WO2015016035A1 - ティルティングパッド軸受及びターボ圧縮機 - Google Patents

ティルティングパッド軸受及びターボ圧縮機 Download PDF

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WO2015016035A1
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tilting
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lubricating oil
flow path
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篤志 峰岸
敏礼 武富
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株式会社Ihi
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps

Definitions

  • the present invention relates to a tilting pad bearing and a turbo compressor. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2013-160519 for which it applied to Japan on August 1, 2013, and uses the content here.
  • the rotating shaft of the turbo compressor is pivotally supported by a tilting pad bearing having a tilting pad supported to be tiltable with respect to the housing.
  • a tilting pad bearing is a kind of a sliding bearing that slides and supports the rotating shaft by a plurality of tilting pads arranged in an annular shape around the rotating shaft.
  • Patent Documents 4 and 5 disclose a tilting pad bearing including a plurality of tilting pads, a housing for holding the tilting pads, and a pair of side plates provided on both sides of the tilting pad. Yes.
  • the housing is formed with an oil supply passage for supplying lubricating oil to the gap between adjacent tilting pads, and the side plate is formed with a notch (oil exhaust hole) for discharging the lubricating oil.
  • turbo compressors have increased in capacity
  • tilting pad bearings have also increased in size.
  • the tilting pad is naturally increased in size.
  • the sliding surface with the rotating shaft becomes wider and the heat capacity of the tilting pad becomes larger, so that more efficient cooling may be required.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to improve the cooling efficiency of the tilting pad in the tilting pad bearing.
  • the present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.
  • the tilting pad bearing includes a plurality of tilting pads arranged in a ring around the rotation axis with a gap between each other, and the plurality of tilting pads arranged radially outside the rotation shaft.
  • a housing having a lubricating oil supply hole provided at a position facing and supporting the gap between adjacent tilting pads, and a pair of pins arranged so as to sandwich the tilting pad in the axial direction of the rotating shaft A side plate.
  • the tilting pad includes a first inflow opening that opens toward an upstream side in the rotation direction of the rotation shaft, a second inflow opening that opens toward a downstream side in the rotation direction of the rotation shaft, and the above It has a discharge opening that opens in the axial direction of the rotating shaft and an internal flow path through which the lubricating oil flows.
  • a gap formed between the side plate and the peripheral surface of the rotating shaft is the discharge opening of the tilting pad. At least a part of is exposed.
  • the side plate is divided into a plurality of parts, and a gap is provided between the adjacent parts.
  • the side plate exposes at least a part of a gap between the adjacent tilting pads.
  • the opening area of the second inflow opening is larger than the first inflow opening.
  • a turbo compressor in a sixth aspect of the present invention, includes an impeller and a rotating shaft connected to the impeller.
  • the tilting pad bearing according to any one of the first to fifth aspects supports the rotating shaft.
  • the internal flow path provided in the tilting pad includes the first inflow opening opened on the upstream side in the rotation direction of the rotation shaft and the second inflow opened on the downstream side in the rotation direction of the rotation shaft. And an opening.
  • the lubricating oil flows into the tilting pad from both the upstream side and the downstream side in the rotational direction of the rotating shaft. Accordingly, a large amount of lubricating oil can be taken into the tilting pad.
  • the lubricating oil that has flowed into the internal flow path from the first inflow opening and the second inflow opening is discharged from the discharge opening that is opened in the axial direction of the rotating shaft without flowing backward.
  • lubricating oil can be smoothly flowed in an internal flow path, and the flow velocity of lubricating oil in an internal flow path can be increased. Therefore, according to the present invention, since a large amount of lubricating oil flows smoothly in the tilting pad, the cooling efficiency of the tilting pad can be improved.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a part of a turbo compressor 100 including a tilting pad bearing 1 of the present embodiment.
  • the turbo compressor 100 includes an impeller 200, a rotating shaft 300 to which the impeller 200 is connected at one end and a gear 301 is formed at the center, and a tilting pad bearing of this embodiment that supports the rotating shaft 300. 1 is provided.
  • FIG. 1 shows two tilting pad bearings 1 that support a rotating shaft 300.
  • An air seal 400 and an oil seal 500 are provided between the tilting pad bearing 1 located near the impeller 200 and the impeller 200.
  • the turbo compressor 100 is a two-stage compressor, and is provided with a tilting pad bearing 1, an impeller 200, an air seal 400, and an oil seal 500 at both ends of the rotary shaft 300, respectively. ing.
  • a tilting pad bearing 1 an impeller 200 at the right end of the rotating shaft 300, the air seal 400, and the oil seal 500 are illustrated, and the left impeller 200, the air seal 400, and the oil seal 500 are omitted.
