JP2019044957A

JP2019044957A - 軸受装置および回転機械

Info

Publication number: JP2019044957A
Application number: JP2018118421A
Authority: JP
Inventors: 康川井; Yasushi Kawai; 隼人池田; Hayato Ikeda
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-03-22

Abstract

【課題】回転軸の回転速度が高速化しても、潤滑油を適切かつ安定的に軸受に供給することができる軸受装置を提供する。【解決手段】軸受装置は、直列に並ぶ第１軸受２１および第２軸受２２と、第１軸受２１と第２軸受２２との間に配置された間座２３と、第１軸受２１と第２軸受２２の下方に配置された潤滑油貯槽４５と、回転軸１に支持され、下部が潤滑油貯槽４５内に位置するオイルリング４０と、第１軸受２１、第２軸受２２、および間座２３を囲む軸受カバー３０と、オイルリング４０の上方に配置され、第１軸受２１の軸方向の移動を制限する軸受ストッパー３５と、軸受カバー３５の外面に設けられた傾斜流路５１とを備える。軸受カバー３０は油導入孔５５を有する。傾斜流路５１は油導入孔５５に接続され、かつ油導入孔５５に向かって下方に傾斜している。油導入孔２６は、間座２３の油流路５５に連通している。【選択図】図３

Description

本発明は、横軸ポンプ等の回転機械に用いられる軸受装置に係り、特に、回転軸の回転速度が高速化しても、適切に潤滑油を軸受に供給することができる軸受装置に関する。また、本発明はこのような軸受装置を備えた回転機械に関する。

回転軸が水平に設置された横軸式の回転機械（例えば、横軸ポンプ、タービン、コンプレッサ）には、回転軸を回転自在に支持するために、回転軸の端部近傍に軸受装置が配置される。さらに、軸受を潤滑および冷却するための潤滑油が貯留される潤滑油貯槽が、軸受装置の内部に設けられる。自己潤滑式の軸受装置は、外部動力を用いないで、潤滑油貯槽から軸受へ潤滑油を供給するタイプの軸受装置である。すなわち、自己潤滑式の軸受装置は、回転軸の下部に配置された潤滑油貯槽から回転軸の回転力を利用して潤滑油をかき上げて潤滑油を軸受へ供給する。

従来の自己潤滑式の軸受装置の一例を図１７に示す。図１７に示されるように、回転軸２００の端部は軸受２０１Ａ，２０１Ｂに回転自在に支持される。潤滑油が貯留される潤滑油貯槽２１０は、軸受２０１Ａ，２０１Ｂの下方に配置されている。この潤滑油貯槽２１０内の潤滑油をかき上げるために、オイルリング２２０が設けられている。オイルリング２２０は回転軸２００の外面を囲むように配置されており、回転軸２００の回転に伴って回転する。そして、回転するオイルリング２２０によって潤滑油貯槽２１０内の潤滑油をかき上げることで、潤滑油を軸受２０１Ａ，２０１Ｂに供給する。

特開２０１７−３２１１５号公報

しかしながら、回転軸２００が高速（例えば３０００ｍｉｎ^−１）で回転すると、遠心力が支配的となり、軸受２０１Ａ，２０１Ｂには潤滑油が流れにくくなる。また、軸受２０１Ａ，２０１Ｂの内輪と外輪との間に挟まれた転動体（ボール）が回転軸２００の周りを高速で回転し、潤滑油が軸受２０１Ａ，２０１Ｂ内に流入することを妨げてしまう。結果として、軸受２０１Ａ，２０１Ｂ、特にオイルリング２２０から離れている軸受２０１Ｂには充分な潤滑油が供給されず、軸受２０１Ａ，２０１Ｂの温度が高くなってしまっていた。

そこで、本発明は、回転軸の回転速度が高速化しても、潤滑油を適切かつ安定的に軸受に供給することができる軸受装置を提供する。また、本発明はこのような軸受装置を備えた回転機械を提供する。

本発明の第１の態様によれば、回転軸を支持する軸受装置が提供される。この軸受装置は、直列に並ぶ第１軸受および第２軸受と、前記第１軸受と前記第２軸受との間に配置された間座と、前記第１軸受と前記第２軸受の下方に配置された潤滑油貯槽と、前記回転軸に支持され、下部が前記潤滑油貯槽内に位置するオイルリングと、前記第１軸受、前記第２軸受、および前記間座を囲む軸受カバーと、前記オイルリングの上方に配置され、前記第１軸受の軸方向の移動を制限する軸受ストッパーと、前記軸受カバーの外面に設けられた傾斜流路とを備え、前記軸受カバーは、その外面から内面まで延びる油導入孔を有しており、前記傾斜流路は前記油導入孔に接続され、かつ前記油導入孔に向かって下方に傾斜しており、前記間座は、その外面から内面まで延びる少なくとも１つの油流路を有しており、前記油導入孔は、前記油流路に連通していることを特徴とする。

本発明の一態様では、前記油導入孔は、前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線よりも高い位置にあり、かつ前記軸受カバーの外面の最頂部よりも低い位置にある。
本発明の一態様では、前記軸受ストッパーは、前記オイルリングによって前記潤滑油貯槽からかき上げられた潤滑油を前記傾斜流路に導くための傾斜側面を有している。
本発明の一態様では、前記傾斜側面は、上方から見たときに、前記軸受カバーに近づくに従い前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線に向かって傾斜している。
本発明の一態様では、前記傾斜流路は、前記軸受カバーの外面に形成された溝から構成されている。
本発明の一態様では、前記傾斜流路は、前記軸受カバーの外面に固定された樋によって形成されている。

