JP5839893B2 - Journal bearing - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービンやガスタービン等の大型回転機械のロータ(回転軸)を回転自在に支持するジャーナル軸受に関する。 The present invention relates to a journal bearing that rotatably supports a rotor (rotating shaft) of a large rotating machine such as a steam turbine or a gas turbine.
従来、蒸気タービンやガスタービン等の大型回転機械においては、ロータを回転可能に支持するために、ジャーナル(ティルティングパッド)軸受が多く用いられている(例えば、特許文献1参照)。ジャーナル軸受はロータの周方向に複数配置され、揺動可能な軸受パッドが軸受ハウジングに収容された構成である。 Conventionally, in large rotating machines such as steam turbines and gas turbines, journal (tilting pad) bearings are often used to rotatably support a rotor (see, for example, Patent Document 1). A plurality of journal bearings are arranged in the circumferential direction of the rotor, and a swingable bearing pad is accommodated in the bearing housing.
図5に、大型回転機械に使用される従来のジャーナル軸受101の軸方向から見た概略構成図を示す。図5に示すように、ロータRを支持する各軸受パッド104は、軸受ハウジング2の内面に設けられ軸受パッド104の背面に当接するピボット103によって支持されている。
In FIG. 5, the schematic block diagram seen from the axial direction of the conventional journal bearing 101 used for a large sized rotary machine is shown. As shown in FIG. 5, each
また、大型回転機械用のジャーナル軸受においては機械の安全な運転を可能にするため、油により潤滑され、近年低損失、低油量を指向した直接潤滑型(ノズル等を介して軸受面に直接給油する型)の軸受が多く用いられてきている。
直接潤滑型のティルティングパッド軸受では、各軸受パッド104間には、給油ノズル106が設けられており、潤滑油供給用ポンプ10を駆動させることで給油ノズル106から潤滑油が供給される。そして、ロータRの回転により潤滑油をロータRの外周面と軸受パッド104の支持面105との間に供給するようにしている。これにより、ロータRと軸受パッド104の支持面105との間に、動圧発生に必要なくさび状油膜が形成されるため、回転中にロータ荷重を油膜を介して支持することができる。
In addition, journal bearings for large rotating machinery are lubricated with oil to enable safe operation of the machine. Recently, direct lubrication type with low loss and low oil volume (directly on the bearing surface via a nozzle etc.) Many types of bearings have been used.
In the direct lubrication type tilting pad bearing, an
また、ジャッキング・オイル・ポンプ(Jacking Oil Pump,以下JOP機構と称す)と呼ばれるオイルリフト機構により、ロータRの回転開始時や低速回転時にロータRを浮上させるジャーナル軸受も提供されている。図6に示すように、JOP機構は、軸受パッド104の支持面105に形成されたJOP溝112(給油孔)から強制的に高圧油を供給することで、軸受パッド104の支持面105とロータRとの間に油膜を形成する機構である。JOP溝112には、給油通路114を介して高圧油供給用ポンプ15から高圧油が供給されている。
Further, a journal bearing is also provided that floats the rotor R when the rotor R starts to rotate or rotates at a low speed by an oil lift mechanism called a jacking oil pump (hereinafter referred to as JOP mechanism). As shown in FIG. 6, the JOP mechanism forcibly supplies high pressure oil from a JOP groove 112 (oil supply hole) formed in the
ところで、発電用タービンには高効率、大容量化が求められており、これに伴い発電用タービンの回転軸を支持するのに用いられているジャーナル軸受にかかるロータ荷重も増大している。そのため、条件によっては、ロータが浮上しない、または片側の軸受パッドでのみが浮上して、反対側の軸受パッドでは浮上しないなどの不具合が生じている。 Incidentally, the power generation turbine is required to have high efficiency and large capacity, and accordingly, the rotor load applied to the journal bearing used to support the rotating shaft of the power generation turbine is also increasing. For this reason, depending on the conditions, there is a problem that the rotor does not float or only the bearing pad on one side floats and does not float on the opposite bearing pad.
