JP6460818B2 - 軸受装置および回転機械 - Google Patents

Description

本開示は、回転軸を回転自在に支持するための軸受装置および回転機械に関する。

一般に、蒸気タービンやガスタービン等の回転機械は、ロータ軸（回転軸）を回転自在に支持するための軸受装置を備えている。通常、ロータ軸の外周面と、該ロータ軸を支持する軸受部の軸受面との間には、これらの間の潤滑性を確保するために潤滑油が介在している。

例えば、特許文献１には、回転軸の周方向に配置された複数の軸受パッドによってロータ軸を支持するように構成されたティルティングパッド軸受が記載されている。このティルティングパッド軸受においては、軸受パッドの上流側及び下流側に設けられた複数の給油ノズルから、ロータ軸の外周面と軸受パッドの軸受面との間に潤滑油が供給されるようになっている。なお、下半部キャリアリングの両端面にはサイドプレートが配置されており、給油ノズルから供給された潤滑油の外部への漏出を抑制するようになっている。

国際公開第２０１０／０９７９９０号

しかしながら、特許文献１に記載されるティルティングパッド軸受においては、ロータ軸の回転に伴って軸受パッドの軸受面とロータ軸の外周面との間を上流側から下流側へ向けて流れる油は、軸受パッドの軸受面又はロータ軸の外周面との摩擦によって昇温する。そのため、下流側の軸受パッドほど摩擦熱が蓄積して高温化した油が流れるので、温度上昇が著しくなる。軸受パッドの過度な温度上昇は軸受装置の動作不良を引き起こす要因の一つとなる可能性があるため、軸受パッドの温度上昇を抑制する技術が求められている。
この点、特許文献１には、軸受パッドの温度上昇を抑制するための具体的な対策については何ら開示されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、軸受部の温度上昇を効果的に抑制し得る軸受装置および回転機械を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る軸受装置は、
キャリアリングと、
前記キャリアリングの内周側においてロータ軸の外周に沿って設けられた第１軸受部と、
前記キャリアリングの内周側において前記第１軸受部よりも前記ロータ軸の回転方向下流側に前記ロータ軸の外周に沿って設けられた第２軸受部と、
前記キャリアリングの軸方向における両側において、前記ロータ軸の外周に沿って設置された一対のサイドプレートと、を備え、
各々の前記サイドプレートの内周面のうち前記キャリアリング側の領域には、前記第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部において前記第１軸受部の側面に沿って周方向に延在する溝が形成されており、
前記第１軸受部の内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間から前記溝に流入した油を案内し、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間に前記油を戻すように構成された油案内部をさらに備えることを特徴とする。

上記（１）の軸受装置によれば、第１軸受部の側面に沿って周方向に延在する溝を流れる比較的低温の油が、油案内部によって第１軸受部の下流側端部と第２軸受部の上流側端部との間に戻されるようになっている。そのため、第２軸受部の内周面とロータ軸の外周面との間に比較的低温の油を供給することができ、第２軸受部の温度上昇を効果的に抑制できる。

（２）一実施形態では、上記（１）の構成において、
前記油案内部は、前記溝内において前記キャリアリング側に迫り出すように各々の前記サイドプレートに設けられた整流壁を含み、
前記整流壁は、前記ロータ軸の回転方向下流側に向かうにつれて前記キャリアリングに近づくように、前記ロータ軸の軸方向に直交する方向に対して傾斜している。
上記（２）の構成によれば、油案内部が、溝内においてキャリアリング側に迫り出すように各々のサイドプレートに設けられた整流壁を含むので、整流壁によって、溝を流れる油の流れ方向を第２軸受部の幅方向中央側へ向くように変化させることができる。また、整流壁は、ロータ軸の回転方向下流側に向かうにつれてキャリアリングに近づくように、ロータ軸の軸方向に直交する方向に対して傾斜しているので、溝内における油の流れ（サイドフロー）を阻害せず円滑に流れ方向を変化させることができる。