本発明の一態様では、前記油流路は複数設けられており、前記複数の油流路は、前記間座の中心軸線の周りに配列されており、前記間座の外面には、該間座の周方向に延びる環状溝が形成されており、前記複数の油流路の外側開口端は、前記環状溝に接続されている。
本発明の一態様では、前記軸受カバーを収容する軸受ケーシングと、前記軸受ケーシングの内面に固定されたオイルガイドベーンをさらに備え、前記オイルガイドベーンは、前記軸受カバーおよび前記オイルリングの上方に位置している。
本発明の一態様では、前記オイルガイドベーンは、上方から見たときに、前記軸受カバーに近づくに従い前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線に向かって傾斜している。
本発明の一態様では、前記軸受カバーは、その端面から軸方向外側に突出する突出部を有しており、前記傾斜流路の一部は、突出部の外面に形成されている。
本発明の一態様では、前記突出部は、前記オイルガイドベーンの下方に位置している。
本発明の一態様では、前記突出部は、前記オイルリングの上方に位置している。

本発明の第２の態様によれば、回転軸を支持する軸受装置が提供される。この軸受装置は、直列に並ぶ第１軸受および第２軸受と、前記第１軸受と前記第２軸受との間に配置された間座と、前記第１軸受と前記第２軸受の下方に配置された潤滑油貯槽と、前記回転軸に支持され、下部が前記潤滑油貯槽内に位置するオイルリングと、前記第１軸受、前記第２軸受、および前記間座を囲む軸受カバーと、前記軸受カバーを収容する軸受ケーシングと、前記軸受ケーシングの内面に固定されたオイルガイドベーンとを備え、前記オイルガイドベーンは、前記オイルリングの上方に位置しており、前記軸受カバーは、その外面から内面まで延びる油導入孔を有しており、前記間座は、その外面から内面まで延びる少なくとも１つの油流路を有しており、前記油導入孔は、前記油流路に連通していることを特徴とする。

本発明の一態様では、前記オイルガイドベーンは、上方から見たときに、前記軸受カバーに近づくに従い前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線に向かって傾斜している。
本発明の一態様では、前記油導入孔は、前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線よりも高い位置にあり、かつ前記軸受カバーの外面の最頂部よりも低い位置にある。
本発明の一態様では、前記軸受カバーの外面に設けられた傾斜流路をさらに備え、前記傾斜流路は前記油導入孔に接続され、かつ前記油導入孔に向かって下方に傾斜している。
本発明の一態様では、前記傾斜流路は、前記軸受カバーの外面に形成された溝から構成されている。
本発明の一態様では、前記傾斜流路は、前記軸受カバーの外面に固定された樋によって形成されている。
本発明の一態様では、前記軸受カバーは、その端面から軸方向外側に突出する突出部を有しており、前記傾斜流路の一部は、突出部の外面に形成されている。
本発明の一態様では、前記突出部は、前記オイルガイドベーンの下方に位置している。
本発明の一態様では、前記突出部は、前記オイルリングの上方に位置している。
本発明の一態様では、前記油流路は複数設けられており、前記複数の油流路は、前記間座の中心軸線の周りに配列されており、前記間座の外面には、該間座の周方向に延びる環状溝が形成されており、前記複数の油流路の外側開口端は、前記環状溝に接続されている。

本発明の一態様によれば、回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する上記軸受装置とを備えたことを特徴とする回転機械が提供される。

上記第１の態様によれば、オイルリングによってかき上げられた潤滑油は、傾斜流路を通って油導入孔まで導かれる。潤滑油は、油導入孔を通って間座の油流路に流入し、第１軸受と第２軸受との間の空間に到達する。潤滑油は、第１軸受および第２軸受の内側からこれらの軸受に供給される。潤滑油は、第１軸受の転動体の間の隙間、および第２軸受の転動体の間の隙間を通って外側に流れる。
このような構成によれば、回転軸が高速で回転しているときであっても、潤滑油は油導入孔および油流路を通って確実に第１軸受と第２軸受に供給され、第１軸受および第２軸受を十分に潤滑し、かつ冷却することができる。

上記第２の態様によれば、オイルリングによってかき上げられた潤滑油は、オイルガイドベーンによってその進行方向を転換され、滴下し、軸受カバーの外面に落ちる。潤滑油は軸受カバーの外面上を下方に流れ、第１軸受および第２軸受は、軸受カバーの外面上を流れる潤滑油によって冷却される。さらに、軸受カバーの外面を流れる潤滑油の一部は、油導入孔内に流入する。潤滑油は、油導入孔を通って間座の油流路に流入し、第１軸受と第２軸受との間の空間に到達する。潤滑油は、第１軸受および第２軸受の内側からこれらの軸受に供給される。潤滑油は、第１軸受の転動体の間の隙間、および第２軸受の転動体の間の隙間を通って外側に流れる。
このような構成によれば、回転軸が高速で回転しているときであっても、潤滑油は油導入孔および油流路を通って確実に第１軸受と第２軸受に供給され、第１軸受および第２軸受を十分に潤滑し、かつ冷却することができる。

