JP6267995B2 - 軸受装置、及び回転機械、ならびに回転軸の加振方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受装置、及びこれを備える回転機械、ならびに軸受装置の加振方法に関する。

遠心圧縮機やポンプ等の回転機械では、製品出荷前の検査や運転中におけるロータの安定性を評価するために、ロータに対して外部から振動を与えて、ロータの振動特性や減衰特性を評価することが一般的に行われている。

このような評価を行うための手段として、例えば特許文献１、又は特許文献２に記載された装置が知られている。
特許文献１に記載された回転機械は、回転軸の延長上に設けられて、回転軸に振動を付加するための磁気軸受と、該磁気軸受を制御する制御手段とを有している。
特許文献２に記載された装置は、圧縮機の回転体を支持する磁気軸受と、回転体を加振するための制御信号を発する加振制御装置とを有し、加振制御装置は磁気軸受に対して電流を供給することで磁気軸受が振動を発するように構成されている。

特開平５−１８７４４２号公報 特開２０１２−２３３７５０号公報

しかしながら、特許文献１、及び特許文献２に記載の装置にあっては、回転軸を軸線方向に追設した上で各種装置を回転軸に配置する必要がある。したがって、回転軸の振動特性を評価するに際して、回転軸が延長されたことによる振動特性評価値の誤差が生じてしまう可能性がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、回転軸を適切に加振することが可能な軸受装置、及び回転機械、並びに回転軸の加振方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明の第一の態様によれば、軸受装置は、回転軸を軸線回りに回転可能に支持するパッド面を有し、周方向に複数が設けられた軸受パッドと、周方向に間隔をあけて複数が設けられて、各前記パッド面にそれぞれ潤滑油を供給する潤滑油供給部と、前記潤滑油供給部にそれぞれ前記潤滑油の油圧を供給する油圧供給部と、該油圧供給部を制御する制御装置とを備え、該制御装置は、前記複数の潤滑油供給部に供給される油圧が、周期的に変動し、かつ、前記複数の潤滑油供給部間で互いに異なる位相となるように、前記油圧供給部を制御することで前記回転軸を振動させることを特徴とする。

このような軸受装置にあっては、制御装置によって、複数の潤滑油供給部に供給されるそれぞれの油圧が、位相を違えて周期的に変動するように制御される。したがって、複数の潤滑油供給部から供給されて、軸受パッドと回転軸との間の空間に充填される流体の圧力が周期的に変動する。これにより、回転軸に対して周期的な振動を与えることができる。

また、本発明の他の態様に係る軸受装置では、制御装置は、互いに隣り合う二つの任意の潤滑油供給部のうち、回転軸の回転方向前方側に位置する潤滑油供給部に供給される油圧の変動の位相が、回転軸の回転方向後方側に位置する潤滑油供給部に供給される油圧の変動の位相よりも（３６０°／軸受パッドの個数）の位相だけ進んでいるように、油圧供給部を制御する構成であってもよい。

このような構成によれば、潤滑油供給部に供給される油圧の変動は、回転軸の回転方向と反対の方向に向かってそれぞれの軸受パッドに伝搬される。これにより、回転軸に対して、回転軸の回転方向とは反対の方向の振れ回り振動を与えることができる。

さらに、本発明の他の態様に係る軸受装置では、制御装置は、互いに隣り合う二つの任意の潤滑油供給部のうち、回転軸の回転方向前方側に位置する潤滑油供給部に供給される油圧の変動の位相が、回転軸の回転方向後方側に位置する潤滑油供給部に供給される油圧の変動の位相よりも（３６０°／軸受パッドの個数）の位相だけ遅れているように、油圧供給部を制御する構成であってもよい。

このような構成によれば、潤滑油供給部に供給される油圧の変動は、回転軸の回転方向と同じ方向に向かってそれぞれの軸受パッドに伝搬される。これにより、回転軸に対して、回転軸の回転方向と同じ方向の振れ回り振動を与えることができる。

さらに、本発明の他の態様に係る軸受装置では、軸受装置に設けられて、振動を測定するとともに、該振動を測定値として外部に出力する振動測定部をさらに備え、制御装置は、振動測定部が出力した測定値に基づいて、潤滑油供給部に供給される油圧が、該振動とは逆位相の変動となるように制御する構成であってもよい。

