JPH0544722A - 減衰軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ロータのジャーナル部１を油膜を介して支持
するダンパブッシュ２と、このダンパブッシュをスクイ
ズフィルムダンパ５を介して支持し基礎に固定された外
輪４とを具えたものにおいて、前記ダンパブッシュ２の
重量を前記ロータの重量の２０％以下としたことを特徴
とする。 【効果】 ダンパブッシュ２の重量がロータの重量に比
し十分小さくしてあり、ダンパブッシュ２の慣性は小で
あるからロータの振動による浮上がりも生じやすく、ダ
ンパブッシュ２直下の油膜形成が確実になされるため、
振動に対するスクイズ効果が発生し減衰軸受の制振効果
が十分発揮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速ターボ機械等の回転
軸を支承するジャーナル軸受に係り、特に外的励振力が
大きく高い安定性が要求される機械に適用すべき減衰軸
受に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のターボ機械においては、高効率化
・小形化が強く要請されており、回転部をできるだけコ
ンパクトとし回転速度を高くして、その出力密度（機械
の大きさに対する出力の割合）を大とすることがしばし
ば行われている。すなわち、このような回転機械では幾
つかの危険速度よりも上の高速域で運転される傾向があ
る。

【０００３】上記のような高出力密度の回転機械では、
それ自体安定性に優れたジャーナル軸受（例えばパッド
軸受）が通常使用されている。しかしながら、上記のジ
ャーナル軸受にあっても作動流体等に起因する外的励振
力が増大すると、しばしば不安定振動を発生することが
ある。例えば、蒸気タービン発電機においては作動流体
は蒸気であるため、上記の不安定状態はスチームホワー
ルと呼ばれ、高効率化した高速小形タービンにおいてし
ばしば見られるところである。而して、上記の不安定振
動は自励振動であり回転系が一旦不安定になると、振動
振幅が急激に増大して通常の運転が困難となったり、回
転部と静止部との接触を生じて羽根などの破損が起こ
り、回転体そのものが使用不能となるおそれがある。

【０００４】上記のような不安定振動に対して回転系の
安定性を高める手段としては、軸受に制振効果の高い減
衰機能を付加すればよいことは周知である。上記制振手
段の例としては、実開昭２６−６８７１９号公報、特開
昭５７−１７７４１９号公報開示のものがある。

【０００５】図４は従来の減衰軸受の一例の模式的断面
図である。この図において、減衰機能付のジャーナル軸
受は、ジャーナル部１と、これを包囲するダンパブッシ
ュ２と、これ等両者間に動圧油膜で形成されるジャーナ
ル軸受３と、前記ダンパブッシュ２を包囲し図示しない
基礎に固定された外輪４と、これ等両者間に充満する油
膜で形成されたスクイズフィルムダンパ５とにより構成
されている。而して、ダンパブッシュ２はセンタリング
ばね１４によって支持されており、ダンパブッシュ２と
外輪４とは同心位置に保持されている。

【０００６】上記構成の従来の減衰軸受において、回転
軸で発生した振動はジャーナル部１、ジャーナル軸受３
を介してダンパブッシュ２に伝達される。ダンパブッシ
ュ２の振動によりダンパブッシュ２と外輪４とが急激に
近付いたり離れたりするが、それ等両者の間には油が充
満されているため、この油膜内のスクイズ効果によって
制振力が発生し、回転軸系の安定性が高められる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の従来の減衰
軸受においては、センタリングばね１４によりダンパブ
ッシュ２の支持定位を行っているため軸受全体の軸方向
寸法が大であり、通常のジャーナル軸受に比べて構造が
複雑であるだけでなくその組立もかなり難しいものとな
っている。また、大形・中形の蒸気タービン発電機やガ
スタービン等では、軸受にかかる荷重がかなり大である
ため、センタリングばね１４は耐久性につき十分考慮す
る必要がある。

【０００８】従って、大形・中形の蒸気タービン発電機
やガスタービン、または構造上支持部に余裕のないター
ボ機械では、図４と同一部分には同一符号を付した図５
に示すようにセンタリングばね１４を欠如した減衰軸受
を使用する場合がある。この減衰軸受も図４に示した減
衰軸受と全く同様の作用、効果を呈するものであるが、
センタリングばねを欠如しているためダンパブッシュ２
が振動により動作し難い欠点がある。図５は中央にディ
スク１１を有するロータ１２の両端がジャーナル部１、
１において減衰軸受に支持された回転軸系を示してお
り、この例ではダンパブッシユ２、２の重量がロータ１
１のそれの１／４とする。

