JP5049897B2 - 回転機の軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電機や発電電動機などの回転機の軸受装置に関するものであり、特に、水力発電プラントで用いられる縦軸型の回転機の軸受装置に関するものである。

図７は、従来の縦軸型の回転機に採用されている軸受装置の部分断面模式図である。
図７に示すように、従来の軸受装置６００は、直立した主軸１の周囲に、主軸のランナ１ａを摺動可能に径方向の外側から支持する案内軸受２と、案内軸受２を径方向の外側から固定保持して案内軸受２に加わる水平方向の荷重を支える軸受支持部材３と、案内軸受２とランナ１ａとの摺動面を潤滑する潤滑油５を保持するように環状に設けられた軸受油槽４とが備えられている。なお、軸受油槽４の外側の側面と底面の外側の部分は、軸受支持部材３などが兼用されている。案内軸受２の下側半分ほどが浸漬するほどの量の潤滑油５が軸受油槽４には入れられる。

この軸受装置６００において、主軸１が回転すると、ランナ１ａの外表面付近の潤滑油５が、ランナ１ａと共に回転し、ランナ１ａと案内軸受２との隙間に流入する。これによりランナ１ａと案内軸受２との間には油膜が形成され、主軸１のスムーズな回転が可能となる。

しかし、潤滑油５は、主軸１の回転により、主軸１を中心として渦状に回転する流れを形成する。この渦状の流れによって、潤滑油５には遠心力がはたらき、軸受油槽４の内径側から外径側へ向かう半径方向の潤滑油５の流れを生じる。この半径方向の流れによって、潤滑油５は軸受油槽４の外径部へと寄せられ、潤滑油５は、静止時における水平な油面５ａから、軸受油槽４の内径側が低下し、外径側が上昇した偏った油面５ｂとなる。
このように、潤滑油５の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなると、主軸１と案内軸受２の摺動面は、油面低下によって十分に油膜を形成することができなくなり、油膜切れなどが発生し、軸受装置の潤滑性が低下するとの問題があった。

このような主軸の回転に誘われて発生する遠心力により、軸受油槽における内径側の潤滑油の油面が低下し、外径側の潤滑油の油面が上昇するとの問題を解決するものとして、軸受油槽の内径側から外径側への半径方向に向かって、軸受油槽の底面に略垂直に設けられた邪魔板と、ランナに相当するカラーの下端面と対面し、且つ近接して設けられた円環状の仕切板とを備えた立形回転機の軸受が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５９−０１７０９８号公報（第２頁、第５図）

特許文献１に記載の立形回転機の軸受では、邪魔板と仕切板とが、軸受油槽における内径側から外径側へ向かう半径方向の潤滑油の流れに対して平行に設置されており、これらの邪魔板と仕切板では、軸受油槽における内径側から外径側へ向かう半径方向の潤滑油の流れを抑制することはできず、潤滑油の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを、十分には解消できない。そのため、この潤滑油の内径側の油面低下に起因して、主軸と案内軸受との摺動面において油膜切れが発生する恐れが残るとの問題があった。

この発明の目的は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、軸受油槽内において潤滑油の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを抑制し、主軸のランナと案内軸受との摺動面に十分に潤滑油を供給できる信頼性の高い回転機の軸受装置を得ることである。

この発明に係わる回転機の軸受装置は、直立した主軸と、主軸のランナを径方向の外側から摺動可能に支持する案内軸受と、案内軸受を径方向の外側から固定保持する軸受支持部材と、案内軸受とランナとの摺動面を潤滑する潤滑剤を保持する主軸の周囲に設けられた環状の軸受潤滑剤槽と、案内軸受の下面側に周方向に設けられた主遮蔽板とを備え、主遮蔽板の径方向内側に、径方向に設けられた複数の副遮蔽板を備えたものである。

また、この発明に係わる別の回転機の軸受装置は、直立した主軸と、主軸のランナを径方向の外側から摺動可能に支持する案内軸受と、案内軸受を径方向の外側から固定保持する軸受支持部材と、案内軸受とランナとの摺動面を潤滑する潤滑剤を保持する主軸の周囲に設けられた環状の軸受潤滑剤槽と、案内軸受の下面側に周方向に設けられた主遮蔽板とを備え、主遮蔽板を、周方向に分割された複数の部材を所定の間隔で設けたものである。

