JP7000010B2 - 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。
また、特許文献１には、ロータ軸の跳ね上がりを防止することを目的として、上半部キャリアリングの内周側において軸方向に互いに離間して配置された一対のガイドメタルを備えた構成も記載されている。

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、
前記キャリアリングの上半領域に配置され、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように、前記ロータ軸の軸方向における中央に設けられたガイドメタルと、
を備える。

（２）また、幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記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、上記（２）の構成のように、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（サイドプレート隙間）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。

さらに本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、キャリアリングの上半領域に設けられた一対のガイドメタルによって挟まれる半環状空間がロータ軸の回転に伴って負圧となり、ガイドメタルとロータ軸の外周面との間の微小隙間を介して外気が前記半環状空間に流入することがキャリーオーバ油への空気混入の原因の一つであることが分かってきた。すなわち、キャリアリングの上半領域においてガイドメタル間の半環状空間に流入する外気が、前記微小隙間に存在する油（ロータ軸の外周面又はガイドメタルの内周面に付着した油）に混入し、空気を含むキャリーオーバ油が生じると考えられる。
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に配置され、ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように、ロータ軸の軸方向における中央に設けられたガイドメタルを備える構成としている。そのため、一対のガイドメタルを設ける場合とは異なり、キャリーオーバ油への空気混入の原因となる負圧空間（一対のガイドメタル間の半環状空間）が存在せず、空気を多く含んだキャリーオーバ油が発生することを抑制できる。
したがって、上記（２）の構成のように、軸受内部空間と外部とを連通させるためのサイドプレート隙間が設けられている場合であっても、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。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記ガイドメタルの下流側に設けられ、前記ガイドメタルよりも前記軸方向に沿った幅が大きいダムをさらに備える。

上記（３）の構成によれば、ガイドメタルよりもロータ軸方向における幅が大きいダムをガイドメタルの下流側に設けることで、ガイドメタルの両側の空間を搬送されるキャリーオーバ油の下流側への流れをダムによって効果的に抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記ガイドメタル及び前記ダムは一体に形成されている。

上記（４）の構成によれば、ガイドメタルとダムが一体に形成されており、ガイドメタルとダムとが連続的に設けられているため、ガイドメタルの下流側且つダムの上流側に、キャリーオーバ油への空気の混入が起き得るスペースが存在しない。このため、空気を含むキャリーオーバ油の発生を効果的に防止できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、
前記ダムの下流側端の前記軸方向に沿った幅Ｗ_{Ｇ_ＴＥ}は、前記複数の軸受パッドのうち最上流側の第１軸受パッドの前記軸方向における幅をＷ_Ｐ１としたとき、Ｗ_{Ｇ_ＴＥ}≧０．８×Ｗ_Ｐ１を満たす。

上記（５）の構成によれば、ダムの下流側端の軸方向に沿った幅Ｗ_{Ｇ_ＴＥ}を、最上流側の第１軸受パッドの軸方向における幅Ｗ_Ｐ１の０．８倍以上としたので、ダムによって、ガイドメタルの両側を通って第１軸受パッドまで到達するキャリーオーバ油を確実に低減することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（５）の何れかの構成において、
前記ダムは、前記軸方向における前記ダムの両端を形成するとともに、上流側からのキャリーオーバ油を前記軸方向の外側に向けて導くように構成された一対の整流部を有する。

上記（６）の構成では、ガイドメタルの両側の空間をロータ軸の回転方向に沿って流れるキャリーオーバ油を、一対の整流部によって、軸受外部へ向けた流れに転向させるようにしたので、キャリーオーバ油が最上流の軸受パッドまで到達することを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、
各々の前記整流部の前縁は、下流側に向かうにつれて前記軸方向の外側に向かうように前記ロータ軸の回転方向に対して傾斜している。

キャリーオーバ油の流れが整流部において急激に転向する場合、キャリーオーバ油が円滑に軸受外部へ排出されない可能性がある。
この点、上記（７）の構成によれば、整流部の前縁が、下流側に向かうにつれて軸方向の外側に向かうようにロータ軸の回転方向に対して傾斜しているので、キャリーオーバ油が整流部に沿って滑らかに転向され、キャリーオーバ油を軸受外部へ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、
前記ガイドメタルには、該ガイドメタルの前記ロータ軸に対向する表面に開口するとともに、前記ガイドメタルの前記表面に潤滑油を供給するように構成された少なくとも一つの給油口が形成されている。