このような構成によれば、回転軸に発生した振動とは逆位相の振動を軸受装置に与えることができる。したがって、軸受装置は該振動を減衰させることができる。

さらに、本発明の他の態様に係る軸受装置では、油圧供給部は、潤滑油供給部と同数のポンプを有し、制御装置はポンプの吐出圧力を制御するように構成されていてもよい。

このような構成によれば、ポンプの吐出圧力を直接的に制御して変化させることができるため、潤滑油供給部に供給される油圧の応答性を高めることができる。

さらに、本発明の他の態様に係る回転機械では、上記の各態様に記載された軸受装置を、回転軸の軸線方向で互いに異なる位置に複数備える構成であってもよい。

このような構成によれば、回転軸の軸線方向で互いに異なる位置で、複数の軸受装置が回転軸に対して振動を与えることができる。

さらに、本発明の第二の態様に係る回転軸の加振方法は、回転軸を軸線回りに回転可能に支持するパッド面を有し、周方向に複数が設けられた軸受パッドと、周方向に間隔をあけて複数が設けられて、各前記パッド面にそれぞれ潤滑油を供給する潤滑油供給部と、前記潤滑油供給部にそれぞれ油圧を供給する油圧供給部と、を備える軸受装置を用いた前記回転軸の加振方法であって、前記油圧供給部によって前記複数の潤滑油供給部に、周期的に変動し、かつ、前記複数の潤滑油供給部間で互いに異なる位相となる前記油圧を供給することで前記回転軸を振動させる工程を有し、油圧を供給する工程では、互いに隣り合う二つの任意の潤滑油供給部のうち、回転軸の回転方向前方側に位置する潤滑油供給部に供給される油圧の変動の位相が、回転軸の回転方向後方側に位置する潤滑油供給部に供給される油圧の変動の位相よりも（３６０°／軸受パッドの個数）の位相だけ進んでいるように油圧を供給することを特徴とする。
加えて、本発明の他の態様に係る回転軸の加振方法は、回転軸を軸線回りに回転可能に支持するパッド面を有し、周方向に複数が設けられた軸受パッドと、周方向に間隔をあけて複数が設けられて、各パッド面にそれぞれ潤滑油を供給する潤滑油供給部と、潤滑油供給部にそれぞれ油圧を供給する油圧供給部と、を備える軸受装置を用いた回転軸の加振方法であって、油圧供給部によって複数の潤滑油供給部に、周期的に変動し、かつ、複数の潤滑油供給部間で互いに異なる位相となる油圧を供給することで前記回転軸を振動させる工程を有し、油圧を供給する工程では、互いに隣り合う二つの任意の潤滑油供給部のうち、回転軸の回転方向前方側に位置する潤滑油供給部に供給される油圧の変動の位相が、回転軸の回転方向後方側に位置する潤滑油供給部に供給される油圧の変動の位相よりも（３６０°／軸受パッドの個数）の位相だけ遅れているように油圧を供給することを特徴とする。

このような方法によれば、制御装置によって、複数の潤滑油供給部に供給されるそれぞれの油圧を、位相を違えて周期的に変動するように制御することができる。したがって、複数の潤滑油供給部から供給されて、軸受パッドと回転軸との間の空間に充填される流体の圧力が周期的に変動する。これにより、回転軸に対して周期的な振動を与えることができる。

本発明によれば、回転軸を適切に加振することが可能な軸受装置、及び回転機械、並びに回転軸の加振方法提供することができる。

本発明の軸受装置が適用される回転機械の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受装置を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受装置における潤滑油供給部に供給される油圧の変動の一例を表す図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受装置における複数の潤滑油供給部に供給される油圧の変動の一例を表す図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受装置における回転軸の振れ回り振動の様子を表す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受装置の振動モードを示す図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受装置の振動モードを示す図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受装置の振動モードを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る軸受装置を示す図である。 本発明の第三実施形態に係る軸受装置を示す図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態に係る軸受装置１について説明する。
図１に示すように、軸受装置１は、軸線Ｏ方向に延びるステータ５、及び、ロータ（回転軸３）を有する回転機械１００に設けられる。回転機械１００では、回転軸３が軸線Ｏ回りに回転することにより、内部を流通する流体Ｇに対して圧縮等の作用を付加するものである。なお、ここでいう回転機械１００とは、例えば遠心ポンプや遠心圧縮機等を指すものであり、特定の装置に限定されるものではない。