（３）他の実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記油案内部は、前記溝にそれぞれ開口する油入口孔および油出口孔との間を連通するように前記サイドプレートの内部に設けられた内部流路を含み、
前記油入口孔は、前記第１軸受部の側方に位置するように設けられ、
前記油出口孔は、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間の周方向位置に設けられている。
上記（３）の構成によれば、溝内における油の流れ（サイドフロー）は、第１軸受部の側方の油入口孔から内部流路を通って、第１軸受部の下流側端部と第２軸受部の上流側端部との間に設けられた油出口孔から溝内に戻るようになっている。そのため、第１軸受部と第２軸受部との間のサイドフローの流路を前記内部流路に制限して、第１軸受部から第２軸受部側へ確実にサイドフローを導くことができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記溝は、前記第１軸受部および前記第２軸受部の延設範囲を含む周方向範囲において、前記ロータ軸の外周に沿って延在している。
上記（４）の構成によれば、第１軸受部および第２軸受部の延設範囲を含む周方向範囲においてサイドプレートに設けられた溝を介して、第１軸受部の側方に漏れ出た比較的低温の油を第２軸受部の上流側端部に向けて下流側に導くことができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
各々の前記サイドプレートの軸方向における全幅をＷとし、前記溝の軸方向幅をＷ_ｇとしたとき、０．１５Ｗ≦Ｗ_ｇを満たす。
これにより、溝の流路断面積を十分に確保することができ、第１軸受部の内周面とロータ軸の外周面との間の隙間から側方に漏れ出た比較的低温の油を油案内部に向けて下流側に効果的に導くことができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
各々の前記サイドプレートの内周面に設けられ、前記第１軸受部の下流側端部を挟んで前記ロータ軸の回転方向における両側において前記ロータ軸の外周に沿って延在するフィンをさらに備え、
前記溝は、前記フィンと該フィンよりも前記キャリアリング側の前記サイドプレートの内周面とで画定される凹部によって形成される。
上記（６）の構成によれば、ロータ軸の外周に沿ってサイドプレートの内周面にフィンを設けることで、簡素な構成で以って溝（凹部）を形成することができる。また、サイドプレートの外周面のうちフィン以外の部位が溝として機能するため、第１軸受部の内周面とロータ軸の外周面との間の隙間から側方に漏れ出た比較的低温の油を導くための溝の流路断面積を十分に確保することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
各々の前記サイドプレートの内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間は、前記第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部の周方向領域の方が、前記第１軸受部の上流側端部よりも上流側、且つ、前記第２軸受部の下流側端部よりも下流側の周方向範囲の少なくとも一部に比べて狭い。
上記（７）のように、第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部の周方向領域におけるサイドプレート内周面とロータ軸外周面との間の隙間を比較的小さくすることで、溝内における比較的低温の油が前記隙間を介して外部に排出されることを抑制できる。これにより、油案内部によって第２軸受部に向けて導かれる比較的低温の油（溝内を流れる油）の流量を十分に確保することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記溝の底面は、前記第１軸受部の外周面に比べて、前記キャリアリングの半径方向における内側に位置する。
上記（８）の構成によれば、溝が第１軸受部の外周面よりもキャリアリングの半径方向内側に位置するので、サイドプレートの溝の底面及び側面と第１軸受部の側面とで囲まれる空間に第１軸受部から側方に漏れ出た比較的低温の油を受け入れることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記キャリアリングの上半領域の内周側に設けられ、前記ロータ軸の跳ね上がりを上方から押さえ込むように構成された半円環軸受部をさらに備え、
前記第１軸受部および前記第２軸受部は、それぞれ、前記キャリアリングの下半領域の内周側に設けられ、前記ロータ軸を下方から支えるように構成された一対の軸受パッドである。
上記（９）の構成によれば、キャリアリングの上半領域の内周側に半円環軸受部が設けられているので、半円環軸受部によってロータ軸の跳ね上がりを押さえ込むことができ、ロータ軸の跳ね上がりによる回転機械各部の破損等を防止できる。また、キャリアリングの下半領域に第１軸受部および第２軸受部（一対の軸受パッド）が設けられているので、一対の軸受パッドによってロータ軸を適切に支持できる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、
上記（１）乃至（９）の何れか一に記載の軸受装置と、
前記軸受装置によって支持される回転軸と、を備えることを特徴とする。
上記（１０）の回転機械によれば、軸受装置の第２軸受部の温度上昇を抑制可能であるため、回転機械の円滑な運転が可能となる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、第１軸受部の側面に沿って周方向に延在する溝を流れる比較的低温の油を、第１軸受部の下流側端部と第２軸受部の上流側端部との間に戻すようにしたので、第２軸受部の内周面とロータ軸の外周面との間に比較的低温の油を供給することができ、第２軸受部の温度上昇を効果的に抑制できる。

一実施形態に係る軸受装置の軸方向に沿った断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 一実施形態に係る軸受装置の下半領域を部分的に示す斜視図である。 図３に示した軸受装置の下半領域をＣ方向から視た展開図である。 図３に示した軸受装置の下半領域のＤ−Ｄ線断面図である。 図３に示した軸受装置の下半領域のＥ−Ｅ線断面図である。 他の実施形態に係る軸受装置の下半領域を部分的に示す斜視図である。 図７に示した軸受装置の下半領域をＦ方向から視た展開図である。 図７に示した軸受装置の下半領域のＧ−Ｇ線断面図である。 図７に示した軸受装置の下半領域のＨ方向矢視図である。 他の実施形態におけるサイドプレートの構成例を示す断面図である。 他の実施形態における軸受装置の下半領域を部分的に示す断面図（図４に対応）である。 さらに他の実施形態における軸受装置の下半領域を部分的に示す断面図（図８に対応）である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

最初に、図１及び図２を参照して、幾つかの実施形態に係る軸受装置１０に共通の全体構成について説明する。
図１は、一実施形態に係る軸受装置１０の軸方向に沿った断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２は軸方向に直交する断面である。また、本実施形態において軸方向とは、軸受装置１０に支持されるロータ軸２の中心軸線Ｏの方向であり、径方向とはロータ軸２の半径方向であり、周方向とはロータ軸２の周方向である。

図１及び図２に示す軸受装置１０は、潤滑方式（給油方式）として直接潤滑方式を採用したティルティングパッド軸受（ジャーナル軸受）であり、下半領域に第１軸受部（第１軸受パッド３０）及び第２軸受部（第２軸受パッド３２）が配置された構成を有している。以下、図示される軸受装置１０について例示的に説明するが、本実施形態に係る軸受装置１０はこの構成に限定されるものではない。例えば、他の実施形態に係る軸受装置１０は、スラスト軸受であってもよいし、潤滑方式として、油浴方式や他の潤滑方式を採用してもよい。また、他の実施形態においては、上半領域にもさらに２個の軸受パッドが配置され、周方向に計４個の軸受パッドが取り付けられた構成であってもよいし、下半領域に３個以上の軸受パッドが取り付けられた構成であってもよい。

