KR102104938B1

KR102104938B1 - 틸팅 패드 저널 베어링

Info

Publication number: KR102104938B1
Application number: KR1020187021648A
Authority: KR
Inventors: 히로토시 아리하라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2020-04-27
Also published as: DE112017000611T5; WO2017135101A1; JP2017137918A; US20190024707A1; JP6623070B2; US10415635B2; KR20180098627A

Abstract

틸팅 패드 베어링(1)은 베어링 하우징(10)과, 복수의 패드(20)와, 핀부(30)를 구비한다. 패드(20)는 베어링 하우징(10)의 내주면에 배열되어, 회전축(5)을 지지한다. 핀부(30)는 패드(20)의 표면에 마련되고, 복수의 핀(31)을 갖는다. 핀부(30)는 패드(20)의 표면 중 회전축(5)과 대향하는 표면인 패드 베어링면(20s) 이외의 표면에 마련된다.

Description

틸팅 패드 저널 베어링

본 발명은 틸팅 패드 저널 베어링에 관한 것이다.

예를 들어 특허문헌 1에는, 종래의 틸팅 패드 저널 베어링이 기재되어 있다. 틸팅 패드 저널 베어링은, 회전축이 고속으로 회전하는 회전 기계에 사용되고, 오일 휩이나 오일 훨과 같은 불안정 진동을 억제 가능한 베어링이다. 틸팅 패드 저널 베어링은, 회전축을 회전 가능하게 지지하는 복수의 패드를 구비한다. 패드의 패드 베어링면과 회전축의 간극에 윤활유가 빨려 들러간다. 이 패드의 온도가 너무 상승하면 패드가 소손되고, 틸팅 패드 저널 베어링이 베어링으로서 적절하게 기능하지 못하게 될 우려가 있다.

동 문헌에는, 패드의 온도 상승의 억제를 도모하는 기술이 기재되어 있다. 이 기술에서는, 패드 베어링면에 급유 홈이 설치되어 있다. 이 급유 홈으로부터 공급되는 저온의 윤활유에 의해, 패드 베어링면의 온도 상승을 억제하는 것이 도모되고 있다.

일본 특허 공개2009-30704호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 패드 베어링면에 급유 홈이 설치되어 있으므로써, 다음의 문제가 있다. 패드 베어링면 상에서는, 회전축을 지지하기 위한 압력이 발생하고 있다. 그러나, 패드 베어링면과 회전축의 간극을 회전축 회전 방향으로 흐르는 윤활유의 유로가, 급유 홈 부분에서 급확대되고, 부압이 발생한다. 그 때문에, 회전축을 지지하기 위한 압력이 저하되고, 회전축의 하중을 지지하는 능력(하중 지지 능력)이 저하된다는 문제가 있다. 추가로, 틸팅 패드 저널 베어링에서는, 패드 베어링면과 회전축의 간극의 유막에 의해, 감쇠 효과(진동 억제 효과)가 발생하는데, 급유 홈 부분에서는 감쇠 효과는 발생하지 않는다. 그 때문에, 급유 홈이 설치되어 있지 않은 패드에 비해, 감쇠 효과가 저하된다는 문제가 있다.

그래서 본 발명은 하중 지지 능력 및 감쇠 효과를 확보하고, 또한, 패드를 냉각할 수 있는 틸팅 패드 저널 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 틸팅 패드 저널 베어링은, 베어링 하우징과, 복수의 패드와, 돌기부를 구비한다. 상기 패드는, 상기 베어링 하우징의 내주면에 배열되어, 회전축을 지지한다. 상기 돌기부는, 상기 패드의 표면에 설치되고, 복수의 돌기를 갖는다. 상기 돌기부는, 상기 패드의 표면 중 상기 회전축과 대향하는 표면인 패드 베어링면 이외의 표면에 마련된다.

상기 구성에 의해, 하중 지지 능력 및 감쇠 효과를 확보하고, 또한, 패드를 냉각할 수 있다.

도 1은 틸팅 패드 베어링(1)을 축방향(Z)으로부터 본 단면도이다.
도 2는 틸팅 패드 베어링(1)의 변형예(LOP)를 도시되는 도 1에 상당하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시되는 패드(20) 등을 축방향(Z)으로부터 본 도면이다.
도 4는 도 3에 도시되는 패드(20) 등의 사시도이다.
도 5는 제2 실시 형태의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시되는 패드(20) 등을 직경 방향 외측(R2)으로부터 본 모식도이다.
도 7은 패드(20)의 최고 온도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제3 실시 형태의 도 6에 상당하는 도면이다.
도 9는 제4 실시 형태의 도 5에 상당하는 도면이다.
도 10은 변형예의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 11은 변형예의 도 4에 상당하는 도면이다.

(제1 실시 형태)

도 1 내지 도 4를 참조하여 제1 실시 형태의 틸팅 패드 베어링(1)(틸팅 패드 저널 베어링)에 대하여 설명한다.

틸팅 패드 베어링(1)(냉각 핀 부착 틸팅 패드 베어링)은 회전 기계의 회전축(5)을 회전 가능하게 지지하는 베어링이다. 틸팅 패드 베어링(1)은 베어링 하우징(10)과, 패드(20)와, 핀부(30)(돌기부)를 구비한다. 회전축(5)을 갖는 회전 기계에는, 예를 들어 압축기와 같이 유체를 압축하는 것, 펌프나 블로워(blower)와 같이 유체를 압송하는 것 또는 터빈과 같이 유체를 팽창시키는 것 등이 있다. 이하, 축방향(Z), 직경 방향(R)(직경 방향 내측(R1), 직경 방향 외측(R2)) 및 회전 방향(C)(회전 방향 상류측(C1), 회전 방향 하류측(C2))에 대해서는, 회전축(5)의 중심 축을 기준으로 한다.

