KR101834626B1 - 베어링 및 베어링 패드 - Google Patents

Abstract

비용을 증대시키는 일 없이 베어링 패드의 변형을 억제할 수 있도록 한, 베어링 및 베어링 패드를 제공한다.
베어링 패드(2)에는, 피지지면(1a)에 대향하는 미끄럼 이동면(2a)의 고온 영역(2H)에 형성된 제1 개구(3a)로부터, 피지지면(1a)으로부터 이격되는 측을 향해 신장되어, 제2 개구(3d)에 도달하는 관통 유로(3)가 형성된다.

Description

베어링 및 베어링 패드 {BEARING AND BEARING PAD}

본 발명은, 베어링 패드를 통해 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 베어링 패드와 회전축 사이에 윤활유가 공급되는 베어링 및 그 베어링 패드에 관한 것이다.

독립된 복수매의 베어링 패드로 베어링면을 구성하는 틸팅 패드 베어링이나 스러스트 패드 베어링은, 회전축의 진동을 빠르게 흡수하는 특성이 있다. 증기 터빈이나 가스 터빈 등의 회전 기계에 있어서, 이 특성에 착안하여, 이러한 종류의 베어링이 널리 적용되어 있다. 최근, 이러한 회전 기계에 있어서는, 대출력화나 저손실화의 요구가 지금까지 이상으로 높아지고 있다. 이로 인해, 회전 기계의 회전축을 지지하는 베어링의 사이즈를 작게 하여 베어링 손실을 적게 억제할 필요가 있다. 그러나, 베어링의 사이즈를 작게 하면, 베어링 손실을 억제할 수 있는 반면, 베어링의 수압 면적이 작아지므로 베어링 부하(베어링이 단위 면적당 받는 중량)가 높아져 베어링 패드의 온도가 고온으로 된다.

회전 기계의 작동시에 회전축과 패드 사이의 윤활유가 전단력을 받아 발열하므로, 베어링 패드의 온도는, 예를 들어 저널 베어링의 경우는 회전축에 가까운 내주측일수록 높고, 또한 회전축 회전 방향 하류측일수록 높아진다. 즉, 베어링 패드의 내부에서 온도차가 발생하고, 이로 인해 패드에는 연신차(열팽창차)에 의한 변형이 발생해 버린다. 예를 들어, 틸팅 패드 저널 베어링에서는, 틸팅 패드(베어링 패드)의 내부에서, 회전축에 가까운 내주측일수록 온도가 높아져 내주측과 외주측 사이에 온도차가 발생하면, 틸팅 패드는, 회전축에 면하는 곡률 반경이 커지는 변형을 일으킨다. 이로 인해, 베어링의 부하 능력의 저하를 초래해 버린다.

즉, 틸팅 패드 저널 베어링에서는, 틸팅 패드의 내주면(지지면)이 회전축의 외주면(피지지면)과 대향하고, 이들 대향면의 간극에 윤활유막이 형성됨으로써 회전축을 원활하게 지지한다.

열변형에 의해, 틸팅 패드의 곡률 반경이 커지면, 입구 및 출구측의 간극이 필요 이상으로 커져, 유막을 유지할 수 없게 된다. 이로 인해, 전체적으로 유막 두께가 얇아지는 상태에서 균형을 이루게 되지만, 유막 두께가 얇아지면, 윤활유의 발열이 보다 큰 것으로 되어 버린다.

이 결과, 틸팅 패드 전체의 온도 상승을 초래하여, 점점 틸팅 패드가 크게 변형되고, 최종적으로는 회전축과 베어링이 접촉해 버린다(회전축을 부하할 수 없게 됨). 이로 인해, 베어링의 부하 능력이 저하되어 버린다.

나아가, 틸팅 패드가 변형되어 버리면 틸팅 패드의 동적인 안정성에도 영향이 발생해 버린다. 즉, 감쇠 계수가 저하되어, 회전축의 진동을 빠르게 흡수할 수 없게 되어 버린다.

이로 인해, 베어링 패드의 내부에, 패드의 전방 모서리 단부면으로부터 후방 모서리 단부면까지 관통하는 통로를 형성하고, 이 통로에 저온 신유(新油)를 유통시켜 베어링 패드를 전체적으로 냉각하려고 하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

또한, 베어링 패드의 재료에, 크롬구리와 같은 열전도율이 높은 재료를 사용함으로써, 내부 온도차에 의한 변형을 억제하는 기술도 제안되어 있다.

일본 특허 공개 제2009-063015호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 패드의 전방 모서리 단부면과 후방 모서리 단부면의 사이에 큰 차압이 발생하는 일은 없으므로, 특허문헌 1에는 기재되어 있지 않지만, 윤활유 공급용 펌프와는 별도로, 내부 통로에 저온 신유를 유통시키기 위한 펌프를 설치할 필요가 있다. 또한, 윤활유와는 별도로 냉각용 저온 신유를 준비할 필요가 있다.

이로 인해, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 제작 비용이나 운전 비용의 증대를 초래해 버린다고 하는 과제가 있다.

