KR101676987B1 - 틸팅 패드 베어링 장치 - Google Patents

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유키 스미
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

작은 공급유 압력으로 회전축을 부상시킬 수 있는 틸팅 패드 베어링 장치를 제공하는 것을 목적으로 하여, 회전축의 주위에 배치되어, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링 패드와, 상기 복수의 베어링 패드와 이들 베어링 패드를 지지하는 베어링 하우징 사이에 개재되어, 각 베어링 패드를 요동 가능하게 지지하는 지지 부재와, 상기 복수의 베어링 패드 중 1개 이상의 베어링 패드의 베어링면에 형성된 적어도 1개의 오일 홈에 윤활유를 공급하도록 구성된 급유 기구를 구비한 틸팅 패드 베어링 장치이며, 상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 회전축의 정지 시에 있어서 상기 베어링면 중 상기 회전축의 외주면과 접촉하는 접촉 영역의 내측 및 외측에 설치되어 있다.

Description

틸팅 패드 베어링 장치 {TILTING PAD BEARING DEVICE}
본 발명은, 예를 들어 증기 터빈의 윤활 베어링과 같이, 대형 회전 기계의 회전축을 요동 가능한 복수의 베어링 패드로 지지하는 틸팅 패드 베어링 장치에 관한 것이다.
터빈이나 발전기 등의 대형 회전 기계에 있어서는, 회전축을 안정적으로 지지하기 위해, 틸팅 패드 베어링 장치가 사용되고 있다. 틸팅 패드 베어링 장치는, 윤활 베어링의 1종류이며, 베어링 하우징 내에서 회전축의 주위에 요동 가능한 복수의 베어링 패드(틸팅 패드)를 배치한 구성을 갖는다. 베어링 패드는, 베어링 하우징의 내측에 설치된 피봇에 의해 요동 가능하게 지지되고 있다. 그리고 회전축의 회전에 의해, 윤활유를 회전축의 외주면과 베어링 패드의 베어링면 사이로 유도하여, 이들 사이에 쐐기 형상 오일막을 형성해서 회전축을 지지하도록 되어 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 이러한 틸팅 패드 베어링 장치가 개시되어 있다.
이러한 틸팅 패드 베어링 장치에 있어서는, 오일막의 쐐기 효과에 의한 충분한 부하 능력이 얻어지지 않는 회전 개시 시나 저속 회전 시에, 회전축의 외주면과 틸팅 패드의 베어링면과의 접촉을 없애고, 베어링면의 시징을 방지할 필요가 있다. 그로 인해, 잭킹·오일 펌프라고 불리는 기구(JOP 기구)가 채용되는 경우가 있다. 예를 들어 특허문헌 2에 기재되는 JOP 기구는, 틸팅 패드의 베어링면에 급유구를 개구시키고, 이 급유구에 급유 통로를 통해서 펌프로부터 고압의 윤활유를 공급하고, 베어링면에 오일막을 형성해서 회전축을 오일막으로 부상시키는 것이다. 통상, 베어링면에는 넓은 범위로 윤활유를 퍼지게 하기 위해 오일 홈이 형성된다.
일본 특허 공개 소59-212520호 공보 일본 실용신안 출원 공개 평2-146961호 공보
그런데, 틸팅 패드 베어링 장치는, 베어링 패드가 요동 가능하도록, 베어링 패드의 외주면에 접촉하는 피봇에 의해 베어링 패드가 지지되는 구성으로 되어 있으므로, 베어링 패드의 자중 또는 회전축을 통해서 베어링 패드에 부여되는 하중 등에 의해 베어링 패드는 약간 변형된다. 그로 인해, 회전축의 정지 시, 이 베어링 패드의 변형에 의존한 형상의 접촉 영역에서, 베어링 패드와 회전축이 접촉하게 된다. 예를 들어 베어링 패드가 피봇으로 점 지지될 경우, 베어링 패드와 회전축의 접촉 영역은 대략 타원형 형상이 된다.
여기서, 본 발명자에 의한 예의 검토한 결과, JOP 기구에 의한 회전축의 부상 특성은, 회전축의 정지 시에 있어서의 베어링 패드와 회전축의 접촉 영역과, 베어링 패드의 베어링면에 설치된 윤활유 도입용의 오일 홈과의 상대적인 배치 관계의 영향을 받는 것을 알 수 있다. 바꾸어 말하면, 접촉 영역과 오일 홈의 상대적인 배치 관계에 따라서는, 회전축을 부상시키기 위해 필요한 JOP 기구로의 공급유압의 크기가 다르다.
그러나 특허 문헌 1 및 2에는, JOP 기구로의 공급유의 압력이 작아도, JOP 기구에 의한 회전축을 부상시킬 수 있는 접촉 영역과 오일 홈의 상대적인 배치 관계에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다.
본 발명의 일형태 중 적어도 몇 가지의 실시 형태의 목적은, 작은 공급유 압력으로 회전축을 부상시킬 수 있는 틸팅 패드 베어링 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 형태 중 적어도 몇 가지 실시 형태의 목적은, 회전축과 베어링 패드의 접촉을 방지할 수 있는 틸팅 패드 베어링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일형태 중 적어도 몇 가지의 실시 형태에 관한 틸팅 패드 베어링 장치는,
회전축의 주위에 배치되어, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링 패드와,
상기 복수의 베어링 패드와 이들 베어링 패드를 지지하는 베어링 하우징 사이에 개재되어, 각 베어링 패드를 요동 가능하게 지지하는 지지 부재와,
상기 복수의 베어링 패드 중 1개 이상의 베어링 패드의 베어링면에 형성된 적어도 1개의 오일 홈에 윤활유를 공급하도록 구성된 급유 기구를 구비한 틸팅 패드 베어링 장치이며,
상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 회전축의 정지 시에 있어서 상기 베어링면 중 상기 회전축의 외주면과 접촉하는 접촉 영역의 내측 및 외측에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 틸팅 패드 베어링 장치에 의하면, 급유 기구로부터 윤활유가 공급되는 오일 홈을, 베어링면 중 회전축의 외주면과 접촉하는 접촉 영역의 내측 및 외측에 설치하는 구성으로 하고 있다. 그로 인해, 회전축의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에 있어서 급유 기구로부터 오일 홈을 통해서 윤활유를 공급한 때에, 접촉 영역의 내측 및 외측의 양쪽으로 윤활유를 널리 퍼지게 할 수 있다. 따라서, 급유 기구에의 공급유압이 비교적 작은 경우에도, 회전축을 효과적으로 부상시킬 수 있다.
또한, 접촉 영역은 회전축의 직경(회전축의 외주면 곡률 반경), 베어링 패드의 베어링면의 곡률 반경, 베어링 패드의 재질 및 회전축을 통해서 틸팅 패드 베어링 장치에 부여되는 하중 등에 의해 결정된다. 접촉 영역의 형상, 위치는 실험적으로 구해도 좋고, 시뮬레이션에 의해 추정해도 좋다. 예를 들어, 회전축과 축상 패드 사이에 감압지를 끼워 넣고, 감압지가 착색된 부위를 접촉 영역이라고 판정해도 좋다. 또는, 헤르츠 이론을 이용해서 산출되는 접촉 응력으로부터 접촉 영역을 추정해도 좋고, FEM 해석을 이용해서 접촉 영역을 추정해도 좋다.
또한, 본 발명의 다른 형태 중 적어도 몇 가지의 실시 형태에 관한 틸팅 패드 베어링 장치는,
회전축의 주위에 배치되어, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링 패드와,
상기 복수의 베어링 패드와 이들 베어링 패드를 지지하는 베어링 하우징 사이에 개재되어, 각 베어링 패드를 요동 가능하게 지지하는 지지 부재와,
상기 복수의 베어링 패드 중 1개 이상의 베어링 패드의 베어링면에 형성된 적어도 1개의 오일 홈에 윤활유를 공급하도록 구성된 급유 기구를 구비한 틸팅 패드 베어링 장치이며,
상기 지지 부재는, 상기 1개 이상의 베어링 패드의 상기 회전축의 회전 방향에 있어서의 중앙 위치에 대하여, 상기 회전축의 회전 방향 상류측 또는 회전 방향 하류측에 오프셋해서 배치되고,
상기 회전축의 둘레 방향에 있어서의 각각의 상기 오일 홈의 중심 위치를 해당 오일 홈의 개구 면적으로 가중치 부여한 상기 적어도 1개의 오일 홈의 가중 평균 위치가, 상기 지지 부재의 배치 위치에 대하여, 상기 중앙 위치를 기준으로 한 상기 지지 부재의 오프셋 방향으로 어긋나 있는 것을 특징으로 한다.
상기 틸팅 패드 베어링 장치에 의하면, 각각의 오일 홈의 중심 위치 xi를 오일 홈의 개구 면적 Si로 가중치 부여한 오일 홈의 가중 평균 위치가 지지 부재의 배치 위치에 대하여 지지 부재의 오프셋 방향으로 어긋나도록 했으므로, 지지 부재가 오프셋되어 있어도, 오프셋측의 베어링 패드 단부와 회전축의 외주면과의 간극이, 오프셋한 방향과는 반대측의 베어링 패드 단부와 회전축의 외주면과의 간극보다 작아지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 회전축의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에, 회전축이 기우는 것을 억제하여, 회전축과 베어링 패드가 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 접촉 영역의 내측으로부터 외측까지 연속적으로 연장되어 있다.
