JP6920026B2 - ジャーナル軸受および回転機械 - Google Patents

Description

本開示は、ロータ軸を回転可能に支持するためのジャーナル軸受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に用いられる軸受装置として、ジャーナル軸受が知られている。
例えば特許文献１には、複数の軸受パッドによってロータ軸を支持するジャーナル軸受が記載されている。具体的には、特許文献１のジャーナル軸受は、キャリアリングと、キャリアリングに支持される上流側軸受パッド及び下流側軸受パッドと、各軸受パッドとロータ軸との間に潤滑油を供給する複数の給油ノズルと、を備えている。複数の給油ノズルは、上流側軸受パッドよりも上流側に配置された第１の給油ノズル（最上流ノズル）と、上流側軸受パッドの両端部に配置された第２及び第３の給油ノズルと、下流側軸受パッドの上流側端部に配置された第４の給油ノズルと、を含む。また、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軸受外部への漏出を抑制するようになっている。

特許第４７６４４８６号公報

ところで、特許文献１に記載されるように複数の軸受パッドを備えるジャーナル軸受においては、正常動作時、回転数の上昇に伴ってロータ軸と各軸受パッドの間にそれぞれ適正な厚さの油膜が形成され、これらの油膜圧力によってロータ軸が略直上に浮き上がるようになっている。
しかしながら、本発明者らの知見によれば、複数の軸受パッド間における負荷能力の適正なバランスを維持できないために、軸受性能が低下したり、異常振動が発生したりすることが起こり得る。例えば、上流側軸受パッドにおける油膜圧力が不足して上流側領域での十分な負荷能力を確保できず、ロータ軸が浮上する際に上流側へ寄ってしまうと、このことが異常振動の発生原因になり得る。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、複数の軸受パッド間における負荷能力のバランスを維持し、異常振動の発生を防止するとともに軸受性能を向上し得るジャーナル軸受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幾つかの実施形態に係るジャーナル軸受は、
キャリアリングと、
前記キャリアリングの下半領域の内周側に設けられ、ロータ軸を下方から支持するように構成された複数の軸受パッドと、
前記ロータ軸の軸方向における前記複数の軸受パッドの両側に設けられた一対のサイドプレートと、
前記キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダムと、
を備え、
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に前記一対のサイドプレートによって囲まれた軸受内部空間と外部とを連通させるための隙間が設けられている。

本発明者らによる鋭意検討の結果、最上流側に位置する第１軸受パッド（上流側軸受パッド）とロータ軸との間の油膜圧力が不足する原因として、第１軸受パッドにキャリーオーバされる潤滑油への空気の混入があることを見出した。
すなわち、各々のサイドプレートの内周面とロータ軸の外周面との間に、一対のサイドプレートによって囲まれた軸受内部空間と軸受外部とを連通させるための隙間を有するジャーナル軸受では、下流側に配置された第２軸受パッド（下流側軸受パッド）から第１軸受パッドに至る領域で該隙間から吸い込まれた空気が潤滑油に混入し得る。このため、第１軸受パッドにキャリーオーバされる潤滑油（以下、キャリーオーバ油と称する）には多くの空気が含まれ、実質の潤滑油の油量が少ないと考えられる。したがって、第１軸受パッドの上流側直前の給油ユニットと、第２軸受パッドの上流側直前の給油ユニットとの吐出油量が同じであっても、第２軸受パッドに比べて第１軸受パッドでは潤滑油不足となりやすい。また、潤滑油は非圧縮性流体であるのに対して、潤滑油に含まれる空気は圧縮性流体であるため、上流側の第１軸受パッド（特に前縁近傍）において潤滑油に含まれる気泡が押しつぶされ、第１軸受パッドの前縁側において動圧が生じにくくなる。
これにより、第１軸受パッドの負荷能力が低下し、複数の軸受パッド間における負荷能力の適正なバランスが維持できなくなる。そのため、回転数の上昇に伴いロータ軸の軸心軌跡が鉛直線上から逸れてしまい、異常振動が発生したり、軸受性能が低下したりする可能性が高くなる。

