JP5021576B2 - Pad type bearing device and horizontal axis turbine - Google Patents
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Description
本発明は、水を潤滑剤として横置きの回転軸を支承するパッド型軸受装置と、これを利用した横軸水車とに係わり、特に摺動面側に樹脂材料を適用した軸受パッドを有するものに関する。 The present invention relates to a pad-type bearing device that supports a horizontal rotating shaft using water as a lubricant and a horizontal-axis water turbine using the pad-type bearing device, and in particular, has a bearing pad to which a resin material is applied on the sliding surface side. About.
横軸水車の回転軸を支承する軸受としては、油潤滑のジャーナル軸受やティルティングパッド軸受が用いられているが、耐荷重性の観点からティルティングパッド軸受が多用されている。ティルティングパッド軸受としては、特開平5−332355号公報(特許文献1)に開示されているように、ロータ自重を含む荷重を支えるように、負荷側に2枚の傾斜可能なパッドと無負荷側の前記2枚のパッドとロータ軸心に対して対称位置に1枚の傾斜可能なパッドとが配設され、前記各パッドには外部の給油手段に接続されロータとの摺動面に到る給油穴を設けて構成している。このティルティングパッド軸受は各パッドに直接給油されているので、給油量の節約が図れかつ、低損失化が達成できる。また、負荷側に2個の軸受パッドを配置しているので、長期使用に対しても十分な耐荷重性を確保し、安定した軸受性能が得られる。 Oil-lubricated journal bearings and tilting pad bearings are used as bearings for supporting the rotating shaft of the horizontal axis turbine, but tilting pad bearings are frequently used from the viewpoint of load resistance. As a tilting pad bearing, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-332355 (Patent Document 1), two tiltable pads and no load are provided on the load side so as to support a load including the rotor's own weight. The two pads on the side and one tiltable pad are arranged in a symmetrical position with respect to the rotor axis, and each pad is connected to an external oil supply means to reach the sliding surface with the rotor. Refueling holes are provided. Since this tilting pad bearing is directly lubricated to each pad, the amount of lubrication can be saved and a reduction in loss can be achieved. Further, since two bearing pads are arranged on the load side, sufficient load resistance is ensured even for long-term use, and stable bearing performance can be obtained.
しかしながら、特許文献1に記載されているティルティングパッド軸受において、油の代替として水を潤滑剤として給水して使用することを考えた場合、以下に示す項目に対して十分に配慮されているとは言えない。
1.直接軸受パッドに加圧給水された場合、軸受パッドの給水口近傍には十分な水が供給されるが、軸受パッド全面には潤滑水が行き渡らない可能性がある。このため、軸受パッドの摺動面では部分的な水膜切れが発生する恐れがあり、長期に渡って安定した軸受性能が得られないことが考えられる。
2.外部給水装置を使用しているので、給水装置のポンプ等でトラブルが発生したりすると主機の運転ができなくなるので、十分な信頼性を有しているとは言えない。
3.起動・停止時は摺動面が直接接触するので特に負荷側軸受パッドの高耐摩耗性が要求されるが、油潤滑用の軸受パッドをそのまま用いた場合は十分な耐摩耗性を確保できないことが予想される。
However, in the tilting pad bearing described in
1. When pressurized water is directly supplied to the bearing pad, sufficient water is supplied in the vicinity of the water supply port of the bearing pad, but there is a possibility that the lubricating water does not spread over the entire surface of the bearing pad. For this reason, there is a possibility that a partial water film breakage may occur on the sliding surface of the bearing pad, and it is considered that stable bearing performance cannot be obtained over a long period of time.
2. Since an external water supply device is used, if a trouble occurs in the pump of the water supply device, the main engine cannot be operated, so it cannot be said that it has sufficient reliability.
3. Since the sliding surface is in direct contact when starting and stopping, high load resistance is particularly required for the load-side bearing pad, but sufficient wear resistance is ensured when the bearing pad for oil lubrication is used as it is. It is expected not to be possible.
以上のように、公知例においては、水潤滑条件での使用を前提とした場合、潤滑構造や軸受摺動面材料の耐摩耗性等に関して、十分に考慮されていないので高い信頼性を長期間に渡って維持出来ない可能性がある。 As described above, in the known example, when it is assumed to be used under water-lubricating conditions, the lubrication structure and the wear resistance of the bearing sliding surface material are not sufficiently considered, so high reliability is ensured for a long time. There is a possibility that it cannot be maintained for a long time.
