JPS5821129B2 - ジヤ−ナル軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気タービン又はガスタービンエン□ジンに
おいて一般的に使用される圧力供給ジャーナル軸受に関
するものである。

ジャーナル軸受に供給される油は、軸と軸受表面との間
の摩擦を減少させるだけでなく、軸受から熱を奪う作用
を行なう。

蒸気タービン装置には、油マニホールドから油が供給さ
れる多数の軸受が使用される。

この油マニホールドは、軸受において発生した熱を奪う
と共に必要な潤滑を行なうために、各軸受を通る十分な
流量が維持されるように加圧されている。

・ いくつかのジャーナル軸受の構造が公知であり、各
構造はそれぞれある利点を有している。

ジャーナル軸受に関連する一つの公知の現象は、オイル
ホイップと言われるもので、これは一般的に、油の乱流
作用のために軸が軸受内で振動する形態をとる。

このオイルホイップを減少させるための種種の軸受構造
があるが、これらは軸の振動を防止するために軸を軸受
の中心近くに維持しようとするものである。

現在出願人が使用している軸受構造の一つにおいては、
ジャーナル軸受は、軸と軸受表面との境界面上に３６０
０にわたって油膜を維持している。

この軸受に対する油入口は、軸全周のうち、負荷と回転
方向とｌこよって決定される最小油膜厚さの象限に関し
て直径方向に正反対の象限に位置している。

軸にかかる油の入口圧力は、負荷と回転方向とに対応し
てオイルホイップを許容できる水準まで効果的に減少さ
せる、と思われる。

しかしこの場合、油は半径方向に導入されて、潤滑油膜
の厚さが不要な表面領域において軸に衝突する。

従って、十分な油量を高圧の入口条件で供給するように
マニホールドの圧力を維持することに加えて軸と軸受と
の間に潤滑油膜を形成することが必要な軸受低部に油を
移送することが軸にとって必要である。

部分弧スリーブ、すなわちカバーが負荷保持能力を有し
ないのでこれを取り除いたジャーナル軸受、の軸受損失
は少ない。

更に、油を軸受のほぼ中央に導入し、そこから貯油槽へ
の排出のための軸受端部に隣接する円周みぞへ向かって
両軸方向に流れるようにすることは、ジャーナル軸受に
おいては一般的である。

このことから、油膜圧力は軸方向中央において最大であ
り、両軸方向に向かって減少し両端において圧力０にな
る、ことが分かる。

従って、軸方向においては、軸は限られた軸方向範囲の
最大油膜によって支持されている。

本発明は、はぼ水平中心線付近に位置すると共に軸の回
転に対してほぼ接線方向に向けられた油入口を有し、こ
れによって油入口が回転方向に層流を提供し入口損失を
減少させるたうにした圧力供給ジャーナル軸受を提供す
る。

油出口は入口のほぼ正反対方向に設けられ、はぼ接線方
向の関係において排出軸を最少の損失で受は取り、部分
弧膜を形成し、これによってカバー内の油の流れを減少
させ且つ軸受の上半分における再循環流量を減少させ、
その結果、軸受損失を減少させる。

更ｔこ、軸受の端部は、軸受のほぼ全軸方向長さにわた
って軸を支持する油膜を形成するように、シールされて
いる。

従って、軸受に入るすべての油は、軸受の最小のすきま
（すなわち最大の圧カニの接触点を通る。

こうして、すべての油が潤滑のために使用される。

このようにして、軸受のほぼ全軸方向長さにわたって油
膜を維持するだけでなく、入口においては層流とし、更
に潤滑に必要な油膜を軸全周のうち一部分即ち部分弧に
減少させることによって油入口圧力を低下させることが
でき、その結果、マニホールド圧力は低くてもよく、従
って給油装置のポンプも小さくすることができ、更に、
軸が油に対してする仕事を減らすことができるので、軸
受損失を少くし油の温度上昇を防止することができる。