この発明に係わる回転機の軸受装置は、直立した主軸と、主軸のランナを径方向の外側から摺動可能に支持する案内軸受と、案内軸受を径方向の外側から固定保持する軸受支持部材と、案内軸受とランナとの摺動面を潤滑する潤滑剤を保持する主軸の周囲に設けられた環状の軸受潤滑剤槽と、案内軸受の下面側に周方向に設けられた主遮蔽板とを備え、主遮蔽板の径方向内側に、径方向に設けられた複数の副遮蔽板を備えたものであるので、案内軸受の摺動部を潤滑に保持できる。

また、この発明に係わる別の回転機の軸受装置は、直立した主軸と、主軸のランナを径方向の外側から摺動可能に支持する案内軸受と、案内軸受を径方向の外側から固定保持する軸受支持部材と、案内軸受とランナとの摺動面を潤滑する潤滑剤を保持する主軸の周囲に設けられた環状の軸受潤滑剤槽と、案内軸受の下面側に周方向に設けられた主遮蔽板とを備え、主遮蔽板を、周方向に分割された複数の部材を所定の間隔で設けたものであるので、案内軸受の摺動部を潤滑に保持できる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる回転機の軸受装置の部分断面模式図である。
図１に示すように、本実施の形態の回転機の軸受装置１００は、直立した主軸１の周囲に、主軸のランナ１ａを摺動可能に径方向の外側から支持する案内軸受２と、案内軸受２を径方向の外側から固定保持して案内軸受２に加わる水平方向の荷重を支える軸受支持部材３と、案内軸受２とランナ１ａとの摺動面を潤滑する潤滑剤を保持するように環状に設けられた軸受潤滑剤槽である軸受油槽４とが備えられている。なお、軸受油槽４の外側の側面と底面の外側の部分は、軸受支持部材３などが兼用されている。この実施の形態では、潤滑剤として潤滑油５を使用する。案内軸受２の下側半分ほどが浸漬するほどの量の潤滑油５が軸受油槽４には入れられる。

本実施の形態の回転機の軸受装置１００では、図１に示すように、案内軸受２の下面側に周方向に配置された環状の主遮蔽板６の内壁面が、軸受油槽４における内径側から外径側へ向かう半径方向の潤滑油の流れ５ｃを受けるように立っている。そのため、主遮蔽板６は、主軸１の回転により生じる潤滑油５の渦状の流れに起因する半径方向の潤滑油５の流れ５ｃを妨げ、潤滑油５の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを抑制できる。
それと、主遮蔽板６は、ランナ１ａと案内軸受２との摺動部より外径側に設けられているので、軸受油槽４における内径側から外径側へ向かう半径方向の潤滑油５の流れの方向を変えて、ランナ１ａと案内軸受２との間の隙間に流入する潤滑油５の量を多くでき、案内軸受２の上方の摺動面への十分な潤滑油５の供給を可能にする。