回転軸３は、軸線Ｏを中心としてこの軸線Ｏ方向に延びるように構成されている。遠心ポンプや遠心圧縮機ではこの回転軸３はインペラ６等を含んでいる。
また、回転軸３は、軸受装置１によって回転軸３を軸線Ｏ回りに回転可能に支持している。遠心ポンプや遠心圧縮機ではこのステータ５はケーシング等に該当する。

次に、軸受装置１について、図２を参照して説明する。図２は、軸受装置１の軸線Ｏ方向から見た断面を示した図である。本実施形態では、回転軸３は図２中における矢印の方向に回転するものとする。
（軸受装置）
軸受装置１は、軸受本体１０と、軸受本体１０におけるそれぞれの軸受パッド１２に設けられた複数の潤滑油供給部１３と、該潤滑油供給部１３のそれぞれに油圧を供給する油圧供給部２０と、該油圧供給部２０に供給される油圧を制御する制御装置１７と、を備えている。

（軸受本体）
軸受本体１０は、いわゆるＬＥＧ型（Ｌｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ Ｇｒｏｏｖｅ型）軸受と呼ばれる部材である。軸受本体１０は、外形視円環状の軸受ケーシング１１と、軸受ケーシング１１の内周面に等角度間隔で設けられた複数の支持部材３０と、該支持部材３０によって揺動可能に支持されるとともに、回転軸３の外周を囲むようにして周方向に沿って配列された複数（本実施形態では４つ）の軸受パッド１２と、該軸受パッド１２に設けられた潤滑油供給部１３と、を有している。
軸受ケーシング１１は、回転軸３の外径よりも十分に大きな開口径を有する外形視円環状の部材である。軸受ケーシング１１は、耐油性や耐熱性を考慮して、設計に応じて適宜選択された金属材料によって形成される。
各支持部材３０は、軸受ケーシング１１の内周面から、回転軸３の径方向内側に向かって突出するように形成されている。支持部材３０の突出方向の先端部は略半球状に形成されている。
軸受パッド１２は、回転軸３の周方向に間隔をあけて設けられている。軸受パッド１２は、回転軸３の軸線Ｏに直交する断面視で円弧状をなし、かつ、幅広な湾曲板形状をなしている。さらに、軸受パッド１２は、湾曲板形状をなした裏金層１２０と、裏金層１２０の湾曲方向内周側の表面に形成された軸受層１２１と、から形成されている。裏金層１２０は、例えば鉄、クロム鋼等から形成されている。軸受層１２１は、ホワイトメタル、アルミ合金等から形成されて、裏金層１２０の表面に、所定の膜厚をもって設けられている。

軸受パッド１２において、軸受層１２１の湾曲方向内周側の表面が、回転軸３の外周面に対向するパッド面とされる。軸受パッド１２のパッド面の曲率半径は、回転軸３の外周面の曲率半径よりもやや大きく形成されている。すなわち、軸受パッド１２のパッド面全面が回転軸３と接触することはない。
このように構成された軸受パッド１２は、裏金層１２０の湾曲方向外周側の背面で、支持部材３０の先端部によって支持されている。これにより、軸受パッド１２は支持部材３０の先端部を中心として、任意の方向に揺動可能とされている。すなわち、支持部材３０と軸受パッド１２とは、点接触によって互いに接触している。これにより、回転軸３と軸受装置１との間にずれが生じた場合には、軸受パッド１２が回転軸３に追従することができる。

さらに、それぞれの軸受パッド１２の周方向における所定位置には、概ね管状をなして一体に形成された潤滑油供給部１３がそれぞれ設けられている。ここで言う所定位置とは、軸受パッド１２の周方向両端部における、回転軸３の回転方向後方側に近接する部位である。
潤滑油供給部１３は、軸受ケーシング１１の外表面と、軸受パッド１２のパッド面との間を連通している。すなわち、軸受本体１０の外部から供給された潤滑油は、潤滑油供給部１３を通じてパッド面と回転軸３の外周面との間の間隙Ｇ全体に充填される。

（油圧供給部）
図２に示すように、油圧供給部２０は軸受パッド１２に設けられたそれぞれの潤滑油供給部１３に送油管１５を介して接続されたポンプ１６と、該ポンプ１６とそれぞれの潤滑油供給部１３との間に設けられた弁１４と、を備えている。
送油管１５の内部には潤滑油が流通しており、潤滑油はポンプ１６によって、送油管１５を通じて圧送される。弁１４は、外部からの電気信号によってその開閉、及び開度が調節されるように構成されている。弁１４として、例えば電磁弁の採用が好適である。弁１４は後述の制御装置１７に電気的に接続されている。すなわち、弁１４の開度は、制御装置１７から送信された電気信号によって調節される。