そこで、上記（１）のジャーナル軸受は、キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分においてキャリアリングの内周側に設けられたダムを備え、このダムによって、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するようになっている。これにより、回転するロータ軸に連れまわって下流側へ搬送されるキャリーオーバ油は、キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分でダムによって堰き止められるので、上流側の軸受パッドまで到達することを抑制できる。
したがって、複数の軸受パッド間における負荷能力のバランスを適正に保つことができ、ジャーナル軸受における異常振動の発生防止および軸受性能の向上が図れる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記キャリアリングの前記上半領域に設けられ、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタルをさらに備え、
前記ダムは、前記一対のガイドメタル間に設けられている。

上記（２）の構成によれば、キャリアリングの上半領域に一対のガイドメタルを設けたので、ロータ軸が跳ね上がった場合にガイドメタルによってロータ軸を押さえ込むことができる。ただし、このような構成の場合、キャリアリングの上半領域のうち一対のガイドメタルで挟まれた半環状空間は、ロータ軸の回転にともなって負圧になる傾向があり、ガイドメタルとロータ軸の外周面との間の隙間を介して外気を取り込んでしまい、キャリーオーバ油への空気混入を助長し得る。
この点、上記（１）で述べたように、キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分にダムを設ければ、ガイドメタルとロータ軸の外周面との間の隙間を介して半環状空間に取り込まれた空気が混入したキャリーオーバ油をダムによって堰き止めることで、上流側の軸受パッドへのキャリーオーバ油の到達を阻止できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
各々の前記ガイドメタルは、前記ダムと前記一対のガイドメタルとによって囲まれる前記ダムの上流側の空間と連通するように形成された少なくとも一本の第１排出路を有する。

上記（３）の構成によれば、一対のガイドメタルのそれぞれに、少なくとも一本の第１排出路が設けられているので、この第１排出路を介して、ダムと一対のガイドメタルとによって囲まれるダムの上流側の空間に溜まったキャリーオーバ油を軸受外部へ排出することができる。これにより、キャリーオーバ油が前記空間からダムを通過して下流側へ搬送されることを抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
各々の前記第１排出路は、前記サイドプレートに近づくにつれて下流側に向かうように、前記軸方向に対して傾斜して配置される。

上記（４）の構成によれば、第１排出路が、ロータ軸の回転に連れまわって搬送されるキャリーオーバ油の流れ方向に沿って傾斜しているので、第１排出路から軸受外部へキャリーオーバ油を円滑に排出することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記キャリアリングの上半領域のうち上流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、前記ロータ軸の回転に伴って前記上半領域に侵入しようとする潤滑油を前記ロータ軸からそぎ落とすためのスクレーパをさらに備える。

上記（５）の構成では、キャリアリングの上半領域のうち上流側の部分にスクレーパを設けて、ロータ軸の回転に伴ってキャリアリングの上半領域に侵入しようとする潤滑油をスクレーパによってロータ軸からそぎ落とすようになっている。このように、ダムに加えて、キャリアリングの上半領域のうち上流側の部分においてもスクレーパによってキャリーオーバ油の下流側への流れを抑制することによって、上流側の軸受パッドまで到達するキャリーオーバ油をより低減することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記キャリアリングの前記上半領域に設けられ、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタルをさらに備え、
前記スクレーパは、前記一対のガイドメタル間に設けられ、
各々の前記ガイドメタルは、前記スクレーパによってそぎ落とされた前記潤滑油を排出するための少なくとも一本の第２排出路を有する。

上記（６）の構成によれば、一対のガイドメタルのそれぞれに、少なくとも一本の第２排出路が設けられており、この第２排出路を介して、スクレーパによってそぎ落とされた潤滑油を排出するようになっている。そのため、キャリーオーバ油の下流側への流れをより効果的に抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
各々の前記第２排出路は、前記サイドプレートに近づくにつれて下流側に向かうように、前記軸方向に対して傾斜して配置されている。

上記（７）の構成によれば、第２排出路が、ロータ軸の回転に連れまわって搬送されるキャリーオーバ油の流れ方向に沿って傾斜しているので、第２排出路から軸受外部へキャリーオーバ油を円滑に排出することができる。

（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、
前記キャリアリングは、前記上半領域において、前記ダムの上流側に位置する大気連通穴を有する。