本発明は上記のような事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、水を潤滑剤として用い、軸受パッドの潤滑を確実に行い、軸受摺動面の耐摩耗性を長期に渡って維持すると共に、高信頼性の水潤滑のパッド型軸受装置及びこの軸受装置を搭載した横軸水車を得ることにある。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above. The object of the present invention is to use water as a lubricant, to reliably lubricate the bearing pad, and to provide long-term wear resistance of the bearing sliding surface. Another object is to obtain a highly reliable water-lubricated pad-type bearing device and a horizontal-axis water turbine equipped with this bearing device.
前記目的を達成するために、本発明は、横置きの回転軸を支持するパッド型軸受装置において、回転軸の摺動面を囲むように摺動面側に樹脂材料を用いた複数個の軸受パッドを配置し、下半部に位置する前記軸受パッドの摺動面を潤滑水中に浸漬し、上半部に位置する前記軸受パッドを前記回転軸と非接触状態になるように初期設定隙間を調整して設置し、前記軸受パッドの両端部の近傍位置に前記回転軸に固定された外周面傾斜ディスクと該ディスクを囲むケースとで構成した揚水手段を設置するように構成したことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pad-type bearing device for supporting a horizontal rotary shaft, and a plurality of bearings using a resin material on the sliding surface side so as to surround the sliding surface of the rotary shaft. The pad is arranged, the sliding surface of the bearing pad located in the lower half is immersed in lubricating water, and an initial setting gap is set so that the bearing pad located in the upper half is not in contact with the rotating shaft. Adjusted and installed, and configured to install pumping means composed of an outer peripheral surface inclined disk fixed to the rotating shaft and a case surrounding the disk at a position near both ends of the bearing pad. To do.
前記目的を達成するために、本発明は、横置きの回転軸を支持するパッド型軸受装置において、回転軸の外周側にスリーブを固定し、該スリーブの摺動面を囲むように摺動面側に樹脂材料を用いた複数個の軸受パッドを配置し、下半部に位置する前記軸受パッドの摺動面を潤滑水中に浸漬し、上半部に位置する前記軸受パッドを前記スリーブと非接触状態になるように初期設定隙間を調整して設置し、前記軸受パッドの両端部の近傍位置に前記回転軸に固定された外周面傾斜ディスクと該ディスクを囲むケースとで構成した揚水手段を設置するように構成したことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pad-type bearing device for supporting a horizontal rotary shaft, wherein a sleeve is fixed to the outer peripheral side of the rotary shaft, and the sliding surface surrounds the sliding surface of the sleeve. A plurality of bearing pads using a resin material is arranged on the side, the sliding surface of the bearing pad located in the lower half is immersed in lubricating water, and the bearing pad located in the upper half is not connected to the sleeve. A pumping means comprising an outer peripheral inclined disk fixed to the rotary shaft and a case surrounding the disk at a position near both ends of the bearing pad, with the initial setting gap adjusted to be in a contact state. It is configured to be installed.
前記目的を達成するために、本発明は、横置きの回転軸と、この回転軸に固定された羽根車と、該羽根車の外周を囲むように配置した水車ケーシングと、回転軸を囲むように配置したドラフトチューブと、この回転軸を支持するパッド型軸受装置とを備えた横軸水車において、前記パッド型軸受装置は回転軸の摺動面を囲むように摺動面側に樹脂材料を用いた複数個の軸受パッドを配置し、下半部に位置する前記軸受パッドの摺動面を潤滑水中に浸漬し、上半部に位置する前記軸受パッドを前記回転軸と非接触状態になるように初期設定隙間を調整して設置し、前記軸受パッドの両端部の近傍位置に前記回転軸に固定された外周面傾斜ディスクと該ディスクを囲むケースとで構成した揚水手段を設けるように構成したことを特徴とするものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention surrounds a rotary shaft, a horizontal shaft, an impeller fixed to the rotary shaft, a turbine casing disposed so as to surround the outer periphery of the impeller, and the rotary shaft. In the horizontal axis turbine provided with the draft tube arranged in the above and a pad type bearing device for supporting the rotating shaft, the pad type bearing device is provided with a resin material on the sliding surface side so as to surround the sliding surface of the rotating shaft. a plurality of bearing pads employed arranged, a sliding surface of the bearing pads located in the lower half immersed in the lubricating water, comprising the bearing pads located upper half in a non-contact state with said rotary shaft The initial setting gap is adjusted as described above, and the pumping means configured by an outer peripheral surface inclined disk fixed to the rotating shaft and a case surrounding the disk is provided in the vicinity of both ends of the bearing pad. It is characterized by That.