（制御装置）
制御装置１７は、制御装置本体１７Ａと、該制御装置本体１７Ａを上述のそれぞれの弁１４に電気的に接続する制御信号線１８と、を有している。
制御装置１７は、例えば概ね正弦波様をなす電気信号を、それぞれの弁１４に対して送出する。該電気信号によって、弁１４の開度が調節される。ここで、電気信号と開度の相関関係としては、例えば電圧の高低と、弁１４の開閉度を対応させることが考えられる。すなわち、電気信号の電圧が高い方向に推移する場合には、弁１４の開度が大きくなる方向に調節され、一方で、電気信号の電圧が低い方向に推移する場合には、弁１４の開度が小さくなる方向に調節される。

上述のように構成により、制御装置１７によって弁１４の開度が調節される。さらに、弁１４の開度を調節することで、それぞれの弁１４に対応する潤滑油供給部１３を流通する潤滑油の量が調節される。

潤滑油供給部１３を流通した潤滑油は、それぞれの軸受パッド１２と回転軸３との間に形成される間隙Ｇに流入する。さらに、回転軸３の回転に伴って、回転軸３の回転方向と同一の方向に向かって流れる。ここで、潤滑油は間隙Ｇを含めて、互いに隣り合う２つの軸受パッド１２の間の領域や、軸受ケーシング１１と軸受パッド１２の裏金層１２０の外周側背面との間の領域にも行き渡ることになる。しかし、上述の間隙Ｇの容積は、これら領域に比して十分に小さく形成されている。したがって、間隙Ｇに流入した潤滑油の量が制御装置によって調節された場合、間隙Ｇを流れる潤滑油の圧力は、概ね全て回転軸３の外周面に対する圧力として作用する。

すなわち、任意の潤滑油供給部１３における油圧が高くなる方向に変化した場合、回転軸３は該潤滑油供給部１３が設けられた軸受パッド１２から離間するように径方向に変位する。一方で、任意の潤滑油供給部１３における油圧が低くなる方向に変化した場合、回転軸３は該潤滑油供給部１３が設けられた軸受パッド１２に対して近接するように径方向に変位する。
また、全ての潤滑油供給部１３の油圧が等しい場合は、回転軸３の外周面にかかる圧力は概ね均衡して、定常位置Ｌ０で回転する。

上述のように構成された軸受装置１で、振動試験を行う方法、及び作用について図３、図４を参照して説明する。
図３は、振動試験を行う場合に、上述の制御装置１７が油圧供給部２０を介して潤滑油供給部１３に加える油圧の変化の一例を示す図である。図３に示すように、潤滑油供給部１３に加えられる油圧は、定常成分Ｐｓと変動成分Ｐｖとに区別される。

定常成分Ｐｓは、時間による変化をせず、常に一定の値を取る。この一定の値とは、軸受装置１の設計時に決定された値であって、潤滑油供給部１３の油圧に変動が生じない場合に、常態的に回転軸３に対して加えられている圧力のことを指す。

変動成分Ｐｖは、回転軸３に対して振動を与えるために加えられる油圧成分であって、図３に示すように、概ね正弦波様をなして時間の変化とともに変動する成分である。なお、図３の例では、変動成分Ｐｖの振幅は、一定であるものとし、周波数も時間の変化を問わず一定であるものとされている。

任意の１つの潤滑油供給部１３における油圧が正弦波様に変動している場合、回転軸３は該油圧が変動している潤滑油供給部１３と軸線Ｏとの間で一方向（径方向）における振動を生じる。これにより、回転軸３に一方向の振動が生じた場合における回転軸３の振動特性を評価することができる。なお、振動特性の評価に当たっては、不図示の測定機器等が用いられる。

上述のようにして、任意の１つの潤滑油供給部１３の油圧を変化させることにより、一方向の振動を再現して振動試験を実施することが可能であるが、振動試験の態様はこれに限定されない。例えば、任意の２つ、あるいは３つ、４つの潤滑油供給部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの油圧を変動させることにより、種々の振動モードを再現することが可能である。
ここでは、その一例として、４つの潤滑油供給部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに供給される油圧を、それぞれ互いに異なる位相となるように周期的に変動させた場合について、図４、図５を参照して説明する。

