JP5807416B2 - Tilting pad journal bearing - Google Patents
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Description
本発明は、複数のパッドで回転軸を支持するティルティングパッドジャーナル軸受に関する。 The present invention relates to a tilting pad journal bearing that supports a rotating shaft with a plurality of pads.
従来、例えばターボ圧縮機等の高速回転機械においては、高速回転時の振動安定性に優れるティルティングパッドジャーナル軸受が採用されている。ティルティングパッドジャーナル軸受は、ハウジング内に複数のパッドが揺動可能に収容され、各パッドの支持面と回転軸の外周面との間の隙間に油膜圧力を発生させて回転軸を支持するものであるが、次のような欠点を有している。 Conventionally, in a high-speed rotating machine such as a turbo compressor, a tilting pad journal bearing that is excellent in vibration stability during high-speed rotation has been employed. A tilting pad journal bearing is a housing in which a plurality of pads are swingably accommodated in a housing, and an oil film pressure is generated in a gap between a support surface of each pad and an outer peripheral surface of the rotation shaft to support the rotation shaft. However, it has the following drawbacks.
例えば、回転軸を水平に支持する場合には、回転軸の鉛直下方に位置するパッド(負荷側パッド)の負荷が大きくなるのに対して、回転軸の鉛直上方に位置するパッド(反負荷側パッド)の負荷が小さくなる。このように、ティルティングパッドジャーナル軸受においては、負荷側パッドに対して負荷が集中する一方で、反負荷側パッドに作用する負荷が小さくなってしまう。 For example, when the rotating shaft is supported horizontally, the pad (load side pad) positioned vertically below the rotating shaft increases, whereas the pad positioned vertically above the rotating shaft (anti-load side) The load on the pad) is reduced. Thus, in the tilting pad journal bearing, while the load is concentrated on the load side pad, the load acting on the anti-load side pad is reduced.
そして、軸受荷重が大きくなって偏心が大きくなると、反負荷側パッドと回転軸との間に油膜圧力が発生しなくなり、装置の運転中に反負荷側パッドが自由な状態となって異常な振動を起こしてしまうことがある。 If the bearing load increases and the eccentricity increases, no oil film pressure is generated between the anti-load side pad and the rotating shaft, and the anti-load side pad becomes free during operation of the device, causing abnormal vibration. May be caused.
そこで、例えば、特許文献1に示されるティルティングパッドジャーナル軸受においては、反負荷側パッドに予圧をかけて支持面と回転軸との間に油膜圧力を発生させることで、反負荷側パッドに生じる振動を抑制するようにしている。また、例えば、特許文献2に示されるティルティングパッドジャーナル軸受においては、反負荷側パッドを予め回転軸側にオフセットしておき、これによって、反負荷側パッドに生じる振動を抑制するようにしている。
Thus, for example, in the tilting pad journal bearing disclosed in
このように、従来のティルティングパッドジャーナル軸受においては、反負荷側パッドにおける、所謂、組立半径隙間Cbを、負荷側パッドにおける組立半径隙間Cbよりも小さくすることで、反負荷側パッドの予圧係数mを、負荷側パッドの予圧係数mよりも大きくし、これによって反負荷側に生じる振動を抑制している。 As described above, in the conventional tilting pad journal bearing, the so-called assembly radius gap Cb in the anti-load side pad is made smaller than the assembly radius gap Cb in the load side pad, so that the preload coefficient of the anti-load side pad is reduced. m is made larger than the preload coefficient m of the load side pad, thereby suppressing the vibration generated on the anti-load side.
しかしながら、上記特許文献1、2に示されるティルティングパッドジャーナル軸受のように、組立半径隙間Cbを小さくすると、反負荷側パッドによって生じる剪断抵抗が大きくなり、これによって動力損失が大きくなってしまうおそれがある。
However, if the assembly radius gap Cb is reduced as in the tilting pad journal bearing disclosed in
本発明の目的は、動力損失を生じることなく、反負荷側に生じる振動を抑制することができるティルティングパッドジャーナル軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a tilting pad journal bearing capable of suppressing vibration generated on the non-load side without causing power loss.
上記課題を解決するために、本発明のティルティングパッドジャーナル軸受は、ハウジングと、ハウジング内に挿通される回転軸と、回転軸の外周面とハウジングの内周面との間に揺動可能に収容されるとともに、回転軸の外周面に支持面を対向させて、回転軸の周方向に整列配置された複数のパッドと、を備え、複数のパッドのうち、もっとも負荷が大きくなる負荷側パッドに対向する位置に一部または全部が配される反負荷側パッドの支持面の曲率半径が、負荷側パッドの支持面の曲率半径よりも大きい関係を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the tilting pad journal bearing of the present invention is swingable between a housing, a rotating shaft inserted into the housing, and an outer peripheral surface of the rotating shaft and an inner peripheral surface of the housing. A plurality of pads that are accommodated and are arranged in the circumferential direction of the rotating shaft with the support surface facing the outer peripheral surface of the rotating shaft, and the load side pad having the largest load among the plurality of pads The curvature radius of the support surface of the anti-load side pad, which is partly or wholly disposed at a position opposite to the contact pad, is larger than the curvature radius of the support surface of the load side pad.