上記発明において、より好ましくは、次の構成とすることにある。
(1)前記樹脂材料は、熱可塑性樹脂材料の中でカーボンを繊維含有するポリフェニレンサルファイド樹脂からなること。
(2)前記揚水手段は回転軸に固定された外周面傾斜ディスクと該ディスクを囲むケースとで構成したこと。
In the above invention, more preferably, the following configuration is adopted.
(1) The resin material is made of a polyphenylene sulfide resin containing carbon as a fiber among thermoplastic resin materials.
(2) The pumping means is composed of an outer peripheral inclined disk fixed to the rotating shaft and a case surrounding the disk.
本発明によれば、水を潤滑剤として用いて流体潤滑状態で作動するパッド型軸受装置を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pad type bearing apparatus which operate | moves in a fluid lubrication state using water as a lubrication agent is realizable.
以下、本発明の各実施例について図を用いて説明する。第2実施例以降の実施例においては第1実施例と共通する構成の重複する説明を省略する。なお、各実施例の図における同一符号は同一物又は相当物を示す。ここでは、軸受摺動面側に用いる樹脂材料としてカーボン繊維を含有したPPS系の熱可塑性樹脂を用いた場合について説明するが、カーボン繊維の大きさ、含有量は、水潤滑下で安定した摺動特性と耐摩耗性を示す範囲であれば特に限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the second and subsequent embodiments, the duplicate description of the configuration common to the first embodiment is omitted. In addition, the same code | symbol in the figure of each Example shows the same thing or an equivalent. Here, the case where a PPS thermoplastic resin containing carbon fiber is used as the resin material used on the bearing sliding surface side will be described. However, the size and content of the carbon fiber are stable with water lubrication. The range is not particularly limited as long as it exhibits dynamic characteristics and wear resistance.
図1は本発明による水潤滑のパッド型軸受装置30における軸受パッド2の配置状況を示すものである。横軸の回転軸1の摺動面を囲むように3個の軸受パッド2が配置されている。各軸受パッド2は摺動面に樹脂材料3を用い、この樹脂材料3を金属ケース4より摺動面側に数ミリ突出させて、金属ケース4に格納し、かつ、樹脂材料3と金属ケース4とで形成される隙間に接着剤(図示せず)を充満させて固定する方法で製造されている。
FIG. 1 shows the arrangement of
また、金属ケース4の背面に凹み4aが設けられている。この凹み4aと対向して先端部が球面形状5bをした調整ボルト5が設置されている。調整ボルト5,5aは軸受ケーシング6に固定されている。
Further, a
下側に位置する調整ボルト5は軸受ケーシング6にねじ込み固定する。この調整ボルト5の球面形状5bに金属ケース背面に設けた凹み4aが接触した状態で設定される。
The
下半部の図中の水平点線C−Cは潤滑水の水位を示している。下半部には1個の軸受パッド2が配置されており、この軸受パッド2の摺動面3aは潤滑水に浸漬した状態にある。各軸受パッド2の両端部には軸受ケーシング6に固定した金具7a、7bが装着されている。金具7a、7bは軸受パッド2の軸方向、半径方向の位置決めをするものである。
A horizontal dotted line CC in the lower half of the drawing indicates the level of lubricating water. One bearing
一方、上半部には2個の軸受パッド2が配置されている。この軸受パッド2も金属ケース4の背面に凹み4aが設けられている。この凹み4aと対向し先端部が球面形状5bをした調整ボルト5aが設置されている。この調整ボルト5aは摺動面隙間を調整した後にナット5cにより軸受ケーシング6に固定される。上半部の軸受パッド2の初期設定隙間を調整するための金具7aに吊りボルト8が装着されている。吊りボルト8を調整することで、金具7aの内周側先端部の突起に引っ掛かった軸受パッドを半径方向に移動させることができる。また、吊りボルト8は軸受パッドの摺動面を所定の位置に移動調整した後に固定用ナット8aにより軸受ケーシング6に固定される。その結果、上半部に位置する軸受パッド2の背面に設けた凹み4aと調整ボルト5aの先端(球面形状5bの先端)とは所定の隙間をもって設定される。
On the other hand, two bearing
この構成によると、上半部の軸受パッド2を回転軸の外周面と非接触状態に設定できるので、起動直後から摺動発熱の発生もなく、樹脂材料の耐熱温度以下で十分に使用できる。
According to this configuration, the
次に、上半部に設置された軸受パッド2の潤滑を行うために設置された揚水手段について説明する。
Next, the pumping means installed for lubricating the
図2は図1のA−A線に相当する断面図である。軸受パッド2の両端部に揚水手段9が配置されている。揚水手段9は回転軸1に固定された外周面傾斜ディスク10と該ディスクを囲むケース13とで構成されている。ディスク10は軸方向に傾斜する傾斜部11と平行部12で構成されているが、傾斜部11のみで構成しても良い。ケース13には水槽14内に貯水した潤滑水とケース内の潤滑水の水位を同レベルに保持するため連通孔19が複数個設けられている。そのため、ディスク10の回転によりケース13内の潤滑水が外周側に移動すると連通孔19より水槽側から補給され、水位レベルを一定に保持している。
2 is a cross-sectional view corresponding to the line AA in FIG. Pumping means 9 is disposed at both ends of the
図中r1は回転軸中心から初期水位までの距離、r2は回転軸中心からディスク傾斜面の反軸受側の半径、r3は回転軸中心からディスク傾斜面の軸受側の半径、を示す。 In the figure, r1 is the distance from the rotation axis center to the initial water level, r2 is the radius from the rotation axis center to the non-bearing side of the disk inclined surface, and r3 is the radius from the rotation axis center to the bearing side of the disk inclined surface.