なお、本実施形態に係る軸受装置１０が適用される回転機械１としては、ガスタービンや蒸気タービン（例えば原子力プラントの蒸気タービン）や機械駆動用タービン等のタービン、風力発電装置等の風力機械、または過給機などが挙げられる。
ここで、回転機械１は、回転駆動されるロータ軸２と、ロータ軸２を収容する軸受ハウジング（不図示）と、ロータ軸２を支持するための軸受装置１０と、を備える。

一実施形態において、軸受装置１０は、回転機械１の軸受ハウジング（不図示）に取り付けられたキャリアリング１１と、キャリアリング１１の軸方向における両側に配置された一対のサイドプレート１７，１８と、キャリアリング１１の内周側に配置された第１軸受パッド３０及び第２軸受パッド３２と、を備える。

また、軸受装置１０は、第２軸受パッド３２の温度上昇を抑制するための構成として、油案内部４０，５０（図３及び図７参照）をさらに備える。なお、油案内部４０，５０を含む構成については後述する。

以下、軸受装置１０の各部材の具体的な構成例について説明する。
キャリアリング１１は、上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３を含む。上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３は、それぞれ、軸方向に直交する断面が半円弧状となるような内周面１２ａ，１３ａ及び外周面１２ｂ，１３ｂを有している。なお、図示される例では、キャリアリング１１が上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３に分割された構成を示しているが、キャリアリング１１は一体構造であってもよい。

キャリアリング１１の軸方向の両端側には、ロータ軸２の外周に沿って、一対のサイドプレート１７，１８が配置されている。サイドプレート１７，１８は、円板状に形成されており、中央にロータ軸２が貫通する穴が形成されている。これらのサイドプレート１７，１８によって、後述する給油ノズル２５〜２９から供給される潤滑油の外部への漏出を適度に抑制するようになっている。

上半部キャリアリング１２は、主としてロータ軸２の跳ね上がりを上方から押え込むために、内周面１２ａにガイドメタル（半円環軸受部）２０，２１が取り付けられている。例えば、上半部キャリアリング１２の軸方向の両端側で且つサイドプレート１７，１８よりも軸方向において内側に、一対のガイドメタル２０，２１が取り付けられている。ガイドメタル２０，２１は、半円形状に形成されている。
このように、上半部キャリアリング１２の内周側にガイドメタル２０，２１が設けられているので、ガイドメタル２０，２１によってロータ軸２の跳ね上がりを押さえ込むことができ、ロータ軸２の跳ね上がりによる部品の破損等を防止できる。なお、キャリアリング１１が、上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３に分割された構造ではなく一体構造である場合、あるいは３以上に分割された構造である場合、ガイドメタル２０，２１は、キャリアリング１１の上半領域に設けられていればよい。

上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３には、少なくとも一本の給油ノズル２５〜２９が設けられている。
図２に示す例では、ロータ軸２が図中矢印Ｓに示すように時計回りに回転する場合、ロータ軸２の回転方向Ｓにおいて上流側から第１給油ノズル２５、第２給油ノズル２６、第３給油ノズル２７、第４給油ノズル２８、第５給油ノズル２９を含む計５本の給油ノズルが設けられている。第１給油ノズル２５及び第２給油ノズル２６は、上流側に位置する第１軸受パッド３０よりも上流側に、周方向に並んで配置されている。第２給油ノズル２６と軸受パッド３０の上流側端部との間には間隙が設けられていてもよい。第３給油ノズル２７及び第４給油ノズル２８は、第１軸受パッド３０と、該第１軸受パッド３０よりも下流側に位置する第２軸受パッド３２との間に、周方向に並んで配置されている。第１軸受パッド３０の下流側端部と第３給油ノズル２７との間には間隙が設けられていてもよい。第４給油ノズル２８と第２軸受パッド３２の上流側端部との間には間隙が設けられていてもよい。第５給油ノズル２９は、第２軸受パッド３２よりも下流側に配置されている。第５給油ノズル２９と第２軸受パッド３２との間には間隙が設けられていてもよい。

キャリアリング１１の内部には、潤滑油供給路（不図示）が形成されている。潤滑油供給路に供給された潤滑油は各給油ノズル２５〜２９に送られて、各給油ノズル２５〜２９から軸受パッド３０，３２の近傍に噴出される。

第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２は、下半部キャリアリング１３の内周側に設けられ、ロータ軸２を下方から支えるように構成されている。
第１軸受パッド３０は、下半部キャリアリング１３の内周側においてロータ軸２の外周に沿って設けられている。
第２軸受パッド３２は、下半部キャリアリング１３の内周側において第１軸受パッド３０よりもロータ軸２の回転方向Ｓの下流側にロータ軸２の外周に沿って設けられている。
このように、下半部キャリアリング１３に第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２が設けられているので、第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２によってロータ軸２を適切に支持できる。

なお、キャリアリング１１が、上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３に分割された構造ではなく一体構造である場合、あるいは３以上に分割された構造である場合、第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２は、キャリアリング１１の下半領域に設けられていればよい。
また、第１軸受パッド３０及び第２軸受パッド３２は、周方向に隣り合う２個の軸受パッドを指すものであって、特定の軸受パッドを指すものではない。例えば、回転方向Ｓの上流側から順に３個の軸受パッドが設けられた構成において、最上流の軸受パッド及び中間の軸受パッドに着目した場合、最上流の軸受パッドが第１軸受パッド３０となり、中間の軸受パッドが第２軸受パッド３２となる。あるいは、中間の軸受パッド及び最下流の軸受パッドに着目した場合、中間の軸受パッドが第１軸受パッド３０となり、最下流の軸受パッドが第２軸受パッド３２となる。

