JP5726295B2 - パッドタイプのスラストベアリングならびにそのようなスラストベアリングを備えた回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転機械のためのパッドタイプのスラストベアリングに関するものである。

特許文献１，２により、パッドタイプのスラストベアリングを使用して、第２構成部材に対して回転連結された第１構成部材に属する複数のパッド上に印加された負荷の分配を行うことが公知である。パッドタイプのスラストベアリングは、ダクトによって互いに連結されたキャビティを密封的にカバーする複数のディスクから形成されており、複数のディスクは、加圧状態の液体を収容している。各パッドは、ディスクに対して当接することとなる。動作時には、形状的欠点が、回転連結を行っている構成部材に関して現れたにしても、過渡期に生成されるディスク変形によって実質的に即座に相殺される。その際、キャビティどうしの間における流体の移送が起こる。これは、ディスク上においてパッドによって印加された圧力を、実質的に一定の値に維持する。そのようなデバイスを充填するための手順は、複雑である。その理由は、液体が、キャビティのスペースおよび連結ダクトのスペースの全体を占めなければならないからである。加えて、このデバイスは、流体の漏洩というリスクを有しており、キャビティおよびダクトを形成する構成部材どうしの間の接触表面上へのエア侵入というリスクを有している。最後に、液体の抜き取りやシステムの分解や液体の再充填を行うために、メンテナンス操作に時間がかかり、デバイスの停止を必要とし、高価である。

仏国特許出願第１ ２００ ０１３号明細書 仏国特許出願第１ １４１ ８５７号明細書 独国特許出願第４０ ２１ ０５３号明細書

特許文献３は、ダクトによって互いに連結された複数のケーシング内に流体が収容されているような、パッドタイプのスラストベアリングを開示している。複数のケーシングおよび複数のダクトの組立によって形成されたユニットは、流体の漏洩というリスクと、ケーシングとダクトとの連結箇所上にエアバブルが侵入するというリスクと、を有している。

本発明の目的は、パッドタイプのスラストベアリングの設置を単純化するとともに、パッドタイプのスラストベアリングのメンテナンスを単純化することであり、これにより、パッドタイプのスラストベアリングの信頼性を向上させることである。

この目的のために、本発明は、パッドタイプのスラストベアリングに関するものであって、各パッドが、ダクトによって隣接するものどうしが互いに連結された複数のキャビティの中に収容された液体上に載置されている。そのようなスラストベアリングは、複数の凸状ケーシングを備え、凸状ケーシングの各々は、それぞれ自身のキャビティを規定し、隣接する凸状ケーシングどうしは、ダクトによって互いに連結されている。凸状ケーシングとダクトとは、中空の機能的なサブアセンブリを形成し、このサブアセンブリは、スラストベアリングの他の構成部材とは別部材とされ、サブアセンブリは、液体によって充填された閉塞容積を形成している。本発明においては、ケーシングの各々は、フレキシブルな袋の両面上に配置される２つのシェル半体を備え、ダクトの各々は、シース内に挿入されたフレキシブルなホースを備えている。

よって、液体は、複数の袋からなるリングの中に収容される。複数の袋からなるリングは、機能的サブアセンブリを形成するとともに、パッドタイプのスラストベアリングの他の構成部材とは別部材とされる。一体部材とされたフレキシブルなリングは、充填作業を単純化し、漏洩という問題点やエアバブルの侵入というリスクを制限し、メンテナンス作業の所要時間や複雑さを低減することができる。実際、本発明によるスラストベアリングは、既に充填された状態で、使用場所へと搬送することができる。

本発明の有利な見地においては、そのようなパッドタイプのスラストベアリングは、技術的に互いに組合せ可能とされた以下の様々な特徴点を有することができる。すなわち、
−シェル半体およびシースが、スチールから形成され、フレキシブルな袋およびフレキシブルなホースが、弾性体から形成されているという特徴点、
−サブアセンブリの両端が、互いに連結されていないという特徴点、
−スラストベアリングが、閉塞容積内における液体の圧力を測定するためのセンサが設けられているという特徴点、
−ケーシングが、薄い厚さの円筒形状とされ、ケーシングの上面および下面が、装着状態において、２つの水平方向ディスクによって規定され、ディスクの周縁には、環状ビーズが配置されているという特徴点、
−サブアセンブリが、装着状態において、鉛直方向軸線を中心として全体的に円形とされ、軸線に対して垂直な平面内に配置されているという特徴点。