베어링 하우징(10)은 회전축(5) 및 패드(20) 등을 덮는, 원통형의 부재이다. 베어링 하우징(10)은 도 3에 도시되는 급유구(11)를 구비한다. 급유구(11)는 베어링 하우징(10) 내에 윤활유를 공급하기 위한 급유 수단이다. 윤활유는, 틸팅 패드 베어링(1)의 윤활 및 냉각에 사용된다. 급유구(11)는 베어링 하우징(10)의 내주면에 형성된 구멍이다. 급유구(11)는 직경 방향 내측(R1)을 향한다. 급유구(11)의 방향은, 급유구(11)의 출구에 있어서의, 급유구(11)의 중심 축의 방향이며, 급유구(11)로부터 분사되는 윤활유의 흐름(F)의 방향이다. 급유구(11)는 상류측 패드(20A)와 하류측 패드(20B)의 패드간 스페이스(S2)를 향한다. 직경 방향(R)으로부터 본 급유구(11)의 출구의 형상은, 예를 들어 원형이다.

패드(20)(베어링 패드)는 도 1에 도시되는 바와 같이, 회전축(5)을 지지하는, 대략 판형의 부재이다. 패드(20)는 복수 마련되고, 예를 들어 5장 마련된다. 복수의 패드(20)는 베어링 하우징(10)의 내주면에 배열되고, 회전축(5)의 둘레에 배열되고, 회전 방향(C)으로 배열된다. 패드(20)는 도 1 및 도 3에 있어서 모식적으로 도시된 지지점(20p)에서, 베어링 하우징(10)의 내주면과 접촉한다. 도 1에 도시되는 패드(20)는 축방향(Z)으로 직교하는 단면 내에서, 지지점(20p)을 중심으로 요동할 수 있다. 각 패드(20)는 각 패드(20)에 작용하는 하중의 크기에 따라, 베어링 하우징(10)에 대하여 최적인 각도로 경사진다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 패드(20)의 표면 중, 회전축(5)과 대향하는 표면을 패드 베어링면(20s)이라고 한다. 패드 베어링면(20s)은 윤활유를 사이에 두고 회전축(5)에 대면한다. 패드(20)는 지금(21)과, 화이트 메탈(22)을 구비한다. 지금(21)은 예를 들어 두께 수십 mm이며, 일반적인 금속 중에서 열전도율이 비교적 높은 금속이다. 화이트 메탈(22)은 지금(21)의 직경 방향 내측(R1) 표면에 코팅된 것이며, 패드 베어링면(20s)을 형성한다. 화이트 메탈(22)은 예를 들어 두께 수 mm이며, 일반적인 금속 중에서 비교적 부드럽고, 친숙성이 좋은 금속이다. 또한, 화이트 메탈(22)을 화이트 메탈(22) 이외의 금속으로 대신해도 된다.

(패드(20)의 온도 상승 등)

이 패드(20)의 설치 방식은, 일반적으로 2가지로 분류된다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 회전축(5)으로부터 틸팅 패드 베어링(1)에 작용하는 베어링 하중의 작용선(도 1에 있어서의 「90°」를 참조)이 2개의 패드(20) 사이를 통과하도록, 패드(20)가 설치되는 방식은, Load Between Pads(이하 LBP)라고 불린다. LBP에서는, 작용선의 양옆에 있는 패드(20)가 다른 패드(20)에 비교하여 큰 부하를 받는다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 회전축(5)으로부터 틸팅 패드 베어링(1)에 작용하는 베어링 하중을 1개의 패드(20)에 작용시키도록, 패드(20)가 설치되는 방식은, Load On Pad(이하 LOP)라고 불린다. LOP에서는, 작용선이 통과하는 패드(20)가 다른 패드(20)에 비교하여 큰 부하를 받는다. 다른 패드(20)에 비교하여 큰 부하를 받는 패드(20)에서는, 윤활유의 점성 발열에 의한 온도 상승이 높아진다. 또한, 회전축(5)으로부터 틸팅 패드 베어링(1)에 작용하는 베어링 하중은, 회전축(5)의 자중과, 회전축(5)에 연결되어 있는 기어 등으로부터 회전축(5)을 통하여 패드(20)에 작용하는 힘의 합력이다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 이 패드(20)의 패드 베어링면(20s)과 회전축(5) 사이에는, 간극(S1)이 있다. 윤활유가 간극(S1)에 유입되고, 유막이 형성된다. 회전축(5)이 회전하면, 윤활유가 간극(S1)에서 회전 방향 하류측(C2)으로 빨려 들어감으로써, 패드(20)에 대하여 회전축(5)을 부상시키는, 쐐기 효과가 발생한다. 이때, 윤활유는, 간극(S1)을 회전 방향 하류측(C2)으로 흐른다. 그 때의 점성 마찰에 의해, 윤활유의 온도가 상승한다. 이 때문에, 1개의 패드(20)와 회전축(5)의 간극(S1)에 있어서의 윤활유의 온도는, 회전 방향 하류측(C2) 만큼 높아진다. 그 결과, 1개의 패드(20)에 있어서의 패드 베어링면(20s)의 온도도, 회전 방향 하류측(C2) 만큼 높아진다. 또한, 패드(20)의 회전 방향 하류측(C2) 단부의 온도는, 패드(20)의 축방향(Z) 중앙 만큼 높아진다. 패드 베어링면(20s)의 온도가 너무 높아지면, 패드(20)가 소손될 우려가 있다. 특히, 패드 베어링면(20s)으로서 화이트 메탈(22)이 사용된 경우, 화이트 메탈(22)은 융점이 낮으므로(지금(21)보다도 낮음), 패드(20)의 소손이 발생하기 쉽다. 패드(20)가 소손되면, 틸팅 패드 베어링(1)이 베어링으로서 적절하게 기능하지 않게 될 우려가 있다. 그 때문에, 틸팅 패드 베어링(1)을 구비하는 기계의 고장으로 연결될 우려가 있다. 그 때문에, 패드(20)를 냉각함으로써 패드 베어링면(20s)을 냉각하고, 패드 베어링면(20s)의 온도 상승을 억제하는 것이 중요하다. 특히, 도 1에 도시되는 복수의 패드(20) 중, 회전축(5)으로부터의 베어링 하중을 받는 패드(20)의, 회전 방향 하류측(C2) 단부를 냉각하는 것이 바람직하고, 패드(20) 온도의 억제에 효과적이다.

