JP5837212B2 - 単軸式ターボ機械のための位置合わせ装置を有するティルティングパッドラジアル軸受 - Google Patents

Description

本発明は、単軸式ターボ機械のための位置合わせ装置を有するティルティングパッドラジアル軸受に関する。

単軸式ターボ機械等のターボ機械は、シャフトを備えたロータを有している。シャフトの軸受に関しては、とりわけ、ティルティングパッドラジアル軸受が考慮の対象になり、当該軸受においては、シャフトがその軸周りに回転することができる。一般的に、ティルティングパッドラジアル軸受は、３つ又は４つのティルティングパッドを有しており、下側のティルティングパッドと上側のティルティングパッドとで区別される。下側ティルティングパッドは、シャフトの重量を支えているのに対して、上側ティルティングパッドは、故障の際にシャフトが外れることを防止する。ティルティングパッドは、支持リング内に配置されており、当該支持リングは、軸受ハウジング内に挿入されている。重量は、下側ティルティングパッド、支持リング及び軸受ハウジングを介して、基部(Fundament)に向けられる。機械を動作させるためには、シャフト軸と機械軸とが重なり合っていることが必要である。

シャフトを位置合わせするために、下側ティルティングパッドの外面は、重量の影響下で可塑的に変形し得る軟質材料で形成されており、それによって、シャフト軸の機械軸への自力による適合が可能になる。さらに、支持リングとティルティングパッドとの間の位置合わせ要素として、薄い金属板から成るパッキングが設けられており、当該パッキングの収縮によって、両方の軸の適合が可能になる。シャフト軸を機械軸に手動で適合させることは、ティルティングパッドラジアル軸受が完全に分解されることによってのみ可能であるが、これは非常に労力を要する。

本発明の課題は、単軸式ターボ機械のためのティルティングパッドラジアル軸受を提供することにあり、当該軸受においては、シャフト軸と機械軸との位置合わせは容易である。

本発明に係る単軸式ターボ機械のためのティルティングパッドラジアル軸受は、支持リングと、ティルティングパッドと、位置合わせ装置を備えたティルティングパッド取付具と、を有しており、当該位置合わせ装置は、支持リングの内面に強固に固定され、内側に向けられた凸状摺動面と、外側に位置するティルティングパッド背面に強固に固定され、外側に向けられた凹状摺動面と、を有しており、これらの摺動面は、重なり合って配置されており、それら縦断面それぞれにおいて円弧状をなし、位置合わせ装置は、ティルティングパッドをその軸方向位置において支持リングに関して調整可能に保持するために設けられているので、凸状摺動面の軸方向位置に関する凹状摺動面の軸方向位置に応じて、ティルティングパッドラジアル軸受の軸に関するティルティングパッドの摺動面の迎角は調整可能である。スライダは、調整装置を用いて、その軸方向位置において、支持リング基部に固定可能に支持されている。

本発明に係るティルティングパッドラジアル軸受によって、シャフト軸と機械軸との有利で容易な位置合わせが可能になる。位置合わせのために軸受を完全に分解する必要はなく、下側ティルティングパッドは、単にシャフトを持ち上げることによって、その重量から解放される。さらに、ティルティングパッドの外面を軟質材料で形成し、薄い金属板から成るパッキングを支持リングとティルティングパッドとの間に配置する必要もない。

摺動面は、好ましくは半径が同じである円筒面である。さらに、軸は、好ましくは支持リングの割線と一致する。位置合わせ装置は、好ましくはスライダを有しており、当該スライダは、ティルティングパッド背面においてティルティングパッドに固定されており、凹状の摺動面を有している。さらに、好ましくは、スライダは、周方向においてティルティングパッドと形状接続的に強固に接続されていると共に、軸方向において強固に係合している。

位置合わせ装置は、好ましくは背部を有しており、当該背部は、支持リングとその内面で固定されていると共に、凸状の摺動面を有している。さらに、位置合わせ装置は好ましくは支持リング基部を有しており、当該背部は、当該支持リング基部と形状接続的に接続されており、軸方向においては強固に係合している。調整装置は、好ましくは調整ネジを有している。さらに、ティルティングパッドラジアル軸受は、好ましくはティルティングパッドのためのオイル供給管を有しており、当該オイル供給管によって、摺動面は貫かれている。

以下に、本発明に係るティルティングパッドラジアル軸受の好ましい実施形態を、添付された概略図を用いて説明する。示されているのは以下の図である。

本発明に係る一実施形態におけるティルティングパッドラジアル軸受の下側半分の横断面図であって、同じ構造を有する２つの下側ティルティングパッドを示す、横断面図である。 当該実施形態の両方の下側ティルティングパッドの縦断面図である。