本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸単段ポンプの一例を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸多段ポンプの一例を示す断面図である。スラスト軸受ユニットの一実施形態を示した断面図である。軸受カバー、軸受ストッパー、およびオイルリングを示す上面図である。軸受カバー、軸受ストッパー、およびオイルリングを示す斜視図である。軸受カバーの油導入孔の位置での断面図である。スラスト軸受ユニットの他の実施形態を示した断面図である。図７に示す軸受カバー、軸受ストッパー、およびオイルリングを示す斜視図である。スラスト軸受ユニットのさらに他の実施形態を示した断面図である。図９に示す軸受カバー、軸受ストッパー、オイルリング、およびガイドベーンを示す上面図である。図９に示す軸受カバー、軸受ストッパー、オイルリング、およびガイドベーンを示す斜視図である。スラスト軸受ユニットのさらに他の実施形態を示した断面図である。図１２に示す軸受カバー、オイルガイドベーン、およびオイルリングを示す上面図である。図１２に示す軸受カバー、オイルガイドベーン、およびオイルリングを示す斜視図である。複数の油流路を有する間座を示す正面図である。図１５に示す間座の断面図である。従来の自己潤滑式の軸受装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を横軸ポンプに適用した例を示す図である。以下、図１および図２について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸単段ポンプの一例を示す断面図である。図１に示される回転機械としての横軸単段ポンプ１００は、羽根車２と、この羽根車２が固定される回転軸１とを有している。回転軸１は水平に延びている。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。また、回転軸１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置９，９に回転自在に支持されている。

羽根車２はポンプケーシング５内に配置されている。図１に示すポンプケーシング５はその内部に渦巻き室５ａを有しており、羽根車２は渦巻き室５ａの内部に配置されている。回転軸１の回転とともに羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体が吸い込まれ、羽根車２と渦巻き室５ａの作用により液体の圧力が上昇されて、液体が吐出口４から吐き出される。

図示した例における羽根車２は、その両側から液体を吸い込む両吸込構造を有している。羽根車２の液体入口には、口金２Ａ，２Ｂがそれぞれ取り付けられている。これら口金２Ａ，２Ｂの直径を互いに異なるように設計することで、圧力差によるスラスト力を回転軸１の一方向に作用させ、回転軸１を安定させた状態で回転させることができる。このスラスト力は、軸受装置９のスラスト軸受ユニット１０で支持されるようになっている。

このスラスト軸受ユニット１０に加えて、回転軸１の両側端部近傍には２つのラジアル軸受ユニット１１，１１が配置されている。これら２つのラジアル軸受ユニット１１，１１と、１つのスラスト軸受ユニット１０の合計３つの軸受ユニットで回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受ユニット１１，１１にはスリーブ型のすべり軸受が用いられている。このスリーブ型のラジアル軸受ユニット１１，１１は、オイルリング１３を備えた従来の自己潤滑式軸受装置である。スラスト軸受ユニット１０には、後述する本発明の構成が適用される。

図２は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸多段ポンプの一例を示す断面図である。図２に示される回転機械としての横軸多段ポンプ１００は、複数の羽根車２と、これら羽根車２が固定される回転軸１を有している。回転軸１は水平に延びている。複数の羽根車２は、回転軸１上に直列に配列されていて、これら羽根車２のそれぞれを囲むようにディフューザ６が配置される。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。また、回転軸１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置９，９に回転自在に支持されている。

羽根車２はポンプケーシング５内に配置されている。回転軸１の回転とともに複数の羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体が吸込まれ、羽根車２とディフューザ６との作用により、液体の圧力が上昇されて液体が吐出口４から吐き出される。複数の羽根車２は同じ方向を向いて配列されているため、隣り合う羽根車２間の圧力差により生じるスラスト力が羽根車２の枚数分重なりあい、大きなスラスト力が発生する。このスラスト力は、横軸多段ポンプ１００内に設けられたバランス装置７により相殺されるが、過渡運転時などにはある程度のスラスト力が残留する。この残留スラスト力は、軸受装置９のスラスト軸受ユニット１０で支持される。

図１および図２に示した横軸ポンプ１００いずれにおいても、回転軸１はポンプケーシング５を貫通して延びている。回転軸１とポンプケーシング５との間の隙間は、メカニカルシールなどの軸封装置８，８によってシールされている。したがって、羽根車２によって昇圧された液体が軸受装置９，９に浸入することはない。

図３は、軸受装置９のスラスト軸受ユニット１０の一実施形態を示した断面図である。スラスト軸受ユニット１０は、自己潤滑式の軸受装置である。図３に示されるように、このスラスト軸受ユニット１０は、水平に延びる回転軸１を回転可能に支持する第１軸受２１および第２軸受２２を有する。本実施形態では、第１軸受２１および第２軸受２２は、玉軸受などの転がり軸受であり、より具体的には回転軸１の軸方向荷重および半径方向荷重を支持することができるアンギュラ玉軸受である。

第１軸受２１および第２軸受２２は、回転軸１に沿って直列に配列されている。第１軸受２１と第２軸受２２との間には、環状の間座２３が配置されている。間座２３は、第１軸受２１の外輪と第２軸受２２の外輪との間に挟まれている。間座２３は、その外周面から内周面まで延びる油流路２６を有しており、油流路２６は間座２３をその半径方向に貫通して延びている。第１軸受２１、第２軸受２２、および間座２３は、軸受カバー３０内に収容されている。軸受カバー３０は円筒形状を有しており、第１軸受２１、第２軸受２２、および間座２３は、軸受カバー３０の内面に保持されている。