図3は図2のB−B線に相当する断面図である。揚水手段9を構成するディスク10の回転軸への取り付け構造について図3を用いて説明する。ディスク10は回転軸1にボルト18により固定されており、回転軸と一体となって回転する。ボルト18はディスク端面から埋没した状態にあり、ディスク10の回転による潤滑水の撹乱が防止できる。
3 is a cross-sectional view corresponding to the line BB in FIG. A structure for attaching the
これまで本発明のパッド型軸受装置の構成について説明してきたので、次に作用について述べる。下半部に設置されている軸受パッドの摺動面は潤滑水に浸漬した状態にあり、停止中回転軸1の自重を支承している。この場合、軸受パッドの摺動面半径は回転軸摺動面半径よりも僅か大きく設定しているので、軸受パッドの摺動面は回転軸と線接触状態にある。そのため、潤滑水は摺動面のほぼ全面に渡って浸入している状態にある。回転軸の起動とほぼ同時に摺動面には水膜が形成され、流体潤滑状態で作動する。一方、上半部に設置された軸受パッドは回転軸と非接触状態に設定されているため、回転軸の回転に伴う摺動発熱が無く、安定した潤滑状態で作動する。したがって、通常の運転条件では長期間に渡って安定した軸受性能が得られる。
The configuration of the pad type bearing device of the present invention has been described so far, and the operation will be described next. The sliding surface of the bearing pad installed in the lower half is immersed in lubricating water, and supports the weight of the
一方、上半部の軸受パッドは回転軸の浮上を防止するために設置されたものであり、回転軸の回転中は軸受パッドの摺動面が確実に潤滑された状態にあることが不可欠である。上半部の軸受パッドの潤滑は、揚水手段により供給される潤滑水で達成される。そこで、揚水手段の作用について説明する。 On the other hand, the bearing pad in the upper half is installed to prevent the rotating shaft from floating, and it is essential that the sliding surface of the bearing pad is in a state of being reliably lubricated while the rotating shaft is rotating. is there. Lubrication of the upper half bearing pads is accomplished with lubricating water supplied by pumping means. Therefore, the operation of the pumping means will be described.
外周面傾斜ディスクの反軸受側の潤滑水と接する面では、回転軸中心から初期水位までの距離r1と回転軸中心からディスク傾斜面の反軸受側の半径r2との差により、潤滑水に速度水頭が付与される。その速度水頭Hは次式で計算される。 On the surface in contact with the lubricating water on the counter bearing side of the outer peripheral surface inclined disk, the speed of the lubricating water is increased by the difference between the distance r1 from the rotation axis center to the initial water level and the radius r2 on the counter bearing side of the disk inclined surface from the rotation axis center. Water head is given. The velocity head H is calculated by the following equation.
H=[(r2・ω)2−(r1・ω)2]/2/g
ここで、ωは角速度、gは重力加速度である。
H = [(r2 · ω) 2 − (r1 · ω) 2 ] / 2 / g
Here, ω is an angular velocity, and g is a gravitational acceleration.
速度水頭の大きさは角速度ωが大きくなるに伴いおおきくなる。この速度水頭により、外周面傾斜ディスク10とディスクを囲むケース13の隙間に潤滑水が押込まれ、外周面傾斜ディスク10の頂点10aに向かって潤滑水が押込まれる。潤滑水の押込まれる高さは角速度によって異なるが、通常の運転条件では外周面傾斜ディスク10の頂点10aに容易に達して、隙間を充満させる。隙間に充満した潤滑水は回転軸中心からディスク傾斜面の反軸受側の半径r2と回転軸中心からディスク傾斜面の軸受側の半径r3との差により軸受側へ送水する速度水頭hが付与される。
The size of the velocity head increases as the angular velocity ω increases. By this velocity head, the lubricating water is pushed into the gap between the outer peripheral surface inclined
hは以下で計算できる。 h can be calculated as follows.
h=[(r3・ω)2−(r2・ω)2]/2/g
ここで、ωは角速度、gは重力加速度である。
h = [(r3 · ω) 2 − (r2 · ω) 2 ] / 2 / g
Here, ω is an angular velocity, and g is a gravitational acceleration.
