WO2011004565A1 - 軸受装置、軸受ユニットおよび回転機械 - Google Patents

軸受装置、軸受ユニットおよび回転機械 Download PDF

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bearing
carrier ring
casing
supported
lubricating oil
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PCT/JP2010/004283
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貝漕高明
中野隆
脇勇一朗
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三菱重工業株式会社
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    • F16C17/06—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
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    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/711—Shape curved convex

Definitions

  • the present invention relates to a bearing device, a bearing unit, and a rotating machine.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2009-159852 for which it applied to Japan on July 6, 2009, and uses the content here.
  • bearing devices such as a thrust bearing and a journal bearing are arranged in various places.
  • the rotor blades (moving blades) provided in the turbine rotor have become longer (larger diameter) and the number of blades tends to increase.
  • the rotation axis becomes a long axis, and the weight also increases.
  • the weight of the turbine rotor increases or the length of the rotating shaft becomes longer, which may cause the rotating shaft to bend.
  • the thrust bearing 510 includes a plurality of bearing pads 513 that support the thrust collar 512 formed on the rotating shaft 511, and a carrier ring 515 in which an accommodating portion 514 that accommodates the bearing pad 513 is formed. I have. Among the plurality of bearing pads 513, some pads are disposed facing one end surface of the thrust collar 512, and the remaining pads are disposed facing the other end surface of the thrust collar 512.
  • the individual bearing pads 513 are substantially fan-shaped when viewed from the axial direction of the rotating shaft 511.
  • a pivot 516 is provided between the bearing pad 513 and the carrier ring 515, and the bearing pad 513 can follow the inclination of the thrust collar 512 when the rotating shaft 511 is slightly bent (for example, patents). Reference 1). Note that oil can be supplied to the housing portion 514.
  • a turbine rotor has a structure in which a plurality of turbine rotor blades are formed along the axial direction, and a turbine stator blade formed in a turbine casing or the like is disposed between adjacent turbine rotor blades. ing. Therefore, when the shaft center O of the rotating shaft is inclined due to the bending of the rotating shaft, the thrust bearing 510 as shown in FIG. 9 shifts the center of gravity of the thrust collar 512 in the axial direction. May not be demonstrated.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a bearing device, a bearing unit, and a rotating machine that can exhibit the function of a bearing even when the rotating shaft is inclined.
  • a bearing device a bearing pad that is disposed around a rotation shaft and supports a thrust collar, a carrier ring that accommodates the bearing pad and is supported by a casing,
  • the supported surface supported by the casing in the carrier ring has a substantially constant curvature centered on the center of gravity of the thrust collar and is a curved surface that is convex along at least one direction orthogonal to the rotation axis. is there.
  • the carrier ring rotates about the center of gravity of the thrust collar, so that the position of the center of gravity of the thrust collar is shifted. Can be prevented. Therefore, by increasing the diameter and length of the turbine rotor, the carrier ring can follow the inclination even if the rotation axis is bent and the rotation axis is inclined, and the function as a bearing is exhibited. Can do. Further, in the turbine, since the position of the center of gravity of the thrust collar is not shifted, the capacity of the turbine can be sufficiently exhibited. Therefore, high output of the turbine can be achieved.
  • the carrier ring can be divided into a first member in which a housing portion for housing the bearing pad is formed and a second member in which the supported surface is formed. Is preferred.
  • each member can be manufactured separately, without using a large sized processing apparatus.
  • each member can be easily conveyed and assembled, and can also be exchanged separately.
  • a first aspect of the bearing unit according to the present invention is a bearing unit comprising the bearing device according to the present invention and a casing having a support surface that supports the supported surface, and the supported surface of the carrier ring. And lubricating oil can be supplied between the support surface of the casing.
  • the friction coefficient between the supported surface of the carrier ring and the supporting surface of the casing can be reduced. Therefore, the followability of the carrier ring (bearing device) can be improved when the rotating shaft is inclined.
  • the lubricating oil can be branched and supplied from a lubricating oil supply mechanism that supplies the lubricating oil to the bearing pad.
  • the existing lubricating oil supply mechanism can be shared, and the lubricating oil supply system can be simplified.
  • the first aspect of the bearing unit of the present invention further includes a high-pressure pump capable of supplying high-pressure lubricating oil between the supported surface of the carrier ring and the supporting surface of the casing, and the high-pressure pump is provided on the supported surface. It is preferable that an oil groove through which the lubricating oil can flow is formed.
  • the supported surface of the carrier ring can be effectively floated by the static pressure effect with respect to the supporting surface of the casing. Therefore, the coefficient of friction between the supported surface of the carrier ring and the support surface of the casing is further reduced, and the followability of the carrier ring when the rotating shaft (thrust collar) is inclined can be further improved.
  • the supported surface is formed in a spherical shape, and the oil groove is formed along the circumferential direction so as to be substantially equidistant from the rotation axis center. It is preferable.
  • the high-pressure lubricating oil is supplied substantially uniformly along the circumferential direction of the supported surface, so that the hydraulic pressure can be made substantially uniform as a whole, and the carrier with respect to the casing The ring can be lifted with good balance.
  • a second aspect of the bearing unit according to the present invention includes a bearing device according to the present invention, a casing having a support surface that supports the supported surface, a supported surface of the carrier ring, and a support surface of the casing. A ball bearing is provided between them.
  • the supported surface of the carrier ring and the supporting surface of the casing can be brought into rolling contact, and the friction coefficient between the supported surface and the supporting surface is reduced. Can do. Therefore, the followability of the carrier ring (bearing device) can be improved when the rotating shaft is inclined.
  • the rotating machine according to the present invention includes the bearing unit according to the present invention, a rotating shaft disposed at a shaft center of the bearing unit, and the rotating shaft protruding radially outward from the rotating shaft.
  • the carrier ring rotates about the center of gravity of the thrust collar, so that the position of the center of gravity of the thrust collar is shifted. Can be prevented. Therefore, by increasing the diameter and length of the turbine rotor, the carrier ring can follow the inclination even if the rotation axis is bent and the rotation axis is inclined, and the function as a bearing is exhibited. Can do.