一対のサイドプレートとダムとによって囲まれるダムの上流側の空間は、外部と微小隙間のみで連通しているので、ロータ軸の回転に伴って負圧になる傾向がある。特に、キャリアリングの上半領域に一対のガイドメタルを設けた構成（上記（２）で述べた構成）では、ガイドメタルとロータ軸の外周面との隙間が小さいため、ガイドメタルによって挟まれた半環状空間は負圧になろうとする。このように、キャリアリングの上半領域においてダムの上流側の空間が負圧になると、前記微小隙間を介して外部から空気が取り込まれる。この際、前記微小隙間に存在する油（ロータ軸の外周面又はサイドプレート（ガイドメタルがある場合はガイドメタル）の内周面に付着した油）に空気が混ざり、空気を含むキャリーオーバ油が生じる原因となり得る。
そこで、上記（８）の構成では、キャリアリングの上半領域に大気連通穴を設けたので、大気連通穴を介して外気が取り込まれることになり、微小隙間を介した外気の取込みは起きにくく、空気を含むキャリーオーバ油の発生を抑制できる。

（９）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る回転機械は、
上記（１）乃至（８）の何れかに記載のジャーナル軸受と、
前記ジャーナル軸受によって支持されるロータ軸と、
を備える。

上記（９）の回転機械によれば、異常振動が発生しにくく且つ優れた軸受性能を有するジャーナル軸受を備えているので、信頼性の高い回転機械を提供することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転するロータ軸に連れまわって下流側へ搬送されるキャリーオーバ油が、キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分でダムによって堰き止められ、上流側の軸受パッドまで到達することを抑制できる。したがって、複数の軸受パッド間における負荷能力のバランスを適正に保つことができ、ジャーナル軸受における異常振動の発生防止および軸受性能の向上が図れる。

一実施形態に係るジャーナル軸受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。 図１のＢ−Ｂ線矢視図である。 一実施形態に係るジャーナル軸受の上半領域の展開図（図１に示したジャーナル軸受をＣ方向から視た展開図）である。 他の実施形態に係るジャーナル軸受の上半領域の展開図（図１に示したジャーナル軸受をＣ方向から視た展開図）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〜図３を参照して、幾つかの実施形態に係るジャーナル軸受１０の全体構成について説明する。
図１は、一実施形態に係るジャーナル軸受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。図３は、図１のＢ−Ｂ線矢視図である。

本実施形態の説明において、「軸方向」は、ジャーナル軸受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」はロータ軸２の半径方向であり、「周方向」はロータ軸２の周方向である。なお、「周方向」は、キャリアリング１２，１３の周方向であってもよいし、サイドプレート１７，１８の周方向であってもよい。さらに、本実施形態において「上流側」又は「下流側」とは、ロータ軸２の回転方向における上流側又は下流側のことを言う。

図１〜図３に示す実施形態において、ジャーナル軸受１０は、潤滑方式（給油方式）として直接潤滑方式を採用しており、キャリアリング１１の下半領域に第１軸受パッド３０及び第２軸受パッド３２が配置された構成となっている。例えば、ジャーナル軸受１０は、ティルティングパッド軸受である。なお、第１軸受パッド３０の前縁３０ａは上流側に位置し、後縁３０ｂは下流側に位置する。また、第２軸受パッド３２の前縁３２ａは上流側に位置し、後縁３２ｂは下流側に位置する。
以下、図示されるジャーナル軸受１０について例示的に説明するが、本実施形態に係るジャーナル軸受１０はこの構成に限定されるものではない。例えば、他の実施形態においては、キャリアリング１１の下半領域に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。

幾つかの実施形態において、ジャーナル軸受１０は、キャリアリング１１と、キャリアリング１１の下半領域の内周側に設けられ、ロータ軸２を下方から支持するように構成された複数の軸受パッド３０，３２と、ロータ軸２の軸方向における複数の軸受パッド３０，３２の両側に設けられる一対のサイドプレート１７，１８と、を備える。

以下、ジャーナル軸受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、不図示の軸受ケーシングに支持されており、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及び外周面を有している。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し、３以上に分割された構成であってもよい。また、図示されない他の構成のキャリアリング１１においても、中心軸線Ｏを通る水平面より上方側の領域を上方領域と言い、下方側の領域を下方領域と言う。

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。図３に示すように、サイドプレート１７，１８は、上半部サイドプレート１７Ａ，１８Ａ及び下半部サイドプレート１７Ｂ，１８Ｂを含む半割構造であってもよい。
これらのサイドプレート１７，１８によって、後述する給油ユニット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。

