JP3011935B1 - ティルティングパッド軸受 - Google Patents

ティルティングパッド軸受

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JP3011935B1 JP8670699A JP8670699A JP3011935B1 JP 3011935 B1 JP3011935 B1 JP 3011935B1 JP 8670699 A JP8670699 A JP 8670699A JP 8670699 A JP8670699 A JP 8670699A JP 3011935 B1 JP3011935 B1 JP 3011935B1
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良文 秋山
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Kawasaki Motors Ltd
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Abstract

【要約】 【課題】 自動的にパッド同士の回転軸からの負荷荷重
のバランスをとることができるティルティングパッド軸
受の提供。 【解決手段】 ハウジング2と、該ハウジング2の内周
部に間隔をおいて配設された複数個のパッド台4にそれ
ぞれ取り付けられたパッド3とを備えており、最下部の
パッド台42が鉄鋼材料から形成されており、該パッド
台42の両側のパッド台41、43がアルミ合金材料か
ら構成されている

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はティルティングパッ
ド軸受に関する。さらに詳しくは、タービンなどの高速
回転軸を備えた装置において、振動を抑制して安定した
回転軸の回転支持を可能とするジャーナル軸受の一種で
あるティルティングパッド軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】上記ティルティングパッド軸受は種々の
利点は有するものの、以下の問題を含んでいる。すなわ
ち、軸受中の最下部(時計相当の6時の位置)に配置さ
れたパッドに回転軸の自重による加重が集中するため、
当該パッドが軸受の許容加重を制約している。これは、
回転軸の回転に伴ってパッドや潤滑油の温度が上昇し、
潤滑油の粘度が低下して回転軸が最下部のパッドに接近
することも一因である。
【0003】かかる問題を解決するために特開平7−1
80721号によって提案された軸受が知られている。
このものは、図3に示すように、軸受台座(以下、ハウ
ジングという)51の内周面に周方向に等間隔をおいて
配設された複数個のパッド52が回転軸53の端部周囲
を囲んで回転自在に支持するものである。そして各パッ
ド52は、その支持台54がハウジング51の内周面に
形成された各ポケット55内にピストン状態で挿入され
ることにより、ポケット55内の油圧によって支持され
ている。これらのポケット55はオリフィス56付き配
管57によって相互に連通されている。
【0004】そして、回転軸53の回転に伴って回転軸
53が最下部のパッド52aに接近しようとすると、最
下部のポケット55a内の油圧が上昇するのでその油の
一部が他のポケット55bに移動する。その結果、パッ
ド同士はその受ける加重がバランスするというものであ
る。
【0005】また、同様の目的で油圧に代えてポケット
内にばねを内装した軸受も開示されている(図示しな
い)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハウジ
ング51内へのポケット55の形成、油圧配管57の設
置、支持台54とポケット55との間の耐熱液密構造、
および、これらのメンテナンスなどに起因して製造コス
トの上昇および運転コストの上昇を招来する。
【0007】また、ばねを用いたものでは運転によって
ばね定数が大幅に低下するため、適正なばね定数の設定
が困難であり、また、軸系の振動の問題が生じる。
【0008】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、何らかの理由によってパッドや潤滑油
の温度が定常状態以上に上昇した場合に、それに応じて
回転軸とパッドとの半径方向隙間を変化せしめてパッド
同士の荷重バランスをとりうるティルティングパッド軸
受を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のティルティング
パッド軸受は、軸受ハウジングと、該軸受ハウジングの
内周部に間隔をおいて配設された複数個のパッド部材と
を備えており、上記軸受ハウジングにおける最下部のパ
ッド部材が少なくともその両側のパッド部材よりも線膨
張係数が小さい材料から構成されている。
【0010】したがって、何らかの理由によってパッド
や潤滑油の温度が定常状態以上に上昇し、回転軸が下降
した場合に、それに応じて最下部のパッド部材の少なく
とも両側のパッド部材が軸受半径方向に最下部のパッド
部材より大きく伸びる。その結果、少なくとも両側のパ
ッド部材も回転軸の下降に伴う荷重負担を分担するの
で、最下部のパッド部材のみに荷重負担が偏重すること
が防止される。
【0011】本発明の他のティルティングパッド軸受
は、軸受ハウジングと、該軸受ハウジングの内周部に間
隔をおいて配設された複数個のパッド部材とを備えてお
り、上記軸受ハウジングにおける最下部のパッド部材が
少なくとも他の下半部のパッド部材よりも線膨張係数が
小さい材料から構成されている。
【0012】したがって、前述の本発明のティルティン
グパッド軸受によるのと同等の作用効果を奏することが
できる。
【0013】そして、上記いずれのティルティングパッ
ド軸受についても、上記パッド部材を、回転軸を回転自
在に支持するパッドと、該パッドと軸受ハウジングの内
周部との間に介装されてパッドを揺動自在に支持するパ
ッド台とから構成し、上記最下部のパッド部材のパッド
台を、少なくともその両側のパッド台よりも線膨張係数
が小さい材料から構成するか、または、少なくとも他の
下半部のパッド台よりも線膨張係数が小さい材料から構
成することにより、単純形状の部材のみその材料を異に
するため製造が容易となり、軸受の半径方向の長さの調
整も容易となる。
【0014】さらに、上記線膨張係数の小さい材料とし
て鉄鋼材料を選択し、少なくとも最下部の両側のパッド
部材、または、少なくとも他の下半部のパッド部材の材
料としてアルミ合金材料を選択することにより、以上の
作用効果を奏する構成を、入手が容易で安価な材料によ
って実現することができる。
【0015】なお、上記最下部とは、たとえば時計相当
の6時の位置を言い、また、6時の位置を挟んで二個の
パッド部材が隣接して存在する場合にはその両者の位置
を言う。
【0016】
【発明の実施の形態】添付の図面を参照しながら本発明
のティルティングパッド軸受(以下、単に軸受という)
