KR20180112049A

KR20180112049A - 저널 베어링 및 회전 기계

Info

Publication number: KR20180112049A
Application number: KR1020187027234A
Authority: KR
Inventors: 다카시 나카노; 다네히로 시노하라; 다카아키 가이코기; 유이치로 와키; 유타카 오자와
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-10-11
Also published as: CN109072973A; DE112016006525T5; CN109072973B; WO2018029836A1; KR102115856B1; US10724573B2; US20190128321A1

Abstract

저널 베어링은, 원통형의 캐리어 링과, 상기 캐리어 링의 내주측에 설치되고, 로터축을 지지하도록 구성된 적어도 2개의 베어링 패드와, 상기 캐리어 링의 내주측에 설치되고, 상기 베어링 패드와 상기 로터축의 사이에 윤활유를 공급하기 위한 적어도 하나의 급유 유닛과, 상기 캐리어 링의 축 방향 일단부와 타단부에 상기 로터축의 외주를 따라서 설치된 한 쌍의 사이드 플레이트를 구비한다. 상기 적어도 2개의 베어링 패드와 상기 한 쌍의 사이드 플레이트에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간을 대기에 개방함과 함께, 상기 윤활유를 상기 베어링 내부 공간으로부터 외부로 배출하도록 구성된 적어도 하나의 개구를 갖는다.

Description

저널 베어링 및 회전 기계

본 개시는, 저널 베어링 및 회전 기계에 관한 것이다.

증기 터빈, 가스 터빈, 송풍기, 압축기 등의 회전 기계에 사용되는 저널 베어링이 널리 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 캐리어 링, 2개의 베어링 패드, 및 복수의 급유 노즐을 구비한 저널 베어링이 개시되어 있다. 급유 노즐은, 공급된 윤활유를 로터축의 외주면과 베어링 패드의 내주면의 사이에 공급하는 것이다.

일본 특허 제4764486호 공보 일본 특허공개 소58-180814호 공보 일본 특허공개 제2014-202268호 공보 일본 특허공개 제2003-176818호 공보 일본 특허공개 제2010-242842호 공보

본 발명자들은, 특허문헌 1이 개시하는 저널 베어링에서는, 베어링 패드에 충분한 두께의 오일 막을 형성하는 것이 어려운 경우가 있을 수 있다는 사실을 알게 되었다. 특히, 베어링 패드에 대한 로터축의 면압이 낮거나, 로터축이 저회전 영역에서 회전하거나 하는 경우에 있어서, 베어링 패드의 오일 막 두께를 충분히 확보하는 것이 어렵다는 사실이 밝혀졌다.

상술한 사정을 감안하여 본 발명의 적어도 일 실시 형태는, 베어링 패드에 있어서의 오일 막 두께를 충분히 확보 가능하며, 또한, 로터축의 교반 저항의 증대를 억제할 수 있는 저널 베어링 및 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 적어도 일 실시 형태에 따른 저널 베어링은,

원통형의 캐리어 링과,

상기 캐리어 링의 내주측에 설치되고, 로터축을 지지하도록 구성된 적어도 2개의 베어링 패드와,

상기 캐리어 링의 내주측에 설치되고, 상기 베어링 패드와 상기 로터축의 사이에 윤활유를 공급하기 위한 적어도 하나의 급유 유닛과,

상기 캐리어 링의 축 방향 일단부와 타단부에 상기 로터축의 외주를 따라서 설치된 한 쌍의 사이드 플레이트를

구비하며,

상기 적어도 2개의 베어링 패드와 상기 한 쌍의 사이드 플레이트에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간을 대기에 개방함과 함께, 상기 윤활유를 상기 베어링 내부 공간으로부터 외부로 배출하도록 구성된 적어도 하나의 개구를 갖는다.