図１に示すように、上半部キャリアリング１２には、主としてロータ軸２の跳ね上がりを上方から押さえ込むために、内周面にガイドメタル（半円環軸受部）２０，２１が取り付けられていてもよい。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が設けられることで、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ユニット２５〜２９が設けられている。例えば、給油ユニット２５〜２９は、給油ノズルである。
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給油ユニット２５、第２給油ユニット２６、第３給油ユニット２７、第４給油ユニット２８、第５給油ユニット２９を含む計５本の給油ユニットが設けられている。
具体的には、第１給油ユニット２５及び第２給油ユニット２６は、最上流に位置する第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３給油ユニット２７及び第４給油ユニット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５給油ユニット２９は、第２軸受パッド３２よりも下流側に配置されている。なお、図４及び図５に示すように、第５給油ユニット２９は、潤滑油の噴射向きの異なる第１噴射孔２９ａ及び第２噴射孔２９ｂを有していてもよい。この場合、第１噴射孔２９ａは、第２軸受パッド（最下流パッド）３２を冷却する目的で、第２軸受パッド３２に向けて上流側に潤滑油を噴射するように構成される。また、第２噴射孔２９ｂは、ガイドメタル２０，２１とロータ軸２とが接触した際の潤滑性を保持する目的で、ガイドメタル２０，２１に向けて下流側に潤滑油を噴射するように構成される。

図１〜図３に戻り、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ユニット２５〜２９に送られて、各給油ユニット２５〜２９から各軸受パッド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。

次に、図２、図４及び図５を参照して、ジャーナル軸受１０の上半領域の具体的な構成について説明する。なお、図４は、一実施形態に係るジャーナル軸受１０の上半領域の展開図（図１に示したジャーナル軸受１０をＣ方向から視た展開図）である。図５は、他の実施形態に係るジャーナル軸受１０の上半領域の展開図（図１に示したジャーナル軸受１０をＣ方向から視た展開図）である。

幾つかの実施形態では、図２に例示するように、ジャーナル軸受１０は、各々のサイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間に一対のサイドプレート１７，１８によって囲まれた軸受内部空間と外部とを連通させるための隙間４２（図１及び図３参照）が設けられている。また、図２、図４及び図５に例示するように、このジャーナル軸受１０は、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）のうち下流側の部分においてキャリアリング１１の内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダム５０を備えている。

本発明者らによる鋭意検討の結果、最上流側に位置する第１軸受パッド３０とロータ軸２との間の油膜圧力が不足する原因として、第１軸受パッド３０にキャリーオーバされる潤滑油への空気の混入があることを見出した。
すなわち、各々のサイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間に、一対のサイドプレート１７，１８によって囲まれた軸受内部空間と軸受外部とを連通させるための隙間４２（図１及び図３参照）を有するジャーナル軸受１０では、下流側の第２軸受パッド３２から上流側の第１軸受パッド３０に至る領域で該隙間４２から吸い込まれた空気が潤滑油に混入し得る。このため、第１軸受パッド３０にキャリーオーバされる潤滑油には多くの空気が含まれ、実質の潤滑油の油量が少ないと考えられる。したがって、第１軸受パッド３０の上流側直前の給油ユニット２５，２６と、第２軸受パッド３２の上流側直前の給油ユニット２７，２８との吐出油量が同じであっても、第２軸受パッド３２に比べて第１軸受パッド３０では潤滑油不足となりやすい。また、潤滑油は非圧縮性流体であるのに対して、潤滑油に含まれる空気は圧縮性流体であるため、第１軸受パッド３０（特に前縁近傍）において潤滑油に含まれる気泡が押しつぶされ、第１軸受パッド３０の前縁３０ａ側において動圧が生じにくくなる。
これにより、第１軸受パッド３０の負荷能力が低下し、複数の軸受パッド３０，３２間における負荷能力の適正なバランスが維持できなくなる。そのため、回転数の上昇に伴いロータ軸２の軸心軌跡が鉛直線上から逸れてしまい、異常振動が発生したり、軸受性能が低下したりする可能性が高くなる。

そこで、上記実施形態に係るジャーナル軸受１０は、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）のうち下流側の部分においてキャリアリング１１の内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダム５０を備えた構成となっている。これにより、回転するロータ軸２に連れまわって下流側へ搬送されるキャリーオーバ油は、キャリアリング１１の上半領域のうち下流側の部分でダム５０によって堰き止められるので、上流側の第１軸受パッド３０まで到達することを抑制できる。
したがって、複数の軸受パッド３０，３２間における負荷能力のバランスを適正に保つことができ、ジャーナル軸受１０における異常振動の発生防止および軸受性能の向上が図れる。