本発明によれば、動力損失を生じることなく、反負荷側に生じる振動を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress vibration generated on the anti-load side without causing power loss.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は、本実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受の断面図である。ティルティングパッドジャーナル軸受1は、ターボ圧縮機等の回転機械の回転軸2が挿通される円筒状のハウジング3を備えている。このハウジング3は、その内周面3aと、回転軸2の外周面2aとの間に空隙が形成される寸法関係を維持しており、ハウジング3の内周面3aと、回転軸2の外周面2aとの対向間隔に、パッド10〜15が収容されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the tilting pad journal bearing of the present embodiment. The tilting pad journal bearing 1 includes a
パッド10〜15は、回転軸2の周方向にほぼ等間隔で整列配置されているが、本実施形態においては、回転軸2が水平方向(図1において紙面に直交する方向)に沿って支持されており、回転軸2の鉛直ほぼ真上にパッド10が配置され、回転軸2の鉛直ほぼ真下にパッド13が配置される。したがって、ここではパッド13がもっとも負荷の大きい負荷側パッドとなり、パッド10が反負荷側パッドとなる。
The
パッド10は、所定の曲率で湾曲する支持面10aを回転軸2の外周面2aに対面させ、背面10bをハウジング3の内周面3aに対面させている。このとき、ハウジング3の内周面3aには、当該ハウジング3の中心側に向けて突出する突部3bが設けられており、この突部3bによってパッド10が揺動可能に支持されることとなる。
The
また、パッド11〜15は、いずれも同一部材で構成されており、所定の曲率で湾曲する支持面11a〜15aを回転軸2の外周面2aに対面させ、背面11b〜15bをハウジング3の内周面3aに対面させている。そして、パッド11〜15は、上記のパッド10と同様に、ハウジング3の内周面3aに設けられた突部3bによって揺動可能に支持されている。
The pads 11 to 15 are all made of the same member. The
ここで、パッド10〜15は、それらの支持面10a〜15aの曲率中心を、回転軸2の軸心から偏心した位置に設けられている。これにより、回転軸2が回転すると、各パッド10〜15の支持面10a〜15aと、回転軸2の外周面2aとの間に油膜圧力が発生して、回転軸2が支持面10a〜15aによって支持されることとなる。なお、パッド10の支持面10aは、パッド11〜15の支持面11a〜15aと曲率半径を異にしている。以下では、反負荷側パッドとなるパッド10、および、負荷側パッドとなるパッド13について、図2を用いて説明する。
Here, the
図2は、反負荷側パッドとなるパッド10および負荷側パッドとなるパッド13の構成を説明する図である。なお、ここでは理解を容易にするために、パッド10、13の位置や形状を実際とは変えて示している。一般的に、ティルティングパッドジャーナル軸受を設計する際には、当該軸受に作用する荷重や運転条件等の使用環境を考慮して予圧係数mを設定する。予圧係数mは以下に示す式1で算出される値である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the
予圧係数m=(Cp−Cb)/Cp・・・式1
Preload coefficient m = (Cp−Cb) /
この式において、Cpは加工半径隙間、Cbは組立半径隙間であり、予圧係数mは、加工半径隙間Cpと組立半径隙間Cbとの差を加工半径隙間Cpで除した値となる。このようにして算出される予圧係数mの値は、油膜圧力の立ちやすさを示すこととなるが、油膜圧力を立ちやすくする場合には、予圧係数mを大きな値にするように設計が行われることとなる。 In this equation, Cp is the machining radius gap, Cb is the assembly radius gap, and the preload coefficient m is a value obtained by dividing the difference between the machining radius gap Cp and the assembly radius gap Cb by the machining radius gap Cp. The value of the preload coefficient m calculated in this way indicates the easiness of the oil film pressure rise. However, when the oil film pressure is easily raised, the preload coefficient m is designed to be a large value. Will be.