第１軸受２１、間座２３、および第２軸受２２は、回転軸１および羽根車２を含む回転体が軸方向に自由に移動しないように、軸受ケーシング３８の垂直壁３８ａと軸受ストッパー３５によって軸方向の移動を制限されている。より具体的には、ポンプを構成している各異質材部品の熱伸び量の違いや、ポンプの運転点の変化に伴って回転体が僅かに軸方向に移動できるように、軸受ストッパー３５の先端と、第１軸受２１の外輪との間には僅かな隙間が設けられている。第１軸受２１、間座２３、および第２軸受２２は、軸受ストッパー３５と軸受ケーシング３８の垂直壁３８ａとの間に配置されている。このような配置により、第１軸受２１、間座２３、および第２軸受２２の軸方向の移動が制限される。

第１軸受２１、間座２３、および第２軸受２２の軸方向外側には、オイルリング４０が配置されている。オイルリング４０、第１軸受２１、間座２３、および第２軸受２２は、この順に配列されている。第１軸受２１、間座２３、第２軸受２２、軸受カバー３０、軸受ストッパー３５、およびオイルリング４０は、軸受ケーシング３８内に収容されている。軸受ストッパー３５は、オイルリング４０の上方に配置されている。軸受ストッパー３５は、フランジ４４に接続されている。本実施形態では、軸受ストッパー３５とフランジ４４は一体形成物である。フランジ４４は、ねじ４６によって軸受ケーシング３８に固定されている。

オイルリング４０は回転軸１に支持されており、回転軸１の外周面を囲んでいる。オイルリング４０は回転軸１に単に支持されているのみであり、回転軸１に固定されていない。回転軸１が回転すると、オイルリング４０と回転軸１との間に作用する摩擦力により、オイルリング４０は回転軸１よりも低い回転速度で回転する。本実施形態では、回転軸１およびオイルリング４０は、図３の矢印で示す方向に回転する。

オイルリング４０は、黄銅などの金属材料から構成されてもよいし、焼結金属やセラミックスなどの多孔質材料から構成されてもよい。また、オイルリング４０の周縁部には、様々な起伏形状を設けてもよい。起伏形状によって、オイルリング４０がかき上げる潤滑油の量を増加させることができる。

第１軸受２１、間座２３、および第２軸受２２の下方には、潤滑油貯槽４５が配置されている。この潤滑油貯槽４５は潤滑油で満たされている。潤滑油貯槽４５の下方には冷却ジャケット４７が設けられており、冷却ジャケット４７を流れる冷却液によって潤滑油貯槽４５内の潤滑油が冷却される。冷却ジャケット４７の代わりにフィンつきの空冷構造を採用してもよい。あるいは、潤滑油貯槽４５内に、冷却液チューブを挿入して潤滑油を直接冷やす構造としてもよい。

オイルリング４０の下部は潤滑油貯槽４５内に位置している。したがって、オイルリング４０の下部は、潤滑油貯槽４５内に保持されている潤滑油に浸される。オイルリング４０は、回転軸１の回転に伴って回転し、これにより、潤滑油貯槽４５に保持されている潤滑油をかき上げて、第１軸受２１および第２軸受２２に潤滑油を供給する。

軸受ストッパー３５は、オイルリング４０の上方に配置されているので、オイルリング４０によってかき上げられた潤滑油は、軸受ストッパー３５に衝突する。軸受ストッパー３５は、潤滑油を軸受カバー３０の外面上に導くための傾斜側面３６を有している。潤滑油が高い速度エネルギーを持って傾斜側面３６に衝突すると、潤滑油の進行方向が軸受カバー３０に向かう方向に転換される。潤滑油は、軸受カバー３０の外面に付着し、軸受カバー３０の外面上を下方に流れる。

軸受カバー３０の外面には、傾斜流路５１が設けられている。さらに、軸受カバー３０は、その外面から内面に延びる油導入孔５５を有している。油導入孔５５は、間座２３の油流路２６に連通している。油導入孔５５の軸方向の位置は、油流路２６の軸方向の位置に一致する。図３では、図示の都合上、傾斜流路５１および油導入孔５５は、軸受カバー３０の外面の最頂部に位置しているが、本実施形態の傾斜流路５１および油導入孔５５は、軸受カバー３０の外面の最頂部よりも下方に位置している。また、図３では、図示の都合上、傾斜流路５１は水平に延びているが、本実施形態の傾斜流路５１は、軸受カバー３０の端面３０ａから油導入孔５５に向かって下方に傾斜している。

図４は、軸受カバー３０、軸受ストッパー３５、およびオイルリング４０を示す上面図であり、図５は、軸受カバー３０、軸受ストッパー３５、およびオイルリング４０を示す斜視図である。図４に示すように、軸受ストッパー３５の傾斜側面３６は、上方から見たときに、軸受カバー３０に近づくに従い第１軸受２１および第２軸受２２の中心軸線ＣＬに向かって傾斜している。中心軸線ＣＬは、回転軸１の中心軸線に一致する。したがって、中心軸線ＣＬは、回転軸１の中心軸線と言い換えることができる。オイルリング４０は、図５の矢印で示す方向に回転する。