の実施形態を説明する。
【0017】図1は本発明の軸受の一実施形態を示す断
面図である。図2は図1の軸受の運転による昇温後の状
態を示す断面図である。
【0018】図1に示す軸受1は、そのハウジング2の
内径側に五個のティルティングパッドパッド(以下、単
にパッドという)3が等間隔をおいて配設されたもので
ある。各パッド3はパッド台4を介してティルティング
可能にハウジング2の内径側に取り付けられており、そ
の円弧状面によって回転軸Sを回転自在に支持してい
る。図1および図2のハウジング2における各パッド3
の取り付け位置には、説明の便宜のために○付き数字を
付記してある。
【0019】図1には回転軸Sの定常状態が示されてお
り、一般的には回転軸Sの自重によって下半部(、
、)のパッド31、32、33にのみ荷重が負荷さ
れており、上部(、)のパッド34、35には荷重
は負荷されていない。また、ハウジング2内部の空間V
には潤滑油が充満されており、回転軸Sとパッド3の円
弧状軸受面との間には油膜が形成される。
【0020】また、最下部(時計相当でいう6時の位
置)のパッド32のパッド台42は鉄鋼材料から形成さ
れており、その両側のパッド台41、43はアルミ合金
材料から形成されている。そして、上部のパッド台4
4、45は鉄鋼材料から形成されている。パッド3は全
て鉄鋼材料から形成されている。なお、アルミニウムの
線膨張係数は鉄のそれの約2倍であることは知られてい
る。
【0021】図2にはいわば非定常な状態が示されてい
る。回転軸Sの回転に伴って回転軸S、軸受1および潤
滑油の各温度が上昇し、その結果、潤滑油の粘度が低下
して回転軸Sが下降するのであるが、何らかの理由によ
って潤滑油温度がさらに上昇してその粘度もさらに低下
したときに定常状態がくずれ、回転軸Sがさらに下降す
ることになる。一方、各パッド3および各パッド台4は
上記油温上昇に伴って膨張する。
【0022】このとき、全てのパッドおよびパッド台が
同一材料で形成されておれば膨張量が同一となるので、
回転軸が下方に移動して最下部のパッドに一層接近す
る。この非定常な状態においては、回転軸がその降下に
伴って最下部のパッドにのみ接近してこの最下部のパッ
ドの加重負担が他のパッドに較べて大きく増加する。そ
うすると、回転軸とパッドとの間の油膜が薄くなって焼
き付きなどの問題が生じるおそれがある。
【0023】しかし、本軸受1では、アルミ合金から形
成された、、の位置のパッド台41、43は他の鉄
鋼製のパッド台42、44、45よりも軸受中心方向に
大きく伸びる。その結果、最下部両側のパッド31、3
3も回転軸Sに接近して回転軸Sによる荷重を積極的に
分担するため、回転軸Sの下方移動によって最下部のパ
ッド32の荷重のみが増加することはない。注目すべき
点は、回転軸の下降に応じて両側のパッド31、33が
半径方向に移動するということである。回転軸は温度上
昇に伴う潤滑油の粘度低下によって下降するから、その
下降は上昇温度分に対応し、一方、両側のパッド31、
33の半径方向移動も上昇温度分に対応する。したがっ
て、回転軸Sの回転に応じて自動的にパッドに対する荷
重バランスがとれることになる。
【0024】なお、図1および図2ともに、理解を容易
にするために、回転軸Sとパッド3との隙間、回転軸S
の下降量、パッド台4の伸び量は実際より大きく示して
いる。
【0025】温度上昇分を想定して上記最下部のパッ
ド台42とその両側、のパッド台41、43との伸
び量を調整するときは、たとえば、パッド台の軸受半径
方向の寸法を変更すればよい。一般にパッド台4はパッ
ド3に較べて単純な形状(たとえば角柱、円柱など)を
呈しているため、軸受半径方向の寸法の変更や材料の変
更が容易である。もちろん、その場合には定常状態にお
ける回転軸Sとの間の隙間を適正に設定するために、パ
ッド台とハウジングとの連結位置またはパッド台とパッ
ドとの連結位置を調整しておく。
【0026】本実施形態では上部のパッド台44、45
を鉄鋼材料から形成しているが、これら44、45はア
ルミ合金から形成してもよい。また、本実施形態では
、の位置のパッド31、33とパッド台41、43
とは異なる材料から形成しているが、パッド31、33
およびパッド台41、43ともに同じアルミ合金から形
成してもよい。
【0027】また、本実施形態では五個のパッドが配設
されているが、五個に限定されることはなく、六個以上
であってもよい。また、パッドの大きさを変えることも
可能であり、その場合にはパッド数をさらに減少するこ
とも可能である。たとえば、六個のパッド(パッド台を
含む)を配設する場合には、時計相当の6時の位置に配
設するパッド台を鉄鋼材料から形成し、4時の位置のパ
ッド台と8時の位置のパッド台とをアルミ合金から形成
すればよい。
【0028】また、本実施形態では熱膨張の差を生じさ
せるためにパッド材(およびパッド)の材料として鉄鋼
とアルミ合金とを選択したが、とくにこれらに限定され
ることはなく、パッド台の軸受半径方向寸法に応じて異
なる材料を選択することができる。
【0029】要するに、温度上昇に伴って回転軸が定常
状態以上に下方に移動したときに最下部のパッドのみに
荷重が偏重しないように、最下部のパッドを除く軸受下
半部に位置するパッド(パッドの個数やその他の必要性
に応じてさらにその両側のパッド)が最下部のパッドよ
りさらに大きく軸受半径方向に伸びるように線膨張係数
の異なる材料を組み合わせるように構成すればよい。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、何らかの理由によって
定常状態からさらにパッドや潤滑油の温度が上昇し、回
転軸が下降した場合に、それに応じて回転軸とパッドと
の半径方向隙間を変化せしめて自動的にパッド同士の荷
重バランスをとることができる。したがって、最下部の
パッドのみに荷重負担が偏重することが防止される。そ
の結果、軸受全体の許容荷重値を上昇させることがで
き、しかも軸受の延命を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のティルティングパッド軸受の一実施形
態を示す断面図である。
【図2】図2は図1のティルティングパッド軸受の運転
による昇温後の状態を示す断面図である。
【図3】従来のティルティングパッド軸受の一例を示す
断面図である。
【符号の説明】
1・・・・軸受 2・・・・ハウジング 3、31、32、33、34、35・・・・パッド 4、41、42、43、44、45・・・・パッド台 S・・・・回転軸 V・・・・ハウジングの内部空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−180721(JP,A) 特開 平10−288220(JP,A) 実開 昭58−9525(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16C 17/00 - 17/26 F16C 33/00 - 33/28