또한, 베어링 패드의 재료에 열전도율이 높은 재료를 사용하는 기술에서는, 이러한 열전도율이 높은 재료는 극히 고가로 제작 비용의 증대를 초래해 버린다고 하는 과제가 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 과제에 비추어 창안된 것으로, 비용을 증대시키는 일 없이 베어링 패드의 변형을 억제할 수 있도록 한, 베어링 및 베어링 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 베어링은, 베어링 패드를 통해 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 베어링 패드와 상기 회전축의 피지지면 사이에 윤활유가 공급되는 베어링이며, 상기 베어링 패드에는, 상기 피지지면에 대향하는 미끄럼 이동면의 고온 영역에 형성된 제1 개구로부터, 상기 피지지면으로부터 이격되는 측을 향해 신장되어, 제2 개구에 도달하는 관통 유로가 형성되고, 상기 베어링 패드는, 상기 회전축의 회전 방향에 대해 경사 가능하게 설치되고, 상기 고온 영역은, 상기 미끄럼 이동면에 있어서의 상기 회전축의 회전 방향 하류 영역의 패드 후방부에 위치하고, 상기 제2 개구는, 상기 제1 개구보다도 상기 회전 방향 상류 영역의 패드 전방부에 위치하고, 상기 관통 유로가, 상기 제1 개구를 입구로 하고 상기 제2 개구를 출구로 하여, 차압에 의해 상기 윤활유가 유통하는 유로인 것을 특징으로 하고 있다.

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(2) 상기 고온 영역은, 상기 미끄럼 이동면의 상기 회전 방향 상류 모서리로부터, 상기 미끄럼 이동면의 길이의 70％∼100％의 범위의 영역인 것이 바람직하다.

(3) 상기 제2 개구는, 상기 미끄럼 이동면과는 반대측의 배면에 배치되는 것이 바람직하다.

(4) 상기 제2 개구는, 상기 회전 방향 상류측을 향하는 전방면에 배치되는 것이 바람직하다.

(5) 상기 피지지면은, 상기 회전축의 직경 방향 주위면인 것이 바람직하다.

(6) 상기 회전축은 그 직경 방향 외측으로 돌출되는 스러스트 컬러를 갖고, 상기 피지지면은, 상기 스러스트 컬러의 축방향 단부면인 것이 바람직하다.

(7) 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 베어링 패드는, 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 회전축의 피지지면과의 사이에 윤활유가 공급되고, 상기 회전축의 회전 방향에 대해 경사 가능하게 설치된, 베어링 패드이며, 상기 피지지면에 대향하는 미끄럼 이동면의 고온 영역에 형성된 제1 개구로부터, 상기 피지지면으로부터 이격되는 측을 향해 신장되어, 제2 개구에 도달하는 관통 유로가 형성되고, 상기 고온 영역은, 상기 미끄럼 이동면에 있어서의 상기 회전축의 회전 방향 하류 영역의 패드 후방부에 위치하고, 상기 제2 개구는, 상기 제1 개구보다도 상기 회전 방향 상류 영역의 패드 전방부에 위치하고, 상기 관통 유로는 상기 제1 개구를 입구로 하고 상기 제2 개구를 출구로 하여, 차압에 의해 상기 윤활유가 유통하는 유로인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 제1 개구와 제2 개구 사이에 발생하는 차압에 의해, 제1 개구로부터 제2 개구를 향해, 즉, 제1 개구를 입구로 하고 제2 개구를 출구로 하여, 윤활유가 관통 유로를 유통하게 된다.

즉, 회전축의 회전에 수반하여, 회전축의 피지지면과, 이 피지지면에 대향하는 베어링 패드의 미끄럼 이동면 사이에서, 윤활유는 가압되면서 미끄럼 이동에 의한 전단력을 받아 발열한다. 이로 인해, 피지지면에 가까운 베어링 패드의 미끄럼 이동면 근방의 윤활유는 고온 고압으로 된다. 특히, 미끄럼 이동면과 피지지면 사이에 있어서 윤활유가 고압으로 되는 영역의 근방이, 미끄럼 이동면의 고온 영역으로 되므로, 미끄럼 이동면의 고온 영역에 형성된 제1 개구에 있어서 윤활유는 고온 고압으로 되어 있다. 한편, 피지지면으로부터 이격되는 측을 향해 신장된 앞의 제2 개구에서는, 제1 개구에 비해 윤활유는 저온 저압이고, 제1 개구와 제2 개구 사이에 차압이 발생한다. 따라서, 윤활유는 차압에 의해 제1 개구로부터 제2 개구를 향해 관통 유로를 유통하게 되는 것이다.

그리고, 이 윤활유의 관통 유로의 유통에 의해, 관통 유로를 형성하지 않으면 제1 개구의 주변의 영역(고온 영역)에 축적되어 있었던 열이 제2 개구측으로 이동하게 되므로 국소적인 고온화를 억제하여 최고 온도를 저감시키면서 베어링 패드의 온도를 균일화할 수 있다.

윤활유를 차압을 이용하여 관통 유로를 유통시켜 베어링 패드의 온도를 균일화하므로, 윤활유를 관통 유로를 유통시키기 위한 펌프가 불필요함과 함께 윤활유와는 별도로 냉각용 신유를 사용하는 것도 불필요해지고, 또한 베어링 패드의 재료에 열전도율이 높은 재료를 사용하는 것도 불필요해진다.

따라서, 비용을 증대시키는 일 없이 베어링 패드의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 베어링 패드를, 회전축의 회전 방향에 대해 경사 가능하게 설치하고, 제2 개구를, 제1 개구보다도 회전 방향 상류 영역의 패드 전방부에 위치시키므로, 넓은 범위에서 베어링 패드의 온도를 균일화할 수 있게 된다.

