WO2010055849A1 - ジャーナル軸受を備えた回転構造体及びその組立方法 - Google Patents

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脇　勇一朗
中野　隆
貝漕　高明
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rotating structure having a journal bearing of a direct lubrication method for supporting a rotating shaft in a large rotating structure suitably applied to a large rotating machine such as a steam turbine, a gas turbine, and a generator, More particularly, the present invention relates to a rotating structure that enables formation of a high oil film pressure of lubricating oil on an upper pad bearing surface of a pad type journal bearing that supports a rotating shaft, and an assembling method thereof.
  • journal bearing having a tilting pad capable of automatically aligning the journal is used.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-332355 discloses a journal bearing provided with a tilting pad proposed by the present applicant. As disclosed in Patent Document 1, the tilting pad can swing in the axial direction and the circumferential direction of the journal through an adjustment liner on a spherical pivot provided on the back side of the tilting pad with respect to the journal. It is supported.
  • the tilting pad can freely move following the movement of the journal, and the journal bearing provided with the tilting pad has a self-aligning function. For this reason, the journal can be stably supported, and thus is applied to a high-speed rotating machine.
  • the spherical pivot protrudes from the inner surface of the bearing housing toward the tilting pad and is loosely fitted in a concave groove provided on the back of the tilting pad, so that the tilting pad rotates in the journal rotation direction. Is locked by a spherical pivot.
  • Journal bearings with tilting pads are classified into oil bath lubrication and direct lubrication.
  • the oil bath lubrication method is a method in which both sides of the tilting pad are sealed with side seals, and the bearing surface of the tilting pad is filled with lubricating oil.
  • this method has a problem that the frictional loss due to the side seal and the agitation loss of the lubricating oil between the pads occur, and the mechanical efficiency is lowered.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the journal rotation speed and the mechanical loss of the journal bearing in the oil bath lubrication method shown in FIG.
  • the total mechanical loss increases approximately in proportion to the square of the rotational speed.
  • the breakdown is the friction loss X due to the lower pad on the load side and the friction loss Y due to the upper pad on the no load side.
  • the mechanical loss Z is the sum of the friction loss due to the side seal and the stirring loss of the lubricating oil between the pads.
  • the direct lubrication method is a method in which an oil supply nozzle is provided on the upstream side of each tilting pad in the journal rotation direction, and lubricating oil is supplied from the oil supply nozzle to the bearing surface of the tilting pad, and the side seal is removed. is there.
  • the direct lubrication system is widely used at present because the mechanical loss Z can be eliminated.
  • Patent Document 1 proposes a journal bearing of a direct lubrication method.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-274432 proposes a journal bearing of a direct lubrication system having another configuration. As described in paragraph [0009] of Patent Document 2, the journal bearing provided with the tilting pad also has a problem of carryover of lubricating oil. This is a phenomenon in which the lubricating oil supplied to the bearing surface of the upstream tilting pad rotates along with the journal surface and enters the bearing surface of the downstream tilting pad.
  • Lubricating oil receives a shearing force on the bearing surface of the tilting pad and rises in temperature. And the temperature of a tilting pad may be raised and the bearing part may be burned out.
  • Patent Document 2 proposes a means for preventing carryover in a journal bearing of a direct lubrication system.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-112499 proposes another means for preventing a temperature increase of the tilting pad due to a carryover of lubricating oil in a direct lubrication type journal bearing.
  • This means is provided with oil supply nozzles upstream and downstream in the journal rotation direction of the tilting pad, a cooling passage in the journal circumferential direction in the tilting pad, and provided in the cooling passage downstream in the journal rotation direction.
  • FIG. 9 is a quotation of FIG. 33 of Patent Document 2.
  • a plurality of tilting pads 101 a to 101 d are arranged between the journal 100 and the ring-shaped bearing housing 103 so as to surround the journal 100, and support the journal 100.
  • a gap 102 between the journal 100 and the tilting pads 101a to 101d is filled with lubricating oil.
  • the oil film pressure Fp varies depending on the direction and position of the load W applied to the journal 100. When the oil film pressure Fp generated in each of the tilting pads 101a to 101d is integrated over the entire circumference, the oil film pressure Fp matches the load W of the journal 100.
  • the direct lubrication type journal bearing provided with the tilting pad is superior to the oil bath lubrication type journal bearing in that the mechanical loss is small.
  • a fueling nozzle or adopting a means for suppressing carryover a plurality of configurations are made and manufacturing costs are becoming expensive.
  • the tilting pad In journal bearings with a tilting pad, the tilting pad is supported not only by the direct lubrication system but also by a spherical pivot provided on the inner surface side of the bearing housing, but this configuration is the assembly or disassembly of the bearing. Is troublesome. That is, in the current configuration, the spherical pivot protrudes toward the tilting pad side from the inner surface of the bearing housing. Therefore, the tilting pad cannot be removed unless the journal bearing is removed.
  • journal weight is added to the bearing surface of the tilting pad disposed on the lower side of the journal, it is relatively easy to form a high oil film pressure.
  • the present invention eliminates the carryover of the lubricating oil in the journal bearing and simplifies the configuration in the rotating structure employing the direct lubrication journal bearing with less mechanical loss than the oil bath lubrication. It is an object of the present invention to achieve cost reduction and facilitate the assembly or disassembly of a bearing.
  • Another object of the present invention is to enable adjustment of the clearance between the journal and the tilting pad, which is disposed on the upper side of the journal and does not add the journal's own weight, over the entire circumference of the journal.
  • the object is to facilitate the formation of a high oil film pressure of lubricating oil.
  • a rotating structure including a journal bearing includes: Rotation provided with a journal bearing having a plurality of pads which are swingably disposed in an annular bearing housing and which support the journal in a self-aligning manner, and which supplies lubricating oil between the pads and the journal.
  • the annular bearing housing is a bearing housing that supports an upper pad disposed at an upper position where the journal's own weight is not loaded, and the inner surface of the bearing housing and the back surface of the upper pad are arranged at a downstream side portion of the upper pad in the journal rotation direction.
  • a gap forming means for forming a narrow gap between the upper pad and the journal toward the downstream side in the journal rotation direction is provided between the upper pad and the journal.
  • the gap forming means applies an elastic force for biasing the downstream portion of the upper pad toward the journal between the inner surface of the bearing housing and the back surface of the upper pad at the downstream portion of the upper pad in the journal rotation direction.
  • a spring member The spring member is configured to form a narrowing gap between the upper pad and the journal toward the downstream side in the journal rotation direction.
  • the elastic force of the spring member presses the downstream portion of the upper pad in the journal rotation direction toward the journal, so that a narrowing gap is formed between the upper pad and the journal toward the downstream side in the rotation direction.
  • the gap between the upper pad and the journal can be accurately adjusted to a desired dimension over the journal rotation direction.
  • the lift means includes a through hole formed in the bearing housing in the radial direction and a screw hole formed in the pad and opened in a position connected to the through hole and formed in the same direction.
  • a bolt inserted into the through-hole and simultaneously screwed into the screw hole, and a gap between the bearing housing and the pad can be adjusted by adjusting a screwing length of the bolt into the screw hole. Good.
  • the lift means can be made simple and low-cost, and the lift means can be used as a means for simultaneously conveying the bearing housing and the pad by integrally forming a hanging portion on the bolt.
  • the bearing housing for supporting the upper pad where the journal's own weight is not loaded by supporting the central region of the pad on the spherical pivot provided on the inner surface of the bearing housing so as to be swingable in the axial direction and the circumferential direction of the journal.
  • a measurement hole penetrating from the back surface of the spherical pivot to the outer surface of the bearing housing, and the gap between the journal and the pad is adjusted based on a depth measurement value from the opening of the measurement hole to the back surface of the spherical pivot. Good.
  • the rotating structure of the present invention is An annular bearing housing, a plurality of pads that are swingably disposed in the bearing housing and support the journal so as to be self-aligning, and lubricate the bearing surface of the pad provided on the upstream side in the journal rotation direction of the pad
  • A) In a rotating structure, The front surface in the journal rotation direction of the pad facing the housing surface is supported at least in line contact with the housing surface of the first oil nozzle, and the journal surface of the pad facing the housing surface is downstream in the journal rotation direction on the housing surface of the second oil nozzle.
  • the side rear surface is supported at least by line contact so that the position of the pad in the journal rotation direction is fixedly supported.
  • the lubricating oil is supplied to the bearing surface of the pad from the first oil supply nozzle provided on the upstream side of the pad journal rotation direction, and the second oil supply nozzle provided on the downstream side of the pad journal rotation direction.
  • the pad is supported and fixed from both sides by these two oil supply nozzles.
  • the carryover of the lubricating oil can be prevented, and at least the line front surface and the downstream rear surface in the journal rotation direction of the pad are supported by the housing surfaces of the first oil supply nozzle and the second oil supply nozzle so that the pad is securely fixed.
  • the support structure can be simplified.