次に、図３乃至図１３を参照して、油案内部４０，５０とその周辺構造について具体的に説明する。

幾つかの実施形態に係る軸受装置１０において、油案内部４０，５０は、各々のサイドプレート１７，１８の内周面のうち下半部キャリアリング１３側の領域に、第１軸受パッド３０の延設範囲の少なくとも一部において第１軸受パッド３０の側面に沿って周方向に延在する溝１７ｂ，１８ｂが形成されている。例えば、溝１７ｂ，１８ｂは、各々のサイドプレート１７，１８の内周面に設けられた突出部１７ａ，１８ａと、該突出部１７ａ，１８ａよりも下半部キャリアリング１３側のサイドプレート１７，１８の内周面とで画定される凹部によって形成される。突出部１７ａ，１８ａは、第１軸受パッド３０の下流側端部を挟んでロータ軸２の回転方向Ｓにおける両側においてロータ軸２の外周に沿って延在している。このように、ロータ軸２の外周に沿ってサイドプレート１７，１８の内周面に突出部１７ａ，１８ａを設けることで、簡素な構成で以って溝（凹部）１７ｂ，１８ｂを形成することができる。

溝１７ｂ，１８ｂは、第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２の延設範囲を含む周方向範囲において、ロータ軸２の外周に沿って延在していてもよい。
これにより、第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２の延設範囲を含む周方向範囲においてサイドプレート１７，１８に設けられた溝１７ｂ，１８ｂを介して、第１軸受パッド３０の側方に漏れ出た比較的低温の油を第２軸受パッド３２の上流側端部に向けて下流側に導くことができる。

溝１７ｂ，１８ｂの底面（ロータ軸２の外周面に対向する面）は、第１軸受パッド３０の外周面３０ｂに比べて、下半部キャリアリング１３の半径方向における内側に位置する。
この構成によれば、溝１７ｂ，１８ｂが第１軸受パッド３０の外周面３０ｂよりも径方向内側に位置するので、溝１７ｂ，１８ｂを流れる油が第１軸受パッド３０の外周面３０ｂに流入することを防げる。
なお、溝１７ｂ，１８ｂの底面は、第２軸受パッド３２の外周面３２ｂに比べて、下半部キャリアリング１３の半径方向における内側に位置するようにしてもよい。

また、図４及び図８に示すように、各々のサイドプレート１７，１８の軸方向における全幅をＷとし、溝１７ｂ，１８ｂの軸方向幅をＷ_ｇとしたとき、０．１５Ｗ≦Ｗ_ｇを満たすようにしてもよい。
これにより、溝１７ｂ，１８ｂの流路断面積を十分に確保することができ、第１軸受パッド３０の内周面３０ａとロータ軸２の外周面との間の隙間から側方に漏れ出た比較的低温の油を油案内部４０，５０に向けて下流側に効果的に導くことができる。

一実施形態における軸受装置１０は、各々のサイドプレート１７，１８の内周面のうち下半部キャリアリング１３側の領域に、第１軸受パッド３０の延設範囲の少なくとも一部において第１軸受パッド３０の側面に沿って周方向に延在する溝１７ｂ，１８ｂが形成されている。例えば、溝１７ｂ，１８ｂは、各々のサイドプレート１７，１８の内周面に設けられた突出部１７ａ，１８ａと、該突出部１７ａ，１８ａよりも下半部キャリアリング１３側のサイドプレート１７，１８の内周面とで画定される凹部によって形成される。突出部１７ａ，１８ａは、第１軸受パッド３０の下流側端部を挟んでロータ軸２の回転方向Ｓにおける両側においてロータ軸２の外周に沿って延在している。このように、ロータ軸２の外周に沿ってサイドプレート１７，１８の内周面に突出部１７ａ，１８ａを設けることで、簡素な構成で以って溝（凹部）１７ｂ，１８ｂを形成することができる。

溝１７ｂ，１８ｂは、第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２の延設範囲を含む周方向範囲において、ロータ軸２の外周に沿って延在していてもよい。
これにより、第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２の延設範囲を含む周方向範囲においてサイドプレート１７，１８に設けられた溝１７ｂ，１８ｂを介して、第１軸受パッド３０の側方に漏れ出た比較的低温の油を第２軸受パッド３２の上流側端部に向けて下流側に導くことができる。

溝１７ｂ，１８ｂの底面（ロータ軸２の外周面に対向する面）は、第１軸受パッド３０の外周面３０ｂに比べて、下半部キャリアリング１３の半径方向における内側に位置する。
この構成によれば、溝１７ｂ，１８ｂが第１軸受パッド３０の外周面３０ｂよりも径方向内側に位置するので、溝１７ｂ，１８ｂを流れる油が第１軸受パッド３０の外周面３０ｂに流入することを防げる。
なお、溝１７ｂ，１８ｂの底面は、第２軸受パッド３２の外周面３２ｂに比べて、下半部キャリアリング１３の半径方向における内側に位置するようにしてもよい。