図２、図４及び図５に例示するように幾つかの実施形態では、ジャーナル軸受１０が、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）においてロータ軸２の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタル２０，２１を備える場合、ダム５０は、一対のガイドメタル２０，２１間に設けられている。
また、図４及び図５に示すように、ダム５０の前端面５０ａは、サイドプレート１７，１８に近づくにつれて下流側に向かうように、軸方向に対して傾斜していてもよい。すなわち、ダム５０の前端面５０ａは、軸方向の中央が上流側に位置し、軸方向の両端側が下流側に位置するように傾斜していてもよい。なお、ダム５０の前端面５０ａとは、上流側に向いた端面である。

上記実施形態によれば、キャリアリング１１の上半領域に一対のガイドメタル２０，２１を設けたので、上述したようにロータ軸２が跳ね上がった場合にガイドメタル２０，２１によってロータ軸２を押さえ込むことができる。ただし、このような構成の場合、キャリアリング１１の上半領域のうち一対のガイドメタル２０，２１で挟まれた半環状空間５は、ロータ軸２の回転にともなって負圧になる傾向があり、ガイドメタル２０，２１とロータ軸２の外周面との間の隙間４０（図１参照）を介して外気を取り込んでしまい、キャリーオーバ油への空気混入を助長し得る。
この点、上記実施形態のように、キャリアリング１１の上半領域（図２では上半部キャリアリング１２）のうち下流側の部分にダム５０を設ければ、ガイドメタル２０，２１とロータ軸２の外周面との間の隙間４０（図１参照）を介して半環状空間５に取り込まれた空気が混入したキャリーオーバ油をダム５０によって堰き止めることで、上流側の第１軸受パッド３０へのキャリーオーバ油の到達を阻止できる。

図５に例示するように幾つかの実施形態では、各々のガイドメタル２０，２１が、ダム５０と一対のガイドメタル２０，２１とによって囲まれるダム５０の上流側の空間（半環状空間５）と連通するように形成された少なくとも一本の第１排出路５２を有する。

上記実施形態によれば、一対のガイドメタル２０，２１のそれぞれに、少なくとも一本の第１排出路５２が設けられているので、この第１排出路５２を介して、ダム５０と一対のガイドメタル２０，２１とによって囲まれるダム５０の上流側の半環状空間５に溜まったキャリーオーバ油を軸受外部へ排出することができる。これにより、キャリーオーバ油が半環状空間５からダム５０を通過して下流側へ搬送されることを抑制できる。

上記実施形態において、各々の第１排出路５２は、サイドプレート１７，１８に近づくにつれて下流側に向かうように、軸方向に対して傾斜して配置されていてもよい。
この構成によれば、第１排出路５２が、ロータ軸２の回転に連れまわって搬送されるキャリーオーバ油の流れ方向に沿って傾斜しているので、第１排出路５２から軸受外部へキャリーオーバ油を円滑に排出することができる。

図２、図４及び図５に例示するように幾つかの実施形態では、ジャーナル軸受１０は、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）のうち上流側の部分においてキャリアリング１１の内周側に設けられ、ロータ軸２の回転に伴って上半領域に侵入しようとする潤滑油をロータ軸２からそぎ落とすためのスクレーパ６０をさらに備える。

上記実施形態では、キャリアリング１１の上半領域のうち上流側の部分にスクレーパ６０を設けて、ロータ軸２の回転に伴ってキャリアリング１１の上半領域に侵入しようとする潤滑油をスクレーパ６０によってロータ軸２からそぎ落とすようになっている。このように、ダム５０に加えて、キャリアリング１１の上半領域のうち上流側の部分においてもスクレーパ６０によってキャリーオーバ油の下流側への流れを抑制することによって、上流側の第１軸受パッド３０まで到達するキャリーオーバ油をより低減することができる。

また、上述したように、ジャーナル軸受１０が、キャリアリング１１の上半領域においてロータ軸２の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタル２０，２１をさらに備えている場合、図４及び図５に例示するように、スクレーパ６０は一対のガイドメタル２０，２１間に設けられていてもよい。
また、図５に例示するように、各々のガイドメタル２０，２１は、スクレーパ６０によってそぎ落とされた潤滑油を排出するための少なくとも一本の第２排出路６２を有していてもよい。