  • the carrier ring rotates around the center of gravity of the thrust collar, so that the position of the center of gravity of the thrust collar is shifted. Can be prevented. Therefore, by increasing the diameter and length of the turbine rotor, the carrier ring can follow the inclination even if the rotation axis is bent and the rotation axis is inclined, and the function as a bearing is exhibited. Can do.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2. It is sectional drawing of the thrust bearing apparatus in 2nd embodiment of this invention. It is sectional drawing of the thrust bearing apparatus in 3rd embodiment of this invention. It is sectional drawing of the thrust bearing apparatus in 4th embodiment of this invention. It is the front view seen from the axial direction of the carrier ring in a fourth embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the thrust bearing apparatus in 5th embodiment of this invention. It is sectional drawing of the conventional thrust bearing apparatus. It is sectional drawing which shows a state when the rotating shaft in the conventional thrust bearing apparatus inclines.
  • a steam turbine 1 includes a turbine rotor 2 on which steam acts, a rotary shaft 3 disposed so as to pass through the axial center of the turbine rotor 2, and the rotary shaft 3 being rotatable.
  • a journal bearing device 4 that supports the shaft in the radial direction and a thrust bearing device 10 that supports the rotating shaft 3 in the axial direction D1 so as to be rotatable are provided.
  • the axis center of the rotating shaft 3 is defined as an axis O.
  • the turbine rotor 2 is accommodated in a turbine casing (not shown), and a plurality of turbine rotor blades are provided radially outward at intervals along the axial direction D1 on the outer peripheral surface of the rotating shaft 3 of the turbine rotor 2. (Not shown) protrudes. From the turbine casing, a plurality of turbine stationary blades (not shown) are arranged toward the rotary shaft 3 so as to be alternately positioned with the turbine rotor blades in the axial direction D1.
  • the journal bearing device 4 is provided outside each axial end of the turbine rotor 2 on the rotary shaft 3.
  • the thrust bearing device 10 is provided in the vicinity of one journal bearing device 4.
  • the steam introduced from the steam source (not shown) into the turbine casing via the steam pipe (not shown) is the turbine rotor blade and the turbine stationary blade of the turbine rotor 2.
  • the rotary shaft 3 is driven to rotate about the axis O, thereby outputting rotational power.
  • the rotary shaft 3 is inserted into the thrust bearing device 10, and the fan in a front view is disposed opposite to both axial end faces 12 a and 12 b of the thrust collar 12 formed on the rotary shaft 3.
  • a plurality of bearing pads 13 having a shape and two carrier rings 15 each having an accommodating portion 14 for accommodating the bearing pad 13 are provided.
  • a pivot 16 is provided between the bearing pad 13 and the carrier ring 15, and the bearing pad 13 can follow the inclination of the thrust collar 12 when a slight deflection occurs in the rotating shaft 3.
  • the end surface 12a of the thrust collar 12 and the bearing pad 13 are arranged substantially parallel to each other with a predetermined distance therebetween.
  • the thrust bearing device 10 includes a plurality of bearing pads (12 in the present embodiment) 13 that support the thrust collar 12 formed on the rotary shaft 3 and a carrier ring 15 that accommodates the bearing pads 13. Yes.
  • the plurality of bearing pads 13 half of the bearing pads 13 are arranged facing one end surface 12 a of the thrust collar 12, and the remaining half of the bearing pads 13 are arranged facing the other end surface 12 b of the thrust collar 12.
  • the number of bearing pads 13 is not limited to that of the present embodiment, and is appropriately set according to the scale of implementation.
  • the bearing pad 13 is disposed in a housing portion 14 formed in an annular groove shape on one end side in the axial direction of the carrier ring 15.
  • a plurality of bearing pads 13 are arranged along the circumferential direction of the rotary shaft 3 when viewed from the axial direction D1.
  • the bearing pad 13 is supported by a pivot 16 disposed substantially at the center in the radial direction of the surface 14a facing the axial direction D1 in the accommodating portion 14. That is, the bearing pad 13 is positioned with respect to the carrier ring 15 via the pivot 16.
  • the accommodating portion 14 is a recess formed in the end surface of the carrier ring 15 facing the end surface 12a (12b) of the thrust collar 12.
  • Each bearing pad 13 has a substantially fan shape when viewed from the axial direction of the rotary shaft 3.
  • six bearing pads 13 are arranged around the rotation shaft 3 inside the accommodating portion 14.
  • the bearing pad 13 is supported by a pivot 16 that is disposed on the bottom surface 14 a of the housing portion 14 so as to be located at an approximately equal distance from both the rotary shaft 3 and the inner peripheral surface of the housing portion 14.
  • the inside of the accommodating portion 14 is an oil tank filled with lubricating oil, and the bearing pad 13 supports the thrust collar 12 via the lubricating oil while the oil tank is filled with the lubricating oil.
  • the shaft 3 can be rotatably supported in the axial direction D1.
  • the carrier ring 15 has an accommodating portion 14 formed on one end side in the axial direction, and the other end surface 15 a side in the axial direction is formed in a spherical shape protruding outward in the axial direction with respect to the thrust collar 12.
  • a casing 20 is provided on the other end surface 15 a side of the carrier ring 15.
  • One end surface 20 a in the axial direction of the casing 20 is formed in a concave spherical shape so as to be substantially in contact with the other end surface 15 a of the carrier ring 15. That is, the other end surface 15 a of the carrier ring 15 is slidable along the one end surface 20 a of the casing 20.
  • the one end surface 20a of the casing 20 forms a support surface
  • the other end surface 15a of the carrier ring 15 forms a supported surface.
  • the thrust bearing device 10 and the casing 20 constitute a bearing unit 30.
  • the carrier ring 15 is formed of, for example, SC (cast steel) or SF (forged steel).
  • the surface 15 a of the carrier ring 15 facing the shaft end of the rotating shaft 3 is formed in a spherical shape protruding outward in the axial direction of the rotating shaft 3.
  • the casing 20 is provided outside the carrier ring 15.