外周面傾斜ディスク10とケース13の隙間に押込まれた潤滑水は速度水頭hにより軸受側へ排出される。潤滑水は上半部に設置されている軸受パッドの両端部15と軸受パッドの入口側16,出口側17に供給される。回転中は継続して潤滑水が上半部に設置した軸受パッドの周囲に供給できる。したがって、上半部の軸受パッドに対しても軸受パッド周囲を囲むように安定して潤滑水が供給できるので安定した摺動特性が得られる。
The lubricating water pushed into the gap between the outer peripheral
外周面傾斜ディスク10を囲むように設けたケース13は下半部内の潤滑水と接する部分に連通孔19を設けているので、水槽側からケース13内に補給され、潤滑水の液面は低下することなく安定している。このため、外周面傾斜ディスクが潤滑水と接する水位も一定しており、安定した揚水機能が維持できる。下半部の軸受パッドは金属ケース背面の凹みと対向し接触するように先端部が球面形状をした調整ボルトで支持されているので、ティルティング状態にあり、片当りが確実に防止でき安定した軸受性能が発揮できる。また、上半部に設置された軸受パッドは荷重が発生しても、潤滑水が十分に確保されているので、安定した摺動特性が得られる。回転軸が浮上すると、上半部の軸受パッドが調整ボルトの先端で支持され軸受機能が発揮される。 また、通常の運転条件では上半部の軸受パッドで発生する損失が軽減できるので、軸受装置としての低損失化に寄与できる。
Since the
図4に本発明によるパッド型軸受装置の第二の実施例を示す。この実施例で、第一の実施例と異なるのは回転軸の外周部に二分割のスリーブ20を溶接等(溶接ビード20a)により一体リング状にして固定した点にある。ここでは、スリーブ20を溶接により回転軸に固定しているが、固定方法については特に限定するものではない。
FIG. 4 shows a second embodiment of the pad type bearing device according to the present invention. In this embodiment, the difference from the first embodiment is that a two-
この実施例によれば、基本的には前述した第一の実施例と同様の作用効果を得ることができる他、回転軸摺動面が万一損傷した場合はスリーブの交換ですみ、回転軸の交換に比較して、交換費用が安価ですむので、保守費の節約が図れる。また、既設プラントにパッド型軸受装置を適用しようとした場合、既設の回転軸にスリーブのみを固定することで適用可能となるので、適用拡大に有効である。 According to this embodiment, basically the same effects as the first embodiment described above can be obtained, and if the sliding surface of the rotating shaft is damaged, the sleeve can be replaced. Compared with the replacement, the replacement cost is low, so the maintenance cost can be saved. Moreover, when it is going to apply a pad type bearing apparatus to an existing plant, since it becomes applicable by fixing only a sleeve to an existing rotating shaft, it is effective for application expansion.
軸受パッドの摺動面にカーボン繊維を含有したPPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂材料を用いている。その効果を確認するため、起動・停止繰返しに対する摩擦係数の経時変化と試験前後での摩耗量の変化を実測した。 A PPS (polyphenylene sulfide) resin material containing carbon fiber is used for the sliding surface of the bearing pad. In order to confirm the effect, the change over time in the coefficient of friction with repeated start / stop and the change in the amount of wear before and after the test were measured.
試験は静止時接触させておき、起動後水膜で非接触状態となる起動停止を繰り返した場合のPPSの摩擦係数と耐摩耗性を検討した。 In the test, the friction coefficient and wear resistance of the PPS were examined in the case where the test was kept in contact at rest and the start / stop operation in which the water film became non-contact after the start was repeated.
水道水中において、軸受摺動部にPPSを用い、回転軸のスリーブにSUS403を用いた組合せにおいて、PPSの摩耗量と起動停止回数の関係を実測した。 In tap water, the relationship between the wear amount of PPS and the number of start / stops was measured in a combination using PPS for the sliding part of the bearing and SUS403 for the sleeve of the rotating shaft.