즉, 베어링 패드는, 회전축의 회전 중, 그 회전축과의 간극이, 회전축의 회전 방향 상류 영역의 패드 전방부에서는 넓고, 고온 영역이 있는 회전 방향 하류 영역의 패드 후방부에서는 좁아지는 경사 자세로 되므로, 회전축과 베어링 패드 사이의 윤활유의 압력은 회전 방향 하류측으로 될수록 고압으로 되고, 이것에 수반하여 윤활유의 온도도 회전 방향 하류측으로 될수록 고온으로 된다.

따라서, 제2 개구를, 제1 개구보다도 회전 방향 상류 영역의 패드 전방부에 배치하는 것은, 관통 유로의 출구(제2 개구)를 베어링 패드의 보다 저온의 개소에 형성하게 되므로, 넓은 범위에서 베어링 패드의 온도를 균일화할 수 있다.

제2 개구를, 미끄럼 이동면과는 반대측의 배면에 배치하는 경우에는, 관통 유로의 출구인 제2 개구를 나온 고온의 윤활유가, 반대측의 미끄럼 이동면으로 재유입되어 버리는 것이 억제되므로, 베어링 패드의 고온화를 억제할 수 있다.

제2 개구를, 회전 방향 상류측을 향하는 전방면에 배치하는 경우에는, 관통 유로가, 베어링 패드의 넓은 범위에 걸쳐 형성되게 되므로, 온도가 균일화되는 범위를 확대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 틸팅 패드 저널 베어링을 도시하는 모식도로, 회전축의 축선에 대해 수직으로 절단한 단면도(횡단면도)이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시 형태의 틸팅 패드 저널 베어링의 구성을 나타냄과 함께 작용·효과에 대해 설명하기 위한 모식도로, 도 2a는 틸팅 패드의 온도 분포 및 유막 압력 분포를 아울러 도시하는 횡단면도(틸팅 패드의 단면을 나타내는 사선은 생략), 도 2b는 틸팅 패드의 온도 분포를 아울러 도시하는 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시 형태의 틸팅 패드 저널 베어링의 구성을 나타냄과 함께 작용·효과에 대해 설명하기 위한 모식도로, 도 3a는 틸팅 패드의 온도 분포 및 유막 압력 분포를 아울러 도시하는 횡단면도(틸팅 패드의 단면을 나타내는 사선은 생략), 도 3b는 틸팅 패드의 온도 분포를 아울러 도시하는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3 실시 형태의 틸팅 패드 스러스트 베어링의 전체 구성을 도시하는 모식도로, 도 4a는 부분적으로 파단하여 도시하는 측면도, 도 4b는 도 4a의 B-B 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 실시 형태의 틸팅 패드 스러스트 베어링의 구성을 도시하는 모식도로, 도 5a는 도 4b의 C-C 단면도, 도 5b는 틸팅 패드의 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제4 실시 형태의 틸팅 패드 스러스트 베어링의 모식도로, 도 6a는 도 4b의 C-C 단면에 대응하는 도면, 도 6b는 틸팅 패드의 사시도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태는 어디까지나 예시에 불과하며, 이하의 실시 형태에서 명시하지 않는 다양한 변형이나 기술의 적용을 배제할 의도는 없다. 이하의 실시 형태의 구성은, 그들의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

[1. 제1 실시 형태]

본 발명의 제1 실시 형태로서의 틸팅 패드 저널 베어링 및 저널 베어링용 베어링 패드에 대해, 도 1∼도 3b를 사용하여 설명한다.

[1-1. 틸팅 패드 저널 베어링의 전체 구성]

본 발명의 제1 실시 형태로서의 베어링(100)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 화살표(이하, 회전 방향이라고도 함) A로 나타내는 방향으로 회전하는 회전축(1)을 회전 가능하게 직경 방향으로부터 지지하는 저널 베어링으로서 구성된다.

즉, 베어링(100)은 회전축(1)을 연직 하방으로부터 지지하는 복수(여기서는, 2개)의 틸팅 패드(본 발명의 제1 실시 형태로서의 베어링 패드)(2)와, 회전축(1) 및 틸팅 패드(2)의 주위에 배치된 베어링 하우징(4)과, 그 선단의 분출부(6a)로부터 윤활유를 분사하는 급유 노즐(6)을 구비하여 구성되어 있다.

베어링 하우징(4)의 내주면에는, 복수(여기서는, 2개)의 피봇(5)이 장착되어 있다. 이들 피봇(5)에 의해 각각 틸팅 패드(2)가 요동 가능하게 지지되어 있다.

급유 노즐(6)은, 각 틸팅 패드(2)의 전방(즉, 회전축(1)의 회전 방향 A로 상류측) 및 후방(즉, 회전축(1)의 회전 방향 A로 하류측)에 각각 설치되어 있고, 그 분출부(6a)로부터 분사된 윤활용 신유에 의해, 회전축(1)의 원주면(피지지부, 이하, 회전축 원주면이라고도 함)(1a)과, 이 회전축 원주면(1a)과 대향하는 틸팅 패드(2)의 미끄럼 이동면(이하, 패드 미끄럼 이동면이라고도 함)(2a) 사이에 유막이 형성된다.

[1-2. 저널 베어링용 틸팅 패드의 구성]

그리고, 본 발명의 주요부이지만, 각 틸팅 패드(2)에는, 그 미끄럼 이동면(2a)에 형성된 제1 개구(이하, 개구 또는 입구라고도 함)(3a)로부터, 배면(2b)(미끄럼 이동면(2a)과 반대측의 면이며 베어링 하우징(4)에 대향하는 면)에 형성된 제2 개구(이하, 개구 또는 출구라고도 함)(3d)에 이르는 관통 유로(3)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 관통 유로(3)는, 미끄럼 이동면(2a)측의 유로(3b)와, 유로(3b)와는 다른 각도의 유로이며 배면(2b)측의 유로(3c)로 이루어지는 굴곡 구조로 되어 있다.

