KR102055517B1 - 저널 베어링 및 회전 기계 - Google Patents

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다카아키 가이코기
다카시 나카노
유이치로 와키
유타카 오자와
나오토 도치타니
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

저널 베어링은, 캐리어 링과, 상기 캐리어 링 하반 영역의 내주측에 마련되고, 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드와, 상기 로터축의 축방향에 있어서의 상기 복수의 베어링 패드의 양측에 마련되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 구비하며, 각각의 상기 사이드 플레이트는, 상기 복수의 베어링 패드 중 최상류측에 위치하는 제 1 베어링 패드의 상류측의 둘레방향 범위를 포함하는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 상류측에 위치하고, 상기 사이드 플레이트의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이의 간격이 상기 제 1 영역보다 큰 제 2 영역을 포함한다.

Description

저널 베어링 및 회전 기계
본 개시는 로터축을 회전 가능하게 지지하기 위한 저널 베어링 및 회전 기계에 관한 것이다.
일반적으로, 증기 터빈이나 가스 터빈 등의 회전 기계에 이용되는 베어링 장치로서, 저널 베어링이 알려져 있다.
예를 들어 특허문헌 1에는, 복수의 베어링 패드에 의해 로터축을 지지하는 저널 베어링이 기재되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1의 저널 베어링은, 캐리어 링과, 캐리어 링에 지지되는 상류측 베어링 패드 및 하류측 베어링 패드와, 각 베어링 패드와 로터축 사이에 윤활유를 공급하는 복수의 급유 노즐을 구비하고 있다. 복수의 급유 노즐은, 상류 베어링 패드보다 상류측에 배치된 제 1 급유 노즐(최상류 노즐)과, 상류측 베어링 패드의 양단부에 배치된 제 2 및 제 3 급유 노즐과, 하류측 베어링 패드의 상류측 단부에 배치된 제 4 급유 노즐을 포함한다. 또한, 하반부 캐리어 링의 양 단부면에는 사이드 플레이트가 배치되어 있으며, 급유 노즐로부터 공급된 윤활유의 베어링 외부로의 누출을 억제하도록 되어 있다.
일본 특허 제 4764486 호 공보
그런데, 특허문헌 1에 기재되는 바와 같이 복수의 베어링 패드를 구비하는 저널 베어링에서는, 정상 동작시, 회전수의 상승에 따라서 로터축과 각 베어링 패드의 사이에 각각 적정한 두께의 유막이 형성되고, 이들 유막 압력에 의해 로터축이 대략 바로 위로 부상하도록 되어 있다.
그렇지만, 본 발명자들의 지견에 의하면, 복수의 베어링 패드 사이에 있어서의 부하 능력의 적정한 밸런스를 유지할 수 없기 때문에, 베어링 성능이 저하되거나, 이상 진동이 발생하는 일이 일어날 수 있다. 예를 들면, 상류측 베어링 패드에 있어서의 유막 압력이 부족하여 상류측 영역에서의 충분한 부하 능력을 확보할 수 없어, 로터축이 부상할 때에 상류측에 가까워져 버리면, 이러한 것이 이상 진동의 발생 원인이 될 수 있다.
상술한 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태는, 복수의 베어링 패드 사이에 있어서의 부하 능력의 밸런스를 유지하고, 이상 진동의 발생을 방지하는 동시에 베어링 성능을 향상시킬 수 있는 저널 베어링 및 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 적어도 몇 가지의 실시형태에 따른 저널 베어링은,
캐리어 링과,
상기 캐리어 링의 하반 영역의 내주측에 마련되고, 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드와,
상기 로터축의 축방향에 있어서의 상기 복수의 베어링 패드의 양측에 마련되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 구비하며,
각각의 상기 사이드 플레이트는,
상기 복수의 베어링 패드 중 최상류측에 위치하는 제 1 베어링 패드의 상류측의 둘레방향 범위를 포함하는 제 1 영역과,
상기 제 1 영역의 상류측에 위치하고, 상기 사이드 플레이트의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이의 간격이 상기 제 1 영역보다 큰 제 2 영역을 포함한다.
본 발명자들에 의한 예의 검토의 결과, 최상류측에 위치하는 제 1 베어링 패드(상류측 베어링 패드)와 로터축 사이의 유막 압력이 부족한 원인으로서, 제 1 베어링 패드에 캐리오버(carry-over)되는 윤활유에의 공기의 혼입이 있는 것을 발견했다.
즉, 각각의 사이드 플레이트의 내주면과 로터축의 외주면 사이에, 한 쌍의 사이드 플레이트에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간과 베어링 외부를 연통시키기 위한 간극을 갖는 저널 베어링에서는, 하류측에 배치된 제 2 베어링 패드(하류측 베어링 패드)로부터 제 1 베어링 패드에 도달하는 영역에서 해당 간극으로부터 흡입된 공기가 윤활유에 혼입될 수 있다. 이 때문에, 제 1 베어링 패드에 캐리오버되는 윤활유(이하, 캐리오버 오일이라 칭함)에는 많은 공기가 함유되어, 실질적인 윤활유의 유량이 적은 것으로 고려된다. 따라서, 제 1 베어링 패드의 상류측 직전의 급유 유닛과, 제 2 베어링 패드의 상류측 직전의 급유 유닛의 토출 유량이 동일하여도, 제 2 베어링 패드에 비하여 제 1 베어링 패드에서는 윤활유 부족이 되기 쉽다. 또한, 윤활유는 비압축성 유체인 것에 반하여, 윤활유에 함유되는 공기는 압축성 유체이기 때문에, 상류측의 제 1 베어링 패드(특히 전연 근방)에서 윤활유에 포함되는 기포가 압궤되어, 제 1 베어링 패드의 전연측에서 동압이 생기기 어려워진다.
이에 의해, 제 1 베어링 패드의 부하 능력이 저하되어, 복수의 베어링 패드 사이에서의 부하 능력의 적정한 밸런스를 유지할 수 없게 된다. 이 때문에, 회전수의 상승에 따라서 로터축의 축심 궤적이 연직선상으로부터 벗어나버려, 이상 진동이 발생하거나, 베어링 성능이 저하될 가능성이 높아진다.
