JPH0791441A - ティルティングパッドスラスト軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油膜圧力が大きく軸受負担能力を大きくする
ことが可能なティルティングパッドスラスト軸受を提供
する。 【構成】 回転軸に取り付けられたスラスト板と静止し
た軸受支持板１４との間に配置され軸受支持板１４にピ
ボット１３を介して支持されたティルティングパッド１
を備え、ティルティングパッド１とスラスト板との間に
油膜圧力を発生させて回転軸のスラストを支承するティ
ルティングパッド軸受において、ティルティングパッド
１のスラスト板の回転方向Ｎの後端近辺に、ティルティ
ングパッド１と軸受支持板４との間に斥力を作用させる
バネ６Ａ，６Ｂを配置し、非対称の油膜圧力によるピボ
ットまわりのモーメントを打ち消してティルティングパ
ッド１が大きい傾斜で静止させるようにし、発生する油
膜圧力を大きくするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービン、ガスタ
ービン、軸流・ラジアルコンプレッサーなどの高速回転
機械、その他、水車タービン、空気余熱機などの回転機
械に用いられ回転軸のスラスト力を支承するティルティ
ングパッドスラスト軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に、回転軸のスラスト（軸方向）力
を支承する一般的なティルティングパッドスラスト軸受
のティルティングパッド配置の状態を示す。円板を均等
角度に分割したような扇形のティルティングパッドを１
Ａ〜１Ｆ同芯状に並べて配置する。図７は、このうちの
１枚を取り出して示す正面図であり、図８は図７のVIII
−VIII線に沿う断面図、図９は同パッドの背面図であ
る。これらから分るように、ティルティングパッド１の
各々は、表面１１、ホワイトメタルなどの軸受合金を鋳
込んだ鋼などの裏金１２及びピボット１３により構成さ
れ、静止する軸受支持板１４に接して置かれる。ピボッ
ト１３はティルティングパッド１の中央にあって球面状
になっているために、ティルティングパッドは軸受支持
板１４の上で傾斜することが可能である。

【０００３】図示されない回転軸は、図６において複数
のティルティングパッド１Ａ〜１Ｆの内側の縁辺で構成
される円形の部分内に複数のティルティングパッド１Ａ
〜１Ｆとほぼ同心をなして配置され、回転軸に取り付け
られたスラスト円板（スラストカラー）を軸受支持板１
４のティルティングパッド１Ａ〜１Ｆと反対側に配置
し、スラスト円板とティルティングパッドとの間に形成
されるわずかなすきまにスラスト円板面の回転により潤
滑油を引き込み、ティルティングパッドの傾きによる狭
まりすきまのせき止め効果により油膜圧力を立たせて、
軸と軸受の接触を防止しながら、低摩擦で軸の荷重を支
える仕組みになっている（なお、狭まりすきまと油膜圧
力の関係は図１０を用いて以後に説明する）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来のティルテ
ィングパッドスラスト軸受において、回転するスラスト
円板面と軸受の接触を防止するには、ティルティングパ
ッドに油膜圧力を発生させる必要がある。その油膜圧力
を大きくするには、狭まりすきまを作ること、すなわ
ち、スラスト円板の回転方向に対してティルティングパ
ッドの前端におけるすきまが後端すきまよりも２倍程度
大きくなることが有効であり、そのためにはティルティ
ングパッドが適度に傾くことが必要である。

【０００５】しかし、ティルティングパッドはピボット
支持されていて、その傾きはティルティングパッドに発
生する油膜圧力の分布によるピボット位置周りのモーメ
ントで決まるため、図７ないし図９に示すように、ピボ
ット位置がティルティングパッドの中央にある（これを
中央ピボットという）場合、ティルティングパッドを大
きく傾かせることが容易にはできない問題点があった。

【０００６】この油膜圧力の分布の例を図１０に示す。
図１０（ａ）はティルティングパッド１の傾きが大きい
場合の油膜圧力分布の例である。油膜圧力はパッド前端
から緩やかに上昇しはじめ、後半部でピークを打ったあ
と、後端まで急激に低下する。これに対して、ティルテ
ィングパッド１の傾きが小さい場合は、図１０（ｂ）に
示すように中央位置周りに対称に近い油膜圧力分布が形
成される。

【０００７】従って、中央ピボットの場合、図１０
（ａ）に示す油膜圧力分布ではピボット位置周りのモー
メントが釣り合わないため、このように大きな傾きでは
静定できない。このために、中央ピボットの場合、図１
０（ｂ）に示すような分布しか作りだせず、従って大き
な油膜圧力を発生することは困難であった。