본 발명자들에 의한 예의 검토 결과, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 종래의 저널 베어링에 있어서의 제1 베어링 패드의 오일 막 두께 부족 문제의 원인이, 베어링 패드에 캐리오버되는 윤활유의 부족에 있다는 사실을 알아내었다. 즉, 저널 베어링은, 헤드 차에 의해 윤활유가 캐리오버되기 어려운 점 외에도, 각각의 사이드 플레이트 내주면과 로터축의 외주면의 사이에 한 쌍의 사이드 플레이트에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간과 외부를 연통시키기 위한 간극을 갖고, 윤활유가 누설되기 쉽다. 이로 인해, 제1 베어링 패드에 캐리오버되는 윤활유가 적어져서, 제1 베어링 패드에 캐리오버되는 윤활유의 오일양이 부족하다. 따라서, 제1 베어링 패드의 상류측 직전의 제1 급유 유닛과, 제2 베어링 패드의 상류측 직전의 제2 급유 유닛의 토출 오일양이 동일하여도, 제2 베어링 패드에 비하여 제1 베어링 패드에서는 윤활유 부족이 되기 쉽다. 특히, 제1 베어링 패드 및 제2 베어링 패드에 대한 로터축의 면압이 낮거나, 로터축이 저회전 영역에서 회전하거나 하는 경우에는, 제1 베어링 패드에 캐리오버되는 윤활유가 적기 때문에, 제1 베어링 패드에 있어서의 윤활유 부족이 현저하다. 제1 베어링 패드에 공급되는 윤활유가 부족하면, 제1 베어링 패드는 입구에서부터 젖지 않기 때문에 오일 막 압력의 발생 영역이 좁아져서, 제1 베어링 패드의 오일 막이 얇아진다. 이에 의해, 제1 베어링 패드 및 제2 베어링 패드에 대한 로터축의 면압이 낮거나, 로터축이 저회전 영역에서 회전하거나 하는 경우에는, 로터축의 축심 궤적이 연직선상으로부터 벗어나서 저널 베어링의 등방성이 손상될 우려가 있다.

한편, 로터축의 외주면과 사이드 플레이트의 내주면 사이의 간극을 좁히면, 로터축의 외주면과 사이드 플레이트의 내주면의 사이로부터 누설되는 윤활유의 오일양을 저감할 수 있지만, 윤활유가 베어링 내부 공간에 충만되어, 로터축의 교반 저항이 증대될 우려가 있다.

이 점, 상기 (1)의 구성에 의하면, 사이드 플레이트의 내주면과 로터축의 외주면 사이의 간극을 좁혀도 윤활유가 베어링 내부 공간으로부터 개구를 통과하여 외부로 배출되므로, 베어링 내부 공간에 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축의 교반 저항의 증대를 억제할 수 있다.

(2) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,

상기 적어도 하나의 급유 유닛은, 상기 적어도 2개의 베어링 패드 사이에 끼워진 둘레 방향 위치에 설치된 급유 유닛을 포함한다.

상기 (2)의 구성에 의하면, 급유 유닛으로부터 로터축과 하류측 베어링 패드의 사이에 윤활유가 공급되고, 상류측 베어링 패드에서 사용된 윤활유와 급유 유닛으로부터 공급된 윤활유가 교환된다. 이에 의해, 하류측 베어링 패드에서는 급유 유닛으로부터 새롭게 공급된 윤활유로 로터축을 윤활할 수 있다.

(3) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서,

1개 이상의 상기 개구가, 상기 사이드 플레이트의 하반 영역에 설치된다.

상기 (3)의 구성에 의하면, 잉여의 윤활유가 사이드 플레이트의 하반 영역으로부터 배출된다. 이에 의해, 로터축의 교반 손실의 증대를 억제할 수 있다.

(4) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 구성에 있어서,

1개 이상의 상기 개구가, 상기 캐리어 링의 하반 영역에 설치된다.

상기 (4)의 구성에 의하면, 잉여의 윤활유가 캐리어 링의 하반 영역으로부터 배출된다. 이에 의해, 로터축의 교반 손실의 증대를 억제할 수 있다.

(5) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서,

상기 적어도 2개의 베어링 패드는,

상기 캐리어 링의 하반 영역의 내주측에 설치되는 제1 베어링 패드와,

상기 캐리어 링의 상기 하반 영역의 내주측에 있어서 상기 제1 베어링 패드보다도 상기 로터축의 회전 방향 하류측에 설치되고, 상기 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 제2 베어링 패드를

포함하고,

1개 이상의 상기 개구가, 상기 제1 베어링 패드와 상기 제2 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치에 설치된다.

상기 (5)의 구성에 의하면, 잉여의 윤활유가 제1 베어링 패드와 제1 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치로부터 배출된다. 이에 의해, 제1 베어링 패드와 제2 베어링 패드의 사이에 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축의 교반 손실의 증대를 억제할 수 있다.

(6) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (5)의 구성에 있어서,

상기 적어도 하나의 급유 유닛은,

상기 제1 베어링 패드의 상류측 직전에 위치하는 제1 급유 유닛과,

상기 제1 베어링 패드와 상기 제2 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치에 설치된 제2 급유 유닛

을 포함한다.