그래서, 상기 (1)의 저널 베어링에서는, 각각의 사이드 플레이트가, 복수의 베어링 패드 중 최상류측에 위치하는 제 1 베어링 패드의 상류측의 둘레방향 범위를 포함하는 제 1 영역과, 제 1 영역의 상류측에 위치하고, 사이드 플레이트와 로터축 사이(구체적으로는 사이드 플레이트의 내주면과 로터축의 외주면 사이)의 간격이 제 1 영역보다 큰 제 2 영역을 포함하는 구성으로 되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 사이드 플레이트의 제 2 영역과 로터축 사이의 간격은 비교적 넓으므로, 제 2 영역의 둘레방향 범위에서 윤활유는 배출되기 쉽다. 그 때문에, 회전하는 로터축을 따라 돌아서 제 1 영역측을 향하여 반송되는 캐리오버 오일은 제 1 영역에 도달하기 전에 그 대부분이 저널 베어링의 외부로 배출된다.
또한, 사이드 플레이트의 제 1 영역과 로터축 사이의 간격은 비교적 좁으므로, 제 1 영역의 둘레방향 범위에서는 윤활유가 배출되기 어렵다. 이 때문에, 한 쌍의 사이드 플레이트의 각 제 1 영역과, 로터축에서 둘러싸이는 공간, 즉 제 1 베어링 패드의 상류측의 공간에, 윤활유의 오일 고임부가 형성된다. 이 오일 고임부로부터의 윤활유가 제 1 베어링 패드와 로터축 사이의 간극에 유입되어 유막을 형성하기 때문에, 이 유막에 기포가 함유되는 것을 억제할 수 있어, 제 1 베어링 패드에 있어서의 유막 압력을 충분히 높게 유지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 제 2 영역의 둘레방향 범위에서 캐리오버 오일은 그 대부분이 배출되므로, 오일 고임부까지 도달하는 캐리오버 오일을 줄일 수 있으며, 이에 의해서도 오일 고임부의 윤활유에 혼입되는 공기량을 저감할 수 있다.
그렇기 때문에, 복수의 베어링 패드 사이에 있어서의 부하 능력의 밸런스를 적정하게 유지할 수 있어, 저널 베어링에서의 이상 진동의 발생 방지 및 베어링 성능의 향상을 도모할 수 있다.
(2) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,
상기 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에서 상기 캐리어 링의 내주측에, 상기 캐리어 링으로부터 직경방향 내측을 향하여 돌출되어 마련되고, 캐리오버 오일의 하류측으로의 흐름을 억제하도록 구성된 적어도 하나의 캐리오버 억제부를 더 구비한다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에서 캐리어 링의 내주측에, 캐리어 링으로부터 직경방향 내측을 향하여 돌출된 캐리오버 억제부가 마련되어 있다. 이 캐리오버 억제부에 의해, 캐리오버 오일이 제 2 영역보다 하류측으로 흐르는 것이 억제되므로, 제 1 영역의 둘레방향 범위에 형성된 오일 고임부에 유입되는 캐리오버 오일량을 저감할 수 있다. 따라서, 제 1 베어링 패드와 로터축 사이의 유막에 공기가 혼입되는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
(3) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서,
상기 제 1 영역의 둘레방향 범위 내에서 상기 제 1 베어링 패드의 상류측에 마련되고, 상기 제 1 베어링 패드에 윤활유를 공급하기 위한 적어도 1개의 제 1 급유 유닛을 더 구비한다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 제 1 영역의 둘레방향 범위 내에서 제 1 베어링 패드의 상류측에 위치하는 제 1 급유 유닛에 의해, 제 1 베어링 패드의 상류측에 확실히 오일 고임부를 형성할 수 있다. 이 때문에, 기포의 혼입이 없거나 또는 적은 오일 고임부를 제 1 베어링 패드의 상류측에 형성하고, 이러한 오일 고임부로부터 제 1 베어링 패드에 윤활유를 공급하는 것에 의해, 윤활유에의 기포 혼입에 기인한 제 1 베어링 패드의 부하 능력의 저감을 억제할 수 있다.
(4) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에서, 상기 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드의 하류측에 마련되고, 상기 제 2 베어링 패드의 후연측에 윤활유를 공급하기 위한 제 2 급유 유닛을 더 구비한다.
상기 (4)의 구성과 같이, 제 2 급유 유닛이, 최하류측 패드(제 2 베어링 패드)보다 하류측에 마련되어 있는 경우, 제 2 급유 유닛으로부터 제 2 베어링 패드의 후연측에 공급된 윤활유는, 캐리오버 오일로서 제 1 베어링 패드측으로 반송되기 쉽다. 이 점, 상기 (4)의 구성에서는, 제 2 급유 유닛이 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에 마련되어 있으므로, 제 2 급유 유닛으로부터 공급된 윤활유의 대부분은 사이드 플레이트와 로터축 사이의 간극으로부터 외부로 배출된다. 이 때문에, 제 2 급유 유닛으로부터 공급된 윤활유가 캐리오버 오일로서 제 1 베어링 패드까지 도달하는 것을 억제할 수 있다.
(5) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 제 1 영역의 하류측단은 상기 제 1 베어링 패드의 후연보다 하류측에 위치한다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 제 1 베어링 패드의 상류측 및 해당 제 1 베어링 패드의 둘레방향 범위 내에서는 사이드 플레이트와 로터축 사이의 간격이 비교적 좁으므로, 오일 고임부 및 제 1 베어링 패드에 보지되는 윤활유량을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 제 1 베어링 패드에 있어서의 유막 압력을 높게 유지할 수 있다.
(6) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성에 있어서
상기 제 1 영역의 하류측단 및 상기 제 2 영역의 상류측단의 각도 위치(θ)는, 상기 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드의 퍼짐각을 α로 하고, 상기 제 2 베어링 패드의 후연의 각도 위치를 θTE로 했을 때, θTE-0.25α≤θ≤θTE＋0.25α를 만족한다.
상기 (6)의 구성에서는, 제 1 영역의 하류측단 및 제 2 영역의 상류측단이 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드의 후연 부근에 위치하고 있다. 즉, 사이드 플레이트와 로터축 사이의 간극이 비교적 좁은 제 1 영역의 둘레방향 범위가 복수의 베어링 패드가 마련된 영역을 대체로 커버하고 있어, 각 베어링 패드에 보지되는 윤활유량을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 사이드 플레이트와 로터축 사이의 간극이 비교적 넓은 제 2 영역의 둘레방향 범위가 제 2 베어링 패드의 후연 부근으로부터 시작하고 있다. 이 때문에, 제 2 베어링 패드의 바로 하류측에서, 제 2 영역에 있어서의 사이드 플레이트와 로터축 사이의 비교적 넓은 간극으로부터 윤활유를 배출하는 것에 의해, 캐리오버 오일을 효과적으로 줄일 수 있다.
(7) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
각각의 상기 사이드 플레이트는, 상기 간격이 제 1 간격으로 일정한 상기 제 1 영역을 형성하는 하반부와, 상기 간격이 제 2 간격으로 일정한 상기 제 2 영역을 형성하는 상반부를 포함한다.
