JPH0735809B2

JPH0735809B2 - 油ポンプ軸の支承装置

Info

Publication number: JPH0735809B2
Application number: JP62165198A
Authority: JP
Inventors: 勉荒木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-07-03
Filing date: 1987-07-03
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPS6412122A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は蒸気タービンの主軸ポンプのポンプシヤフトの
支承装置に係り、特に、ステディ軸受サポート部を有す
るのを用いる支承装置に関するものである。

〔従来技術〕

蒸気タービンに於いてタービンを制御するため、及び、
タービン軸受へ給油するための油圧源として油ポンプを
使用している。この油ポンプは電動機によつて駆動され
るものが一般的であるが、蒸気タービンでは電気エネル
ギー節約のためにタービン起動時のみ電動機で駆動し、
タービン運転中はタービンの回転力を利用して油ポンプ
を駆動している。この油ポンプは、高圧タービン車軸の
前面端に取り付けられており、タービンの制御機器が内
蔵されている前側軸受箱の内部に、上記油ポンプが配置
されている。該油ポンプのシヤフトは油ポンプのインペ
ラを駆動するばかりでなく、油ポンプ前方にあるタービ
ン回転数を制御する調速機にタービンの回転数を伝達す
る重要な役目を持つている。つまりこの油ポンプシヤフ
トが折損した場合は調速機の連動が遮断されて、タービ
ンの制御が出来なくなり、タービン回転数が上昇（オー
バラン）して、高圧タービン車軸等に植え込まれている
翼が飛散し大事故につながることになる。

この油ポンプの従来例を第２図に示す。本図は油ポンプ
の断面を示しており部品構成は次の通りである。高圧車
軸１にポンプシヤフト２が取付けられている。このポン
プシヤフト２はポンプケーシング３内に水平に配置さ
れ、ポンプシヤフト２の中央部にインペラ４、左側には
ベアリングカラー５及びインナーギヤー６を、又インペ
ラ４の右側（高圧車軸側）には右端に油切りを目的とし
たツバを持つシーリングカラー７、更にその右側にター
ビン回転速度が定格速度を越えた時、タービンの保護の
ためタービンを遮断（停止）することを目的とした非常
調速機８を有している。又ポンプケーシング３の左面に
はポンプシヤフト２の左端を支持するステディ軸受９を
内蔵する軸受サポート10がカラーボルト11に取り付けら
れた圧縮ばね12によつて押し付けられて取り付けられて
いる。次に、ステディ軸受９と軸受サポート10とをステ
ディ軸受サポート部と総称し、その機能について述べ
る。このステディ軸受サポート部の役目は２つあり、そ
の１つはポンプシヤフト２の変位を吸収すること、２つ
目はタービン運転中に生ずる高サイクルの振動を抑える
ことである。

前者（変位吸収）は、タービンが停止の冷機状態から起
動により蒸気が流入したとき、タービン車室及び車軸が
温度上昇することによりアライメントが上方に変位す
る。又、タービン停止時はこの逆の現象でアライメント
が下方に、いわゆる冷機状態と同じ位置になるまで変化
する。

タービンの起動停止の多いユニツトでは、当然上記の変
位回数が多くなる。又タービン車軸は両端を軸受に支え
られて運転しているが、この軸受が何らかの理由で摩耗
等を生じることにより、タービン車軸はその摩耗量分だ
け変位する。詳しくは、タービンのアライメントは摩耗
方向に変位する。この時ポンプシヤフト２は高圧車軸１
への取付部が片持ち梁となり変位量に相当する分が撓み
となる。この時シヤフト２には撓み相当分の曲げ力が作
用しこの曲げ力がある一定値以上になると軸受サポート
10が滑り始める様、圧縮ばね12の圧縮量を調整しておく
ものである。つまりポンプシヤフト２に過大応力を発生
させないようにしたものである。

後者（振動抑制）はタービン車軸の回転による振動及び
油ポンプ自身の油の脈動等により生ずる高サイクルの振
動を抑制し常に軸受の本来の機能を維持する様になつて
いる。この軸受サポート10の滑りが緩慢である場合は、
ポンプシヤフト２が折損するという重大な事故につなが
る。軸受サポート10の滑り荷重は圧縮ばね12の締付力と
滑り面ｙの摩擦係数に左右される。又、上記滑り面ｙは
経年的な面の変形及び面粗さの変化等により、滑り抵抗
が変化する。更には圧縮ばね12の経年変化によるへたり
現象でばね定数が変化する。