本発明は、さらに、回転機械に関するものであって、リングと一体回転する回転部分を具備し、リングが、上述したスラストベアリングのパッドに対して接触したオイルフィルム上に載置され、スラストベアリングが、回転機械の固定部分に対して押圧されている。

添付図面を参照しつつ、本発明によるパッドタイプのスラストベアリングに関する以下の説明を読むことにより、本発明がより明瞭に理解され、本発明の他の利点がより明瞭となるであろう。

本発明によるパッドタイプのスラストベアリングを備えた油圧タービンの一部の原理を示す横断面図である。 図１に示すスラストベアリングに属する複数の変形可能なケーシングからなるチェインを示す斜視図である。 図２の細部ＩＩＩを示す分解斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った部分を拡大して示す矢視断面図である。

図１には、油圧タービンＴが、部分的に示されている。リング１０１は、タービンＴの図示されていないホイールに対して回転可能に連結されており、タービンＴが動作する際には、鉛直方向軸線Ｚ１まわりに回転する。リング１０１は、ベアリングによって、固定構造１０２に対して、支持されている。ベアリングは、リング１０１の下面１０１２と、鉛直方向軸線Ｚ１まわりにおいて等間隔で配置された８個のパッド１０４のそれぞれの上面１０４２と、の間に規定されたオイルフィルム１０３によって形成されている。

パッド１０４は、パッドタイプのスラストベアリング１に属しており、構造１０２に対しての様々な表面１０４２のの高さを調節することができる。これにより、オイルフィルム１０３の連続性を保証することができる。スラストベアリング１は、パッド１０４に加えて、各パッド１０４の下方に配置された、負荷移送ブロック１０５と、スペーサ１０６と、を備えている。負荷移送ブロック１０５とスペーサ１０６との間には、変形可能なケーシング４が設けられている。ケーシング４の内部容積Ｖ４が、キャビティを形成している。よって、ケーシング４の数は、タービンＴのパッド１０４の数に等しいものとされる。

チェインあるいはロザリーの形状とされた機能的サブアセンブリ２は、８個のケーシング４と、ケーシングどうしを連結している７個のダクト６と、から構成されている。このサブアセンブリは、スラストベアリング１を備える他の部材とは無関係に、単一的な態様で操作することができる。

パッドタイプのスラストベアリング１は、パッド１０４上へとタービンＴによって印加された負荷を一様に分散させるという機能を有している。

Ｖ６は、ダクト６の内部容積を示している。容積Ｖ４と容積Ｖ６とは、合わせて、チェイン２の内部容積Ｖ２を構成する。ケーシング４は、凸状とされている。各ケーシングは、ダクト６に対しての接合部分を除いて、頂面と底面と側面とによって、容積Ｖ４を囲んでいる。

チェイン２の容積Ｖ２の全体は、液体１０によって充填されている。液体１０は、例えば、オイルや添加された水や液体シリコーンといったようなものとすることができる。したがって、チェイン２は、液体１０の循環のためのサブアセンブリを構成する。言い換えれば、液体１０は、容積Ｖ２内を自由に循環することができ、チェイン２は、スラストベアリング１を構成する他の機械的部材から分離することができる。装着された状態においては、チェイン２は、変形可能なケーシング４上においてブロック１０５とスペーサ１０６との間に固定されており、リング１０１に起因する負荷を受領する。

チェイン２は、全体的に軸線Ｚ１を中心とした円形とされ、軸線Ｚ１に対して垂直な平面内に配置されている。ケーシングは、軸線Ｚ１に対して平行な軸線Ａ４を有した薄い厚さの円筒体を有しており、軸線Ｚ１と軸線Ａ４との間の径方向距離は、チェイン２によって規定される円の半径に等しいものとされている。ケーシング４の外周は、円環ビーズによって規定されており、円環ビーズは、軸線Ａ４と同様の回転軸線を有している。ダクト６は、円形横断面を有したチューブとされ、ダクト６の長手方向軸線は、チェイン２によって規定される円と同等の曲率半径を有している。

動作時には、ケーシング４上へと部材１０４，１０５，１０６によって印加される負荷の相違は、チェイン２の内部における液体１０の圧力によって引き起こされるケーシング４の小さな移動によって、相殺される。このようにして、ケーシング４に対して印加される負荷は、ケーシング４の各々上へと均等に分散される。

チェイン２の各端部２１，２２に存在する変形可能なケーシング４は、互いに連結されていない。これにより、他方の端部２２を閉塞しておくことによって、一方の端部２１からチェイン２を容易に充填することができる。これに代えて、チェイン２は、また、閉塞したループを形成することもできる。これにより、負荷変動時に、液体１０の移動を、より速く行うことができ、したがって、負荷の再分散を、より速く行うことができる。