  • a surface 20 a facing the carrier ring 15 of the casing 20 is formed in a concave shape corresponding to the spherical surface 15 a of the carrier ring 15. That is, the surface 20a of the casing 20 as a support surface is substantially in contact with the surface 15a of the carrier ring 15 as a supported surface.
  • the other end surface 15a of the carrier ring 15 and the one end surface 20a of the casing 20 are formed in a spherical shape having a substantially constant radius of curvature with the center of gravity G of the thrust collar 12 as a center. That is, the end surfaces 15 a of the carrier rings 15 disposed on both sides of the thrust collar 12 are each formed into a convex curved surface having a substantially constant radius of curvature with the center of gravity G of the thrust collar 12 as the center.
  • the end surfaces 20a of the casings 20 arranged outside the carrier rings 15 and 15 are each formed into a concave curved surface having a substantially constant radius of curvature with the center of gravity G of the thrust collar 12 as the center.
  • the other end surface 15 a of the carrier ring 15 is slidable along the one end surface 20 a of the casing 20 around the center of gravity G of the thrust collar 12.
  • the rotation axis 3 of the turbine rotor 2 is bent and the rotation shaft 3 is bent, and the axis O of the rotation shaft 3 is inclined.
  • the carrier ring 15 rotates about the center of gravity G of the thrust collar 12, the position of the center of gravity G of the thrust collar 12 can be prevented from shifting. Therefore, even if the axis O of the rotating shaft 3 is inclined, the carrier ring 15 can follow the inclination, and the thrust collar 12 and the bearing pad 13 can be prevented from coming into contact with each other, that is, excessively pressed. it can. Therefore, the thrust bearing device 10 can exhibit a function as a bearing even when the axis O of the rotary shaft 3 is inclined. Further, the life of the thrust bearing device 10 can be extended.
  • the carrier ring 115 is formed with the first member 131 in which the accommodating portion 14 in which the bearing pad 13 is accommodated and the spherical other end surface 115 a of the carrier ring 115.
  • the second member 132 can be divided.
  • the 1st member 131 and the 2nd member 132 are connected, for example by forming a bolt joint and a fitting structure.
  • the first member 131 and the second member 132 are made of, for example, SC (cast steel) or SF (forged steel), and the first member 131 and the second member 132 are made of the same material. It can also be made of different materials depending on circumstances such as the properties and manufacturing costs.
  • the same effects as the first embodiment are obtained, and the manufacturability, assemblability, and maintainability of the carrier ring 115 are improved.
  • each member can be easily processed without using a large processing apparatus. Compared to the one-piece construction, each member becomes smaller, and assembly such as transportation and installation becomes easy.
  • only one of the first member 131 and the second member 132 can be replaced during maintenance.
  • the bearing unit 230 includes a thrust bearing device 210 and a casing 20 having a support surface 20 a that supports the supported surface 215 a of the carrier ring 215.
  • lubricating oil can be supplied between the supported surface 215 a of the carrier ring 215 and the supporting surface 20 a of the casing 20.
  • the lubricating oil can be supplied at a pressure of 0.1 MPa, for example.
  • the lubricating oil includes an oil pump 41 for supplying lubricating oil into the accommodating portion 14 of the carrier ring 215, and an oil pipe 42 that connects between the oil pump 41 and the accommodating portion 14.
  • a supply mechanism 40 is provided.
  • the oil pipe 42 is branched in the middle, and the branched oil pipe 43 penetrates the inside of the carrier ring 215 and opens to the supported surface 215a of the carrier ring 215. That is, lubricating oil can be supplied between the supported surface 215 a of the carrier ring 215 and the supporting surface 20 a of the casing 20.
  • the carrier ring 215 can be smoothly rotated with respect to the casing 20 when the rotation shaft 3 is bent and the axis O of the rotation shaft 3 is inclined. That is, the followability of the carrier ring 215 can be improved.
  • an oil pipe is branched from a lubricating oil supply mechanism 40 that supplies lubricating oil to the accommodating portion 14 that accommodates the bearing pad 13, and the lubricating oil is provided between the supported surface 215 a of the carrier ring 215 and the supporting surface 20 a of the casing 20. Therefore, the lubricating oil supply mechanism 40 can be shared, and the lubricating oil supply system can be simplified.
  • the bearing unit 330 includes a thrust bearing device 310 and a casing 20 having a support surface 20 a that supports the supported surface 315 a of the carrier ring 315.
  • high-pressure lubricating oil can be supplied between the supported surface 315 a of the carrier ring 315 and the supporting surface 20 a of the casing 20.
  • the high-pressure lubricating oil can be supplied at a pressure of 1 MPa, for example.
  • a high-pressure oil pump 341 for supplying high-pressure lubricating oil between the supported surface 315a of the carrier ring 315 and the support surface 20a of the casing 20, and a space between the high-pressure oil pump 341 and the carrier ring 315 are provided.
  • a high-pressure lubricating oil supply mechanism 340 having an oil pipe 343 to be connected is provided.
  • the high pressure lubricating oil supply mechanism 340 is provided separately from the lubricating oil supply mechanism 40 of the third embodiment.
  • the oil pipe 343 passes through the inside of the carrier ring 315 and opens to the supported surface 315 a of the carrier ring 315.
  • the oil groove 345 is formed on the supported surface 315 a of the carrier ring 315 along the circumferential direction so that the distance from the axis O of the rotating shaft 3 is substantially equal. Is formed. An opening 343 a of the oil pipe 343 is formed in the oil groove 345. That is, the high-pressure lubricating oil can be supplied between the supported surface 315a of the carrier ring 315 and the supporting surface 20a of the casing 20 with a substantially uniform pressure.
  • the casing 20 has the same operational effects as the first embodiment, and the high pressure lubricating oil is supplied between the supported surface 315a of the carrier ring 315 and the support surface 20a of the casing 20.
  • the supported surface 315a of the carrier ring 315 can be effectively floated by the static pressure effect with respect to the support surface 20a. Therefore, the friction coefficient between the supported surface 315a of the carrier ring 315 and the support surface 20a of the casing 20 can be further reduced, and the followability of the carrier ring 315 when the rotating shaft 3 is tilted is further improved. be able to.