  • a housing that covers the impeller 200 and the like and forms a flow path of air (compressed fluid) and a drive mechanism for rotationally driving the rotary shaft 300 are also omitted.
  • the tilting pad bearing 1 is shown in a state of being cut by a quarter in the circumferential direction of the rotating shaft 300. That is, a side view in which a part of the tilting pad bearing 1 is viewed in cross section is shown.
  • FIG. 2A is a side view of the tilting pad bearing 1 of the present embodiment
  • FIG. 2B is a front view of the tilting pad bearing 1 of the present embodiment. 2A and 2B, in order to improve the visibility of the internal structure of the tilting pad bearing 1, a part thereof is cut and viewed in cross-section.
  • the tilting pad bearing 1 of the present embodiment includes a housing 2, a plurality of tilting pads 3, a fixing pin 4 provided in each tilting pad 3, and two side plates 5. It has.
  • the housing 2 is an annular member that supports the plurality of tilting pads 3 so as to surround the rotating shaft 300 from the outside in the radial direction.
  • the housing 2 includes an upper part 2a and a lower part 2b that can be divided into upper and lower parts, positioning pins 2c for positioning these upper part 2a and lower part 2b, and these upper parts 2a. And a bolt 2d for fastening the lower portion 2b.
  • a plurality of lubricating oil supply holes 2e penetrating from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface are provided.
  • the lubricating oil supply hole 2 e guides the lubricating oil supplied from a pump (not shown) toward the rotary shaft 300.
  • the lubricating oil supply hole 2e is provided so as to correspond to the position of the gap S1 so that the lubricating oil is supplied to all the gaps S1 of the adjacent tilting pads 3. That is, the lubricating oil supply hole 2 e is provided at a position facing the gap between the adjacent tilting pads 3.
  • the lubricating oil supply hole 2 e and the gap between the adjacent tilting pads 3 are arranged side by side in the radial direction of the rotating shaft 300.
  • two lubricating oil supply holes 2e are provided for each gap S1, and these two are arranged in the axial direction of the rotating shaft 300.
  • the inner diameter of the lubricating oil supply hole 2e of the present embodiment decreases as it goes from the outer peripheral surface of the housing 2 to the inner peripheral surface. That is, the opening of the lubricating oil supply hole 2 e on the outer peripheral surface of the housing 2 is set larger than the opening on the inner peripheral surface of the housing 2.
  • the internal diameter of the lubricating oil supply hole 2e may be constant.
  • the plurality of tilting pads 3 are arranged in an annular shape around the rotation shaft 300 with a gap S1 therebetween, and slidably support the rotation shaft 300.
  • the surface of the tilting pad 3 is coated with, for example, white metal (Habit metal).
  • white metal Habit metal
  • five tilting pads 3 are installed at equal intervals in the circumferential direction of the rotating shaft 300.
  • FIG. 3A to 3C are enlarged views of the tilting pad 3.
  • FIG. 3A is a front view seen from the axial direction of the rotating shaft 300
  • FIG. 3B is a side view seen from the direction of arrow A in FIG. 3A
  • FIG. 3C is a side view seen from the direction of arrow B in FIG. .
  • the rotation direction of the rotating shaft 300 is the left direction (counterclockwise direction) in FIG. 3A. 3A to 3C
  • the insertion location (insertion hole) of the fixing pin 4 in the tilting pad 3 is omitted.
  • the side shown in FIG. 3A is called the front side, and the opposite side is called the back side. Further, based on the rotation direction of the rotating shaft 300, the side shown in FIG. 3B is called the upstream side, and the side shown in FIG. 3C is called the downstream side.
  • the tilting pad 3 is a block having a substantially sector shape (a shape excluding a portion including the center from a sector shape) in which the shape seen from the front side is curved along the peripheral surface of the rotating shaft 300. It is a member having a shape, and the sliding surface with the rotary shaft 300 is coated with white metal. In other words, the tilting pad 3 has a shape in which a rectangular parallelepiped is curved along the outer peripheral surface of the rotating shaft 300. Moreover, the tilting pad 3 has the convex part 3a for latching to the side plate 5 in the front side and the back surface side, respectively.
  • the tilting pad 3 is provided with an internal flow path 6 for circulating lubricating oil therein.
  • the internal flow path 6 provided in one tilting pad 3 includes an upstream internal flow path 7 and a downstream internal flow path 8.
  • the upstream internal flow path 7 is provided near the upstream side of the tilting pad 3, and the downstream internal flow path 8 is provided near the downstream side of the tilting pad 3.
  • the upstream internal flow path 7 includes two inlet flow paths 7 a that extend linearly in the circumferential direction (tangential direction) of the rotation shaft 300 and are aligned in the axial direction of the rotation shaft 300, and the axis of the rotation shaft 300.