이와 같이, 접촉 영역의 내측으로부터 외측까지 연속적으로 연장되는 적어도 1개의 오일 홈을 형성함으로써, 오일 홈에 의한 회전축의 부상 특성을 유지하면서 오일 홈의 설치수를 삭감할 수도 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 접촉 영역의 내측에 설치된 내측 오일 홈과, 상기 내측 오일 홈과는 별도로 상기 접촉 영역의 외측에 설치된 외측 오일 홈을 포함한다.
이와 같이, 접촉 영역의 내측에 설치된 내측 오일 홈과, 접촉 영역의 외측에 설치된 외측 오일 홈을 형성함으로써, 오일 홈에 의한 회전축의 부상 특성을 유지하면서 각 오일 홈의 설치 위치나 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 적어도 1개의 오일 홈의 각각이, 상기 회전축의 회전 시에 상기 베어링면과 상기 회전축의 외주면 사이에 형성되는 오일막의 압력이 동일한 위치를 지나는 등압선을 따라 설치된 구성으로 한다.
각 오일 홈은, 각각, 연통된 1개의 공간에 의해 형성되므로, 오일 홈 내는 어떠한 위치도 동일한 압력이 된다. 따라서, 다른 등압선에 걸치도록 오일 홈을 형성한 경우, 회전축의 회전 시에 오일 홈 내의 압력이 균일화되어 동압 베어링으로서의 기능이 손상될 가능성이 있다. 따라서, 상기 실시 형태와 같이, 각 오일 홈을 각각 등압선을 따라 설치함으로써, 각 등압선 위치에 있어서의 오일 홈 내의 압력을 유지하고, 동압 베어링으로서의 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 오일막의 상기 압력이 제1 압력인 위치를 지나는 제1 등압선을 따라 설치되는 제1 오일 홈과, 상기 오일막의 상기 압력이 상기 제1 압력과는 다른 제2 압력인 위치를 지나는 제2 등압선을 따라 설치되는 제2 오일 홈을 포함하고, 상기 급유 기구는, 상기 제1 오일 홈에 연통하는 제1 급유로와, 상기 제2 오일 홈에 연통하는 제2 급유로를 포함하고, 상기 제1 급유로와 상기 제2 급유로는, 적어도 상기 회전축의 회전 시에 서로 다른 압력으로 유지 가능하게 다른 계통으로서 설치된 구성으로 한다.
상기 실시 형태에 따르면, 제1 오일 홈에 연통하는 제1 급유로와, 제2 오일 홈에 연통하는 제2 급유로가, 적어도 회전축의 회전 시에 서로 다른 압력으로 유지 가능하게 다른 계통으로서 설치되어 있다. 이에 의해, 다른 등압선(제1 등압선과 제2 등압선)을 따라 설치되는 제1 오일 홈 및 제2 오일 홈의 압력이, 회전축의 정격 회전 시에 있어서 균일화되는 것을 피할 수 있어, 동압 베어링으로서의 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 제1 등압선을 따라 설치되는 복수개의 상기 제1 오일 홈은, 상기 제1 급유로를 통해서 서로 연통하도록 구성되어 있다.
이와 같이, 동일한 등압선을 따라 설치되는 복수개의 오일 홈에 대해서는 급유로가 서로 연통하는 구성을 채용하면, 급유로나 밸브 등의 급유 기구의 구성을 간소화할 수도 있다.
몇 가지의 실시 형태에 있어서, 상기 제1 급유로에 설치되어, 상기 제1 오일 홈으로의 상기 윤활유의 공급량을 조정하기 위한 제1 밸브와, 상기 제2 급유로에 설치되어, 상기 제2 오일 홈으로의 상기 윤활유의 공급량을 조정하기 위한 제2 밸브를 더 구비한다.
회전축의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시와 같이 JOP 기구를 작동시킬 경우에는 각 밸브의 개방도를 조절함으로써 각 오일 홈으로의 윤활유의 공급량을 조정 가능하고, 한편 회전축의 정격 회전 시와 같이 베어링면으로 윤활유를 공급하지 않을 경우에는, 각 밸브로 유로를 차단함으로써 유로로부터의 윤활유의 누출을 방지 가능하므로, 베어링면의 오일막압을 적절하게 유지할 수 있다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 1개 이상의 베어링 패드의 상기 회전축의 회전 방향에 있어서의 중앙 위치에 대하여, 상기 회전축의 회전 방향 상류측 또는 회전 방향 하류측에 오프셋해서 배치되고, 상기 회전축의 둘레 방향에 있어서의 각각의 상기 오일 홈의 중심 위치를 해당 오일 홈의 개구 면적으로 가중치 부여한 상기 적어도 1개의 오일 홈의 가중 평균 위치가, 상기 지지 부재의 배치 위치에 대하여, 상기 중앙 위치를 기준으로 한 상기 지지 부재의 오프셋 방향으로 어긋나 있다.
틸팅 패드 베어링 장치의 베어링 패드에는, 회전축의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에 있어서의 JOP 기구의 작동 중(즉 윤활유의 공급 중), 회전축과 베어링 패드 사이에 형성되는 오일막압의 분포에 따라, 지지 부재에 의한 베어링 패드의 지지점 둘레의 모멘트가 가해진다. 이 모멘트는, 베어링면 상의 임의의 위치에 있어서의 오일막압과, 해당 위치의 지지점으로부터의 거리와의 곱인 국소적인 모멘트를 베어링면 상의 모든 위치에 대해서 적산한 것이다. 이 국소적인 모멘트의 부호는, 지지 부재에 의한 베어링 패드의 지지점 양측에 있어서 역전된다. 따라서, 지지 부재에 의한 베어링 패드의 지지점 양측에 있어서의 모멘트의 절댓값의 대소 관계에 의해, 회전축과 베어링 패드 사이에 형성되는 오일막압의 분포에 따른 실질 모멘트 방향이 결정된다. 여기서, 각 오일 홈의 국소적인 모멘트에의 기여는, 각 오일 홈의 중심 위치 xi와, 당해 오일 홈이 만드는 오일막압의 크기에 영향을 미치는 당해 오일 홈의 개구 면적 Si와의 곱 xiSi에 의해 나타낸다. 따라서, 오일막압의 분포에 따른 실질 모멘트 방향은, 기본적으로는 전체 오일 홈에 대한 국소적 모멘트로의 기여의 총합 ΣxiSi에 의해 결정된다. 바꾸어 말하면, 총합 ΣxiSi를 전체 오일 홈의 개구 면적의 총합 ΣSi로 나누어 얻어지는 값(각각의 오일 홈의 중심 위치 xi를 오일 홈의 개구 면적 Si로 가중치 부여한 오일 홈의 가중 평균 위치 xA)과 지지 부재의 위치와의 배치 관계에 따라, 오일막압의 분포에 따른 실질 모멘트 방향이 정해진다.
상기 틸팅 패드 베어링 장치에서는, 각각의 오일 홈의 중심 위치 xi를 오일 홈의 개구 면적 Si로 가중치 부여한 오일 홈의 가중 평균 위치가 지지 부재의 배치 위치에 대하여 지지 부재의 오프셋 방향으로 어긋나도록 했으므로, 지지 부재가 오프셋되어 있어도, 지지 부재를 기준으로 해서 회전축의 회전 방향 상류측과 하류측에 작용하는 모멘트를 균형있게 할 수 있다. 따라서, 회전축의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에, 회전축이 기우는 것을 억제하여, 회전축과 베어링 패드가 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 지지 부재는, 상기 회전축의 둘레 방향에 있어서의 상기 베어링 패드의 중앙 위치보다도 상기 회전축의 회전 방향 하류측에 배치되어 있고, 상기 적어도 1개의 오일 홈의 상기 가중 평균 위치가, 상기 지지 부재의 배치 위치보다 상기 회전축의 회전 방향 하류측에 어긋나 있다.
몇 가지의 실시 형태에 있어서, 상기 급유 기구로부터의 상기 윤활유의 공급을 받는 복수의 급유구가 상기 베어링면 상에 상기 회전축의 축 방향으로 나란히 설치되고, 각 급유구에 연통하는 상기 오일 홈이 각각 독립해서 형성된다.
이에 의해, 각 오일 홈으로의 윤활유의 공급량을 독립되게 조정해서 각 오일 홈의 오일막압을 독립되게 조정하면, 회전축의 축 방향에서 치우침이 일어나도, 각 오일 홈의 오일막압의 조정에 의해 치우침을 교정할 수 있다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 회전축의 회전 시, 상기 베어링면에 형성되는 쐐기 형상 오일막에 의한 오일막압이 동등해지는 영역 내에 배치된다.
회전축과 베어링 패드 사이에서 형성되는 오일막압이 다른 영역에 걸쳐서 연속된 1개의 오일 홈을 형성하면, 해당 오일 홈의 오일막압은, 낮은 쪽의 오일막압에 맞추어 저하된다. 이에 반해, 상기 실시 형태와 같이, 1개의 오일 홈을 오일막압이 동등한 영역 내에 형성함으로써, 이러한 오일막압의 저하를 방지할 수 있다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 회전축의 회전 시, 상기 베어링면에 형성되는 쐐기 형상 오일막에 의한 오일막압이 동등해지는 등압 영역이, 최대 오일막압 영역을 중심으로 해서 오일막압이 서서히 저압이 되는 영역이 해당 최대 오일막압 영역의 외측에 동심 형상으로 넓어지도록 형성되고, 상기 오일 홈이 하나의 등압선을 따라 배치된다.