上記実施形態によれば、一対のガイドメタル２０，２１のそれぞれに、少なくとも一本の第２排出路６２が設けられており、この第２排出路６２を介して、スクレーパ６０によってそぎ落とされた潤滑油を排出するようになっている。そのため、キャリーオーバ油の下流側への流れをより効果的に抑制できる。

さらに、図５に例示するように、各々の第２排出路６２は、サイドプレート１７，１８に近づくにつれて下流側に向かうように、軸方向に対して傾斜して配置されていてもよい。
この構成によれば、第２排出路６２が、ロータ軸２の回転に連れまわって搬送されるキャリーオーバ油の流れ方向に沿って傾斜しているので、第２排出路６２から軸受外部へキャリーオーバ油を円滑に排出することができる。

例えば、スクレーパ６０の前端面６０ａは軸方向に沿って平面状に形成されており、この前端面６０ａからスクレーパ６０の側面６０ｂまで延在するように、スクレーパ６０の内部に複数の流路６０ｃが設けられている。すなわち、複数の流路６０ｃも第２排出路６２と同様に、サイドプレート１７，１８に近づくにつれて下流側に向かうように、軸方向に対して傾斜して設けられている。これらの複数の流路６０ｃは、それぞれ、ガイドメタル２０，２１に形成された第２排出路６２に連通している。そして、スクレーパ６０の前端面６０ａから流路６０ｃに流入したキャリーオーバ油は、スクレーパ６０内の流路６０ｃを通った後にガイドメタル２０，２１内の第２排出路６２を通って軸受外部に排出される。なお、スクレーパ６０の前端面６０ａとは、上流側に向いた端面である。

ガイドメタル２０，２１は、上述したようにロータ軸２の跳ね上がりを防止する目的で設置されるため、通常、ガイドメタル２０，２１の内周面がサイドプレート１７，１８の内周面よりもロータ軸２の近くに位置するように設けられる。すなわち、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４２（図１及び図３参照）は、ガイドメタル２０，２１の内周面とロータ軸２の外周面との間の隙間４０（図１参照）よりも大きい。そのため、サイドプレート１７，１８に潤滑油の排出路を設けなくても、第１排出路５２又は第２排出路６２をガイドメタル２０，２１に形成すれば、第１排出路５２又は第２排出路６２から排出された潤滑油は、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４２（図１及び図３参照）から軸受外部へ排出し得る。ただし、第１排出路５２又は第２排出路６２に対応した排出路をサイドプレート１７，１８に形成してもよいことは勿論である。

図４及び図５に示す実施形態では、キャリアリング１１は、上半領域において、ダム５０の上流側に位置する大気連通穴７０を有する。
例えば、大気連通穴７０は、上半部キャリアリング１２に設けられており、一対のサイドプレート１７，１８とダム５０とによって囲まれるダム５０の上流側の半環状空間５と、軸受外部とを連通するように形成される。なお、図示される例では上半部キャリアリング１２に一つの大気連通穴７０が設けられた構成となっているが、大気連通穴７０は複数設けられてもよい。

一対のサイドプレート１７，１８とダム５０とによって囲まれるダム５０の上流側の空間は、外部と微小隙間のみで連通しているので、ロータ軸２の回転に伴って負圧になる傾向がある。特に、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）に一対のガイドメタル２０，２１を設けた構成では、ガイドメタル２０，２１とロータ軸２の外周面との隙間４０（図１参照）が小さいため、ガイドメタル２０，２１によって挟まれた半環状空間５は負圧になろうとする。このように、キャリアリング１１の上半領域においてダム５０の上流側の半環状空間５が負圧になると、前記微小隙間を介して外部から空気が取り込まれる。この際、前記微小隙間に存在する油（ロータ軸２の外周面又はサイドプレート１７，１８（図示されるようにガイドメタル２０，２１がある場合はガイドメタル２０，２１）の内周面に付着した油）に空気が混ざり、空気を含むキャリーオーバ油が生じる原因となり得る。
そこで、上記実施形態では、キャリアリング１１の上半領域に大気連通穴７０を設けたので、大気連通穴７０を介して外気が取り込まれることになり、微小隙間を介した外気の取込みは起きにくく、空気を含むキャリーオーバ油の発生を抑制できる。