本実施の形態の回転機の軸受装置１００は、潤滑油５の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを抑制できるとともに、ランナ１ａと案内軸受２との隙間に流入する潤滑油５の量を多くできるので、案内軸受２の摺動部における油膜切れを防止でき、ランナ１ａと案内軸受２との間に安定した油膜が形成され、主軸１のスムーズな回転が可能となる。
本実施の形態の回転機の軸受装置１００は、潤滑剤に油が用いられた場合について説明したが、潤滑剤が他の流体であっても同様な効果を有する。
なお、潤滑剤が油でない場合も、潤滑剤が潤滑すべき箇所に行き渡らないことを油膜切れと呼ぶ。主遮蔽板は、環状ではなく多角形状でもよく、主軸の周囲を囲むように設けられていればよい。主遮蔽板は１個の部材でもよいし、複数の部材に分割されていてもよい。以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係わる回転機の軸受装置の部分断面模式図である。
図２に示すように、本実施の形態の回転機の軸受装置２００は、案内軸受２の下面側に周方向に配置された主遮蔽板７が内径側に傾けて設けられている以外、実施の形態１の回転機の軸受装置１００と同様である。
本実施の形態の回転機の軸受装置２００は、内径側に傾けて設けられた主遮蔽板７の内壁面が、軸受油槽４における内径側から外径側へ向かう半径方向の潤滑油の流れ５ｃを受けるように立っている。そして、主遮蔽板７は、その口径の大きい側が案内軸受２の下面側に接合され、口径の小さい側が軸受油槽４底面側に向いている。すなわち、図２に示される主遮蔽板７の断面から明らかなように、内径側から外径側へ向かう半径方向の潤滑油の流れ５ｃを受ける主遮蔽板７の内壁面が、内径側に傾斜している。
そのため、本実施の形態の回転機の軸受装置２００では、主遮蔽板７が、半径方向の潤滑油の流れ５ｃの角度を変え、図２に示すように、主遮蔽板７の内壁面の傾斜に沿った潤滑油の流れ５ｄを発生させる。この主遮蔽板７の内壁面の傾斜に沿った潤滑油の流れ５ｄにより、ランナ１ａと案内軸受２との隙間方向への潤滑油５の流れをさらに増やし、ランナ１ａと案内軸受２との隙間に流入する潤滑油５の量を多くできる。

本実施の形態の回転機の軸受装置２００は、主遮蔽板７により、半径方向の潤滑油の流れ５ｃを妨げ、潤滑油５の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを抑制できる。それと、主遮蔽板６の下部方向に潤滑油５漏れ流れが発生する実施の形態１の回転機の軸受装置１００より、ランナ１ａと案内軸受２との隙間に流入させる潤滑油５の量を多くでき、案内軸受２の上方の摺動面への潤滑油５の供給がさらに多くなり、案内軸受２の摺動部における油膜切れを防止する効果がさらに向上する。

実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３に係わる回転機の軸受装置の部分断面模式図である。
図４は本発明の実施の形態３に係わる回転機の軸受装置の、図３に示す断面模式図におけるＡ―Ａ断面の模式図である。
図３と図４とに示すように、本実施の形態の回転機の軸受装置３００は、主遮蔽板６の内側に、周方向に均等間隔で軸の中心に向かうように設けられた複数枚の副遮蔽板８を備えた以外、実施の形態１の回転機の軸受装置１００と同様である。

本実施の形態の回転機の軸受装置３００では、主遮蔽板６により半径方向の潤滑油の流れ５ｃを妨げるとともに、図４に示すように、副遮蔽板８が設けられたことにより、主軸１の回転により生じる潤滑油５の渦状の流れにおける、軸受油槽４の円周方向の潤滑油の流れ５ｅも妨げ、潤滑油５の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを抑制する効果がいっそう向上する。

本実施の形態の回転機の軸受装置３００では、ランナ１ａと案内軸受２との隙間に流入する潤滑油５の量を多くできるとともに、潤滑油５の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを抑制する効果が大きく、案内軸受２の上方の摺動面への潤滑油５の供給がさらに多くなり、案内軸受２の摺動部における油膜切れを防止する効果がさらに向上する。
本実施の形態では、副遮蔽板８を複数枚用いたが、その枚数は１枚でも良く、また、隣接する副遮蔽板８間に所定の間隔を確保できるなら、その枚数は限定されない。
また、本実施の形態では、副遮蔽板８は環状の主遮蔽板６に設けられているが、実施の形態２の回転機の軸受装置２００に用いられた、内径側に傾けて設けられた主遮蔽板７に適用しても同様な効果が得られる。

実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４に係わる回転機の軸受装置に用いられる分割された複数の部材からなる主遮蔽板（ａ）と貫通穴が設けられた主遮蔽板（ｂ）とを示す部分斜視模式図である。
図５（ａ）と図５（ｂ）とに示すように、本実施の形態の回転機の軸受装置は、潤滑油の半径方向の流れ５ｃを妨げる主遮蔽板に、環状の主遮蔽板６に替えて、分割された複数の部材からなる主遮蔽板９、または、貫通穴が設けられた主遮蔽板１０のいずれかを用いた以外、実施の形態１の回転機の軸受装置１００と同様である。