  • the front surface or the rear surface of the first journal oil nozzle or the second lubrication nozzle housing surface or the pad journal rotation direction facing the housing surface is an inclined surface, and the pad journal is formed at the base of the housing surface. It is preferable that the front surface or the rear surface in the rotational direction be supported by line contact. In this way, if the front surface or the rear surface of the pad is supported by line contact at the base portion of the housing surface of the first oil supply nozzle or the second oil supply nozzle, the pad can be supported more stably, and the front or rear space of the pad can be further widened. Therefore, it is possible to stably supply the lubricating oil on the front side or the rear side of the pad.
  • the center area of the pad is supported on the spherical pivot provided on the inner surface of the bearing housing so as to be swingable in the axial direction and the circumferential direction of the journal,
  • a measurement hole penetrating from the rear surface of the spherical pivot to the outer surface of the bearing housing is provided, and from the opening of the measurement hole to the rear surface of the spherical pivot.
  • the gap between the journal and the pad may be adjusted based on the depth measurement value.
  • the gap between the upper pad and the journal where the journal's own weight is not loaded is difficult to form a high oil film pressure. For this reason, vibration is likely to occur in the upper pad, which may cause the inner surface of the upper pad to contact the journal and cause cracks in the upper pad. With the above-described configuration, the gap between the upper pad and the journal can be adjusted accurately, so that the vibration of the upper pad can be prevented.
  • the center area of the pad is supported on a spherical pivot provided on the inner surface of the bearing housing so as to be swingable in the axial direction and the circumferential direction of the journal, and the spherical surface of the spherical pivot is supported on the inner surface of the bearing housing. It is good to comprise so that this pad can be inserted or extracted in an axial direction by forming in the same height.
  • the member which fixes the axial position of a pad is provided in the axial direction both sides of a pad, the insertion or extraction of a pad is attained only by removing this fixing member by the said structure. Accordingly, since the pad can be inserted or removed without removing the journal, the pad can be easily replaced or repaired.
  • the assembly method of the rotating structure according to the present invention is as follows.
  • a bearing housing in which a central area of the pad is supported by a spherical pivot provided on the inner surface of the bearing housing so as to be swingable in the axial direction and the circumferential direction of the journal, and supports the upper pad where the journal's own weight is not loaded.
  • the rotating structure of the present invention provided with a measurement hole penetrating the outer surface of the bearing housing, The depth from the back surface of the spherical pivot to the opening of the measurement hole is measured, and a shim plate for adjusting the height position of the spherical pivot is inserted into the back surface of the spherical pivot based on the measured value. The gap is adjusted.
  • a lift means is provided that can lift the upstream or downstream end of the pad in the journal rotation direction, and the lift means narrows the gap between the pad and the journal toward the downstream in the journal rotation direction.
  • the oil film pressure of the lubricating oil formed in the gap has a high pressure distribution toward the downstream side in the journal rotation direction.
  • the lift means is inserted into a through hole formed in a radial direction in the bearing housing and a screw hole formed in the pad and opened in a position continuous with the through hole and in the same direction.
  • it may be configured by a bolt that is screwed into the screw hole, and the clearance between the bearing housing and the pad may be adjustable by adjusting the screwing length of the bolt into the screw hole.
  • the lift means can be made simple and low cost.
  • the lift means can also be used as a transport means for transporting the pad and the bearing housing at the same time.
  • the gap between the upper pad and the journal is formed so as to narrow toward the downstream side in the journal rotation direction.
  • a high oil film pressure of lubricating oil can be formed between the journal and the journal. Therefore, good lubrication performance can be maintained between the upper pad and the journal, and the bearing surface can be prevented from burning.
  • the housing surface of the first oil supply nozzle supports at least the line front surface in the journal rotation direction of the pad facing the housing surface, and the housing surface of the second oil nozzle.
  • the pad journal rotation position at the downstream side in the journal rotation direction of the pad facing the housing surface is supported at least by line contact so that the position of the pad journal rotation direction is fixedly supported.
  • the carry-over of the pad can be suppressed, and the fixing support means for the pad can be simplified by using the oil supply nozzle as the fixing support means for the pad.
  • the rotating structure assembly method of the present invention is a method of assembling a rotating structure of the present invention having a measurement hole penetrating from the back surface of the spherical pivot to the outer surface of the bearing housing.
  • the gap between the journal and the pad is adjusted by inserting a shim plate for adjusting the height position of the spherical pivot on the back surface of the spherical pivot based on the measured value.
  • the gap between the upper pad and the journal that is not loaded can be set to a desired dimension, so that a high oil film pressure can be formed in the gap, so that vibration of the upper pad can be prevented and a high oil film pressure is applied to the upper pad bearing surface. Since it can be formed, the lubrication performance of the upper pad bearing surface can be improved and burnout or the like can be prevented.
  • FIG. 6 is a front sectional view (CC sectional view in FIG. 2) according to one embodiment of the rotating structure of the present invention.
  • FIG. 5 is a side sectional view (BB sectional view in FIG. 3) of the embodiment. It is a rear view (view A in FIG. 2) of the embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of a spherical pivot 36 in FIG. 1. It is a perspective view of the oil supply nozzle 50 of the embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of an oil supply hole 60 in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line DD in FIG. 1. It is a diagram which shows the mechanical loss of the journal bearing of an oil bath lubrication system. It is explanatory drawing which shows the oil film pressure formation of the journal bearing by a wedge film effect.
  • FIG. 1 is a front sectional view taken along the line CC in FIG. 2, and FIG. 2 is a sectional side view taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 3 and FIG. 3 are rear views seen from the direction A in FIG.
  • a journal j is a rotating shaft of a large rotating machine such as a steam turbine, a gas turbine, or a generator. Since the journal j has a large diameter of about 40 cm, the journal bearing 10 that supports the journal j is enlarged and the peripheral speed of the journal j is also increased. Journal j rotates in the direction of arrow a.
  • the journal bearing 10 that supports the journal j includes a bearing base 20, a split-type bearing housing 30 that is fixedly supported by the bearing base 20, and a tilting pad 40 that is attached to the inner surface of the bearing housing 30.
  • the bearing base 20 has a recess 20a having a semicircular cross section, while the split bearing housing 30 is divided into an upper bearing housing 30a and a lower bearing housing 30b each having a semi-ring shape.
  • the lower bearing housing 30b is fitted and fixed to the recess 20a.
  • the upper bearing housing 30 a is positioned on the lower bearing housing 30 b with the positioning pins 31 shown in FIG. 3 and is coupled to the lower bearing housing 30 b by the coupling bolt 32.
  • tilting pads 40a to 40d are arranged in the circumferential direction.
  • a recess 42 is formed near the center of the back surface of each tilting pad 40, and an adjustment liner 44 is press-fitted into the recess.
  • a recess 34 is provided on the inner surface of the bearing housing facing the adjustment liner 44, and a spherical pivot 36 is fitted in the recess.
  • the surface of the spherical pivot 36 is formed in a spherical shape, and the tilting pad 40 can swing in the circumferential direction and the axial direction of the journal j along the spherical surface. Between the tilting pads 40, gaps s1 are provided at equal intervals.
  • the center point of the spherical pivot 36 is arranged at a circumferential position of 45 degrees from the vertical direction or the horizontal direction.
  • the spherical surface of the spherical pivot 36 is formed at the same height as the inner peripheral surface of the bearing housing 30. Therefore, when the side plate 35 described later is removed, the tilting pad 40 can be removed from the bearing assembly by sliding the tilting pad 40 in the journal axis direction with the adjustment liner 44 attached.
  • the upper bearing housing 30a is formed with a measurement hole 38 that communicates the recess 34 and the outer peripheral surface of the upper bearing housing 30a in the radial direction of the journal j.
  • An outer liner 33 is provided on the outer peripheral surface of the bearing housing 30 that is in the same circumferential position as the circumferential position where the spherical pivot 36 is provided. As shown in FIG. 4, the outer liner 33 is coupled to the outer peripheral surface of the bearing housing 30 by a coupling bolt (not shown). The outer peripheral surface of the outer liner 33 protrudes slightly outward from the outer peripheral surface of the bearing housing 30.
  • the outer liner 33 is in contact with the bearing base 20, and the lower bearing housing 30 b is fixedly supported on the bearing base 20 via the outer liner 33.
  • a gap s ⁇ b> 2 exists between the outer peripheral surface of the lower bearing housing 30 b and the inner peripheral surface of the bearing stand 20.
  • the outer liner 33 is formed with a through hole 33 a communicating with the measurement hole 38.
  • the measurement hole 38 is closed with a plug 39 after a predetermined measurement operation is completed.
  • ring-shaped side plates 35 are disposed on both sides of the bearing housing 30 and the tilting pad 40 in the journal axis direction over the entire circumference.
  • the side plate 35 is coupled to the bearing housing 30 with a plurality of bolts 37 arranged in the circumferential direction.
  • a gap s3 is provided between the side plate 35 and the journal j. Lubricating oil ejected from an oil supply nozzle 50, which will be described later, is used for lubrication between the journal j and the tilting pad 40 and is then discharged from the gap s3.