図１及び図２から明らかであるように、ティルティングパッドラジアル軸受１は、支持リング２と、ティルティングパッド４と、ティルティングパッド取付具３と、を有しており、当該ティルティングパッド取付具によって、ティルティングパッド４は、支持リング２に固定されている。ティルティングパッド４の径方向内面には、ティルティングパッド摺動面５が接しており、当該ティルティングパッド摺動面は、円筒面であり、その回転軸は、取り付けられた状態において、機械軸に対して平行であるべきである。取り付けられた状態では、シャフトは、ティルティングパッド摺動面５に載置されている。ティルティングパッド４は、ティルティングパッド摺動面５に背向する面に、ティルティングパッド背面６を有しており、当該ティルティングパッド背面は、ティルティングパッド摺動面５に対して略平行に延在している。シャフトは、ティルティングパッド４の間に配置されており（「パッド間荷重(load between pad)」構造）、ティルティングパッドラジアル軸受１は、４５°の支持角(Abstuetzwinkel)を有している。

図１及び図２から明らかであるように、ティルティングパッド取付具３は、背部９及びスライダ１０を備えた位置合わせ装置８を有している。背部９は、支持リング２の内面に取り付けられており、径方向内側に向けられ、かつ、軸方向において凸状に曲げられた摺動面１８を有している。スライダ１０は、ティルティングパッド４の径方向外面に取り付けられており、径方向外側に向けられ、かつ、軸方向において凹状に曲げられた摺動面１９を有している。両方の摺動面１８、１９は、同じ半径を有する円筒面であり、重なり合って配置されているので、凸状摺動面１８の回転軸と凹状摺動面１９の回転軸とは重なり合い、支持リング２の割線と一致する。

図１及び図２から明らかであるように、スライダ１０は、受け面インサート(Auflagereinsatz)７で、ティルティングパッド背面６に固定されている。スライダ１０は、その凹状摺動面１９に背向する面にドライバ杭部(Mitnehmerzapfen)１６を有しており、当該ドライバ杭部は、受け面インサート７の径方向外側に位置する凹部に係合している。径方向内側では、２つの異なる軸方向位置において、２つの杭部が受け面インサート７の上に配置されており、当該杭部は、ティルティングパッド背面６内の対応する凹部に係合している。杭部が突出している受け面インサート７の径方向内側の面は、平らであるが、受け面インサート７の径方向外側の面は、曲げられており、ティルティングパッド摺動面５に対して平行になっている。異なる軸方向位置に取り付けられた受け面インサート７の両方の杭部によって、ティルティングパッド４がスライダ１０に関して軸方向に移動することが防止されている。ティルティングパッド４とスライダ１０との間の接触線において、可塑的な変形が生じ得ないように、受け面インサート７は、焼き入れした圧延鋼から形成されている。

図１及び図２から明らかであるように、背部９は、支持リング２の内面に設けられた凹部に嵌め込まれている。このとき、凸状摺動面１８に背向する面は平らである。当該背部は、軸方向において、内側に支持リング２から突出した支持リング基部１１によって支持されているので、背部９は、軸方向で移動することから守られている。

図２から明らかであるように、径方向内側で、支持リング基部１１の上には、２つの異なる軸方向位置において、第１の側面(Flanke)１２と第２の側面１３とが配置されている。側面１２、１３の軸方向外面は、支持リング基部の軸方向外面と同一平面上に延在しているが、側面１２、１３の軸方向内面は、軸方向外側へ奥まっているので、スライダ１０は背部９の上方に突出可能である。第１の側面１２には、第１の調整ネジ１４が嵌め込まれ、第２の側面１３には、第２の調整ネジ１５が嵌め込まれており、これらの調整ネジは、軸方向に方向付けられており、これらの調整ネジによって、スライダ１０が軸方向において可変的に固定される。

このティルティングパッド取付具３の配置によって、特に摺動面１８、１９の配置によって、スライダ１０を軸方向において背部の上で移動させることが可能になる。ティルティングパッドが軸方向においてスライダ１０に強固に接続されていること、及び、背部９が軸方向において支持リング２に強固に接続されていることによって、スライダ１０の軸方向位置によって、円筒状のティルティングパッド摺動面５の回転軸を背部９に対して傾けることが可能である。シャフトがティルティングパッド摺動面５に載置されていることによって、シャフト軸を機械軸に適合させることが可能である。

さらに、図１及び図２から明らかであるように、オイル供給管１７は、支持リング２、背部９、スライダ１０及びティルティングパッド４を貫通しており、組み立てられた状態では、当該オイル供給管を通って、潤滑油がティルティングパッド摺動面５とシャフトとの間のシール間隙に流入する。このとき、オイル供給管１７は、背部９の径方向外面を、その中心において垂直に貫通した後、当該オイル供給管が凸状摺動面１８及び凹状摺動面１９をその中心において垂直に貫通する前に、背部において先が細くなっている。オイル供給管１７は、摺動面１８、１９の領域では比較的大きな幅を有しているので、スライダ１０を背部９に対して移動させた後の、オイル供給管１７の貫流可能な横断面は、ティルティングパッド摺動面５にオイルを供給するために十分な程度に大きい。オイル供給管１７は、ドライバ杭部１６の径方向内面において、スライダ１０から出ており、そこから当該管はティルティングパッド４に入る。ティルティングパッド４への流入口からオイル供給管１７は、オイル供給管１７がティルティングパッド摺動面５に対して垂直に形成された開口部を通ってティルティングパッド摺動面５とシャフトとの間のシール間隙に合流するまで、ティルティングパッド摺動面５に対して斜めに延在している。