그런데, 회전축(1)의 회전에 수반하여, 회전축 원주면(1a)과, 이 회전축 원주면(1a)에 대향하는 패드 미끄럼 이동면(2a) 사이에서, 윤활유는 가압되면서 미끄럼 이동에 의한 전단력을 받아 발열한다. 이로 인해, 회전축 원주면(1a)에 가까운 패드 미끄럼 이동면(2a)의 근방의 윤활유는 고온 고압으로 되고, 특히 미끄럼 이동면(2a)의 패드 후방부(2c)에 위치하는 영역(이하, 고온 영역이라고도 함)(2H)(도 2a 및 도 2b 참조)에서 윤활유는 후술하는 바와 같이 가장 고온 고압으로 되고, 영역(2H)의 주변의 윤활유의 압력은 베어링의 사양에 따라 다르지만 예를 들어 20[Mpa](200기압) 정도로 된다.

그리고, 관통 유로(3)의 제1 개구(3a)는, 이 고압 영역이기도 한 고온 영역(2H)에 배치되는 한편, 관통 유로(3)의 제2 개구(3d)는 패드 배면(2b)에 배치되어 있다. 패드 배면(2b)의 제2 개구(3d)의 주변의 윤활유는, 제1 개구(3a) 주변의 윤활유(회전축 원주면(1a)과 패드 미끄럼 이동면(2a) 사이에서 가압·발열 상태의 윤활유)에 비해 저온·저압으로 되고, 압력은 대기압 부근으로 된다.

이로 인해, 미끄럼 이동면(2a)의 제1 개구(3a) 부근의 유압과, 배면(2b)에 형성된 제2 개구(3d) 부근의 유압의 사이에는 큰 차압이 발생한다. 이 차압에 의해, 제1 개구(3a)를 입구로 하고 제2 개구(3d)를 출구로 하여 윤활유가 화살표 a로 나타내는 방향으로 관통 유로(3)를 자연히 유통하게 된다. 즉, 관통 유로(3)는 추유 구멍으로서 기능한다.

도 2a 및 도 2b를 참조하여 관통 유로(3)에 대해 더 설명한다. 도 2a 및 도 2b에 있어서, 틸팅 패드(2) 상의 복수의 선은, 각각, 관통 유로(3)를 형성하지 않았다고 가정한 경우에, 각 선에 부여되어 있는 온도 ta∼tk로 되는 점을 각각 연결한 등온선이다(도 2b에서는 미끄럼 이동면(2a)에 있어서의 온도 ta에 대한 등온선과, 배면(2b)에 있어서의 온도 ti, tj에 대한 등온선만 나타냄). 온도 ta∼온도 tk는, 이 순서로 온도가 높다. 즉, 온도 ta∼온도 tk 중에서, 온도 ta가 가장 온도가 높고, 온도 tk가 가장 온도가 낮다. 즉, 관통 유로(3)를 형성하지 않은 경우에는, 미끄럼 이동면(2a)에 있어서의 패드 후방부(회전 방향 A로 하류 영역)(2c)에 최고 온도를 포함하는 고온 영역(여기서는, 온도 ta의 등온선에 둘러싸인 영역이며 온도 ta 이상의 영역)(2H)이 위치한다.

이와 같이 미끄럼 이동면(2a)의 패드 후방부(2c)에 고온 영역(2H)이 위치하는 것은 다음의 이유에 의한다.

회전축 원주면(1a)과 틸팅 패드(2) 사이에서 가압 상태의 윤활유(윤활유막)의 유압(이하, 유막 압력이라고도 함)은, 상술한 바와 같이 패드 배면(2b)측의 유압보다도 대폭 고압으로 되지만, 특히 패드 후방부(2c)에서 유막 압력이 높아진다. 즉, 틸팅 패드(2)는, 도 2a에 도시하는 바와 같이 경사진 자세(즉, 회전 방향 A로 하류 영역의 패드 후방부(2c)가 회전축 원주면(1a)에 근접하고, 회전 방향 A로 상류 영역의 패드 전방부(2d)가 회전축 원주면(1a)으로부터 이격된 자세)에서 균형을 이룬다. 도 2a 중의 일점 쇄선은 유막 압력 P를 나타내고, 유막 압력 P는, 틸팅 패드(2)의 입구(전방 모서리) 및 출구(후방 모서리)에서 대기압 정도로 되어 최소로 되고, 회전축 원주면(1a)과 패드 미끄럼 이동면(2a)의 간격이 좁고 유막 두께가 얇은 패드 후방부(2c) 내에서 최대로 되는 것이다.

그리고, 유막 압력 P가 높을수록 윤활유막의 발열량도 높아지므로, 윤활유막의 온도, 나아가서는 틸팅 패드(2)의 온도도, 관통 유로(3)를 형성하지 않는 경우에는, 미끄럼 이동면(2a)에 있어서의 패드 후방부(2c)에 고온 영역(2H)이 위치하게 된다.