이와 같이, 회전축의 회전 시에 형성되는 오일막압의 분포(최대 오일막압 영역을 중심으로 해서 오일막압이 서서히 저압이 되는 영역이 해당 최대 오일막압 영역의 외측에 동심 형상으로 넓어지는 분포)에 있어서의 등압선을 따라 오일 홈을 배치함으로써, 동압 베어링으로서의 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 회전축의 회전 시에 상기 회전축의 외주면과 상기 베어링면 사이에 발생하는 오일막압에 의해, 상기 회전축과 상기 베어링 패드의 회전 방향 상류단부와의 간극이, 상기 회전축과 상기 베어링 패드의 회전 방향 하류단부와의 간극과 동등해지는 영역에 분포되어 있다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태에 따르면, 급유 기구로부터 윤활유가 공급되는 오일 홈을, 베어링면 중 회전축의 외주면과 접촉하는 접촉 영역의 내측 및 외측에 설치하는 구성으로 했으므로, 회전축의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에 있어서 급유 기구로부터 오일 홈을 통해서 윤활유를 공급한 때에, 접촉 영역의 내측 및 외측의 양쪽으로 윤활유를 널리 퍼지게 할 수 있다. 따라서, 급유 기구로의 공급유압이 비교적 작은 경우에도, 회전축을 효과적으로 부상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 베어링 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 베어링 패드의 단면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다.
도 4는 비교예에 있어서의 베어링 패드(접촉 영역의 내측만 오일 홈)의 베어링면의 전개도이다.
도 5는 다른 비교예에 있어서의 베어링 패드(접촉 영역의 외측만 오일 홈)의 베어링면의 전개도이다.
도 6은 접촉 영역과 오일막압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 베어링 장치의 급유 기구의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 베어링 장치의 급유 기구의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 베어링 장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다.
도 13은 오일 홈의 가중 평균 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 오일막압 분포도이다.
도 16은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다.
도 17의 (A)는 제4 실시 형태에 관한 오일 홈의 오일막압 분포를 나타내는 선도이며, (B)는 제6 실시 형태에 관한 오일 홈의 오일막압 분포를 나타내는 선도이다.
도 18은 제6 실시 형태의 변형예에 관한 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다.
도 19는 제6 실시 형태의 변형예에 관한 급유 기구를 나타내는 베어링 장치의 단면도이다.
이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시 형태를 사용해서 상세하게 설명한다. 단, 본 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 본 발명의 범위를 그에만 한정하는 취지는 아니다.
(제1 실시 형태)
도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 틸팅 패드 베어링 장치(10)의 전체적인 개략 구성에 대해서 설명한다. 또한, 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 틸팅 패드 베어링 장치의 전체 구성도이다.
몇 가지의 실시 형태에 있어서, 도 1에 도시한 베어링 하우징(12)은 2개 분할형의 베어링 하우징이며, 반원형의 하우징편(12a 및 12b)으로 구성되어 있다. 하우징편(12a 및 12b)은, 서로의 맞춤면이 접촉된 상태에서 볼트 등의 결합구로 결합된다. 베어링 하우징(12)의 내주면을 따라서 복수(도 1에서는 4개)의 베어링 패드(14)가 설치되고, 베어링 패드(14)의 내주면이 베어링면(14a)을 형성하고 있다. 베어링면(14a)의 내측에, 터빈이나 발전기 등, 대형 회전 기계의 회전축(15)(도 2 참조)이 배치된다. 복수의 베어링 패드(14, 14, …) 중 1개 이상의 베어링 패드(14)의 베어링면(14a)에는 급유구(34)가 개구되고, 또한 급유구(34)에 연통된 오일 홈(36)이 새겨져 형성되어 있다. 급유구(34) 및 오일 홈(36)이 형성되는 베어링 패드(14)는, 회전축(15)의 주위에 배치되는 복수의 베어링 패드(14, 14, …) 중, 적어도 회전축(15)의 둘레 방향 하방에 위치하는 베어링 패드(14)라도 좋다. 즉, 회전축(15)의 정지 시에, 회전축(15)의 자중을 지지하는 위치에 배치되는 베어링 패드(14)에, 급유구(34) 및 오일 홈(36)이 형성되어도 좋다. 물론, 회전축(15)의 둘레 방향 상방에 위치하는 베어링 패드(14)에도 급유구(34) 및 오일 홈(36)이 형성되어 있어도 좋다.
이하, 급유구(34)에 윤활유를 공급하는 급유 기구(16)의 구성을 설명한다. 펌프(18)는 모터(20)에 의해 구동되고, 도시하지 않은 오일 탱크로부터 고압의 윤활유 o를 급유 라인(22)으로 토출한다. 유로(22)에는 릴리프 밸브(24)가 설치되어, 급유 라인(22)을 흐르는 윤활유 o의 압력이 허용값을 초과했을 때, 윤활유의 일부를 탱크(26)로 방출해서 윤활유 o의 압력을 허용값 이하로 저감한다. 급유 라인(22)은 하류측에서 분기로(28a 및 28b)로 분기한다. 분기로(28a 및 28b)에는, 각각 밸브(유량 조정 밸브)(30a 및 30b)가 설치되어 있다. 분기로(28a 및 28b)는, 각각 하우징편(12b) 및 베어링 패드(14)에 형성된 급유 구멍(32a 및 32b)을 거쳐, 각각의 베어링 패드(14)에 형성된 급유구(34)에 연통되어 있다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 틸팅 패드 베어링 장치(10)의 각 부위의 구체적인 구성에 대해서 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다. 또한, 도 3은, 곡률을 갖는 베어링 패드(14)를 평면 상에 전개한 도면이다.
이하의 실시 형태에서는, 베어링 패드(14)가 피봇(38)에 의해 점 지지되는 구성을 갖는 틸팅 패드 베어링 장치(10)에 대해서 예시하고 있다.
도 2에 있어서, G1은 회전축(15)의 중심과 피봇(38)의 지지점을 지나는 직선이다. 도 2에 도시한 화살표 r은 회전축(15)의 회전 방향이다. 도 3에 있어서, G2는, 피봇(38)에 의한 베어링 패드(14)의 지지점을 지나, 회전축(15)의 축선과 평행한 직선이다. 화살표 a는 회전축(15)의 축 방향을 나타낸다.
몇 가지의 실시 형태에 있어서, 도 2 및 도 3에 도시한 베어링 패드(14)는, 하우징편(12b)의 내주면에 설치된 피봇(38)에 의해 요동 가능하게 점 지지되고 있다. 피봇(38)은, 통상 베어링 패드(14)의 중앙 부근에 설치되지만, 회전축(15)의 회전 방향에 있어서의 베어링 패드(14)의 중앙 위치보다도 회전 방향 상류측 또는 하류측에 오프셋해서 배치되어도 좋다. 도 2에 있어서, 회전축(15)의 회전 방향에 대하여 상류측에는 베어링 패드(14)의 회전 방향 전단부(14b)가 위치하고, 하류측에는 베어링 패드(14)의 회전 방향 후단부(14c)가 위치한다.
일 실시 형태에 있어서, 도 2 및 도 3에서는, 피봇(38)을 지나는 직선 G2가, 회전축(15)의 회전 방향에 있어서의 베어링 패드(14)의 중앙 위치 C(도 13 참조)에 대하여, 회전축(15)의 회전 방향 하류측에 오프셋해서 배치된 경우를 나타내고 있다. 이와 같이, 회전축(15)의 정격 회전 시와 같이 틸팅 패드 베어링 장치(10)가 동압 베어링으로서 기능할 경우에, 피봇(38)이 회전축(15)의 둘레 방향에 있어서의 베어링 패드(14)의 중심 위치보다도 회전축(15)의 회전 방향 하류측에 배치되어 있음으로써, 베어링 패드(14)의 전단부(14b)의 베어링면(14a)과 회전축(15)의 외주면과의 간극이 커진다. 그로 인해, 윤활유의 베어링면(14a)으로의 인입량이 증가되어, 베어링 패드(14)와 회전축(15) 사이의 윤활성을 향상시킬 수 있다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 베어링 패드(14)의 베어링면(14a)에는, 4개의 급유구[40(40a, 40b), 44(44a, 44b)]가 개구되고, 또한 각 급유구(40, 44)에 연통된 오일 홈[42(42a, 42b), 46(46a, 46b)]이 마련되어 있다.
상기 구성을 갖는 틸팅 패드 베어링 장치(10)는, 베어링 패드(14)가 요동 가능하도록, 베어링 패드(14)의 외주면에 접촉하는 피봇(38)에 의해 베어링 패드(14)가 지지되는 구성으로 되어 있으므로, 베어링 패드(14)의 자중 또는 회전축(15)을 통해서 베어링 패드(14)에 부여되는 하중 등에 의해 베어링 패드(14)는 조금 변형된다. 그로 인해, 회전축(15)의 정지 시, 이 베어링 패드(14)의 변형에 의존한 형상의 접촉 영역 S에서, 베어링 패드(14)와 회전축(15)이 접촉하게 된다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이 베어링 패드(14)가 피봇(38)으로 점 지지될 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 베어링 패드(14)와 회전축(15)의 접촉 영역 S는 대략 타원 형상이 된다.