本実施形態の傾斜流路５１は、軸受カバー３０の外面に形成された溝から構成されている。傾斜流路５１の上端５１ａは、軸受カバー３０の端面３０ａに接続され、傾斜流路５１の下端５１ｂは油導入孔５５に接続されている。傾斜流路５１の上端５１ａは、軸受ストッパー３５の傾斜側面３６と同じ高さにあり、油導入孔５５は傾斜側面３６よりも低い位置にある。傾斜流路５１は、軸受カバー３０の端面３０ａから油導入孔５５に向かって下方に傾斜している。

潤滑油貯槽４５内の潤滑油は、次のようにして第１軸受２１および第２軸受２２に供給される。回転軸１の回転に伴ってオイルリング４０が回転すると、オイルリング４０は潤滑油貯槽４５内の潤滑油をかき上げる。潤滑油は、高い速度エネルギーを持って軸受ストッパー３５の傾斜側面３６に衝突し、潤滑油の進行方向は軸受カバー３０に向かう方向に転換される。潤滑油は、軸受カバー３０の外面に付着し、軸受カバー３０の外面上を下方に流れる。

第１軸受２１および第２軸受２２は、軸受カバー３０の外面上を流れる潤滑油によって冷却される。軸受カバー３０の外面を流れる潤滑油の一部は、傾斜流路５１に流入し、傾斜流路５１を通って油導入孔５５内に流入する。潤滑油は、油導入孔５５を通って間座２３の油流路２６に流入し、第１軸受２１と第２軸受２２との間の空間に到達する。潤滑油は、第１軸受２１および第２軸受２２の内側からこれらの軸受２１，２２に供給される。潤滑油は、第１軸受２１の転動体（例えばボール）の間の隙間、および第２軸受２２の転動体（例えばボール）の間の隙間を通って外側に流れる。

本実施形態によれば、回転軸１が高速（例えば３０００ｍｉｎ^−１）で回転しているときであっても、潤滑油は油導入孔５５および油流路２６を通って確実に第１軸受２１と第２軸受２２に供給され、第１軸受２１および第２軸受２２を十分に潤滑し、かつ冷却することができる。

一実施形態では、軸受ストッパー３５の傾斜側面３６は、鉛直方向と平行である。この実施形態は実験結果に基づくものである。すなわち、本発明者は、傾斜側面３６の鉛直方向に対する角度によって、軸受カバー３０に向かう潤滑油の流量が変化するかを調べる実験を行った。実験では、鉛直方向と平行な傾斜側面３６は、鉛直方向に対して傾いた傾斜側面に比べて、より高い流量で潤滑油を軸受カバー３０に案内できることが観察された。この実験結果に基づき、一実施形態では、傾斜側面３６は鉛直方向と平行である。

図６は、軸受カバー３０の油導入孔５５の位置での断面図である。油導入孔５５への潤滑油の流入を確実とするために、油導入孔５５は、中心軸線ＣＬよりも高い位置にあり、かつ軸受カバー３０の外面の最頂部よりも低い位置にある。好ましくは、油導入孔５５の最下端は、中心軸線ＣＬよりも高い位置にある。一実施形態では、中心軸線ＣＬから水平に延び、かつ中心軸線ＣＬに垂直な基準垂線ＲＬと、中心軸線ＣＬから油導入孔５５の中心まで延び、かつ中心軸線ＣＬに垂直な垂線ＨＬとのなす角度θは、０°よりも大きく、かつ４５°以下である（０°＜θ≦４５°）。一実施形態では、角度θは、５°以上であり、かつ３０°以下である（５°≦θ≦３０°）。

オイルリング４０は、回転軸１には固定されていないので、オイルリング４０は回転軸１よりも低い回転速度で回転する。低速で回転するオイルリング４０は、回転軸と同じ回転速度で回転するオイルディスクと比較すると、潤滑油貯槽４５内の潤滑油内に気泡をあまり発生させずに潤滑油をかき上げることができる。一般に、潤滑油に多くの気泡が含まれると、潤滑油が酸化されて潤滑油の劣化が促進される。また、潤滑油中の気泡の存在に起因して、潤滑油の潤滑性能は低下する。この点、オイルリング４０は回転軸１よりも低い回転速度で回転するので、潤滑油貯槽４５内の潤滑油内にあまり気泡を発生させない。結果として、潤滑油の劣化および潤滑性能の低下を防止することができる。

オイルリング４０は回転軸１と摺接するので、オイルリング４０は徐々に摩耗する。オイルリング４０から発生する摩耗粉は、潤滑油に混ざり、軸受２１，２２を劣化させる。本実施形態によれば、１つのオイルリング４０で第１軸受２１および第２軸受２２の両方に潤滑油を均等に供給することができる。すなわち、第１軸受２１および第２軸受２２の両方に潤滑油を均等に供給するために、第１軸受２１および第２軸受２２の両側に２つのオイルリングを配置する必要はない。したがって、本実施形態のスラスト軸受ユニット１０は、２つのオイルリングを配置した構成に比べて、より少ない摩耗粉の混入量で、第１軸受２１および第２軸受２２に均等かつ十分に潤滑油を供給することができる。