  • the oil groove 345 is formed on the supported surface 315a of the carrier ring 315, the high-pressure lubricating oil can be supplied substantially uniformly along the circumferential direction of the supported surface 315a, and the hydraulic pressure is made generally uniform.
  • the carrier ring 315 can be lifted in a balanced manner with respect to the casing 20.
  • the bearing unit 430 includes a thrust bearing device 10 and a casing 20 having a support surface 20 a that supports the supported surface 15 a of the carrier ring 15.
  • a ball bearing 450 is provided between the supported surface 15 a of the carrier ring 15 and the support surface 20 a of the casing 20.
  • the ball bearing 450 can roll between cages 451 and 452 disposed along the circumferential direction at the radially inner end and outer end of the support surface 20a of the casing 20, and between the cages 451 and 452.
  • a plurality of spheres 453 arranged on the surface. That is, when the axis O of the rotating shaft 3 is tilted, the carrier ring 15 can be rotated with respect to the casing 20 via the ball bearing 450.
  • the supported surface 15a of the carrier ring 15 and the support surface 20a of the casing 20 can be brought into rolling contact, and the friction coefficient between the supported surface 15a and the support surface 20a is reduced. Can be made. Therefore, the followability of the carrier ring 15 can be improved when the axis O of the rotating shaft 3 is inclined.
  • the support surface of the carrier ring is formed in a spherical shape.
  • the support surface of the carrier ring is formed in a cylindrical shape. May be.
  • it can be made to follow the bending of a rotor by arrange
  • an annular oil groove is formed so that the high pressure lubricating oil is substantially uniform. If it supplies so that it may become a sufficient pressure, the to-be-supported surface of a carrier ring can be effectively floated by the static pressure effect with respect to the support surface of a casing.
  • the present invention is not limited to the steam turbine but can be applied to a thrust bearing device of a gas turbine or a compressor.
  • the present invention relates to a bearing device, a bearing unit, and a rotating machine. According to the bearing device, the bearing unit, and the rotating machine of the present invention, even when the rotating shaft is bent and the rotating shaft is inclined, the function as a bearing can be exhibited.

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Abstract

　この軸受装置（１０）は、回転軸（３）回りに配置され、スラストカラー（１２）を支持する軸受パッド（１３）と、軸受パッドを収容するとともに、ケーシング（２０）に支持されるキャリアリング（１５）と、を備え、キャリアリングにおけるケーシングに支持される被支持面（１５ａ）が、スラストカラーの重心（Ｇ）を中心とした略一定の曲率で、回転軸に直交する少なくとも一方向に沿って凸状の曲面である。

Description

軸受装置、軸受ユニットおよび回転機械
　本発明は、軸受装置、軸受ユニットおよび回転機械に関するものである。
　本願は、２００９年７月６日に日本に出願された特願２００９－１５９８５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来から、蒸気タービンやガスタービン、圧縮機など大型の回転機械の回転軸（ロータシャフト）を支持するために、スラスト軸受やジャーナル軸受といった軸受装置が各所に配置されている。