【０００９】図６は前記回転軸系の回転速度と前記ディ
スク１１の振動振幅との関係を示す線図である。この図
に実線Ｃで示すように、回転速度Ｗがこの回転軸系の危
険速度Ｗｎに達したところで前記振動振幅はピークとな
り、危険速度Ｗｎを超えるとそれは減少し、さらに回転
速度を上昇させ安定限界速度Ｗｃに達すると急激に振動
振幅が増大し、不安定振動が発生することとなる。前記
の回転軸系においては、上記の安定限界速度Ｗｃは減衰
軸受で支持しているにもかかわらず、通常の軸受で支持
している場合とほぼ同様の値を示している。

【００１０】通常センタリングばね１４を欠如した減衰
軸受では、図５に示すようにロータ１１の荷重がジャー
ナル軸受３を介してダンパブッシュ２、２に作用する。
そのため、スクイズフィルムダンパ５の下方の油膜を形
成すべきダンパブッシュ２と外輪４との下方の間隙は消
失している。減衰軸受においては振動が作用した時、前
記ダンパブッシュ２が僅かに浮上がりこれにより前記下
方の間隙が出現して、ここに油膜が形成され制振効果が
発揮される。

【００１１】すなわち、ダンパブッシュ２が重すぎれば
振動により浮上がり難くなり、制振効果がなかなか得ら
れないこととなる。そのため、減衰軸受を用いているに
もかかわらず上記のように通常の軸受けと同様に、実線
Ｃで示したように不安定現象を生じるのである。本発明
は上記の事情に基づきなされたもので、センタリングば
ねを設けることなく、しかも不安定現象を生じるそれの
ない減衰軸受を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の減衰軸受は、ロ
ータのジャーナル部を油膜を介して支持するダンパブッ
シュと、このダンパブッシュをスクイズフィルムダンパ
を介して支持し基礎に固定された外輪とを具えたものに
おいて、前記ダンパブッシュの重量を前記ロータの重量
の２０％以下としたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記構成の本発明減衰軸受においては、ダンパ
ブッシュの重量がロータの重量に比し十分小さくしてあ
り、ダンパブッシュの慣性は小であるからロータの振動
による浮上がりも生じやすく、ダンパブッシュ直下の油
膜形成が確実になされるため、振動に対するスクイズ効
果が発生し減衰軸受の制振効果が十分発揮される。

【００１４】

【実施例】上記のように不安定現象の発生にはダンパブ
ッシュ２、２の重量が大いに関係していることが分かっ
たので、本発明者は種々検討の結果前記重量がディスク
１１のそれの２０％より小であればよいことを見出だし
た。図６の点線Ｃ₁ はダンパブッシュ２の重量がデイス
ク１１のそれの１／１０の場合の回転軸系の回転速度と
振動振幅との関係を示す。この場合にあっては、回転速
度が危険速度Ｗｎに達した時振動振幅はピークとなる
が、さらに回転速度を上昇させても急激に振動が増加す
る不安定現象を生じることはない。本願発明は上記の知
見に基づく。図４、図５と同一部分には同一符号を付し
たは図１は、本考案一実施例の断面図である。この図に
おいて、ダンパブッシュ２は外輪４内周上面中心に植立
したピン６により、外輪４に対して軸方向には可動（平
行移動）に、且つ回転方向には拘束して結合されてい
る。なお、ピン６の先端とこれを受容するダンパブッシ
ュ２外周の凹陥部底面との間には、十分な間隙７を持た
せてダンパブッシュ２に上下方向の運動の自由度を与え
てある。

【００１５】また、前記外輪４にはこれを径方向に貫通
する給油孔８が設けられており、ダンパブッシユ２の外
周には前記給油孔８と軸方向位置を合致させて、円周方
向の給油溝９が設けられている。さらに、前記給油溝９
底面には、前記ダンパブッシュ２内面に通じる１個また
は複数個の給油孔１０が設けられている。給油孔８から
潤滑油を注入すれば、それはスクイズフィルムダンパ
５、ジャーナル軸受３に供給されることとなる。

【００１６】上記構成の実施例において、ロータ１２が
振動することなく回転している場合、ジャーナル軸受３
にかかるロータ荷重はダンパブッシュ２を介して外輪４
に伝達される。従って、ロータ１２が振動していない場
合には、ジャーナル部１直下のスクイズフィルムダンパ
５の間隙５’は０となリ、ダンパブッシュ２は外輪４と
接触している。