また、図４及び図８に示すように、各々のサイドプレート１７，１８の軸方向における全幅をＷとし、溝１７ｂ，１８ｂの軸方向幅をＷ_ｇとしたとき、０．１５Ｗ≦Ｗ_ｇを満たすようにしてもよい。
これにより、溝１７ｂ，１８ｂの流路断面積を十分に確保することができ、第１軸受パッド３０の内周面３０ａとロータ軸２の外周面との間の隙間から側方に漏れ出た比較的低温の油を油案内部４０，５０に向けて下流側に効果的に導くことができる。

一実施形態において、各々のサイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間の隙間は、第１軸受パッド３０の延設範囲の少なくとも一部の周方向領域の方が、第１軸受パッド３０の上流側端部よりも上流側、且つ、第２軸受パッド３２の下流側端部よりも下流側の周方向範囲の少なくとも一部に比べて狭い。
これにより、第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部の周方向領域におけるサイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間の隙間を比較的小さくすることで、溝１７ｂ，１８ｂ内における比較的低温の油が前記隙間を介して外部に排出されることを抑制できる。これにより、油案内部４０，５０によって第２軸受パッド３２に向けて導かれる比較的低温の油（溝内を流れる油）の流量を十分に確保することができる。

図３乃至図１２に示すように、幾つかの実施形態では、軸受装置１０は、上記構成に加えて、油案内部４０，５０をさらに備える。
油案内部４０，５０は、第１軸受パッド３０の内周面３０ａとロータ軸２の外周面との間の隙間から溝１７ｂ，１８ｂに流入した油を案内し、第１軸受パッド３０の下流側端部と第２軸受パッド３２の上流側端部との間に油を戻すように構成されている。

上記構成によれば、第１軸受パッド３０の側面に沿って周方向に延在する溝１７ｂ，１８ｂを流れる比較的低温の油が、油案内部４０，５０によって第１軸受パッド３０の下流側端部と第２軸受パッド３２の上流側端部との間に戻されるようになっている。そのため、第２軸受パッド３２の内周面とロータ軸２の外周面との間に比較的低温の油を供給することができ、第２軸受パッド３２の温度上昇を効果的に抑制できる。

なお、第１軸受パッド３０の下流側端部と第２軸受パッド３２の上流側端部との間には、上述した給油ノズル（第３給油ノズル２７及び第４給油ノズル２８）が設けられている。給油ノズル２７，２８の油噴出孔２７ｂ，２８ｂから噴出した油は、第２軸受パッド３２の内周面３２ａとロータ軸２の外周面との間に供給されるようになっている。そのため、サイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間の隙間から外部へ油が漏れ出るような場合であっても、第２軸受パッド３２の内周面３２ａとロータ軸２の外周面との間に、良好な潤滑性を確保し得る十分な量の油を供給することができる。

続いて、各実施形態に係る軸受装置１０について、それぞれ詳細に説明する。

図３は、一実施形態に係る軸受装置１０の下半領域を部分的に示す斜視図である。図４は、図３に示した軸受装置１０の下半領域をＣ方向から視た展開図である。図５は、図３に示した軸受装置１０の下半領域のＤ−Ｄ線断面図である。図６は、図３に示した軸受装置１０の下半領域のＥ−Ｅ線断面図である。

一実施形態に係る軸受装置１０において、油案内部４０は、溝１７ｂ，１８ｂ内において下半部キャリアリング１３側に迫り出すように各々のサイドプレート１７，１８に設けられた整流壁４１を含む。
整流壁４１は、ロータ軸２の回転方向Ｓの下流側に向かうにつれて下半部キャリアリング１３に近づくように、ロータ軸２の軸方向に直交する方向に対して傾斜した傾斜面４１ａを有している。図示される例では、整流壁４１は、平面視（図３のＣ方向矢視）において、一辺が傾斜面４１ａである三角形状を有している。あるいは、図示しないが整流壁４１は、傾斜面４１ａを有する板状に形成されてもよい。また、図示される例では、傾斜面４１ａは平面形状となっている。あるいは、図示しないが傾斜面４１ａは、平面視において回転方向Ｓの下流側に凸の湾曲面形状であってもよい。また、整流壁４１は、回転方向Ｓにおいて、第２軸受パッド３２よりも上流側に位置してもよい。あるいは、整流壁４１は、回転方向Ｓにおいて、第２軸受パッド３２よりも上流側、且つ、第１軸受パッド３０よりも下流側に位置してもよい。

上記構成によれば、油案内部４０が、溝１７ｂ，１８ｂ内において下半部キャリアリング１３側に迫り出すように各々のサイドプレート１７，１８に設けられた整流壁４１を含むので、整流壁４１によって、溝１７ｂ，１８ｂを流れる油の流れ方向を第２軸受パッド３２の幅方向中央側へ向くように変化させることができる。また、整流壁４１は、ロータ軸２の回転方向Ｓの下流側に向かうにつれて下半部キャリアリング１３に近づくように、ロータ軸２の軸方向に直交する方向に対して傾斜した傾斜面４１ａを有しているので、溝１７ｂ，１８ｂの内部における油の流れを阻害せず円滑に流れ方向を変化させることができる。

図７は、他の実施形態に係る軸受装置１０の下半領域を部分的に示す斜視図である。図８は、図７に示した軸受装置１０の下半領域をＦ方向から視た展開図である。図９は、図７に示した軸受装置１０の下半領域のＧ−Ｇ線断面図である。図１０は、図７に示した軸受装置１０の下半領域のＨ−Ｈ線断面図である。図１１は、図７に示した軸受装置１０の変形例を示す断面図（図４に対応）である。図１２は、図７に示した軸受装置１０の他の変形例を示す断面図（図８に対応）である。