  • the oil supply nozzles 50 for ejecting the lubricating oil are arranged before and after the journaling direction of the tilting pads 40 so as to sandwich the respective tilting pads 40.
  • FIG. 5 shows, as an example, an oil supply nozzle 50 arranged behind the tilting pad 40 in the journal rotation direction. The configuration of the fueling nozzle 50 will be described with reference to FIGS.
  • the oil supply nozzle 50 has no structural difference due to the difference in the upstream or downstream side of the journal rotation direction.
  • the lower half of the main casing 52 having a rectangular parallelepiped shape is fitted and fixed to the fitting recess 70 provided in the bearing housing 30, and the upper half of the oil supply nozzle 50 stands from the bearing housing 30 toward the tilting pad 40 side. It is installed.
  • Arms 54 extend from the main casing 52 on both sides in the journal axial direction. Lubricating oil supply holes 56 are formed in the main casing 52 and the arms 54.
  • the arm 54 is provided with a plurality of nozzle openings 58 at equal intervals in the axial direction, and the nozzle openings 58 are directed to the journal j side.
  • Lubricating oil ejected from an oil supply nozzle 50 provided on the upstream side of the journal rotation direction with respect to the tilting pad 40 is caused by the rotational force of the journal j and the inner peripheral surface of the tilting pad 40 (bearing surface 48 in FIG. 4) and the journal.
  • An oil film is formed between the outer peripheral surfaces of j.
  • the lubricating oil ejected from the oil supply nozzle 50 provided on the downstream side in the journal rotation direction with respect to the tilting pad 40 cools the lubricating oil that has passed between the tilting pad 40 and the journal j, and the flow of the lubricating oil is reduced.
  • the lubricating oil is discharged from the gap s3 between the side plate 35 and the journal j.
  • the main casing 52 is a rectangular parallelepiped, and the surface 52a and the inclined surface 46 of the main casing 52 and the tilting pad 40 that face each other are in line contact with each other at the root portion 46a. , And is inclined so as to form a minute angle ⁇ in a direction away from the surface 52a.
  • the oil supply nozzle 50 is supported by the surface 52a of the main casing 52 from both sides of the journaling direction of the tilting pad 40 in line contact with the root portion 46a of the inclined surface 46 of the tilting pad 40, thereby tilting.
  • the movement of the pad 40 in the journal rotation direction is fixedly supported.
  • the bearing base 20 is provided with a lubricating oil supply hole 60.
  • An outer liner 62 is provided on the outer peripheral surface of the lower bearing housing 30 b facing the oil supply hole 60.
  • an oil supply hole 62 a is formed in the outer liner 62 at a position communicating with the oil supply hole 60 in the journal radial direction.
  • the lower bearing housing 30b is provided with oil supply holes 64 in the radial direction at positions communicating with the oil supply holes 62a.
  • an annular oil guide groove 66 is provided in communication with the oil supply hole 64 in the journal rotation direction.
  • the oil guide groove 66 is provided in the entire circumference in the bearing housing 30. As shown in FIG. 2, the oil guide groove 66 is formed in an oil supply hole 56 formed in the main casing 52 of the oil supply nozzle 50 via an oil supply hole 68 formed in the bearing housing 30 in the journal axis direction. Communicate. One end opening of the oil supply hole 56 is closed by a plug 72, and the plug 72 is fixed to the opening by a C-shaped retaining ring 74.
  • a gap s4 is formed between the inner surface of the bearing stand 20 and the outer surface of the outer liner 62.
  • the O-ring 76 is inserted into the gap s4, and a crushing margin is provided in the O-ring 76 to seal the gap s4.
  • the lubricating oil is prevented from leaking from the gap s4, and the load of the lower bearing housing 30b applied to the bearing base 20 via the outer liner 62 is supported via the outer liner 33 that supports the load of the bearing housing 30. It is configured to be smaller than the load of the bearing housing 30 added to the table 20.
  • cylindrical recesses 82 are formed in the inner peripheral surface of the upper bearing housing 30a at two locations facing the outer peripheral surface of the tilting pad 40a or 40b.
  • a cylindrical recess 84 having the same diameter as the recess 82 is formed on the outer peripheral surface of the tilting pad 40a or 40b facing the recess 82.
  • a coil spring 80 is fitted into the recess 82 and the recess 84. As a result, the elastic force of the coil spring 80 is urged toward the journal j.
  • the coil spring 80 is provided on the downstream end of the tilting pad 40a or 40b in the journal rotation direction. Therefore, it becomes easy to form a narrow gap between the surface of the journal j and the tilting pad 40a or 40b in the journal rotation direction as shown in FIG.
  • screw holes 90 are formed in the radial direction at the upstream end and the downstream end in the journal rotation direction of each tilting pad 40.
  • a bolt through hole 92 is formed in a radial direction at a position corresponding to the opening of the screw hole 90 of the bearing housing 30.
  • the screw holes 90 and the bolt through holes 92 are provided so that the axes thereof coincide.
  • a hexagon socket head bolt 94 is passed through the bolt through hole 92 and the tip of the hexagon socket head bolt 94 is screwed into the screw hole 90.
  • the gap between the bearing housing 30 and the tilting pad 40 can be adjusted by adjusting the length of the threaded portion of the hexagon socket head bolt 94 to the screw hole 90. Thereby, the gap dimension between the journal surface and the tilting pad 40 can be adjusted. In this way, the clearance between the tilting pad 40 and the journal j at the front and rear ends in the rotational direction can be adjusted with simple and low-cost means.
  • the lubricating oil is supplied to the oil supply nozzle 50 from the oil supply hole 60 provided in the bearing stand 20 through the oil guide groove 66 and the oil supply holes 68 and 56. Then, the lubricating oil is supplied to the inner peripheral surface (bearing surface 48) of the tilting pad 40 from the nozzle port 58 of the arm 54 of the oil supply nozzle 50.
  • Lubricating oil ejected from an oil supply nozzle 50 disposed on the upstream side in the journal rotation direction with respect to the tilting pad 40 is supplied to the bearing surface 48 and used for lubrication of the bearing surface 48.
  • Lubricating oil ejected from the oil supply nozzle 50 disposed downstream of the journal rotation direction cools the lubricating oil that has passed through the bearing surface 48 and disturbs the laminar flow of the lubricating oil formed on the surface of the journal j.
  • the high temperature of the lubricating oil on the bearing surface 48 can be suppressed, and burning of the bearing surface 48 can be suppressed.
  • the gap between the bearing surface 48 of the tilting pad and the surface of the journal j can be measured by measuring the distance from the back surface of the spherical pivot 36 to the opening of the measurement hole 38 using a known measuring device. Based on this measured value, as shown in FIG. 4, the gap between the bearing surface 41 and the journal can be adjusted to a desired dimension by inserting a height adjusting shim plate 86 on the back surface of the spherical pivot 36. .
  • this clearance adjustment means together with clearance adjustment by the hexagon socket head cap bolt 94, the clearance between the bearing surface 41 and the journal j is narrowed toward the journal rotation direction with high accuracy as shown in FIG. Since the gap can be formed, a high oil film pressure can be formed on the bearing surface 48 by utilizing the wedge film effect. Accordingly, the lubricating performance of the bearing surface 48 can be maintained high.
  • the coil spring 80 is provided downstream of the tilting pad 40a or 40b provided in the upper bearing housing 30a in the journal rotation direction, and the elastic force of the coil spring 80 is applied to the journal j.
  • the journal j is not loaded with its own weight on the upper bearing housing 30a, vibration tends to occur in the related art, and there is a possibility that fatigue destruction may occur in the tilting pad 40 due to the vibration. Can also be eliminated.
  • the oil supply nozzle 50 is provided on the upstream side and the downstream side in the rotation direction of each tilting pad 40, and the base part of the inclined surface 46 of the tilting pad 40 is supported in line contact by the base part 46a of the main casing 52.
  • a means for fixing the tilting pad 40 in the journal rotation direction is unnecessary, and the configuration of the journal bearing can be simplified.
  • the tilting pad 40 is supported by the base portion 46a of the main casing 52, the front and rear spaces of the tilting pad 40 can be widened, thereby enabling further stable supply of lubricating oil. Become.
  • the spherical pivot 36 is protruded toward the tilting pad 40 and the tilting pad 40 is fixed, but this configuration is not necessary in the present embodiment. Therefore, by making the surface of the spherical pivot 36 the same height as the inner peripheral surface of the bearing housing 30, the tilting pad 40 can be pulled out in the journal axis direction simply by removing the side plate 35. Therefore, it is possible to remove the tilting pad 40 with the journal j installed, and it becomes easy to attach and remove the tilting pad 40 when the tilting pad 40 is repaired or modified.
  • the outer liner 62 is provided separately from the outer liner 33 that is the load support portion of the bearing housing 30, and the outer liner 62 is provided with the oil supply hole 62 a, thereby preventing the strength of the outer liner 33 from being lowered. Therefore, the thickness of the bearing housing 30 can be prevented. Further, since the load of the bearing housing 30 loaded on the bearing mount 20 by the outer liner 62 is made smaller than the load of the bearing housing 30 loaded on the bearing mount 20 by the outer liner 33, the support points of the bearing housing 30 are increased excessively. There is nothing. Therefore, it is not necessary to make the dimensional accuracy of the load support portion of the bearing housing 30 high, and the ease of assembling the journal bearing can be maintained.