【００１７】ここで、ロータ１２に振動が発生するとこ
の振動はジャーナル部１、ジャーナル軸受３を介してダ
ンパブッシュ２に伝達される。この振動によりダンパブ
ッシュ２が僅かでも浮き上がると、ジャーナル部１直下
の０であった間隙５’がある大きさを持ち、この間隙
５’に潤滑油が入り込む。前記間隙５’への潤滑油の進
入によりダンパブッシュ２は浮上させられ、前記振動に
ともない外輪４に対して急激に近付いたり離間したりす
る。

【００１８】而して、ダンパブッシュ２と外輪４との間
には前記のように潤滑油が満たされているため、油膜の
スクイズ効果により制振力が発生してダンパブッシュ２
の振動は抑止される。すなわち、回転軸系には効果的に
減衰が与えられ、回転軸系の安定性は高められる。

【００１９】ダンパブッシュ２の重量が大であると、ダ
ンパブッシュ２の振動による浮上が生じ難くなり減衰効
果が得られなくなることは前記した通りである。図２は
横軸にロータ１２の重量Ｍに対するダンパブッシュ２の
重量ｍの比（ｍ／Ｍ）をとり、縦軸にロータ１２の危険
速度Ｗｎに対する安定限界速度Ｗｃの比（Ｗｃ／Ｗｎ）
をとって、ある回転軸系におけるそれらの関係を示す線
図である。この図において、ロータ１２の重量Ｍを一定
とした場合、ダンパブッシュ２の重量ｍが小さいと安定
限界速度Ｗｃが無限大となり、非常に安定性がよくなる
ことが示されている。

【００２０】また、ダンパブッシュ２の重量ｍが大きく
なるにつれ安定限界速度Ｗｃは次第に低下する。前記の
重量比（ｍ／Ｍ）が２０％を超えると、安定限界速度Ｗ
ｃは急激に低下し、減衰軸受を使用しない場合の安定限
界速度比ａと同様になってしまう。ダンパブッシュ２の
重量が大きいとその慣性が大きく、振動によるダンパブ
ッシュ２の浮上が生じ難く、ダンパブッシュ２直下の油
膜形成がなされないために、振動に対するスクイズ効果
が発生せず制振効果が殆どみられず不安定現象を発生し
てしまうからである。

【００２１】一方、ダンパブッシュ２の重量が小さく
（ｍ／Ｍ）が２０％以下の場合には、ダンパブッシュ２
の慣性は小であり振動による浮上がりも生じやすいの
で、ダンパブッシュ２直下の油膜形成が確実になされる
ため、振動に対するスクイズ効果が発生し減衰軸受の制
振効果が十分発揮される。従って、油膜の制振効果によ
る制振力がダンパブッシュ２の振動を抑制し、効果的な
減衰を回転軸系に与え回転軸系の安定性は高められる。

【００２２】図３は本発明の他の実施例の要部の断面図
である。この図において、ダンパブッシュ２にはその重
量を軽減するため、両端面に円周方向の溝１３が同心的
に設けられている。これにより、ロータの重量Ｍに対す
るダンパブッシュの重量ｍの比をかなり小とすることが
でき、図２に示すように安定限界速度Ｗｃを無限大とし
て安定性の優れた回転軸系とすることができる。

【００２３】

【発明の効果】上記から明らかなように本発明の減衰軸
受においては、減衰軸受の制振効果を著しく高めること
ができ、極めて安定性の高い回転軸系を得ることができ
る。

【００２４】また、ダンパブッシュの支持定位を行うセ
ンタリングばねを設けていないから、軸受全体の軸方向
寸法が小さくて済み、構造が比較的簡単であるだけでな
くその組立も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案一実施例の断面図である。

【図２】横軸にロータの重量Ｍに対するダンパブッシュ
の重量ｍの比（ｍ／Ｍ）をとり、縦軸にロータの危険速
度Ｗｎに対する安定限界速度Ｗｃの比をとってそれらの
関係を示す線図である。

【図３】本発明の他の実施例の要部の断面図である。

【図４】従来の減衰軸受の一例の模式的断面図である。

【図５】従来の減衰軸受の他の例の模式的断面図であ
る。

【図６】図５に示した回転軸系の回転速度と振動振幅と
の関係を示す線図である。

【符号の説明】

１………ジャーナル部 ２………ダンパブッシュ ３………ジャーナル軸受 ４………外輪 ６………ピン ７………間隙 ８、１０…給油孔 ９………給油溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータのジャーナル部を油膜を介して支
   持するダンパブッシュと、このダンパブッシュをスクイ
   ズフィルムダンパを介して支持し基礎に固定された外輪
   とを具えたものにおいて、前記ダンパブッシュの重量を
   前記ロータの重量の２０％以下としたことを特徴とする
   減衰軸受。