핀부(30)(돌기부)는 패드(20)와 윤활유의 전열 면적을 넓게 함으로써, 패드(20)를 냉각하기 위한 부분이다. 핀부(30)는 적어도, 복수의 패드(20) 중 회전축(5)으로부터의 베어링 하중을 받는 패드(20)에 마련된다. LBP의 경우, 핀부(30)는 적어도, 베어링 하중의 작용선의 양옆(회전 방향 상류측(C1) 및 회전 방향 하류측(C2))에 배치되는 패드(20)에 마련된다. 도 2에 도시되는 LOP의 경우, 핀부(30)는 적어도, 베어링 하중의 작용선이 통과하는 패드(20)에 마련된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 핀부(30)는 패드(20)의 표면에 마련된다. 핀부(30)는 패드(20)의 표면 중, 패드 베어링면(20s) 이외의 표면에 마련된다.

이 핀부(30)는 이하와 같이 마련되는 것이 바람직하다. 핀부(30)는 핀부(30)를 구비하지 않는 종래의 패드가 갖고 있는 베어링으로서의 성능을 확보할 수 있도록 마련된다. 더 상세하게는, 핀부(30)는 회전축(5)을 지지하는 지지력, 패드(20)의 강성 및 틸팅 패드 베어링(1)에 의한 감쇠 특성(진동 억제 효과)을 확보할 수 있도록 마련된다. 핀부(30)는 회전축(5)을 지지하는 데 필요한 수압 면적을 패드 베어링면(20s)이 갖도록 마련된다. 예를 들어, 종래의 패드에 홈을 파는 형태로 핀부(30)를 형성하면, 지지력이나 강성을 확보할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 예를 들어 핀부(30)는 종래의 패드의 외측에 핀부(30)를 추가하도록 마련된다.

이 핀부(30)는 패드(20)의 표면 중에서 온도가 높은 부분에 마련되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 핀부(30)는 패드(20)의 회전 방향 하류측(C2)의 단부의 표면에 마련된다. 핀부(30)는 효율적으로 방열하기 위해서, 화이트 메탈(22)보다도 열전도율이 높은 지금(21)의 부분에 마련된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 핀부(30)는 적어도, 패드(20)의 폭 방향 중앙부에 마련된다. 패드(20)의 폭 방향은, 축방향(Z)이다. 「패드(20)의 폭 방향 중앙부」의 폭(W1)은, 패드(20)의 전체 폭(W2)의 1/3이다. 핀부(30)는 패드(20)의 폭 방향의 일단부로부터 타단부에 걸치는 전체(전체 폭)에 마련된다.

이 핀부(30)는 종래의 패드와 비교하여, 도 3에 도시된 패드 베어링면(20s)보다도 직경 방향 외측(R2) 부분의 패드(20)의 열용량이 저하되지 않도록 마련되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 종래의 패드의 패드 베어링면(20s)보다도 직경 방향 외측(R2) 부분에 홈을 팜(도려냄, 에임)으로써 핀부(30)를 형성한 경우에 대하여 생각한다. 그러면, 패드 베어링면(20s)보다도 직경 방향 외측(R2) 부분의 패드(20)의 체적이 줄어들고, 핀부(30)와 패드 베어링면(20s) 사이에 얇은 부분(20c)이 형성된다. 그러면, 이 얇은 부분(20c)의 열용량이 작은 것에 의한 열 포화에 의해, 핀부(30)를 마련하지 않은 경우에 비해, 오히려 패드(20)의 온도를 상승시키는 경우가 있다. 그래서, 도 3에 도시된 바와 같이, 핀부(30)는 패드 베어링면(20s)보다도 회전 방향 하류측(C2)에 마련된다. 축방향(Z)으로부터 보았을 때, 핀부(30)의 저부(30a)는 패드 베어링면(20s)의 회전 방향 하류측(C2)의 단으로부터 직경 방향(R)을 따라 직경 방향 외측(R2)으로 연장시킨 가상선(L)과, 가상선(L)보다도 회전 방향 하류측(C2)의 부분을 포함하는 영역 내에 있다. 예를 들어, 저부(30a)는 종래의 패드 표면을 따르도록 배치된다. 축방향(Z)으로부터 본 저부(30a)의 단면은 직선형이다.

이 핀부(30)는 패드(20)의 회전 방향(C)에 있어서의 단부의 표면(본 실시 형태에서는 회전 방향 하류측(C2)의 단부의 표면)에만 마련된다. 이 경우, 종래의 틸팅 패드 베어링의 베어링 하우징(10)의 직경을 바꾸는 일 없이, 본 실시 형태의 틸팅 패드 베어링(1)을 적용할 수 있다. 따라서, 종래의 틸팅 패드 베어링으로부터, 본 발명의 틸팅 패드 베어링(1)으로 용이하게 교환할 수 있다. 그 결과, 틸팅 패드 베어링(1)이 마련되는 기계를 개조할 필요가 없다.