従って、軸受から同等の熱量を吸収するために必要な油
の流量を減らすことができ、これによって更にポンプを
小すくシ油量を少くすることができる。

従って最終的には、小容量のポンプでオイルホイップを
最小にするように軸を支持する効率の良い軸受が得られ
、これによって貯油槽はより小さくすることができ、装
置内の油の全量も少くてよい。

更に、油出口は軸受を通る油量を計量するためのオリフ
ィスを有しているので、もし軸受の故障ンがあっても、
軸受が油の供給を完全に断たれることはない。

前述したように、本発明は、蒸気タービン又はガスター
ビンエンジンのような大型回転装置において使用される
ジャーナル軸受のための加圧油の１供給、排出に関する
ものである。

このような用途においては、タービン軸を支持する多数
ノシャーナル軸受があり、すべてのジャーナル軸受に一
つの共通の供給源から加圧潤滑油を供給するのが一般的
である。

回転軸と軸受表面との間に油膜を形ン成することに加え
て、軸受から熱を奪うことが油の１機能であるから、送
油回路網は軸受外部から油を冷却する装置を備えていな
ければならない。

また、このような情況では、全軸受に毎分供給される油
量の５倍に匹敵する油を貯油槽内に備蓄すする必要があ
るが、これは珍しいことではない。

各軸受への油の必要量を減少させることによって、ポン
プ、クーラ、貯油クンク等の送油回路網のすべての構成
要素の大きさと動力消費とを減少させることができ、結
局、より効率の良いタービ１ンを得ることができること
は明らかである。

第１図は出願人が蒸気タービン、ガスタービン等に現在
使用している従来の圧力供給ジャーナル軸受を概略的に
示すものである。

図から分かるように、軸受１０への油入口は、水平方向
に分割された軸受の基部１６の外部から半径方向に伸長
する通路１４を有している。

この通路１４は基部１６内を上方に伸長する通路１８と
連通し、この通路１８は、キャンプ部分２２内を上方に
伸長する通路２０と連通している。

そして、キャンプ部Ｉ分２２の内側表面へ向って半径方
向へ伸長する通路２４を通って最終的に放出されるよう
にしである。

この油入口は軸受構造のほぼ１／４を囲んでおり、そこ
から熱を奪うのに有用である。

しかし、油入口の一部である通路２４は、加圧油を軸受
の上側象限において半径方向に、すなわち軸２８の表面
に垂直に放出する。

軸の表面が約６１ ｍ７秒（：１Ｏｆｔ、／秒）の速度
を有し、油の入口速度が１．５〜２．１ｍ／秒（５〜７
ｔｔ、、１秒）の速度となることは珍しいことではない
。

油の速度と軸の速度との間の大きな差及び軸に対し垂直
な方向から軸円周方向への油流の急激な変化によって、
油に乱流を生じ、このために軸受内を不安定にするキャ
ビテーションを生ずる。

更に、軸受の水平中心線よりも上方の油膜は軸を支持せ
ず、軸受を潤滑するための周知のくさび形の薄膜支持を
形成する下側部分へ油を圧送するという回転軸によって
油に対してなされる仕事を必要とする。

第１図に示すようなジャーナル軸受では、軸受表面の各
軸方向端部に隣接する円周みぞへ油が漏れるようにしで
ある。

この円周みぞは油共給系統に油をもどすため基部を貫通
する出口導管（図示しない）と連通している。

このようなみぞと導管が米国特許第３，７４３，３６７
号明細書に示されている。

これに関しては、油膜圧力はみぞの間の軸方向中央にお
いて０になるまで次第に減少し、これによって軸の軸方
向支持は限定されたものとなる。

第２図は本発明の実施例を示すものであるが、基部３２
とキャップ部分３４とから構成されるスリーブを有する
ジャーナル軸受３０が示しである。

スリーブは図から明らかなように軸２８の軸方向の一部
分を包囲する軸向き穴を有する。

本発明においては、油入口３５は、その軸心が内側表面
３７への入口点における半径方向線に対しで傾斜して軸
受を貫通して伸長するように、設けられている。

この傾斜は、油の接線方向速度ベクトルＶｔが図の二つ
のベクトル線図に示すように半径方向速度ベクトルＶｒ
より少なくとも大きく、大部分の場合実質的に大きいよ
うな方向であり且つ接線方向速度ベクトルＶｔが軸２８
の回転方向と一致しているような方向である。