상기 (7)의 구성에서는, 한 쌍의 사이드 플레이트 각각이 상반부 및 하반부를 포함하는 반분할하는 구조로 되어 있다. 이 때문에, 각 사이드 플레이트의 제조 및 장착의 작업성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상반부 및 하반부가 차지하는 각도 범위는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 상반부 및 하반부가 각각 180도의 각도 범위에 걸쳐서 마련되어 있어도 좋다.
또한, 상반부 및 하반부는 각각, 로터축과의 사이에 일정한 간극을 형성하도록 되어 있으며, 상반부와 로터축 사이의 제 1 간극과, 하반부와 로터축 사이의 제 2 간극은 간격이 상이하다. 즉, 제 1 영역을 형성하는 하반부와, 제 2 영역을 형성하는 상반부는 별체로 형성되어 있기 때문에, 간격이 상이한 제 1 간극 및 제 2 간극의 조정이 용이하다.
(8) 일 실시형태에서는, 상기 (7)의 구성에 있어서,
각각의 상기 사이드 플레이트는 상기 하반부와 상기 상반부의 접합면이 수평면에 대하여 경사져 있다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 각 베어링 패드, 오일 고임부, 및 베어링 내부 공간과 외부 공간을 연통하는 간극의 각각의 배치의 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한 이 구성에 있어서, 하반부의 상류측이 그 하류측보다 상방에 위치하도록 각각의 사이드 플레이트를 배치하면, 제 1 베어링 패드의 바로 상류측에 있어서의 제 1 영역의 연장 범위를 넓힐 수 있어, 제 1 베어링 패드의 상류측에 있어서의 오일 고임부가 형성되는 영역을 확대할 수 있다. 한편, 최하류측 패드의 바로 하류측까지 제 2 영역의 연장 범위를 넓힐 수 있어, 최하류측 패드의 바로 하류측에 있어서, 로터축과 사이드 플레이트 사이의 간극으로부터 윤활유를 외부로 배출하여, 캐리오버 오일을 효과적으로 줄일 수 있다.
(9) 일 실시형태에서는, 상기 (8)의 구성에 있어서,
상기 접합면의 상기 수평면에 대한 경사각은 5도 이상 45도 이하이다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 사이드 플레이트의 상반부 및 하반부의 접합면의 경사각을 상기 범위 내로 설정하는 것에 의해, 제 1 영역 및 제 2 영역을 적절히 배치하여, 제 1 베어링 패드의 상류측의 오일 고임부 영역을 넓게 확보하는 동시에, 최하류측 패드의 바로 하류측에서의 윤활유의 배출을 촉진하여, 캐리오버 오일을 효과적으로 줄일 수 있다.
(10) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 제 1 영역에 있어서의 상기 간격을 G1로 하고, 상기 제 2 영역에 있어서의 상기 간격을 G2로 하고, 상기 사이드 플레이트의 내경을 D로 했을 때, G1≤0.01D, 또한 G2≥0.02D를 만족한다.
상기 (10)의 구성에 의하면, 제 1 영역에 있어서의 사이드 플레이트의 내주면과 로터축의 외주면의 간격 G1과, 제 2 영역에 있어서의 사이드 플레이트의 내주면과 로터축의 외주면의 간격 G2를, 상기 범위 내로 설정하는 것에 의해, 오일 고임부의 형성 및 캐리오버 오일의 배출을 보다 효과적으로 실행할 수 있다.
(11) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
각각의 상기 사이드 플레이트는, 인접하는 한 쌍의 상기 베어링 패드 사이의 둘레방향 위치에 있어서, 윤활유를 배출하기 위한 적어도 하나의 개구를 갖는다.
상기 (11)의 구성에 의하면, 베어링 패드 사이에 있어서 개구로부터 윤활유가 배출되므로, 베어링 패드 사이에 윤활유가 고여서 로터축의 교반 저항이 증대되어 버리는 것을 회피할 수 있다.
(12) 본 발명의 적어도 몇 가지의 실시형태에 따른 회전 기계는,
상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 저널 베어링과,
상기 저널 베어링에 의해 지지되는 로터축을 구비한다.
상기 (12)의 회전 기계에 의하면, 이상 진동이 발생하기 어렵고 또한 우수한 베어링 성능을 갖는 저널 베어링을 구비하고 있으므로, 신뢰성이 높은 회전 기계를 제공할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 제 2 영역의 둘레방향 범위에 있어서 캐리오버 오일이 적극적으로 베어링 외부로 배출되고, 제 1 영역의 둘레방향 범위에 있어서 오일 고임부가 형성된다. 이 오일 고임부로부터의 윤활유가 제 1 베어링 패드와 로터축 사이의 간극에 유입되어 유막을 형성하므로, 이 유막에는 기포가 대부분 포함되지 않아, 제 1 베어링 패드에 있어서의 유막 압력을 충분히 높게 유지할 수 있다. 따라서, 복수의 베어링 패드 사이에 있어서의 부하 능력의 밸런스를 적정하게 유지할 수 있어, 저널 베어링에 있어서의 이상 진동의 발생 방지 및 베어링 성능의 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 저널 베어링의 축방향을 따른 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B 화살표에서 본 도면이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 사이드 플레이트 및 급유 유닛을 설명하기 위한 개략도(도 3에 대응)이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 사이드 플레이트의 구성을 설명하기 위한 개략도(도 3에 대응)이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 사이드 플레이트의 다른 구성을 설명하기 위한 개략도(도 3에 대응)이다.
도 7은 다른 실시형태에 따른 사이드 플레이트의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 또 다른 실시형태에 따른 사이드 플레이트의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지의 실시형태에 대해 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있거나 또는 도면에 도시하고 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
최초로, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 몇 가지의 실시형태에 따른 저널 베어링(10)의 전체 구성에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시형태에 따른 저널 베어링(10)의 축방향을 따른 단면도이다. 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다. 도 3은 도 1의 B-B 화살표에서 본 도면이다. 또한, 도 2 및 도 3은 로터축(2)의 축방향에 직교하는 면을 도시하고 있다.
본 실시형태의 설명에 있어서, 「축방향」은 저널 베어링(10)에 지지되는 로터축(2)의 중심 축선(O)의 방향이고, 「직경방향」은 로터축(2)의 반경방향이며, 「둘레방향」은 로터축(2)의 둘레방향이다. 또한, 「둘레방향」은 캐리어 링(12, 13)의 둘레방향이어도 좋고, 사이드 플레이트(17, 18)의 둘레방향이어도 좋다. 또한, 본 실시형태에 있어서 「상류측」 또는 「하류측」이란, 로터축(2)의 회전방향에 있어서의 상류측 또는 하류측을 말한다.