上記（８）の構成によれば、ガイドメタルのロータ軸に対向する表面に設けられた給油口を介してガイドメタルの表面に潤滑油が供給されるようにしたので、ガイドメタルとロータ軸とが接触した際にこれらの間の潤滑性を保つことができる。
また、ガイドメタルとロータ軸の外周面との間の微小隙間に給油口から供給された潤滑油は、空気と触れ合うことなく、前記微小隙間を下流側に流れていくと考えられる。そのため、給油口からの潤滑油は、ガイドメタルの両側を通って下流側に向かうキャリーオーバ油とは異なり、空気の混入の可能性が低い。そこで、上記（８）の構成のように、ガイドメタルの表面に給油口を設け、該給油口から潤滑油を供給することで、ガイドメタルの下流側に位置する最上流パッドに対して、空気混入のリスクが少ない潤滑油を供給することができる。

（９）一実施形態では、上記（８）の構成において、
前記少なくとも一つの給油口は、前記ガイドメタルの最上部又は該最上部よりも下流側に位置する。

典型的なジャーナル軸受では、ロータ軸の回転時において、ロータ軸の中心軸線がキャリアリングの中心軸線に対して低い位置に存在する。このため、キャリアリングの上半領域は、ロータ軸の回転方向の上流側から下流側に向かって、ガイドメタルとロータ軸の外周面との隙間が徐々に広がって、ガイドメタルの最上部において該隙間が最大となった後、該隙間は徐々に狭くなっていく。
そこで、上記（９）の構成では、ガイドメタルの表面に開口する給油口をガイドメタルの最上部又は該最上部の下流側に設けている。これにより、ガイドメタルとロータ軸の外周面との間の隙間がロータ軸の回転方向下流側に向かって徐々に狭くなる領域に給油口が存在するため、給油口からの潤滑油への空気混入の可能性をさらに低減することができる。

（１０）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（９）の何れか一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（１０）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、ロータ軸の軸方向における中央にガイドメタルを設ける構成としたので、一対のガイドメタルを設ける場合とは異なり、キャリーオーバ油への空気混入の原因となる負圧空間（一対のガイドメタル間の環状空間）が存在せず、空気を多く含んだキャリーオーバ油が発生することを抑制できる。
したがって、軸受内部空間と外部とを連通させるためのサイドプレート隙間が設けられている場合であっても、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。 一実施形態におけるガイドメタル及び給油口を示す断面図である。

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。

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、後述するガイドメタル２０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１、図２、図４及び図５を参照して、ガイドメタル２０とのその周辺構造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、一実施形態におけるガイドメタル２０及び給油口６０を示す断面図である。

図１、図２及び図４に例示するように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）に配置され、ロータ軸２の外周面のうち上側領域を覆うように、ロータ軸２の軸方向における中央に設けられたガイドメタル（半円環軸受部）２０を備える。
例えば、ジャーナル軸受１０は、ロータ軸２の軸方向における中央に設けられ、周方向に延在する一本のガイドメタル２０を備える。なお、ガイドメタル２０の幅（ロータ軸２の軸方向における長さ）は特に限定されないが、ロータ軸２が跳ね上がった際にその荷重を支持し得る幅であればよい。また、ガイドメタル２０は、図２に示すように半円形状に形成されていてもよい。このガイドメタル２０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。

また、上述したように、ジャーナル軸受１０が、軸方向における複数の軸受パッド３０，３２の両側に設けられた一対のサイドプレート１７，１８を備える場合、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（サイドプレート隙間）４２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サイドプレート隙間４２（図１及び図３参照）を有するジャーナル軸受１０では、下流側に配置された第２軸受パッド３２から第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、上流側の第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。

さらに本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、キャリアリングの上半領域に一対のガイドメタルが設けられた構成（不図示）においては、一対のガイドメタルによって挟まれる半環状空間がロータ軸の回転に伴って負圧となり、ガイドメタルとロータ軸の外周面との間の微小隙間を介して外気が前記半環状空間に流入することがキャリーオーバ油への空気混入の原因の一つであることが分かってきた。すなわち、キャリアリングの上半領域において一対のガイドメタル間の半環状空間に流入する外気が、前記微小隙間に存在する油（ロータ軸の外周面又はガイドメタルの内周面に付着した油）に混入し、空気を含むキャリーオーバ油が生じると考えられる。

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の上半領域に配置され、ロータ軸２の外周面のうち上側領域を覆うように、ロータ軸２の軸方向における中央に設けられたガイドメタル２０を備える構成としている。そのため、一対のガイドメタルを設ける場合とは異なり、キャリーオーバ油への空気混入の原因となる負圧空間（一対のガイドメタル間の半環状空間）が存在せず、空気を多く含んだキャリーオーバ油が発生することを抑制できる。
したがって、上記実施形態のように、軸受内部空間と外部とを連通させるためのサイドプレート隙間４２が設けられている場合であっても、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４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、ガイドメタル２０の下流側に設けられ、ガイドメタル２０よりも軸方向に沿った幅が大きいダム５０をさらに備える。
上記実施形態によれば、ダム５０によって、ガイドメタル２０の両側の空間５を搬送されるキャリーオーバ油の下流側への流れを効果的に抑制することができる。