図４は、潤滑油供給部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの油圧のそれぞれの変動を示す図である。縦軸はそれぞれの潤滑油供給部１３における油圧を表し、横軸は時刻ｔを表している。なお、縦軸のゼロ目盛は上述の油圧の定常成分Ｐｓを表している。

図５は、図４における各時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３における回転軸３の変位を示した模式図である。図５における外周側の円は軸受ケーシング１１を表し、内周側の破線で示した円は回転軸３の定常位置Ｌ０を表し、同じく内周側の実線で示した円は当該時刻ｔにおける回転軸３の位置Ｌｔ０，Ｌｔ１，Ｌｔ２，Ｌｔ３を表す。また、矢印は回転軸３の回転方向を表す。

ここで、４つの軸受パッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ、および４つの潤滑油供給部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを区別するために、図２における図示左下方に位置する軸受パッド１２を第一軸受パッド１２ａとし、以降、反時計回りに（言い換えると、回転軸３の回転方向前方側に向かう方向に沿って）第二軸受パッド１２ｂ、第三軸受パッド１２ｃ、第四軸受パッド１２ｄとする。

同様にして、第一軸受パッド１２ａに設けられた第一潤滑油供給部１３ａ、第二軸受パッド１２ｂに設けられた第二潤滑油供給部１３ｂ、第三軸受パッド１２ｃに設けられた第三潤滑油供給部１３ｃ、第四軸受パッド１２ｄに設けられた第四潤滑油供給部１３ｄとする。
さらに、第一潤滑油供給部１３ａに供給される油圧を第一油圧Ｐａとし、第二潤滑油供給部１３ｂにおける油圧を第二油圧Ｐｂとし、第三潤滑油供給部１３ｃにおける油圧を第三油圧Ｐｃとし、第四潤滑油供給部１３ｄにおける油圧を第四油圧Ｐｄとする。

図４の例では、第一油圧Ｐａから第四油圧Ｐｄはそれぞれ正弦波様に変動するが、互いの位相が異なっている。すなわち、第二油圧Ｐｂは第一油圧Ｐａに比して位相が９０°だけ進んでいる。同様にして、第三油圧Ｐｃは第二油圧Ｐｂに比して位相が９０°だけ進んでおり、第四油圧Ｐｄは第三油圧Ｐｃに比して位相が９０°だけ進んでいる。言い換えると、回転軸３の回転方向前方側に位置する潤滑油供給部１３に供給される油圧の変動の位相は、回転方向後方側に位置する潤滑油供給部１３に供給される油圧の変動の位相よりも９０°だけ進んでいる。

このように各潤滑油供給部１３の油圧を変化させた場合、図４に示す時刻ｔ０におけるそれぞれの油圧の互いの関係は以下のようになっている。すなわち、第二潤滑油供給部１３ｂにおける第二油圧Ｐｂが最も高く、第四潤滑油供給部１３ｄにおける第四油圧Ｐｄが最も小さい。また、第一油圧Ｐａ、第三油圧Ｐｃはそれぞれ定常成分Ｐｓと等しい。

上述のように、ある特定の潤滑油供給部１３の油圧が定常成分Ｐｓに比して高い場合、回転軸３は該特定の潤滑油供給部１３から離間する方向に変位する。一方で、特定の潤滑油供給部１３の油圧が定常成分Ｐｓに比して低い場合、回転軸３は該特定の潤滑油供給部１３に近接する方向に変位する。したがって、時刻ｔ０における回転軸３の位置は、図５において位置Ｌｔ０のようになる。位置Ｌｔ０は、破線で示す定常位置Ｌ０から、第二潤滑油供給部１３ｂから離間する方向に向かって変位している。同様にして、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３における回転軸３の位置を模式図で表すと、図５の位置Ｌｔ１，位置Ｌｔ２，位置Ｌｔ３のようになる。

言い換えると、図４に示すように回転軸３の回転方向前方側に位置する潤滑油供給部１３に供給される油圧の変動の位相が、回転方向後方側に位置する潤滑油供給部１３に供給される油圧の変動の位相よりも９０°だけ進んでいるように油圧を変化させた場合、回転軸３の回転方向と反対の方向に向かって回転するような、いわゆる振れ回り振動を回転軸３に対して与えることができる。

反対に、回転軸３の回転方向前方側に位置する潤滑油供給部１３の油圧の変動の位相が、回転方向後方側に位置する潤滑油供給部１３の油圧の変動の位相よりも遅れているように制御した場合は、回転軸３の回転方向に沿って回転するような振れ回り振動を回転軸３に対して与えることができる。