他の実施形態に係る軸受装置１０において、油案内部５０は、溝１７ｂ，１８ｂにそれぞれ開口する油入口孔５１および油出口孔５２との間を連通するようにサイドプレート１７，１８の内部に設けられた内部流路５３を含む。油入口孔５１は、第１軸受パッド３０の側方に位置するように設けられている。具体的には、油入口孔５１は、溝１７ｂ，１８ｂの底面（ロータ軸２に対向する面）に開口しており、少なくとも一つ以上設けられている。油出口孔５２は、第１軸受パッド３０の下流側端部と第２軸受パッド３２の上流側端部との間の周方向位置に設けられている。具体的には、油出口孔５２は、溝１７ｂ，１８ｂの底面（ロータ軸２に対向する面）に開口しており、少なくとも一つ以上設けられている。図示される例では、内部流路５３は、複数の油入口孔５１から径方向外側へそれぞれ延在する複数の第１径方向流路５３ａと、複数の油出口孔５２から径方向外側へそれぞれ延在する複数の第２径方向流路５３ｂと、複数の第１径方向流路５３ａおよび複数の第２径方向流路５３ｂに連通し、周方向に延在した１本の周方向流路５３ｃと、を含んでいる。

この実施形態においては、溝１７ｂ，１８ｂ内における油の流れ（サイドフロー）は、第１軸受パッド３０の側方の油入口孔５１から内部流路５３を通って、第１軸受パッド３０の下流側端部と第２軸受パッド３２の上流側端部との間に設けられた油出口孔５２から溝１７ｂ，１８ｂ内に戻るようになっている。そのため、第１軸受パッド３０と第２軸受パッド３２との間のサイドフローの流路を前記内部流路５３に制限して、第１軸受パッド３０から第２軸受パッド３２側へ確実にサイドフローを導くことができる。

また、一実施形態において、サイドプレート１７，１８には、油出口孔５２よりも下流側において溝１７ｂ，１８ｂを横断するように、突出部１７ａ，１８ａから軸方向内側に張り出したフランジ部１７ｅ，１８ｅが設けられている。すなわち、フランジ部１７ｅ，１８ｅは、油出口孔５２から溝１７ｂ，１８ｂ内に戻された油が、回転方向Ｓに流れることを阻止するように構成されている。このため、油出口孔５２から溝１７ｂ，１８ｂ内に戻された油は、第２軸受パッド３２の上流側端部へ向けて軸方向に沿って流れる。これにより、溝１７ｂ，１８ｂ内を流れる低温の油を、第２軸受パッド３２の上流側へ円滑に導くことができる。
他の実施形態では、油出口孔５２が、軸方向における軸受装置１０の中心側を向くように傾斜して設けられていてもよい。これにより、油出口孔５２から溝１７ｂ，１８ｂ内に戻された低温の油は、油出口孔５２によって流れ方向が転換され、第２軸受パッド３２の上流側へ円滑に導かれることとなる。

上記構成において、各サイドプレート１７，１８には、第１軸受パッド３０の下流側、且つ、第２軸受パッド３２の上流側に開口部５４ａが形成されていてもよい。具体的には、サイドプレート１７，１８に形成された突出部１７ａ，１８ａは、第１軸受パッド３０の下流側、且つ、第２軸受パッド３２の上流側において途切れており、突出部１７ａ，１８ａの途切れた端部から軸方向内側へ向けて突出した凸部１７ｃ，１８ｃ及び凸部１７ｄ，１８ｄが設けられている。凸部１７ｃ及び凸部１７ｄは周方向に離間して配置されており、凸部１７ｃ及び凸部１７ｄの各壁面とサイドプレート１７の内周面とによって開口部５４ａが形成されている。同様に、凸部１８ｃ及び凸部１８ｄは周方向に離間して配置されており、凸部１８ｃ及び凸部１８ｄの各壁面とサイドプレート１８の内周面とによって開口部５４ａが形成されている。すなわち、開口部５４ａは、サイドプレート１７，１８の内周面側の縁部が径方向に凹んだ凹部から形成されている。そして、開口部５４ａを介して、第１軸受パッド３０の下流側端部と第２軸受パッド３２の上流側端部との間の空間と、軸受装置１０の外部空間とが、軸方向において連通している。この開口部５４ａによれば、第１軸受パッド３０の内周面３０ａとロータ軸２の外周面との間においてロータ軸２の周方向に向けて流れる高温の油の一部が、第２軸受パッド３２の内周面３２ａとロータ軸２の外周面との間に流入する前に、サイドプレート１７，１８に形成された開口部５４ａを介して排出され、第２軸受パッド３２の温度上昇の抑制に寄与する。