チェイン２の充填時には、液体１０は、雰囲気圧力とされる。液体１０の内圧は、チェイン２が装着構成とされていてパッド１０４によって印加された負荷を支持する際には、ケーシング４の負荷に起因する。

センサ８が、チェイン２内に設けられている。これにより、容積Ｖ２内における液体１０の圧力を測定することができる。センサは、実用的には、チェイン２の端部２１上に配置されている。他端２２には、例えばスクリューキャップやバルブといったような、チェイン２を充填するための図示していないデバイスが設けられる。センサ８は、図示していない制御ユニットに対して、液体１０の圧力を表す信号を送出する。この信号により、液体１０の漏洩を検出することができる。

図３および図４に明瞭に示すように、各ケーシング４は、二部材型のシェル４２を備えている。二部材型のシェル４２は、２つの剛直なシェル半体４２２，４２４を有している。２つの剛直なシェル半体４２２，４２４の間に、フレキシブルな袋４４が配置されている。各ダクト６は、剛直なシース６２を備えており、剛直なシース６２の内部に、フレキシブルホース６４が挿入されている。

２つの剛直なシェル半体４２２，４２４の各々は、装着構成において軸線Ｚ１に対して垂直なディスク４２９と、ディスク４２９の外周縁上に配置されていて半円形横断面を有したビーズ４２８と、を有している。よって、２つの剛直なシェル半体４２２，４２４は、凸状とされている。平板状の環状部分４３０が、ビーズ４２８の外周縁から延出されている。これにより、チェイン２の組立時には、２つの剛直なシェル半体４２２，４２４を互いに接触させることができる。径方向の長手方向軸線を有しなおかつ半円形の横断面形状を有した連結チャネル４２６が、平板状の環状部分４３０の２つの径方向反対側のポイントに配置されている。これにより、シース６２に対して、２つの剛直なシェル半体４２２，４２４を連結することができ、フレキシブルな袋４４とホース６４との間における液体１０の循環を可能とすることができる。

各袋４４には、ビーズ４２８の内部形状に対応した外側円形部分４４８が設けられている。よって、各ケーシング４は、周縁領域に、環状ビーズ４８を有しており、環状領域４８は、円形横断面形状を有しつつ、液体１０が充填されている。

実用的には、袋４４およびホース６４は、弾性体から形成することができ、２つの剛直なシェル半体４２２，４２４およびシース６２は、スチールから形成することができる。

フレキシブルな袋４４は、２つの剛直なシェル半体４２２，４２４の表面形状に対応した幾何形状を有している。これにより、フレキシブルな袋４４を、２つの剛直なシェル半体４２２，４２４の間に封入することができる。

サブアセンブリ２は、まず最初に、袋４４と、シース６２を有したホース６４と、を連結することにより、次に、２つの剛直なシェル半体４２２，４２４を配置することにより、構成することができる。このサブアセンブリすなわちチェイン２は、使用場所へと出荷する前に、製造現場において、液体１０を充填することができる。これにより、使用場所においては、このサブアセンブリすなわちチェイン２は、完成品として操作することができ、液体１０を充填する必要なく、スラストベアリング１の部材１０５，１０６の間に配置することができる。

このことは、タービンＴの設置時だけでなく、標準的な手法でチェイン２を交換するようなメンテナンス作業時にも、有利である。

図２は、８個のケーシング４を備えたチェイン２と、８個のパッド１０４と、を示している。図示しない代替可能な態様においては、スラストベアリング１は、８個とは異なる数のパッド１０４を備えることができ、チェイン２は、パッド１０４と同数のケーシング４を備えることができる。

本発明の図示していない代替可能な態様においては、ダクト６の長手方向軸線は、チェイン２が規定する円の半径とは異なる曲率半径を有することができる。例えば、曲率半径は、チェイン２が規定する円の半径よりも大きなものとすることができる。さらに、ダクトの断面形状は、円形以外の形状とすることができる。

ケーシング４は、それぞれの内部容積Ｖ４によって、パッド１０４およびスペーサ１０６とは独立的に存在する一組をなすキャビティを形成している。言い換えれば、ケーシング４は、それらキャビティのアウトラインを形成している。

代替可能な態様においては、ダクト６は、部分的にスチール以外から構成することができる。例えば、全体を熱可塑材料から形成することができる。

上述したパッドタイプのスラストベアリング１は、タービンのためのものとして図示されている。しかしながら、本発明は、任意の回転油圧機械に対して適用することができ、油圧以外の任意の回転機械に対して適用することさえ可能である。例えば、交流発電機や、工作機械や、望遠鏡、に対して適用することさえ可能である。