　近年では、タービンの高出力化を図るため、タービンロータに設けられるロータ翼（動翼）が長尺化（大径化）し、また、翼数が増加する傾向にある。これに伴い、回転軸が長軸になり、重量も増加している。このようにタービンロータの重量が増加したり、回転軸の長さが長軸化したりすることにより、回転軸に撓みが生じる可能性がある。
　ここで、従来のスラスト軸受の構成を図９に示す。図９に示すように、スラスト軸受５１０は、回転軸５１１に形成されたスラストカラー５１２を支持する複数の軸受パッド５１３と、軸受パッド５１３を収容する収容部５１４が形成されたキャリアリング５１５とを備えている。複数の軸受パッド５１３のうち、いくつかのパッドはスラストカラー５１２の一方の端面に面して配置され、残りのパッドはスラストカラー５１２の他方の端面に面して配置されている。個々の軸受パッド５１３は、回転軸５１１の軸方向から見た場合、略扇形状をしている。また、軸受パッド５１３とキャリアリング５１５との間にはピボット５１６が設けられ、回転軸５１１に多少の撓みなどが生じた場合に、スラストカラー５１２の傾きに軸受パッド５１３が追従できる（例えば、特許文献１参照）。なお、収容部５１４には油が供給可能である。
特開２００２－３１０１４２号公報
　ところで、従来のスラスト軸受５１０では、図１０に示すように、回転軸５１１の撓み（傾斜）が大きくなると、軸受パッド５１３がスラストカラー５１２の傾きに追従できなくなり、スラストカラー５１２と軸受パッド５１３との隙間が均一にならなくなってしまう可能性がある。また、このようにタービンロータの重量増に伴って回転軸５１１が大きく撓み、回転軸５１１の傾斜が大きい状態で回転軸５１１を回転させると、スラストカラー５１２が軸受パッド５１３に過度に押し付けられる可能性がある。したがって、このような構成では、タービンの高出力化には限界があった。
　また、一般的にタービンロータにはタービン動翼が軸方向に沿って複数形成されており、隣接するタービン動翼間にタービンのケーシングなどに形成されたタービン静翼が配された構造を有している。したがって、回転軸に撓みなどが生じて回転軸の軸中心Ｏが傾斜した場合に、図９のようなスラスト軸受５１０ではスラストカラー５１２の重心が軸方向にずれてしまうため、軸受の機能が十分に発揮されない可能性がある。
　そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、回転軸が傾斜しても軸受の機能を発揮することができる軸受装置、軸受ユニットおよび回転機械を提供するものである。
　上記の課題を解決するために、本発明に係る軸受装置は、回転軸回りに配置され、スラストカラーを支持する軸受パッドと、該軸受パッドを収容するとともに、ケーシングに支持されるキャリアリングと、を備え、前記キャリアリングにおける前記ケーシングに支持される被支持面が、前記スラストカラーの重心を中心とした略一定の曲率で、前記回転軸に直交する少なくとも一方向に沿って凸状の曲面である。
　本発明の軸受装置では、回転軸に撓みなどが生じて、回転軸の軸中心が傾斜しても、キャリアリングがスラストカラーの重心を中心に回動するため、スラストカラーの重心の位置がずれるのを防止することができる。したがって、タービンロータを大径化・長軸化することにより、回転軸に撓みが生じて回転軸が傾斜してもキャリアリングがその傾斜に追従することができ、軸受としての機能を発揮することができる。
　また、タービンにおいては、スラストカラーの重心の位置がずれないため、タービンの能力を十分に発揮させることができる。したがって、タービンの高出力化を図ることができる。
　本発明に係る軸受装置では、前記キャリアリングが、前記軸受パッドが収容される収容部が形成された第一部材と、前記被支持面が形成された第二部材とが、分割可能であることが好ましい。
　本発明の軸受装置では、キャリアリングの製造性・組立性・メンテナンス性が向上する。このように第一部材と第二部材とに分割することにより、大型の加工装置を用いずにそれぞれの部材を別々に製造することができる。また、複数の部材に分割することにより、それぞれの部材を容易に運搬・組立てすることができ、個別に交換することもできる。
　本発明に係る軸受ユニットの第一態様は、上記本発明の軸受装置と、前記被支持面を支持する支持面を有するケーシングと、を備えた軸受ユニットであって、前記キャリアリングの被支持面と、前記ケーシングの支持面との間に潤滑油が供給可能である。
　本発明の軸受ユニットの第一態様では、キャリアリングの被支持面と、ケーシングの支持面との間の摩擦係数を減少させることができる。したがって、回転軸が傾いた場合に、キャリアリング（軸受装置）の追従性を向上させることができる。
　本発明の軸受ユニットの第一態様では、前記潤滑油は、前記軸受パッドに潤滑油を供給する潤滑油供給機構から分岐して供給可能であることが好ましい。
　本発明の軸受ユニットの第一態様では、既設の潤滑油供給機構を共用することができ、潤滑油の供給系統を簡略化することができる。
　本発明の軸受ユニットの第一態様は、前記キャリアリングの被支持面と、前記ケーシングの支持面との間に高圧潤滑油を供給可能な高圧ポンプをさらに備え、前記被支持面には前記高圧潤滑油が通流可能な油溝が形成されていることが好ましい。
　本発明の軸受ユニットの第一態様では、ケーシングの支持面に対してキャリアリングの被支持面を静圧効果により効果的に浮かせることができる。したがって、キャリアリングの被支持面とケーシングの支持面との間の摩擦係数がさらに小さくなり、回転軸（スラストカラー）が傾いた場合のキャリアリングの追従性をさらに向上させることができる。
　本発明の軸受ユニットの第一態様では、前記被支持面が球面状に形成されており、前記油溝が、前記回転軸中心から略等距離になるように周方向に沿って形成されていることが好ましい。
　本発明の軸受ユニットの第一態様では、被支持面の周方向に沿って略均一に高圧潤滑油が供給されるため、油圧を全体的に略均一にすることができ、ケーシングに対してキャリアリングをバランスよく浮上させることができる。
　本発明に係る軸受ユニットの第二態様は、上記本発明の軸受装置と、前記被支持面を支持する支持面を有するケーシングと、前記キャリアリングの被支持面と、前記ケーシングの支持面との間に設けられたボールベアリングを備える。
　本発明の軸受ユニットの第二態様では、キャリアリングの被支持面と、ケーシングの支持面との間を転がり接触させることができ、被支持面と支持面との間の摩擦係数を減少させることができる。したがって、回転軸が傾いた場合に、キャリアリング（軸受装置）の追従性を向上させることができる。
　また、本発明に係る回転機械は、上記本発明の軸受ユニットと、該軸受ユニットの軸中心に配される回転軸と、該回転軸に径方向外方に突出するように形成され、前記回転軸の軸方向の移動を規制するスラストカラーと、を備えている。
　本発明の回転機械では、回転軸に撓みなどが生じて、回転軸の軸中心が傾斜しても、キャリアリングがスラストカラーの重心を中心に回動するため、スラストカラーの重心の位置がずれるのを防止することができる。したがって、タービンロータを大径化・長軸化することにより、回転軸に撓みが生じて回転軸が傾斜してもキャリアリングがその傾斜に追従することができ、軸受としての機能を発揮することができる。