上述したように、本発明の実施形態によれば、第１軸受パッド３０の側面に沿って周方向に延在する溝１７ｂ，１８ｂを流れる比較的低温の油を、第１軸受パッド３０の下流側端部と第２軸受パッド３２の上流側端部との間に戻すようにしたので、第２軸受パッド３２の内周面３２ａとロータ軸２の外周面との間に比較的低温の油を供給することができ、第２軸受パッド３２の温度上昇を効果的に抑制できる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、図３乃至図１０に示す実施形態では、サイドプレート１７，１８に設けられた突出部１７ａ，１８ａによって溝１７ｂ，１８ｂが形成されているが、図１１に示すように、サイドプレート１７に設けられたフィン１７ａ’によって溝１７ｂが形成されてもよい。ここで、図１１は、他の実施形態におけるサイドプレート１７の軸方向に沿った断面図である。上述した図３及び図７、並びに図１３を参照して、フィン１７ａ’は、サイドプレート１７の内周面に設けられ、第１軸受パッド３０の下流側端部を挟んでロータ軸２の回転方向における両側においてロータ軸２の外周に沿って延在する。そして、溝１７ｂは、フィンと１７ａ’と該フィン１７ａ’よりも下半部キャリアリング１３側のサイドプレート１７の内周面とで画定される凹部によって形成される。なお、同図においてサイドプレート１８は省略しているが、サイドプレート１８においてもフィンによって溝１８ｂが形成される。この構成によれば、ロータ軸２の外周に沿ってサイドプレート１７，１８の内周面にフィン１７ａ’を設けることで、簡素な構成で以って溝（凹部）を形成することができる。また、サイドプレート１７，１８の外周面のうちフィン１７ａ’以外の部位が溝１７ｂ，１８ｂとして機能するため、第１軸受パッド３０の内周面３０ａとロータ軸２の外周面との間の隙間から側方に漏れ出た比較的低温の油を導くための溝１７ｂ，１８ｂの流路断面積を十分に確保することができる。

さらに、図３乃至図１０に示す実施形態では、油案内部４０，５０によって、第１軸受パッド３０の下流側端部と第２軸受パッド３２の上流側端部との間にサイドフローを戻す構成となっているが、サイドフローの戻し位置は、隣接する任意の軸受部（２０，２１，３０，３２）の間であってもよい。
例えば、図１２及び図１３に示すように、半円環軸受部（ガイドメタル２０，２１）および軸受パッド（３０，３２）を含む複数の軸受部のうち、周方向に隣接する２つの軸受部間にサイドフローを戻すようにしてもよい。図１２に示す例示的な実施形態では、半円環軸受部（ガイドメタル２０，２１）と第１軸受パッド３０との間、第１軸受パッド３０と第２軸受パッド３２との間、および、第２軸受パッド３２と半円環軸受部（ガイドメタル２０，２１）との間に整流壁４１が設けられている。また、図１３に示す例示的な実施形態では、内部流路５３を通過した油が、半円環軸受部（ガイドメタル２０，２１）と第１軸受パッド３０との間、第１軸受パッド３０と第２軸受パッド３２との間、および、第２軸受パッド３２と半円環軸受部（ガイドメタル２０，２１）との間に、それぞれ戻されるようになっている。

例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 回転機械
２ ロータ軸
１０ 軸受装置
１１ キャリアリング
１２ 上半部キャリアリング
１３ 下半部キャリアリング
１７，１８ サイドプレート
１７ａ，１８ａ 突出部
１７ａ’ フィン
１７ｂ，１８ｂ 溝
２０，２１ ガイドメタル（半円環軸受部）
２５〜２９ 給油ノズル
３０ 第１軸受パッド
３２ 第２軸受パッド
４０ 油案内部
４１ 整流壁
４１ａ 傾斜面
４２ａ 開口部
４３ 内部流路
５０ 油案内部
５１ 油入口孔
５２ 油出口孔
５３ 内部流路
５３ａ 第１径方向流路
５３ｂ 第２径方向流路
５３ｃ 周方向流路

Claims (10)