  • the outer liner 62 is provided in the lower bearing housing 30b to which the load of the journal j is loaded, the load load can be easily adjusted, and the connecting portion between the outer liner 33 and the bearing base 20 can be deformed and elastic. Since the flexible O-ring 76 is attached, the load load can be adjusted more easily.
  • Lubricating oil is supplied to the oil supply nozzle 50 from the oil supply hole 60 provided in the bearing stand 20 through the annular oil guide groove 66 and the oil supply hole 68 and the oil supply hole 56 formed in the oil supply nozzle 50. Therefore, the lubricating oil can be supplied to the oil supply nozzle 50 with a simple configuration without reducing the strength of the bearing housing 30.
  • the O-ring is used for the connecting portion between the outer liner 33 and the bearing stand 20
  • other elastic bodies such as a bellows structure may be used instead of the O-ring.
  • an elastic body it becomes easy to adjust the load of the bearing housing 30 loaded on the bearing stand 20 via the outer liner 33.
  • a high oil film pressure of lubricating oil is formed on the upper pad bearing surface of the pad type journal bearing that supports the rotating shaft by low-cost and simple means. Can eliminate the carry-over of the lubricating oil of the journal bearing, achieve a simplified configuration and cost reduction, and can easily assemble or disassemble the bearing into the journal bearing. Suitable for large rotating structures such as generators.

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Abstract

ジャーナルの上側に配置されジャーナルの自重が付加されないティルテイングパッドとジャーナル間の隙間調整を可能にして、ジャーナルの全周に亘り潤滑油の高油膜圧形成を容易にするとともにジャーナル軸受の潤滑油のキャリオーバをなくす。環状の軸受ハウジング３０内に揺動可能に配設されジャーナルｊを自動調心可能に支持する複数個のパッド４０を有し、該パッドとジャーナルｊ間に潤滑油を供給するようにしたジャーナル軸受１０を備えた回転構造体において、上部パッドのジャーナル回転方向下流側部位で軸受ハウジング内面と上部パッド背面との間に上部パッドの該下流側部位をジャーナル側に付勢する弾性力を付与するバネ部材８０を設け、該バネ部材により上部パッドとジャーナル間にジャーナル回転方向下流側に向って先狭まりの隙間を形成させるとともに、前記複数個のパッド４０の軸受面４８に潤滑油を供給する第１給油ノズル５０と、該軸受面を通った潤滑油のキャリオーバを阻止する第２給油ノズル５０とを備え、前記第１給油ノズル５０のハウジング面５２ａで該ハウジング面に対向するパッドの前面４６を少なくとも線接触支持させると共に、第２給油ノズル５０のハウジング面で該ハウジング面に対向するパッドの後面を少なくとも線接触支持させることにより、パッド４０のジャーナル回転方向位置を固定支持させるように構成した。

Description

ジャーナル軸受を備えた回転構造体及びその組立方法
　本発明は、例えば蒸気タービン、ガスタービン、発電機等の大型回転機械に好適に適用される大型回転構造体において、回転軸を支承する直接潤滑方式のジャーナル軸受を備えた回転構造体に係り、特に回転軸を支承するパッド型ジャーナル軸受の上側パッド軸受面に潤滑油の高油膜圧形成を可能にした回転構造体及びその組立方法に関する。
　従来、この種のジャーナル軸受には、ジャーナルの自動調心が可能なティルテイングパッドを備えたジャーナル軸受が用いられている。
　特許文献１（特開平５－３３２３５５号公報）に、本出願人が提案した、ティルテイングパッドを備えたジャーナル軸受が開示されている。特許文献１に開示されているように、ティルテイングパッドは、ジャーナルに対してティルテイングパッドの背面側に設けられた球面ピボットに調整ライナを介してジャーナルの軸方向及び周方向に揺動可能に支持されている。
　従って、ティルテイングパッドは、ジャーナルの動きに追従して自由に動くことができ、ティルテイングパッドを備えたジャーナル軸受は自動調心機能をもつ。そのため、ジャーナルを安定して支持できるため、高速回転機械に適用されている。
　また、球面ピボットは軸受ハウジングの内面からティルテイングパッド側に突出し、ティルテイングパッド背面に設けられた凹溝に遊嵌した構造をなしているため、ティルテイングパッドがジャーナルの回転方向に連れ回りするのを球面ピボットで係止している。
　ティルテイングパッドを備えたジャーナル軸受には、油浴潤滑方式と直接潤滑方式とがある。油浴潤滑方式は、ティルテイングパッドの両側をサイドシールで密閉して、ティルテイングパッドの軸受面を潤滑油で満たすようにした方式である。
　しかし、この方式では、サイドシールによる摩擦損失と、パッド間における潤滑油の攪拌損失が生じ、機械効率が低下するという問題がある。
　この機械効率の低下を特許文献１の図８により説明する。図８は特許文献１の図８に図示された、油浴潤滑方式におけるジャーナル軸受のジャーナル回転数と機械損失との関係を示す線図である。図８において、全機械損失は略回転数の２乗に比例して増大するが、その内訳は、負荷側である下側パッドによる摩擦損失Ｘと、無負荷側の上側パッドによる摩擦損失Ｙと、サイドシールによる摩擦損失及びパッド間における潤滑油の攪拌損失を加算した機械損失Ｚとに分けられる。
　そこで、機械損失Ｚをなくした直接潤滑方式が提案されている。直接潤滑方式は、各ティルテイングパッドのジャーナル回転方向上流側に給油ノズルを設け、該給油ノズルからティルテイングパッドの軸受面に潤滑油を供給する方式であり、サイドシールを取り除くようにしたものである。直接潤滑方式では、機械損失Ｚを解消できるので、現在では広く使用されている。なお、特許文献１は、直接潤滑方式のジャーナル軸受を提案するものである。
　特許文献２（特開２０００－２７４４３２号公報）は、別な構成の直接潤滑方式のジャーナル軸受を提案するものである。特許文献２の段落〔０００９〕に記載されているように、ティルテイングパッドを備えたジャーナル軸受には、潤滑油のキャリオーバという問題もある。これは、上流側のティルテイングパッドの軸受面に供給された潤滑油がそのままジャーナル表面に連れ回りして、下流側のティルテイングパッドの軸受面に入り込む現象を言う。
　潤滑油は、ティルテイングパッドの軸受面でせん断力を受け温度が上昇するため、複数のティルテイングパッドの軸受面に入り込むことで高温となる。そして、ティルテイングパッドの温度を上昇させ、軸受部の焼損につながる場合もある。
　特許文献２は、直接潤滑方式のジャーナル軸受で、キャリオーバを防ぐ手段を提案している。
　また、特許文献３（特開２００６－１１２４９９号公報）には、直接潤滑方式のジャーナル軸受で、潤滑油のキャリオーバによるティルテイングパッドの温度上昇を防ぐ別な手段が提案されている。この手段は、ティルテイングパッドのジャーナル回転方向上流側及び下流側に給油ノズルを設けると共に、ティルテイングパッドにジャーナル周方向に冷却流路を設け、該冷却流路にジャーナル回転方向下流側に設けられた給油ノズルから潤滑油を流通させることにより、ティルテイングパッドの表面温度の上昇を抑えるようにしたものである。