상기 (6)의 구성에 의하면, 제1 급유 유닛으로부터 제1 베어링 패드에 윤활유가 공급되고, 제2 급유 유닛으로부터 제2 베어링 패드에 윤활유가 공급된다. 이에 의해, 제1 베어링 패드로 사용된 윤활유와 제2 급유 유닛으로부터 공급된 윤활유가 교환되고, 제2 베어링 패드에서는 제2 급유 유닛으로부터 새롭게 공급된 윤활유로 로터축을 윤활할 수 있다.

(7) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (5) 또는 (6)의 구성에 있어서,

상기 캐리어 링의 상반 영역의 내주측에 설치되고, 상기 로터축의 외주면 중 상측 영역을 덮는 가이드 메탈을 더 구비하고,

상기 적어도 하나의 개구는, 상기 제1 베어링 패드와 상기 제2 베어링 패드 사이의 상기 둘레 방향 위치 외에도, 상기 가이드 메탈과 상기 제1 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치, 또는 상기 가이드 메탈과 상기 제2 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치의 적어도 한쪽에 설치되어 있다.

상기 (7)의 구성에 의하면, 잉여의 윤활유가 가이드 메탈과 제1 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치, 또는 가이드 메탈과 제2 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치로부터 배출된다. 이에 의해, 가이드 메탈과 제1 베어링 패드의 사이, 또는 가이드 메탈과 제2 베어링 패드의 사이에 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축의 교반 손실의 증대를 억제할 수 있다.

(8) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (5) 내지 (7) 중 어느 하나의 구성에 있어서,

상기 제2 베어링 패드의 하류측에 배치된 제3 급유 유닛을 더 구비한다.

상기 (8)의 구성에 의하면, 제3 급유 유닛으로부터 로터축으로 윤활유가 공급되므로, 제1 베어링 패드에 캐리 오버(공급)되는 윤활유가 증가한다.

(9) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 구성에 있어서,

상기 적어도 하나의 개구는, 상기 가이드 메탈의 연장 범위를 제외한 둘레 방향 위치 범위에 설치된다.

상기 (9)의 구성에 의하면, 가이드 메탈의 연장 범위로부터 윤활유가 누설되기 어려워져서, 헤드 차가 있는데도 불구하고 윤활유의 캐리 오버를 효과적으로 촉구할 수 있다.

(10) 본 발명의 적어도 일 실시 형태에 따른 회전 기계는,

상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 저널 베어링에 로터축이 지지된다.

상기 (10)의 구성에 의하면, 베어링 내부 공간에 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축의 교반 저항의 증대를 억제할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 의하면, 베어링 내부 공간에 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축의 교반 저항의 증대를 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 저널 베어링의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이며, 하우징에 지지된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시한 하우징에 지지된 저널 베어링의 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 단면도이다.
도 3은, 도 1에 도시한 하우징에 지지된 저널 베어링(1)의 Ⅲ-Ⅲ선을 따르는 단면도이다.
도 4는, 제1 급유 유닛을 구성하는 노즐을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 일 실시 형태에 따른 저널 베어링을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 일 실시 형태에 따른 저널 베어링을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 일 실시 형태에 따른 저널 베어링을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 일 실시 형태에 따른 저널 베어링을 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시 형태에 대하여 설명한다. 단, 실시 형태로서 기재되어 있거나 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명 예에 불과하다.

예를 들어, 「어떤 방향으로」, 「어떤 방향을 따라」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그와 같은 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은 동일한 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 갖고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내도록 한다.

또한 예를 들어, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함하는 형상도 표시하도록 한다.

한편, 하나의 구성 요소를 「갖추다」, 「가지다」, 「구비하다」, 「포함하다」, 또는 「갖다」라는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외한 배타적인 표현은 아니다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 저널 베어링(1)의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이며, 하우징 H에 지지된 상태를 나타내는 도면이다. 도 2는, 도 1에 도시한 하우징 H에 지지된 저널 베어링(1)의 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 단면도이며, 도 3은, 도 1에 도시한 하우징 H에 지지된 저널 베어링(1)의 Ⅲ-Ⅲ선을 따르는 단면도이다. 또한, 도 5 내지 도 7은, 몇몇 실시 형태에 따른 저널 베어링(1)을 개략적으로 나타내는 도면이다.

또한, 도 1은, 도 2에 도시한 하우징 H에 지지된 저널 베어링(1)의 Ⅰ-Ⅰ선을 따르는 단면도이기도 한다.