更に、軸受内側表面３７への入口開口はほぼ水平中心線
付近に位置している。

構造的には、油入口３５は軸受構造の外側表面上に管３
８を有している。

この管３８はオリフィス入口開口４０を有しており（な
お、有していなくてもよい）、外側表面から軸受内側表
面３７へ傾斜して伸長する通路４２と同心に設けられて
いる。

従って、そこを通る油の流れは軸受内側表面と軸との間
の空間に接線方向に及び軸の回転方向に上述のようにし
てくる。

更ｌこ、通路４２の内側開口の大部分は、水平中心線の
下にあり、こうすることによって加圧油の圧力水頭を利
用して軸受の下側部分に油を供給し、その軸受部分では
油が直ちに軸の支持を与える。

第３図から分かるように、油入口通路４２は、軸受の外
側表面での円形状部４２ａから軸受の内側表面での、軸
方向に細長く伸ばしただ円形状部４２ｂへと次第にテー
パーが付けられている。

なお、だ円形状部４２ｂは軸受の軸方向長さの実質的な
部分（例えば、少なくとも６０％以上）上を伸長し、ラ
ンド４６．４８を両側部に残し、これによってだ円開口
を軸受の端部から分離している。

再び、第２図について説明すると、入口開口のすぐ上の
軸受の内側表面には、内方へ突出する突起部５０が設け
てあり、これによって、回転軸とこの軸受表面領域との
間に、縮小された狭い空間を形成し、軸の回転方向に抗
しての油の上方への流れを阻止する。

もしこの方向に流れを生ずると、入口方向における流れ
からの急激な反転を必要とし、渦流又は乱流を生ずる。

更に、第２図について説明すると、油出口５１は、その
軸心が軸受内側表面３７から外側表面へ傾斜して伸長し
、回転軸によって圧送される油膜が軸受の内側表面の出
口開口５２にほぼ接線方向に入るように、前記入口通路
４２の鏡像を形成している。

出口開口５２も軸受の軸方向長さの主要：部分を横切っ
て伸長する軸方向に細長く伸ばされただ円形状５４（第
４図参照）を形成して、軸によって圧送される油を受は
入れる。

軸受の外側果面は、軸受を通る油の流れを調節するため
の可調節出口オリフィス５６を終点とする油田口５１と
同心で傾斜して設けられた外側管５５を有している。

出口開口５２の大部分は、軸受の水平中心線のすぐ近く
又はすぐ下に位置している。

従って、軸と軸受表面との間に支持薄膜を形成するのに
役に立たない。

中心線を越えて油を圧送する回転軸・の圧送作用は必要
でない。

この中心線領域で油がスリーブの軸向き穴から排出され
ることを確実にするために、突起部５８により出口開口
５２のすぐ上部の軸と軸受内側表面との間に厳密な公差
が与えられ、この突起部を越えての油の移送を最小限に
制限する。

軸受の軸端を介しての油の漏れを最少にするために、本
発明によると、漏れた油を集めるために従来使用された
円周みぞに、第５図に示すように流体シール装置６０が
設けである。

この流体シール装置６０は軸表面２８ａに対して厳密な
公差でみぞ６２内に設けられたシールリングから成って
いる。

みぞ６２は軸方向の外側に設けられ内方に突出するリッ
プ６４を形成している。

シールリングに対して作用する油膜圧力によってシール
リングとリップ６４との間のシール係合が得られる。

更に、シールリングはみぞの底６２ａよりも多少上方に
あり、シールリングの底に対して作用する油圧によって
、シールリングと軸の表面２８ａとの間のシール係合が
維持される。