【０００８】これに対して、ピボット位置を回転方向の
後ろ側に少し移動させる（オフセットピボットという）
と、図１０（ａ）に示すような非対称な圧力分布でもピ
ボット周りのモーメントを釣り合わせることが可能であ
り、大きな油膜圧力を発生することができることが知ら
れているが、この場合、軸受支持板１４やその他周辺部
材の形状を変える必要があり、これら部材の互換性がな
くなり、予備部品管理上好ましくない。従って、中央ピ
ボット式のパッドが広く用いられている。

【０００９】以上のように、潤滑理論上、より大きな油
膜圧力を発生できることが分かっているのに、それを簡
単で廉価に実現する方法がないのが現状であり、従っ
て、従来は小さな油膜圧力発生しか得られないことを前
提にした軸受設計をせざるを得ない問題点があった。

【００１０】本発明は、以上の問題点を解決することが
できるティルティングパッドスラスト軸受を提供しよう
とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明は、回転軸に取り付けられたスラスト板と
静止した軸受支持板との間に配置され軸受支持板に傾動
可能に支持されたティルティングパッドを備え、同ティ
ルティングパッドと前記スラスト板との間に油膜圧力を
発生させて回転軸のスラスト力を支承するティルティン
グパッドスラスト軸受において、前記ティルティングパ
ッドと前記軸受支持板との間に、前記ティルティングパ
ッドの前記スラスト板の回転方向後端近辺に斥力を作用
させる弾性体と前記ティルティングパッドの前記スラス
ト板の回転方向前端近辺に引力を作用させる弾性体の少
くともいずれか一方を装備した。 （２）また、本発明は、前記（１）に記載のティルティ
ングパッドスラスト軸受において、前記弾性体をバネと
した。

【００１２】

【作用】本発明では、前記のように、ティルティングパ
ッドと軸受支持板との間に、ティルティングパッドのス
ラスト板の回転方向後端近傍に斥力を作用させるバネ等
の弾性体とティルティングパッドのスラスト板の回転方
向前端近傍に引力を作用させるバネ等の弾性体のいずれ
か一方又は両方を装備しているために、弾性体によって
ティルティングパッドのスラスト板の回転方向後端近傍
に作用する斥力もしくは弾性体によってティルティング
パッドのスラスト板の回転方向前端近傍に作用する引
力、又はその両者がティルティングパッドに作用し、テ
ィルティングパッドを傾かせようとするモーメントが発
生する。このモーメントは、図１０（ａ）に示される非
対称な油膜圧力によるティルティングパッドの傾きを小
さくしようとするモーメントを打ち消す方向に作用し、
この結果ティルティングパッドを傾いた状態で静定させ
ることが可能である。従って、ティルティングパッドと
スラスト板との間に大きい油膜圧力が生成され、軸受負
担能力を大きくすることが可能である。

【００１３】

【実施例】本発明の第１の実施例を、図１ないし図３に
よって説明する。本実施例は、図７ないし図９に示され
る従来の中央ピボット型式のティルティングパッドスラ
スト軸受を以下説明するように構成したもので、変更の
ない部分は同一の符号を付してその説明を省略する。

【００１４】ティルティングパッド１の軸受支持板１４
側の背面のスラスト円板の回転方向Ｎの後端近辺に浅い
筒状のくぼみの溝５が設けられている。溝５は、ティル
ティングパッド１のスラスト円板の回転方向Ｎの後端縁
にほぼ平行に設けられ、同溝５の両端にバネ６Ａ，６Ｂ
を収容し、溝５のバネ６Ａ，６Ｂの間には、同バネ６
Ａ，６Ｂの位置を定める中棒７が収容されている。同バ
ネ６Ａ，６Ｂは以上のようにティルティングパッド１と
軸受支持板１４の間に介裝され、ティルティングパッド
１と軸受支持板１４との間に斥力を発生する。

【００１５】本実施例では、ティルティングパッド１の
スラスト円板の回転方向Ｎの後端近辺でバネ６Ａ，６Ｂ
によってティルティングパッド１がスラスト円板へ向う
方向の力を受け、ティルティングパッド１のピボット１
３まわりに図２において反時計方向にティルティングパ
ッドを傾ける方向のモーメントが発生する。従って、こ
のモーメントは、ティルティングパッド１が図１０
（ａ）に示すように非対称の油膜圧力を受けた場合にピ
ボット１３まわりに作用するモーメントを打ち消す方向
に作用し、この結果ティルティングパッド１を傾いた状
態で静定させることができる。これによって、ティルテ
ィングパッド１とスラスト円板との間に大きい油膜圧力
を発生させ、軸受の回転軸のスラスト荷重の負担能力を
大きくすることができる。すなわち、ティルティングパ
ッド１とスラスト円板との間の油膜厚さを大きくして接
触、摩耗及びこれらが累積的に拡大して焼付が発生する
ことを防止することができ、また、支持可能な軸受荷重
を大きくして油膜剛性の高いティルティングパッドスラ
スト軸受を実現することができる。