몇 가지의 실시 형태에 있어서, 오일 홈(42, 46)은 접촉 영역 S의 내측 및 외측에 설치된다. 또한, 접촉 영역 S는, 회전축(15)의 직경(회전축의 외주면 곡률 반경), 베어링 패드(14)의 베어링면(14a)의 곡률 반경, 베어링 패드(14)의 재질 및 회전축(15)을 통해서 틸팅 패드 베어링 장치(10)에 부여되는 하중 등에 의해 결정된다. 접촉 영역 S의 형상, 위치는 실험적으로 구해도 좋고, 시뮬레이션에 의해 추정해도 좋다. 예를 들어, 회전축(15)과 축상 패드(14) 사이에 감압지를 끼워 넣고, 감압지가 착색된 부위를 접촉 영역 S라 판정해도 좋다. 또는, 헤르츠 이론을 이용해서 산출되는 접촉 응력으로부터 접촉 영역 S를 추정해도 좋고, FEM 해석을 사용해서 접촉 영역 S를 추정해도 좋다.
여기서, 도 6을 참조하여, 도 2 및 도 3에 도시한 제1 실시 형태에 있어서의 베어링 패드(14)와, 도 4 및 도 5에 도시한 비교예에 있어서의 베어링 패드(14', 14")로 오일막압의 특성을 대비해서 설명한다. 도 4는 비교예에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다. 도 5는 다른 비교예에 있어서의 베어링 패드(접촉 영역의 외측만 오일 홈)의 베어링면의 전개도이다. 도 6은 접촉 영역과 오일막압의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 6의 (A)는 제1 실시 형태(도 3)에 있어서의 베어링 패드(14)의 오일막압 특성을 나타내는 그래프이고, 도 6의 (B)는 비교예(도 4)에 있어서의 베어링 패드(14')의 오일막압 특성을 나타내는 그래프이고, 도 6의 (C)는 다른 비교예(도 5)에 있어서의 베어링 패드(14")의 오일막압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4에 도시한 베어링 패드(14')에는, 접촉 영역 S의 외측에는 오일 홈이 형성되어 있지 않고, 접촉 영역 S의 내측에만 오일 홈[42'(42a', 42b'), 46'(46a', 46b')]이 형성되어 있다. 이에 반해, 도 5에 도시한 베어링 패드(14")에는, 접촉 영역 S의 내측에는 오일 홈이 형성되어 있지 않고, 접촉 영역 S의 외측에만 오일 홈[42"(42a", 42b"), 46"(46a", 46b")]이 형성되어 있다.
도 4 및 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 윤활유를 유도하기 위한 오일 홈(42', 46')이 접촉 영역 S의 내측에 형성되어 있는 경우, 접촉 영역 S의 내측으로부터 접촉 영역 S의 외측으로의 경계에서 베어링 패드(14')와 회전축(15) 사이의 간극은 급격하게 넓어진다. 그로 인해, 접촉 영역 S 내의 오일 홈(42a', 42b', 46a', 46b')을 통해 간극에 공급되는 윤활유에 의한 오일막압은, 접촉 영역 S의 내측에서는 높게 유지되지만 접촉 영역 S의 외측에서는 간극의 급격한 체적 증가에 의해 대폭으로 저하되어 버린다. 그로 인해, 베어링 패드(14')의 베어링면 전체에 대략 균일한 오일막압이 형성되도록 윤활유를 널리 퍼지게 하는 것이 어렵고, 특히 접촉 영역 S의 외측에 있어서의 오일막압이 충분히 형성되지 않는다고 하는 사태가 일어날 수 있다.
도 5 및 도 6의 (C)에 도시한 바와 같이, 접촉 영역 S의 외측에 오일 홈(42", 46")이 형성되어 있는 경우, 접촉 영역 S의 외측으로부터 접촉 영역 S의 내측을 향해 그 경계에서 베어링 패드(14")와 회전축(15) 사이의 간극은 급격하게 좁아진다. 그로 인해, 접촉 영역 S의 내측으로 윤활유가 충분히 공급되지 않고, 접촉 영역 S의 내측에 있어서의 오일막압이 충분히 형성되지 않는다고 하는 사태가 일어날 수 있다.
이와 같이, 비교예에 있어서의 베어링 패드(14', 14")에 의하면, 베어링 패드(14', 14")의 베어링면(14a', 14a")에 충분히 윤활유가 널리 퍼지지 않고, 그로 인해 JOP 기구를 기동해서 회전축(15)을 회전시킬 때, 회전축(15)이 원활하게 부상하지 않을 가능성이 있다.
이에 반해 본 실시 형태에서는, 도 3 및 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 접촉 영역 S의 내측 및 외측에 오일 홈(42, 46)을 형성하는 구성으로 했으므로, 회전축(15)의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에 있어서 급유 기구(16)로부터 오일 홈(42, 46)을 통해서 윤활유를 공급한 때에, 접촉 영역 S의 내측 및 외측의 양쪽으로 윤활유를 널리 퍼지게 할 수 있다. 따라서, 급유 기구(16)로의 공급유압이 비교적 작은 경우에도, 회전축(15)을 효과적으로 부상시킬 수 있다.
또한, 일 실시 형태에 있어서, 적어도 1개의 오일 홈(42, 46)은, 접촉 영역 S의 내측으로부터 외측까지 연속적으로 연장되어 있어도 좋다. 즉, 각각의 오일 홈(42, 46)은, 접촉 영역 S의 경계를 걸치도록 연장 형성되어 있어도 좋다. 이와 같이, 접촉 영역 S의 내측으로부터 외측까지 연속적으로 연장되는 적어도 1개의 오일 홈(42, 46)을 형성함으로써, 오일 홈(42, 46)에 의한 회전축(15)의 부상 특성을 유지하면서 오일 홈(42, 46)의 설치수를 삭감할 수도 있다. 또한, 도 3에서는, 모든 오일 홈(42, 46)이, 접촉 영역 S의 내측으로부터 외측까지 연속적으로 연장되어서 배치된 경우를 예시하고 있다.
또한, 도시하지 않았지만 다른 실시 형태에서는, 적어도 1개의 오일 홈은, 접촉 영역 S의 내측에 설치된 내측 오일 홈과, 내측 오일 홈과는 별도로 접촉 영역 S의 외측에 설치된 외측 오일 홈을 포함해도 좋다. 이와 같이, 접촉 영역 S의 내측에 설치된 내측 오일 홈과, 접촉 영역 S의 외측에 설치된 외측 오일 홈을 형성함으로써, 오일 홈에 의한 회전축(15)의 부상 특성을 유지하면서 각 오일 홈의 설치 위치나 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한, 몇 가지의 실시 형태에 있어서, 적어도 1개의 오일 홈(42, 46)의 각각이, 회전축(15)의 회전 시에 베어링면(14a)과 회전축(15)의 외주면 사이에 형성되는 오일막의 압력이 동일한 위치를 지나는 등압선을 따라 형성되어도 좋다.
회전축(15)의 고속 회전 시, 베어링 패드(14)의 베어링면(14a)에 개구된 급유구(40, 44)로의 윤활유의 공급은 정지되어 있다. 이때, 윤활유는 회전축(15)과 함께 따라 돌면서 오일막압을 형성하고, 오일막압에 의한 오일막압 분포(도 3 참조)가 형성된다. 도 3에 있어서, 라인 p1 내지 p6은 축 회전에 의한 쐐기 형상 오일막의 등압선이며, 최내측에 위치하는 등압선 p1의 내측 영역이 최대 오일막압을 나타내고, 외측으로 감에 따라 오일막압은 차례로 저하되어 간다. 도시한 바와 같이, 최대 오일막압 영역(p1의 내측 영역)을 중심으로 하여, 등압 영역이 동심 형상으로 넓어지는 타원형을 나타낸다. 여기서, 등압선은 회전축(15)의 회전 시에 베어링면(14a)과 회전축(15)의 외주면 사이에 형성되는 오일막의 압력이 동일한 위치를 지나는 선이다.
일 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 급유구[40(40a, 40b)]의 각각이 등압선 p4 위에 형성되어 있다. 또한, 급유구(40)에 연통한 오일 홈[42(42a, 42b)]이 등압선 p4에 따라 형성되어 있다. 마찬가지로, 급유구[44(44a, 44b)]에 연통한 오일 홈[46(46a, 46b)]이 등압선 p5에 따라 형성되어 있다. 오일 홈(42) 및 오일 홈(46)은, 각각이 서로 독립되어 있다.
각 오일 홈(42, 46)은, 각각 연통된 1개의 공간에 의해 형성되므로, 각 오일 홈(42, 46) 내는 어떠한 위치도 동일한 압력이 된다. 따라서, 다른 등압선에 걸치도록 오일 홈(42, 46)을 형성한 경우, 회전축(15)의 회전 시에 각 오일 홈(42, 46) 내의 압력이 균일화되어 동압(動壓) 베어링으로서의 기능이 손상될 가능성이 있다. 따라서, 상기 실시 형태와 같이, 각 오일 홈(42, 46)을 각각 등압선 p4, p5에 따라 형성함으로써, 각 등압선 위치에 있어서의 오일 홈(42, 46) 내의 압력을 유지하고, 동압 베어링으로서의 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 일 실시 형태에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 오일 홈(42)과 오일 홈(46)에 윤활유를 공급하는 급유로(52, 54)가, 적어도 회전축(15)의 회전 시에 서로 다른 압력으로 유지 가능하게 별개의 계통으로서 설치된다.