上述したように、本発明の実施形態によれば、回転するロータ軸２に連れまわって下流側へ搬送されるキャリーオーバ油が、キャリアリング１１の上半領域のうち下流側の部分でダム５０によって堰き止められ、上流側の第１軸受パッド３０まで到達することを抑制できる。したがって、複数の軸受パッド３０，３２間における負荷能力のバランスを適正に保つことができ、ジャーナル軸受１０における異常振動の発生防止および軸受性能の向上が図れる。

なお、図１に示すように、本実施形態に係るジャーナル軸受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、送風機、過給機、又は圧縮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を支持するためのジャーナル軸受１０と、を備える。
この回転機械１によれば、異常振動が発生しにくく且つ優れた軸受性能を有するジャーナル軸受１０を備えているので、信頼性の高い回転機械１を提供することができる。

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、「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
５ 半環状空間
１０ ジャーナル軸受
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
２０，２１ ガイドメタル
２５ 第１給油ユニット
２６ 第２給油ユニット
２７ 第３給油ユニット
２８ 第４給油ユニット
２９ 第５給油ユニット
３０ 第１軸受パッド
３２ 第２軸受パッド
４０ 隙間
５０ ダム
５２ 第１排出路
６０ スクレーパ
６２ 第２排出路
７０ 大気連通穴

Claims (10)

1. キャリアリングと、
   前記キャリアリングの下半領域のみの内周側に設けられ、ロータ軸を下方から支持するように構成された複数の軸受パッドと、
   前記複数の軸受パッドのうち上流側パッドの上流側に設けられ、前記キャリアリングの前記下半領域に設けられた前記軸受パッドのうち前記上流側パッドに潤滑油を供給するための給油ユニットと、
   前記ロータ軸の軸方向における前記複数の軸受パッドの両側に設けられた一対のサイドプレートと、
   前記キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダムと、
   を備え、
   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に前記一対のサイドプレートによって囲まれた軸受内部空間と外部とを連通させるための隙間が設けられ、
   前記ダムは、前記軸受パッドが存在しない前記キャリアリングの前記上半領域において前記給油ユニットの上流側に位置し、前記キャリアリングの前記上半領域において前記隙間を介して前記軸受内部空間に吸い込まれた空気を含む前記キャリーオーバ油の流れを抑制するように構成された
   ことを特徴とするジャーナル軸受。
2. 前記キャリアリングの前記上半領域に設けられ、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタルをさらに備え、
   前記ダムは、前記一対のガイドメタル間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受。
3. 各々の前記ガイドメタルは、前記ダムと前記一対のガイドメタルとによって囲まれる前記ダムの上流側の空間と連通するように形成された少なくとも一本の第１排出路を有することを特徴とする請求項２に記載のジャーナル軸受。
4. 各々の前記第１排出路は、前記サイドプレートに近づくにつれて下流側に向かうように、前記軸方向に対して傾斜して配置されたことを特徴とする請求項３に記載のジャーナル軸受。
5. 前記キャリアリングの上半領域のうち上流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、前記ロータ軸の回転に伴って前記上半領域に侵入しようとする潤滑油を前記ロータ軸からそぎ落とすためのスクレーパをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のジャーナル軸受。
6. 前記キャリアリングの前記上半領域に設けられ、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタルをさらに備え、
   前記スクレーパは、前記一対のガイドメタル間に設けられ、
   各々の前記ガイドメタルは、前記スクレーパによってそぎ落とされた前記潤滑油を排出するための少なくとも一本の第２排出路を有することを特徴とする請求項５に記載のジャーナル軸受。
7. 各々の前記第２排出路は、前記サイドプレートに近づくにつれて下流側に向かうように、前記軸方向に対して傾斜して配置されたことを特徴とする請求項６に記載のジャーナル軸受。
8. 前記キャリアリングは、前記上半領域において、前記ダムの上流側に位置する大気連通穴を有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ジャーナル軸受。
9. 前記ダムの少なくとも一部は、各々の前記サイドプレートの内周面よりも径方向内側に設けられている請求項１乃至８の何れか一項に記載のジャーナル軸受。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載のジャーナル軸受と、
    前記ジャーナル軸受によって支持されるロータ軸と、
    を備えることを特徴とする回転機械。

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