ここで、加工半径隙間Cpについて、図2を参照して説明する。図2において、Ojは回転軸2の軸中心、Riは回転軸2の半径、O1はパッド13の支持面13aの曲率中心、Rb1はパッド13の支持面13aの曲率半径、O2はパッド10の支持面10aの曲率中心、Rb2はパッド10の支持面10aの曲率半径を示している。そして、加工半径隙間Cpは以下に示す式2で算出される値である。
Here, the processing radius gap Cp will be described with reference to FIG. In FIG. 2, Oj the axial center of the
加工半径隙間Cp=Rb−Ri・・・式2
Processing radius gap Cp = Rb−
このように、加工半径隙間Cpは、パッドの支持面の曲率半径Rbと回転軸の半径Riとの差で表される。そして、上記の式1からも明らかなように、加工半径隙間Cpが大きくなると、予圧係数mが大きくなるといった関係性を有していることから、パッドの支持面の曲率半径Rbが大きくなると、予圧係数mが大きくなるといえる。
Thus, the processing radius gap Cp is represented by the difference between the curvature radius Rb of the pad support surface and the radius Ri of the rotating shaft. As is clear from the
本実施形態においては、反負荷側パッドとなるパッド10に生じる振動を抑制するために、パッド10の支持面10aの曲率半径Rb2を、パッド13の支持面13aの曲率半径Rb1よりも大きくしている。すなわち、Rb2>Rb1であるから、上記の式2より、反負荷側パッドとなるパッド10における加工半径隙間Cp2と、負荷側パッドとなるパッド13における加工半径隙間Cp1との間には、Cp2>Cp1の関係性がもたらされる。そして、Cp2>Cp1の関係から、上記の式1より、反負荷側パッドとなるパッド10における予圧係数m2と、負荷側パッドとなるパッド13における予圧係数m1との間には、m2>m1の関係性がもたらされる。
In the present embodiment, in order to suppress the vibration occurring in the
このように、負荷側パッドとなるパッド13に比べて、反負荷側パッドとなるパッド10の方が、油膜圧力が立ちやすいように予め設計することで、反負荷側パッドとなるパッド10に振動が生じるのを抑制することが可能となる。
As described above, the
なお、上記の式1によれば、パッド10の組立半径隙間Cb2を、パッド13の組立半径隙間Cb1よりも小さくすれば、パッド10における予圧係数m2が、パッド13における予圧係数m1よりも大きくなる。組立半径隙間Cbは、回転軸2の外周面2aからパッド10の支持面10aまでの距離として捉えられるが、上記した従来のティルティングパッドジャーナル軸受のように、パッド10の組立半径隙間Cb2を小さくする、換言すれば、パッド10を回転軸2に近づけると、パッド10に生じる剪断抵抗が大きくなり、回転軸2の回転に動力損失が生じてしまう。
According to the
これに対して、本実施形態のように、反負荷側パッドとなるパッド10の支持面10aの曲率半径Rb2を、負荷側パッドとなるパッド13の支持面13aの曲率半径Rb1よりも大きくすることによって、予圧係数m2>予圧係数m1の関係を維持するようにすれば、パッド10における組立半径隙間Cb2を他のパッド11〜15と同じにすることができ、従来のように剪断抵抗が増すことに起因する動力損失を低減することができる。
In contrast, as in the present embodiment, the curvature radius Rb 2 of the supporting
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
例えば、上記実施形態においては、6つのパッドによって回転軸2を支持することとしたが、パッドの数は複数であればよく、その数は適宜設計することが可能である。また、上記実施形態においては、パッド10のみを反負荷側パッドとして、その支持面10aの曲率半径を他のパッド11〜15よりも大きくした。しかしながら、例えば、上記実施形態において、パッド10、11、15を反負荷側パッドとし、パッド12〜14を負荷側パッドとし、パッド10、11、15の支持面10a、11a、15aの曲率半径を、パッド12〜14の支持面12a〜14aの曲率半径よりも大きくするようにしてもよい。いずれにしても、複数のパッドのうち、もっとも負荷が大きくなる負荷側パッドに対向する位置に配される少なくとも1つのパッドを反負荷側パッドとし、その反負荷側パッドの支持面の曲率半径が、負荷側パッドの支持面の曲率半径よりも大きい関係を有するものであればよい。
For example, in the above-described embodiment, the
なお、ここでいう「負荷側パッドに対向する位置」というのは、回転軸の軸心を中心として負荷側パッドを180度回転させたときに、当該負荷側パッドが位置する範囲をいうものであり、この範囲内に、反負荷側パッドの一部または全部が配されればよい。 The “position facing the load side pad” here refers to a range where the load side pad is located when the load side pad is rotated 180 degrees around the axis of the rotation axis. Yes, it suffices if a part or all of the anti-load side pad is disposed within this range.
本発明は、複数のパッドで回転軸を支持するティルティングパッドジャーナル軸受に利用することができる。 The present invention can be used for a tilting pad journal bearing that supports a rotating shaft with a plurality of pads.
1…ティルティングパッドジャーナル軸受
2…回転軸
2a…外周面
3…ハウジング
3a…内周面
10〜15…パッド
10a〜15a…支持面
Rb…曲率半径
Ri…回転軸の半径
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ハウジング内に挿通される回転軸と、
前記回転軸の外周面と前記ハウジングの内周面との間に揺動可能に収容されるとともに、前記回転軸の外周面に支持面を対向させて、前記回転軸の周方向に整列配置された複数のパッドと、を備え、
前記複数のパッドのうち、もっとも負荷が大きくなる負荷側パッドに対向する位置に一部または全部が配される反負荷側パッドの支持面の曲率半径が、前記負荷側パッドの支持面の曲率半径よりも大きい関係を有することを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。 A housing;
A rotating shaft inserted into the housing;
The rotary shaft is accommodated so as to be swingable between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the inner peripheral surface of the housing, and is arranged in the circumferential direction of the rotating shaft with a support surface facing the outer peripheral surface of the rotating shaft. A plurality of pads, and
Among the plurality of pads, the radius of curvature of the support surface of the anti-load side pad that is partly or wholly arranged at the position facing the load side pad where the load is the largest is the radius of curvature of the support surface of the load side pad. Tilting pad journal bearing, characterized in that it has a greater relationship.
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