　また、特許文献２の段落〔０００４〕に記載されているように、パッド型ジャーナル軸受では、ジャーナル表面とティルテイングパッド間には潤滑油が満たされているが、ティルテイングパッドは固定され、ジャーナルは非常な高周速で回転しているため、ティルテイングパッドとジャーナル軸受間には大きな速度差が発生する。
　この速度差に抗して、ジャーナル表面とティルテイングパッド間にティルテイングパッドに負荷される荷重を支承する油膜圧を形成する必要がある。
　図９は、特許文献２の図３３を引用したものである。図９において、ジャーナル１００とリング状の軸受ハウジング１０３の間に、ジャーナル１００を取り囲むように複数のティルテイングパッド１０１ａ～ｄが配置され、ジャーナル１００を支承している。ジャーナル１００とティルテイングパッド１０１ａ～ｄとの隙間１０２には、潤滑油が満たされている。油膜圧Ｆｐは、ジャーナル１００にかかる荷重Ｗの方向及び位置により変化するが、各ティルテイングパッド１０１ａ～ｄに発生する油膜圧Ｆｐを全周積分すると、ジャーナル１００の荷重Ｗに一致する。
　各ティルテイングパッド１０１ａ～ｄを傾け、ジャーナル回転方向ａの下流側の隙間１０２を狭めることにより、くさび膜効果により、下流側の隙間１０２に高い油膜圧を形成できる。
　このように、ティルテイングパッドを備えた直接潤滑方式のジャーナル軸受では、機械損失が少ない点で油浴潤滑方式のジャーナル軸受より優れている。
　しかし、給油ノズルを設けたり、あるいはキャリオーバを抑えるための手段を採用することで、構成が複数化し製造費が高価となってきている。
　ティルテイングパッドを備えたジャーナル軸受では、直接潤滑方式に限らず、ティルテイングパッドを軸受ハウジングの内面側に設けた球面ピボットで揺動可能に支持させているが、かかる構成が軸受の組立又は解体を面倒にしている。即ち、現状の構成では、球面ピボットが軸受ハウジングの内面よりティルテイングパッド側に突出しているため、ジャーナル軸受を取り外さないと、ティルテイングパッドを取り外すことができない。
　又、ジャーナルの下側に配置されたティルテイングパッドの軸受面には、ジャーナルの自重が付加されるので、高い油膜圧を形成するのは比較的容易である。しかし、ジャーナルの上側に配置されるティルテイングパッドの軸受面は、ジャーナルの自重が付加されないので、高い油膜圧を形成するのは容易ではない。
　また、ティルテイングパッドとジャーナルとの回転方向下流側の隙間を狭めてくさび膜効果を発揮させる場合でも、大型回転構造体では、ティルテイングパッドの重量が増大するので、ティルテイングパッドとジャーナル間の隙間調整も容易ではない。
特開平５－３３２３５５号公報 特開２０００－２７４４３２号公報 特開２００６－１１２４９９号公報
　本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、油浴潤滑方式より機械損失の少ない直接潤滑方式のジャーナル軸受を採用した回転構造体において、ジャーナル軸受の潤滑油のキャリオーバをなくすと共に、構成の簡素化と低コスト化を達成し、かつ軸受の組立又は解体を容易にすることを目的とする。
　本発明の他の目的は、ジャーナル軸受を備えた回転構造体において、ジャーナルの上側に配置されジャーナルの自重が付加されないティルテイングパッドとジャーナル間の隙間調整を可能にして、ジャーナルの全周に亘り潤滑油の高油膜圧形成を容易にすることを目的とする。
　前記目的を達成するため、本発明のジャーナル軸受を備えた回転構造体は、
環状の軸受ハウジング内に揺動可能に配設されジャーナルを自動調心可能に支持する複数個のパッドを有し、該パッドとジャーナル間に潤滑油を供給するようにしたジャーナル軸受を備えた回転構造体において、
　前記環状の軸受ハウジングが、ジャーナルの自重が負荷されない上部位置に配置された上部パッドを支持する軸受ハウジングであって、該上部パッドのジャーナル回転方向下流側部位で軸受ハウジング内面と上部パッド背面との間に、該上部パッドとジャーナル間にジャーナル回転方向下流側に向って先狭まりの隙間を形成させる隙間形成手段を設けたことを特徴とする。
　本発明では、上部パッドとジャーナル間に回転方向下流側に向って先狭まりの隙間を形成できため、くさび膜効果により上部パッドの軸受面に潤滑油による高い油膜圧を形成できるので、軸受面の潤滑性能を維持でき、軸受面の焼損を防止できる。
好ましくは、前記隙間形成手段が、該上部パッドのジャーナル回転方向下流側部位で軸受ハウジング内面と上部パッド背面との間に上部パッドの該下流側部位をジャーナル側に付勢する弾性力を付与するバネ部材であり、
　該バネ部材により上部パッドとジャーナル間にジャーナル回転方向下流側に向って先狭まりの隙間を形成させるように構成したことを特徴とする。
　かかる構成では、前記バネ部材の弾性力により上部パッドのジャーナル回転方向下流側部分をジャーナルに向けて押圧するようにしているので、上部パッドとジャーナル間に回転方向下流側に向って先狭まりの隙間を形成でき、本発明の効果を容易に達成できる。
　本発明において、上部パッドのジャーナル回転方向上流側端を持ち上げ可能とするリフト手段を備え、該リフト手段で上部パッドとジャーナルの回転方向上流側部位間の隙間を調節可能にするとよい。前記バネ部材とリフト手段との組み合わせにより、上部パッドとジャーナル間の隙間調整をジャーナル回転方向に亘って所望の寸法に精度良く行なうことができる。
　また、本発明において、前記リフト手段を、軸受ハウジングに半径方向に穿設された貫通孔及びパッドに穿設され該貫通孔と連なる位置に開口しかつ同一方向に穿設されたネジ孔と、該貫通孔に挿入され同時に該ネジ孔に螺合するボルトとで構成し、該ボルトの該ネジ孔への螺入長さを調整することにより軸受ハウジングとパッド間の隙間を調節可能に構成するとよい。
　かかる構成により、前記リフト手段を簡素かつ低コストとすることができると共に、該ボルトに吊下げ部を一体形成することにより、該リフト手段を軸受ハウジング及びパッドの同時搬送手段としても利用できる。
　また、本発明において、パッドの中央域を前記軸受ハウジング内面に設けた球面ピボットにジャーナルの軸方向及び周方向に揺動可能に支持させ、ジャーナルの自重が負荷されない上側パッドを支持する軸受ハウジングにおいて、該球面ピボットの背面から軸受ハウジングの外面に貫通した測定孔を設け、該測定孔の開口から球面ピボット背面までの深さ計測値に基づいてジャーナルとパッド間の隙間を調整するように構成するとよい。
　ジャーナルの自重が負荷されない上部パッドとジャーナルとの隙間には高い油膜圧を形成しにくい。そのため、上部パッドに振動が発生しやすく、これによって、上部パッドの入口側内面がジャーナルと接触して上部パッドに割れが発生する場合がある。
　前記構成とすることにより、上部パッドとジャーナルとの隙間をジャーナル回転方向に亘って正確に調整できるため、上部パッドとジャーナル間の隙間に高い油膜圧を形成でき、そのため、上部パッドの振動の発生を防止できる。
　又本発明の回転構造体は、
　環状の軸受ハウジングと、該軸受ハウジング内に揺動可能に配設されジャーナルを自動調心可能に支持する複数個のパッドと、該パッドのジャーナル回転方向上流側に設けられパッドの軸受面に潤滑油を供給する第１給油ノズルと、パッドのジャーナル回転方向下流側に設けられ該軸受面を通った潤滑油のキャリオーバを阻止する第２給油ノズルとを備えた（直接潤滑方式のジャーナル軸受を備えた）回転構造体において、
　第１給油ノズルのハウジング面で該ハウジング面に対向するパッドのジャーナル回転方向上流側前面を少なくとも線接触支持させると共に、第２給油ノズルのハウジング面で該ハウジング面に対向するパッドのジャーナル回転方向下流側後面を少なくとも線接触支持させることにより、パッドのジャーナル回転方向位置を固定支持させるように構成したものである。
　本発明の回転構造体では、パッドのジャーナル回転方向上流側に設けられた第１給油ノズルからパッドの軸受面に潤滑油を供給し、パッドのジャーナル回転方向下流側に設けられた第２給油ノズルから上流側潤滑油のキャリオーバを阻止する潤滑油を供給する。そして、この２個の給油ノズルでパッドを両側から支持固定するようにしている。
　これによって、潤滑油のキャリオーバを阻止できると共に、第１給油ノズル及び第２給油ノズルのハウジング面でパッドのジャーナル回転方向上流側前面及び下流側後面を少なくとも線接触支持するため、パッドを確実に固定できると共に、給油ノズル自体以外に特別な支持構造を不要とし、支持構造を簡素化できる。
　本発明の回転構造体において、第１給油ノズル又は第２給油ノズルのハウジング面又は該ハウジング面と対向するパッドのジャーナル回転方向前面又は後面を傾斜面とし、該ハウジング面の根元部でパッドのジャーナル回転方向前面又は後面を線接触支持するように構成するとよい。