上述したようにオイルリング４０は徐々に摩耗するので、オイルリング４０は消耗品である。したがって、オイルリング４０は定期的に交換する必要がある。図３に示すように、オイルリング４０は、第１軸受２１および第２軸受２２よりも軸方向において外側に配置されているので、第１軸受２１および第２軸受２２を外すことなく、オイルリング４０を簡単に交換することができる。

図７は、スラスト軸受ユニット１０の他の実施形態を示した断面図であり、図８は、図７に示す軸受カバー３０、軸受ストッパー３５、およびオイルリング４０を示す斜視図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図３乃至図６を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態では、傾斜流路５１は、軸受カバー３０の外面に形成された溝ではなく、軸受カバー３０の外面に固定された樋６０によって形成されている。図７では、図示の都合上、樋６０は、軸受カバー３０の外面の最頂部に位置しているが、本実施形態の樋６０は、図８に示すように、軸受カバー３０の外面の最頂部よりも低い位置に固定されている。また、図７では、図示の都合上、樋６０は水平に延びているが、本実施形態の樋６０は、図８に示すように、軸受カバー３０の端面３０ａから油導入孔５５に向かって下方に傾斜している。

樋６０は、断面Ｌ字型の部材であり、樋６０の全体は上方に開口している。樋６０は、軸受カバー３０の端面３０ａから油導入孔５５に向かって下方に傾斜している。軸受カバー３０の外面を流れる潤滑油の一部は、樋６０の内側に形成された傾斜流路５１に流入し、傾斜流路５１を通って油導入孔５５内に流入する。潤滑油は、油導入孔５５を通って間座２３の油流路２６に流入し、第１軸受２１と第２軸受２２との間の空間に到達する。潤滑油は、第１軸受２１および第２軸受２２の内側からこれらの軸受２１，２２に供給される。潤滑油は、第１軸受２１の転動体の間の隙間、および第２軸受２２の転動体の間の隙間を通って外側に流れる。

図９は、スラスト軸受ユニット１０のさらに他の実施形態を示した断面図であり、図１０は、図９に示す軸受カバー３０、軸受ストッパー３５、およびオイルリング４０を示す上面図であり、図１１は、図９に示す軸受カバー３０、軸受ストッパー３５、およびオイルリング４０を示す斜視図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図３乃至図６を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態では、傾斜流路５１は設けられていない。代わりに、軸受ケーシング３８の内面に固定されたオイルガイドベーン６５が設けられている。オイルガイドベーン６５は、軸受カバー３０、軸受ストッパー３５、およびオイルリング４０の上方に位置している。図１０に示すように、オイルガイドベーン６５は、上方から見たときに、軸受カバー３０に近づくに従い第１軸受２１および第２軸受２２の中心軸線ＣＬに向かって傾斜している。

図９では、図示の都合上、オイルガイドベーン６５の全体は軸受カバー３０の上方に位置しているが、本実施形態のオイルガイドベーン６５の全体または大部分は、図１１に示すように、軸受カバー３０の外面の最頂部よりも下方に位置している。また、図９では、図示の都合上、オイルガイドベーン６５は水平に延びているが、本実施形態のオイルガイドベーン６５は、図１１に示すように、軸受カバー３０に向かって上方に傾斜している。

オイルリング４０によってかき上げられた潤滑油は、高い速度エネルギーを持ってオイルガイドベーン６５に衝突し、潤滑油の進行方向は軸受カバー３０に向かう方向に転換される。潤滑油は、軸受カバー３０の外面に付着し、軸受カバー３０の外面上を下方に流れる。第１軸受２１および第２軸受２２は、軸受カバー３０の外面上を流れる潤滑油によって冷却される。さらに、軸受カバー３０の外面を流れる潤滑油の一部は、油導入孔５５内に流入する。潤滑油は、油導入孔５５を通って間座２３の油流路２６に流入し、第１軸受２１と第２軸受２２との間の空間に到達する。潤滑油は、第１軸受２１および第２軸受２２の内側からこれらの軸受２１，２２に供給される。潤滑油は、第１軸受２１の転動体の間の隙間、および第２軸受２２の転動体の間の隙間を通って外側に流れる。

本実施形態によれば、回転軸１が高速（例えば３０００ｍｉｎ^−１）で回転しているときであっても、潤滑油は油導入孔５５および油流路２６を通って確実に第１軸受２１と第２軸受２２に供給され、第１軸受２１および第２軸受２２を十分に潤滑し、かつ冷却することができる。一実施形態では、オイルガイドベーン６５は、第１軸受２１および第２軸受２２の中心軸線ＣＬと平行であってもよい。この場合でも、オイルリング４０によってかき上げられた潤滑油は、高い速度エネルギーを持ってオイルガイドベーン６５に衝突し、オイルガイドベーン６５から軸受カバー３０上に落下し、軸受カバー３０の外面を流れる。軸受カバー３０の外面上の潤滑油の一部は油導入孔５５内に流入する。