　本発明によれば、回転軸に撓みなどが生じて、回転軸の軸中心が傾斜しても、キャリアリングがスラストカラーの重心を中心に回動するため、スラストカラーの重心の位置がずれるのを防止することができる。したがって、タービンロータを大径化・長軸化することにより、回転軸に撓みが生じて回転軸が傾斜してもキャリアリングがその傾斜に追従することができ、軸受としての機能を発揮することができる。
本発明の第一実施形態における蒸気タービンを模式的に示した図である。 本発明の第一実施形態におけるスラスト軸受装置の断面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態におけるスラスト軸受装置の断面図である。 本発明の第三実施形態におけるスラスト軸受装置の断面図である。 本発明の第四実施形態におけるスラスト軸受装置の断面図である。 本発明の第四実施形態におけるキャリアリングの軸方向から見た正面図である。 本発明の第五実施形態におけるスラスト軸受装置の断面図である。 従来のスラスト軸受装置の断面図である。 従来のスラスト軸受装置における回転軸が傾斜した場合の状態を示す断面図である。
（第一実施形態）
　次に、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）を図１～図３に基づいて説明する。
　図１に示すように、蒸気タービン１は、蒸気が作用するタービンロータ２と、このタービンロータ２の軸中心を貫通するように配設された回転軸３と、この回転軸３を回転可能に径方向に支持するジャーナル軸受装置４と、回転軸３を回転可能に軸方向Ｄ１に支持するスラスト軸受装置１０と、を備えている。なお、回転軸３の軸中心を軸線Ｏとする。
　タービンロータ２は、タービンケーシング（不図示）に収容されており、タービンロータ２の回転軸３の外周面には軸方向Ｄ１に沿って間隔をあけて径方向外側に向けて複数のタービン動翼（不図示）が突設されている。タービンケーシングからは軸方向Ｄ１にタービン動翼と交互に位置するように複数のタービン静翼（不図示）が回転軸３に向けて配設されている。
　ジャーナル軸受装置４は、回転軸３におけるタービンロータ２の軸方向両端部の外方にそれぞれ設けられている。また、スラスト軸受装置１０は、一方のジャーナル軸受装置４の近傍に設けられている。
　このように構成された蒸気タービン１によれば、蒸気源（不図示）から蒸気管（不図示）を介してタービンケーシング内に導入された蒸気がタービンロータ２のタービン動翼とタービン静翼との間を軸方向Ｄ１に沿って流れることによって、回転軸３が軸線Ｏを中心に回転駆動され、これにより、回転動力を出力することができる。
　次に、この蒸気タービン１が備えているスラスト軸受装置１０について説明する。
　図２に示すように、スラスト軸受装置１０には、回転軸３が挿通されており、回転軸３に形成されたスラストカラー１２の軸方向両端面１２ａ，１２ｂに対向配置された正面視略扇形状の複数の軸受パッド１３と、軸受パッド１３を収容する収容部１４が形成された２つのキャリアリング１５と、を備えている。また、軸受パッド１３とキャリアリング１５との間にはピボット１６が設けられ、回転軸３に多少の撓みが生じた場合に、スラストカラー１２の傾きに軸受パッド１３が追従できる。つまり、スラストカラー１２の端面１２ａと軸受パッド１３とは一定距離離間して略平行に配置されている。このスラストカラー１２の端面１２ａ，１２ｂと軸受パッド１３との間には潤滑油が供給される。
　言い換えると、スラスト軸受装置１０は、回転軸３に形成されたスラストカラー１２を支持する複数の軸受パッド（本実施形態では１２個）１３と、軸受パッド１３を収容するキャリアリング１５とを備えている。複数の軸受パッド１３のうち、半数の軸受パッド１３がスラストカラー１２の一方の端面１２ａに面して配置され、残りの半数の軸受パッド１３がスラストカラー１２の他方の端面１２ｂに面して配置されている。なお、軸受パッド１３の数は本実施形態の限りではなく、実施の規模に応じて適宜設定される。
　図２、図３に示すように、軸受パッド１３は、キャリアリング１５の軸方向一端側に環状溝状に形成された収容部１４内に配されている。軸受パッド１３は、軸方向Ｄ１から見たときに、回転軸３の周方向に沿って複数配置されている。さらに、軸受パッド１３は、収容部１４における軸方向Ｄ１を向く面１４ａの径方向略中央に配されたピボット１６に支持されている。つまり、軸受パッド１３は、キャリアリング１５に対してピボット１６を介して位置決めされている。
　言い換えると、収容部１４は、スラストカラー１２の端面１２ａ（１２ｂ）に向くキャリアリング１５の端面に形成された凹部である。個々の軸受パッド１３は、回転軸３の軸方向から見た場合、略扇形状をしている。本実施形態では、収容部１４内側に６個の軸受パッド１３が、回転軸３の回りに配置されている。軸受パッド１３は、収容部１４の底面１４ａに、回転軸３からも収容部１４の内周面からもほぼ等距離に位置するように配されたピボット１６に支持されている。
　収容部１４の内部は、潤滑油が満たされる油槽となっており、この油槽に潤滑油が満たされた状態で、各軸受パッド１３が潤滑油を介してスラストカラー１２を支持することで、回転軸３を回転可能に軸方向Ｄ１に支持することができるようになっている。
　キャリアリング１５は、軸方向一端側に収容部１４が形成されており、軸方向他端面１５ａ側はスラストカラー１２に対して軸方向外側に突出する球面状に形成されている。キャリアリング１５の他端面１５ａ側には、ケーシング２０が設けられている。ケーシング２０における軸方向一端面２０ａは、キャリアリング１５の他端面１５ａと略当接されるように凹状の球面状に形成されている。つまり、キャリアリング１５の他端面１５ａは、ケーシング２０の一端面２０ａに沿って摺動可能である。したがって、ケーシング２０の一端面２０ａが支持面を成し、キャリアリング１５の他端面１５ａが被支持面を成す。なお、スラスト軸受装置１０とケーシング２０とで、軸受ユニット３０を構成している。また、キャリアリング１５は、例えばＳＣ（鋳造鋼）やＳＦ（鍛造鋼）などで形成されている。
　言い換えると、回転軸３の軸端に向くキャリアリング１５の面１５ａは、回転軸３の軸方向に外側に突き出す球面状に形成されている。ケーシング２０は、キャリアリング１５の外側に設けられている。ケーシング２０のキャリアリング１５に向く面２０ａは、キャリアリング１５の球状の面１５ａに対応する凹面状に形成されている。つまり、支持面としてのケーシング２０の面２０ａが、被支持面としてのキャリアリング１５の面１５ａにほぼ当接している。