몇몇 실시 형태에서는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 저널 베어링(1)은, 로터축(11)을 회전 가능하게 지지하기 위한 기계 요소이며, 하우징 H에 지지되고, 증기 터빈, 가스 터빈, 송풍기, 또는 압축기 등의 회전 기계에 설치된다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 하우징 H는, 로터축(11)의 축선을 기준으로 하여 중력 방향에 있어서 하반부를 구성하는 받침대부 H1과 중력 방향에 있어서 상반부를 구성하는 커버 H2를 갖고, 받침대부 H1과 커버 H2의 사이에 본 발명의 일 실시 형태에 따른 저널 베어링(1)을 끼운 상태에서, 받침대부 H1에 커버 H2가 볼트 H3으로 체결된다. 이에 의해, 저널 베어링(1)은 하우징 H에 지지되고, 저널 베어링(1)에 회전 가능하게 지지된 로터축(11)은 하우징 H에 대해서도 회전 가능하게 지지된다.

몇몇 실시 형태에서는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 저널 베어링(1)은, 캐리어 링(2), 적어도 2개의 베어링 패드(31, 32), 적어도 하나의 급유 유닛(4, 5, 6), 및 한 쌍의 사이드 플레이트(7, 7)를 구비하고 있다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 캐리어 링(2)은, 하우징 H의 내부에 배치되고, 원통형의 공간을 갖고 로터축(11)의 일부, 즉 저널(12)을 둘러싸는 것이 가능하다. 캐리어 링(2)은, 예를 들어 단면 직사각형 형상의 원통 형상을 갖는다.

도 2에 도시한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서는, 저널 베어링은 로터축(11)을 하방으로부터 지지하기 위한 적어도 2개의 베어링 패드(31, 32)를 구비한다.

이들 적어도 2개의 베어링 패드(31, 32)는, 캐리어 링(2)의 하반 영역의 내주측에 설치되고, 각각, 로터축(11)을 하방으로부터 지지 가능하다.

제1 베어링 패드(31)는, 캐리어 링(2)의 하반 영역의 내주측에 설치되고, 로터축(11)을 하방으로부터 지지하도록 구성되어 있다. 제1 베어링 패드(31)는, 캐리어 링(2)의 축선 방향을 따라 보았을 때 부채형의 형상을 갖고, 만곡한 내주면(31a) 및 외주면(31b)을 갖고 있다. 제1 베어링 패드(31)의 내주면(31a)은, 베어링 합금, 예를 들어 화이트 메탈에 의해 형성되고, 로터축(11)의 일부, 즉 저널(12)의 외주면(12a)과 대향해서 배치된다.

또한, 몇몇 실시 형태에서는, 제1 베어링 패드(31)와 캐리어 링(2)의 사이에는, 도시하지 않은 틸팅 유닛이 설치되고, 제1 베어링 패드(31)는 틸팅 가능하게 지지된다.

제2 베어링 패드(32)는, 캐리어 링(2)의 하반 영역의 내주측에 있어서 제1 베어링 패드(31)보다도 로터축(11)의 회전 방향 하류측에 설치되고, 제1 베어링 패드(31)와 마찬가지로, 로터축(11)을 하방으로부터 지지하도록 구성되어 있다. 제2 베어링 패드(32)는, 제1 베어링 패드(31)와 마찬가지로, 캐리어 링(2)의 축선 방향을 따라 보았을 때 부채형의 형상을 갖고, 만곡한 내주면(32a) 및 외주면(32b)을 갖고 있다. 제2 베어링 패드(32)의 내주면(32a)은, 제1 베어링 패드(31)와 마찬가지로, 베어링 합금, 예를 들어 화이트 메탈에 의해 형성되고, 저널(12)의 외주면(12a)과 대향해서 배치된다.

또한, 몇몇 실시 형태에서는, 제2 베어링 패드(32)와 캐리어 링(2)의 사이에는, 제2 베어링 패드(32)와 캐리어 링(2)의 사이와 마찬가지로, 도시하지 않은 틸팅 유닛이 설치되고, 제2 베어링 패드(32)는 틸팅 가능하게 지지된다.

또한, 몇몇 실시 형태에서는, 가이드 메탈(33)을 더 구비하고 있다.