１ パッドタイプのスラストベアリング
２ サブアセンブリ
４ 凸状のケーシング
６ ダクト
８ センサ
１０ 液体
４４ フレキシブルな袋
６２ シース
６４ フレキシブルなホース
１０１ リング
１０２ 固定部分
１０３ オイルフィルム
１０４ パッド
４２２ シェル半体
４２４ シェル半体
４２８ 環状ビーズ
４２９ ディスク
Ｔ 回転機械、タービン

Claims (9)

1. パッドタイプのスラストベアリング（１）であって、
   各パッド（１０４）が、ダクト（６）によって隣接するものどうしが互いに連結された複数のキャビティ（Ｖ４）の中に収容された液体（１０）上に載置され、
   前記スラストベアリング（１）が、複数の凸状ケーシング（４）を備え、
   前記凸状ケーシング（４）の各々が、それぞれ自身のキャビティ（Ｖ４）を規定し、
   隣接する前記凸状ケーシングどうしが、前記ダクト（６）によって互いに連結され、
   前記凸状ケーシングと前記ダクトとが、中空の機能的なサブアセンブリ（２）を形成し、
   このサブアセンブリ（２）が、前記スラストベアリング（１）の他の構成部材とは別部材とされ、
   前記サブアセンブリ（２）が、液体（１０）によって充填された閉塞容積（Ｖ２）を形成し、
   このようなパッドタイプのスラストベアリングにおいて、
   前記ケーシング（４）の各々が、フレキシブルな袋（４４）の両面上に配置される２つのシェル半体（４２２，４２４）を備え、
   前記ダクト（６）の各々が、シース（６２）内に挿入されたフレキシブルなホース（６４）を備えており、
   前記ケーシング（４）が、軸線（Ａ４）を有した薄い厚さの円筒形状とされ、
   前記ケーシング（４）の上面および下面が、装着状態においては、２つの水平方向ディスク（４２９）によって規定され、
   前記ディスク（４２９）の周縁には、環状ビーズ（４２８）が配置されていることを特徴とするパッドタイプのスラストベアリング。
2. 請求項１記載のパッドタイプのスラストベアリング（１）において、
   前記シェル半体（４２２，４２４）および前記シース（６２）が、スチールから形成されていることを特徴とするパッドタイプのスラストベアリング。
3. 請求項１または２記載のパッドタイプのスラストベアリング（１）において、
   前記フレキシブルな袋（４４）および前記フレキシブルなホース（６４）が、弾性体から形成されていることを特徴とするパッドタイプのスラストベアリング。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のパッドタイプのスラストベアリング（１）において、
   前記サブアセンブリ（２）の両端（２１，２２）が、互いに連結されていないことを特徴とするパッドタイプのスラストベアリング。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のパッドタイプのスラストベアリング（１）において、
   前記閉塞容積（Ｖ２）内における液体（１０）の圧力を測定するためのセンサ（８）が設けられていることを特徴とするパッドタイプのスラストベアリング。
6. 請求項４記載のパッドタイプのスラストベアリング（１）において、
   前記閉塞容積（Ｖ２）内における液体（１０）の圧力を測定するためのセンサ（８）が設けられ、
   このセンサ（８）が、前記サブアセンブリ（２）の前記両端のうちの一方（２１）上に配置されていることを特徴とするパッドタイプのスラストベアリング。
7. 請求項４記載のパッドタイプのスラストベアリング（１）において、
   前記サブアセンブリ（２）の一方の端部（２１，２２）には、前記サブアセンブリ（２）を充填するためのデバイスが設けられていることを特徴とするパッドタイプのスラストベアリング。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のパッドタイプのスラストベアリング（１）において、
   前記サブアセンブリ（２）が、装着状態においては、鉛直方向軸線（Ｚ１）を中心として全体的に円形とされ、前記軸線（Ｚ１）に対して垂直な平面内に配置されていることを特徴とするパッドタイプのスラストベアリング。
9. 回転機械（Ｔ）であって、
   リング（１０１）と一体回転する回転部分を具備し、
   前記リング（１０１）が、請求項１〜８のいずれか１項に記載されたスラストベアリング（１）のパッド（１０４）に対して接触したオイルフィルム（１０３）上に載置され、
   前記スラストベアリング（１）が、前記回転機械（Ｔ）の固定部分（１０２）に対して押圧されていることを特徴とする回転機械。

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