도 7에 도시한 급유 기구(16)는, 제1 급유구(40)와, 제1 오일 홈(42)과, 제2 급유구(44)와, 제2 오일 홈(46)과, 제1 급유로(52)와, 제2 급유로(54)와, 제1 밸브(53)와, 제2 밸브(55)와, 펌프(50)를 갖고 있다.
제1 오일 홈(42)과 제2 오일 홈(46)은, 다른 오일막압을 나타내는 등압선을 따라 설치되어 있다. 제1 급유로(52) 및 제2 급유로(54)는, 적어도 회전축(15)의 회전 시에 서로 다른 압력으로 유지 가능하게 별개의 계통으로서 설치된다. 제1 급유로(52) 및 제2 급유로(54)는, 펌프(50)에 접속되어, 펌프(50)에 의해 윤활유가 공급되도록 되어 있다. 제1 급유로(52) 및 제2 급유로(54)와 펌프(50) 사이에는, 각각, 제1 밸브(53), 제2 밸브(55)가 설치되어 있고, 제1 급유로(52) 및 제2 급유로(54)로의 윤활유의 공급량이 조절 가능하게 구성된다.
그리고 회전축(15)의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에는, 제1 밸브(53) 및 제2 밸브(55)를 각각 개방한 상태로 하고, 펌프(50)를 작동시켜서 제1 급유로(52) 및 제2 급유로(54)를 통하여 제1 오일 홈(42)과 제2 오일 홈(46)에 윤활유를 공급한다. 각 오일 홈(42, 46)으로의 윤활유의 공급량은, 각 밸브(53, 55)의 개방도에 의해 조절해도 좋다. 한편, 회전축(15)의 정격 회전 시에는, 제1 밸브(53) 및 제2 밸브(55)를 폐쇄한 상태로 하고, 펌프(50)를 정지해서 제1 급유로(52) 및 제2 급유로(54)를 통한 제1 오일 홈(42) 및 제2 오일 홈(46)으로의 윤활유의 공급을 차단한다. 이때, 제1 오일 홈(42)과 제2 오일 홈(46)은 연통되어 있지 않으므로, 각 오일 홈(42, 46)의 압력은 독립해서 유지된다.
이와 같이, 제1 오일 홈(42)에 연통하는 제1 급유로(52)와, 제2 오일 홈(46)에 연통하는 제2 급유로(54)가, 적어도 회전축(15)의 회전 시에 서로 다른 압력으로 유지 가능하게 별개의 계통으로서 설치됨으로써, 다른 등압선(제1 등압선과 제2 등압선)을 따라 형성되는 제1 오일 홈(42) 및 제2 오일 홈(46)의 압력이, 회전축(15)의 정격 회전 시에 있어서 균일화되는 것을 피할 수 있어, 동압 베어링으로서의 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
(제2 실시 형태)
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태를 도 8 및 도 9에 기초하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다. 도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 베어링 장치의 급유 기구의 일례를 나타내는 구성도이다.
본 실시 형태에 관한 급유 기구(16)는, 제1 급유구[60(60a, 60b), 64(64a, 64b)]와, 제1 오일 홈[62(62a, 62b), 66(66a, 66b)]과, 제1 급유로(72, 74)와, 제1 밸브(76)와, 펌프(70)를 갖고 있다.
복수의 제1 오일 홈(62, 66)은, 동일한 오일막압을 나타내는 등압선을 따라 형성되어 있다. 또한, 제1 오일 홈(62, 66)은, 제1 급유로(72, 74)를 통해서 서로 연통하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 제1 급유로(72, 74)가 기부측에서 합류되어 있으며, 합류된 제1 급유로(72, 74)와 펌프(70) 사이에 제1 밸브(76)가 설치된다. 제1 밸브(76)는 제1 급유로(72, 74)로의 윤활유의 공급량을 조절하는 구성으로 되어 있다.
그리고 회전축(15)의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에는, 제1 밸브(76)를 개방한 상태로 하고, 펌프(70)를 작동시켜서 제1 급유로(72, 74)를 통해서 제1 오일 홈(62, 66)에 윤활유를 공급한다. 한편, 회전축(15)의 정격 회전 시에는, 제1 밸브(76)를 폐쇄한 상태로 하고, 펌프(70)를 정지해서 제1 급유로(72, 74)를 통한 제1 오일 홈(62, 66)으로의 윤활유의 공급을 차단한다.
상기 제2 실시 형태에 따르면, 동일한 등압선을 따라 설치되는 복수개의 제1 오일 홈(62, 66)에 대해서는 제1 급유로(72, 74)가 서로 연통하는 구성을 채용하면, 제1 급유로(72, 74)나 밸브(73) 등의 급유 기구(16)의 구성을 간소화할 수도 있다.
(제3 실시 형태)
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 일 실시 형태에 있어서 오일 홈(82)은, 회전축(15)의 축 방향을 따라서 급유구(80)를 사이에 두도록 배치된, 한 쌍의 마름모형 형상의 오일 홈(82a, 82b)을 포함하고 있어도 좋다. 그 경우, 오일 홈(82)은 피봇(38)을 지나는 직선 G2에 걸쳐 있도록 배치되고, 오일 홈(82)의 마름모형 형상의 둘레 방향의 회전 상류측의 정점부(83a, 83b)가 직선 G2보다도 회전 방향 상류측에 위치하고 있어도 좋다. 또한, 도 10에 도시한 예시적인 실시 형태에서는, 오일 홈(82)은 직선 G2에 대하여 선 대칭의 형상을 갖는다.
(제4 실시 형태)
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 단면도이다. 도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다. 도 13은 오일 홈의 가중 평균 위치를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 12은, 곡률을 갖는 베어링 패드(14)를 평면 상에 전개한 도면이다.
도 11에 있어서, G1은 회전축(15)의 중심과 피봇(38)의 지지점을 지나는 직선이다. 도 12에 있어서, C는 회전축(15)의 회전 방향에 있어서의 베어링 패드(14)[베어링면(14a)]의 중앙 위치를 지나는 직선이다. 이 중앙 위치 C는 회전축(15)의 축선에 평행하다. G2는 피봇(38)에 의한 베어링 패드(14)의 지지점을 지나, 회전축(15)의 축선과 평행한 직선이다. 화살표 a는 회전축(15)의 축 방향을 나타낸다. 또한, 도 12 및 도 13에 있어서, 회전축(15)의 회전 방향을 x축으로 하고, 피봇(38)의 지지점(지지 부재의 배치 위치)을 지나는 직선 G2의 위치를 xG=0으로 설정한다. 또한, 피봇(38)의 지지점을 지나는 직선 G2보다도 회전 방향 하류측(도 12 및 도 13에서는 우측)을 플러스 방향, 직선 G2보다도 회전 방향 상류측(도 12 및 도 13에서는 좌측)을 마이너스 방향으로 하고 있다.
각 베어링 패드(14)는, 하우징편(12b)의 내주면에 설치된 피봇(38)에 의해 요동 가능하게 지지된다. 몇 가지 실시 형태에 있어서, 피봇(38)은 회전축(15)의 회전 방향에 있어서의 베어링 패드(14)의 중앙 위치 C에 대하여, 회전축(15)의 회전 방향 상류측 또는 회전 방향 하류측에 오프셋해서 배치된다. 또한, 도 12에 나타낸 예시적인 실시 형태에서는, 피봇(38)의 배치 위치[베어링 패드(14)의 지지점]는 베어링 패드(14)의 중앙 위치 C에 대하여 x축의 플러스 방향(회전 방향 하류측)에 오프셋해서 배치되어 있다. 예를 들어, 도 11에 도시한 바와 같이 회전 방향 전단부(14b)를 0%로 하고, 회전 방향 후단부(14c)를 100%로 한 때, 피봇(38)은, 예를 들어 60%의 위치에 배치된다.
베어링 패드(14)의 베어링면(14a)에는 급유구(80)가 개구되고, 또한 급유구(80)에 연통된 오일 홈(82)이 새겨져 형성되어 있다. 오일 홈(82)은, 급유구(80)의 회전축(15)의 축 방향 양측에 배치된 한 쌍의 마름모형 형상의 오일 홈을 포함하고 있다. 이 오일 홈(82)은, 오일 홈(82)의 가중 평균 위치 XA가, 피봇(38)의 배치 위치를 지나는 직선 G2에 대하여, 베어링 패드(14)의 중앙 위치 C를 기준으로 한 피봇(38)의 지지점의 오프셋 방향(도 11 및 도 12에 나타낸 예시적인 실시 형태에서는 회전 방향 하류측)으로 어긋나도록 배치된다. 여기서, 오일 홈(82)의 가중 평균 위치란, 회전축(15)의 둘레 방향에 있어서의 오일 홈(82)의 중심 위치를 해당 오일 홈(82)의 개구 면적으로 가중치 부여한 값이며, 이하에 상세하게 설명한다.
도 13을 사용하여, 오일 홈의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 도 13에서는 일례로서, 피봇(38)의 지지점을 지나는 직선 G2의 양측에 각각, 개구 면적이 다른 2개의 오일 홈(90a) 및 오일 홈(90b)이 형성된 경우를 나타내고 있다. 오일 홈(90a)은 직선 G2보다도 회전축(15)의 회전 방향 하류측(도 13에 있어서 직선 G2보다도 우측)에 형성되고, 오일 홈(90b)은 직선 G2보다도 회전 방향 상류측(도 13에 있어서 직선 G2보다도 좌측)에 형성되어 있다. 여기에서는, X축 상에 있어서의 직선 G2의 위치를 원점(XG=0)으로 하므로, X축 상에 있어서의 오일 홈(90a)의 중심 위치를 나타내는 좌표 X1은 플러스(X1>0)가 되고, X축 상에 있어서의 오일 홈(90b)의 중심 위치를 나타내는 좌표 X2는 마이너스(X2<0)가 된다.