이 핀부(30)의 높이는, 다음과 같이 설정되는 것이 바람직하다. 「핀부(30)의 높이 」란, 저부(30a)로부터 회전 방향 하류측(C2)으로의 핀부(30)의 치수이다. 핀부(30)가 마련된 1개의 패드(20)를 상류측 패드(20A)라고 하고, 상류측 패드(20A)보다도 1개만큼 회전 방향 하류측(C2)에(이웃에) 배치되는 패드(20)를 하류측 패드(20B)라고 한다. 상류측 패드(20A)와 하류측 패드(20B) 사이를, 패드간 스페이스(S2)라고 한다. 이때, 패드간 스페이스(S2)에서 윤활유가 대류하기 쉽도록, 핀부(30)의 높이가 설정된다. 구체적으로는, 핀부(30)의 높이는, 회전 방향(C)에 있어서의 상류측 패드(20A)와 하류측 패드(20B)의 간격(최단 거리)의, 1/5 이하이다. 핀부(30)와 윤활유로 열을 전달하기 쉽게 하기 위해서, 핀부(30)의 높이는, 상기 간격의 1/10 이상인 것이 바람직하다.

이 핀부(30)의 회전 방향 상류측(C1) 단부 또한 직경 방향 내측(R1) 단부와, 화이트 메탈(22)의 회전 방향 하류측(C2) 단부에는 연속된 모따기부가 있다. 모따기부가 있음으로써, 패드(20) 및 핀부(30)의 파손을 억제할 수 있다. 핀부(30)는 서로 평행으로 배치되는 복수의 핀(31)(돌기)을 갖는다. 또한, 도 4에서는, 복수의 핀(31) 중 일부에만 부호를 붙였다(도 6, 도 8에 대해서도 마찬가지).

핀(31)은 핀(31)끼리의 간극에 윤활유가 흐를 수 있도록 배치된다. 핀(31)의 수는 많을수록 좋다. 핀(31)의 두께는, 예를 들어 약 1mm이다. 핀(31)끼리의 간격은, 예를 들어 약 1mm이다. 복수의 핀(31) 각각은, 직경 방향(R) 및 회전 방향(C)으로 연장된다(축방향(Z)에 직교하는 방향으로 연장된다). 복수의 핀(31) 사이의 간극은, 핀부(30)를 직경 방향(R)으로 관통한다.

(윤활유의 흐름)

윤활유는, 도 3에 도시된 틸팅 패드 베어링(1) 외부에 있는 기름 펌프(도시없음)로부터, 틸팅 패드 베어링(1)으로 공급된다. 윤활유는, 급유구(11)를 통하여, 패드간 스페이스(S2)에 공급된다. 온도가 낮은 윤활유가 패드간 스페이스(S2)에서 대류함으로써, 온도가 높은 패드(20)의 열이, 핀부(30)을 통하여 윤활유로 전달된다. 그 결과, 패드(20)의 온도가 저하된다. 핀부(30)로부터 열이 전달됨으로써 온도가 높아진 윤활유는, 회전축(5)과 하류측 패드(20B)의 간극을 통과한 뒤, 틸팅 패드 베어링(1)의 외측으로 배출된다. 핀(31)(도 4 참조)이 축방향(Z)에 직교하는 방향으로 연장되므로, 핀(31) 사이의 윤활유는, 직경 방향(R) 및 회전 방향(C)으로 흐르기 쉽다. 따라서, 패드간 스페이스(S2)에서 윤활유의 대류가 유도 야기되기 쉽다. 따라서, 패드간 스페이스(S2)로부터, 하류측 패드(20B)측으로 윤활유가 공급되기 쉽다.

(제1 발명의 효과)

도 1에 도시되는 틸팅 패드 베어링(1)에 의한 효과는 다음과 같다. 틸팅 패드 베어링(1)은 베어링 하우징(10)과, 복수의 패드(20)와, 핀부(30)를 구비한다. 패드(20)는 베어링 하우징(10)의 내주면에 배열되어, 회전축(5)을 지지한다.

[구성 1-1] 핀부(30)는 패드(20)의 표면에 마련되고, 복수의 핀(31)(도 4 참조)을 갖는다.

[구성 1-2] 도 3에 도시된 바와 같이, 핀부(30)는 패드(20)의 표면 중 회전축(5)과 대향하는 표면인 패드 베어링면(20s) 이외의 표면에 마련된다.

상기 [구성 1-1]에 따라, 패드(20)의 열을, 복수의 핀(31)(도 4 참조)을 통하여 윤활유에 전할 수 있다. 따라서, 패드(20)를 냉각할 수 있는 결과, 패드(20)의 소손을 억제할 수 있다. 추가로, 틸팅 패드 베어링(1)은 상기 [구성 1-2]를 구비한다. 따라서, 패드 베어링면(20s)에 의한, 회전축(5)의 하중을 지지하는 능력(하중 지지 능력)이 핀부(30)에 의해 저하되는 경우가 없다. 또한, 상기 [구성 1-2]에 따라, 패드 베어링면(20s)과 회전축(5)의 간극(S1)에 윤활유의 유막이 형성된다. 따라서, 간극(S1)에 형성되는 유막에 의한 감쇠 효과가, 핀부(30)에 의해 저하되는 경우가 없다. 따라서, 틸팅 패드 베어링(1)에서는, 하중 지지 능력 및 감쇠 효과를 확보하고, 또한, 패드(20)를 냉각할 수 있다. 그 결과, 틸팅 패드 베어링(1)을 갖는 기계의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

(제2 발명의 효과)

[구성 2] 핀부(30)는 패드(20)의 회전 방향 하류측(C2)의 단부 표면에 마련된다.

