JP6783534B2 - ラジアル軸受装置、及び、回転機械 - Google Patents
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Description
そのために、特許文献2が開示するスクイーズフィルムダンパ軸受を採用することが考えられる。しかしながら、特許文献2が開示するスクイーズフィルムダンパ軸受では、転がり軸受の外輪の径方向外側に作動油空間が設けられており、全体として構造が大きくなるという問題がある。
筒形状の空間を存して水平方向に延在する回転軸を囲繞可能なキャリアリングと、
前記空間にそれぞれ配置され、前記キャリアリングの周方向に配列された複数の軸受パッドと、を備え、
前記複数の軸受パッドは、少なくとも1つのダンパ軸受パッドを含み、
前記少なくとも1つのダンパ軸受パッドと前記キャリアリングとの間にダンパ隙間が形成され、
前記ダンパ隙間を満たす流体がスクイーズフィルムダンパを構成可能である。
前記少なくとも1つのダンパ軸受パッドは、前記空間の上半領域に配置された少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドを含む。
水平方向に延在する回転軸からの荷重については、通常、空間の下半領域に配置された軸受パッドが支持しており、空間の上半領域に配置された軸受パッドは実質的には支持していない。しかしながら、回転軸が振動したときには、回転軸からの荷重が空間の上半領域に配置された軸受パッドにも作用する。
そこで、上記構成(2)のラジアル軸受装置では、空間の上半領域に配置された上側ダンパ軸受パッドによって、回転軸が振動したときの荷重を支持することで、回転軸の振動を効率的に減衰させることができる。
前記キャリアリングの径方向での前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの変位を案内可能なガイド部を更に備える。
前記ガイド部は、前記キャリアリングと前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドとの間を前記キャリアリングの径方向に延びるピンを含む。
前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドは、
前記回転軸の回転方向にて前方側に位置する前方側端部と、
前記回転軸の回転方向にて後方側に位置する後方側端部とを含み、
前記前方側端部と前記回転軸との間の隙間は、前記後方側端部と前記回転軸との間の隙間よりも小さい。
前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドは、
前記回転軸の回転方向にて前方側に位置する前方側端部と、
前記回転軸の回転方向にて後方側に位置する後方側端部とを含み、
前記前方側端部と前記回転軸との間の隙間は、前記後方側端部と前記回転軸との間の隙間よりも小さく、
前記ピンは、前記回転軸の回転方向にて、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの中央よりも前方側に位置している。
一方、回転軸の回転方向にて、上側ダンパ軸受パッドの中央よりも前方側で、上側ダンパ軸受パッドと回転軸との間の油膜の圧力が高くなるのに対応して、上記構成(6)では、ピンが、回転軸の回転方向にて、上側ダンパ軸受パッドの中央よりも前方側に位置している。これにより、ピンに作用する曲げモーメントが低減され、ピンの耐久性を確保することができる。
前記前方側端部は、段差面を存して、前記後方側端部よりも前記回転軸に向かって突出している。
前記回転軸と直交する断面でみて、前記後方側端部の端面と前記段差面との間の中心角は、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの中心角の50%以上80%以下である。
前記前方側端部は、湾曲面を存して、前記後方側端部よりも前記回転軸に向かって突出している。
前記空間の上半領域に、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドが1つのみ配置されている。
前記キャリアリングの周方向又は軸線方向での前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの移動を規制する位置決め部を更に有する。
前記位置決め部は、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドと前記キャリアリングとの間に配置された少なくとも1つの弾性部材を含む。
前記位置決め部は、