  • a discharge channel 7b that extends linearly in the direction and penetrates the tilting pad 3 and is connected to each inlet channel 7a is provided.
  • the inlet flow path 7a includes an upstream inflow opening 7a1 (first inflow opening) that opens toward the upstream side, and guides the lubricating oil taken in from the upstream inflow opening 7a1 to the discharge flow path 7b.
  • the discharge flow path 7b includes discharge openings 7b1 opened on both surfaces (front and back surfaces) of the tilting pad 3 in the axial direction of the rotary shaft 300, and discharges the lubricating oil supplied from the inlet flow path 7a. 7b1 is discharged to the outside of the tilting pad 3.
  • the downstream internal flow path 8 extends linearly in the circumferential direction (tangential line direction) of the rotation shaft 300 and is arranged side by side in the axial direction of the rotation shaft 300, and the axis of the rotation shaft 300.
  • a discharge channel 8b that extends linearly in the direction and penetrates the tilting pad 3 and is connected to each inlet channel 8a is provided.
  • the inlet flow path 8a includes a downstream inflow opening 8a1 (second inflow opening) opened toward the downstream side, and guides the lubricating oil taken in from the downstream inflow opening 8a1 to the discharge flow path 8b.
  • the discharge flow path 8b includes discharge openings 8b1 opened on both surfaces (front and back surfaces) of the tilting pad 3 in the axial direction of the rotary shaft 300, and discharges the lubricating oil supplied from the inlet flow path 8a. It is discharged from the tilting pad 3 from 8b1.
  • the internal flow path 6 is opened toward the upstream inflow opening 7a1 opened toward the upstream side in the rotation direction of the rotation shaft 300 and toward the downstream side in the rotation direction of the rotation shaft 300. It has the downstream inflow opening 8a1, and the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1 opened in the axial direction of the rotating shaft 300.
  • the internal flow path 6 takes in lubricating oil from the circumferential direction of the rotary shaft 300 through the upstream inflow opening 7a1 and the downstream inflow opening 8a1, and axially rotates the rotary shaft 300 through the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1. Drain the lubricating oil.
  • the internal flow path 6 of such a tilting pad 3 is a small flow path (inlet flow path 7a, discharge flow path 7b, inlet flow path 8a) having an opening on the surface of the tilting pad 3 and extending linearly. And a discharge channel 8b). Since each small flow path has a shape extending linearly, it can be easily formed on the tilting pad 3 by a drill or the like. Therefore, the tilting pad 3 of this embodiment can be easily manufactured.
  • the internal flow path 6 includes an upstream internal flow path 7 provided near the upstream side of the tilting pad 3 and a downstream internal flow path 8 provided near the downstream side of the tilting pad 3. Yes. For this reason, the flow path which passes the center part of the tilting pad 3 in the circumferential direction of the rotating shaft 300 is not provided. Since the fixing pin 4 is inserted into the center of the tilting pad 3 (see FIG. 2B), in this embodiment, the internal flow path 6 can be formed avoiding this point. Therefore, it is not necessary to make the shape of the internal flow path 6 complicated, and a shape that can be easily formed as described above can be adopted.
  • the fixing pin 4 is screwed into the housing 2, and the tip thereof is inserted into a connection hole provided at the center of the tilting pad 3.
  • the fixing pin 4 is inserted into the tilting pad 3 with a slight gap at the tip, allowing the tilting pad 3 to tilt slightly (tilt with respect to the outer peripheral surface of the rotating shaft 300) and tilting pad 3.
  • 3 large movements large movements in the circumferential direction or the axial direction of the housing 2) are regulated.
  • the fixing pin 4 is provided for each tilting pad 3.
  • two side plates 5 are arranged so as to sandwich the tilting pad 3 from the axial direction of the rotating shaft 300.
  • a concave portion 5a is provided on the inner wall surface side (surface facing the tilting pad 3) of each side plate 5, and the side plate 5 is configured such that the convex portion 3a of the tilting pad 3 is locked to the concave portion 5a. It is fixed to the housing 2.
  • a slight gap is provided between each side plate 5 and the tilting pad 3 so as not to inhibit the tilting pad 3 from tilting.
  • the side plate 5 has a ring shape surrounding the rotating shaft 300.
  • the width of the side plate 5 in the radial direction of the rotary shaft 300 (the length from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion facing the rotary shaft 300) is between the peripheral surface of the rotary shaft 300 and the tilting pad 3.
  • the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1 are set so as to form a gap S2 that exposes a part of the discharge opening 7b1. That is, in this embodiment, the side plate 5 forms a gap S2 between the peripheral surface of the rotating shaft 300 and exposing a part of the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1 of the tilting pad 3.
