JP6798950B2 - ティルティングパッドジャーナル軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を支承するティルティングパッドジャーナル軸受装置に関する。

高速で運転される遠心圧縮機等の回転機械においては、ティルティングパッドジャーナル軸受装置が使用される。

従来の構造の一例について、図９及び１０を用いて説明する。

図９は、従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置の全体構造を示したものである。

図９においては、ティルティングパッドジャーナル軸受装置１００は、回転軸１の外周に円周方向に配置された複数個の軸受パッド２と、軸受パッド２の各背面に固定されたピボット３と、ピボット３を介して軸受パッド２を支える軸受ハウジング４と、各軸受パッド２へ潤滑油を供給するための給油装置と、を備えている。給油装置は、油槽５と、主給油管６と、ポンプ５０と、を含む。

隣り合う軸受パッド２の間には、空間１５が設けられている。軸受ハウジング４には、ハウジング外周溝７から空間１５に潤滑油を分配するための給油路８が設けられている。

なお、軸受パッド２等の後方には、円環形状のシール１０が配置されている。シール１０は、潤滑油を封止するためのものである。図示していないが、シール１０は、図中、軸受ハウジング４の手前側にも設けられている。したがって、シール１０は、軸方向両端部に設けられていることになる。

油槽５に貯留されている潤滑油は、ポンプ５０により、主給油管６を介して、軸受ハウジング４の外周側に設けたハウジング外周溝７へと送られる。ハウジング外周溝７を流れる潤滑油は、給油路８により軸受ハウジング４の内部に送られ、各軸受パッド２に分配される。

上記の構成により、軸受ハウジング４内を潤滑油で満たすことができる。

図１０は、図９のＡ−Ａ’断面図である。

図１０においては、回転軸１とシール１０との間隙の大きさは一様になっている。言い換えると、回転軸１と対向するシール１０側の面は、等しい直径を有している。

ティルティングパッドジャーナル軸受装置は、従来、軸受温度を低く抑えることが求められている。

特許文献１には、潤滑・冷却の役目を終えた潤滑油の排出をスムーズに行うための構成を有するティルティングパッドジャーナル軸受において、シールのシール下側半周部における円環状排油溝の箇所に、円環状排油溝のほぼ半周長範囲にわたって、円環状排油溝の底面と軸受外部とを連通する多数個の排油穴を設け、軸受軸線方向における断面視で各排油穴の中心線が上下方向垂直になるようにした構造が開示されている。

特開２０００−２１３５４２号公報

遠心圧縮機等に使用されるティルティングパッドジャーナル軸受装置においては、軸受温度を低下させるために、ハウジング内に貯まった高温度の油を遠心圧縮機等の内部へ多く排出した場合、圧縮気体を封止するためのガスシール等に油が飛散し、性能を低下させる可能性があった。

特許文献１に記載されているシール４は、エンドシール部４ａとオイルバッフル部４ｂとを有し、エンドシール部４ａ先端面と回転軸との隙間寸法は、オイルバッフル部４ｂと回転軸との隙間寸法と同じか、あるいは小さくないように設定されている。

本発明は、ティルティングパッドジャーナル軸受装置において、回転軸と軸受パッドとのしゅう動面から流出する高温度の潤滑油を、軸受周辺機器へ飛散することなく、シール溝に設けた排油路より効率よく排出することを目的とする。

本発明は、軸受ハウジングと、回転軸と軸受ハウジングとの間に揺動可能に配置された複数の軸受パッドと、回転軸との間隙を有する状態で軸受ハウジングの軸方向端部に設けられたシールと、を備えたティルティングパッドジャーナル軸受装置であって、シールは、回転軸と対向する面にシール溝を有し、シール溝には、潤滑油を軸受ハウジングの外部に排出する排油路が設けられ、軸受パッドとシール溝との間には、内側シールが設けられ、シール溝と軸受ハウジングの外表面との間には、外側シールが設けられ、回転軸の表面と内側シールの内周面とがなす内側シール間隙は、複数の軸受パッドのうち少なくとも最下部に位置する軸受パッドの軸方向の射影と重なるシールの領域においては、回転軸の表面と外側シールの内周面とがなす外側シール間隙よりも大きい。

本発明によれば、回転軸と軸受パッドとのしゅう動面から流出する高温度の潤滑油を、軸受周辺機器へ飛散することなく、シール溝に設けた排油路より効率よく排出することができる。これにより、遠心圧縮機等の回転機械の性能を低下させることなく、軸受温度を低く抑えることができる。