도 1 내지 도 3에 도시하는 실시형태에 있어서, 저널 베어링(10)은, 윤활 방식(급유 방식)으로서 직접 윤활 방식을 채용한 구성을 구비하고 있으며, 하반 영역에 제 1 베어링 패드(30) 및 제 2 베어링 패드(32)가 배치된 구성을 갖고 있다. 예를 들면, 저널 베어링(10)은 틸팅 패드 베어링이다.
이하, 도시하는 저널 베어링(10)에 대해 예시적으로 설명하지만, 본 실시형태에 따른 저널 베어링(10)은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 다른 실시형태에 있어서는, 상반 영역에도 추가로 2개의 베어링 패드가 배치되고, 둘레방향으로 합계 4개의 베어링 패드가 장착된 구성이어도 좋고, 하반 영역에 3개 이상의 베어링 패드가 장착된 구성이어도 좋다. 단, 어느 구성에 있어서도, 저널 베어링(10)의 작동 중에는 주로 하반 영역의 베어링 패드가 로터축(2)의 하중을 지지하도록 되어 있다.
몇 가지의 실시형태에 있어서, 저널 베어링(10)은, 캐리어 링(11)과, 캐리어 링(11)의 하반 영역의 내주측에 마련되고, 로터축(2)을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드(30, 32)와, 로터축(2)의 축방향에 있어서의 복수의 베어링 패드(30, 32)의 양측에 마련되는 한 쌍의 사이드 플레이트(17, 18)를 구비한다.
이하, 저널 베어링(10)의 각 부재의 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
캐리어 링(11)은 미도시의 베어링 케이싱에 지지되어 있으며, 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)을 포함한다. 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)은 각각, 축방향에 직교하는 단면이 반원호형상이 되는 내주면 및 외주면을 갖고 있다. 또한, 도시하는 예에서는, 캐리어 링(11)이 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)으로 분할된 구성을 도시하고 있지만, 캐리어 링(11)은 일체 구조라도 좋고, 3개 이상으로 분할된 구성이어도 좋다.
캐리어 링(11)의 축방향의 양단측에는, 로터축(2)의 외주를 따라서, 한 쌍의 사이드 플레이트(17, 18)가 배치되어 있다. 사이드 플레이트(17, 18)는, 원판형상으로 형성되어 있으며, 중앙에 로터축(2)이 관통하는 구멍이 형성되어 있다. 이들 사이드 플레이트(17, 18)에 의해, 후술하는 급유 유닛(25 내지 29)으로부터 공급되는 윤활유의 외부로의 누출을 억제하도록 되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 상반부 캐리어링(12)은, 주로 로터축(2)의 튀어오름을 상방으로부터 눌러넣기 위해, 내주면에 가이드 메탈(반원환 베어링부)(20, 21)이 장착되어 있어도 좋다. 예를 들면, 상반부 캐리어링(12)의 축방향의 양단측에, 또한 사이드 플레이트(17, 18)보다 축방향에서 내측에, 한 쌍의 가이드 메탈(20, 21)이 장착되어 있다. 가이드 메탈(20, 21)은 반원형상으로 형성되어 있다.
이와 같이, 상반부 캐리어 링(12)의 내주측에 가이드 메탈(20, 21)이 마련되어 있는 것에 의해, 가이드 메탈(20, 21)에 의해 로터축(2)의 튀어오름을 눌러넣을 수 있어, 로터축(2)의 튀어오름에 의한 부품의 파손 등을 방지할 수 있다. 또한, 캐리어 링(11)이 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)으로 분할된 구조가 아니라 일체 구조인 경우, 혹은 3개 이상으로 분할된 구조인 경우, 가이드 메탈(20, 21)은 캐리어 링(11)의 상반 영역에 마련되어 있으면 좋다.
상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)에는, 적어도 1개의 급유 유닛(25 내지 29)이 마련되어 있다. 예를 들면, 급유 유닛(25 내지 29)은 급유 노즐이다.
도 2에 도시하는 예에서는, 로터축(2)이 도면 중 화살표(S)로 나타내는 바와 같이 시계방향으로 회전하는 경우, 로터축(2)의 회전방향(S)에 있어서 상류측으로부터 급유 유닛(후술하는 제 1 급유 유닛)(25), 급유 유닛(후술하는 제 1 급유 유닛)(26), 급유 유닛(27), 급유 유닛(28), 급유 유닛(후술하는 제 2 급유 유닛)(29)을 포함하는 합계 5개의 급유 유닛이 마련되어 있다.
구체적으로는, 급유 유닛(25, 26)은 최상류에 위치하는 제 1 베어링 패드(30)보다 상류측에, 둘레방향으로 나열되어서 배치되어 있다. 급유 유닛(27, 28)은 제 1 베어링 패드(30)와, 해당 제 1 베어링 패드(30)보다 하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드(32) 사이에, 둘레방향으로 나열되어서 배치되어 있다. 급유 유닛(29)은 제 2 베어링 패드(32)보다 하류측에 배치되어 있다.
캐리어 링(11)의 내부에는, 윤활유 공급 유로(미도시)가 형성되어 있다. 윤활유 공급로에 공급된 윤활유는 각 급유 유닛(25 내지 29)으로 이송되고, 각 급유 유닛(25 내지 29)으로부터 베어링 패드(30, 32)의 근방으로 분출된다.
제 1 베어링 패드(30) 및 제 2 베어링 패드(32)는 하반부 캐리어 링(13)의 내주측에 마련되고, 로터축(2)을 하방으로부터 지지하도록 구성되어 있다.
제 1 베어링 패드(30)는 하반부 캐리어 링(13)의 내주측에 있어서 로터축(2)의 외주를 따라서 마련되어 있다.
제 2 베어링 패드(32)는 하반부 캐리어 링(13)의 내주측에 있어서 제 1 베어링 패드(30)보다 로터축(2)의 회전방향(S)의 하류측에 로터축(2)의 외주를 따라서 마련되어 있다.
이와 같이, 하반부 캐리어 링(13)에 제 1 베어링 패드(30) 및 제 2 베어링 패드(32)가 마련되어 있으므로, 제 1 베어링 패드(30) 및 제 2 베어링 패드(32)에 의해 로터축(2)을 적절히 지지할 수 있다.
또한, 캐리어 링(11)이 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)으로 분할된 구조가 아니라 일체 구조인 경우, 혹은 3개 이상으로 분할된 구조인 경우, 제 1 베어링 패드(30) 및 제 2 베어링 패드(32)는 캐리어 링(11)의 하반 영역에 마련되어 있으면 좋다.