본 실시 형태에 있어서 오일 홈(90a) 및 오일 홈(90b)은, 이들 2개의 오일 홈(90a, 90b)의 가중 평균 위치 xA가, 피봇(38)의 지지점을 지나는 직선 G2[피봇(38)의 배치 위치]에 대하여, 베어링 패드(14)의 중앙 위치 C를 기준으로 한 피봇(38)의 지지점의 오프셋 방향으로 어긋나도록 구성된다. 또한, 도 13에서는, 피봇(38)이 회전축(15)의 회전 방향 중앙 위치 C보다 회전 방향 하류측에 오프셋되어서 배치될 경우(회전 방향을 따른 방향이 오프셋 방향)를 나타내고 있다. 이 경우, 오일 홈(90a) 및 오일 홈(90b)의 가중 평균 위치 A가, 피봇(38)의 지지점을 지나는 직선 G2보다도 회전 방향 하류측에 어긋나도록(즉, xA>xG의 관계를 충족시킴) 오일 홈(90a) 및 오일 홈(90b)이 각각 형성된다.
도시하지 않았지만, 다른 실시 형태에서는 피봇(38)이, 회전축(15)의 중앙 위치 C보다 회전 방향 상류측에 오프셋되어서 배치된다. 이 경우, 오일 홈(90a) 및 오일 홈(90b)의 가중 평균 위치가 피봇(38)의 지지점을 지나는 직선 G2보다도 회전 방향 상류측으로 어긋나도록 오일 홈(90a) 및 오일 홈(90b)이 각각 형성된다.
틸팅 패드 베어링 장치(10)의 베어링 패드(14)에는, 회전축(15)의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에 있어서의 JOP 기구의 작동 중(즉 윤활유의 공급 중), 회전축(15)과 베어링 패드(14) 사이에 형성되는 오일막압의 분포(도 11 참조)에 따라, 피봇(38)에 의한 베어링 패드(14)의 지지점 둘레의 모멘트가 가해진다. 이 모멘트는, 베어링면(14a) 상의 임의의 위치에 있어서의 오일막압과, 해당 위치의 지지점으로부터의 거리와의 곱인 국소적인 모멘트를 베어링면(14a) 상의 모든 위치에 대해 적산한 것이다. 이 국소적인 모멘트의 부호는, 피봇(38)에 의한 베어링 패드(14)의 지지점 양측에 있어서 역전된다. 따라서, 피봇(38)에 의한 베어링 패드(14)의 지지점 양측에 있어서의 모멘트의 절댓값의 대소 관계에 의해, 회전축(15)과 베어링 패드(14) 사이에 형성되는 오일막압의 분포에 따른 실질 모멘트 방향이 결정된다. 여기서, 각 오일 홈(90a, 90b)의 국소적인 모멘트에의 기여는, 각 오일 홈(90a, 90b)의 중심 위치 xi(i=1, 2)와, 당해 오일 홈(90a, 90b)이 만드는 오일막압의 크기에 영향을 미치는 당해 오일 홈(90a, 90b)의 개구 면적 Si(i=1, 2)과의 곱 xiSi에 의해 나타낸다. 따라서, 오일막압의 분포에 따른 실질 모멘트 방향은, 기본적으로는 전체 오일 홈(90a, 90b)에 대한 국소적 모멘트에의 기여의 총합 ΣxiSi(i=1, 2)에 의해 결정된다. 바꾸어 말하면, 총합 ΣxiSi를 전체 오일 홈의 개구 면적의 총합 ΣSi로 나누어 얻어지는 값[각각의 오일 홈의 중심 위치 xi를 오일 홈(90a, 90b)의 개구 면적 Si로 가중치 부여한 오일 홈의 가중 평균 위치 xA]과 피봇(38)의 위치와의 배치 관계에 따라, 오일막압의 분포에 따른 실질 모멘트 방향이 정해진다.
상기 틸팅 패드 베어링 장치(10)에서는, 각각의 오일 홈(90a, 90b)의 중심 위치 xi를 오일 홈의 개구 면적 Si로 가중치 부여한 오일 홈(90a, 90b)의 가중 평균 위치 XA가 피봇(38)의 배치 위치에 대하여 피봇(38)의 오프셋 방향으로 어긋나도록 했으므로, 피봇(38)이 베어링 패드(14)의 중앙 위치 xC에 대하여 오프셋되어 있어도, 피봇(38)을 기준으로 해서 회전축(15)의 회전 방향 상류측과 하류측에 작용하는 모멘트를 균형있게 할 수 있다. 따라서, 회전축(15)의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에, 회전축(15)이 기우는 것을 억제하여, 회전축(15)과 베어링 패드(14)가 접촉하는 것을 방지할 수 있으므로 회전축(15)의 원활한 회전이 가능하게 된다. 또한, 도 13에서는 베어링면(14a)에 2개의 오일 홈(90a, 90b)이 형성된 경우에 대해서 예시했지만, 오일 홈의 수, 형상, 배치 구성 등에 대해서는 한정되지 않는다.
상술한 실시 형태에 따르면, 오일 홈의 가중 평균 위치가 피봇(38)의 배치 위치에 대하여, 피봇(38)의 중심 위치를 기준으로 한 오프셋 방향으로 어긋나도록 구성함으로써, 피봇(38)을 기준으로 해서 회전축의 회전 방향 상류측과 하류측에 작용하는 모멘트를 균형있게 할 수 있다. 따라서, 회전축의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에, 회전축이 기우는 것을 억제하여, 회전축과 베어링 패드가 접촉하는 것을 방지할 수 있음과 함께, 회전축의 원활한 회전이 가능하게 된다.
일 실시 형태에서는, 피봇(38)의 위치를 경계로 해서, 피봇(38)보다 회전 방향(도면 중 화살표 r 방향) 상류측의 베어링면(14a)에 형성되는 JOP에 의한 오일막압 분포 P의 피봇 둘레의 모멘트 총계와, 피봇(38)보다 회전 방향 하류측의 베어링면(14a)에 형성되는 JOP에 의한 유압 분포 P의 피봇 둘레의 모멘트 총계가 균형을 이루도록, 베어링 패드(14)의 회전 방향 전단부(14b)와 회전축(15)의 외주면과의 간극 s1과, 베어링 패드(14)의 회전 방향 후단부(14c)와 회전축(15)의 외주면과의 간극 s2가 형성되도록 해도 좋다.
급유구(80) 및 오일 홈(82)의 회전 방향 위치는, 피봇(38)보다 더 회전 방향 하류측이며, 또한 피봇(38)보다 회전 방향 상류측 영역의 JOP에 의한 오일막압 분포 P의 피봇 둘레의 모멘트 총계와, 피봇(38)보다 회전 방향 하류측 영역의 JOP에 의한 오일막압 분포 P의 피봇 둘레의 모멘트 총계가 균형을 이룰 때, 간극 s1이 간극 s2와 동등해지는 영역에 배치해도 좋다. 급유구(80)는, 예를 들어 70%의 위치에 배치된다.
이와 같이, 급유구(80) 및 오일 홈(82)을 피봇(38)보다 회전 방향 하류측 영역에 배치함으로써, 회전 방향 하류측 영역의 오일막 두께를 확보할 수 있음과 함께, 간극 s1이 간극 s2와 동등해지는 영역에 배치함으로써, 회전 방향 상류측 영역의 오일막 두께를 확보할 수 있다. 이렇게 해서, 베어링면(14a)의 전역에서 균등한 오일막압을 유지하는 것도 가능하다.
(제5 실시 형태)
이어서, 본 발명의 제5 실시 형태를 도 14 및 도 15에 의해 설명한다. 도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다. 도 15는 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 오일막압 분포도이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 베어링 패드(14)에 복수의 급유구(140a 및 140b)가 설치되어 있다. 급유구(140a 및 140b)에는, 각각 오일 홈(142a 및 142b)이 연통되어 있다. 급유구(140a)는 베어링 패드(14)에 형성된 급유로(144a) 및 급유로(146a)를 통해서, 고압 윤활유를 급유구(140a 및 140b)에 공급하는 펌프(50)에 접속되어 있다. 급유구(140b)는 베어링 패드(14)에 형성된 급유로(144b) 및 급유로(146b)를 통해서 펌프(50)에 접속되어 있다. 급유로(146a 및 146b)에는, 각각 밸브[유량 조정 밸브(148a 및 148b)]가 설치되어 있다. 오일 홈(142a 및 142b)은 마름모형 형상을 갖고, 축 방향(화살표 a 방향)으로 떨어진 위치에서 서로 독립해서 형성되어 있다.
또한, 오일 홈(142a 및 142b)은 도 14 중의 직선 G2에 걸쳐 배치되고, 오일 홈(142a, 142b)의 마름모형 형상의 둘레 방향의 회전 상류측의 정점부(142c)가 직선 G2보다도 회전 방향 상류측(도 14에 있어서의 좌측)에 위치하고 있어도 좋다.