【００１６】本発明の第２の実施例を、図４及び図５に
よって説明する。本実施例は、前記第１の実施例のティ
ルティングパッドの裏金１２の両側の外側の部分の三角
形の部分３８Ａ，３８Ｃと内側の扇形の部分３８Ｂを背
面から一部切り落とした構造を具えており、切り落され
ていない裏金１２の部分のスラスト円板の回転方向Ｎの
後端近辺に、前記第１の実施例と同様な筒状のくぼみの
溝３５を設け、同溝３５の両端にバネ３６Ａ，３６Ｂを
収容すると共に溝３５のバネ３６Ａ，３６Ｂの間に中棒
３７を収容し、バネ３６Ａ，３６Ｂによってティルティ
ングパッド１と図示しない軸受支持板との間に斥力を発
生させるようにしている。

【００１７】本実施例も、前記第１の実施例と同様な作
用及び効果を奏することができる。

【００１８】なお、前記実施例は、溝５，３５をティル
ティングパッド１のスラスト円板の回転方向Ｎの後端近
辺に設け、同溝に収容されたバネ６Ａ，６Ｂ；３６Ａ，
３６Ｂによってティルティングパッドと軸受支持板との
間に斥力を作用させるようにしているが、溝をティルテ
ィングパッドのスラスト円板の回転方向の前端近辺に設
け、この溝に収容されたバネによってティルティングパ
ッドと軸受支持板との間に引力（引張力）を作用させる
ようにしてもよく、また、両者を併用するようにしても
よい。

【００１９】また、前記実施例では、中央にピボットを
有するティルティングパッドを用いているが、本発明
は、ピボットを中心に有しないティルティングパッドに
適用することもできる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、特許請求の範囲の請求項１及
び２に記載された構成を有することによって、ティルテ
ィングパッドのみを部分的に変えるだけで、ティルティ
ングパッドが傾いた状態で釣り合うようにすることがで
きる。この結果、摺動面には大きな油膜圧力を生成する
ことが可能であり、軸受としての負荷能力が大きくな
る。すなわち、ティルティングパッドとスラスト板との
間の油膜厚さを大きくすることができ、接触、摩耗、及
びこれらが累積的に拡大して発生する焼付きなどの不具
合を回避することができる。また、支持可能な軸受荷重
を大きくすることができ、油膜剛性の高いティルティン
グパッド軸受を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の正面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】前記第１の実施例の背面図である。

【図４】本発明の第２の実施例の背面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ矢視図である。

【図６】従来の一般的なティルティングパッドスラスト
軸受の扇形のティルティングパッドの配置例を示す配置
図である。

【図７】前記従来のティルティングパッドスラスト軸受
のティルティングパッドの正面図である。

【図８】図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。

【図９】前記従来のティルティングパッドの背面図であ
る。

【図１０】ティルティングパッドの傾斜と発生する油膜
圧力分布を示す説明図であり、図１０（ａ）はティルテ
ィングパッドの傾斜が大きい場合、図１０（ｂ）はティ
ルティングパッドの傾斜が小さい場合を、それぞれ示
す。

【符号の説明】

１ ティルティングパッド ５ 溝 ６Ａ，６Ｂ バネ ７ 中棒 １１ ティルティングパッドの表面 １２ 裏金 １３ ピボット １４ 軸受支持板 ３５ 溝 ３６Ａ，３６Ｂ バネ ３７ 中棒 Ｎ スラスト円板の回転方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に取り付けられたスラスト板と静
   止した軸受支持板との間に配置され軸受支持板に傾動可
   能に支持されたティルティングパッドを備え、同ティル
   ティングパッドと前記スラスト板との間に油膜圧力を発
   生させて回転軸のスラスト力を支承するティルティング
   パッドスラスト軸受において、前記ティルティングパッ
   ドと前記軸受支持板との間に、前記ティルティングパッ
   ドの前記スラスト板の回転方向後端近辺に斥力を作用さ
   せる弾性体と前記ティルティングパッドの前記スラスト
   板の回転方向前端近辺に引力を作用させる弾性体の少く
   ともいずれか一方を装備したことを特徴とするティルテ
   ィングパッドスラスト軸受。
2. 【請求項２】 前記弾性体がバネであることを特徴とす
   る請求項１に記載のティルティングパッドスラスト軸
   受。