다음에, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 사이드 플레이트(17, 18)와 그 주변 구조의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
또한, 도 4는 일 실시형태에 따른 사이드 플레이트(17, 18) 및 급유 유닛(25 내지 29)을 설명하기 위한 개략도이다. 도 5는 일 실시형태에 따른 사이드 플레이트(17, 18)의 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 도 6은 일 실시형태에 따른 사이드 플레이트(17, 18)의 다른 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 도 4 내지 도 6은 모두 도 3에 대응한 도면이지만, 이들 도면에서 캐리오버 억제부(34, 36)는 생략하고 있다.
몇 가지의 실시형태에 따른 저널 베어링(10)에서는, 도 4 내지 도 6에 예시적으로 도시하는 바와 같이, 로터축(2)의 축방향[중심 축선(O)을 따른 방향]에 있어서의 복수의 베어링 패드(30, 32)의 양측에 한 쌍의 사이드 플레이트(17, 18)가 마련되어 있으며, 각각의 사이드 플레이트(17, 18)가, 복수의 베어링 패드(30, 32) 중 최상류측에 위치하는 제 1 베어링 패드(30)의 상류측의 둘레방향 범위를 포함하는 제 1 영역과, 제 1 영역의 상류측에 위치하고, 사이드 플레이트(17, 18)의 내주면과 로터축(2)의 외주면 사이의 간격이 제 1 영역보다 큰 제 2 영역을 포함한다. 환언하면, 이 저널 베어링(10)에서는, 각각의 사이드 플레이트(17, 18)의 제 2 영역과 로터축(2) 사이의 제 2 간극(42)이 각각의 사이드 플레이트(17, 18)의 제 1 영역과 로터축(2) 사이의 제 1 간극(40)보다 크다.
본 발명자들에 의한 예의 검토의 결과, 최상류측에 위치하는 제 1 베어링 패드(30)와 로터축(2) 사이의 유막 압력이 부족한 원인으로서, 제 1 베어링 패드(30)에 캐리오버되는 윤활유에의 공기의 혼입이 있는 것을 발견했다.
즉, 각각의 사이드 플레이트(17, 18)의 내주면과 로터축(2)의 외주면 사이에, 한 쌍의 사이드 플레이트(17, 18)에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간과 베어링 외부를 연통시키기 위한 간극(40, 42)을 갖는 저널 베어링(10)에서는, 하류측의 제 2 베어링 패드(32)로부터 상류측의 제 1 베어링 패드(30)에 도달하는 영역에서 해당 간극(40, 42)으로부터 흡입된 공기가 윤활유에 혼입될 수 있다. 이 때문에, 제 1 베어링 패드(30)에 캐리오버되는 윤활유에는 많은 공기가 함유되어, 실질적인 윤활유의 유량이 적은 것으로 고려된다. 따라서, 제 1 베어링 패드(30)의 상류측 직전의 급유 유닛(25, 26)과, 제 2 베어링 패드(32)의 상류측 직전의 급유 유닛(27, 28)의 토출 유량이 동일하여도, 제 2 베어링 패드(32)에 비하여 제 1 베어링 패드(30)에서는 윤활유 부족이 되기 쉽다. 또한, 윤활유는 비압축성 유체인 것에 반하여, 윤활유에 포함되는 공기는 압축성 유체이기 때문에, 제 1 베어링 패드(30)(특히 전연 근방)에 있어서 윤활유에 포함되는 기포가 압궤되어, 제 1 베어링 패드(30)의 전연(30a)측에 있어서 동압이 생기기 어려워진다.
이에 의해, 제 1 베어링 패드(30)의 부하 능력이 저하되어, 복수의 베어링 패드(30, 32) 사이에 있어서의 부하 능력의 적정한 밸런스를 유지할 수 없게 된다. 이 때문에, 회전수의 상승에 따라서 로터축(2)의 축심 궤적이 연직선상으로부터 벗어나버려, 이상 진동이 발생하거나, 베어링 성능이 저하될 가능성이 높아진다.
그래서, 상기 실시형태에 따른 저널 베어링(10)에서는, 각각의 사이드 플레이트(17, 18)가, 복수의 베어링 패드(30, 32) 중 최상류측에 위치하는 제 1 베어링 패드(30)의 상류측의 둘레방향 범위를 포함하는 제 1 영역과, 제 1 영역의 상류측에 위치하고, 사이드 플레이트(17, 18)와 로터축(2) 사이[구체적으로는 사이드 플레이트(17, 18)의 내주면과 로터축(2)의 외주면 사이]의 간격이 제 1 영역보다 큰 제 2 영역을 포함하는 구성으로 되어 있다.
이 구성에 있어서, 사이드 플레이트(17, 18)의 제 2 영역과 로터축(2) 사이의 간격[제 2 간극(42)]은 비교적 넓으므로, 제 2 영역의 둘레방향 범위에서 윤활유는 배출되기 쉽다. 이 때문에, 회전하는 로터축(2)을 따라 돌아서 제 1 영역측을 향하여 반송되는 캐리오버 오일은 제 1 영역에 도달하기 전에 그 대부분이 저널 베어링(10)의 외부로 배출된다.
또한, 사이드 플레이트(17, 18)의 제 1 영역과 로터축(2) 사이의 간격은 비교적 좁으므로, 제 1 영역의 둘레방향 범위에서는 윤활유가 배출되기 어렵다. 이 때문에, 한 쌍의 사이드 플레이트(17, 18)의 각 제 1 영역과 로터축(2)에서 둘러싸이는 공간, 즉 제 1 베어링 패드(30)의 상류측의 공간에, 윤활유의 오일 고임부가 형성된다. 이 오일 고임부로부터의 윤활유가 제 1 베어링 패드(30)와 로터축(2) 사이의 간극에 유입되어 유막을 형성하기 때문에, 이 유막에 기포가 함유되는 것을 억제할 수 있어, 제 1 베어링 패드(30)에 있어서의 유막 압력을 충분히 높게 유지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 제 2 영역의 둘레방향 범위에서 캐리오버 오일은 그 대부분이 배출되므로, 오일 고임부까지 도달하는 캐리오버 오일을 적게 할 수 있으며, 이에 의해서도 오일 고임부의 윤활유에 혼입되는 공기량을 저감할 수 있다.
그렇기 때문에, 복수의 베어링 패드(30, 32) 사이에 있어서의 부하 능력의 밸런스를 적정하게 유지할 수 있어, 저널 베어링(10)의 이상 진동의 발생 방지 및 베어링 성능의 향상을 도모할 수 있다.