さらに、軸受装置１を回転軸３の両端部に複数設けた場合について、図６から図８を参照して説明する。
軸受装置１を回転軸３の軸線方向両端部にそれぞれ設けた場合、それぞれの軸受装置１を独立して動かすことで、図６から図８に示すような各種モード（曲げモード）の振動を回転軸３に与えることができる。

図６から図８における破線は、回転軸３の定常状態における軸線Ｏの位置を表している。また、軸受装置１は、バネ及びダンパーの特性を有することからこれらの軸受を、記号を用いて模式的に表している。

図６では、それぞれの軸受装置１付近で、回転軸３を比較的高い周波数で、かつ同位相で振動させた例を表している。このような振動を回転軸３に与えた場合、図６に示すように、回転軸３の両端部付近は軸線Ｏ（回転軸３の静止時における中立線）に概ね沿って定常状態を維持するが、回転軸３の中央部に向かうにつれて次第に軸線Ｏから離間するようにして湾曲する。すなわち、それぞれの軸受装置１を独立して加振することにより、回転軸３は中央部が軸線Ｏから離間する方向に湾曲する円弧状をなした状態で自転を続けるとともに、軸線Ｏ回りに振れ回り振動を続ける。このような振動を一次曲げモード振動と呼ぶ。

また、図７に示す例では、それぞれの軸受装置１付近で、回転軸３が比較的低い周波数で、かつ同位相で振動する。このような振動を回転軸３に与えた場合、図７に示すように、回転軸３は、軸線Ｏに平行な状態を維持したままの状態で自転を続けるとともに、軸線Ｏ回りに振れ回り振動を続ける。このような振動を、Ｈモード振動と呼ぶ。

加えて、図８に示す例では、それぞれの軸受装置１付近で、回転軸３が同じ周波数で、かつ異なる位相で振動する。このような振動を回転軸３に与えた場合、図８に示すように、回転軸３の両端部は、それぞれ軸線Ｏから離間した位置で軸線Ｏ回りに振れ回り振動を続ける。このような振動を、Ｘモード振動と呼ぶ。

以上のように、回転軸３の両端部に１つずつ軸受装置１を設けて加振を行った場合、上述の一次曲げモード振動、Ｈモード振動、Ｘモード振動を回転軸３に対して与えることができる。すなわち、回転機械１００の実際の運転状態における種々の振動モードを再現することができ、より効果的な振動試験を行うことができる。
換言すると、回転軸３の両端部に軸受装置１が設けられる場合、両端部で互いに同位相の振動モードと、両端部で互いに異なる位相の振動モードとの双方を容易に励起することができる。

上述のような軸受装置１にあっては、制御装置１７によって、複数の潤滑油供給部１３に供給されるそれぞれの油圧が、位相を違えて周期的に変動するように制御される。したがって、複数の潤滑油供給部１３から供給されて、軸受パッド１２と回転軸３との間の空間に充填される潤滑油の圧力が周期的に変動する。これにより、回転軸３に対して周期的な振動を与えることができる。

さらに、潤滑油供給部１３に供給される油圧の変動は、回転軸３の回転方向と反対の方向に向かってそれぞれの軸受パッド１２に伝搬される。すなわち、回転軸３に対して、回転軸３の回転方向と同じ方向の振れ回り振動を与えることができる。

加えて、潤滑油供給部１３に供給される油圧の変動は、回転軸３の回転方向と同じ方向に向かってそれぞれの軸受パッド１２に伝搬されるため、回転軸３に対して、回転軸３の回転方向とは反対の方向の振れ回り振動を与えることができる。

また、回転軸３に発生した振動とは逆位相の振動を軸受装置１に与えることができる。したがって、軸受装置１は該振動を減衰させることができる。

そして、回転軸３の軸線方向で互いに異なる位置で、複数の軸受装置１が回転軸３に対して振動を与えることができる。

また上述のような方法によれば、制御装置１７によって、複数の潤滑油供給部１３に供給されるそれぞれの油圧を、位相を違えて周期的に変動するように制御することができる。したがって、複数の潤滑油供給部１３から供給されて、軸受パッド１２と回転軸３との間の空間に充填される潤滑油の圧力が周期的に変動する。これにより、回転軸３に対して周期的な振動を与えることができる（加振方法）。