試験条件としては、静止時に面圧0.24MPaで接触させ、起動後周速8m/sに達してから5分保持し、その後停止、停止時間5分が経過したら、起動するパターンを繰り返した。試験回数としては、一回/日の起動・停止で10年相当分の約4000回に設定した。 As test conditions, contact was made at a surface pressure of 0.24 MPa when stationary, and after starting, it was held for 5 minutes after reaching a peripheral speed of 8 m / s. After that, when the stop and stop time of 5 minutes passed, the starting pattern was repeated. The number of tests was set to about 4000 times equivalent to 10 years by starting / stopping once / day.
図5に起動停止繰返しに対する耐摩耗性の評価結果を示す。図5に示すように、摩擦係数は起動回数の増加に伴い僅か増大するが、2000回の試験後からはほぼ一定値で推移し、約0.3で安定していた。この結果から、起動・停止を繰り返しても摩擦係数の大きな変動も無く安定していることが確認できた。主機の起動動力から摺動面に用いる材料に対しては従来の油潤滑(ホワイトメタルを使用した場合の起動・停止摩擦係数は0.3程度)並みの起動・停止摩擦係数が要求される。この値を超えると、主機の起動機の容量アップや軸受リフターが必要となり適用できない。今回選定した軸受摺動面材料は起動・停止摩擦係数が従来並みとなり新たな起動機や軸受リフターが不要となりこの材料で対応できることが分かった。更に、軸受のオイルフリー化を考えた軸受部のみの改造で済み、低コストの環境対応に適した軸受が提供できる。また、試験前後における負荷側の軸受パッド両端部近傍での樹脂材料の金属ケースから突出高さはほとんど変化なく摩耗していないことが判った。このように、優れた耐摩耗性を示した理由としては、PPS樹脂にカーボン繊維を含有しているため、摺動面に形成された表面粗さ程度の動圧で硬度差に起因した凹凸ができ、カーボン繊維が無い場合に比較して耐荷重性の向上に繋がったものと推定できる。また、カーボン繊維はPPSとの相性が良好で脱落しにくいことも耐摩耗性向上に寄与していると考えられる。更に、カーボン繊維はグラファイトを含んでいるので低摩擦特性を示す。 FIG. 5 shows the evaluation results of the wear resistance against repeated starting and stopping. As shown in FIG. 5, the friction coefficient slightly increased with the increase in the number of activations, but remained almost constant after 2000 tests and was stable at about 0.3. From this result, it was confirmed that even if the starting and stopping were repeated, the friction coefficient was not greatly changed and was stable. The material used for the sliding surface from the starting power of the main engine is required to have the same starting / stopping friction coefficient as that of conventional oil lubrication (starting / stopping friction coefficient when white metal is used is about 0.3). If this value is exceeded, the capacity of the starter of the main engine and the bearing lifter will be required, and this is not applicable. The bearing sliding surface material selected this time has the same starting and stopping coefficient of friction as the conventional one, and it was found that a new starting machine and bearing lifter are unnecessary, and this material can be used. Furthermore, it is only necessary to remodel the bearing portion considering oil-free bearings, and a low-cost environment-friendly bearing can be provided. Further, it was found that the protrusion height from the metal case of the resin material in the vicinity of both ends of the bearing pad on the load side before and after the test hardly changed and was not worn. As described above, the reason why the wear resistance is excellent is that the PPS resin contains carbon fiber, so that the unevenness caused by the hardness difference is caused by the dynamic pressure of the surface roughness formed on the sliding surface. It can be presumed that the load resistance is improved as compared with the case where there is no carbon fiber. In addition, it is considered that the carbon fiber has good compatibility with PPS and is difficult to fall off, which contributes to the improvement of wear resistance. Further, since the carbon fiber contains graphite, it exhibits low friction characteristics.
以下に横軸水車に本発明のパッド型軸受装置を搭載した場合について説明する。 The case where the pad type bearing device of the present invention is mounted on a horizontal axis turbine will be described below.