도 2 및 도 3에 예시적으로 도시하는 바와 같이, 몇 가지의 실시형태에서는, 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에서 캐리어 링(12, 13)의 내주측에, 캐리어 링(12, 13)으로부터 직경방향 내측을 향하여 돌출되어 마련되고, 캐리오버 오일의 하류측으로의 흐름을 억제하도록 구성된 적어도 하나의 캐리오버 억제부(34, 36)를 더 구비한다.
구체적으로는, 캐리오버 억제부(34, 36)는 한 쌍의 사이드 플레이트(17, 18)의 사이의 적어도 일부에서 축방향으로 연장되어 있다. 혹은, 도 1에 도시하는 바와 같이 저널 베어링(10)이 가이드 메탈(20, 21)을 구비하는 경우, 적어도 하나의 캐리오버 억제부(34, 36)는 한 쌍의 가이드 메탈(20, 21) 사이에 마련되어 있어도 좋다.
또한, 캐리오버 억제부(34, 36)는, 로터축(2)의 회전에 따라서 하류측으로 흐르는 캐리오버 오일을 차단하기 위한 댐, 또는 로터축(2)의 회전에 따라서 제 1 영역의 둘레방향 범위에 침입하려고 하는 캐리오버 오일을 로터축(2)으로부터 떼어내기 위한 스크레이퍼라도 좋다. 예를 들면, 제 2 영역의 둘레방향 범위 중 제 2 베어링 패드(32)에 가까운 위치에 캐리오버 억제부(34)로서의 댐이 마련되고, 제 2 영역의 둘레방향 범위 중 제 1 베어링 패드(30)에 가까운 위치에 캐리오버 억제부(36)로서의 스크레이퍼가 마련된다.
도 2 및 도 3에 도시하는 실시형태에서는, 하나의 캐리오버 억제부(34)는 제 2 베어링 패드(32)의 후연(32b)의 하류측에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 캐리오버 억제부(34)는 최하류의 급유 유닛(후술하는 제 2 급유 유닛)(29)의 하류측이며 급유 유닛(29)의 근방에 마련되어 있어도 좋다.
다른 캐리오버 억제부(36)는 제 1 베어링 패드(30)의 전연(30a)의 상류측에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 캐리오버 억제부(36)는 최상류의 급유 유닛(후술하는 제 1 급유 유닛)(25)의 상류측이며 급유 유닛(25)의 근방에 마련되어 있어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에서 캐리어 링(12, 13)의 내주측에, 캐리어 링(12, 13)으로부터 직경방향 내측을 향하여 돌출된 캐리오버 억제부(34, 36)가 마련되어 있다. 이 캐리오버 억제부(34, 36)에 의해, 캐리오버 오일이 제 2 영역보다 하류측으로 흐르는 것이 억제되므로, 제 1 영역의 둘레방향 범위에 형성된 오일 고임부에 유입되는 캐리오버 오일량을 저감할 수 있다. 따라서, 제 1 베어링 패드(30)와 로터축(2) 사이의 유막에 공기가 혼입되는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 일 실시형태에 있어서의 저널 베어링(10)은, 제 1 영역의 둘레방향 범위 내에서 제 1 베어링 패드(30)의 상류측에 마련되고, 제 1 베어링 패드(30)에 윤활유를 공급하기 위한 적어도 1개의 제 1 급유 유닛(25, 26)을 더 구비한다. 도시하는 구성예에서는, 2개의 제 1 급유 유닛(25, 26)이 둘레방향으로 배열되어 있다.
상기 실시형태에 의하면, 제 1 영역의 둘레방향 범위 내에서 제 1 베어링 패드(30)의 상류측에 위치하는 제 1 급유 유닛(25, 26)에 의해, 제 1 베어링 패드(30)의 상류측에 확실히 오일 고임부를 형성할 수 있다. 이 때문에, 기포의 혼입이 없거나 또는 적은 오일 고임부를 제 1 베어링 패드(30)의 상류측에 형성하고, 이러한 오일 고임부로부터 제 1 베어링 패드(30)에 윤활유를 공급하는 것에 의해, 윤활유에의 기포 혼입에 기인한 제 1 베어링 패드(30)의 부하 능력의 저감을 억제할 수 있다.
일 실시형태에서는, 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에서, 복수의 베어링 패드(30, 32) 중 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드(32)의 하류측에 마련되고, 제 2 베어링 패드(32)의 후연(32b)측에 윤활유를 공급하기 위한 제 2 급유 유닛(29)을 더 구비한다.
상기 실시형태와 같이, 제 2 급유 유닛(29)이, 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드(32)보다 하류측에 마련되어 있는 경우, 제 2 급유 유닛(29)으로부터 제 2 베어링 패드(32)의 후연측에 공급된 윤활유는 캐리오버 오일로서 제 1 베어링 패드(30)측으로 반송되기 쉽다. 이 점, 상기 구성에서는, 제 2 급유 유닛(29)이 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에 마련되어 있으므로, 제 2 급유 유닛(29)으로부터 공급된 윤활유의 대부분은 사이드 플레이트(17, 18)와 로터축(2) 사이의 간극으로부터 외부로 배출된다. 이 때문에, 제 2 급유 유닛(29)으로부터 공급된 윤활유가 캐리오버 오일로서 제 1 베어링 패드(30)까지 도달하는 것을 억제할 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 영역의 하류측단은 제 1 베어링 패드(30)의 후연(30b)보다 하류측에 위치하고 있어도 좋다. 또한, 제 1 베어링 패드(30)에 있어서, 전연(30a)은 상류측에 위치하는 연부이며, 후연(30b)은 하류측에 위치하는 연부이다.
이 구성에 의하면, 제 1 베어링 패드(30)의 상류측 및 해당 제 1 베어링 패드(30)의 둘레방향 범위 내에서는 사이드 플레이트(17, 18)와 로터축(2) 사이의 간격이 비교적 좁으므로, 오일 고임부 및 제 1 베어링 패드(30)에 보지되는 윤활유량을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 제 1 베어링 패드(30)에서의 유막 압력을 높게 유지할 수 있다.
도 5를 참조하여, 일 실시형태에 따른 저널 베어링(10)은, 제 1 영역의 하류측단 및 제 2 영역의 상류측단의 각도 위치(θ)는, 복수의 베어링 패드(30, 32) 중 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드(32)의 퍼짐각을 α로 하고, 제 2 베어링 패드(32)의 후연(32b)의 각도 위치를 θTE로 했을 때, θTE-0.25α≤θ≤θTE＋0.25α를 만족한다. 또한, 제 2 베어링 패드(32)에 있어서, 전연(32a)은 상류측에 위치하는 연부이며, 후연(32b)은 하류측에 위치하는 연부이다.