1. キャリアリングと、
   前記キャリアリングの内周側においてロータ軸の外周に沿って設けられた第１軸受部と、
   前記キャリアリングの内周側において前記第１軸受部よりも前記ロータ軸の回転方向下流側に前記ロータ軸の外周に沿って設けられた第２軸受部と、
   前記キャリアリングの軸方向における両側において、前記ロータ軸の外周に沿って設置された一対のサイドプレートと、を備え、
   各々の前記サイドプレートは、該サイドプレートの内周面のうち前記軸方向にて前記キャリアリング側の端部領域に設けられる凹部を含み、
   前記凹部によって、前記第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部において前記第１軸受部の側面に沿って周方向に延在するとともに、前記軸方向にて前記第１軸受部の前記側面に向かって開口する溝が形成されており、
   前記第１軸受部の内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間から前記溝に流入した油を案内し、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間に前記油を戻すように構成された油案内部をさらに備えることを特徴とする軸受装置。
2. キャリアリングと、
   前記キャリアリングの内周側においてロータ軸の外周に沿って設けられた第１軸受部と、
   前記キャリアリングの内周側において前記第１軸受部よりも前記ロータ軸の回転方向下流側に前記ロータ軸の外周に沿って設けられた第２軸受部と、
   前記キャリアリングの軸方向における両側において、前記ロータ軸の外周に沿って設置された一対のサイドプレートと、を備え、
   各々の前記サイドプレートの内周面のうち前記キャリアリング側の領域には、前記第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部において前記第１軸受部の側面に沿って周方向に延在する溝が形成されており、
   前記第１軸受部の内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間から前記溝に流入した油を案内し、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間に前記油を戻すように構成された油案内部をさらに備え、
   前記油案内部は、前記溝内において前記キャリアリング側に迫り出すように各々の前記サイドプレートに設けられた整流壁を含み、
   前記整流壁は、前記ロータ軸の回転方向下流側に向かうにつれて前記キャリアリングに近づくように、前記ロータ軸の軸方向に直交する方向に対して傾斜していることを特徴とする軸受装置。
3. キャリアリングと、
   前記キャリアリングの内周側においてロータ軸の外周に沿って設けられた第１軸受部と、
   前記キャリアリングの内周側において前記第１軸受部よりも前記ロータ軸の回転方向下流側に前記ロータ軸の外周に沿って設けられた第２軸受部と、
   前記キャリアリングの軸方向における両側において、前記ロータ軸の外周に沿って設置された一対のサイドプレートと、を備え、
   各々の前記サイドプレートの内周面のうち前記キャリアリング側の領域には、前記第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部において前記第１軸受部の側面に沿って周方向に延在する溝が形成されており、
   前記第１軸受部の内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間から前記溝に流入した油を案内し、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間に前記油を戻すように構成された油案内部をさらに備え、
   前記油案内部は、前記溝にそれぞれ開口する油入口孔および油出口孔との間を連通するように前記サイドプレートの内部に設けられた内部流路を含み、
   前記油入口孔は、前記第１軸受部の側方に位置するように設けられ、
   前記油出口孔は、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間の周方向位置に設けられたことを特徴とする軸受装置。
4. 前記溝は、前記第１軸受部および前記第２軸受部の延設範囲を含む周方向範囲において、前記ロータ軸の外周に沿って延在していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の軸受装置。
5. 各々の前記サイドプレートの軸方向における全幅をＷとし、前記溝の軸方向幅をＷ_ｇとしたとき、０．１５Ｗ≦Ｗ_ｇを満たすことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の軸受装置。
6. キャリアリングと、
   前記キャリアリングの内周側においてロータ軸の外周に沿って設けられた第１軸受部と、
   前記キャリアリングの内周側において前記第１軸受部よりも前記ロータ軸の回転方向下流側に前記ロータ軸の外周に沿って設けられた第２軸受部と、
   前記キャリアリングの軸方向における両側において、前記ロータ軸の外周に沿って設置された一対のサイドプレートと、を備え、
   各々の前記サイドプレートの内周面のうち前記キャリアリング側の領域には、前記第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部において前記第１軸受部の側面に沿って周方向に延在する溝が形成されており、
   前記第１軸受部の内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間から前記溝に流入した油を案内し、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間に前記油を戻すように構成された油案内部をさらに備え、
   各々の前記サイドプレートの内周面に設けられ、前記第１軸受部の下流側端部を挟んで前記ロータ軸の回転方向における両側において前記ロータ軸の外周に沿って延在するフィンをさらに備え、
   前記溝は、前記フィンと該フィンよりも前記キャリアリング側の前記サイドプレートの内周面とで画定される凹部によって形成されることを特徴とする軸受装置。
7. キャリアリングと、
   前記キャリアリングの内周側においてロータ軸の外周に沿って設けられた第１軸受部と、
   前記キャリアリングの内周側において前記第１軸受部よりも前記ロータ軸の回転方向下流側に前記ロータ軸の外周に沿って設けられた第２軸受部と、
   前記キャリアリングの軸方向における両側において、前記ロータ軸の外周に沿って設置された一対のサイドプレートと、を備え、
   各々の前記サイドプレートの内周面のうち前記キャリアリング側の領域には、前記第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部において前記第１軸受部の側面に沿って周方向に延在する溝が形成されており、
   前記第１軸受部の内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間から前記溝に流入した油を案内し、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間に前記油を戻すように構成された油案内部をさらに備え、
   各々の前記サイドプレートの内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間は、
   前記第１軸受部の延設範囲の周方向領域における第１隙間と、
   前記第１軸受部の上流側端部よりも上流側、且つ、前記第２軸受部の下流側端部よりも下流側の周方向範囲の第２隙間と、
   を含み、
   前記第１隙間は、前記第２隙間よりも狭いことを特徴とする軸受装置。
8. 前記溝の底面は、前記第１軸受部の外周面に比べて、前記キャリアリングの半径方向における内側に位置することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の軸受装置。
9. キャリアリングと、
   前記キャリアリングの内周側においてロータ軸の外周に沿って設けられた第１軸受部と、
   前記キャリアリングの内周側において前記第１軸受部よりも前記ロータ軸の回転方向下流側に前記ロータ軸の外周に沿って設けられた第２軸受部と、
   前記キャリアリングの軸方向における両側において、前記ロータ軸の外周に沿って設置された一対のサイドプレートと、を備え、
   各々の前記サイドプレートの内周面のうち前記キャリアリング側の領域には、前記第１軸受部の延設範囲の少なくとも一部において前記第１軸受部の側面に沿って周方向に延在する溝が形成されており、
   前記第１軸受部の内周面と前記ロータ軸の外周面との間の隙間から前記溝に流入した油を案内し、前記第１軸受部の下流側端部と前記第２軸受部の上流側端部との間に前記油を戻すように構成された油案内部をさらに備え、
   前記キャリアリングの上半領域の内周側に設けられ、前記ロータ軸の跳ね上がりを上方から押さえ込むように構成された半円環軸受部をさらに備え、
   前記第１軸受部および前記第２軸受部は、それぞれ、前記キャリアリングの下半領域の内周側に設けられ、前記ロータ軸を下方から支えるように構成された一対の軸受パッドであることを特徴とする軸受装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の軸受装置と、
    前記軸受装置によって支持される回転軸と、を備えることを特徴とする回転機械。

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