유막 압력 P의 최대값은, 미끄럼 이동면(2a)의 회전 방향 A의 상류 모서리(2e)로부터 하류 모서리(2g)까지의 길이 Lt(도 2b 참조)의 70％∼90％의 범위 내에 위치하는 것이, 실적이나 실험이나 시뮬레이션에 의해 판명되어 있다. 미끄럼 이동면(2a)의 온도도 유막 압력 P의 상승과 함께 상승하고, 미끄럼 이동면(2a)의 최고 온도는, 미끄럼 이동면(2a)의 상류 모서리(2e)로부터 미끄럼 이동면(2a)의 길이 Lt의 70％∼100％의 범위 내에 위치한다고 예상할 수 있다. 따라서, 고온 영역(2H)을 미끄럼 이동면(2a)의 길이 Lt의 70％∼100％의 범위로 하여, 이 범위 내에 입구(3a)를 형성하면 된다. 물론, 실험이나 시뮬레이션에 의해 베어링마다 최고 온도를 포함할 가능성이 높은 영역을 예측하여 이것을 고온 영역(2H)으로 하여 이 고온 영역(2H)에 입구(3a)를 형성할 수도 있고, 혹은 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 최고 온도로 되는 위치를 예측하여 이 위치를 관통 유로(3)의 입구(3a)로 설정해도 된다.

또한, 관통 유로(3)는, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 틸팅 패드(2)의 폭 방향(이하, 패드 폭 방향이라고도 함)으로 넓어지는 고온 영역(2H)의 대략 전체를 커버하도록 패드 폭 방향을 따라 복수 형성되어 있다.

상술한 바와 같이, 관통 유로(3)는 각도가 다른 유로(3b, 3c)로 이루어지고, 고온 영역(2H)을 통과하는 상류측의 유로(3b)는 틸팅 패드(2)의 두께 방향(이하, 패드 두께 방향이라고도 함)을 대략 따른 각도로 신장되고, 하류측의 유로(3c)는 틸팅 패드(2)의 전후 방향(이하, 패드 전후 방향이라고도 함)을 대략 따른 각도로 신장되어 있다.

이것은, 틸팅 패드(2)의 온도 분포가, 고온 영역(2H)의 주변에서는 패드 두께 방향을 대략 따라 온도가 저하되어 감과 함께, 그 밖의 영역에서는 패드 전후 방향을 대략 따라 온도가 저하되어 가는 온도 분포로 되어, 이 온도 분포를 따라 윤활유를 흘리기 위함이다. 즉, 고온 영역(2H)의 주변에서는 유로(3b)에 의해, 그 밖의 영역에서는 유로(3c)에 의해, 윤활유, 나아가서는 열량이 고온측으로부터 저온측으로 순차 이동하도록 하여 틸팅 패드(2)의 온도를 효율적으로 균일화할 수 있도록 하고 있는 것이다. 또한, 관통 유로(3)를 입구(3a)와 출구(3d)를 직선으로 연결하여 형성하면, 고온 영역(2H)에 있어서 관통 유로(3)가 미끄럼 이동면(2a)으로부터 얕은 위치에 형성되게 된다. 그렇게 되면, 특히 강도가 필요해지는 고온측에서 틸팅 패드(2)의 강도가 저하될 우려가 있으므로, 이것을 방지하기 위함이기도 하다.

고온측에 있어서의 틸팅 패드(2)의 강도를 확보할 수 있는 것이면, 관통 유로(3)를 입구(3a)와 출구(3d)를 직선으로 연결하여 형성해도 된다. 관통 유로(3)를 굴곡 구조로 하는 경우에는, 입구(3a)측으로부터의 천공 가공과 출구(3d)측으로부터의 천공 가공의 2공정이 필요해지지만, 이 경우에는 입구(3a)측 및 출구(3d)측 중 어느 한쪽으로부터의 천공 가공의 1공정만으로 가능해진다.

또한, 유로(3b, 3c)를 도 2a 중에 이점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 그 접속부 부근을 만곡시켜 접속하도록 해도 된다. 이 경우도, 만곡 가능한 천공용 막대 전극을 사용하면 입구(3a)측 및 출구(3d)측 중 어느 한쪽으로부터의 천공 가공하는 것만으로 가능해진다.

또한, 관통 유로(3)의 직경은 지나치게 크면, 패드 미끄럼 이동면(2a)과 회전축 원주면(1a) 사이의 유막 압력의 형성에 영향을 미칠 수도 있으므로, 관통 유로(3)의 직경은, 패드 폭 치수의 5％ 이내인 것이 바람직하다.

[1-3. 작용·효과]

이하, 본 발명의 제1 실시 형태로서의 저널 베어링 및 틸팅 패드의 작용·효과를 설명한다.

관통 유로(3)는, 그 입구(3a)가 고압 영역이기도 한 고온 영역(2H)에 배치됨과 함께, 그 출구(3d)가 대기압과 대략 동등한 저압 영역이기도 한 저온 영역의 패드 배면(2b)에 개구되어 있으므로, 입구(3a)와 출구(3d) 사이에 큰 차압이 발생하여, 윤활유가 관통 유로(3)를 화살표 a로 나타내는 방향으로 자연히 유통하고, 그 때, 이 윤활유의 유통에 의해 고온 영역(2H)의 열이 저온측으로 이동한다.

따라서, 관통 유로(3)를 형성하지 않는 경우와 비교하여, 틸팅 패드(2)의 고온 영역(2H)을 포함하는 패드 후방부(2c)의 온도가 저하됨과 함께 패드 후방부(2c)에 비해 저온의 패드 전방부(2d)의 온도가 상승하여 틸팅 패드(2)의 온도가 균일화된다. 이 결과, 국소적인 고온화를 억제하여 최고 온도를 저감시킬 수 있음과 함께, 열팽창차에 수반되는 열변형을 억제할 수 있으므로, 베어링 패드의 재료에 열전도율이 높은 고가의 재료를 사용할 필요가 없다. 또한, 차압을 이용하여 관통 유로(3)에 윤활유를 유통시켜 틸팅 패드(2)의 온도를 균일화하고 있으므로, 관통 유로(3)에 윤활유를 유통시키기 위한 펌프가 불필요해진다. 또한, 관통 유로(3)에 윤활유를 유통시킴으로써 국소적인 고온화를 억제하여 최고 온도를 저하시키고 있으므로, 윤활유와는 별도로 냉각용 저온 신유를 사용할 필요도 없다.