実施の形態４の回転機の軸受装置における主遮蔽板９は、案内軸受２の下面側に周方向に配置され、且つ、周方向で分割された複数の部材を所定の間隔で設けて形成したものである。
また、実施の形態４の回転機の軸受装置における主遮蔽板１０は、案内軸受２の下面側に周方向に配置された環状の主遮蔽板６の周壁部に、所定の間隔で所定の径の貫通穴を設けたものである。

一般に、縦軸型の回転機に採用されている軸受装置では、摺動部付近ではランナ１ａの回転のエネルギ損失により油温が上昇する。本実施の形態の回転機の軸受装置では、主遮蔽板が、周方向に分割された複数の部材を所定の間隔で設けて形成したもの、あるいは環状の主遮蔽板６の周壁部に所定の間隔で所定の径の貫通穴を設けたものの、いずれかであるので、内周側の温められた潤滑油と外周側の冷たい潤滑油との入れ替わりが容易であり、外周側の冷たい潤滑油による冷却効果が大きく、案内軸受２の受摺動面付近の温められた潤滑油の温度と外周側の潤滑油の温度との差を小さくできる。

すなわち、本実施の形態の回転機の軸受装置は、潤滑油５の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを大きく抑制でき、ランナ１ａと案内軸受２との隙間に流入する潤滑油５の量を多くできるとともに、案内軸２の受摺動面付近の温められた潤滑油の温度と外周側の潤滑油の温度との差を小さくでき、案内軸受２の受摺動面付近の潤滑油５の粘度が低くなり過ぎるのを防ぎ、案内軸受２の摺動部における油膜切れを防止する効果が大きい。

本実施の形態にける主遮蔽板９は、環状の主遮蔽板６の周壁部を所定の間隔をあけて分割して形成した複数の遮蔽板片９ａからなるものでもよく、あらかじめ形成した遮蔽板片９ａの複数個を、案内軸受２の下面側に周方向に配置したものでもよい。また、遮蔽板片９ａは平板であってもよい。
また、本実施の形態の主遮蔽板９または主遮蔽板１０は、実施の形態２および実施の形態３のいずれの回転機の軸受装置の主遮蔽板にも適用でき、同様な効果が得られる。

実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５に係わる回転機の軸受装置の部分断面模式図である。
図６に示すように、本実施の形態の回転機の軸受装置５００は、案内軸受２の下面側に主および副の遮蔽板を設けず、軸受油槽４内における案内軸受２の下面と軸受油槽４の底面との間に配管１１を設置した以外、実施の形態１の回転機の軸受装置１００と同様である。配管１１としては、例えば、潤滑油５を冷却する配管などが挙げられる。

本実施の形態の回転機の軸受装置５００では、配管１１が、軸受油槽４内における案内軸受２の下面と軸受油槽４の底面との間に複数段で複数列配置されているので、配管１１が、主軸１の回転により生じる渦状の流れに起因する半径方向の潤滑油の流れ５ｃを妨げ、遮蔽板を設けずとも、潤滑油５の内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを抑制できる。
それと、配管１１は、ランナ１ａと案内軸受２との摺動部より外径側に設けられているので、遮蔽板を設けずとも、軸受油槽４における内径側から外径側へ向かう半径方向の潤滑油５の流れの方向を変えて、ランナ１ａと案内軸受２との隙間に流入する潤滑油５の量を多くできる。すなわち、案内軸受２の上方の摺動面へ十分な潤滑油５を供給できるので、案内軸受２の摺動部における油膜切れを防止でき、ランナ１ａと案内軸受２との間に安定した油膜が形成され、主軸１のスムーズな回転が可能となる。
本実施の形態の回転機の軸受装置５００は、潤滑剤に油が用いられた場合について説明したが、潤滑剤が他の流体であっても同様な効果を有する。
なお、潤滑剤が油でない場合も、潤滑剤が潤滑すべき箇所に行き渡らないことを油膜切れと呼ぶ。