また、軸受パッド104の支持面105上に形成されるJOP溝112は、回転機械が定常回転している状態では軸受本来の性能を損なうものとなるため、軸受パッド104に対するJOP溝112の加工は最小限に留める必要がある。しかしながら、増大するロータ荷重に対応する為に、JOP溝112の加工範囲も大きくなる傾向にある。
In addition, the
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、大型回転機械に適用されるジャーナル軸受において、ジャーナル軸受の性能を低下させることなくJOP機構を備えたジャーナル軸受を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a journal bearing provided with a JOP mechanism without reducing the performance of the journal bearing in a journal bearing applied to a large-sized rotating machine. There is to do.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るジャーナル軸受は、回転軸の外周側に周方向に間隔をあけて複数が設置され、前記回転軸を外周側から支持する軸受パッドと、互いに周方向に隣り合う前記軸受パッドの間にそれぞれ設けられ、前記回転軸の外周面に対して潤滑油を供給する給油ノズルとを備えるジャーナル軸受において、前記複数の給油ノズルのうち前記回転軸の下方に位置する少なくとも一の給油ノズルに、前記潤滑油を前記回転軸の外周面に対して供給する給油穴が設けられていると共に、前記回転軸の停止時に該回転軸の外周面に接触する接触面が設けられ、前記給油ノズルの内側に穿設された高圧油供給孔を介して前記潤滑油よりも圧力の大きい高圧油を前記接触面に供給する高圧油供給手段を備えることを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
A plurality of journal bearings according to the present invention are installed on the outer peripheral side of the rotating shaft at intervals in the circumferential direction, and between the bearing pads that support the rotating shaft from the outer peripheral side and the bearing pads adjacent to each other in the circumferential direction. In each of the journal bearings provided with the oil supply nozzle that supplies the lubricating oil to the outer peripheral surface of the rotation shaft, at least one oil supply nozzle located below the rotation shaft among the plurality of oil supply nozzles, An oil supply hole for supplying the lubricating oil to the outer peripheral surface of the rotary shaft is provided , and a contact surface that comes into contact with the outer peripheral surface of the rotary shaft when the rotary shaft is stopped is provided. And high pressure oil supply means for supplying high pressure oil having a pressure higher than that of the lubricating oil to the contact surface through a high pressure oil supply hole formed in the contact hole.
上記構成によれば、給油ノズルに高圧油供給手段が設けられているため、従来軸受パッドにのみ設けられていた回転軸のオイルリフト機構を構成する高圧油供給溝を省略するか、あるいは縮小することができるため、ジャーナル軸受の性能を低下させることなく、ジャーナル軸受に回転軸のオイルリフト機構を設けることができる。 According to the above configuration, since the high-pressure oil supply means is provided in the oil supply nozzle, the high-pressure oil supply groove that constitutes the oil lift mechanism of the rotary shaft that is conventionally provided only in the bearing pad is omitted or reduced. Therefore, the journal shaft can be provided with an oil lift mechanism for the rotating shaft without degrading the performance of the journal bearing.
また、本発明に係るジャーナル軸受において、前記接触面は軟質金属又は樹脂材料によって形成されていることが好ましい。
上記構成によれば、回転軸の停止時において回転軸と接触する給油ノズルの接触面が軟質材とされるため、回転軸に傷が発生することを防止することができる。
In the journal bearing according to the present invention, the contact surface is preferably made of a soft metal or a resin material.
According to the said structure, since the contact surface of the oil supply nozzle which contacts a rotating shaft at the time of a stop of a rotating shaft is made into a soft material, it can prevent that a damage | wound generate | occur | produces in a rotating shaft.
また、本発明に係るジャーナル軸受において、前記高圧油供給手段は、前記複数の給油ノズルのうち前記回転軸の側方に位置する少なくとも二つの給油ノズルにも設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、回転軸の回転中に、回転軸の側方に位置する給油ノズルから高圧油を噴射することにより、運転中において回転軸の位置の微調整を行うことができ、ジャーナル軸受が使用される回転機械全体の回転振動特性を向上させることができる。
Moreover, the journal bearing which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable that the said high pressure oil supply means is provided also in the at least 2 oil supply nozzle located in the side of the said rotating shaft among these oil supply nozzles.
According to the above configuration, during rotation of the rotary shaft, high pressure oil is injected from the oil supply nozzle located on the side of the rotary shaft, so that the position of the rotary shaft can be finely adjusted during operation. It is possible to improve the rotational vibration characteristics of the entire rotating machine in which is used.
さらに、本発明に係るジャーナル軸受において、前記給油ノズルを前記回転軸から待避する方向に移動可能とする移動機構が設けられていること好ましい。
上記構成によれば、回転軸の回転中に給油ノズルの接触面を待避させることによって、回転軸の振動等の要因による給油ノズルの接触面の損傷を防止することができる。
Furthermore, in the journal bearing according to the present invention, it is preferable that a moving mechanism that allows the oil supply nozzle to move in a direction to retract from the rotating shaft is provided.
According to the above configuration, the contact surface of the oil supply nozzle can be prevented from being damaged due to factors such as vibration of the rotation shaft by retracting the contact surface of the oil supply nozzle while the rotation shaft is rotating.