상기 실시형태에서는, 제 1 영역의 하류측단 및 제 2 영역의 상류측단이 복수의 베어링 패드(30, 32) 중 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드(32)의 후연(32b) 부근에 위치하고 있다. 즉, 사이드 플레이트(17, 18)와 로터축(2) 사이의 간극이 비교적 좁은 제 1 영역의 둘레방향 범위가 복수의 베어링 패드(30, 32)가 마련된 영역을 대체로 커버하고 있어, 각 베어링 패드(30, 32)에 보지되는 윤활유량을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 사이드 플레이트(17, 18)와 로터축(2) 사이의 간극이 비교적 넓은 제 2 영역의 둘레방향 범위가 제 2 베어링 패드(32)의 후연(32b) 부근으로부터 시작되고 있다. 이 때문에, 제 2 베어링 패드(32)의 바로 하류측에서, 제 2 영역에 있어서의 사이드 플레이트(17, 18)와 로터축(2) 사이의 비교적 넓은 제 2 간극(42)으로부터 윤활유를 배출하는 것에 의해, 캐리오버 오일을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시하는 실시형태에서는, 각각의 사이드 플레이트(17, 18)는, 사이드 플레이트(17, 18)와 로터축(2) 사이의 간격이 제 1 간격[제 1 간극(40)의 크기]으로 일정한 제 1 영역을 형성하는 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)(간략히 하반부라 칭하는 경우도 있음)와, 사이드 플레이트(17, 18)와 로터축(2) 사이의 간격이 제 2 간격[제 1 간극(42)의 크기]으로 일정한 제 2 영역을 형성하는 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A)(간략히 상반부라 칭하는 경우도 있음)를 포함한다.
상기 실시형태에서는, 한 쌍의 사이드 플레이트(17, 18)의 각각이 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A) 및 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)를 포함하는 반분할하는 구조로 되어 있다. 이 때문에, 각 사이드 플레이트(17, 18)의 제조 및 장착의 작업성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A) 및 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)가 차지하는 각도 범위는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A) 및 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)가 각각 180도의 각도 범위에 걸쳐서 마련되어 있어도 좋다.
또한, 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A) 및 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)는 각각, 로터축(2)과의 사이에 일정한 간극을 형성하도록 되어 있으며, 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A)와 로터축(2)의 사이의 제 1 간극(40)(제 1 간격)과, 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)와 로터축(2)의 사이의 제 2 간극(42)(제 2 간격)은 간격이 상이하다. 즉, 제 1 영역을 형성하는 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)와, 제 2 영역을 형성하는 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A)는 별체로 형성되어 있기 때문에, 간격이 상이한 제 1 간극(40) 및 제 2 간극(42)의 조정이 용이하다.
또한, 도 5에 도시하는 실시형태에서는, 각각의 사이드 플레이트(17, 18)는, 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)와 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A)의 접합면(50)이 수평면에 대하여 경사져 있다. 또한, 도 5에는, 수평방향이 X축이며, 연직방향이 Y축인 좌표계를 나타내고 있다.
동일 도면에서, 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B) 및 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A)는 각각 중심각이 180도인 반원환형상을 이루고 있으며, 서로의 접합면(50)이 수평면을 나타내는 X축에 대하여 경사져 있다.
이에 의해, 각 베어링 패드(30, 32) 오일 고임부, 및 베어링 내부 공간과 외부 공간을 연통하는 간극(42)의 각각의 배치의 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 있어서, 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)의 상류측이 그 하류측보다 상방에 위치하도록 각각의 사이드 플레이트(17, 18)를 배치하면, 제 1 베어링 패드(30)의 바로 상류측에 있어서의 제 1 영역의 연장 범위를 넓힐 수 있어, 제 1 베어링 패드(30)의 상류측에 있어서의 오일 고임부가 형성되는 영역을 확대할 수 있다. 한편, 최하류측 패드[도면에서는 제 2 베어링 패드(32)]의 바로 하류측까지 제 2 영역의 연장 범위를 넓힐 수 있어, 최하류측 패드 바로 하류측에 있어서, 로터축(2)과 사이드 플레이트(17, 18) 사이의 간극(42)으로부터 윤활유를 외부로 배출하여, 캐리오버 오일을 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 있어서, 접합면(50)의 수평면(도 5의 X축)에 대한 경사각(β)은 5도 이상 45도 이하라도 좋다.
이와 같이, 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A)와 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)의 접합면(50)의 경사각(β)을 상기 범위 내로 설정하는 것에 의해, 제 1 영역 및 제 2 영역을 적절히 배치하여, 제 1 베어링 패드(30)의 상류측의 오일 고임부 영역을 넓게 확보하는 동시에, 최하류측 패드[도면에서는 제 2 베어링 패드(32)]의 바로 하류측에서의 윤활유의 배출을 촉진하여, 캐리오버 오일을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 일 실시형태에서는, 제 1 영역에 있어서의 간격[제 1 간극(40)의 크기]을 G1로 하고, 제 2 영역에 있어서의 간격[제 2 간극(42)의 크기]을 G2로 하고, 사이드 플레이트(17, 18)의 내경을 D로 했을 때, G1≤0.01D, 또한 G2≥0.02D를 만족한다. 또한, 사이드 플레이트(17, 18)의 내경(D)이란, 사이드 플레이트(17, 18) 중 로터축(2)을 둘러싸는 내주연과, 사이드 플레이트(17, 18)의 중심축의 거리이다.
상기 실시형태에 의하면, 제 1 영역에 있어서의 사이드 플레이트(17, 18)의 내주면과 로터축(2)의 외주면의 간격 G1과, 제 2 영역에 있어서의 사이드 플레이트(17, 18)의 내주면과 로터축(2)의 외주면의 간격 G2를, 상기 범위 내로 설정하는 것에 의해, 오일 고임부의 형성 및 캐리오버 오일의 배출을 보다 효과적으로 실행할 수 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 일 실시형태에 있어서 각각의 사이드 플레이트(17, 18)는 인접하는 한 쌍의 베어링 패드(30, 32) 사이의 둘레방향 위치에서, 윤활유를 배출하기 위한 적어도 하나의 개구(52)를 갖는다. 예를 들면, 개구(52)는 로터축(2)의 축방향을 따라서 베어링 내부 공간과 베어링 외부 공간을 연통하도록 연장된다.