  • the gap S2 formed between the side plate 5 and the peripheral surface of the rotary shaft 300 exposes at least a part of the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1 of the tilting pad 3. That is, the gap S2 may expose all the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1.
  • the side plate 5 is divided into two upper and lower parts 5b and 5c.
  • a gap S3 is provided between the part 5b and the part 5c (between adjacent parts). This gap S3 is used to easily discharge the lubricating oil flowing between the tilting pad 3 and the side plate 5 to the outside of the side plate 5, and lowers the fluid resistance to facilitate the flow of the lubricating oil. .
  • the side plate 5 has an opening 5d that exposes a part of the gap S1 between the adjacent tilting pads 3.
  • This opening 5d is used to facilitate draining of the lubricating oil flowing between the tilting pad 3 and the side plate 5 to the outside of the side plate 5 in the same manner as the gap S3 described above. Lower to make it easier for the lubricant to flow. Note that the opening 5d may expose the entire gap S1.
  • the tilting pad bearing 1 of the present embodiment having such a configuration, when lubricating oil is supplied from the outside to the lubricating oil supply hole 2e provided in the housing 2, the lubricating oil is adjoined to the tilting pad. 3 is supplied to the gap S1.
  • the lubricating oil that has not flowed into the internal flow path 6 is supplied to the peripheral surface of the rotating shaft 300 and introduced into the sliding surface between the rotating shaft 300 and the tilting pad 3 or from the opening 5d to the side plate 5. It is discharged outside.
  • the lubricating oil that has flowed into the internal flow path 6 absorbs heat to cool the tilting pad 3, and then to the outside of the tilting pad 3 from the discharge opening 7 b 1 and the discharge opening 8 b 1 opened in the axial direction of the rotating shaft 300. Discharged. Lubricating oil discharged from the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1 is supplied to the peripheral surface of the rotating shaft 300, and then dropped and recovered vertically.
  • the internal flow path 6 provided in the tilting pad 3 has an upstream inflow opening 7a1 opened upstream in the rotation direction of the rotating shaft 300, and It has the downstream inflow opening 8a1 opened in the downstream of the rotation direction of the rotating shaft 300.
  • the lubricating oil flows into the tilting pad 3 from both the upstream side and the downstream side in the rotational direction of the rotating shaft 300. For this reason, a large amount of lubricating oil can be taken into the tilting pad 3.
  • the lubricating oil that has flowed into the internal flow path 6 from the upstream inflow opening 7a1 and the downstream inflow opening 8a1 is opened in the axial direction of the rotary shaft without flowing back. It is discharged from the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1. For this reason, lubricating oil can be smoothly flowed in the internal flow path 6, and the flow velocity of the lubricating oil in the internal flow path 6 can be increased. Therefore, according to the tilting pad bearing 1 of the present embodiment, since a large amount of lubricating oil flows smoothly through the tilting pad 3, the cooling efficiency of the tilting pad 3 can be improved.
  • the gap S2 between which the side plate 5 exposes a part of the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1 of the tilting pad 3 between the side plate 5 and the peripheral surface of the rotating shaft 300. Is forming. For this reason, since the lubricating oil can be smoothly discharged from the discharge opening 7b1 and the discharge opening 8b1 and a large amount of the lubricating oil can be flowed to the internal flow path 6, the cooling efficiency of the tilting pad 3 is further improved. Can be made.
  • the side plate 5 is divided into two parts (part 5b and part 5c), and a gap S3 is provided between adjacent parts. Furthermore, in the tilting pad bearing 1 of the present embodiment, the side plate 5 has an opening 5d that exposes the gap S1 between the adjacent tilting pads 3. For this reason, the lubricating oil can be easily discharged to the outside of the side plate 5 to reduce the fluid resistance, and more lubricating oil can easily flow into the tilting pad bearing 1. Therefore, the cooling efficiency of the tilting pad 3 and the like can be further improved.
  • the tilting pad 3 has a higher temperature on the downstream side than on the upstream side in the rotation direction of the rotary shaft 300.
  • the cause of this is that the rotation of the rotating shaft 300 causes a flow of lubricating oil along the rotation direction, and the lubricating oil supplied from the lubricating oil supply hole 2e moves downstream with the tilting pad 3 and the like. Since it is heated by contact, it is considered that the cooling capacity is lowered on the downstream side. For this reason, for example, as shown in FIGS. 4A and 4B, the opening area of the downstream inflow opening 8a1 may be larger than the upstream inflow opening 7a1.
  • the lubricating oil flowing into the downstream inflow opening 8a1 can be made larger than the upstream inflow opening 7a1, and the cooling efficiency on the downstream side of the tilting pad 3 is made higher than that on the upstream side. be able to. Therefore, the temperature of the entire tilting pad 3 can be made uniform.