以上の如く現状の機構では、滑り荷重管理するについて
多岐に亘る因子がある。当初滑り荷重をある値に管理し
ても経年的変化により滑り荷重が変化するという欠点が
ある。

軸受サポート10の滑り荷重が変化した場合、シヤフト２
に及ぼす影響について説明する。

第３図は高圧車軸1,ポンプシヤフト２及び軸受サポート
10をモデル化し、各軸を横から見た図表である。つまり
アライメントのレベルを表わした図表である。まず軸受
サポート10の滑り荷重が正常の場合を同図（Ａ）につい
て説明する。

タービン起動前のアライメントは実線で示した１の通り
差なしである。タービンを起動することにより高圧車軸
１は一点鎖線で示す如く上方にΔR₁分上昇する。この時
の軸受サポート10は設定時の位置にあり、ポンプシヤフ
ト２にはΔR₁だけの曲がりを生じ、この時この曲がりに
相当する荷重が軸受サポート10に作用する。この荷重は
軸受サポート10の上下方向滑り荷重値よりも小さいため
設定時の位置にある。更に何らかの理由で高圧車軸１が
ΔR₂分に変位が増加した場合はポンプシヤフト２はΔR₂
に相当する荷重が軸受サポート10に作用し、この荷重は
滑り荷重よりも大きくなり軸受サポート10は滑り始めて
ΔS₁だけ上方に移動する（破線で示す）。この時のポン
プシヤフト２の撓みはδ_１（＝ΔR₂−ΔR₁）となり、こ
の時の曲げ応力はポンプシヤフト２の強度よりも下回つ
ており、シヤフトの折損には至らない。しかし、軸受サ
ポート10（第２図）の滑りが悪い場合はポンプシヤフト
２に過大な曲げ応力が発生し、折損に至る。タービン起
動前、軸受サポート10が当初からミスアライメントによ
り高圧車軸１に対しΔS₂分だけ下側に設定し（第３図
（Ｂ）参照）、しかも滑り荷重が管理値より大きかつた
場合、タービンを起動すると、高圧車軸１は一点鎖線で
示す如く上方にΔR₁′上昇する。この場合ポンプシヤフ
ト２にはΔR₁′＋ΔS₂分だけの撓みが生ずる。この撓み
相当分が軸受サポート10の滑り荷重管理値を超えれば軸
受サポート10は滑らなければならないが、滑りが悪いた
めにこのままの状態で運転することになる。つまりある
曲げ応力を発生しながら回転することになり危険な状態
である。更に高圧車軸１が何らかの理由でΔR₂′に（点
線表示）変位が増加した場合はポンプシヤフト２にはδ
_２（＝ΔR₂′−ΔS₂）の撓みを生じ、この状態で回転し
続ける。

この時のポンプシヤフト２の材料強度（疲労限）を超え
ることになり、蒸気タービンは普通3000rpm（50Hz）、
又は3600rpm（60Hz）の回転数のため比較的短時間で折
損に至る。

ポンプシヤフト２の折損個所は（第２図参照）軸受サポ
ート10から離れた所となる。その理由は、高圧車室１寄
りの個所に大きな曲げ応力が作用するからであつて、具
体的には非常調速機の取付部に破損が頻発する。前述の
通り本非常調速機８はタービンの異常回転数（定格回転
数を超える）の場合に作動してタービンを遮断するもの
であるが、非常調速機が本来の目的を果たせないために
タービン回転は上昇し非常に危険な状態になる。又ポン
プシヤフト２はインペラ４の段付部及びシーリングカラ
ー７の取付部にフレツテイングコロージヨン発生を招い
て破損することもある。

以上に述べた通り軸受サポート10の滑り荷重が管理値を
超えた場合（滑らなかつた場合ポンプシヤフト折損と言
う重大事故を招く。又現状の軸受サポート10の滑り荷重
は圧縮ばね12の押付力を滑り面ｙに与えて摩擦係数を期
待（滑り面変化に左右される）する機構では不安があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

主油ポンプシヤフトのアライメント変化を吸収する目的
のステディ軸受サポート部の滑り荷重が経年的な変化
（滑り面の変形、及び面粗さの変化に起因する摩擦係数
の変化、並びに、圧縮ばねのへたり現象によるばね定数
変化）により滑り始め荷重が増大し高圧車室の変位に相
当する撓みがポンプシヤフトに生じ、回転曲げ応力を発
生させ比較的短時間にポンプシヤフトが折損する場合が
ある。この油ポンプシヤフトはインペラーを回転させる
のみでなくタービンの回転数を非常調速機に伝達する重
要なものである。シヤフトが折損した場合、タービンの
回転制御機能を失うばかりでなく、タービン回転数が定
格を超えた場合に動作してタービンを遮断する非常調速
機の機能を失わせ、タービンが過速して非常に危険な状
態となる。本発明はステディ軸受サポート部の本来の機
能を長期に亘り維持させ得る装置を提供してタービンの
信頼性を向上させるものである。