本発明によれば、ジャーナル軸受の性能を低下させることなく、ジャーナル軸受に回転軸のオイルリフト機構を設けることができる。 According to the present invention, an oil lift mechanism for a rotating shaft can be provided in a journal bearing without degrading the performance of the journal bearing.
(第一の実施形態)
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態のジャーナル軸受1には、タービンのロータRが回転可能に支持されている。また、本実施形態においては、ロータRの軸方向に離間して設けられた2つのジャーナル軸受1によってロータRを支持している。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A turbine rotor R is rotatably supported by the journal bearing 1 of the present embodiment. In the present embodiment, the rotor R is supported by the two journal bearings 1 that are provided apart from each other in the axial direction of the rotor R.
図1に示すように、ジャーナル軸受1は、環状の軸受ハウジング2と、軸受ハウジング2の内周面に等角度間隔で設けられたピボット3と、各々のピボット3に揺動可能に支持された軸受パッド4とを有する。即ち、ピボット3は、軸受パッド4と軸受ハウジング2との間に介在している。軸受パッド4は、周方向に分割されている。本実施形態では、軸受パッド4は4個に分割されており、各軸受パッド4がピボット3によって支持されている。
As shown in FIG. 1, the journal bearing 1 is supported by an annular bearing
また、各軸受パッド4間には、1つの高圧油供給手段11が設けられた第一給油ノズル6と、3つの第二給油ノズル7とからなる給油ノズルがロータRに向けて設けられている。第一給油ノズル6は、ロータRの直下に設けられた給油ノズルであり、第二給油ノズル7は、ロータRの側方及び、直上に設けられた給油ノズルである。第一給油ノズル6及び第二給油ノズル7は、はジャーナル軸受1の径方向内周側に向けて突出して設けられている。また、第一給油ノズル6及び第二給油ノズル7は、それぞれ潤滑油供給用ポンプ10と接続されており、潤滑油供給用ポンプ10を駆動することにより、ロータRの回転方向下流側に隣接する軸受パッド4の支持面5に向けて潤滑油が供給されることになる。
Further, between each
第一給油ノズル6の突出方向の先端の面を構成する接触面8は、ロータR停止時においてロータRの外周面に接触する位置に設定されている。即ち、接触面8は、ロータRの中心軸からの距離が、軸受パッド4の支持面5と略同一となるように設定されている。
一方、第二給油ノズル7の突出方向の先端の面は、ロータR回転時においてロータRの外周面からやや離間する位置に設定されている。
The
On the other hand, the front end surface of the second
図2に示すように、第一給油ノズル6の接触面8を構成する四辺のうち、ジャーナル軸受1の軸方向に沿う二辺には、潤滑油を供給するための複数の給油穴9が形成されている。詳しくは、給油穴9は円形の穴であって、各辺に6つずつ列状に配置されている。これら給油穴9には、潤滑油供給用ポンプ10が接続されている。
As shown in FIG. 2, a plurality of
また、第一給油ノズル6には、JOP溝12、凹溝13、給油通路14、及び高圧油供給用ポンプ15からなる、高圧油供給手段11(JOP機構)を備えている。
JOP溝12は、第一給油ノズル6の接触面8に形成されている高圧油を供給するための孔である。詳しくは、接触面8には、接触面8の外径に沿う矩形形状の凹溝13が形成されており、JOP溝12は、凹溝13の略中央部に形成されている。凹溝13の深さは、ロータRの直径等、適用される大型回転機械の仕様に応じて適宜設定される。JOP溝12は、給油穴9と比較して、やや大なる直径を有する円形の孔であり、このJOP溝12からロータRを浮上させるための高圧油が供給される。高圧油は給油穴9より供給される潤滑油よりも圧力が大きくされている。
The first
The
JOP溝12は、第一給油ノズル6の内部に形成された給油通路14と連通しており、給油通路14は高圧油供給用ポンプ15と接続されている。高圧油供給用ポンプ15は潤滑油よりも圧力が大きくされている高圧油を供給することが可能なポンプである。
The
各軸受パッド4は、ロータRの軸線に平行な視線で見た場合に円弧状をなし、かつ、軸線方向に幅広な湾曲板形状をなしている。軸受パッド4の支持面5の曲率半径は、ロータRの外周面の曲率半径よりやや大きく形成されている。即ち、軸受パッド4の支持面5全面がロータRと接触することはない。また、軸受パッド4の支持面5は、ホワイトメタル(バビットメタル)などの軟質金属又は樹脂等の軸受材によって形成されている。
Each
ピボット3は、軸受ハウジング2よりロータRの径方向に突出して形成され、軸受パッド4の背面中央において軸受パッド4を支持している。
The
次に、上記実施形態に係るジャーナル軸受1の作用について説明する。
ロータRを回転させる場合には、まず、ロータRを停止させた状態で高圧油供給用ポンプ15を駆動させ、給油通路14を介して高圧油をJOP溝12に供給する。この高圧油がJOP溝12を介して凹溝13に供給されることによりロータRが浮上(オイルリフト)する。
Next, the operation of the journal bearing 1 according to the embodiment will be described.