しかし、多少の漏油がこの点において生じ、従って支持
油膜の圧力は少くとも軸端においては軸受の中央部にお
けるよりも低くなるであろう。

第６図は、本発明の軸受の油膜圧力を、軸方向漏れのあ
る従来のジャーナル軸受と比較して、グラフによって示
す図である。

前に述べたように従来の軸受においては、軸受の両端に
おける軸方向漏れのために、両端の間の中央において油
圧は最大となり、両端に向かって次第に減少し両端で０
になる。

その場合に、油によって支持された軸の長さは比較的短
かい（第６図で破線７２によって示される）。

本発明においては、出口開口５２への油の排出を制限す
る効果的なシールによって軸方向漏れを制限することに
よって、油圧の最大値は、実線７４によって示すように
よう長い軸方向寸法にわたって維持され、軸を軸方向に
しっかりと支持し、こうすることによって、軸受の安定
性を増大させる。

以上のように、本発明の加圧ジャーナル軸受には、軸受
内の表面に対して傾斜した入口が設けである。

従って、入口方向は一般にロータ軸の接線方向で且つ回
転方向であり、この結果、油の速度水頭は、入口におけ
る乱流の原因となる不安定性を最小にする層流の油膜を
軸が形成することを補助する。

入口は、軸の全軸方向幅にわたって油が均一に拡散され
るように軸方向に拡大されている。

更に、軸受表面において軸を離すのに油膜を必要とする
軸受部分にのみに油が実質的に供給されるので、油の温
度を上昇させることになる油への不必要な仕事は一斉性
なわれない。

出口流れは、支持の安定性を増大させるために軸の軸方
向長さにわたって十分な油圧を維持するように調節され
る。

このようにして、油の熱蓄積は減少され、軸を支持する
ために必要な油量も減少され、こうすることによって、
軸受へ供給されるべき油量を減少させる。

このことは、付属機器の容量と動力必要量とを顕著に減
少させる。

より少量の油を圧送すればよいので、軸受損失は更に減
少し、また、軸受内での軸の支持の安定性も大きくなる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のジャーナル軸受を示す正面図、第２図は
本発明によるジャーナル軸受を示す正面図、第３図は第
２図に示すジャーナル軸受の■−■線に沿う断面図、第
４図は第２図に示すジャーナル軸受のＩＶ−ＩＶ線に沿
う断面図、第５図は第３図に示すジャーナル軸受の■−
ｖ線で囲まれた部分の拡大図、第６図は本発明による軸
受と従来の軸受との油膜圧力の軸方向への変化を示す線
図である。 ２８・・・・・・軸、３０・・・・・・ジャーナル軸受
、３２゜３４・・・・・・スリーブを構成する基部とキ
ャップ部分、３５・・・・・・油入口、５１・・・・・
・油出口、６０・・・・・・シール装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ジャーナル軸受において、 軸受内で回転する軸の軸方向の一部分を包囲する軸向き
   穴を有するスリーブを備え、 前記スリーブは、軸受内に油を循環させるための、前記
   軸向き穴への油入口と前記軸向き穴からの油出口とを有
   し、 油入口及び油出口は前記軸向き穴の水平中心線に沿って
   直径方向のほぼ正反対位置に配置されており、 前記スリーブの両軸方向端部を前記軸に対して実質的に
   シールするためのシール装置を有し、軸とスリーブとの
   間へ軸の回転と同じ方向で且つ軸に対する接線成分を有
   する方向ｌこ油を配送するように油入口の軸心を前記水
   平中心線に対して傾斜させて配置し、また軸とスリーブ
   との間から軸の回転と同じ方向で且つ軸に対する接線成
   分を有する方向に油を受は取るように油出口の軸心を前
   記水平中心線に対して傾斜させて配置しである。