또한, 피봇 및 오일 홈(142a, 142b)의 위치 관계는, 상술한 제4 실시 형태와 마찬가지라도 좋다. 즉, 일 실시 형태에 있어서, 피봇의 배치 위치 G2는 베어링 패드(14)의 중앙 위치 C로부터 회전축(15)의 회전 방향 x에 대하여 오프셋된다. 그리고 2개의 오일 홈(142a, 142b)의 가중 평균 위치 XA가, 피봇의 배치 위치 C에 대하여 오프셋 방향으로 어긋나도록, 2개의 오일 홈(142a, 142b)은 각각 배치된다. 또한, 도 14에서는 일례로서, 오프셋 방향을 회전축(15)의 회전 방향 하류측(도 5의 우측)으로 하고 있다.
급유 기구는, 펌프(50)로부터 급유로(146a, 146b) 및 급유로(144a, 144b)를 경유해서 급유구(140a, 140b)에 윤활유를 공급하는 구성으로 되어 있다. 이때, 밸브(148a, 148b)로 급유로(146a, 146b)를 흐르는 윤활유 o의 압력을 따로따로 조정할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 제4 실시 형태에서 얻어지는 작용 효과에 추가하여 회전축(15)의 축 방향에서 치우침이 발생한 때, 치우침이 발생한 영역의 오일 홈에 공급하는 윤활유량을 많게 하여, 오일막압을 높게 함으로써, 치우침을 없앨 수 있다.
(제6 실시 형태)
이어서, 본 발명의 제6 실시 형태를 도 16 및 도 17에 기초하여 설명한다. 도 16은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다. 도 17의 (A)는 제4 실시 형태에 관한 오일 홈의 오일막압 분포를 나타내는 선도이며, (B)는 제6 실시 형태에 관한 오일 홈의 오일막압 분포를 나타내는 선도이다.
회전축(15)의 고속 회전 시, 베어링 패드(14)의 베어링면(14a)에 개구된 급유구에의 윤활유의 공급은 정지되고 있다. 이때, 윤활유는 회전축(15)과 함께 따라 돌면서 오일막압을 형성하고, 도 16에 도시한 바와 같은 오일막압 분포가 형성된다. 도 16에 나타낸 오일막압 분포는, 도 3을 사용해서 설명한 오일막압 분포와 마찬가지이다. 즉, 도 16 중, 라인 p1 내지 p5는 축 회전에 의한 쐐기 형상 오일막의 등압선이며, p1의 내측 영역이 최대 오일막압을 나타내고, 외측으로 감에 따라 오일막압은 차례로 저하되어 간다. 도시한 바와 같이, 최대 오일막압 영역 R1을 중심으로 하여, 등압 영역이 동심 형상으로 넓어지는 타원형을 나타낸다. 여기서, 등압선은 회전축(15)의 회전 시에 베어링면(14a)과 회전축(15)의 외주면 사이에 형성되는 오일막의 압력이 동일한 위치를 지나는 선이다.
본 실시 형태에서는, 급유구(152a 및 152b)의 각각이 등압선 p4 상에 설치되어 있다. 또한, 급유구(152a)에 연통한 오일 홈(154a)이 등압선 p4에 따라 마련되고, 마찬가지로 급유구(152b)에 연통한 오일 홈(154b)이 등압선 p4에 따라 마련되어 있다. 오일 홈(154a)과 오일 홈(154b)은 서로 독립되어 있다.
각 오일 홈(154a, 154b)은, 각각, 연통한 1개의 공간에 의해 형성되므로, 각 오일 홈(154a, 154b) 내는 어떠한 위치도 동일한 압력이 된다. 따라서, 가령 오일 홈(154a, 154b)이 등압선과 교차하도록 형성된 경우, 회전축(15)의 회전 시에 각 오일 홈(154a, 154b) 내의 압력이 균일화되어 동압 베어링으로서의 기능이 손상될 가능성이 있다.
따라서, 본 실시 형태와 같이, 각 오일 홈(154a, 154b)을 각각 등압선을 따라 마련함으로써, 각 등압선 위치에 있어서의 오일 홈(154a, 154b) 내의 압력을 유지하고, 동압 베어링으로서의 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
오일 홈(154a 또는 154b)은, 각각 전체 영역 내의 오일막압이 등압으로 유지되고 있으므로, 오일 홈(154a 또는 154b)에서 오일막압의 저하는 일어나지 않는다.
이 현상을 도 17에서 설명한다. 도 17의 (A)는 제4 실시 형태의 오일 홈(82)의 경우를 나타내고, 도 17의 (B)는 본 실시 형태의 오일 홈(154a)의 경우를 나타낸다. 마름모형 형상의 오일 홈(82)은, 오일막압이 다른 등압선에 걸치게 배치될 우려가 있다. 그로 인해, 도 17의 (A)에 도시한 바와 같이, 오일 홈(82)의 영역 전체가 저압측의 오일막압이 될 우려가 있고, 축 회전에 의한 쐐기 형상의 오일막압 분포 pa에 저압 영역 Pr이 발생할 우려가 있다. 이에 반해, 본 실시 형태의 오일 홈(154a 또는 154b)은, 전체 영역에서 오일막압이 등압이므로, 도 17의 (B)에 도시한 바와 같이, 축 회전에 의한 쐐기 형상의 오일막압 분포 pb에 저압 영역이 발생하는 일은 없다.
또한, 오일 홈(154a 및 154b)은, 피봇(38)에 대하여 축 방향으로 대칭으로 배치되어 있으므로, 회전축(15)의 축 방향에서 동일한 오일막압을 형성하는 것이 용이하다. 그로 인해, 회전축(15)의 치우침을 억제할 수 있다.
또한, 오일 홈(154a 또는 154b)은 도 16 중의 직선 G2에 걸쳐 있도록 배치되고, 오일 홈(154a 또는 154b)의 회전 상류측의 오일 홈 단부(154c)는 직선 G2보다도 회전 방향 상류측에 위치해도 좋다.
또한, 제5 실시 형태에서 설명한 급유 기구의 구성에 의해, 급유구(152a, 152b)로의 윤활유의 공급 압력을 독립하여 조절함으로써, 회전축(15)의 치우침을 방지하는 것도 가능하다.
또한, 제4 내지 제5 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 회전축(15)의 회전 방향에 대한 오일 홈(154a 및 154b)의 가중 평균 위치 xA는, 피봇의 배치 위치를 지나는 직선 G2에 대하여 베어링 패드(14)의 중앙 위치를 기준으로 한 피봇의 오프셋 방향(도 16에 나타내는 예시적인 실시 형태에서는 회전 방향 하류측)으로 어긋나도록 배치되어도 좋다.
또한, 회전축(15)의 회전 방향에 대한 오일 홈(154a 및 154b)의 위치가, 피봇보다 회전 방향 상류측 영역의 JOP에 의한 오일막압 분포 P의 피봇 둘레의 모멘트 총계와, 피봇보다 회전 방향 하류측 영역의 JOP에 의한 오일막압 분포 P의 피봇 둘레의 모멘트 총계가 균형을 이룰 때, 간극 s1과 간극 s2(도 11 참조)가 동등해지는 영역이라도 좋다.
계속해서, 상술한 제6 실시 형태의 변형예를 도 18 및 도 19에 의해 설명한다. 도 18은 제6 실시 형태의 변형예에 관한 베어링 패드의 베어링면의 전개도이다. 도 19는 제6 실시 형태의 변형예에 관한 급유 기구를 나타내는 베어링 장치의 단면도이다.
도 18 및 도 19에 나타낸 급유 기구는, 제1 급유구(156c, 156d)와, 제1 오일 홈(158c, 158d)과, 제2 급유구(157a, 157b)와, 제2 오일 홈(159a, 159b)과, 제1 급유로(146f)와, 제2 급유로(146e)와, 제1 밸브(148e)와, 제2 밸브(148d)와, 펌프(50)를 갖고 있다.
제1 오일 홈(158c, 158d)과 제2 오일 홈(159a, 159b)은, 다른 오일막압을 나타내는 등압선을 따라 형성되어 있다. 제1 유로(146f) 및 제2 유로(146e)는, 적어도 회전축(15)의 회전 시에 서로 다른 압력으로 유지 가능하게 다른 계통으로서 설치된다. 제1 유로(146f) 및 제2 유로(146e)는, 펌프(50)에 접속되어서, 펌프(50)에 의해 윤활유가 공급되도록 되어 있다. 제1 유로(146f) 및 제2 유로(146e)와 펌프(50) 사이에는, 각각, 제1 밸브(148e), 제2 밸브(148d)가 설치되어 있고, 제1 유로(146f) 및 제2 유로(146e)에의 윤활유의 공급량이 조절 가능하게 구성된다.
그리고 회전축(15)의 회전 개시 시 또는 저속 회전 시에는, 제1 밸브(148e) 및 제2 밸브(148d)를 각각 개방된 상태로 하고, 펌프(50)를 작동시켜서 제1 유로(146f) 및 제2 유로(146e)를 통하여 제1 오일 홈[158c(158d)]과 제2 오일 홈[159a(159b)]에 윤활유를 공급한다. 각 오일 홈(158c, 159a)으로의 윤활유의 공급량은, 각 밸브(148e, 148d)의 개방도에 의해 조절해도 좋다. 한편, 회전축(15)의 정격 회전 시에는, 제1 밸브(148e) 및 제2 밸브(148d)를 폐쇄한 상태로 하고, 펌프(50)를 정지해서 제1 유로(146f) 및 제2 유로(146e)를 통한 제1 오일 홈[158c(158d)] 및 제2 오일 홈[159a(159b)]으로의 윤활유의 공급을 차단한다. 이때, 제1 오일 홈[158c(158d)]과 제2 오일 홈[159a(159b)]은 연통되어 있지 않으므로, 각 오일 홈[158c(158d), 159a(159b)]의 압력은 독립해서 유지된다.