　このように、第１給油ノズル又は第２給油ノズルのハウジング面の根元部でパッドの前面又は後面を線接触支持すれば、パッドをより安定支持できると共に、パッドの前側又は後側空間をより広くすることができるので、パッド前側又は後側での潤滑油の安定供給を可能とする。
　また、本発明の回転構造体において、パッドの中央域を前記軸受ハウジング内面に設けた球面ピボットにジャーナルの軸方向及び周方向に揺動可能に支持させ、
　ジャーナルの自重が負荷されない上部位置に配置された上部パッドを支持する軸受ハウジングにおいて、該球面ピボットの背面から軸受ハウジングの外面に貫通した測定孔を設け、該測定孔の開口から球面ピボット背面までの深さ計測値に基づいてジャーナルとパッド間の隙間を調整するように構成するとよい。
　ジャーナルの自重が負荷されない上側パッドとジャーナルとの隙間は高い油膜圧を形成しにくい。そのため、上側パッドに振動が発生しやすく、これによって、上側パッドの入口側内面がジャーナルと接触して上側パッドに割れが発生する場合がある。
　前記構成とすることにより、上側パッドとジャーナルとの隙間調整を正確に行なうことができるため、上側パッドの振動の発生を防止できる。
　また、本発明の回転構造体において、パッドの中央域を軸受ハウジング内面に設けた球面ピボットにジャーナルの軸方向及び周方向に揺動可能に支持させると共に、該球面ピボットの球面を軸受ハウジングの内面と同一高さに形成することにより、該パッドを軸方向に挿入又は抜き出し可能に構成するとよい。
　パッドの軸方向両側には、パッドの軸方向位置を固定する部材が設けられているが、前記構成により、この固定部材を取り外すだけで、パッドの挿入又は抜き出しが可能になる。従って、ジャーナルを取り外すことなく、パッドの挿入又は抜き出しが可能になるので、パッドの交換又は修理が容易になる。
　次に、本発明の回転構造体の組立方法は、
　パッドの中央域を軸受ハウジング内面に設けた球面ピボットにジャーナルの軸方向及び周方向に揺動可能に支持させ、ジャーナルの自重が負荷されない上側パッドを支持する軸受ハウジングにおいて、該球面ピボットの背面から軸受ハウジングの外面に貫通した測定孔を設けた本発明の回転構造体において、
　球面ピボットの背面から測定孔の開口までの深さを計測し、該計測値に基づいて該球面ピボットの背面に球面ピボットの高さ位置調整用シム板を挿入することにより、ジャーナルとパッド間の隙間を調整するようにしたものである。
　本発明方法によれば、ジャーナルの自重が負荷されない上側パッドとジャーナル間の隙間調整が容易になり、これによって、該隙間に所望の油膜圧を形成することができる。
　本発明方法において、パッドのジャーナル回転方向上流側又は下流側端部を持ち上げ可能とするリフト手段を用意し、該リフト手段でパッドとジャーナル間の隙間がジャーナル回転方向下流側に向って狭まるように調整することにより、該隙間に形成される潤滑油の油膜圧がジャーナル回転方向下流側に向って高圧分布とするとよい。
　これによって、上側パッドとジャーナル間の隙間にいわゆるくさび膜効果による高い油膜圧を形成できる。そのため、上側パッドの軸受面の潤滑性能を向上させ、焼付き等を防止できる。
　前記リフト手段を、軸受ハウジングに半径方向に穿設された貫通孔及びパッドに穿設され該貫通孔と連なる位置に開口しかつ同一方向に穿設されたネジ孔と、該貫通孔に挿入され同時に該ネジ孔に螺合するボルトとで構成され、該ボルトの該ネジ孔への螺入長さを調整することにより軸受ハウジングとパッド間の隙間を調節可能にするとよい。
　これによって、リフト手段を簡素かつ低コストにすることができる。また、リフト手段をパッドと軸受ハウジングとを同時に搬送する搬送手段として兼用できる。
　本発明のジャーナル軸受を備えた回転構造体によれば、前記上部パッドとジャーナル間にジャーナル回転方向下流側に向って先狭まりの隙間を形成させるように構成したことにより、くさび膜効果により上部パッドとジャーナル間に潤滑油の高い油膜圧を形成できる。従って、上部パッドとジャーナル間に良好な潤滑性能を維持でき、軸受面の焼損等を防止できる。
　又本発明の回転構造体によれば、前記第１給油ノズルのハウジング面で該ハウジング面に対向するパッドのジャーナル回転方向上流側前面を少なくとも線接触支持させると共に、前記第２給油ノズルのハウジング面で該ハウジング面に対向するパッドのジャーナル回転方向下流側後面を少なくとも線接触支持させることにより、パッドのジャーナル回転方向位置を固定支持させるように構成したので、機械損失が少なく、かつ上流側潤滑油のキャリオーバを抑制できると共に、給油ノズルをパッドの固定支持手段として用いることで、パッドの固定支持手段を簡素化できる。
　また、本発明の回転構造体の組立方法は、球面ピボットの背面から軸受ハウジングの外面に貫通した測定孔を設けた本発明の回転構造体において、球面ピボットの背面から測定孔の開口までの深さを計測し、該計測値に基づいて該球面ピボットの背面に球面ピボットの高さ位置調整用シム板を挿入することにより、ジャーナルとパッド間の隙間を調整するようにしたので、ジャーナルの自重が負荷されない上側パッドとジャーナル間の隙間を所望の寸法に設定でき、そのため、該隙間に高い油膜圧を形成できるので、上側パッドの振動等を防止できると共に、上側パッド軸受面に高い油膜圧を形成できるので、上側パッド軸受面の潤滑性能を向上できて、焼損等を防止できる。
本発明の回転構造体の一実施形態に係り、正面視断面図（図２中のＣ－Ｃ断面図）である。 前記実施形態の側面視断面図（図３中のＢ－Ｂ断面図）である。 前記実施形態の背面図（図２中のＡ視図）である。 図１の球面ピボット３６付近の一部拡大図である。 前記実施形態の給油ノズル５０の斜視図である。 図１の給油孔６０付近の一部拡大図である。 図１中のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。 油浴潤滑方式のジャーナル軸受の機械損失を示す線図である。 くさび膜効果によるジャーナル軸受の油膜圧形成を示す説明図である。
　以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　図１～図３は、本実施形態のジャーナル軸受を示し、図１は図２中のＣ－Ｃ線に沿う正面視断面図、図２は図３中のＢ－Ｂ線に沿う側面視断面図、図３は図２中のＡ方向から視た背面図である。
　図１において、ジャーナルｊは、蒸気タービン、ガスタービン又は発電機等の大型回転機械の回転軸である。ジャーナルｊは４０cｍ前後にも及ぶ大径となるため、これを支承するジャーナル軸受１０も大型化すると共に、ジャーナルｊの周速も高速化する。ジャーナルｊは矢印ａ方向に回転する。
　ジャーナルｊを支承するジャーナル軸受１０は、軸受台２０と、軸受台２０に固定支持される２つ割り型の軸受ハウジング３０と、軸受ハウジング３０の内面に取り付けられるティルテイングパッド４０とで構成されている。軸受台２０は断面が半円状の凹部２０ａを有し、一方２つ割り型の軸受ハウジング３０は、夫々半リング状をなす上側軸受ハウジング３０ａと下側軸受ハウジング３０ｂとに分割され、軸受台２０の該凹部２０ａに下側軸受ハウジング３０ｂが嵌合固定される。上側軸受ハウジング３０ａは、下側軸受ハウジング３０ｂに図３に示す位置決めピン３１で位置決めされて、結合ボルト３２によって下側軸受ハウジング３０ｂに結合される。
　軸受ハウジング３０の内側には、周方向に４個のティルテイングパッド４０ａ～ｄが配置されている。なお、すべてのティルテイングパッドに共通の記述を行なう場合、ａ～ｄを省いて表示する。これは他の部材についても同様とする。図４に示すように、各ティルテイングパッド４０の背面中央付近に凹部４２が刻設され、該凹部に調整ライナ４４が圧入されている。調整ライナ４４に対面する軸受ハウジング内面に凹部３４が設けられ、該凹部に球面ピボット３６が嵌着されている。
　球面ピボット３６の表面は球面状に形成され、ティルテイングパッド４０は、該球面に沿ってジャーナルｊの周方向及び軸方向に揺動可能になっている。ティルテイングパッド４０間には、夫々等間隔に隙間ｓ１が設けられている。球面ピボット３６は、その中心点が鉛直方向又は水平方向から４５度の周方向位置に配置されている。
　球面ピボット３６の球面は、軸受ハウジング３０の内周面と同じ高さに形成されている。従って、後述するサイドプレート３５を取り外すと、ティルテイングパッド４０は、調整ライナ４４を付けたままジャーナル軸方向に滑らすことで、ティルテイングパッド４０を軸受組立体から取り外すことができる。
　上側軸受ハウジング３０ａには、ジャーナルｊの半径方向に向けて、凹部３４と上側軸受ハウジング３０ａの外周面とを連通する測定孔３８が穿設されている。球面ピボット３６が設けられた周方向位置と同一周方向位置に当る軸受ハウジング３０の外周面には、アウタライナ３３が設けられている。
　図４に示すように、アウタライナ３３は、図示しない結合ボルトにより軸受ハウジング３０の外周面に結合されている。アウタライナ３３の外周面は、軸受ハウジング３０の外周面よりわずかに外方に突出している。
　そのため、アウタライナ３３が軸受台２０に接し、下側軸受ハウジング３０ｂは、アウタライナ３３を介して軸受台２０に固定支持される。下側軸受ハウジング３０ｂの外周面と軸受台２０の内周面との間には隙間ｓ２が存在する。