　ここで、キャリアリング１５の他端面１５ａおよびケーシング２０の一端面２０ａは、スラストカラー１２の重心Ｇを中心とした略一定の曲率半径の球面状に形成されている。つまり、スラストカラー１２の両側に配置されたキャリアリング１５の端面１５ａは、それぞれスラストカラー１２の重心Ｇを中心とした略一定の曲率半径の凸曲面状に形成されている。キャリアリング１５、１５の外側に配置されたケーシング２０の端面２０ａは、それぞれスラストカラー１２の重心Ｇを中心とした略一定の曲率半径の凹曲面状に形成されている。キャリアリング１５の他端面１５ａは、スラストカラー１２の重心Ｇを中心としてケーシング２０の一端面２０ａに沿って摺動可能である。
　本実施形態によれば、蒸気タービン１の高出力化・大型化に伴い、タービンロータ２の長軸化・大径化により回転軸３に撓みなどが生じて、回転軸３の軸線Ｏが傾斜しても、キャリアリング１５がスラストカラー１２の重心Ｇを中心に回動するため、スラストカラー１２の重心Ｇの位置がずれるのを防止することができる。したがって、回転軸３の軸線Ｏが傾斜してもキャリアリング１５がその傾斜に追従することができ、スラストカラー１２と軸受パッド１３とが接触すること、すなわち過度に押し付けられることを防止することができる。したがって、スラスト軸受装置１０は、回転軸３の軸線Ｏが傾斜しても、軸受としての機能を発揮することができる。また、スラスト軸受装置１０の長寿命化を図ることができる。
　また、蒸気タービン１においては、スラストカラー１２の重心Ｇの位置がずれないため、回転軸３に撓みなどが生じても、蒸気タービン１の能力を十分に発揮させることができる。したがって、蒸気タービン１の高出力化を図ることができる。
（第二実施形態）
　次に、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）を図４に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態とキャリアリングの構成が異なるのみであり、その他の構成は略同一であるため、同一箇所には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。また、スラスト軸受装置はスラストカラーの軸方向両端側に略同一構成の軸受装置が配設されているが、第二実施形態～第五実施形態の図面ではその一方のみを図示している。
　図４に示すように、スラスト軸受装置１１０は、キャリアリング１１５が、軸受パッド１３が収容される収容部１４が形成された第一部材１３１およびキャリアリング１１５の球面状の他端面１１５ａが形成された第二部材１３２に分割可能である。なお、第一部材１３１と第二部材１３２とは、例えば、ボルト接合や嵌合構造を形成することにより連結されている。また、第一部材１３１および第二部材１３２の材質は例えばＳＣ（鋳造鋼）やＳＦ（鍛造鋼）などで形成され、第一部材１３１と第二部材１３２とは同じ材質で形成するが、材料の性状、製造コストなどの事情に応じて異なる材料で構成することもできる。
　本実施形態によれば、第一実施形態と同一の作用効果を有するとともに、キャリアリング１１５の製造性・組立性・メンテナンス性が向上する。例えば、キャリアリング１１５を第一部材１３１と第二部材１３２とに分割することにより、大型の加工装置を用いずにそれぞれの部材を容易に加工することができる。一体に構成するのに比べ各部材が小型になり、運搬・据付などの組立てが容易になる。また、メンテナンス時に第一部材１３１および第二部材１３２のいずれか一方のみを交換することが可能となる。
（第三実施形態）
　次に、本発明の第三実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）を図５に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と軸受ユニットの構成が異なるのみであり、その他の構成は略同一であるため、同一箇所には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
　図５に示すように、軸受ユニット２３０は、スラスト軸受装置２１０と、キャリアリング２１５の被支持面２１５ａを支持する支持面２０ａを有するケーシング２０と、を備えている。ここで、キャリアリング２１５の被支持面２１５ａと、ケーシング２０の支持面２０ａとの間に潤滑油が供給可能である。なお、潤滑油は、例えば０．１ＭＰａの圧力で供給可能になっている。
　具体的には、キャリアリング２１５の収容部１４内に潤滑油を供給するためのオイルポンプ４１と、該オイルポンプ４１と収容部１４との間を連結するオイル配管４２と、を備えた潤滑油供給機構４０が設けられている。さらに、本実施形態では、オイル配管４２が途中で分岐され、分岐されたオイル配管４３が、キャリアリング２１５の内部を貫通して、キャリアリング２１５の被支持面２１５ａに開口している。つまり、潤滑油をキャリアリング２１５の被支持面２１５ａとケーシング２０の支持面２０ａとの間に供給可能になっている。
　本実施形態によれば、第一実施形態と同一の作用効果を有するとともに、キャリアリング２１５の被支持面２１５ａとケーシング２０の支持面２０ａとの間に潤滑油を供給することで、被支持面２１５ａと、支持面２０ａとの間の摩擦係数を減少させることができる。したがって、回転軸３に撓みが生じて回転軸３の軸線Ｏが傾いた場合に、キャリアリング２１５をケーシング２０に対してスムーズに回動させることができる。つまり、キャリアリング２１５の追従性を向上させることができる。
　また、軸受パッド１３を収容した収容部１４に潤滑油を供給する潤滑油供給機構４０からオイル配管を分岐してキャリアリング２１５の被支持面２１５ａとケーシング２０の支持面２０ａとの間に潤滑油を供給するように構成したため、潤滑油供給機構４０を共用することができ、潤滑油の供給系統を簡略化することができる。
（第四実施形態）
　次に、本発明の第四実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）を図６～図７に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と軸受ユニットの構成が異なるのみであり、その他の構成は略同一であるため、同一箇所には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
　図６に示すように、軸受ユニット３３０は、スラスト軸受装置３１０と、キャリアリング３１５の被支持面３１５ａを支持する支持面２０ａを有するケーシング２０と、を備えている。ここで、キャリアリング３１５の被支持面３１５ａと、ケーシング２０の支持面２０ａとの間に高圧潤滑油が供給可能である。なお、高圧潤滑油は、例えば１ＭＰａの圧力で供給可能になっている。
　具体的には、キャリアリング３１５の被支持面３１５ａとケーシング２０の支持面２０ａとの間に高圧潤滑油を供給するための高圧オイルポンプ３４１と、高圧オイルポンプ３４１とキャリアリング３１５との間を連結するオイル配管３４３と、を備えた高圧潤滑油供給機構３４０が設けられている。なお、この高圧潤滑油供給機構３４０は、上記第三実施形態の潤滑油供給機構４０とは別に設けられている。また、オイル配管３４３は、キャリアリング３１５の内部を貫通して、キャリアリング３１５の被支持面３１５ａに開口している。