図6に示す横置水車は回転軸1と、回転軸1の右側に固定された羽根車41と、羽根車41を囲む水車ケーシング42と、回転軸1を囲むように配置したドラフトチューブ43と、回転軸1を支承するパッド型軸受装置30とを有している。水車ケーシング42からランナ41に流入する水の流量がガイドベーン44によって調整される。ガイドベーン44は水車ケーシング42上に設けられたガイドリング45と連結され、油圧サーボ(図示せず)により駆動される。また、回転軸1とドラフトチューブ43との間には流体の漏洩を防止するシール46が設けられている。パッド型軸受装置30は架台47に固定されている。
The horizontal water turbine shown in FIG. 6 includes a
そして、パッド型軸受装置30は、大別すると、回転軸1と、回転軸1の摺動面を囲むように摺動面側に樹脂材料を用いた3個の軸受パッドを配置し、下半部に位置する軸受パッドの摺動面を潤滑水中に浸漬し、軸受パッドの両端部の近傍位置に揚水手段と、潤滑水の蒸発による減少分を補給するための給水管50と、給水管への供給を制御する電磁弁48と、給水タンク(図示せず)と接続された配管51とを備えている。また、潤滑水量の減少を検出する水位センサー49が設けられている。水位センサー49からの水位低下の情報により電磁弁を開き給水し、水位が所定値に戻ったら電磁弁を閉じて給水を止める。また、本実施例では、パッド型軸受装置をドラフトチューブ側の一箇所に設けているが、ドラフトチューブの反対側(軸端側)にも設けて二箇所に設置しても同様の作用効果を得ることができる。
The pad-
このようなパッド型軸受装置であると、回転軸の摺動面を囲むように配置した軸受パッドの内、下半部(負荷側)に位置する軸受パッドの摺動面のみ潤滑水中に常時浸漬された状態で配置されているので、軸受パッドの摺動面の周囲が潤滑水に囲まれているので、確実に潤滑でき流体潤滑状態で作動することができる。 In such a pad-type bearing device, only the sliding surface of the bearing pad located in the lower half (load side) of the bearing pads arranged so as to surround the sliding surface of the rotating shaft is always immersed in the lubricating water. Therefore, since the periphery of the sliding surface of the bearing pad is surrounded by the lubricating water, it can be reliably lubricated and can be operated in a fluid lubrication state.
一方、上半部に設置された軸受パッドは回転軸と非接触状態に設定されているため、回転軸の回転に伴う摺動発熱が無く、安定した潤滑状態で作動する。したがって、通常の運転条件では長期間に渡って安定した軸受性能が得られる。 On the other hand, since the bearing pads installed in the upper half are set in a non-contact state with the rotating shaft, there is no sliding heat generated by the rotation of the rotating shaft, and the bearing pad operates in a stable lubricating state. Therefore, stable bearing performance can be obtained over a long period of time under normal operating conditions.
一方、上半部の軸受パッドは回転軸の浮上を防止するために設置されたものであり、回転軸の回転中は軸受パッドの摺動面が揚水手段により確実に潤滑された状態を維持できるので長期間の使用に対しても安定した摺動特性を得ることができる。 On the other hand, the bearing pad in the upper half is installed to prevent the rotating shaft from floating, and the sliding surface of the bearing pad can be reliably maintained lubricated by the pumping means while the rotating shaft is rotating. Therefore, stable sliding characteristics can be obtained even for long-term use.
したがって、長期間の使用に対しても安定した軸受性能を得ることができ、横軸水車の水潤滑のパッド型軸受装置として使用できる。また、横軸水車のオイルフリー化に対応できるので、河川汚染防止が図れ、環境に優しく、メンテナンスフリー化が達成できる。 Therefore, stable bearing performance can be obtained even for long-term use, and it can be used as a pad-type bearing device for water lubrication of a horizontal axis turbine. In addition, because the horizontal axis turbine can be made oil-free, river pollution can be prevented, it is environmentally friendly, and maintenance-free can be achieved.
以上、述べたように、本発明の実施例によれば、水を潤滑剤として用い、回転軸の摺動面を囲むように摺動面側に樹脂材料を用いた複数個の軸受パッドを配置するとともに、下半部に位置する前記軸受パッドの摺動面を潤滑水中に浸漬し、前記軸受パッドの両端部の近傍位置に揚水手段を設置するように構成したので、水潤滑のパッド型軸受装置を得ることができる。 As described above, according to the embodiments of the present invention, water is used as a lubricant, and a plurality of bearing pads using a resin material are arranged on the sliding surface side so as to surround the sliding surface of the rotating shaft. In addition, since the sliding surface of the bearing pad located in the lower half is immersed in the lubricating water and the pumping means is installed in the vicinity of both ends of the bearing pad, the water-lubricated pad type bearing A device can be obtained.