상기 [구성 2]에서는, 핀부(30)는 패드(20)의 표면 중, 다른 표면에 비하여 온도가 높은 회전 방향 하류측(C2)의 단부 표면에 마련된다. 따라서, 다른 표면에 핀부(30)가 마련되는 경우에 비해, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제3 발명의 효과)

[구성 3] 축방향(Z)으로부터 보았을 때, 핀부(30)의 저부(30a)는 패드 베어링면(20s)의 회전 방향 하류측(C2)의 단으로부터 직경 방향(R)을 따라 직경 방향 외측(R2)으로 연장시킨 가상선(L)과, 가상선(L)보다도 회전 방향 하류측(C2)의 부분을 포함하는 영역 내에 있다.

상기 [구성 3]에서는, 가상선(L)보다도 회전 방향 상류측(C1)에 저부(30a)가 있을 경우에 비해, 패드 베어링면(20s)보다도 직경 방향 외측(R2) 부분의 패드(20)의 열용량이 크다. 더 상세하게는, 예를 들어 도 10에 도시된 얇은 부분(20c)이 없다. 따라서, 도 3에 도시된, 패드(20)의 온도 상승을 억제할 수 있으므로, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제10 발명의 효과)

핀부(30)는 패드(20)의 회전 방향 하류측(C2)의 단부 표면에 마련된다. 핀부(30)가 마련된 패드(20)를 상류측 패드(20A)라고 하고, 상류측 패드(20A)보다도 1개만큼 회전 방향 하류측(C2)에 배치되는 하류측 패드(20B)라고 한다.

[구성 10] 저부(30a)로부터 회전 방향 하류측(C2)으로의 핀부(30)의 높이는, 상류측 패드(20A)와 하류측 패드(20B)의 간격의 1/5 이하이다.

상기 [구성 10]에 따라, 핀부(30)가 너무 높은 경우에 비해, 상류측 패드(20A)와 하류측 패드(20B)의 패드간 스페이스(S2)에서, 윤활유가 대류하기 쉽다. 따라서, 핀부(30)로부터 윤활유로 열이 전해지기 쉽고, 또한, 패드간 스페이스(S2)로부터 하류측 패드(20B)측으로 윤활유가 공급되기 쉽다. 따라서, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제11 발명의 효과)

[구성 11] 도 4에 도시된 바와 같이, 핀부(30)(돌기부)는 서로 평행으로 배치되는 복수의 핀(31)을 갖는다.

상기 [구성 11]에 따라, 서로 평행하지 않은 돌기부가 마련되는 경우에 비해, 핀(31)끼리의 간극을 윤활유가 흐르기 쉽다. 따라서, 핀부(30)로부터 윤활유로 열이 전해지기 쉽다. 따라서, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제12 발명의 효과)

[구성 12] 복수의 핀(31) 각각은, 직경 방향(R) 및 회전 방향(C)으로 연장되고, 축방향(Z)으로 배열된다.

상기 [구성 12]에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 윤활유는, 직경 방향(R) 및 회전 방향(C)으로 흐르기 쉽다. 따라서, 직경 방향(R)으로 연장되는 핀(31)(도 4 참조, 이하 핀(31)에 대하여 마찬가지)을 따라, 윤활유가 직경 방향(R)으로 흐름으로써, 핀부(30)로부터 윤활유로 열이 전해지기 쉽다. 또한, 회전 방향(C)으로 연장되는 핀(31)을 따라, 윤활유가 회전 방향(C)으로 흐름으로써, 윤활유가 하류측 패드(20B)에 공급되기 쉽다. 따라서, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제13 발명의 효과)

베어링 하우징(10)은 베어링 하우징(10) 내에 윤활유를 공급하는 급유구(11)를 구비한다. [구성 13] 복수의 핀(31) 각각은, 급유구(11)에 의한 윤활유의 공급 방향과 평행으로 연장된다.

상기 [구성 13]에 따라, 윤활유가 핀(31)끼리의 간극을 통하여 흐르기 쉽다. 따라서, 핀부(30)로부터 윤활유로 열이 전해지기 쉽다. 따라서, 패드(20)를 보다냉각할 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 5 내지 도 7을 참조하여, 제2 실시 형태의 틸팅 패드 베어링(201)에 대해서, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 또한, 제2 실시 형태의 틸팅 패드 베어링(201) 중, 제1 실시 형태와의 공통점에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략했다(공통점의 설명을 생략하는 점에 대해서는 다른 실시 형태의 설명도 마찬가지). 상위점은, 도 5에 도시된 급유구(211)의 방향이다.

급유구(211)는 다음과 같이 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 실시 형태의 급유구(11)는 직경 방향 내측(R1)을 향하고 있었다. 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시 형태의 급유구(211)는 핀부(30)를 향한다. 급유구(211)는 회전 방향 상류측(C1) 또한 직경 방향 내측(R1)을 향하도록, 직경 방향(R)에 대하여 기울여지고, 예를 들어 직경 방향(R)에 대하여 약 45° 기울여진다. 여기서, 도 6에 도시되는 패드(20)의 온도는, 패드(20)의 폭 방향 양단부로부터 패드(20)의 폭 방향 중앙부(축방향(Z) 중앙부)를 향할수록 높아지는 분포로 된다. 그래서, 급유구(211)는 패드(20)의 폭 방향 중앙부에 마련된 핀부(30)를 향한다. 따라서, 패드(20) 및 핀부(30) 중에서 온도가 높은 부위에, 온도가 낮은 윤활유를 직접 분사할 수 있으므로, 패드(20)를 냉각하는 효과가 보다 높아진다. 그 결과, 패드(20)의 온도를 저하시키기 위하여 필요한 윤활유의 공급량을 억제할 수 있다. 그 결과, 고가인 기름 펌프의 용량을 크게 할 필요가 없다. 또한, 급유구(211)에 연결되는 급유 배관을 대직경화할 필요가 없다. 또한, 패드(20)의 폭 방향의 양단부(도 6의 전체 폭 W2 중 폭 W1을 제외한 범위)에서도 온도 상승이 발생하고 있어, 윤활유로 냉각하는 것이 가능하기 때문에, 패드(20)의 폭 방향의 양단부에도 윤활유를 분사하는 것이 보다 바람직하다(하기).