一実施形態において、ガイドメタル２０及びダム５０は一体に形成されていてもよい。
この実施形態によれば、ガイドメタル２０とダム５０が一体に形成されており、ガイドメタル２０とダム５０とが連続的に設けられているため、ガイドメタル２０の下流側且つダム５０の上流側に、キャリーオーバ油への空気の混入が起き得るスペースが存在しない。このため、空気を含むキャリーオーバ油の発生を効果的に防止できる。
なお、図示は省略するが他の実施形態として、ガイドメタル２０及びダム５０が別体で構成されていてもよい。

幾つかの実施形態では、ダム５０の下流側端の軸方向に沿った幅Ｗ_{Ｇ_ＴＥ}は、複数の軸受パッド３０，３２のうち最上流側の第１軸受パッド３０の軸方向における幅をＷ_Ｐ１としたとき、Ｗ_{Ｇ_ＴＥ}≧０．８×Ｗ_Ｐ１を満たす。

上記実施形態によれば、ダム５０の下流側端の軸方向に沿った幅Ｗ_{Ｇ_ＴＥ}を、最上流側の第１軸受パッド３０の軸方向における幅Ｗ_Ｐ１の０．８倍以上としたので、ダム５０によって、ガイドメタル２０の両側の空間５を通って第１軸受パッド３０まで到達するキャリーオーバ油を確実に低減することができる。

幾つかの実施形態では、ダム５０は、軸方向におけるダム５０の両端を形成するとともに、上流側からのキャリーオーバ油を軸方向の外側に向けて導くように構成された一対の整流部５２，５３を有する。

上記実施形態では、ガイドメタル２０の両側の空間５をロータ軸２の回転方向に沿って流れるキャリーオーバ油を、一対の整流部５２，５３によって、軸受外部へ向けて流れるように転向させるようにしたので、キャリーオーバ油が最上流の第１軸受パッド３０まで到達することを効果的に抑制することができる。

一実施形態では、各々の整流部５２，５３の前縁５２ａ，５３ａは、下流側に向かうにつれて軸方向の外側に向かうようにロータ軸２の回転方向に対して傾斜している。すなわち、各々の整流部５２，５３の前縁５２ａ，５３ａは、軸方向中央部が上流側に位置し、軸方向両端側が下流側に位置するように傾斜している。なお、「前縁」５２ａ，５３ａとは、ロータ軸２の回転方向において上流側に位置する縁部を言う。

キャリーオーバ油の流れが整流部５２，５３において急激に転向する場合、キャリーオーバ油が円滑に軸受外部へ排出されない可能性がある。
この点、上記構成によれば、整流部５２，５３の前縁５２ａ，５３ａが、下流側に向かうにつれて軸方向の外側に向かうようにロータ軸２の回転方向に対して傾斜しているので、キャリーオーバ油が整流部５２，５３に沿って滑らかに転向され、キャリーオーバ油を軸受外部へ円滑に排出することができる。

ガイドメタル２０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の内周面とロータ軸２の外周面との間の隙間４０（図１及び図２参照）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、整流部５２，５３に沿ってサイドプレート１７，１８側へ導かれた潤滑油は、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１参照）から軸受外部へ排出し得る。ただし、整流部５２，５３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に例示する幾つかの実施形態において、ガイドメタル２０には、該ガイドメタル２０のロータ軸２に対向する表面に開口するとともに、ガイドメタル２０の表面に潤滑油を供給するように構成された少なくとも一つの給油口６０が形成されている。
図４には、軸方向に複数の給油口６０が設けられた構成を示している。なお、第５給油ユニット２９が上述した第２噴射孔２９ｂを備える場合、この第２噴射孔２９ｂは、ガイドメタル２０の位置に対応して軸方向中央領域に設けられていてもよい。この第２噴射孔２９ｂから供給される潤滑油によって、給油口６０よりも上流側のガイドメタル２０の潤滑性を確保できる。

上記実施形態によれば、ガイドメタル２０のロータ軸２に対向する表面に設けられた給油口６０を介してガイドメタル２０の表面に潤滑油が供給されるようにしたので、ガイドメタル２０とロータ軸２とが接触した際にこれらの間の潤滑性を保つことができる。
また、ガイドメタル２０とロータ軸２の外周面との間の微小隙間４０（図１及び図２参照）に給油口６０から供給された潤滑油は、空気と触れ合うことなく、微小隙間４０を下流側に流れていくと考えられる。そのため、給油口６０からの潤滑油は、ガイドメタル２０の両側を通って下流側に向かうキャリーオーバ油とは異なり、空気の混入の可能性が低い。そこで、上記実施形態のように、ガイドメタル２０の表面に給油口６０を設け、該給油口６０から潤滑油を供給することで、ガイドメタル２０の下流側に位置する第１軸受パッド３０に対して、空気混入のリスクが少ない潤滑油を供給することができる。