下側のティルティングパッド４を前もって位置合わせするために、ティルティングパッドラジアル軸受１が垂直に立てられ、模造シャフトがティルティングパッドラジアル軸受１に挿入される。次に、模造シャフトの同心度が支持リングに関して決定され、位置合わせ装置８によって、模造シャフトは支持リング２に対して中心に位置合わせされる。そのために、調整ネジ１４、１５が、ティルティングパッド摺動面５の回転軸が支持リング２の軸に対して平行になるように調整される。支持リング２を機械のハウジングに挿入する際に、シャフト軸及び機械軸が傾斜する場合、これは、最終位置合わせにおいて、位置合わせ装置８によって補正される。さらに、最終位置合わせにおいて、側方の間隙は、１つのティルティングパッド４を持ち上げるのと同時に、別のティルティングパッド４を下へ降ろすことによって解消され得る。

１ ティルティングパッドラジアル軸受、２ 支持リング、３ ティルティングパッド取付具、４ ティルティングパッド、５ ティルティングパッド摺動面、６ ティルティングパッド背面、７ 受け面インサート、８ 位置合わせ装置、９ 背部、１０ スライダ、１１ 支持リング基部、１２ 第１の側面、１３ 第２の側面、１４ 第１の調整ネジ、１５ 第２の調整ネジ、１６ ドライバ杭部、１７ オイル供給管、１８ 凸状摺動面、１９ 凹状摺動面

Claims (8)

1. 単軸式ターボ機械のためのティルティングパッドラジアル軸受であって、
   支持リング（２）と、ティルティングパッド（４）と、位置合わせ装置（８）を備えたティルティングパッド取付具（３）と、を有し、
   前記位置合わせ装置は、前記支持リング（２）の内面に強固に固定され、内側に向けられた凸状摺動面（１８）と、前記ティルティングパッド（４）の外側に位置するティルティングパッド背面（６）に強固に固定され、外側に向けられた凹状摺動面（１９）と、を有しており、
   前記凸状及び凹状摺動面（１８、１９）は、重なり合って配置されており、それぞれの縦断面において円弧状であり、前記位置合わせ装置（８）は、前記ティルティングパッド（４）をその軸方向位置において前記支持リング（２）に関して調整可能に保持するために設けられており、そのため、前記凸状摺動面（１８）の軸方向位置に関する前記凹状摺動面（１９）の軸方向位置に応じて、当該ティルティングパッドラジアル軸受（１）の軸に関する前記ティルティングパッド（４）のティルティングパッド摺動面（５）の迎角は、調整可能である、ティルティングパッドラジアル軸受において、
   スライダ（１０）は、調整装置（１４）を用いて、その軸方向位置において、支持リング基部（１１）に固定可能に支持され、
   当該ティルティングパッドラジアル軸受（１）は、前記ティルティングパッド（４）のためのオイル供給管（１７）を有しており、前記オイル供給管によって、前記凸状及び凹状摺動面（１８、１９）が貫かれていることを特徴とするティルティングパッドラジアル軸受。
2. 前記凸状及び凹状摺動面（１８、１９）は、半径が同じである円筒面であることを特徴とする請求項１に記載のティルティングパッドラジアル軸受。
3. 前記円筒面の軸は、前記支持リング（２）の割線に一致することを特徴とする請求項２に記載のティルティングパッドラジアル軸受。
4. 前記位置合わせ装置（８）は、前記スライダ（１０）を有しており、前記スライダは、前記ティルティングパッド背面（６）において前記ティルティングパッド（４）に固定されていると共に、前記凹状摺動面（１９）を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のティルティングパッドラジアル軸受。
5. 前記スライダ（１０）は、周方向において前記ティルティングパッド（４）と形状接続的に強固に接続されていると共に、軸方向において強固に係合していることを特徴とする請求項４に記載のティルティングパッドラジアル軸受。
6. 前記位置合わせ装置（８）は、背部（９）を有しており、前記背部は、前記支持リング（２）とその内面で固定されていると共に、前記凸状摺動面（１８）を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のティルティングパッドラジアル軸受。
7. 前記位置合わせ装置（８）は、前記支持リング基部（１１）を有しており、前記背部（９）は、前記支持リング基部と形状接続的に接続されており、軸方向においては強固に係合していることを特徴とする請求項６に記載のティルティングパッドラジアル軸受。
8. 前記調整装置は、調整ネジ（１４）であることを特徴とする請求項１に記載のティルティングパッドラジアル軸受。

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