하기의 3종류의 틸팅 패드 베어링에 대해서, 패드(20)의 최고 온도를 비교하였다.

·종래 기술: 도 3에 도시되는 핀부(30)를 구비하지 않고, 제1 실시 형태와 마찬가지의 급유구(11)를 구비하는, 종래의 틸팅 패드 베어링.

·제1 실시 형태: 핀부(30)와, 직경 방향 내측(R1)을 향하는 급유구(11)를 구비하는 틸팅 패드 베어링(1).

·제2 실시 형태: 도 5에 도시된 바와 같이, 핀부(30)와, 핀부(30)를 향하는 급유구(211)를 구비하는 틸팅 패드 베어링(201).

비교 결과를 나타내는 그래프를 도 7에 도시하였다. 도 7에서는, 도 1에 도시되는 LBP에서 베어링 하중을 받는 2개의 패드(20)(패드 20-1 및 패드 20-2) 각각의 최고 온도를 나타냈다. 그래프에 도시되는 바와 같이, 핀부(30)(도 3 참조)가 없는 종래 기술에 비해, 핀부(30)가 있는 제1, 제2 실시 형태에서는, 패드(20)의 최고 온도가 저하되었다. 또한, 제1 실시 형태에 비해, 제2 실시 형태에서는, 도 5에 도시되는 급유구(211)를 핀부(30)를 향하게 함으로써 패드(20)의 최고 온도가 더 저하되었다.

(제4 발명의 효과)

도 5에 도시되는 틸팅 패드 베어링(201)에 의한 효과는 다음과 같다. 베어링 하우징(10)은 베어링 하우징(10) 내에 윤활유를 공급하는 급유구(211)를 구비한다.

[구성 4] 급유구(211)는 핀부(30)를 향한다.

상기 [구성 4]에 따라, 간극(S1)을 통한 윤활유보다도 온도가 낮은 윤활유를, 급유구(211)로부터 핀부(30)에 닿게 할 수 있다. 따라서, 핀부(30)를 보다 냉각할 수 있으므로, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제5 발명의 효과)

[구성 5] 도 6에 도시되는 패드(20)의 폭 방향은, 축방향(Z)이다. 급유구(211)는 패드(20)의 폭 방향 중앙부에 마련된 핀부(30)를 향한다.

상기 [구성 5]에 따라, 급유구(211)는 패드(20) 및 핀부(30) 중에서 온도가 높은 부분을 향하여 윤활유를 분사할 수 있다. 따라서, 핀부(30)를 보다 냉각할 수 있으므로, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 8을 참조하여, 제3 실시 형태의 틸팅 패드 베어링(301)에 대해서, 제2 실시 형태(도 6 참조)와의 상위점을 설명한다. 상위점은, 급유구(311)의 형상이다. 제2 실시 형태의 급유구(211)의 단면 형상은, 원형이었다. 한편, 제3 실시 형태의 급유구(311)는 핀부(30)의(패드(20)의) 폭 방향의 넓은 범위를 향하여 윤활유를 분사할 수 있는 형상을 갖는다. 급유구(311)는 핀부(30)의 길이 방향과 평행으로 연장되는 슬릿형이다. 급유구(311)의 길이 방향, 핀부(30)의 길이 방향 및 패드(20)의 폭 방향은, 축방향(Z)이다. 급유구(311)는 적어도 패드(20)의 폭 방향 중앙부에 마련된 핀부(30)를 향한다. 급유구(311)의 길이 방향의 폭(W3)은, 패드(20)의 폭 방향 중앙부의 폭(W1)(전체 폭(W2)의 1/3)보다도 큰 것이 바람직하다. 급유구(311)의 길이 방향의 폭(W3)은, 패드(20)의 전체 폭(W2) 이상인 것이 더 바람직하다. 급유구(311)의 길이 방향의 폭(W3)은, 핀부(30)의 전체 폭(=W2) 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 폭 W3의 너비는, 전체 폭 W2의 너비와 같다. 급유구(311)로부터 분사되는 윤활유는, 급유구(311)의 길이 방향에 있어서 균일하게 분사된다.

(제6 발명의 효과)

도 8에 도시되는 틸팅 패드 베어링(301)에 의한 효과는 다음과 같다.

[구성 6] 핀부(30)는 길이 방향을 갖는다. 급유구(311)는 핀부(30)의 길이 방향과 평행으로 연장되는 슬릿형이다.

상기 [구성 6]에 의해, 급유구(311)는 핀부(30)의 길이 방향의 넓은 범위를 향하여 윤활유를 분사할 수 있다. 따라서, 핀부(30)를 보다 냉각할 수 있으므로, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제7 발명의 효과)

패드(20)의 폭 방향, 핀부(30)의 길이 방향 및 급유구(311)의 길이 방향은, 축방향(Z)이다. 급유구(211)는 패드(20)의 폭 방향 중앙부에 마련된 핀부(30)를 향한다.

[구성 7] 패드(20)의 폭 방향 중앙부의 폭(W1)을 패드(20)의 전체 폭(W2)의 1/3이라 했을 때, 급유구(311)의 길이 방향 폭(W3)은, 패드(20)의 폭 방향 중앙부의 폭(W1)보다도 넓다.

상기 [구성 7]에서는, 급유구(311)의 폭(W3)이 패드(20)의 중앙부의 폭(W1) 이하인 경우에 비해, 급유구(311)는 핀부(30)의 길이 방향의 보다 넓은 범위를 향하여 윤활유를 분사할 수 있다. 따라서, 핀부(30)를 보다 냉각할 수 있으므로, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제8 발명의 효과)

[구성 8] 급유구(311)의 길이 방향 폭(W3)은, 패드(20)의 전체 폭(W2) 이상이다.