가이드 메탈(33)은, 캐리어 링(2)의 상반 영역의 내주측에 설치되고, 도시하지 않은 볼트 등에 의해 캐리어 링(2)에 대해서 고정되어 있다. 가이드 메탈(33)은, 캐리어 링(2)의 축선 방향을 따라 보았을 때 부채형의 형상을 갖고, 로터축(11)의 외주면 중 상측 영역을 덮고 있다. 가이드 메탈(33)은, 캐리어 링(2)의 직경 방향에 있어서 내측에 베어링면(33a)을 갖는다. 베어링면(33a)은, 저널(12)의 외주면(12a)의 상측 영역을 따르도록 만곡하고, 저널(12)의 외주면(12a)의 상측 영역과 베어링 간극을 갖고 대향한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서는, 저널 베어링(1)은, 로터축(11)을 향해서 윤활유를 공급하기 위한 적어도 하나의 급유 유닛(4, 5, 6)을 구비한다.

이들 적어도 하나의 급유 유닛(4, 5, 6)은, 둘레 방향에 있어서 서로 이격해서 배치되고, 각각 로터축(11)을 향해서 윤활유를 공급할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 링(2)에 매니폴드(24)가 형성되고, 매니폴드(24)를 통해서 복수의 급유 유닛(4, 5, 6)에 윤활유가 공급된다.

제1 급유 유닛(4)은, 로터축(11)의 일부, 즉 저널(12)을 향해서 윤활유를 공급하기 위한 것이고, 제1 베어링 패드(31)의 로터축(11)의 회전 방향 상류측, 제1 베어링 패드(31)의 직전에 배치되어 있다. 제1 급유 유닛(4)은, 복수의 노즐(41, 42), 예를 들어 2개의 노즐(41, 42)을 포함한다. 제1 급유 유닛(4)의 복수의 노즐(41, 42)은, 제1 베어링 패드(31)의 상류측 직전에 간격을 두고 고정되어 있다.

도 4는, 제1 급유 유닛(4)을 구성하는 노즐(41, 42)을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제1 급유 유닛(4)의 노즐(41, 42)은, 각각 기초부(43)와 가지부(44)를 갖고 있다. 기초부(43)는, 선단이 막힌 원통 형상을 갖고, 캐리어 링(2)의 직경 방향을 따라서 배치되고, 매니폴드(24)에 연통되도록, 캐리어 링(2)에 고정된다. 가지부(44)는, 기초부(43)보다도 가는 선단이 막힌 원통 형상을 갖고, 캐리어 링(2)의 축 방향을 따라서 배치되고, 기초부(43)의 내부 공간에 연통되도록, 기초부(43)의 양측에 고정되어 있다. 또한, 가지부(44)에는, 복수의 오일 토출 구멍(45)이 캐리어 링(2)의 축심을 향하도록 설치되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제2 급유 유닛(5)은, 제1 급유 유닛(4)과 마찬가지로, 로터축(11)의 일부, 즉 저널(12)을 향해서 윤활유를 공급하기 위한 것이고, 제1 베어링 패드(31)와 제2 베어링 패드(32) 사이의 둘레 방향 위치에 배치되어 있다. 제1 급유 유닛(4)은, 제1 급유 유닛(4)과 마찬가지로, 복수의 노즐(51, 52), 예를 들어 2개의 노즐(51, 52)을 포함한다. 제2 급유 유닛(5)의 복수의 노즐(51, 52)은, 제1 베어링 패드(31)와 제2 베어링 패드(32) 사이의 둘레 방향 위치에 간격을 두고 배치되어 있다. 노즐(51, 52)은, 제1 급유 유닛(4)을 구성하는 노즐(41, 42)과 마찬가지의 구성을 갖고 있으므로, 여기에서는 대응하는 기초부(53), 가지부(54) 및 오일 토출 구멍(55)을 도 4에 부호를 붙여 설명을 생략한다.

이 구성에 의하면, 제2 급유 유닛(5)으로부터 로터축(11)과 제2 베어링 패드(32)의 사이에 윤활유가 공급되고, 제1 베어링 패드(31)로 사용된 윤활유와 제2 급유 유닛(5)으로부터 공급된 윤활유가 교환된다. 이에 의해, 제2 베어링 패드(32)는 제2 급유 유닛(5)으로부터 새롭게 공급된 윤활유로 로터축(11)을 윤활할 수 있다.

또한, 몇몇 실시 형태에서는, 제3 급유 유닛(6)을 구비하고 있다.