　アウタライナ３３には測定孔３８に連通する貫通孔３３ａが穿設されている。測定孔３８は、所定の測定作業が終わった後で、プラグ３９で閉塞される。
　図２に示すように、軸受ハウジング３０及びティルテイングパッド４０のジャーナル軸方向両側には、全周に亘りリング状のサイドプレート３５が配設されている。図３に示すように、サイドプレート３５は、周方向に複数配置されたボルト３７で軸受ハウジング３０に結合されている。サイドプレート３５とジャーナルｊ間に隙間ｓ３が設けられ、後述する給油ノズル５０から噴出した潤滑油は、ジャーナルｊとティルテイングパッド４０間の潤滑に供した後、隙間ｓ３から排出される。
　図１に示すように、潤滑油を噴出する給油ノズル５０は、各ティルテイングパッド４０を挟むように、ティルテイングパッド４０のジャーナル回転方向前後に配設されている。図５は、ティルテイングパッド４０のジャーナル回転方向後方に配置された給油ノズル５０を一例として示す。図２及び図５により給油ノズル５０の構成を説明する。給油ノズル５０は、ジャーナル回転方向の上流側又は下流側に配置された違いにより構成上の違いはない。
　給油ノズル５０は、その直方体状をなす主ケーシング５２の下半分が軸受ハウジング３０に設けられた嵌合用凹部７０に嵌合固定され、上半分が軸受ハウジング３０からティルテイングパッド４０側に向かって立設されている。主ケーシング５２からジャーナル軸方向両側に腕５４が延設されている。主ケーシング５２及び腕５４の内部には潤滑油供給孔５６が穿設されている。
　腕５４には、軸方向に等間隔に複数のノズル口５８が穿設され、ノズル口５８は、ジャーナルｊ側に向けられている。ティルテイングパッド４０に対しジャーナル回転方向上流側に設けられた給油ノズル５０から噴出された潤滑油は、ジャーナルｊの回転力によりティルテイングパッド４０の内周面（図４の軸受面４８）とジャーナルｊの外周面との間に入り、油膜を形成する。
　ティルテイングパッド４０に対しジャーナル回転方向下流側に設けられた給油ノズル５０から噴出した潤滑油は、ティルテイングパッド４０とジャーナルｊ間を通ってきた潤滑油を冷却すると共に、該潤滑油の流れをノズル口５８から噴出した潤滑油で乱し、ジャーナル表面から剥離させることによって、回転方向後側のティルテイングパッド４０の軸受面４８に連れ回りするのを防止している。潤滑油は、サイドプレート３５とジャーナルｊ間の隙間ｓ３から排出される。
　図５に示すように、主ケーシング５２は直方体をなし、主ケーシング５２とティルテイングパッド４０の互いに対面する面５２ａと傾斜面４６とは、根元部４６ａで線接触しており、傾斜面４６は、面５２ａに対して離れる方向に微小角度αをなすように傾斜している。このように、給油ノズル５０は、ティルテイングパッド４０のジャーナル回転方向両側から、その主ケーシング５２の面５２ａでティルテイングパッド４０の傾斜面４６の根元部４６ａと線接触支持することにより、ティルテイングパッド４０のジャーナル回転方向の動きを固定支持している。
　図１に示すように、軸受台２０には潤滑油の給油孔６０が設けられている。給油孔６０に対面する下側軸受ハウジング３０ｂの外周面にはアウタライナ６２が設けられている。以下、この部分の構成を図６により説明する。図６において、アウタライナ６２には、給油孔６０に連通する位置に、ジャーナル半径方向に給油孔６２ａが穿設されている。
　また、下側軸受ハウジング３０ｂには、給油孔６２ａに連通する位置に半径方向に給油孔６４が穿設されている。さらに、給油孔６４に連通して、ジャーナル回転方向に環状の導油溝６６が設けられている。
　導油溝６６は、軸受ハウジング３０内で周方向全周に設けられている。図２に示すように、導油溝６６は、軸受ハウジング３０内にジャーナル軸方向に穿設された給油孔６８を介して、給油ノズル５０の主ケーシング５２内に穿設された給油孔５６に連通している。給油孔５６の一端開口はプラグ７２で閉塞され、プラグ７２は該開口にＣ形止め輪７４で固定されている。
　軸受台２０の内面とアウタライナ６２の外面との間には、隙間ｓ４が形成される。隙間ｓ４にＯリング７６を挿入し、Ｏリング７６につぶし代を設けて隙間ｓ４を密閉する。これによって、隙間ｓ４から潤滑油が漏れるのを防ぐと共に、アウタライナ６２を介して軸受台２０に付加される下側軸受ハウジング３０ｂの荷重が、軸受ハウジング３０の荷重を支持するアウタライナ３３を介して軸受台２０に付加される軸受ハウジング３０の荷重より小となるように構成している。
　図７に示すように、上側軸受ハウジング３０ａの内周面には、ティルテイングパッド４０ａ又は４０ｂの外周面に対面する２箇所に、円筒形の凹部８２が穿設されている。また、該凹部８２に対面するティルテイングパッド４０ａ又は４０ｂの外周面に凹部８２と同径の円筒形凹部８４が穿設されている。そして、該凹部８２及び凹部８４にコイルバネ８０が嵌合されている。これによって、コイルバネ８０の弾性力がジャーナルｊ側に付勢される。コイルバネ８０は、ティルテイングパッド４０ａ又は４０ｂのジャーナル回転方向下流側端部に設けられている。従って、ジャーナルｊの表面とティルテイングパッド４０ａ又は４０ｂとの間に、図９に示すように、ジャーナル回転方向に向かって先狭まりの隙間を形成するのが容易になる。
　また、図１に示すように、各ティルテイングパッド４０のジャーナル回転方向上流側端及び下流側端には、半径方向にネジ穴９０が穿設されている。そして、軸受ハウジング３０の該ネジ穴９０の開口に一致する位置に、半径方向にボルト通し孔９２が穿設されている。ネジ穴９０とボルト通し孔９２の軸線は一致するように設けられている。該ボルト通し孔９２に六角穴付きボルト９４を通し、六角穴付きボルト９４の先端部をネジ穴９０に螺合させる。
　六角穴付きボルト９４のネジ穴９０への螺合部の長さを調整することにより、軸受ハウジング３０とティルテイングパッド４０との隙間を調整できる。これによって、ジャーナル表面とティルテイングパッド４０間の隙間寸法を調整することができる。
　このように、簡素かつ低コストな手段で、ティルテイングパッド４０の回転方向前後端のジャーナルｊとの隙間を調整可能になる。
　かかる構成の本実施形態において、軸受台２０に設けられた給油孔６０から導油溝６６及び給油孔６８，５６を経て、給油ノズル５０に潤滑油が供給される。そして、潤滑油は給油ノズル５０の腕５４のノズル口５８から、ティルテイングパッド４０の内周面（軸受面４８）に供給される。
　ティルテイングパッド４０に対してジャーナル回転方向上流側に配設された給油ノズル５０から噴出された潤滑油は、軸受面４８に供給され、軸受面４８の潤滑に供される。ジャーナル回転方向下流側に配設された給油ノズル５０から噴出した潤滑油は、軸受面４８を通ってきた潤滑油を冷却すると共に、ジャーナルｊの表面に形成された潤滑油の層流を乱すことで、高温となった潤滑油が下流側の軸受面４８に連れ回りするのを抑制できる。これによって、軸受面４８の潤滑油の高温化を抑制し、軸受面４８の焼損を抑制できる。
　このとき、公知の測定機器を用い、球面ピボット３６の背面から測定孔３８の開口までの距離を測定することによって、ティルテイングパッドの軸受面４８とジャーナルｊの表面間の隙間を測定できる。そして、この測定値に基づいて、図４に示すように、球面ピボット３６の背面に高さ調整用シム板８６を挿入することによって、軸受面４１とジャーナル間の隙間を所望の寸法に調整できる。
　この隙間調整手段と、六角穴付きボルト９４による隙間調整を併用することによって、軸受面４１とジャーナルｊ間の隙間を、図９に示すように、高精度でジャーナル回転方向に向かって先狭まりの隙間とすることができるので、くさび膜効果を利用して軸受面４８に高い油膜圧を形成できる。従って、軸受面４８の潤滑性能を高く維持できる。
　下側軸受ハウジング３０ｂに設けられたティルテイングパッド４０ｃ及び４０ｄには、ジャーナルｊの自重が負荷されるので、図８に示す先狭まりの隙間を形成するのは比較的容易である。一方、上側軸受ハウジング３０ａに設けられたティルテイングパッド４０ａ及び４０ｂには、ジャーナルｊの自重が負荷されないので、下側軸受ハウジング３０ｂと比べてジャーナルｊとの軸受面４８に高い油膜圧を形成するのは容易ではない。
　本実施形態では、上側軸受ハウジング３０ａに設けられたティルテイングパッド４０ａ又は４０ｂのジャーナル回転方向下流側にコイルバネ８０を設け、コイルバネ８０の弾性力をジャーナルｊに付加しているので、上側軸受ハウジング３０ａでも、先狭まりの隙間を形成するのが容易になる。そのため、くさび膜効果を利用して軸受面４８に高い油膜圧を容易に形成できる。
　また、上側軸受ハウジング３０ａには、ジャーナルｊの自重が負荷されないので、従来振動が発生しがちであり、振動によりティルテイングパッド４０に疲労破壊は起こる虞があったが、本実施形態ではこの不具合も解消できる。
　また、給油ノズル５０を各ティルテイングパッド４０の回転方向上流側及び下流側に設け、主ケーシング５２の根元部４６ａでティルテイングパッド４０の傾斜面４６の根元部を線接触支持しているので、ティルテイングパッド４０のジャーナル回転方向の固定手段が不要になり、ジャーナル軸受の構成を簡素化できる。