前記キャリアリングにそれぞれ取り付けられた1組のサイドプレートであって、前記キャリアリングの軸線方向にて前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの両側に配置される1組のサイドプレートと、
前記キャリアリングの軸線方向にて前記1組のサイドプレートの各々と前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドとの間を延び、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドを弾性的に支持可能な複数の梁と、
を含む。
前記複数の軸受パッドは、前記空間の下半領域に傾動可能に配置された少なくとも1つの下側ティルティング軸受パッドを含む。
一方、ラジアル軸受の外部にて回転軸に励振力が作用したとしても、上側ダンパ軸受パッドとキャリアリングとの間に設けられたスクイーズフィルムダンパによって回転軸の振動が減衰させられる。
上記構成(1)乃至(14)の何れか1つに記載のラジアル軸受装置を備える。
この結果として、上記構成(15)の回転機械では、全体として、大型化を招くことなく、振動が抑制され、信頼性が向上する。
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」、「具える」、「具備する」、「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。
タービン1は、例えばコンバインドサイクル発電に適用可能な蒸気タービンであり、発電機3に接続されている。タービン1は、蒸気を利用してトルクを発生させ、発電機3はタービン1が出力したトルクを利用して発電する。
図2は、一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10a)の横断面を概略的に示す図であり、図3中のII−II線に沿う概略的な断面図である。図3は、図2中のIII−III線に沿う概略的な断面図である。図4は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10b)の横断面を概略的に示す図であり、図5中のIV−IV線に沿う概略的な断面図である。図5は、図4中のV−V線に沿う概略的な断面図である。図6は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10c)の横断面を概略的に示す図である。図7は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10d)の横断面を概略的に示す図である。図8は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10e)の横断面を概略的に示す図である。図9は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10f)の横断面を概略的に示す図であり、図10中のIX−IX線に沿う概略的な断面図である。図10は、図9中のX−X線に沿う概略的な断面図である。図11は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10g)の横断面を概略的に示す図である。図12は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10h)の横断面を概略的に示す図であり、図13中のXII−XII線に沿う概略的な断面図である。図13は、図12中のXIII−IXIII線に沿う概略的な断面図である。図14は、図12及び図13のラジアル軸受装置10(10h)に用いられている1つの上側ダンパ軸受パッドを、サイドプレート及び梁とともに展開して概略的に示す図である。図15は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10i)の横断面を概略的に示す図である。図16は、他の一実施形態に係るラジアル軸受装置10(10j)の横断面を概略的に示す図であり、図17中のXVI−XVI線に沿う概略的な断面図である。図17は、図16中のXVII−XVII線に沿う概略的な断面図である。
なお、以下の説明では、ラジアル軸受装置10a〜10jを一括してラジアル軸受装置10とも称する。
キャリアリング20は、水平方向に延在する回転軸7を、筒形状、例えば円筒形状の空間24を存して囲繞可能である。キャリアリング20は、例えば、円筒形状を有し、2つの半円筒形状の部材26,28を結合して構成される。キャリアリング20、例えば図示しない軸受台によって支持される。
複数の軸受パッド22は、少なくとも1つのダンパ軸受パッド30を含む。ダンパ軸受パッド30とキャリアリング20との間にはダンパ隙間32が形成され、ダンパ隙間32は流体、例えば潤滑油、によって満たされる。ダンパ隙間32は、キャリアリング20の周方向及び軸線方向に広がり、ダンパ隙間32を満たす流体はスクイーズフィルムダンパを構成する。