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸受ハウジングと、該軸受ハウジングの
    内周部に間隔をおいて配設された複数個のパッド部材と
    を備えており、 上記軸受ハウジングにおける最下部のパッド部材が少な
    くともその両側のパッド部材よりも線膨張係数が小さい
    材料から構成されてなるティルティングパッド軸受。
  2. 【請求項2】 軸受ハウジングと、該軸受ハウジングの
    内周部に間隔をおいて配設された複数個のパッド部材と
    を備えており、 上記軸受ハウジングにおける最下部のパッド部材が少な
    くとも他の下半部のパッド部材よりも線膨張係数が小さ
    い材料から構成されてなるティルティングパッド軸受。
  3. 【請求項3】 上記パッド部材が、回転軸を回転自在に
    支持するパッドと、該パッドと軸受ハウジングの内周部
    との間に介装されてパッドを揺動自在に支持するパッド
    台とから構成されており、 上記線膨張係数の小さい材料から構成される部材が、上
    記最下部のパッド部材のパッド台である請求項1または
    2記載のティルティングパッド軸受。
  4. 【請求項4】 上記線膨張係数の小さい材料として鉄鋼
    材料が選択されており、少なくともその両側のパッド部
    材の材料としてアルミ合金材料が選択されてなる請求項
    1または3記載のティルティングパッド軸受。
  5. 【請求項5】 上記線膨張係数の小さい材料として鉄鋼
    材料が選択されており、少なくとも他の下半部のパッド
    部材の材料としてアルミ合金材料が選択されてなる請求
    項2または3記載のティルティングパッド軸受。
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