제3 급유 유닛(6)은, 제1 급유 유닛(4) 및 제2 급유 유닛(5)과 마찬가지로, 로터축(11), 즉 저널(12)을 향해서 윤활유를 공급하기 위한 것이고, 제2 베어링 패드(32)의 로터축(11)의 회전 방향 하류측, 제2 베어링 패드(32)의 직후에 배치되어 있다. 제3 급유 유닛(6)은, 복수의 노즐을 포함하고 있어도 되지만, 도 2에 도시한 예시적인 실시 형태에서는 하나의 노즐(61)로 구성되어 있다. 노즐(61)은, 제1 급유 유닛(4)을 구성하는 노즐(41)과 마찬가지의 구성을 갖고 있으므로, 여기에서는 대응하는 기초부(63), 가지부(64) 및 오일 토출 구멍(65)을 도 4에 부호를 붙여 설명을 생략한다.

이 구성에 의하면, 제3 급유 유닛(6)으로부터 로터축(11)으로 윤활유가 공급되므로, 제1 베어링 패드(31)에 캐리 오버(공급)되는 윤활유가 증가한다.

한 쌍의 사이드 플레이트(7, 7)는, 캐리어 링(2)의 축 방향 일단부와 타단부에 로터축(11)의 외주를 따라서 배치되고, 캐리어 링(2)의 축선 방향에 있어서 저널 베어링(1)의 내부 공간의 양단부를 규정하고 있다. 한 쌍의 사이드 플레이트(7, 7)는, 각각 캐리어 링(2)에 볼트(71)에 의해 고정되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서는, 저널 베어링(1)에 있어서의 윤활유 공급 방식은, 소위 직접 윤활 방식이다. 즉, 저널 베어링(1)은, 각각의 사이드 플레이트(7)의 내주면과 로터축(11)의 일부, 즉 저널(12)의 외주면(12a)의 사이에 한 쌍의 사이드 플레이트(7, 7)에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간과 외부를 연통시키기 위한 간극을 갖는다. 이로 인해, 저널 베어링(1)의 내부 공간은 완전히 윤활유로 채워져 있는 것이 아니라, 저널 베어링(1)의 내부 공간의 적어도 일부는 외부로부터 침입한 공기에 의해 점유되어 있다. 그리고, 저널 베어링(1)의 내부에 존재하는 윤활유의 압력은 대기압과 동등하다.

이 점에 있어서, 상술한 직접 윤활 방식의 저널 베어링(1)은, 베어링 내부 공간을 윤활유로 채우도록 한 유욕 윤활 방식의 저널 베어링과 상이하다. 유욕 윤활 방식의 저널 베어링에서는, 사이드 플레이트와 저널 외주면의 사이에 시일 부재를 설치하여, 베어링 내부 공간으로부터의 윤활유의 외부로의 누설을 방지하고, 베어링 내부 공간을 윤활유로 채워지도록 되어 있다. 이로 인해, 유욕 윤활 방식의 저널 베어링 내부 공간에 존재하는 윤활유는, 대기압보다도 높은 압력으로 되어 있다.

여기서, 직접 윤활 방식의 저널 베어링(1)에서는, 로터축(11)의 회전 방향 상류측에 위치하는 베어링 패드(제1 베어링 패드(31))에 있어서의 오일 막 두께가 부족한 경향이 있다. 이것은, 제1 베어링 패드(31)에 캐리오버되는 윤활유의 부족이 원인이라고 생각된다.

즉, 직접 윤활 방식의 저널 베어링(1)에서는, 헤드 차에 의해 윤활유가 캐리오버되기 어려운 점 외에도, 각각의 사이드 플레이트(7, 7)의 내주면과 로터축(11)의 외주면의 사이에 한 쌍의 사이드 플레이트(7, 7)에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간과 외부를 연통시키기 위한 간극을 갖고, 제1 영역보다도 상측에 위치하는 제2 영역으로 윤활유가 누설되기 쉽다. 이로 인해, 제1 베어링 패드에 캐리오버되는 윤활유가 적어져서, 제1 베어링 패드(31)에 공급되는 윤활유가 부족하다. 특히, 제1 베어링 패드(31) 및 제2 베어링 패드(32)에 대한 로터축(11)의 면압이 낮거나, 로터축(11)이 저회전 영역에서 회전하거나 하는 경우에는, 제1 베어링 패드(31)에 캐리오버되는 윤활유가 적기 때문에, 제1 베어링 패드(31)에 있어서의 윤활유 부족이 현저하다. 제1 베어링 패드(31)에 공급되는 윤활유가 부족하면, 제1 베어링 패드(31)는 입구에서부터 젖지 않기 때문에 오일 막 압력의 발생 영역이 좁아져서, 제1 베어링 패드(31)의 오일 막이 얇아진다. 이에 의해, 제1 베어링 패드(31)에 대한 로터축(11)의 면압이 낮거나, 로터축(11)이 저회전 영역으로 회전하거나 하는 경우에는, 로터축(11)의 축심 궤적이 연직선상으로부터 벗어나서 저널 베어링(1)의 등방성이 손상될 우려가 있다. 한편, 제1 베어링 패드(31)에 캐리오버되는 윤활유의 오일양이 잉여로 되면, 로터축(11)의 교반 저항이 증대될 우려가 있다.