  • the flow path diameter of the downstream internal flow path 8 inlet flow path 8a and discharge flow path 8b
  • the present invention is not limited to this, and the side plate 5 may be further divided into a large number of parts.
  • the present invention is not limited to this, and the number of tilting pads is arbitrary.
  • the two-stage turbo compressor has been described.
  • the present invention is not limited to this, and any number of one or more stages can be adopted as the number of stages of the turbo compressor.
  • the present invention can be used for a tilting pad bearing and a turbo compressor using the same.

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Abstract

　このティルティングパッド軸受（１）は、回転軸（３００）周りに配列される複数のティルティングパッド（３）と、隣り合う上記ティルティングパッドの隙間（Ｓ１）と対向する位置に設けられる潤滑油供給孔（２ｅ）を有するハウジング（２）と、上記ティルティングパッドを挟むように配置される一対のサイドプレート（５）とを備える。上記ティルティングパッドは、第１流入開口（７ａ１）、第２流入開口（８ａ１）、及び排出開口（７ｂ１，８ｂ１）を有すると共に潤滑油が流動する内部流路（６）を備える。

Description

ティルティングパッド軸受及びターボ圧縮機
　本発明は、ティルティングパッド軸受及びターボ圧縮機に関する。
　本願は、２０１３年８月１日に日本に出願された特願２０１３－１６０５１９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば、ターボ圧縮機の回転軸は、ハウジングに対して傾動可能に支持されたティルティングパッドを有するティルティングパッド軸受によって軸支されている。このようなティルティングパッド軸受は、回転軸周りに環状に配列された複数のティルティングパッドによって回転軸を摺動支持するすべり軸受の一種である。
　ティルティングパッドは回転軸が回転したときのすべり摩擦によって加熱される。このため、例えば、特許文献１～３には、回転軸の回転抵抗（すべり摩擦）を低減させるための潤滑油を流すための内部流路をティルティングパッドの内部に形成し、この流路に潤滑油を流すことによりティルティングパッドの冷却を行っている。
　また、特許文献４及び５には、複数のティルティングパッドと、ティルティングパッドを保持するハウジングと、ティルティングパッドの両側に設けられる一対のサイドプレートと、を備えるティルティングパッド軸受が開示されている。ハウジングには、隣り合うティルティングパッドの隙間に潤滑油を供給する給油路が形成され、サイドプレートには、潤滑油を排出する切り欠き（排油孔）が形成されている。
日本国特開２００３－１１３８３４号公報 日本国特開昭５２－１３７５４９号公報 日本国特開２００６－１１２４９９号公報 日本国特開２０１０－２４２８４２号公報 日本国特開２０１０－２４２８１６号公報
　近年、ターボ圧縮機が大容量化されており、ティルティングパッド軸受も大型化されている。ティルティングパッド軸受が大型化すると、当然ながらティルティングパッドも大型化される。ティルティングパッドが大型化されると、回転軸との摺動面が広くなったり、ティルティングパッドの熱容量が大きくなったりすることから、より効率的な冷却が必要になる場合がある。
　本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、ティルティングパッド軸受におけるティルティングパッドの冷却効率を向上させることを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
　本発明の第１の態様では、ティルティングパッド軸受が、互いに隙間を空けて回転軸周りに環状に配列される複数のティルティングパッドと、上記複数のティルティングパッドを上記回転軸の径方向外側から囲って支持すると共に隣り合う上記ティルティングパッドの隙間と対向する位置に設けられる潤滑油供給孔を有するハウジングと、上記回転軸の軸方向で上記ティルティングパッドを挟むように配置される一対のサイドプレートとを備える。また、上記ティルティングパッドは、上記回転軸の回転方向の上流側に向けて開口される第１流入開口、上記回転軸の回転方向の下流側に向けて開口される第２流入開口、及び上記回転軸の軸方向に開口される排出開口を有すると共に潤滑油が流動する内部流路を備える。