なお、上述した実施形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、軸受パッド１２の個数が４つである場合について説明した。しかし、軸受パッド１２の数はこれに限らず、設計に応じて適宜変更されてよい。
より一般的には、ｍ個の軸受パッド１２と、これと同数のｍ個の潤滑油供給部１３とを備え、制御装置１７はｍ個の潤滑油供給部１３に供給される油圧が、互いに隣り合う潤滑油供給部１３同士で、（３６０／ｍ）°ずつ異なる位相となるように、油圧供給部２０を制御する構成であってもよい。

このような構成であれば、軸受パッド１２の設けられる個数ｍに応じて、回転軸３が軸線Ｏ回りを１回転する間に、回転軸３の回転方向と同じ方向、又は回転軸３の回転方向と反対の方向のいずれかに向かうとともに、軸線Ｏ回りを１回転するような振れ回り振動を回転軸３に与えることができる。

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について、図５を参照して説明する。
なお、以下の説明では、上述の第一実施形態と同様の構成部材については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施形態では以下の点で第一実施形態とは構成が異なっている。すなわち、本実施形態における油圧供給部２０は、潤滑油供給部１３と同数のポンプ１６から構成されている。制御装置１７は、これらポンプ１６に対して電気信号線１８によって接続されて、電気信号によりポンプ１６の吐出圧力を制御する。
すなわち、それぞれの潤滑油供給部１３に、潤滑油供給部１３と同数のポンプ１６を接続し、これらポンプ１６の吐出圧力を制御装置１７によって制御する構成となっている。
このように構成した場合、ポンプ１６の揚程を制御装置によって制御することにより、潤滑油供給部１３に供給される油圧をコントロールすることができるため、上述の実施形態と同様の振動試験を行うことができる。
加えて、ポンプ１６の吐出圧力を直接的に制御して変化させることができるため、潤滑油供給部１３に供給される油圧の応答性を高めることができる。

〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について、図１０を参照して説明する。本実施形態は、実際の運転状態における回転機械１００に対して回転軸３を加振することで制振を行うべく、軸受装置１を用いる例を示すものである。

なお、以下の説明では、上述の各実施形態と同様の構成部材については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施形態では以下の点で上述の各実施形態とは構成が異なっている。すなわち、本実施形態における軸受装置１は、該軸受装置１における振動の有無、及びその振幅、周期等の振動特性を測定し、振動測定値Ｖ１，Ｖ２として外部に出力する振動測定部をさらに備えている。

制御装置１７は、振動測定値Ｖ１，Ｖ２を入力値として受け取った後、該振動測定値Ｖ１，Ｖ２の値に基づいて、軸受装置１における振動を打ち消すべく、振動測定値Ｖ１，Ｖ２の変動、すなわち振動測定部付近における回転軸３の振動とは逆の振幅を有する制振成分Ｓ１，Ｓ２を出力するように軸受装置１を制御する。これにより、回転軸３に生じた振動を打消し、減衰させることにより制振することができる。

また、本実施形態では、回転軸３の両端部にそれぞれ軸受装置１が設けられているため、上述の第一実施形態で説明した振れ回り振動、及び曲げ一次モード振動、Ｈモード振動、Ｘモード振動を含む種々の振動モードに対して、これを制振することが可能である。

１…軸受装置 ３…回転軸 ５…ステータ ６…インペラ １０…軸受本体 １１…軸受ケーシング １２…軸受パッド １２ａ…第一軸受パッド １２ｂ…第二軸受パッド １２ｃ…第三軸受パッド １２ｄ…第四軸受パッド Ｇ…流体 １３…潤滑油供給部 １３ａ…第一潤滑油供給部 １３ｂ…第二潤滑油供給部 １３ｃ…第三潤滑油供給部 １３ｄ…第四潤滑油供給部 １４…弁 １５…送油管 １６…ポンプ １７…制御装置 １７Ａ…制御装置本体 １８…制御信号線 ２０…油圧供給部 ３０…支持部材 １００…回転機械 １２０…裏金層 １２１…軸受層 Ｇ…間隙 Ｌ０…定常位置 Ｏ…軸線 Ｐｓ…定常成分 Ｐｖ…変動成分 Ｐａ…第一油圧 Ｐｂ…第二油圧 Ｐｃ…第三油圧 Ｐｄ…第四油圧 Ｓ１，Ｓ２…制振成分 ｔ…時刻 Ｖ１，Ｖ２…振動測定値