実施例１のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す概略断面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 図２のシール内周面と回転軸とがなす間隙部分を示す拡大図である。 実施例１のティルティングパッドジャーナル軸受装置におけるシール内側間隙と軸受温度との関係を示すグラフである。 実施例２のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す概略断面図である。 実施例３のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す概略断面図である。 実施例３のティルティングパッドジャーナル軸受装置における油膜厚さの分布を示すグラフである。 実施例３のティルティングパッドジャーナル軸受装置における軸受パッド温度の分布を示すグラフである。 従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す概略断面図である。 図９のＡ−Ａ’断面図である。

本発明は、回転軸を支承するティルティングパッドジャーナル軸受装置に関する。特に、油浴式のティルティングパッドジャーナル軸受装置に関する。

以下、本実施形態にかかるティルティングパッドジャーナル軸受装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施例のティルティングパッドジャーナル軸受装置の全体構造を示したものである。

図１においては、ティルティングパッドジャーナル軸受装置１００は、回転軸１を軸受ハウジング４に挿入し、回転軸１と軸受ハウジング４との間に５個の軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを配置した構成を有する。軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのそれぞれと軸受ハウジング４との間には、曲率を有するピボット３が取り付けられている。各ピボット３は、軸受ハウジング４と点、線又は面で接触している。これにより、軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、ピボット３を介して軸受ハウジング４により支持された構成となっている。軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのうち、軸受パッド２ｂは、回転軸１から最も大きい荷重を受ける軸受パッドである。なお、軸受パッドの個数については、本実施例に限定されるものではない。

軸受ハウジング４には、油槽５からポンプ５０により主給油管６を通って送られてくる潤滑油を、軸受ハウジング４の周方向に沿って流すためのハウジング外周溝７が設けられている。軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの間には、空間１５が設けられている。軸受ハウジング４には、ハウジング外周溝７から空間１５に潤滑油を分配するための給油路８が設けられている。

なお、軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ等の後方には、シール１０が配置されている。

図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。

図２においては、軸受パッドの符号は、一般化して、「２」に統一してある。

図２に示すように、軸受ハウジング４の軸方向両端部には、シール１０が設けてある。それぞれのシール１０が回転軸１に対向する面には、周方向に沿ったシール溝１２が形成されている。それぞれのシール溝１２には、１つまたは複数の排油路１３が設けられている。

軸受パッド２とシール溝１２との間（シール溝１２より軸受ハウジング４の内側）には、内側シール１０ａが形成されている。また、シール溝１２の外側（シール溝１２と軸受ハウジング４の外表面との間）には、外側シール１０ｂが形成されている。内側シール１０ａ及び外側シール１０ｂは、シール溝１２に沿って平行に設けられている。回転軸１の表面と内側シール１０ａの内周面とがなす間隙（内側シール間隙）は、回転軸１の表面と外側シール１０ｂの内周面とがなす間隙（外側シール間隙）よりも大きくなっている。

次に、本実施例の効果に関して、図３、図４を用いて説明する。

図３は、図２のシール内周面と回転軸とがなす間隙部分を示す拡大図である。

図３において矢印で示すように、軸受しゅう動面の高温度の潤滑油は、軸方向に吐出され、その後、内側シール１０ａに到達する。内側シール１０ａの間隙を大きくしてあるため、高温度の潤滑油が内側シール１０ａを通過しやすくなっている。内側シール１０ａを通過した潤滑油は、間隙が小さい外側シール１０ｂのシール効果によりせき止められ、シール溝１２に設けられている排油路１３より軸受ハウジング４の外部へ排出される。そして、潤滑油は、図示しない排油孔を通って油槽５に戻される。これにより、遠心圧縮機等の内部に漏れ込む潤滑油の量を抑制することができ、かつ、高温度の潤滑油が軸受ハウジング４の内部に滞留することを防止することができる。

図４は、実施例１のティルティングパッドジャーナル軸受装置におけるシール内側間隙と軸受温度との関係を示すグラフである。横軸に図３の内側シール１０ａの隙間の大きさ、縦軸に軸受温度（図１に示す軸受パッド２ｂの温度）をとっている。

図４から、内側シール１０ａの間隙が大きいほど軸受パッド２の温度が低くなっていることがわかる。

図５は、実施例２のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す概略断面図である。

図５に示すように、軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅが位置する領域では、内側シール１０ａの間隙が外側シール１０ｂの間隙よりも大きくなっている。一方、軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの間（隣り合う軸受パッドの間）の領域では、内側シール１０ａの間隙の大きさは、外側シール１０ｂの間隙の大きさと等しいか、または外側シール１０ｂの間隙の大きさより小さくなっている。その他の構成については、実施例１と同様である。