　本発明の第２の態様では、上記第１の態様に係るティルティングパッド軸受において、上記サイドプレートと上記回転軸の周面との間に形成される隙間が、上記ティルティングパッドの上記排出開口の少なくとも一部を露出させている。
　本発明の第３の態様では、上記第１または第２の態様に係るティルティングパッド軸受において、上記サイドプレートが、複数のパーツに分割され、隣り合う上記パーツの間に隙間が設けられている。
　本発明の第４の態様では、上記第１～第３のいずれか１つの態様に係るティルティングパッド軸受において、上記サイドプレートが、隣り合う上記ティルティングパッドの隙間の少なくとも一部を露出させる開口を有する。
　本発明の第５の態様では、上記第１～第４のいずれか１つの態様に係るティルティングパッド軸受において、上記第１流入開口よりも上記第２流入開口の開口面積が大きい。
　本発明の第６の態様では、ターボ圧縮機が、インペラと、このインペラに接続される回転軸とを備える。また、上記第１～第５のいずれか１つの態様に係るティルティングパッド軸受が、上記回転軸を軸支する。
　本発明によれば、ティルティングパッドに設けられる内部流路が、回転軸の回転方向の上流側に開口された第１流入開口と、回転軸の回転方向の下流側に開口された第２流入開口とを有している。このため、本発明においては、回転軸の回転方向の上流側と下流側との両側から潤滑油がティルティングパッドの内部に流れ込む。したがって、多くの潤滑油をティルティングパッドの内部に取り込むことができる。さらに、本発明においては、第１流入開口と第２流入開口とから内部流路に流れ込んだ潤滑油は、逆流することなく回転軸の軸方向に開口された排出開口から排出される。このため、内部流路において潤滑油を円滑に流すことができ、内部流路における潤滑油の流速を速めることができる。したがって、本発明によれば、多くの潤滑油がティルティングパッドの内部を円滑に流れることから、ティルティングパッドの冷却効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態におけるティルティングパッド軸受を備えるターボ圧縮機の一部を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態におけるティルティングパッド軸受の側面図である。 本発明の一実施形態におけるティルティングパッド軸受の正面図である。 本発明の一実施形態におけるティルティングパッド軸受が備えるティルティングパッドの正面図である。 図３Ａの矢印Ａ方向から見た側面図である。 図３Ａの矢印Ｂ方向から見た側面図である。 本発明の一実施形態におけるティルティングパッド軸受の変形例が備えるティルティングパッドの一方の側面図である。 本発明の一実施形態におけるティルティングパッド軸受の変形例が備えるティルティングパッドの他方の側面図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係るティルティングパッド軸受及びターボ圧縮機の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
　図１は、本実施形態のティルティングパッド軸受１を備えるターボ圧縮機１００の一部を示す部分断面図である。ターボ圧縮機１００は、インペラ２００と、このインペラ２００が一端に接続されると共に中央部にギア３０１が形成された回転軸３００と、この回転軸３００を軸支する本実施形態のティルティングパッド軸受１とを備えている。図１には、回転軸３００を軸支する２つのティルティングパッド軸受１が図示されている。インペラ２００の近くに位置するティルティングパッド軸受１とインペラ２００との間には、エアシール４００と、オイルシール５００とが設けられている。
　このターボ圧縮機１００は、２段式の圧縮機であり、回転軸３００の両端部に対して、各々、ティルティングパッド軸受１と、インペラ２００と、エアシール４００と、オイルシール５００とが設けられている。ただし、図１においては、回転軸３００の右端部のインペラ２００と、エアシール４００と、オイルシール５００とが図示され、左側のインペラ２００と、エアシール４００と、オイルシール５００とを省略している。また、図１においては、インペラ２００等を覆うと共に空気（被圧縮流体）の流路を形成するハウジング、及び回転軸３００を回転駆動するための駆動機構も省略している。また、図１においては、ティルティングパッド軸受１を回転軸３００の周方向に４分の１カットした状態で示している。すなわち、ティルティングパッド軸受１の一部を断面視した側面図が示されている。
　このようなターボ圧縮機１００においては、駆動機構によって回転軸３００が回転駆動されると、この回転軸３００がティルティングパッド軸受１に軸支された状態で回転し、インペラ２００が回転駆動される。インペラ２００が回転駆動されると、ハウジング内部に供給された空気が圧縮されて外部に吐出される。
　続いて、本実施形態のティルティングパッド軸受１について、図２Ａないし図３Ｃを参照して詳細に説明する。