이와 같이, 제1 오일 홈(157a)에 연통하는 제1 급유로(146e)와, 제2 오일 홈(156c)에 연통하는 제2 급유로(146f)가, 적어도 회전축(15)의 회전 시에 서로 다른 압력으로 유지 가능하게 다른 계통으로서 설치됨으로써, 다른 등압선(제1 등압선과 제2 등압선)을 따라 형성되는 제1 오일 홈(157a) 및 제2 오일 홈(156c)의 압력이, 회전축(15)의 정격 회전 시에 있어서 균일화되는 것을 피할 수 있어, 동압 베어링으로서의 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일형태 중 적어도 몇 가지의 실시 형태에 관한 틸팅 패드 베어링 장치(10)는,
작은 공급유 압력으로 회전축(15)을 부상 가능하게 하는 것을 목적으로 하고,
회전축(15)의 주위에 배치되어, 회전축(15)을 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링 패드(14)와,
복수의 베어링 패드(14)와 이들 베어링 패드(14)를 지지하는 베어링 하우징(12) 사이에 개재되어, 각 베어링 패드(14)를 요동 가능하게 지지하는 지지 부재[피봇(38)]와,
복수의 베어링 패드(14) 중 1개 이상의 베어링 패드(14)의 베어링면(14a)에 형성된 적어도 1개의 오일 홈(42, 46, 62, 66, 82)에 윤활유를 공급하도록 구성된 급유 기구를 구비한 틸팅 패드 베어링 장치(10)이며,
적어도 1개의 오일 홈(42, 46, 62, 66, 82)은 회전축(15)의 정지 시에 있어서 베어링면(14a) 중 회전축(15)의 외주면과 접촉하는 접촉 영역 S의 내측 및 외측에 형성된다.
또한, 본 발명의 다른 형태 중 적어도 몇 가지의 실시 형태에 관한 틸팅 패드 베어링 장치(10)는,
회전축(15)과 베어링 패드(14)의 접촉을 방지하는 것을 목적으로 하고,
회전축(15)의 주위에 배치되어, 회전축(15)을 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링 패드(14)와, 복수의 베어링 패드(14)와 이들 베어링 패드(14)를 지지하는 베어링 하우징(12) 사이에 개재되어, 각 베어링 패드(14)를 요동 가능하게 지지하는 지지 부재[피봇(38)]와,
복수의 베어링 패드(14) 중 1개 이상의 베어링 패드(14)의 베어링면(14a)에 형성된 적어도 1개의 오일 홈(82)에 윤활유를 공급하도록 구성된 급유 기구를 구비한 틸팅 패드 베어링 장치이며,
지지 부재[피봇(38)]는 1개 이상의 베어링 패드(14)의 회전축(15)의 회전 방향에 있어서의 중앙 위치 C에 대하여, 회전축(15)의 회전 방향 상류측 또는 회전 방향 하류측에 오프셋해서 배치되고,
회전축(15)의 둘레 방향에 있어서의 각각의 오일 홈(82)의 중심 위치 xi를 해당 오일 홈(82)의 개구 면적으로 가중치 부여한 적어도 1개의 오일 홈의 가중 평균 위치 xA가, 지지 부재[피봇(38)]의 배치 위치 G2에 대하여, 중앙 위치 C를 기준으로 한 지지 부재[피봇(38)]의 오프셋 방향으로 어긋나 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종 개량이나 변형을 행해도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 상술한 제1 실시 형태 내지 제6 실시 형태는, 적절히 조합해서 실시해도 좋다.
10 : 틸팅 패드 베어링 장치
12 : 베어링 하우징
12a, 12b : 하우징편
14 : 베어링 패드
14a : 베어링면
15 : 회전축
16 : 급유 기구
18 : 펌프
20 : 모터
22 : 급유 라인
24 : 릴리프 밸브
26 : 탱크
28a, 28b : 분기로
30a, 30b : 밸브
34 : 급유구
36 : 오일 홈
38 : 피봇
40(40a, 40b) : 제1 급유구
42(42a, 42b) : 제1 오일 홈
44(44a, 44b) : 제2 급유구
46(46a, 46b) : 제2 오일 홈
50 : 펌프
P : JOP에 의한 오일막압 분포
Pr : 저압 영역
R1 : 최대 오일막압 영역
o : 윤활유
pa, pb : 축 회전에 의한 쐐기 형상 오일막의 압력 분포
p1 내지 p5 : 축 회전에 의한 쐐기 형상 오일막의 등압선
s1, s2 : 간극
S : 접촉 영역

Claims (10)

  1. 회전축의 주위에 배치되어, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링 패드와,
    상기 복수의 베어링 패드와 이들 베어링 패드를 지지하는 베어링 하우징 사이에 개재되어, 각 베어링 패드를 요동 가능하게 지지하는 지지 부재와,
    상기 복수의 베어링 패드 중 1개 이상의 베어링 패드의 베어링면에 형성된 적어도 1개의 오일 홈에 윤활유를 공급하도록 구성된 급유 기구를 구비한 틸팅 패드 베어링 장치이며,
    상기 적어도 1개의 오일 홈의 각각이, 상기 회전축의 회전 시에 상기 베어링면과 상기 회전축의 외주면 사이에 형성되는 오일막의 압력이 동일한 위치를 지나는 등압선을 따라 형성되고,
    상기 적어도 1개의 오일 홈은 각각 상기 회전축의 회전 방향에 있어서 상기 베어링 패드의 전단부와 상기 지지 부재에 의한 상기 베어링 패드의 지지점 사이의 위치이며, 또한 상기 전단부보다도 상기 지지점 근방에 설치되는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 오일막의 상기 압력이 제1 압력인 위치를 지나는 제1 등압선을 따라 형성되는 제1 오일 홈과, 상기 오일막의 상기 압력이 상기 제1 압력과는 다른 제2 압력인 위치를 지나는 제2 등압선을 따라 형성되는 제2 오일 홈을 포함하고,
    상기 급유 기구는, 상기 제1 오일 홈에 연통하는 제1 급유로와, 상기 제2 오일 홈에 연통하는 제2 급유로를 포함하고,
    상기 제1 급유로와 상기 제2 급유로는, 적어도 상기 회전축의 회전 시에 서로 다른 압력으로 유지 가능하게 다른 계통으로서 설치된 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 등압선을 따라 형성되는 복수개의 상기 제1 오일 홈은, 상기 제1 급유로를 통해서 서로 연통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 급유로에 설치되어, 상기 제1 오일 홈으로의 상기 윤활유의 공급량을 조정하기 위한 제1 밸브와,
    상기 제2 급유로에 설치되어, 상기 제2 오일 홈으로의 상기 윤활유의 공급량을 조정하기 위한 제2 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 부재는, 상기 1개 이상의 베어링 패드의 상기 회전축의 회전 방향에 있어서의 중앙 위치에 대하여, 상기 회전축의 회전 방향 상류측 또는 회전 방향 하류측에 오프셋해서 배치되고,
    상기 회전축의 둘레 방향에 있어서의 각각의 상기 오일 홈의 중심 위치를 해당 오일 홈의 개구 면적으로 가중치 부여한 상기 적어도 1개의 오일 홈의 가중 평균 위치가 상기 지지 부재의 배치 위치에 대하여, 상기 중앙 위치를 기준으로 한 상기 지지 부재의 오프셋 방향으로 어긋나 있는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지 부재는, 상기 회전축의 둘레 방향에 있어서의 상기 베어링 패드의 중앙 위치보다도 상기 회전축의 회전 방향 하류측에 배치되어 있고,
    상기 적어도 1개의 오일 홈의 상기 가중 평균 위치가, 상기 지지 부재의 배치 위치보다 상기 회전축의 회전 방향 하류측에 어긋나 있는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급유 기구로부터의 상기 윤활유의 공급을 받는 복수의 급유구가 상기 베어링면 상에 상기 회전축의 축 방향으로 나란히 형성되고, 각 급유구에 연통하는 상기 오일 홈이 각각 독립하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 회전축의 회전 시, 상기 베어링면에 형성되는 쐐기 형상 오일막에 의한 오일막압이 동등해지는 영역 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전축의 회전 시, 상기 베어링면에 형성되는 쐐기 형상 오일막에 의한 오일막압이 동등해지는 등압 영역이, 최대 오일막압 영역을 중심으로 하여 오일막압이 서서히 저압으로 되는 영역이 해당 최대 오일막압 영역의 외측에 동심 형상으로 넓어지도록 형성되고,
    상기 오일 홈이 하나의 등압선을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전축의 회전 시에 상기 회전축의 외주면과 상기 베어링면 사이에 발생하는 오일막압에 의해, 상기 회전축과 상기 베어링 패드의 회전 방향 상류단부와의 간극이, 상기 회전축과 상기 베어링 패드의 회전 방향 하류단부와의 간극과 동등해지도록 상기 오일 홈이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링 장치.
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