〔問題点を解決するための手段〕

従来のステディ軸受サポート部の機能維持は軸受サポー
トをばねの力で押し付けて滑り面の摩擦力により滑り力
を管理していた。これに対し本発明では、ステディ軸受
サポート部のステディ軸受と軸受サポート間に、ポンプ
シヤフトの軸心を中心として放射状に沿ってシリンダ機
構を複数配置し、各シリンダ機構は、軸受サポートの内
周部に放射状に形成されたシリンダ室と、該シリンダ室
に嵌合しかつ先端がステディ軸受の外周部に当接するピ
ストンと、シリンダ室に内蔵され、ピストンをステディ
軸受方向に付勢させる圧縮ばねとを有し、各シリンダ室
及びこれに油を供給する油ポット間の途中位置にシリン
ダ室からの油の排出量を制約するオリフィスを設けたこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

上述の構造によつて、ステディ軸受サポート部の機能が
維持されることについて説明する。ステディ軸受サポー
ト部機能の１つ目であるポンプシヤフトの変位吸収の場
合、変位が大きく生じればシヤフトは撓みを生じ、これ
に相当する反力がステディ軸受に作用する。この場合反
力が作用した側のピストンは押されシリンダ室（油室）
の油を排出させることによりシヤフトの変位相当位置ま
で移動する。又この反対側のピストンは圧縮ばねによつ
て押し出されポンプシヤフトの変位相当位置で止まる。
この時ピストンの油室の容積の増加した分の油は油ポツ
トから補充される為、常に満杯になつている。つまり各
ピストンは常にポンプシヤフトの変位相当位置に有り、
油室にはいつも油が満杯の状態になつている。

次にステディ軸受サポート部の２つ目の機能である制振
効果について述べる。ピストンの油室には常に油が充満
しており更にこの油室に通じる油路にはオリフイスがあ
るため、高サイクルの振動が発生した場合、ダツシユポ
ツト効果により瞬間的で急激な変化の場合は油室内の油
はオリフイスにより極短時間では排出出来ないため、ピ
ストンは現状の位置に止まることになる。つまり高圧サ
イクルの振動の場合は全周に配置されたピストンにより
ポンプシヤフトは拘束され、制振効果が保たれることに
なる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図及び第４図を参照しつつ
説明する。第１図は油ポンプシヤフトの支承装置の一実
施例を示す要部の断面を表わし、第４図は第１図のＡ−
Ａ断面を示す。

まず従来の技術と同様に、ポンプシヤフト２にベアリン
グカラー５を取り付ける。このベアリングカラーが支え
るステデイ軸受13は軸受サポート14のリング状に設けた
溝に嵌合させステデイ13が自由に動けるギヤツプｇを設
ける。このギヤツプｇはポンプシヤフト２が最大に移動
する変位量（撓み）以上の値としておく。

そして、ステディ軸受13及び軸受サポート14間には軸心
を中心とする放射状にシリンダ機構を複数配置する。す
なわち、軸受サポート14の内周部にシリンダ室15a〜15f
を放射状に形成し、各シリンダ室15a〜15fに嵌合したピ
ストン16a〜16fの先端をステディ軸受13の外周部に当接
して配置する。又各々のシリンダ15a〜15fにはピストン
16a〜16fを常にステデイ軸受14に接せしめる様な僅かな
力（ピストン自重を押し上げる力）を有するばね17a〜1
7fを設置する。更に各シリンダ室15a〜15fには上方に設
置した油ポツト18（第４図）と、油路19a〜19fにより連
通させ、又上記の油路19a〜19fにはオリフイス20a〜20f
を設けておく。また、ステデイ軸受14は、ボルト21によ
つてポンプケーシング３に固定する。