　図２Ａは本実施形態のティルティングパッド軸受１の側面図であり、図２Ｂは本実施形態のティルティングパッド軸受１の正面図である。なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、ティルティングパッド軸受１の内部構造の視認性を高めるために、一部を切断し断面視した状態で図示している。
　これらの図に示すように、本実施形態のティルティングパッド軸受１は、ハウジング２と、複数のティルティングパッド３と、各ティルティングパッド３に設けられる固定ピン４と、２つのサイドプレート５とを備えている。
　ハウジング２は、複数のティルティングパッド３を回転軸３００の径方向外側から囲うように支持する環状の部材である。このハウジング２は、図２Ｂに示すように、上下に分割可能な上側部位２ａ及び下側部位２ｂと、これらの上側部位２ａ及び下側部位２ｂを位置決めする位置決めピン２ｃと、これらの上側部位２ａ及び下側部位２ｂを締結するボルト２ｄとを備えている。
　このようなハウジング２には、図２Ｂに示すように、外周面から内周面に貫通する潤滑油供給孔２ｅが複数設けられている。この潤滑油供給孔２ｅは、不図示のポンプ等から供給される潤滑油を回転軸３００に向けて案内する。本実施形態においては、隣り合うティルティングパッド３の隙間Ｓ１の全てに対して潤滑油が供給されるよう、隙間Ｓ１の位置に対応するようにして潤滑油供給孔２ｅが設けられている。すなわち、潤滑油供給孔２ｅは、隣り合うティルティングパッド３の隙間と対向する位置に設けられている。言い換えれば、潤滑油供給孔２ｅと、隣り合うティルティングパッド３の隙間とが、回転軸３００の径方向に並んで配置されている。また、図２Ａに示すように、潤滑油供給孔２ｅは各隙間Ｓ１に対して２つ設けられており、これらの２つは回転軸３００の軸方向に配列されている。本実施形態の潤滑油供給孔２ｅの内径は、ハウジング２の外周面から内周面に向かうに従い減少している。すなわち、潤滑油供給孔２ｅの、ハウジング２の外周面での開口は、ハウジング２の内周面での開口よりも大きく設定されている。なお、このような構成に限定されず、潤滑油供給孔２ｅの内径が一定であってもよい。
　複数のティルティングパッド３は、互いに隙間Ｓ１を空けて回転軸３００周りに環状に配列されており、回転軸３００を摺動支持する。このティルティングパッド３の表面は、例えば、ホワイトメタル（ハビットメタル）によってコーティングされている。図２Ｂに示すように、本実施形態においては、ティルティングパッド３は、回転軸３００の周方向に等間隔で５つ設置されている。
　図３Ａ～３Ｃは、ティルティングパッド３の拡大図である。図３Ａが回転軸３００の軸方向から見た正面図であり、図３Ｂが図３Ａの矢印Ａ方向から見た側面図であり、図３Ｃが図３Ａの矢印Ｂ方向から見た側面図である。また、回転軸３００の回転方向は、図３Ａにおいては左方向（反時計回り方向）となっている。なお、図３Ａ～３Ｃにおいては、ティルティングパッド３における固定ピン４の挿入箇所（挿入孔）については省略している。
　なお、説明の便宜上、図３Ａで示されている側を正面側、その反対側の面を裏面側と称する。また、回転軸３００の回転方向に基づき、図３Ｂで示されている側を上流側、図３Ｃで示されている側を下流側と称する。
　これらの図に示すように、ティルティングパッド３は、正面側から見た形状が回転軸３００の周面に沿って湾曲した略扇形（扇形からその中心を含む部位を除いた形状）をしたブロック形状の部材であり、回転軸３００との摺動面には、ホワイトメタルがコーティングされている。言い換えれば、ティルティングパッド３は、直方体を回転軸３００の外周面に沿って湾曲させた形状となっている。また、ティルティングパッド３は、正面側及び裏面側に、サイドプレート５に係止するための凸部３ａをそれぞれ有している。
　また、ティルティングパッド３は、潤滑油を内部に流通させるための内部流路６を備えている。本実施形態においては、１つのティルティングパッド３に設けられる内部流路６は、上流側内部流路７と、下流側内部流路８とを備えている。上流側内部流路７は、ティルティングパッド３の上流側寄りに設けられており、下流側内部流路８は、ティルティングパッド３の下流側寄りに設けられている。
　上流側内部流路７は、回転軸３００の周方向（一接線方向）に直線状に延びると共に回転軸３００の軸方向に並んで配列される２つの入口流路７ａと、回転軸３００の軸方向に直線状に延びティルティングパッド３を貫通すると共に各入口流路７ａと接続される排出流路７ｂとを備えている。入口流路７ａは、上流側に向けて開口される上流側流入開口７ａ１（第１流入開口）を備えており、上流側流入開口７ａ１から取り込んだ潤滑油を排出流路７ｂに案内する。排出流路７ｂは、回転軸３００の軸方向におけるティルティングパッド３の両面（正面及び裏面）でそれぞれ開口された排出開口７ｂ１を備えており、入口流路７ａから供給される潤滑油を排出開口７ｂ１からティルティングパッド３の外部に排出する。
　下流側内部流路８は、回転軸３００の周方向（一接線方向）に直線状に延びると共に回転軸３００の軸方向に並んで配列される２つの入口流路８ａと、回転軸３００の軸方向に直線状に延びティルティングパッド３を貫通すると共に各入口流路８ａと接続される排出流路８ｂとを備えている。入口流路８ａは、下流側に向けて開口される下流側流入開口８ａ１（第２流入開口）を備えており、下流側流入開口８ａ１から取り込んだ潤滑油を排出流路８ｂに案内する。排出流路８ｂは、回転軸３００の軸方向におけるティルティングパッド３の両面（正面及び裏面）でそれぞれ開口された排出開口８ｂ１を備えており、入口流路８ａから供給される潤滑油を排出開口８ｂ１からティルティングパッド３の外部に排出する。