그래서, 몇몇 실시 형태에서는, 도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 적어도 2개의 베어링 패드(31, 32)와 한 쌍의 사이드 플레이트(7, 7)에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간(R1, R2)을 대기에 개방함과 함께, 윤활유를 베어링 내부 공간(R1, R2)으로부터 외부로 배출하도록 구성된 적어도 하나의 개구(72a, 72b, 73, 74, 75, 25, 26, 27)를 갖는다.

이 경우, 사이드 플레이트(7)의 내주면과 로터축(11)의 외주면 사이의 간극을 좁혀도 윤활유가 베어링 내부 공간(R1, R2)으로부터 개구(72a, 72b, 73, 74, 75, 25, 26, 27)를 통해 외부로 배출되므로, 베어링 내부 공간(R1, R2)에 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축(11)의 교반 저항의 증대를 억제할 수 있다. 또한, 사이드 플레이트(7)의 내주면과 로터축(11)의 외주면 사이의 간극을 좁힐 수 있으므로, 로터축(11)과 사이드 플레이트(7)의 사이에서 윤활유가 누설되기 어려워져서, 제1 베어링 패드(31)에 충분한 윤활유가 캐리 오버(공급)된다. 이에 의해, 제1 베어링 패드(31)에 대한 로터축(11)의 면압이 낮거나, 로터축(11)이 저회전으로 회전하거나 하는 경우에도, 제1 베어링 패드(31)에 있어서의 오일 막 두께를 충분히 확보할 수 있다. 한편, 개구(72a, 72b, 73, 74, 75, 25, 26, 27)에서 로터축(11)과 사이드 플레이트(7)의 사이에서 잉여의 윤활유가 배출되므로, 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축(11)의 교반 저항의 증대도 억제할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서는, 1개 이상의 개구(72a, 72b, 73)가, 사이드 플레이트(7)의 하반 영역에 설치된다.

이 구성에 의하면, 잉여의 윤활유가 사이드 플레이트(7)의 하반 영역으로부터 배출된다. 이에 의해, 로터축(11)의 교반 손실의 증대를 억제할 수 있다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서는, 1개 이상의 개구(25, 26, 27)가, 캐리어 링(2)의 하반 영역에 설치된다.

이 구성에 의하면, 잉여의 윤활유가 캐리어 링(2)의 하반 영역으로부터 배출된다. 이에 의해, 로터축(11)의 교반 손실의 증대를 억제할 수 있다.

도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서는, 1개 이상의 개구(72a, 72b, 73, 25)가, 제1 베어링 패드(31)와 제2 베어링 패드(32) 사이의 둘레 방향 위치에 설치된다.

이 구성에 의하면, 잉여의 윤활유가 제1 베어링 패드(31)와 제2 베어링 패드(32) 사이의 둘레 방향 위치로부터 배출된다. 이에 의해, 제1 베어링 패드(31)와 제2 베어링 패드(32)의 사이에 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축(11)의 교반 손실의 증대를 억제할 수 있다.

도 5, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서는, 적어도 하나의 개구(74, 75, 26)는, 제1 베어링 패드(31)와 제2 베어링 패드(32) 사이의 둘레 방향 위치 외에도, 가이드 메탈(33)과 제1 베어링 패드(31) 사이의 둘레 방향 위치, 또는 가이드 메탈(33)과 제2 베어링 패드(32) 사이의 둘레 방향 위치의 적어도 한쪽에 설치되어 있다.

이 구성에 의하면, 잉여의 윤활유가 가이드 메탈(33)과 제1 베어링 패드(31) 사이의 둘레 방향 위치, 또는 가이드 메탈(33)과 제2 베어링 패드(32) 사이의 둘레 방향 위치로부터 배출된다. 이에 의해, 가이드 메탈(33)과 제1 베어링 패드(31)의 사이, 또는 가이드 메탈(33)과 제2 베어링 패드(32)의 사이에 윤활유가 충만되는 사태가 방지되어, 로터축(11)의 교반 손실의 증대를 억제할 수 있다.