상기 [구성 8]에서는, 급유구(311)의 폭(W3)이 패드(20)의 전체 폭(W2) 미만인 경우에 비해, 급유구(311)는 핀부(30)의 길이 방향의 보다 넓은 범위를 향하여 윤활유를 분사할 수 있다. 따라서, 핀부(30)를 보다 냉각할 수 있으므로, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다.

(제4 실시 형태)

도 9를 참조하여, 제4 실시 형태의 틸팅 패드 베어링(401)에 대해서, 제2 실시 형태(도 5 참조)와의 상위점을 설명한다. 상위점은, 핀부(30)의 저부(430a)의 형상이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시 형태에서는, 축방향(Z)으로부터 본 저부(30a)의 단면은, 직경 방향(R)으로 연장되는 직선형이었다. 이하, 「단면」은, 축방향(Z)으로부터 본 단면이라고 한다. 한편, 도 9에 도시되는 바와 같이, 제4 실시 형태에서는, 저부(430a)의 단면은, 윤활유의 대류를 촉진하는 형상을 갖고, 회전 방향 상류측(C1)으로 오목한 형상이며, 원호형이다. 상기 「원호형」은 대략 원호형이어도 된다. 급유구(211)는 저부(430a)를 향한다.

(제9 발명의 효과)

도 9에 도시되는 틸팅 패드 베어링(401)에 의한 효과는 다음과 같다.

[구성 9] 핀부(30)의 저부(430a)의 단면은, 오목한 원호형이다.

상기 [구성 9]에 따라, 저부(430a)를 따라 윤활유가 대류하기 쉽다. 따라서, 핀부(30)로부터 윤활유로 열이 보다 전해지기 쉽고, 패드(20)를 보다 냉각할 수 있다. 또한, 윤활유가 저부(430a)를 따라 대류하기 쉬우므로, 패드간 스페이스(S2)에서의 윤활유의 대류가 유도 야기되기 쉽다. 따라서, 하류측 패드(20B)와 회전축(5)의 간극에 윤활유를 보다 공급할 수 있고, 하류측 패드(20B)를 보다 냉각할 수 있다.

(변형예)

서로 다른 실시 형태의 구성 요소끼리가 조합되어도 된다. 예를 들어, 제3실시 형태의 슬릿형의 급유구(311)(도 8 참조)와, 제4 실시 형태의 원호형의 저부(430a)(도 9 참조)가 조합되어도 된다.

상기 실시 형태의 구성 요소의 일부가 마련되지 않아도 된다. 예를 들어, 도 1에서는 LBP의 경우에 2개의 패드(20)에 핀부(30)가 마련된 것을 나타냈지만, 1개의 패드(20)에만 핀부(30)가 마련되어도 된다.

상기 실시 형태의 구성 요소의 수는 변경되어도 된다. 예를 들어, LBP의 경우에 3이상의 패드(20)에 핀부(30)가 마련되어도 된다. 도 2에 도시되는 LOP의 경우에 2이상의 패드(20)에 핀부(30)가 마련되어도 된다. 패드(20)의 매수는, 상기 실시 형태에서는 5장이었지만, 4장 이하나 6장 이상이어도 된다.

도 3에 도시되는 급유구(11)의 구성(수, 위치, 방향 등)은 변경되어도 된다(급유구 211, 급유구 311도 마찬가지). 예를 들어, 급유구(11)는 축방향(Z)을 향해도 된다. 이 경우, 급유구(11)는 예를 들어 패드(20)와 축방향(Z)으로 대향하는 위치 등에 배치된다.

핀부(30)의 구성은 변경되어도 된다. 예를 들어, 핀부(30)는 윤활유와 패드(20)의 온도 차가 큰 위치에 마련됨으로써 큰 냉각 효과가 얻어지지만, 이 온도 차가 작은 위치에 마련되어도 된다. 핀부(30)는 패드(20)의 회전 방향 하류측(C2)의 단부의 표면 대신에(또는 부가해서), 회전 방향 하류측(C2)의 단부 표면 이외의 표면에 마련되어도 된다. 핀부(30)는 패드(20)의 회전 방향 상류측(C1)의 단부 표면, 직경 방향 외측(R2)의 단부 표면 및 축방향(Z) 외측의 단부 표면 중 적어도 어느 것에 마련되어도 된다.

도 4에 도시되는 핀(31)이 연장되는 방향 및 복수의 핀(31)이 배열되는 방향은 변경되어도 된다. 핀(31)이 연장되는 방향은, 상기 실시 형태에서는 축방향(Z)에 직교하는 방향이었지만, 직경 방향(R)에 직교하는 방향이어도 되고, 회전 방향(C)에 직교하는 방향이어도 된다. 핀(31)이 배열되는 방향은, 상기 실시 형태에서는 축방향(Z)이었지만, 직경 방향(R)이어도 되고, 회전 방향(C)이어도 된다. 핀(31)이 연장되는 방향은, 회전 방향(C), 직경 방향(R) 및 축방향(Z) 중 적어도 어느 방향에 대하여 비스듬한 방향이어도 된다(복수의 핀(31)이 배열되는 방향에 대해서도 마찬가지).

도 10에 도시되는 바와 같이, 핀부(30)의 저부(530a)는 가상선(L)보다도 회전 방향 상류측(C1)에 있어도 된다. 이 경우, 종래의 패드에 비하여 패드(20)를 냉각할 수 있게, 얇은 부분(20c)에서의 열용량을 확보할 수 있도록, 핀부(30)가 마련된다.