상기 구성에 의하면, 베어링 패드 사이에서 개구(52)로부터 윤활유가 배출되므로, 베어링 패드(30, 32) 사이에 윤활유가 저류되어 로터축(2)의 교반 저항이 증대되어 버리는 것을 회피할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 적어도 몇 가지의 실시형태에 의하면, 제 2 영역의 둘레방향 범위에서 캐리오버 오일이 적극적으로 베어링 외부로 배출되어, 제 1 영역의 둘레방향 범위에서 오일 고임부가 형성된다. 이 오일 고임부로부터의 윤활유가 제 1 베어링 패드(30)와 로터축(2) 사이의 간극에 유입되어 유막을 형성하므로, 이 유막에는 기포가 대부분 포함되지 않아, 제 1 베어링 패드(30)에 있어서의 유막 압력을 충분히 높게 유지할 수 있다. 따라서, 복수의 베어링 패드(30, 32) 사이에 있어서의 부하 능력의 밸런스를 적정하게 유지할 수 있어, 저널 베어링(10)의 이상 진동의 발생 방지 및 베어링 성능의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 저널 베어링(10)이 적용되는 회전 기계(1)로서는, 가스 터빈이나 증기 터빈(예를 들면 원자력 플랜트의 증기 터빈)이나 기계 구동용 터빈 등의 터빈, 풍력 발전 장치 등의 풍력 기계, 송풍기, 과급기, 또는 압축기 등을 들 수 있다.
여기서, 회전 기계(1)는, 회전 구동되는 로터축(2)과, 로터축(2)을 수용하는 베어링 하우징(미도시)과, 로터축(2)을 지지하기 위한 저널 베어링(10)을 구비한다.
이 회전 기계(1)에 의하면, 이상 진동이 발생하기 어렵고 또한 우수한 베어링 성능을 갖는 저널 베어링(10)을 구비하고 있으므로, 신뢰성이 높은 회전 기계(1)를 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 일은 없으며, 상술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.
예를 들면, 상술한 실시형태에서는, 중심각이 180도인 반원환형상을 갖는 사이드 플레이트(17, 18)를 구비한 저널 베어링(10)에 대하여 설명했지만, 사이드 플레이트(17, 18)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 7에 도시하는 실시형태에서는, 사이드 플레이트는, 중심각이 180도보다 큰 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A)와, 중심각이 180도보다 작은 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)를 갖는 반분할하는 형상으로 되어 있다. 혹은, 도 8에 도시하는 실시형태에서는, 사이드 플레이트는, 제 1 영역을 포함하는 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)와, 제 2 영역을 포함하는 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A)와, 제 1 영역 및 제 2 영역의 어느 쪽도 포함하지 않는 다른 사이드 플레이트(17C, 18C)를 구비하는 3분할 형상으로 되어 있다.
예를 들면, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은 동일한 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위되어 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, 「동일」, 「동일하다」 및 「균질」 등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은 동일한 기능이 얻어지는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서 요철부나 면취부를 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성 요소를 「구비하다」, 「포함하다」, 또는 「갖다」라는 표현은 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
1 : 회전 기계 2 : 로터축
10 : 저널 베어링 12 : 상반부 캐리어 링
13 : 하반부 캐리어 링 17, 18 : 사이드 플레이트
17A, 18A : 상반부 사이드 플레이트
17B, 18B : 하반부 사이드 플레이트
20, 21 : 가이드 메탈 25, 26 : 제 1 급유 유닛
27, 28 : 급유 유닛 29 : 제 2 급유 유닛
30 : 제 1 베어링 패드 32 : 제 2 베어링 패드
34, 36 : 캐리오버 억제부 40 : 제 1 간극
42 : 제 2 간극 50 : 접합면
52 : 개구

Claims (12)

  1. 캐리어 링과,
    상기 캐리어 링의 하반 영역의 내주측에 마련되고, 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드와,
    상기 로터축의 축방향에 있어서의 상기 복수의 베어링 패드의 양측에 마련되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 구비하며,
    각각의 상기 사이드 플레이트는,
    상기 복수의 베어링 패드 중 최상류측에 위치하는 제 1 베어링 패드의 상류측의 둘레방향 범위를 포함하는 제 1 영역과,
    상기 제 1 영역의 상류측에 위치하고, 상기 사이드 플레이트의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이의 간격이 상기 제 1 영역보다 큰 제 2 영역을 포함하며,
    각각의 상기 사이드 플레이트는,
    상기 제 1 영역을 형성하는 하반부와,
    상기 하반부보다 내경이 크고, 상기 제 2 영역을 형성하는 상반부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에서 상기 캐리어 링의 내주측에, 상기 캐리어 링으로부터 직경방향 내측을 향하여 돌출되어 마련되고, 캐리오버 오일의 하류측으로의 흐름을 억제하도록 구성된 적어도 하나의 캐리오버 억제부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 영역의 둘레방향 범위 내에서 상기 제 1 베어링 패드의 상류측에 마련되고, 상기 제 1 베어링 패드에 윤활유를 공급하기 위한 적어도 1개의 제 1 급유 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 영역의 둘레방향 범위 내에 있어서, 상기 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드의 하류측에 마련되고, 상기 제 2 베어링 패드의 후연측에 윤활유를 공급하기 위한 제 2 급유 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 영역의 하류측단은 상기 제 1 베어링 패드의 후연보다 하류측에 위치하는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 영역의 하류측단 및 상기 제 2 영역의 상류측단의 각도 위치(θ)는, 상기 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 제 2 베어링 패드의 퍼짐각을 α로 하고, 상기 제 2 베어링 패드의 후연의 각도 위치를 θTE로 했을 때, θTE-0.25α≤θ≤θTE＋0.25α를 만족하는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  7. 청구항 1에 있어서,
    각각의 상기 사이드 플레이트의 상기 하반부의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이에 일정한 제 1 간극이 형성되고, 각각의 상기 사이드 플레이트의 상기 상반부의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이에 상기 제 1 간극보다 크며 일정한 제 2 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  8. 청구항 1에 있어서,
    각각의 상기 사이드 플레이트는 상기 하반부와 상기 상반부의 접합면이 수평면에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 접합면의 상기 수평면에 대한 경사각은 5도 이상 45도 이하인 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 영역에 있어서의 상기 간격을 G1로 하고, 상기 제 2 영역에 있어서의 상기 간격을 G2로 하고, 상기 사이드 플레이트의 상기 상반부의 내경을 D로 했을 때, G1≤0.01D, 또한 G2≥0.02D를 만족하는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  11. 청구항 1에 있어서,
    각각의 상기 사이드 플레이트는, 인접하는 한 쌍의 상기 베어링 패드 사이의 둘레방향 위치에 있어서, 윤활유를 배출하기 위한 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는
    저널 베어링.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 저널 베어링과,
    상기 저널 베어링에 의해 지지되는 로터축을 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
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