次に、本実施例の効果について説明する。

実施例１と同様、内側シール１０ａの間隙が大きいため、軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのしゅう動面から軸方向に流出した高温度の潤滑油は、内側シール１０ａを通過し、外側シール１０ｂでせき止められ、シール溝１２に設けた排油路１３より軸受ハウジング４の外部に効率よく排出される。

一方、隣り合う軸受パッドの間の領域においては、内側シール１０ａの間隙が小さいため、給油路８から供給された低温度の潤滑油のうち軸方向に流れそのまま外部に排出されるものは、比較的少量となり、一旦軸受ハウジング４に滞留する。そして、滞留した潤滑油は、軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのしゅう動面に流入し、軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの熱を奪い、上述のようにして軸方向に流出する。これにより、軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの温度を低下させることができる。

図６は、実施例３のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す概略断面図である。

図６に示すように、本実施例では、回転軸１から最も大きい荷重を受けこの荷重を支持する軸受パッド２ｂ（最下部に位置する軸受パッド）の軸方向の射影と重なるシール１０の領域のみにおいて、内側シール１０ａの間隙を外側シール１０ｂの間隙より大きくしている。その他の構成については、実施例２と同様である。

次に、本実施例の効果について、図７及び８を用いて説明する。

図７は、実施例３のティルティングパッドジャーナル軸受装置における油膜厚さの分布を示すグラフである。横軸に図６の軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのそれぞれのしゅう動面における周方向の位置（回転方向に対応する位置）、縦軸に油膜厚さをとっている。

図７に示すように、軸受パッド２ｂの油膜厚さは、他の軸受パッド２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅと比較して小さい。そのため、軸受パッド２ｂにおいては、潤滑油のせん断発熱が大きくなる。

図８は、実施例３のティルティングパッドジャーナル軸受装置における軸受パッド温度の分布を示すグラフである。横軸に図６の軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのそれぞれのしゅう動面における周方向の位置（回転方向に対応する位置）、縦軸に軸受パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの温度をとっている。

図８に示すように、他の軸受パッド２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅと比較して、軸受パッド２ｂの温度は高くなっているが、適切な位置で内側シール１０ａの間隙が大きくなっているため、軸受パッド２ｂの温度と他の軸受パッド２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅの温度との差はそれほど大きくならない。

これは、本実施例では、軸受パッド２ｂから排出される高温度の潤滑油が排油路１３よりスムーズに排出できるためである。また、他の軸受パッド２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅにおいては、シール効果を高めることができ、遠心圧縮機等の内部に漏れ込む潤滑油の量を低減することができる。さらに、軸受パッド２ｂの領域の圧力が他の軸受パッド２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅに比べて小さくなるため、軸受パッド２ｂのしゅう動面に供給される低温度の潤滑油を他の軸受パッド２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅよりも多くすることができる。これにより、軸受内の最高温度を低下することができる。

１：回転軸、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ：軸受パッド、３：ピボット、４：軸受ハウジング、５：油槽、６：主給油管、７：ハウジング外周溝、８：給油路、１０：シール、１０ａ：内側シール、１０ｂ：外側シール、１１：シール内周面、１２：シール溝、１３：排油路、１５：空間、１００：ティルティングパッドジャーナル軸受装置。

Claims (4)

1. 軸受ハウジングと、
   回転軸と前記軸受ハウジングとの間に揺動可能に配置された複数の軸受パッドと、
   前記回転軸との間隙を有する状態で前記軸受ハウジングの軸方向端部に設けられたシールと、を備え、
   前記シールは、前記回転軸と対向する面にシール溝を有し、
   前記シール溝には、潤滑油を前記軸受ハウジングの外部に排出する排油路が設けられ、
   前記軸受パッドと前記シール溝との間には、内側シールが設けられ、
   前記シール溝と前記軸受ハウジングの外表面との間には、外側シールが設けられ、
   前記回転軸の表面と前記内側シールの内周面とがなす内側シール間隙は、前記複数の軸受パッドのうち少なくとも最下部に位置する軸受パッドの軸方向の射影と重なる前記シールの領域においては、前記回転軸の表面と前記外側シールの内周面とがなす外側シール間隙よりも大きい、ティルティングパッドジャーナル軸受装置。
2. 前記内側シール間隙は、前記複数の軸受パッドのすべての軸方向の射影と重なる前記シールの領域においては、前記外側シール間隙よりも大きい、請求項１記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置。
3. 前記内側シール間隙は、隣り合う前記軸受パッドの間の空間についての軸方向の射影と重なる前記シールの領域においては、前記外側シール間隙の大きさと等しい、又は前記外側シール間隙より小さい、請求項２記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置。
4. 前記内側シール間隙は、前記軸受パッドと前記シール溝との間のすべての領域においては、前記外側シール間隙よりも大きい、請求項１記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置。

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