
前記パッド面における前記ピボット位置よりも回転方向前方側の部分である下流側パッド面の曲率半径をRp2とした際に、
Rp1<Rp2の関係が成立する請求項1から4のいずれか一項に記載の軸受装置。 - 前記軸受パッドは、互いに異なる周方向位置に二つが設けられており、
これら二つの軸受パッドのうち、前記回転軸からの荷重が大きい一方の軸受パッドの曲率半径をRpAとし、
前記回転軸からの荷重が小さい他方の軸受パッドの曲率をRpBとした際に、
RpA<RpBの関係が成立する請求項1から5のいずれか一項に記載の軸受装置。 - 前記回転軸と、
該回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する請求項1から6のいずれか一項に記載の軸受装置と、を備える回転機械。
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