따라서, 비용을 증대시키는 일 없이 베어링 패드의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 틸팅 패드에 관통 유로를 형성할 뿐이므로 제작이 용이하다.

또한, 회전축(1)이 진동한 경우, 틸팅 패드의 스프링 상수가 클수록, 회전축(1)의 튀어 돌아옴이 커져 진동이 수용되기 어려워지는 한편, 틸팅 패드의 감쇠 계수가 클수록, 회전축(1)의 진동을 흡수하여 빠르게 진동을 수용할 수 있다. 틸팅 패드(2)의 변형을 억제함으로써, 종래의 변형이 억제되지 않는 틸팅 패드에 대해, 그 스프링 상수를 동등한 것으로 하면서도, 그 감쇠 계수를 보다 높은 값으로 유지할 수 있다.

또한, 관통 유로(3)가 패드 폭 방향을 따라 복수 형성되어 있으므로, 틸팅 패드(2)의 전체에 걸쳐 온도를 균일화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 관통 유로(3)의 출구(3d)가 패드 배면(2b)에 형성되어 있으므로, 회전축 주위면(1a)과 패드 미끄럼 이동면(2a) 사이에서 미끄럼 이동 손실에 의해 발열한 고온의 윤활유가, 출구(3d)를 통과한 후, 패드 미끄럼 이동면(2a)에 재유입되는 일이 없다. 또한, 고온의 윤활유가 재유입되는 일이 없으므로, 급유 노즐(6)로부터 공급되는 온도가 낮은 윤활유(신유)의 패드 미끄럼 이동면(2a)에의 유입이 저해되는 일이 없다. 따라서, 회전축(1)이나 틸팅 패드(2)의 고온화를 방지할 수 있는 이점이 있다.

[2. 제2 실시 형태]

본 발명의 제2 실시 형태로서 베어링 및 베어링 패드에 대해, 도 3a 및 도 3b를 사용하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

[2-1. 틸팅 패드 저널 베어링 및 저널 베어링용 틸팅 패드의 구성]

본 발명의 제2 실시 형태로서의 베어링 장치는, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태의 베어링(100)에 대해, 틸팅 패드(2) 대신에 도 3a 및 도 3b에 도시하는 틸팅 패드(본 발명의 제2 실시 형태로서의 베어링 패드)(2A)를 사용하는 것이다.

제1 실시 형태의 틸팅 패드(2)는, 그 관통 유로(3)의 출구(3d)가 패드 배면(2b)에 배치되어 있었던 것에 반해, 본 실시 형태의 틸팅 패드(2A)는, 그 관통 유로(3A)의 출구(3d)가 틸팅 패드(2A)의 회전 방향 A의 상류측을 향하는 전방면(이하, 패드 전방면이라고도 함)(2g)에 배치되어 있는 점에서, 제1 실시 형태의 틸팅 패드(2)와 다르다.

관통 유로(3A)에 대해 다시 설명하면, 제1 실시 형태의 관통 유로(3)에 대해 입구(3a)측(패드 미끄럼 이동면(2a)측)의 유로(3b)는 동일하지만, 출구(3d)측의 유로(3c)가 제1 실시 형태의 유로(3c)보다도 누워 있다(즉, 패드 전후 방향을 한층 따른 방향으로 되어 있음). 이 결과, 상술한 바와 같이 유로(3c)의 말단의 출구(3d)는 패드 배면(2b)이 아니라 패드 전방면(2g)에 위치하고 있다.

관통 유로(3A)는, 제1 실시 형태의 관통 유로(3)와 마찬가지로, 구조의 강도상 가능하면, 입구(3a)와 출구(3d)를 직선으로 연결한 형상으로 해도 되고, 도 3a 중에 이점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 유로(3b)와 유로(3c)의 접속부 부근을 만곡시켜 접속하도록 해도 된다.

[2-2. 작용·효과]

본 발명의 제2 실시 형태로서의 저널 베어링 및 틸팅 패드(2A)는, 관통 유로(3A)의 출구(3d)가, 유압이 대기압 정도로 되는 패드 전방면(2g)에 형성되어 있으므로, 고온 고압측의 입구(3a)로부터 고온의 윤활유가 저온 저압의 출구(3d)를 향해 자연히 흐르게 되므로, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 관통 유로(3A)의 출구(3d)가 패드 전방면(2g)에 형성되어 있으므로, 출구(3d)를 패드 배면(2b)에 형성하는 것보다도, 관통 유로가 틸팅 패드를 통과하는 범위를 확대할 수 있다. 따라서, 틸팅 패드(2A)의 온도를 보다 넓은 범위에서 균일화할 수 있다.

[3. 제3 실시 형태]

본 발명의 제3 실시 형태로서 베어링 및 베어링 패드에 대해, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b를 사용하여 설명한다. 또한, 상기 각 실시 형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

[3-1. 틸팅 패드 스러스트 베어링의 전체 구성]

본 발명의 제3 실시 형태로서의 베어링(200)은, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 화살표(이하, 회전 방향이라고도 함) A로 나타내는 방향으로 회전하는 회전축(21)을 축방향으로부터 지지하는 스러스트 베어링으로서 구성된다.