すなわち、回転軸の摺動面を囲むように配置した軸受パッドの内、下半部(負荷側)に位置する軸受パッドの摺動面のみ常時潤滑水中に浸漬された状態で配置されているので、軸受パッドの摺動面の周囲が潤滑水に囲まれているので、確実に潤滑でき流体潤滑状態で作動することができる。一方、上半部に設置された軸受パッドは非接触状態で設置されているので安定した潤滑状態で作動することができる。また、揚水手段により起動直後から潤滑水が供給されるので、万一回転軸が浮上するようなことがあっても上半部に設置された軸受パッドの摺動面には水膜が形成でき安定した軸受性能が維持できる。また、外部給水装置を使用していないので、給水装置のポンプ等の補機が省略でき、十分な信頼性を確保できる。 That is, among the bearing pads arranged so as to surround the sliding surface of the rotating shaft, only the sliding surface of the bearing pad located in the lower half (load side) is always immersed in the lubricating water. Since the periphery of the sliding surface of the bearing pad is surrounded by the lubricating water, the bearing pad can be reliably lubricated and operated in a fluid lubrication state. On the other hand, since the bearing pads installed in the upper half are installed in a non-contact state, they can operate in a stable lubricating state. In addition, since the lubricating water is supplied immediately after startup by the pumping means, a water film can be formed on the sliding surface of the bearing pad installed in the upper half even if the rotating shaft may float. Stable bearing performance can be maintained. Moreover, since an external water supply device is not used, auxiliary equipment such as a pump of the water supply device can be omitted, and sufficient reliability can be ensured.
したがって、長期間の使用に対しても安定した摺動特性を得ることができ、横軸水車の水潤滑のパッド型軸受装置として搭載できる。 Therefore, stable sliding characteristics can be obtained even for long-term use, and it can be mounted as a pad-type bearing device for water lubrication of a horizontal axis turbine.
前述した好ましい構成によれば、前記樹脂材料は、熱可塑性樹脂材料の中でカーボン繊維を含有するポリフェニレンサルファイド樹脂材料で構成されているので、水潤滑下で安定した摺動特性と高耐摩耗性とが得られ、長期使用に対する摺動面の形状変化が防止でき、運転初期から継続して信頼性の高い状態を維持することができる。また、ガラス転移温度が約90℃と高く、水潤滑下での使用を考えた場合、十分な耐熱性を有し過剰品質となっておらず樹脂材料の適正化と低コストが図られている。 According to the preferred configuration described above, the resin material is composed of a polyphenylene sulfide resin material containing carbon fiber among thermoplastic resin materials, so that it has stable sliding characteristics and high wear resistance under water lubrication. Thus, the change in the shape of the sliding surface with respect to long-term use can be prevented, and a highly reliable state can be maintained continuously from the initial stage of operation. In addition, the glass transition temperature is as high as about 90 ° C., and when considering use under water lubrication, the resin material is optimized and low cost without sufficient heat resistance and excessive quality. .
前述した本発明の好ましい構成によれば、前記揚水手段は回転軸に固定された外周面傾斜ディスクと該ディスクを囲むケースとで構成されているので、回転中は軸受下半部に相当する水槽部分でディスク側面の速度水頭により、外周面傾斜ディスクと該ディスクを囲むケース間に潤滑水が押し込まれ、さらに傾斜面での速度水頭差により軸受側に水が移動し、軸受パッド両端部から供給される。その結果、軸受パッド間及び軸受パッド両端部に確実に潤滑水の供給が行われる。 According to the preferred configuration of the present invention described above, the pumping means is composed of the outer peripheral surface inclined disk fixed to the rotating shaft and the case surrounding the disk, so that the water tank corresponding to the lower half of the bearing during rotation. In part, due to the speed head on the side of the disk, the lubricating water is pushed in between the outer peripheral inclined disk and the case surrounding the disk, and the water moves to the bearing side due to the speed head difference on the inclined surface, and is supplied from both ends of the bearing pad. Is done. As a result, the lubricating water is reliably supplied between the bearing pads and both ends of the bearing pads.
本発明のパッド型軸受装置は、例えば横軸水車などのように水が関与する回転装置における回転軸の支承用として好適に用いることができるものである。このような水潤滑のパッド型軸受装置の高信頼性化やメンテナンスフリーの改善を図る本発明は、水が関与する回転装置の分野に有効なものとして利用することができる。 The pad type bearing device of the present invention can be suitably used for supporting a rotating shaft in a rotating device involving water, such as a horizontal shaft turbine. The present invention for improving the reliability and maintenance-free improvement of such a water-lubricated pad-type bearing device can be used as an effective device in the field of rotating devices involving water.
1 回転軸
2 軸受パッド
3 樹脂材料
4 金属ケース
5,5a 調整ボルト
6 軸受ケーシング
7a,7b 金具
8 吊りボルト
9 揚水手段
10 外周面傾斜ディスク
11 ディスクの傾斜部
12 ディスクの平行部
13 ケース
14 水槽
15 軸受パッドの両端部
16 軸受パッドの入口側
17 軸受パッドの出口側
18 ボルト
19 連通孔
20 スリーブ
30 パッド型軸受装置
41 羽根車
42 水車ケーシング
43 ドラフトチューブ
44 ガイドベーン
47 架台
48 電磁弁
49 水位センサー
50 給水管
51 配管
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