　さらに、図７に示すように、キャリアリング３１５の被支持面３１５ａには、回転軸３の軸線Ｏからの距離が略等距離になるように周方向に沿って全周に亘って油溝３４５が形成されている。そして、オイル配管３４３の開口部３４３ａは油溝３４５内に形成されている。つまり、高圧潤滑油をキャリアリング３１５の被支持面３１５ａとケーシング２０の支持面２０ａとの間に略均一な圧力で供給可能である。
　本実施形態によれば、第一実施形態と同一の作用効果を有するとともに、キャリアリング３１５の被支持面３１５ａとケーシング２０の支持面２０ａとの間に高圧潤滑油を供給することにより、ケーシング２０の支持面２０ａに対してキャリアリング３１５の被支持面３１５ａを静圧効果により効果的に浮かせることができる。したがって、キャリアリング３１５の被支持面３１５ａとケーシング２０の支持面２０ａとの間の摩擦係数をより小さくすることが可能となり、回転軸３が傾いた場合のキャリアリング３１５の追従性をさらに向上させることができる。
　また、キャリアリング３１５の被支持面３１５ａに油溝３４５を形成したため、被支持面３１５ａの周方向に沿って略均一に高圧潤滑油を供給することができ、油圧を全体的に略均一にすることができ、ケーシング２０に対してキャリアリング３１５をバランスよく浮上させることができる。
（第五実施形態）
　次に、本発明の第五実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）を図８に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と軸受ユニットの構成が異なるのみであり、その他の構成は略同一であるため、同一箇所には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
　図８に示すように、軸受ユニット４３０は、スラスト軸受装置１０と、キャリアリング１５の被支持面１５ａを支持する支持面２０ａを有するケーシング２０と、を備えている。ここで、キャリアリング１５の被支持面１５ａと、ケーシング２０の支持面２０ａとの間にボールベアリング４５０が設けられている。ボールベアリング４５０は、ケーシング２０の支持面２０ａの径方向内側端部および外側端部にそれぞれ周方向に沿って配された保持器４５１，４５２と、該保持器４５１，４５２の間に転動可能に配された複数の球体４５３と、を備えている。つまり、回転軸３の軸線Ｏが傾いた場合に、キャリアリング１５はケーシング２０に対してボールベアリング４５０を介して回動可能である。
　本実施形態によれば、キャリアリング１５の被支持面１５ａと、ケーシング２０の支持面２０ａとの間を転がり接触させることができ、被支持面１５ａと支持面２０ａとの間の摩擦係数を減少させることができる。したがって、回転軸３の軸線Ｏが傾いた場合に、キャリアリング１５の追従性を向上させることができる。
　尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
　例えば、本実施形態では、キャリアリングの被支持面を球面状に形成した場合の説明をしたが、一方向の撓みのみを考慮して、例えば、キャリアリングの被支持面を円柱状に形成してもよい。この場合、円柱状の円弧部が鉛直方向に回動できるように配置することにより、ロータの撓みに追従させることができる。また、キャリアリングを円柱状に形成し、キャリアリングの被支持面とケーシングの支持面との間に高圧潤滑油を供給する場合には、環状の油溝を形成して高圧潤滑油を略均一な圧力になるように供給すれば、ケーシングの支持面に対してキャリアリングの被支持面を静圧効果により効果的に浮かせることができる。
　また、本実施形態では、回転機械として蒸気タービンの場合について説明したが、蒸気タービンに限らず、ガスタービンや圧縮機のスラスト軸受装置にも採用することができる。
　本発明は、軸受装置、軸受ユニットおよび回転機械に関する。本発明の軸受装置、軸受ユニットおよび回転機械によれば、回転軸に撓みが生じて回転軸が傾斜しても、軸受としての機能を発揮することができる。
　１…蒸気タービン（回転機械）、
　３…回転軸、
　１０，１１０，２１０，３１０…スラスト軸受装置（軸受装置）、
　１２…スラストカラー、
　１３…軸受パッド、
　１４…収容部、
　１５，１１５，２１５，３１５…キャリアリング、
　１５ａ，１１５ａ，２１５ａ，３１５ａ…被支持面、
　２０…ケーシング、
　２０ａ…支持面、
　３０，２３０，３３０，４３０…軸受ユニット、
　４０…潤滑油供給機構、
　１３１…第一部材
　１３２…第二部材、
　３４１…高圧ポンプ、
　３４５…油溝、
　４５０…ボールベアリング、
　Ｇ…重心、
　Ｏ…軸線（軸中心）

Claims (8)

  1. 　回転軸回りに配置され、スラストカラーを支持する軸受パッドと、
    　該軸受パッドを収容するとともに、ケーシングに支持されるキャリアリングと、を備え、
    　前記キャリアリングにおける前記ケーシングに支持される被支持面が、前記スラストカラーの重心を中心とした略一定の曲率で、前記回転軸に直交する少なくとも一方向に沿って凸状の曲面である軸受装置。
  2. 　前記キャリアリングが、前記軸受パッドが収容される収容部が形成された第一部材と、前記被支持面が形成された第二部材とが、分割可能である請求項１に記載の軸受装置。
  3. 　請求項１または２に記載の軸受装置と、
    　前記被支持面を支持する支持面を有するケーシングと、を備えた軸受ユニットであって、
    　前記キャリアリングの被支持面と、前記ケーシングの支持面との間に潤滑油が供給可能である軸受ユニット。
  4. 　前記潤滑油は、前記軸受パッドに潤滑油を供給する潤滑油供給機構から分岐して供給可能である請求項３に記載の軸受ユニット。
  5. 　前記キャリアリングの被支持面と、前記ケーシングの支持面との間に高圧潤滑油を供給可能な高圧ポンプを備え、
    　前記被支持面には前記高圧潤滑油が通流可能な油溝が形成されている請求項３に記載の軸受ユニット。
  6. 　前記被支持面が球面状に形成されており、
    　前記油溝が、前記回転軸中心から略等距離になるように周方向に沿って形成されている請求項５に記載の軸受ユニット。
  7. 　請求項１または２に記載の軸受装置と、
    　前記被支持面を支持する支持面を有するケーシングと、
    　前記キャリアリングの被支持面と、前記ケーシングの支持面との間に設けられたボールベアリングとを備える軸受ユニット。
  8. 　請求項３～７のいずれか一項に記載の軸受ユニットと、
    　該軸受ユニットの軸中心に配される回転軸と、
    　該回転軸に径方向外方に突出するように形成され、前記回転軸の軸方向の移動を規制するスラストカラーと、を備えている回転機械。
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