When rotating the rotor R, first, the high pressure
次いで、ロータRを回転させる。高圧油供給手段11によるロータRの浮上により、ロータRの外周面と軸受パッド4の支持面5との密着が解消されるため、第一給油ノズル6及び第二給油ノズル7から供給される潤滑油を受け入れ可能となる。
Next, the rotor R is rotated. Since the close contact between the outer peripheral surface of the rotor R and the
上記実施形態によれば、第一給油ノズル6にJOP溝12、凹溝13、給油通路14、及び高圧油供給用ポンプ15からなる高圧油供給手段11を設け、オイルリフト機能をもたせたことにより、軸受パッド4の支持面5にJOP溝を加工する必要がなくなるため、ジャーナル軸受1の性能低下を防止することができる。
According to the above-described embodiment, the first
なお、上記実施形態においては、軸受パッド4にJOP溝等からなるJOP機構を設けない構成としたが、これに限ることはなく、第一給油ノズル6のオイルリフトを補助する目的で軸受パッド4にJOP溝等からなるJOP機構を設ける構成としてもよい。
In the above embodiment, the
(第二の実施形態)
次に、本発明の第二実施形態に係るジャーナル軸受について説明する。
図3に示すように、本実施形態のジャーナル軸受を構成する第一給油ノズル6Bの接触面8Bは、ホワイトメタル等の軟質金属によって形成されている。より詳しくは、接触面8Bは、薄板状のホワイトメタルに、凹溝13に対応する矩形形状の孔を設けた部材が固定されている。
(Second embodiment)
Next, the journal bearing which concerns on 2nd embodiment of this invention is demonstrated.
As shown in FIG. 3, the
上記実施形態によれば、ロータRの停止時においてロータRが接触する第一給油ノズル6Bの接触面8Bが軟質材によって形成されているため、ロータRが第一給油ノズル6Bの接触面8Bによって傷が発生することを防止することができる。
なお、接触面8Bを形成する材質は、ホワイトメタル等の軟質金属に限ることはなく、POMなどの樹脂材料によって形成してもよい。
According to the above embodiment, since the
The material for forming the
(第三の実施形態)
次に、本発明の第三の実施形態に係るジャーナル軸受について説明する。図4に示すように、本実施形態のジャーナル軸受1Cは、ロータRの直下及び両側方に設けられた3つの第三給油ノズル6Cと、ロータRの直上に設けられた1つの第二給油ノズル7とを備えている。第三給油ノズル6Cは、高圧油供給手段11Cが設けられたノズル先端部17と、ノズル先端部17を径方向に移動可能とする油圧シリンダ18とを備えている。
(Third embodiment)
Next, a journal bearing according to a third embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 4, the journal bearing 1 </ b> C of the present embodiment includes three third
油圧シリンダ18は軸受ハウジング2の内周面に、油圧シリンダ18のロッド18aの進退方向が径方向に沿うように設置されている。ノズル先端部17は、ロッド18aの先端に取り付けられている。ノズル先端部17には、第一の実施形態の第一給油ノズル6と同様に、潤滑油を供給するための複数の給油穴と、高圧油を供給するためのJOP溝を備えた高圧油供給手段11Cが設けられている。
The
油圧シリンダ18は、モータ(図示せず)によって駆動された油圧ポンプ(図示せず)によって作動油が供給されており、制御装置(図示せず)によって電磁切換弁19を操作することにより、ノズル先端部17の径方向の移動を制御することができる。なお、電磁切換弁19は、各第三給油ノズル6Cそれぞれに設けられている。
The
上記実施形態の作用について説明すると、まず、ロータRを回転させる場合には、油圧シリンダ18を操作してロータR直下の第三給油ノズル6Cのノズル先端部17の接触面8CをロータRに略当接させた状態で高圧油をJOP溝12に供給する。これにより、ロータRが浮上(オイルリフト)する。次いで、ロータRを回転させた後、油圧シリンダ18を操作してノズル先端部17を径方向外周側に待避させる。
The operation of the above embodiment will be described. First, when the rotor R is rotated, the contact surface 8C of the nozzle tip 17 of the third
また、ロータRの回転中において、回転軸の側方に位置する第三給油ノズル6Cから高圧油を噴射することにより、運転中においてロータRの位置の微調整を行うことができる。ロータRの位置調整は、オイルリフト同様、接触面8CをロータRに略接触させた状態で実施し、実施後はノズル先端部17を径方向外周側に待避させる。
その他の作用は、第一の実施形態と同様である。
Further, during the operation of the rotor R, the position of the rotor R can be finely adjusted during operation by injecting the high-pressure oil from the third
Other operations are the same as those in the first embodiment.