本発明に係わる回転機の軸受装置は、内径側の油面高さが外径側の油面高さより低くなるのを大きく抑制するとともに、ランナと案内軸受との隙間に流入する潤滑油の量が多いので、案内軸受の摺動部における油膜切れが防止でき、高信頼性の縦軸型の回転機に用いることができる。

本発明の実施の形態１に係わる回転機の軸受装置の部分断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わる回転機の軸受装置の部分断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わる回転機の軸受装置の部分断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わる回転機の軸受装置の図３に示す断面模式図におけるＡ―Ａ断面の模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる回転機の軸受装置に用いられる分割された複数の部材からなる主遮蔽板（ａ）と貫通穴が設けられた主遮蔽板（ｂ）とを示す部分斜視模式図である。 本発明の実施の形態５に係わる回転機の軸受装置の部分断面模式図である。 従来の縦軸型の回転機に採用されている軸受装置の部分断面模式図である。

符号の説明

１ 主軸、１ａ ランナ、２ 案内軸受、３ 軸受支持部材、４ 軸受油槽、
５ 潤滑油、５ａ 水平な油面、５ｂ 偏った油面、５ｃ，５ｄ，５ｅ 潤滑油の流れ、
６ 環状の主遮蔽板、７ 内径側に傾けて設けられた主遮蔽板、８ 副遮蔽板、
９ 複数の部材からなる主遮蔽板、９ａ 遮蔽板片、
１０ 貫通穴が設けられた主遮蔽板、１１ 配管、
１００，２００，３００，５００，６００ 回転機の軸受装置。

Claims (8)

1. 直立した主軸と、上記主軸のランナを径方向の外側から摺動可能に支持する案内軸受と、上記案内軸受を径方向の外側から固定保持する軸受支持部材と、上記案内軸受と上記ランナとの摺動面を潤滑する潤滑剤を保持する上記主軸の周囲に設けられた環状の軸受潤滑剤槽と、上記案内軸受の下面側に周方向に設けられた主遮蔽板とを備え、上記主遮蔽板の径方向内側に、径方向に設けられた複数の副遮蔽板を備えることを特徴とする回転機の軸受装置。
2. 上記主遮蔽板を、内径側に傾けて設けることを特徴とする請求項１に記載の回転機の軸受装置。
3. 上記主遮蔽板を、環状の１個の部材として設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機の軸受装置。
4. 上記主遮蔽板に、所定の間隔で所定の径の貫通穴を設けることを特徴とする請求項３に記載の回転機の軸受装置。
5. 上記主遮蔽板を、周方向に分割された複数の部材を所定の間隔で設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機の軸受装置。
6. 直立した主軸と、上記主軸のランナを径方向の外側から摺動可能に支持する案内軸受と、上記案内軸受を径方向の外側から固定保持する軸受支持部材と、上記案内軸受と上記ランナとの摺動面を潤滑する潤滑剤を保持する上記主軸の周囲に設けられた環状の軸受潤滑剤槽と、上記案内軸受の下面側に周方向に設けられた主遮蔽板とを備え、上記主遮蔽板を、周方向に分割された複数の部材を所定の間隔で設けることを特徴とする回転機の軸受装置。
7. 上記主遮蔽板を、内径側に傾けて設けることを特徴とする請求項６に記載の回転機の軸受装置。
8. 直立した主軸と、上記主軸のランナを径方向の外側から摺動可能に支持する案内軸受と、上記案内軸受を径方向の外側から固定保持する軸受支持部材と、上記案内軸受と上記ランナとの摺動面を潤滑する潤滑剤を保持する上記主軸の周囲に設けられた環状の軸受潤滑剤槽と、環状の１個の部材でなり、且つ上記案内軸受の下面側に周方向に上記軸受潤滑剤槽の底部と所定の間隔をあけて設けられた主遮蔽板とを備え、上記潤滑剤を上記軸受潤滑剤槽における内径側から外径側に流す所定の径の貫通穴を、上記主遮蔽板の周壁部に所定の間隔で設けることを特徴とする回転機の軸受装置。

Images