　さらに、主ケーシング５２の根元部４６ａでティルテイングパッド４０を支持しているので、ティルテイングパッド４０の前側及び後側空間を広くすることができ、これによって、潤滑油のさらなる安定供給が可能となる。
　従来は、球面ピボット３６をティルテイングパッド４０側に突出させて、ティルテイングパッド４０を固定していたが、本実施形態ではこのような構成が不要になる。従って、球面ピボット３６の表面を軸受ハウジング３０の内周面と同じ高さとしたことにより、サイドプレート３５を取り外すだけで、ティルテイングパッド４０をジャーナル軸方向に引抜くことが可能になった。従って、ジャーナルｊを設置したままで、ティルテイングパッド４０の取り外しが可能になり、ティルテイングパッド４０の修理、改造時等にティルテイングパッド４０の取り付け、取り外しが容易になった。
　また、本実施形態によれば、軸受ハウジング３０の荷重支持部であるアウタライナ３３とは別にアウタライナ６２を設け、アウタライナ６２に給油孔６２ａを設けたことにより、アウタライナ３３の強度低下を防止し、従って、軸受ハウジング３０の厚肉化を防止できる。また、アウタライナ６２で軸受台２０に負荷される軸受ハウジング３０の荷重をアウタライナ３３で軸受台２０に負荷される軸受ハウジング３０の荷重より小さくしてあるので、軸受ハウジング３０の支持点を余分に増やすことがない。従って、軸受ハウジング３０の荷重支持部の寸法精度を高精度にする必要がなく、ジャーナル軸受の組立の容易さを保持することができる。
　また、ジャーナルｊの荷重が負荷される下側軸受ハウジング３０ｂにアウタライナ６２を設けているので、負荷荷重の調整が容易になると共に、アウタライナ３３と軸受台２０の接続部に、変形が可能で弾力性のあるＯリング７６を装着しているので、負荷荷重の調整がさらに容易になる。
　また、軸受台２０に設けられた給油孔６０から環状の導油溝６６及び給油孔６８，及び給油ノズル５０内に穿設された給油孔５６を経て、給油ノズル５０に潤滑油を供給しているので、軸受ハウジング３０の強度を低下させずに、簡潔な構成で給油ノズル５０に潤滑油を供給できる。
　なお、アウタライナ３３と軸受台２０との接続部にＯリングを用いたが、Ｏリングに限らず、他の弾性体、例えば蛇腹構造体等を用いてもよい。このように、弾性体を用いることにより、アウタライナ３３を介して軸受台２０に負荷される軸受ハウジング３０の荷重を調整するのが容易になる。
　本発明によれば、直接潤滑方式のジャーナル軸受を採用した回転構造体において、低コストかつ簡易な手段で、回転軸を支承するパッド型ジャーナル軸受の上側パッド軸受面に潤滑油の高油膜圧形成を可能にできるとともに、ジャーナル軸受の潤滑油のキャリオーバをなくすと共に、構成の簡素化と低コスト化を達成し、かつ軸受のジャーナル軸受への組立又は解体を容易にでき、蒸気タービン、ガスタービン、発電機等の大型回転構造体に好適である。

Claims (12)

  1. 　環状の軸受ハウジング内に揺動可能に配設されジャーナルを自動調心可能に支持する複数個のパッドを有し、該パッドとジャーナル間に潤滑油を供給するようにしたジャーナル軸受を備えた回転構造体において、
    　前記環状の軸受ハウジングが、ジャーナルの自重が負荷されない上部位置に配置された上部パッドを支持する軸受ハウジングであって、該上部パッドのジャーナル回転方向下流側部位で軸受ハウジング内面と上部パッド背面との間に、該上部パッドとジャーナル間にジャーナル回転方向下流側に向って先狭まりの隙間を形成させる隙間形成手段を設けたことを特徴とするジャーナル軸受を備えた回転構造体。
  2. 前記隙間形成手段が、該上部パッドのジャーナル回転方向下流側部位で軸受ハウジング内面と上部パッド背面との間に上部パッドの該下流側部位をジャーナル側に付勢する弾性力を付与するバネ部材であり、
    　該バネ部材により上部パッドとジャーナル間にジャーナル回転方向下流側に向って先狭まりの隙間を形成させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受を備えた回転構造体。
  3. 　前記上部パッドのジャーナル回転方向上流側部位を持ち上げ可能とするリフト手段を備え、該リフト手段で上部パッドとジャーナルの回転方向上流側部位間の隙間を調節可能にしたことを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受を備えた回転構造体。
  4. 　前記リフト手段が、軸受ハウジングに半径方向に穿設された貫通孔及びパッドに穿設され該貫通孔と連なる位置に開口しかつ同一方向に穿設されたネジ孔と、該貫通孔に挿入され同時に該ネジ孔に螺合するボルトとで構成され、該ボルトの該ネジ孔への螺入長さを調整することにより軸受ハウジングとパッド間の隙間を調節可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載のジャーナル軸受を備えた回転構造体。
  5. 　前記パッドの中央域を前記軸受ハウジング内面に設けた球面ピボットにジャーナルの軸方向及び周方向に揺動可能に支持させ、
    　ジャーナルの自重が負荷されない上部位置に配置された上部パッドを支持する軸受ハウジングにおいて、該球面ピボットの背面から軸受ハウジングの外面に貫通した測定孔を設け、該測定孔の開口から球面ピボット背面までの深さ計測値に基づいてジャーナルと上部パッド間の隙間を調整するように構成したことを特徴とする請求項１～４のいずれかの項に記載のジャーナル軸受を備えた回転構造体。
  6. 　環状の軸受ハウジング内に揺動可能に配設されジャーナルを自動調心可能に支持する複数個のパッドと、該パッドのジャーナル回転方向上流側に設けられパッドの軸受面に潤滑油を供給する第１給油ノズルと、パッドのジャーナル回転方向下流側に設けられ該軸受面を通った潤滑油のキャリオーバを阻止する第２給油ノズルとを備えた請求項1記載のジャーナル軸受を備えた回転構造体において、
    　第１給油ノズルのハウジング面で該ハウジング面に対向するパッドのジャーナル回転方向上流側前面を少なくとも線接触支持させると共に、第２給油ノズルのハウジング面で該ハウジング面に対向するパッドのジャーナル回転方向下流側後面を少なくとも線接触支持させることにより、パッドのジャーナル回転方向位置を固定支持させるように構成したことを特徴とする回転構造体。
  7. 　第１給油ノズル又は第２給油ノズルのハウジング面又は該ハウジング面と対向するパッドのジャーナル回転方向前面又は後面を傾斜面とし、該ハウジング面の根元部でパッドのジャーナル回転方向前面又は後面を線接触支持するように構成したことを特徴とする請求項６記載の回転構造体。
  8. 　前記パッドの中央域を前記軸受ハウジング内面に設けた球面ピボットにジャーナルの軸方向及び周方向に揺動可能に支持させ、
    　ジャーナルの自重が負荷されない上部位置に配置された上部パッドを支持する軸受ハウジングにおいて、該球面ピボットの背面から軸受ハウジングの外面に貫通した測定孔を設け、該測定孔の開口から球面ピボット背面までの深さ計測値に基づいてジャーナルとパッド間の隙間を調整するように構成したことを特徴とする請求項６に記載の回転構造体。
  9. 　前記パッドの中央域を前記軸受ハウジング内面に設けた球面ピボットにジャーナルの軸方向及び周方向に揺動可能に支持させると共に、
    　該球面ピボットの球面を軸受ハウジングの内面と同一高さに形成することにより、該パッドをジャーナル軸方向に挿入又は抜き出し可能に構成したことを特徴とする請求項６又は７に記載の回転構造体。
  10. 　請求項８に記載の回転構造体の組立方法において、
    　前記球面ピボットの背面から前記測定孔の開口までの深さを計測し、該計測値に基づいて該球面ピボットの背面に球面ピボットの高さ位置調整用シム板を挿入することにより、ジャーナルとパッド間の隙間を調整するようにしたことを特徴とする回転構造体の組立方法。
  11. 　前記パッドのジャーナル回転方向上流側又は下流側端部を持ち上げ可能とするリフト手段を用意し、該リフト手段でパッドとジャーナル間の隙間がジャーナル回転方向下流側に向って狭まるように調整することにより、該隙間に形成される潤滑油の油膜圧がジャーナル回転方向下流側に向って高圧分布となるようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の回転構造体の組立方法。
  12. 　前記リフト手段が、軸受ハウジングに半径方向に穿設された貫通孔及びパッドに穿設され該貫通孔と連なる位置に開口しかつ同一方向に穿設されたネジ孔と、該貫通孔に挿入され同時に該ネジ孔に螺合するボルトとで構成され、該ボルトの該ネジ孔への螺入長さを調整することにより軸受ハウジングとパッド間の隙間を調節可能に構成したことを特徴とする請求項１１に記載の回転構造体の組立方法。
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