上記実施形態によれば、ロータRの回転中に第三給油ノズル6Cの接触面8Cを径方向外周側に待避させることによって、ロータRの振動等の要因による第三給油ノズル6Cの接触面8Cの損傷を防止することができる。
また、ロータRの回転中において、ロータRの位置の微調整を行うことによって、タービン全体の回転振動特性を向上させることができる。
According to the above embodiment, the contact surface 8C of the third
Further, by performing fine adjustment of the position of the rotor R during the rotation of the rotor R, the rotational vibration characteristics of the entire turbine can be improved.
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第三の実施形態においては、高圧油供給手段11CをロータRの直下及び両側方に位置する給油ノズルに設ける構成としたが、第一の実施形態においても同様に、高圧油供給手段をロータRの直下及び両側方に配置する構成としてもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the third embodiment, the high pressure oil supply means 11C is provided in the oil supply nozzle located directly below and on both sides of the rotor R, but the high pressure oil supply means is similarly provided in the first embodiment. It is good also as a structure arrange | positioned directly under the rotor R and both sides.
また、第三の実施形態においては、油圧シリンダ18をロータRの直下及び両側方に設ける構成としたが、ロータRの直下の給油ノズルのみに油圧シリンダを設ける構成としてもよい。
In the third embodiment, the
また、軸受パッド4の数は4つに限らず、適用される回転機械の構成に応じて適宜変更することができる。
さらに、上記各実施形態においては、高圧油供給手段11を備えた給油ノズルは少なくともロータRの直下に配置される構成を示したが、ロータRの直下に軸受パッド4を設置し、その両側に設けた給油ノズルに高圧油供給手段を設ける構成としてもよい。
Further, the number of
Furthermore, in each said embodiment, although the oil supply nozzle provided with the high pressure oil supply means 11 showed the structure arrange | positioned at least directly under the rotor R, the
R…ロータ(回転軸)、1…ジャーナル軸受、4…軸受パッド、6…第一給油ノズル(給油ノズル)、7…第二給油ノズル、8…接触面、11…高圧油供給手段、12…JOP溝(高圧油供給孔)、18…油圧シリンダ(移動機構)。 R ... rotor (rotating shaft), 1 ... journal bearing, 4 ... bearing pad, 6 ... first oil supply nozzle (oil supply nozzle), 7 ... second oil supply nozzle, 8 ... contact surface, 11 ... high pressure oil supply means, 12 ... JOP groove (high pressure oil supply hole), 18 ... hydraulic cylinder (moving mechanism).
Claims (4)
互いに周方向に隣り合う前記軸受パッドの間にそれぞれ設けられ、前記回転軸の外周面に対して潤滑油を供給する給油ノズルとを備えるジャーナル軸受において、
前記複数の給油ノズルのうち前記回転軸の下方に位置する少なくとも一の給油ノズルに、前記潤滑油を前記回転軸の外周面に対して供給する給油穴が設けられていると共に、前記回転軸の停止時に該回転軸の外周面に接触する接触面が設けられ、前記給油ノズルの内側に穿設された高圧油供給孔を介して前記潤滑油よりも圧力の大きい高圧油を前記接触面に供給する高圧油供給手段を備えることを特徴とするジャーナル軸受。 A plurality of bearing pads are provided on the outer peripheral side of the rotating shaft at intervals in the circumferential direction, and bearing pads that support the rotating shaft from the outer peripheral side;
In a journal bearing provided with an oil supply nozzle that is provided between the bearing pads adjacent to each other in the circumferential direction and supplies lubricating oil to the outer peripheral surface of the rotating shaft,
Of the plurality of oil supply nozzles, at least one oil supply nozzle located below the rotation shaft is provided with an oil supply hole for supplying the lubricating oil to the outer peripheral surface of the rotation shaft, A contact surface that comes into contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft at the time of stopping is provided, and high-pressure oil having a pressure higher than that of the lubricating oil is supplied to the contact surface through a high-pressure oil supply hole formed inside the oil supply nozzle. A journal bearing comprising a high-pressure oil supply means.
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