図３乃至図５に示す溝から形成された傾斜流路５１、または図７および図８に示す樋６０から形成された傾斜流路５１は、図９乃至図１１に示す実施形態に適用してもよい。

図１２は、スラスト軸受ユニット１０のさらに他の実施形態を示した断面図であり、図１３は、図１２に示す軸受カバー３０、オイルガイドベーン６５、およびオイルリング４０を示す上面図であり、図１４は、図１２に示す軸受カバー３０、オイルガイドベーン６５、およびオイルリング４０を示す斜視図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図３乃至図１１を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態では、軸受カバー３０の外面に傾斜流路５１が形成されており、さらに、傾斜流路５１の上方にオイルガイドベーン６５が配置されている。オイルガイドベーン６５は、軸受ケーシング３８の内面に固定されている。図１２に示すように、軸受カバー３０とオイルガイドベーン６５との間には隙間が形成されている。本実施形態では、オイルガイドベーン６５は第１軸受２１および第２軸受２２の中心軸線ＣＬと平行であるが、一実施形態では、図９乃至図１１に示す実施形態のように、オイルガイドベーン６５は第１軸受２１および第２軸受２２の中心軸線ＣＬに対して傾いてもよい。

軸受カバー３０は、その端面３０ａから軸方向外側に突出する突出部６７を有している。傾斜流路５１の一部は突出部６７の外面（上面）に形成されている。傾斜流路５１の上端５１ａは、突出部６７上に位置している。オイルガイドベーン６５は、オイルリング４０の上方に位置しており、かつ突出部６７に形成されている傾斜流路５１に近接している。突出部６７は、オイルガイドベーン６５の下方に位置しており、オイルガイドベーン６５に衝突した潤滑油の少なくとも一部は突出部６７上に落下するようになっている。本実施形態では、突出部６７は、オイルリング４０の上方に位置している。本実施形態では、軸受ストッパー３５は、図４および図５に示す傾斜側面３６を有さないが、傾斜側面３６を有してもよい。

オイルリング４０によってかき上げられた潤滑油は、高い速度エネルギーを持ってオイルガイドベーン６５に衝突する。潤滑油は、オイルガイドベーン６５から、突出部６７を含む軸受カバー３０上に落下し、軸受カバー３０の外面に付着する。第１軸受２１および第２軸受２２は、軸受カバー３０の外面上を流れる潤滑油によって冷却される。さらに、軸受カバー３０の外面を流れる潤滑油の一部は、傾斜流路５１を通って下方に流れ、油導入孔５５内に流入する。潤滑油は、油導入孔５５を通って間座２３の油流路２６に流入し、第１軸受２１と第２軸受２２との間の空間に到達する。潤滑油は、第１軸受２１および第２軸受２２の内側からこれらの軸受２１，２２に供給される。潤滑油は、第１軸受２１の転動体の間の隙間、および第２軸受２２の転動体の間の隙間を通って外側に流れる。

図７および図８に示す樋６０から形成された傾斜流路５１は、図１２乃至図１４に示す実施形態に適用してもよい。

上述した各実施形態の間座２３は、油導入孔５５に連通する１つの油流路２６を有している。一実施形態では、間座２３は、油導入孔５５に連通する複数の油流路２６を有していてもよい。図１５は、複数の油流路２６を有する間座２３を示す正面図であり、図１６は図１５に示す間座２３の断面図である。図１５および図１６に示すように、間座２３は、間座２３の中心軸線Ｆの周りに配列された複数の油流路２６を有する。間座２３の外面には、該間座２３の周方向に延びる環状溝７０が形成されており、複数の油流路２６の外側開口端２６ａは、環状溝７０に接続されている。複数の油流路２６は、等間隔に配列されている。全ての油流路２６は、環状溝７０を通じて上述した油導入孔５５に連通している。図示はしないが、複数の油流路２６は、周方向に不等間隔に配置されてもよいし、各油流路２６の中心線は中心軸線Ｆと交差しなくてもよい。

間座２３は、回転軸１の回転に伴って、中心軸線Ｆを中心に徐々に回転することがある。本実施形態によれば、間座２３が徐々に回転しても、油導入孔５５を通過した潤滑油は、複数の油流路２６のうちの少なくとも１つに流入する。したがって、潤滑油は、第１軸受２１と第２軸受２２との間の空間に到達し、第１軸受２１および第２軸受２２を潤滑かつ冷却することができる。

スラスト軸受ユニット１０の上述した各実施形態は、第１軸受２１および第２軸受２２を備えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。例えば、スラスト軸受ユニット１０は、第１軸受２１および第２軸受２２に直列に並ぶ１つまたはそれよりも多い軸受をさらに備えてもよい。この場合も、油流路２６を有する間座２３が隣接する２つの軸受の間に配置され、これら油流路２６にそれぞれ連通する油導入孔５５が軸受カバー３０に形成される。

スラスト軸受ユニット１０の上述した各実施形態は、図１および図２に示す横軸ポンプのみならず、タービン、コンプレッサなどの他の横軸型の回転機械にも適用することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１，２００回転軸
２羽根車
２Ａ，２Ｂ口金
３吸込口
４吐出口
５ポンプケーシング
５ａ渦巻き室
７バランス装置
８軸封装置
９，９軸受装置
１０スラスト軸受ユニット
１１ラジアル軸受ユニット
１３オイルリング
２１，２０１Ａ第１軸受
２２，２０１Ｂ第２軸受
２３間座
２６油流路
３０軸受カバー
３５軸受ストッパー
３６傾斜側面
３８軸受ケーシング
４０オイルリング
４４フランジ
４５潤滑油貯槽
４６ねじ
４７冷却ジャケット
５１傾斜流路
５５油導入孔
６０樋
６５オイルガイドベーン
６７突出部
７０環状溝
１００横軸単段ポンプ，横軸多段ポンプ