図５に例示するように、少なくとも一つの給油口６０は、ガイドメタル２０の最上部Ｈ又は該最上部Ｈよりも下流側の領域Ｄに位置してもよい。
典型的なジャーナル軸受１０では、ロータ軸２の回転時において、ロータ軸２の中心軸線Ｏがキャリアリングの中心軸線Ｐに対して低い位置に存在する。このため、キャリアリング１１の上半領域は、ロータ軸２の回転方向の上流側から下流側に向かって、ガイドメタル２０とロータ軸２の外周面との隙間４０が徐々に広がって、ガイドメタル２０の最上部Ｈにおいて該隙間４０が最大となった後、該隙間４０は徐々に狭くなっていく。
そこで、上記構成では、ガイドメタル２０の表面に開口する給油口６０をガイドメタル２０の最上部Ｈ又は該最上部Ｈの下流側に設けている。これにより、ガイドメタル２０とロータ軸２の外周面との間の隙間４０がロータ軸２の回転方向下流側に向かって徐々に狭くなる領域Ｄに給油口６０が存在するため、給油口６０からの潤滑油への空気混入の可能性をさらに低減することができる。

上述したように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、ロータ軸２の軸方向における中央にガイドメタル２０を設ける構成としたので、一対のガイドメタルを設ける場合とは異なり、キャリーオーバ油への空気混入の原因となる負圧空間（一対のガイドメタル間の環状空間）が存在せず、空気を多く含んだキャリーオーバ油が発生することを抑制できる。
したがって、軸受内部空間と外部とを連通させるためのサイドプレート隙間４２が設けられている場合であっても、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 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 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
２９ａ 第１噴射孔
２９ｂ 第２噴射孔
３０ 第１軸受パッド
３２ 第２軸受パッド
５０ ダム
５２，５３ 整流部
５２ａ，５３ａ 前縁
６０ 給油口

Claims (5)

1. 上下一対のキャリアリングと、
   下側のキャリアリング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、前記ロータ軸の外周面との間に潤滑油が供給される複数の軸受パッドと、
   前記ロータ軸の軸方向において前記複数の軸受パッドの両側に設けられる一対のサイドプレートと、
   上側のキャリアリングと前記サイドプレートとによって形成される半環状空間の前記ロータ軸の軸方向中央に設けられ、前記ロータ軸の跳ね上がりを前記ロータ軸との接触により押さえ込む、前記上側のキャリアリングにおいて前記キャリアリングの周方向に延在する単一のガイドメタルと、
   前記ガイドメタルの前記軸方向に沿った幅が一定の部分の下流端から前記軸受パッドの上流に亘って設けられ、前記幅が一定の部分の下流端から下流側に向かうにつれて前記軸方向外側に向かうように前記ロータ軸の回転方向に対して傾斜して前記一対のサイドプレートの各々に当接するダムと、
   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半環状空間と外部とを連通させるための第１隙間が設けられ、
   前記第１隙間は、前記ガイドメタルの内周面と前記ロータ軸の外周面との間の第２隙間よりも大きいことを特徴とするジャーナル軸受。
2. 前記ガイドメタル及び前記ダムは一体に形成されてい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. 上下一対のキャリアリングと、
   下側のキャリアリング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、前記ロータ軸の外周面との間に潤滑油が供給される複数の軸受パッドと、
   前記ロータ軸の軸方向において前記複数の軸受パッドの両側に設けられる一対のサイドプレートと、
   上側のキャリアリングと前記サイドプレートとによって形成される半環状空間の前記ロータ軸の軸方向中央に設けられ、前記ロータ軸の跳ね上がりを前記ロータ軸との接触により押さえ込む、前記上側のキャリアリングにおいて前記キャリアリングの周方向に延在する単一のガイドメタルと、
   前記ガイドメタルの前記軸方向に沿った幅が一定の部分の下流端から前記軸受パッドの上流に亘って設けられ、前記幅が一定の部分の下流端から下流側に向かうにつれて前記軸方向外側に向かうように前記ロータ軸の回転方向に対して傾斜して前記一対のサイドプレートの各々に当接するダムと、を備え、
   前記ガイドメタル及び前記ダムは一体に形成されている
   ことを特徴とするジャーナル軸受。
4. 前記ガイドメタルには、該ガイドメタルの前記ロータ軸に対向する表面に開口するとともに、前記ガイドメタルの前記表面に潤滑油を供給するように構成された少なくとも一つの給油口が形成され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ジャーナル軸受。
5. 請求項１乃至４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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