즉, 베어링(200)은, 회전축(21)에 플랜지 형상으로 일체로 설치된 스러스트 컬러(피지지부)(21a)를 축방향으로부터 회전 가능하게 지지하는(즉, 스러스트 컬러의 축방향 단부면을 회전 가능하게 지지하는) 틸팅 패드(본 발명의 제3 실시 형태로서의 베어링 패드)(22)와, 회전축(21) 및 틸팅 패드(22)의 주위에 배치된 베어링 하우징(24)과, 그 선단의 분출부(26a)로부터 윤활유를 분사하는 급유 노즐(26)을 구비하여 구성되어 있다.

틸팅 패드(22)는, 스러스트 컬러(21a)의 축방향 양측에 설치되고, 또한 각 측에는 복수(여기서는, 12개)의 틸팅 패드(22)가 스러스트 컬러(피지지부)(21a)의 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있다. 또한, 각 틸팅 패드(22)의 배면(이하, 패드 배면이라고도 함)(22b)에는, 틸팅 패드(2)가 요동 가능해지도록 피봇(25)이 장착되어 있다.

급유 노즐(26)은, 복수의 각 틸팅 패드(22)의 각 상호간에 각각 설치되어 있고, 그 분출부(26a)로부터 분사된 윤활유(신유)에 의해, 피지지부인 스러스트 컬러(21a)와, 스러스트 컬러(21a)와 대향하는 틸팅 패드(22)의 미끄럼 이동면(이하, 패드 미끄럼 이동면이라고도 함)(22a) 사이에 유막이 형성된다.

또한, 회전축(21)은, 스러스트 베어링(200)에 부가하여 저널 베어링(300)에 의해서도 지지되어 있다.

또한, 베어링 하우징(24)에는 도시하지 않은 배출구가 설치되어 있고, 급유 노즐(26)로부터의 공급되는 신유와 교체되어, 이 배출구로부터 오래된 윤활유가 순차 배출되어 간다.

[3-2. 스러스트 베어링용 틸팅 패드 구성]

각 틸팅 패드(22)에는, 도 5a 및 도 5b에 도시하는 바와 같이, 그 미끄럼 이동면(22a)에 형성된 제1 개구(이하, 개구 또는 입구라고도 함)(23a)로부터, 배면(22b)에 형성된 제2 개구(이하, 개구 또는 출구라고도 함)(23b)에 이르는 관통 유로(23)가 형성되어 있고, 여기서는, 관통 유로(23)는 입구(23a)와 출구(23b)를 연결하는 직선 형상으로 형성되어 있다.

입구(23a)는, 패드 미끄럼 이동면(22a)의 패드 후방부(회전 방향 A로 하류 영역의 부위)(22c) 내에 위치하는 고온 영역(22H)에 형성되고, 출구(23b)는, 패드 전방부(회전 방향 A로 상류 영역의 부위)(22d) 내에 형성된다.

고온 영역(22H)은, 상기 제1 실시 형태와 동일한 이유에 의해, 미끄럼 이동면(22a)의 상류 모서리로부터 미끄럼 이동면(22a)의 길이 Lt의 70％∼100％의 범위이므로, 이 범위 내에 입구(23a)를 형성하면 된다.

또한, 관통 유로(23)는, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 최고 온도를 포함하는 고온 영역(22H)은 패드 폭 방향으로 확대되어 있으므로, 이것에 맞추어 관통 유로(23)도 패드 폭 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있다.

[3-3. 작용·효과]

본 발명의 제3 실시 형태로서의 틸팅 패드 스러스트 베어링은, 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용·효과가 얻어진다.

[4. 제4 실시 형태]

본 발명의 제4 실시 형태로서 틸팅 패드 스러스트 베어링 및 틸팅 패드 스러스트 베어링용 틸팅 패드에 대해, 도 4a, 도 6a 및 도 6b를 사용하여 설명한다. 또한, 상기 제3 실시 형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

[4-1. 구성]

본 발명의 제4 실시 형태로서의 베어링은, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 도 4a에 도시하는 바와 같은 스러스트 베어링으로서 구성되어 있고, 제3 실시 형태와 다른 점은, 틸팅 패드(본 발명의 제4 실시 형태로서 베어링 패드)(22A)의 구성뿐이다.

이하, 틸팅 패드(22A)의 구성에 대해 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명하면, 제3 실시 형태의 틸팅 패드(22)에서는 관통 유로(23)의 출구(23b)가 패드 배면(22b)에 배치되어 있었던 것에 반해, 본 실시 형태의 틸팅 패드(22A)는, 관통 유로(23A)의 출구(23b)가 틸팅 패드(22A)의 전방면(22e)에 형성되어 있고, 관통 유로(23A)는, 입구(23a)와 출구(23b)를 연결하는 직선 형상의 유로로서 형성되어 있다.

[4-2. 작용·효과]

본 발명의 제4 실시 형태로서의 틸팅 패드 스러스트 베어링은, 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 제2 실시 형태와 마찬가지의 작용·효과가 얻어진다.