この結果として、上記構成のラジアル軸受装置10を有する回転機械としてのタービン1では、全体として、大型化を招くことなく、振動が抑制され、信頼性が向上する。
そこで、上記構成のラジアル軸受装置10では、空間24の上半領域に配置された上側ダンパ軸受パッド34によって、回転軸7が振動したときの荷重を支持することで、回転軸7の振動を効率的に減衰させることができる。
上記構成では、ピン38によって、キャリアリング20の径方向での上側ダンパ軸受パッド34の変位を簡単な構成にて案内可能である。
幾つかの実施形態では、キャリアリング20の径方向にて、後方側端部42に対する前方側端部40の突出量は、前方側端部40と回転軸7との間の軸受隙間の大きさの1倍以上2倍以下である。
一方、回転軸7の回転方向にて、上側ダンパ軸受パッド34の中央よりも前方側で、上側ダンパ軸受パッド34と回転軸7との間の油膜の圧力が高くなるのに対応して、上記構成では、ピン38が、回転軸7の回転方向にて、上側ダンパ軸受パッド34の中央よりも前方側に位置している。これにより、ピン38に作用する曲げモーメントが低減され、ピン38の耐久性を確保することができる。
幾つかの実施形態では、図2及び図4に示したように、ガイド部36を構成するピン38は、回転軸7の回転方向にて、上側ダンパ軸受パッド34の中央に位置している。
幾つかの実施形態では、図3、図5及び図17に示したように、ガイド部36を構成するピン38は、キャリアリング20の軸線方向にて、上側ダンパ軸受パッド34の中央に位置している。
上記構成では、前方側端部40は、段差面44を存して、後方側端部42よりも回転軸7に向かって突出しているので、簡単な構成にて、上側ダンパ軸受パッド34と回転軸7との間の油膜の剛性を高くすることができる。
幾つかの実施形態では、キャリアリング20の径方向にて、段差面44の高さは、前方側端部40と回転軸7との間の軸受隙間の大きさの1倍以上2倍以下である。
上記構成では、後方側端部42の端面と段差面44との間の中心角θが、上側ダンパ軸受パッド34の中心角θwの50%以上80%以下であることで、上側ダンパ軸受パッド34と回転軸7との間の油膜の剛性を確実に高くすることができる。
上記構成では、前方側端部40は、湾曲面46を存して、後方側端部42よりも回転軸7に向かって突出しているので、簡単な構成にて、上側ダンパ軸受パッド34と回転軸7との間の油膜の剛性を高くすることができる。
上記構成では、空間24の上半領域に、1つの上側ダンパ軸受パッド34しか配置されていないので、上側ダンパ軸受パッド34と回転軸7との間の対向面積(ぬれ面積)を減らすことができ、損失が低減される。
上記構成では、位置決め部48によって、回転軸7の回転に伴って上側ダンパ軸受パッド34の位置が、キャリアリング20の周方向又は軸線方向に変位することを規制することができる。
なお、ガイド部36としてのピン38も、位置決め部48としての機能を有するが、ピン38とは別に位置決め部48を設けた場合、ピン38の耐久性も確保することができる。
上記構成では、上側ダンパ軸受パッド34とキャリアリング20との間に配置された弾性部材50によって、上側ダンパ軸受パッド34の位置が周方向や軸線方向に変位することを規制することにより、上側ダンパ軸受パッド34と弾性部材50との間の摩擦による、上側ダンパ軸受パッド34や弾性部材50の損傷が防止される。この結果として、上記構成によれば、位置決め部48の耐久性を確保することができる。
幾つかの実施形態では、図9〜図11及び図15に示したように、回転軸7の回転方向にて、複数の圧縮コイルばね52の重心は、上側ダンパ軸受パッド34の中央よりも前方側に位置している。
上記構成では、回転軸7の回転方向にて、複数の圧縮コイルばね52の重心が、上側ダンパ軸受パッド34の中央よりも前方側に位置している。これにより、キャリアリング20の径方向にて、上側ダンパ軸受パッド34の前方側端部40が後方側端部42よりも回転軸7に向かって突出していても、複数の圧縮コイルばね52に作用する曲げモーメントが低減され、複数の圧縮コイルばね52の耐久性を確保することができる。
1組のサイドプレート54は、キャリアリング20にそれぞれ取り付けられ、キャリアリング20の軸線方向にて上側ダンパ軸受パッド34の両側に配置される。
複数の梁56は、それぞれ、キャリアリング20の軸線方向にて1組のサイドプレート54の各々と上側ダンパ軸受パッド34との間を延び、上側ダンパ軸受パッド34を片持ち状態で弾性的に支持可能である。
上記構成によれば、上側ダンパ軸受パッド34が、複数の梁56によって、キャリアリング20の軸線方向にて両側から弾性的に均等に支持され、上側ダンパ軸受パッド34の不所望の変位が防止される。