Claims

回転軸を支持する軸受装置であって、
直列に並ぶ第１軸受および第２軸受と、
前記第１軸受と前記第２軸受との間に配置された間座と、
前記第１軸受と前記第２軸受の下方に配置された潤滑油貯槽と、
前記回転軸に支持され、下部が前記潤滑油貯槽内に位置するオイルリングと、
前記第１軸受、前記第２軸受、および前記間座を囲む軸受カバーと、
前記オイルリングの上方に配置され、前記第１軸受の軸方向の移動を制限する軸受ストッパーと、
前記軸受カバーの外面に設けられた傾斜流路とを備え、
前記軸受カバーは、その外面から内面まで延びる油導入孔を有しており、
前記傾斜流路は前記油導入孔に接続され、かつ前記油導入孔に向かって下方に傾斜しており、
前記間座は、その外面から内面まで延びる少なくとも１つの油流路を有しており、
前記油導入孔は、前記油流路に連通していることを特徴とする軸受装置。
前記油導入孔は、前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線よりも高い位置にあり、かつ前記軸受カバーの外面の最頂部よりも低い位置にあることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
前記軸受ストッパーは、前記オイルリングによって前記潤滑油貯槽からかき上げられた潤滑油を前記傾斜流路に導くための傾斜側面を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受装置。
前記傾斜側面は、上方から見たときに、前記軸受カバーに近づくに従い前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線に向かって傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の軸受装置。
前記傾斜流路は、前記軸受カバーの外面に形成された溝から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の軸受装置。
前記傾斜流路は、前記軸受カバーの外面に固定された樋によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の軸受装置。
前記油流路は複数設けられており、
前記複数の油流路は、前記間座の中心軸線の周りに配列されており、
前記間座の外面には、該間座の周方向に延びる環状溝が形成されており、
前記複数の油流路の外側開口端は、前記環状溝に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の軸受装置。
前記軸受カバーを収容する軸受ケーシングと、
前記軸受ケーシングの内面に固定されたオイルガイドベーンをさらに備え、
前記オイルガイドベーンは、前記軸受カバーおよび前記オイルリングの上方に位置していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の軸受装置。
前記オイルガイドベーンは、上方から見たときに、前記軸受カバーに近づくに従い前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線に向かって傾斜していることを特徴とする請求項８に記載の軸受装置。
前記軸受カバーは、その端面から軸方向外側に突出する突出部を有しており、
前記傾斜流路の一部は、突出部の外面に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の軸受装置。
前記突出部は、前記オイルガイドベーンの下方に位置していることを特徴とする請求項１０に記載の軸受装置。
前記突出部は、前記オイルリングの上方に位置していることを特徴とする請求項１０または１１に記載の軸受装置。
回転軸を支持する軸受装置であって、
直列に並ぶ第１軸受および第２軸受と、
前記第１軸受と前記第２軸受との間に配置された間座と、
前記第１軸受と前記第２軸受の下方に配置された潤滑油貯槽と、
前記回転軸に支持され、下部が前記潤滑油貯槽内に位置するオイルリングと、
前記第１軸受、前記第２軸受、および前記間座を囲む軸受カバーと、
前記軸受カバーを収容する軸受ケーシングと、
前記軸受ケーシングの内面に固定されたオイルガイドベーンとを備え、
前記オイルガイドベーンは、前記オイルリングの上方に位置しており、
前記軸受カバーは、その外面から内面まで延びる油導入孔を有しており、
前記間座は、その外面から内面まで延びる少なくとも１つの油流路を有しており、
前記油導入孔は、前記油流路に連通していることを特徴とする軸受装置。
前記オイルガイドベーンは、上方から見たときに、前記軸受カバーに近づくに従い前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１３に記載の軸受装置。
前記油導入孔は、前記第１軸受および前記第２軸受の中心軸線よりも高い位置にあり、かつ前記軸受カバーの外面の最頂部よりも低い位置にあることを特徴とする請求項１３または１４に記載の軸受装置。
前記軸受カバーの外面に設けられた傾斜流路をさらに備え、
前記傾斜流路は前記油導入孔に接続され、かつ前記油導入孔に向かって下方に傾斜していることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の軸受装置。
前記傾斜流路は、前記軸受カバーの外面に形成された溝から構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の軸受装置。
前記傾斜流路は、前記軸受カバーの外面に固定された樋によって形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の軸受装置。
前記軸受カバーは、その端面から軸方向外側に突出する突出部を有しており、
前記傾斜流路の一部は、突出部の外面に形成されていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の軸受装置。
前記突出部は、前記オイルガイドベーンの下方に位置していることを特徴とする請求項１９に記載の軸受装置。
前記突出部は、前記オイルリングの上方に位置していることを特徴とする請求項１９または２０に記載の軸受装置。
前記油流路は複数設けられており、
前記複数の油流路は、前記間座の中心軸線の周りに配列されており、
前記間座の外面には、該間座の周方向に延びる環状溝が形成されており、
前記複数の油流路の外側開口端は、前記環状溝に接続されていることを特徴とする請求項１３乃至２１のいずれか一項に記載の軸受装置。
回転軸と、
前記回転軸を回転可能に支持する軸受装置とを備え、
前記軸受装置は、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の軸受装置であることを特徴とする回転機械。