도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서는, 적어도 하나의 개구(74, 26)는, 가이드 메탈(33)의 연장 범위를 제외한 둘레 방향 위치 범위에 설치된다.

이 구성에 의하면, 가이드 메탈(33)의 연장 범위로부터 윤활유가 누설되기 어려워져서, 헤드 차가 있는데도 불구하고 윤활유의 캐리 오버를 효과적으로 촉구할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 상술한 실시 형태에 변형을 가한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.

1: 저널 베어링
11: 로터축
12: 저널
12a: 외주면
2: 캐리어 링
24: 매니폴드
25: 개구
26: 개구
27: 개구
31: 제1 베어링 패드
31a: 내주면
31b: 외주면
32: 제2 베어링 패드
32a: 내주면
32b: 외주면
33: 가이드 메탈
33a: 베어링면
4: 제1 급유 유닛
41, 42: 노즐
43: 기초부
44: 가지부
45: 오일 토출 구멍
5: 제2 급유 유닛
51, 52: 노즐
53: 기초부
54: 가지부
55: 오일 토출 구멍
6: 제3 급유 유닛
61: 노즐
63: 기초부
64: 가지부
65: 오일 토출 구멍
7: 사이드 플레이트
71: 볼트
72a, 72b: 개구
73: 개구
74: 개구
75: 개구
R1, R2: 베어링 내부 공간
H: 하우징
H1: 받침대부
H2: 커버
H3: 볼트

Claims

원통형의 캐리어 링과,
상기 캐리어 링의 내주측에 설치되고, 로터축을 지지하도록 구성된 적어도 2개의 베어링 패드와,
상기 캐리어 링의 내주측에 설치되고, 상기 베어링 패드와 상기 로터축의 사이에 윤활유를 공급하기 위한 적어도 하나의 급유 유닛과,
상기 캐리어 링의 축 방향 일단부와 타단부에 상기 로터축의 외주를 따라서 설치된 한 쌍의 사이드 플레이트를
구비하며,
상기 적어도 2개의 베어링 패드와 상기 한 쌍의 사이드 플레이트에 의해 둘러싸인 베어링 내부 공간을 대기에 개방함과 함께, 상기 윤활유를 상기 베어링 내부 공간으로부터 외부로 배출하도록 구성된 적어도 하나의 개구를 갖고,
상기 적어도 하나의 개구는, 상기 로터축의 둘레 방향에 있어서 상기 적어도 2개의 베어링 패드 간에 형성되는 상기 베어링 내부 공간에 개구되어 있는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 급유 유닛은, 상기 적어도 2개의 베어링 패드 사이에 끼워진 둘레 방향 위치에 설치된 급유 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
1개 이상의 상기 개구가, 상기 사이드 플레이트의 하반 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
1개 이상의 상기 개구가, 상기 캐리어 링의 하반 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 베어링 패드는,
상기 캐리어 링의 하반 영역의 내주측에 설치되는 제1 베어링 패드와,
상기 캐리어 링의 상기 하반 영역의 내주측에 있어서 상기 제1 베어링 패드보다도 상기 로터축의 회전 방향 하류측에 설치되고, 상기 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 제2 베어링 패드를
포함하며,
1개 이상의 상기 개구가, 상기 제1 베어링 패드와 상기 제2 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 급유 유닛은,
상기 제1 베어링 패드의 상류측 직전에 위치하는 제1 급유 유닛과,
상기 제1 베어링 패드와 상기 제2 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치에 설치된 제2 급유 유닛을
포함하는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 캐리어 링의 상반 영역의 내주측에 설치되고, 상기 로터축의 외주면 중 상측 영역을 덮는 가이드 메탈을 더 구비하며,
상기 적어도 하나의 개구는, 상기 제1 베어링 패드와 상기 제2 베어링 패드 사이의 상기 둘레 방향 위치 외에도, 상기 가이드 메탈과 상기 제1 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치, 또는 상기 가이드 메탈과 상기 제2 베어링 패드 사이의 둘레 방향 위치의 적어도 한쪽에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 베어링 패드의 하류측에 배치된 제3 급유 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 링의 상반 영역의 내주측에 설치되고, 상기 로터축의 외주면 중 상측 영역을 덮는 가이드 메탈을 더 구비하며,
상기 적어도 하나의 개구는, 상기 가이드 메탈의 연장 범위를 제외한 둘레 방향 위치 범위에 설치되는 것을 특징으로 하는, 저널 베어링.
상기 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 저널 베어링에 로터축이 지지되는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.