[5. 기타]

상기한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 회전축(1)의 하방측에만 틸팅 패드(2, 2A)를 배치하였지만, 회전축(1)의 상측도 포함하는 전체 둘레에 틸팅 패드(2, 2A)를 배치해도 된다. 회전축(1)의 전체 둘레에 틸팅 패드(2, 2A)를 포함하는 경우는, 반드시 모든 틸팅 패드(2, 2A)에 관통 유로(3, 3A)를 형성할 필요는 없고, 적어도 부하가 높은 하측의 틸팅 패드(2, 2A)에 대해 관통 유로(3, 3A)를 형성하면 된다.

상기한 제3 및 제4 실시 형태에서는, 관통 유로(23, 23A)를 직선 형상으로 하였지만, 상기한 제1 및 제2 실시 형태와 같이 틸팅 패드의 내부 온도 분포에 따라서 굴곡 형상 또는 만곡 형상으로 해도 된다.

상기한 각 실시 형태에서는, 패드 미끄럼 이동면에 있어서의 전방 모서리로부터 길이 Lt의 70％∼100％의 범위를 고온 영역으로 하였지만, 고온 영역의 범위는 이것에 한정되지 않고, 패드 미끄럼 이동면의 회전축 회전 방향 하류 영역(즉, 패드 미끄럼 이동면 전방 모서리로부터 길이 Lt의 50％ 이상의 범위 내)이어도 된다. 또한, 관통 유로의 출구(제2 개구)를 입구(제1 개구)보다도 회전축의 회전 방향으로 상류측에 배치하였지만 이것에 한정되지 않고, 관통 유로의 출구를, 회전축의 회전 방향에 대해 입구와 동일한 위치로 해도 된다.

본 발명의 베어링은, 베어링 패드의 고온 영역 및 고온 영역보다도 온도가 낮은 영역을 통과하는 관통 유로를 형성함으로써, 관통 유로가 없으면 상기 고온 영역에 축적되어 있었던 열을 다른 영역으로 이동시켜 베어링 패드의 최고 온도를 저하시킴과 함께 온도를 균일화하는 것이다. 따라서, 관통 유로의 입구가 형성되는 고온 영역은, 차압에 의해 관통 유로를 윤활유가 유통할 수 있는 위치이면, 관통 유로가 통과하는 (관통 유로 주변의) 다른 부위보다도 상대적으로 고온인 영역이면 어디라도 좋다.

1, 21 : 회전축
1a : 원주면(피지지면)
2, 2A, 22, 22A : 틸팅 패드(베어링 패드)
2a, 22a : 미끄럼 이동면
2b, 22b : 배면
2c, 22c : 패드 후방부
2d, 22d : 패드 전방부
2g, 22e : 패드 전방면
2H, 22H : 고온 영역
3, 3A, 23, 23A : 관통 유로
3a, 23a : 입구(제1 개구)
3d, 23b : 출구(제2 개구)
21a : 스러스트 컬러(피지지면)
100 : 저널 베어링
200 : 스러스트 베어링
Lt : 미끄럼 이동면의 길이

Claims (8)

1. 베어링 패드를 통해 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 베어링 패드와 상기 회전축의 피지지면 사이에 윤활유가 공급되는 베어링이며,
   상기 베어링 패드에는, 상기 피지지면에 대향하는 미끄럼 이동면의 고온 영역에 형성된 제1 개구로부터, 상기 피지지면으로부터 이격되는 측을 향해 신장되어, 제2 개구에 도달하는 관통 유로가 형성되고,
   상기 베어링 패드는, 상기 회전축의 회전 방향에 대해 경사 가능하게 설치되고,
   상기 고온 영역은, 상기 미끄럼 이동면에 있어서의 상기 회전축의 회전 방향 하류 영역의 패드 후방부에 위치하고, 상기 제2 개구는, 상기 제1 개구보다도 상기 회전 방향 상류 영역의 패드 전방부에 위치하고 또한 상기 회전 방향 상류측을 향하는 전방면에 배치되고,
   상기 관통 유로는, 상기 제1 개구를 입구로 하고 상기 제2 개구를 출구로 하여, 차압에 의해 상기 윤활유가 유통하는 유로인 것을 특징으로 하는, 베어링.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고온 영역은, 상기 미끄럼 이동면의 상기 회전 방향 상류 모서리로부터, 상기 미끄럼 이동면의 길이의 70％∼100％의 범위의 영역인 것을 특징으로 하는, 베어링.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 피지지면은, 상기 회전축의 직경 방향 주위면인 것을 특징으로 하는, 베어링.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 회전축은 그 직경 방향 외측으로 돌출되는 스러스트 컬러를 갖고,
   상기 피지지면은, 상기 스러스트 컬러의 축방향 단부면인 것을 특징으로 하는, 베어링.
5. 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 회전축의 피지지면과의 사이에 윤활유가 공급되고, 상기 회전축의 회전 방향에 대해 경사 가능하게 설치된, 베어링 패드이며,
   상기 피지지면에 대향하는 미끄럼 이동면의 고온 영역에 형성된 제1 개구로부터, 상기 피지지면으로부터 이격되는 측을 향해 신장되어, 제2 개구에 도달하는 관통 유로가 형성되고,
   상기 고온 영역은, 상기 미끄럼 이동면에 있어서의 상기 회전축의 회전 방향 하류 영역의 패드 후방부에 위치하고, 상기 제2 개구는, 상기 제1 개구보다도 상기 회전 방향 상류 영역의 패드 전방부에 위치하고 또한 상기 회전 방향 상류측을 향하는 전방면에 배치되고,
   상기 관통 유로는, 상기 제1 개구를 입구로 하고 상기 제2 개구를 출구로 하여, 차압에 의해 상기 윤활유가 유통하는 유로인 것을 특징으로 하는, 베어링 패드.
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