도 11에 도시되는 바와 같이, 핀부(30)(도 4 참조)는 돌기부(630)로 바꿔도 된다. 돌기부(630)는 복수의 돌기(631)를 갖는다. 돌기(631)는 기둥형이고, 사각 기둥이며, 원기둥 등이어도 된다. 돌기(631)가 사각 기둥인 경우, 원기둥 등에 비해, 용이하게 돌기(631)를 제조할 수 있다. 돌기(631)가 연장되는 방향 및 돌기(631)가 배열되는 방향은, 핀(31)(도 4 참조)이 연장되는 방향 및 핀(31)이 배열되는 방향과 마찬가지로, 다양하게 설정 가능하다. 돌기(631)는 기둥형이 아니어도 된다.

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 양태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러가지 변경이나 수정을 가할 수 있음은 당업자에게는 명확하다.

본 출원은, 2016년 2월 2일 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2016-018116)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 틸팅 패드 저널 베어링은, 하중 지지 능력 및 감쇠 효과를 확보하면서, 패드를 냉각할 수 있고, 각종 펌프나 블로워에 유용하다.

1, 201, 301, 401: 틸팅 패드 베어링(틸팅 패드 저널 베어링)
10: 베어링 하우징
11, 211, 311: 급유구
20: 패드
20A: 상류측 패드
20B: 하류측 패드
20s: 패드 베어링면
30: 핀부(돌기부)
31: 핀(돌기)
630: 돌기부
631: 돌기
C2: 회전 방향 하류측(회전축 회전 방향 하류측)
L: 가상선

Claims

베어링 하우징과,
상기 베어링 하우징의 내주면에 배열되어, 회전축을 지지하는 복수의 패드와,
상기 패드의 표면에 마련되고, 복수의 돌기를 갖는 돌기부
를 구비하고,
상기 돌기부는, 상기 패드의 회전축 회전 방향 하류측의 단부의 표면에 마련되고,
회전축 축방향으로부터 보았을 때, 상기 돌기부의 저부는, 상기 패드 베어링면의 회전축 회전 방향 하류측의 단으로부터 회전축 반경 방향을 따라서 회전축 반경 방향 외측으로 연장시킨 가상선과, 상기 가상선보다도 회전축 회전 방향 하류측의 부분을 포함하는 영역 내에 있는,
틸팅 패드 저널 베어링.
제1항에 있어서,
상기 베어링 하우징은, 상기 베어링 하우징 내에 윤활유를 공급하는 급유구를 구비하고,
상기 급유구는, 상기 돌기부를 향하는,
틸팅 패드 저널 베어링.
제2항에 있어서,
상기 패드의 폭 방향은, 회전축 축방향이며,
상기 급유구는, 상기 패드의 폭 방향 중앙부에 마련된 상기 돌기부를 향하는,
틸팅 패드 저널 베어링.
제2항에 있어서,
상기 돌기부는, 길이 방향을 갖고,
상기 급유구는, 상기 돌기부의 길이 방향과 평행으로 연장되는 슬릿형인,
틸팅 패드 저널 베어링.
제4항에 있어서,
상기 패드의 폭 방향, 상기 돌기부의 길이 방향 및 상기 급유구의 길이 방향은, 회전축 축방향이며,
상기 급유구는, 상기 패드의 폭 방향 중앙부에 마련된 상기 돌기부를 향하고,
상기 패드의 폭 방향 중앙부의 폭을 상기 패드의 전체 폭의 1/3로 했을 때, 상기 급유구의 길이 방향의 폭은, 상기 패드의 폭 방향 중앙부의 폭보다도 넓은,
틸팅 패드 저널 베어링.
제5항에 있어서,
상기 급유구의 길이 방향의 폭은, 상기 패드의 전체 폭 이상인,
틸팅 패드 저널 베어링.
제1항에 있어서,
상기 돌기부의 저부의 단면은, 오목한 원호형인,
틸팅 패드 저널 베어링.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는, 상기 패드의 회전축 회전 방향 하류측의 단부의 표면에 마련되고,
상기 돌기부의 저부로부터 회전축 회전 방향 하류측으로의 높이는, 상기 돌기부가 마련된 상기 패드인 상류측 패드와, 상기 상류측 패드보다도 1개만큼 회전축 회전 방향 하류측에 배치되는 하류측 패드의 간격의 1/5 이하인,
틸팅 패드 저널 베어링.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는, 서로 평행으로 배치되는 복수의 핀을 갖는 핀부인,
틸팅 패드 저널 베어링.
제9항에 있어서,
복수의 상기 핀 각각은, 회전축 직경 방향 및 회전축 회전 방향으로 연장되고, 회전축 축방향으로 배열되는,
틸팅 패드 저널 베어링.
제9항에 또는 제10항에 있어서,
상기 베어링 하우징은, 상기 베어링 하우징 내에 윤활유를 공급하는 급유구를 구비하고,
복수의 상기 핀 각각은, 상기 급유구에 의한 윤활유의 공급 방향과 평행으로 연장되는,
틸팅 패드 저널 베어링.
베어링 하우징과,
상기 베어링 하우징의 내주면에 배열되어, 회전축을 지지하는 복수의 패드와,
상기 패드의 표면에 마련되고, 복수의 돌기를 갖는 돌기부
를 구비하고,
상기 돌기부는, 상기 패드의 회전축 회전 방향 하류측의 단부의 표면에 마련되고,
회전축 축방향으로부터 보았을 때, 상기 돌기부의 저부는, 상기 패드 베어링면의 회전축 회전 방향 하류측의 단으로부터 회전축 반경 방향을 따라서 회전축 반경 방향 외측으로 연장시킨 가상선과, 상기 가상선보다도 회전축 회전 방향 하류측의 부분을 포함하는 영역 내에 있고,
상기 패드와 직접 접촉하는 상기 돌기부의 저부는, 상기 패드와 직접 접촉하지 않는 상기 돌기부의 상부보다 직경 방향으로 넓은 것을 특징으로 하는,
틸팅 패드 저널 베어링.
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