なお、図17に示したように、キャリアリング20及び上側ダンパ軸受パッド34の両方に、シール部材62を部分的に受け入れる溝が形成されている場合、シール部材62は、溝とともに、上側ダンパ軸受パッド34の軸線方向位置を決定する位置決め部48を構成可能である。
上記構成では、空間24の下半領域に配置された下側ティルティング軸受パッド64が傾動可能であり、ラジアル軸受装置10自身では、回転軸7に対して励振力が発生することがない。このため、回転軸7を安定に支持することができる。
一方、ラジアル軸受装置10の外部にて回転軸7に励振力が作用したとしても、上側ダンパ軸受パッド34とキャリアリング20との間に設けられたスクイーズフィルムダンパによって回転軸7の振動が減衰させられる。
そして、図2及び図3に示したように、キャリアリング20の径方向にて、上側ダンパ軸受パッド34と回転軸7との間の軸受隙間の大きさは、下側ティルティング軸受パッド64と回転軸7との間の軸受隙間の大きさに等しい。換言すれば、上側ダンパ軸受パッド34の内面の曲率半径は、下側ティルティング軸受パッド64の内面の曲率半径に等しい。
その上、キャリアリング20の径方向にて、上側ダンパ軸受パッド34とキャリアリング20との間のダンパ隙間32の大きさは、上側ダンパ軸受パッド34と回転軸7との間の軸受隙間の大きさの1倍以上3倍以下である。
そして、図4〜図13及び図15〜図17に示したように、キャリアリング20の径方向にて、上側ダンパ軸受パッド34の前方側端部40と回転軸7との間の軸受隙間の大きさは、下側ティルティング軸受パッド64と回転軸7との間の軸受隙間の大きさに等しい。換言すれば、上側ダンパ軸受パッド34の前方側端部40の内面の曲率半径は、下側ティルティング軸受パッド64の内面の曲率半径に等しい。
その上、キャリアリング20の径方向にて、上側ダンパ軸受パッド34とキャリアリング20との間のダンパ隙間32の大きさは、上側ダンパ軸受パッド34の前方側端部40と回転軸7との間の軸受隙間の大きさの1倍以上3倍以下である。
幾つかの実施形態では、図3、図5、図10、図13及び図17に示したように、ラジアル軸受装置10は、キャリアリング20に固定された1組のサイドプレート54を有する。1組のサイドプレート54は、キャリアリング20の軸線方向にて軸受パッド22の両側に位置している。1組のサイドプレート54は、キャリアリング20の軸線方向でみて、それぞれ環形状を有し、サイドプレート54の内周縁は、シール隙間を存して、回転軸7を囲んでいる。1組のサイドプレート54は、空間24からの潤滑油の漏れを制限可能である。
上記した構成によれば、キャリアリング20の径方向にて、上側ダンパ軸受パッド34の厚さが下側ティルティング軸受パッド64の厚さよりも薄いので、上側ダンパ軸受パッド34の軽量化を図ることができる。このため、回転軸7の振動に対する上側ダンパ軸受パッド34の追従性が向上し、スクイーズフィルムダンパによって振動を的確に減衰させることができる。また、上側ダンパ軸受パッド34の厚さが下側ティルティング軸受パッド64の厚さよりも薄いので、上側ダンパ軸受パッド34の低価格化を図ることができる。
例えば、上述した実施形態では、下側ティルティング軸受パッド64が、ピボット66によって傾動可能に支持されていたが、下側ティルティング軸受パッド64の外面の曲率半径と、キャリアリング20の内面の曲率半径との差を十分に大きくすれば、ピボット66を設けずに、下側ティルティング軸受パッド64を傾動可能に配置することができる。
3 発電機
5 ハウジング(車室)
7 回転軸
7a ジャーナル
9 ラジアル軸受装置
10 ラジアル軸受装置
11 スラスト軸受装置
12 内部流路
14 静翼
15 動翼
17 静止アセンブリ
19 回転アセンブリ
20 キャリアリング
22 軸受パッド
24 空間
26 部材
28 部材
30 ダンパ軸受パッド
32 ダンパ隙間
34 上側ダンパ軸受パッド
36 ガイド部
38 ピン
40 前方側端部
42 後方側端部
44 段差面
46 湾曲面
48 位置決め部
50 弾性部材
52 圧縮コイルばね
54 サイドプレート
56 梁
58 ねじ孔
60 ねじ部
62 シール部材
64 下側ティルティング軸受パッド
66 ピボット
Claims (15)
- 筒形状の空間を存して水平方向に延在する回転軸を囲繞可能なキャリアリングと、
前記空間にそれぞれ配置され、前記キャリアリングの周方向に配列された複数の軸受パッドと、を備え、
前記複数の軸受パッドは、少なくとも1つのダンパ軸受パッドを含み、
前記少なくとも1つのダンパ軸受パッドは、前記少なくとも1つのダンパ軸受パッドの外周面が前記キャリアリングの内周面と非接触に配置され、
前記少なくとも1つのダンパ軸受パッドと前記キャリアリングとの間にダンパ隙間が形成され、