次に、本実施例の機能について述べる。

本実施例においては、ステデイ軸受サポート部の機能を
満足させることが出来る。まずステデイ軸受サポート部
の１つ目の機能であるポンプシヤフトの変位の吸収の場
合について説明する。ホンプシヤフト２が上方に変位し
たと仮定すると、ポンプシヤフト２と一体になつている
ベアリングカラー５及びステデイ軸受13も一緒に上方に
移動する。この時、ピストン16aは上方に押し上げら
れ、又、圧縮ばね17aは圧縮される。この時シリンダ室1
5aの油はオリフイス20aを通つて排出される。一方反対
側にあるピストン16aは圧縮ばね17dによつて押し上げら
れ、ステデイ軸受13に追従して動き、又シリンダ室には
油が補充されて常に油が満杯となつている。

ポンプシヤフト２に変位が生じた瞬間は油ポンプシヤフ
ト２は変位に相当する撓みが生じ、曲げ応力が発生する
が、これはシリンダ室15aの油が排出されるまでの僅か
な時間であり、ポンプシヤフトの強度には問題がない。

次にステデイ軸受サポート部の２つ目の機能である制振
効果について説明する。ステデイ軸受13を支持している
シリンダ室15a〜15fには常に油が充満し、しかもシリン
ダ室内の油排出を制約するオリフイス20a〜20fがあるた
め高サイクル振動（瞬間的で急激な変化）が発生した場
合、ダツシユポツト効果によりシリンダ室15a〜15f内の
油は極短時間で排出できなくなる。タービン回転は3000
rpm〜3600rpmと非常に高速回転のため、ピストン16a〜1
6fは現状の位置に停止していることになる。つまり、高
サイクル振動ではステデイ軸受は動かないで、ポンプシ
ヤフト２を支持することになる。

従つて、本装置はステデイ軸受サポートの機能を維持出
来る。

〔発明の効果〕以上詳述したように、本発明は、ステディ軸受サポート
部のステディ軸受と軸受サポート間に、ポンプシャフト
の軸心を中心として放射状に沿ってシリンダ機構を複数
配置し、各シリンダ機構は、軸受サポートの内周部に放
射状に形成されたシリンダ室と、該シリンダ室に嵌合し
かつ先端がステディ軸受の外周部に当接するピストン
と、シリンダ室に内蔵され、ピストンをステディ軸受方
向に付勢させる圧縮ばねとを有し、各シリンダ室及びこ
れに油を充満させる油ポット間の油路の途中位置にシリ
ンダ室からの油の排出量を制約するオリフィスを設けて
構成したので、温度変化によるポンプシヤフトの変位に
追従することが出来て該ポンプシヤフトに曲げ応力を与
えず、しかもポンプシヤフト軸心の急激な変位を抑制し
て優れた防振効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の油ポンプ軸の支承装置の１実施例の断
面図、第２図は従来のステデイ軸受を含む油ポンプの断
面図、第３図は従来形の油ポンプステデイ軸受の動きと
ポンプシヤフトの撓みとの関係を示す図表、第４図は前
記実施例のステデイ軸受サポート部を第１図のＡ−Ａ面
で切断して描いた断面図である。１…高圧車軸、２…ポンプシヤフト、３…ポンプケーシ
ング、４…インペラ、５…ベアリングカラー、６…イン
ナーギア、７…シーリングカラー、８…非常調速機、９
…ステデイ軸受、10…軸受サポート、11…カラーボル
ト、12…圧縮ばね、13…ステデイ軸受、14…軸受サポー
ト、15a〜15f…シリンダ室、16a〜16f…ピストン、17a
〜17f…圧縮ばね、18…油ポツト、19a〜19f…油路、20a
〜20f…オリフイス、21…ボルト、ｙ…滑り面、ｇ…ギ
ヤツプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプ軸の一端を非常調速機を介して高圧
車軸に接続し、ポンプ軸の途中位置にインペラを有し、
かつ該ポンプ軸の他端部の外周を、環状をなすステディ
軸受と該ステディ軸受を内蔵しかつポンプケーシングに
固定された軸受サポートとからなるステディ軸受サポー
ト部により支承する油ポンプ軸の支承装置において、前
記ステディ軸受サポート部のステディ軸受と軸受サポー
ト間に、ポンプ軸の軸心を中心として放射状に沿ってシ
リンダ機構を複数配置し、各シリンダ機構は、軸受サポ
ートの内周部に放射状に形成されたシリンダ室と、該シ
リンダ室に嵌合しかつ先端がステディ軸受の外周部に当
接するピストンと、シリンダ室に内蔵され、ピストンを
ステディ軸受方向に付勢させる圧縮ばねとを有し、各シ
リンダ室及びこれに油を供給する油ポット間の途中位置
にシリンダ室からの油の排出量を制約するオリフィスを
設けたことを特徴とする油ポンプ軸の支承装置。