Claims (9)

1. 回転軸を軸線回りに回転可能に支持するパッド面を有し、周方向に複数が設けられた軸受パッドと、
   周方向に間隔をあけて複数が設けられて、各前記パッド面にそれぞれ潤滑油を供給する潤滑油供給部と、
   前記潤滑油供給部にそれぞれ前記潤滑油の油圧を供給する油圧供給部と、
   該油圧供給部を制御する制御装置と、を備え、
   該制御装置は、前記複数の潤滑油供給部に供給される油圧が、周期的に変動し、かつ、前記複数の潤滑油供給部間で互いに異なる位相となるように、前記油圧供給部を制御することで前記回転軸を振動させる
   ことを特徴とする軸受装置。
2. 前記制御装置は、互いに隣り合う二つの任意の前記潤滑油供給部のうち、前記回転軸の回転方向前方側に位置する前記潤滑油供給部に供給される油圧の前記変動の位相が、前記回転軸の回転方向後方側に位置する前記潤滑油供給部に供給される油圧の前記変動の位相よりも（３６０°／軸受パッドの個数）の位相だけ進んでいるように、前記油圧供給部を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記制御装置は、互いに隣り合う二つの任意の前記潤滑油供給部のうち、前記回転軸の回転方向前方側に位置する前記潤滑油供給部に供給される油圧の前記変動の位相が、前記回転軸の回転方向後方側に位置する前記潤滑油供給部に供給される油圧の前記変動の位相よりも（３６０°／軸受パッドの個数）の位相だけ遅れているように、前記油圧供給部を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
4. 前記軸受装置に設けられて、振動を測定するとともに、該振動を測定値として外部に出力する振動測定部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記振動測定部が出力した前記測定値に基づいて、前記潤滑油供給部に供給される油圧が、該振動とは逆位相の変動となるように制御する
   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軸受装置。
5. 前記油圧供給部は、前記潤滑油供給部と同数のポンプを有し、
   前記制御装置は、前記ポンプの吐出圧力を制御する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の軸受装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載された軸受装置を、前記回転軸の軸線方向で互いに異なる位置に複数備える
   ことを特徴とする回転機械。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の軸受装置を備える
   ことを特徴とする回転機械。
8. 回転軸を軸線回りに回転可能に支持するパッド面を有し、周方向に複数が設けられた軸受パッドと、周方向に間隔をあけて複数が設けられて、各前記パッド面にそれぞれ潤滑油を供給する潤滑油供給部と、前記潤滑油供給部にそれぞれ油圧を供給する油圧供給部と、
   を備える軸受装置を用いた前記回転軸の加振方法であって、
   前記油圧供給部によって前記複数の潤滑油供給部に、周期的に変動し、かつ、前記複数の潤滑油供給部間で互いに異なる位相となる前記油圧を供給することで前記回転軸を振動させる工程を有し、
   前記油圧を供給する工程では、互いに隣り合う二つの任意の前記潤滑油供給部のうち、前記回転軸の回転方向前方側に位置する前記潤滑油供給部に供給される油圧の前記変動の位相が、前記回転軸の回転方向後方側に位置する前記潤滑油供給部に供給される油圧の前記変動の位相よりも（３６０°／軸受パッドの個数）の位相だけ進んでいるように前記油圧を供給することを特徴とする回転軸の加振方法。
9. 回転軸を軸線回りに回転可能に支持するパッド面を有し、周方向に複数が設けられた軸受パッドと、周方向に間隔をあけて複数が設けられて、各前記パッド面にそれぞれ潤滑油を供給する潤滑油供給部と、前記潤滑油供給部にそれぞれ油圧を供給する油圧供給部と、
   を備える軸受装置を用いた前記回転軸の加振方法であって、
   前記油圧供給部によって前記複数の潤滑油供給部に、周期的に変動し、かつ、前記複数の潤滑油供給部間で互いに異なる位相となる前記油圧を供給することで前記回転軸を振動させる工程を有し、
   前記油圧を供給する工程では、互いに隣り合う二つの任意の前記潤滑油供給部のうち、前記回転軸の回転方向前方側に位置する前記潤滑油供給部に供給される油圧の前記変動の位相が、前記回転軸の回転方向後方側に位置する前記潤滑油供給部に供給される油圧の前記変動の位相よりも（３６０°／軸受パッドの個数）の位相だけ遅れているように前記油圧を供給することを特徴とする回転軸の加振方法。

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