前記ダンパ隙間を満たす流体がスクイーズフィルムダンパを構成可能である
ことを特徴とするラジアル軸受装置。 - 前記少なくとも1つのダンパ軸受パッドは、前記空間の上半領域に配置された少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のラジアル軸受装置。 - 前記キャリアリングの径方向での前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの変位を案内可能なガイド部を更に備える
ことを特徴とする請求項2に記載のラジアル軸受装置。 - 前記ガイド部は、前記キャリアリングと前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドとの間を前記キャリアリングの径方向に延びるピンを含む
ことを特徴とする請求項3に記載のラジアル軸受装置。 - 前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドは、
前記回転軸の回転方向にて前方側に位置する前方側端部と、
前記回転軸の回転方向にて後方側に位置する後方側端部とを含み、
前記前方側端部と前記回転軸との間の隙間は、前記後方側端部と前記回転軸との間の隙間よりも小さい
ことを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載のラジアル軸受装置。 - 前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドは、
前記回転軸の回転方向にて前方側に位置する前方側端部と、
前記回転軸の回転方向にて後方側に位置する後方側端部とを含み、
前記前方側端部と前記回転軸との間の隙間は、前記後方側端部と前記回転軸との間の隙間よりも小さく、
前記ピンは、前記回転軸の回転方向にて、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの中央よりも前方側に位置している
ことを特徴とする請求項4に記載のラジアル軸受装置。 - 前記前方側端部は、段差面を存して、前記後方側端部よりも前記回転軸に向かって突出している
ことを特徴とする請求項5又は6に記載のラジアル軸受装置。 - 前記回転軸と直交する断面でみて、前記後方側端部の端面と前記段差面との間の中心角は、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの中心角の50%以上80%以下である
ことを特徴とする請求項7に記載のラジアル軸受装置。 - 前記前方側端部は、湾曲面を存して、前記後方側端部よりも前記回転軸に向かって突出している
ことを特徴とする請求項5又は6に記載のラジアル軸受装置。 - 前記空間の上半領域に、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドが1つのみ配置されている
ことを特徴とする請求項2乃至9の何れか1項に記載のラジアル軸受装置。 - 前記キャリアリングの周方向又は軸線方向での前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの移動を規制する位置決め部を更に有する
ことを特徴とする請求項2乃至10の何れか1項に記載のラジアル軸受装置。 - 前記位置決め部は、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドと前記キャリアリングとの間に配置された少なくとも1つの弾性部材を含む
ことを特徴とする請求項11に記載のラジアル軸受装置。 - 前記位置決め部は、
前記キャリアリングにそれぞれ取り付けられた1組のサイドプレートであって、前記キャリアリングの軸線方向にて前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドの両側に配置される1組のサイドプレートと、
前記キャリアリングの軸線方向にて前記1組のサイドプレートの各々と前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドとの間を延び、前記少なくとも1つの上側ダンパ軸受パッドを弾性的に支持可能な複数の梁と、
を含む
ことを特徴とする請求項11又は12に記載のラジアル軸受装置。 - 前記複数の軸受パッドは、前記空間の下半領域に傾動可能に配置された少なくとも1つの下側ティルティング軸受パッドを含む
ことを特徴とする請求項2乃至13の何れか1項に記載のラジアル軸受装置。 - 請求項1乃至14の何れか1項に記載のラジアル軸受装置を備えることを特徴とする回転機械。
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