　このように、本実施形態において内部流路６は、回転軸３００の回転方向の上流側に向けて開口される上流側流入開口７ａ１、回転軸３００の回転方向の下流側に向けて開口される下流側流入開口８ａ１、及び回転軸３００の軸方向に開口される排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１を有している。この内部流路６は、上流側流入開口７ａ１及び下流側流入開口８ａ１を介して回転軸３００の周方向から潤滑油を取り込んで、排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１を介して回転軸３００の軸方向に潤滑油を排出する。
　このようなティルティングパッド３が有する内部流路６は、ティルティングパッド３の表面に開口を有すると共に直線状に延びる形状の小流路（入口流路７ａ、排出流路７ｂ、入口流路８ａ及び排出流路８ｂ）を備えて構成されている。各小流路は、直線状に延びる形状であることから、ドリル等によってティルティングパッド３に対して容易に形成することができる。
　したがって、本実施形態のティルティングパッド３を容易に作製することができる。
　また、内部流路６は、ティルティングパッド３の上流側寄りに設けられた上流側内部流路７と、ティルティングパッド３の下流側寄りに設けられた下流側内部流路８とを備えている。このため、回転軸３００の周方向において、ティルティングパッド３の中央部を通過する流路が設けられていない。ティルティングパッド３の中央部には、固定ピン４が差し込まれる（図２Ｂ参照）ため、本実施形態においては、この箇所を避けて内部流路６を形成することができる。よって、内部流路６の形状を複雑なものとする必要がなく、上述のように容易に形成できる形状を採用できる。
　固定ピン４は、図２Ｂに示すように、ハウジング２に螺合されており、その先端がティルティングパッド３の中央部に設けられた接続穴に差し込まれている。この固定ピン４は、先端が僅かな隙間を空けてティルティングパッド３に差し込まれており、ティルティングパッド３の僅かな傾動（回転軸３００の外周面に対する傾動）を許容しつつ、ティルティングパッド３の大きな移動（ハウジング２の周方向又は軸方向への大きな移動）を規制している。この固定ピン４は、各ティルティングパッド３に対して設けられている。
　サイドプレート５は、図２Ａに示すように、回転軸３００の軸方向からティルティングパッド３を挟むように２枚配置されている。各サイドプレート５の内壁面側（ティルティングパッド３に対向する面）には凹部５ａが設けられており、サイドプレート５は、ティルティングパッド３の凸部３ａが凹部５ａに係止されるようにハウジング２に対して固定されている。なお、各サイドプレート５とティルティングパッド３との間には、ティルティングパッド３の傾動を阻害しないように僅かな隙間が設けられている。
　図２Ｂに示すように、サイドプレート５は、回転軸３００を囲う環形状とされている。このサイドプレート５の、回転軸３００の径方向での幅（回転軸３００に対向する内周部から外周部までの長さ）は、回転軸３００の周面との間に、ティルティングパッド３の排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１の一部を露出させる隙間Ｓ２が形成されるように設定されている。つまり、本実施形態において、サイドプレート５は、回転軸３００の周面との間に、ティルティングパッド３の排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１の一部を露出させる隙間Ｓ２を形成している。言い換えれば、サイドプレート５と回転軸３００の周面との間に形成される隙間Ｓ２が、ティルティングパッド３の排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１の少なくとも一部を露出させている。すなわち、隙間Ｓ２が、排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１を全て露出させていてもよい。
　また、サイドプレート５は、図２Ｂに示すように、上下２つのパーツ５ｂ及びパーツ５ｃに分割されている。パーツ５ｂとパーツ５ｃとの間（隣り合うパーツの間）に隙間Ｓ３が設けられている。この隙間Ｓ３は、ティルティングパッド３とサイドプレート５との間に流入した潤滑油をサイドプレート５の外側に容易に排出しやすくするために用いられ、流体抵抗を下げて潤滑油を流れやすくする。
　また、図２Ｂに示すように、サイドプレート５は、隣り合うティルティングパッド３の隙間Ｓ１の一部を露出させる開口５ｄを有している。この開口５ｄは、上述の隙間Ｓ３と同様に、ティルティングパッド３とサイドプレート５との間に流入した潤滑油をサイドプレート５の外側に容易に排出しやすくするために用いられ、流体抵抗を下げて潤滑油を流れやすくする。なお、開口５ｄが、隙間Ｓ１を全て露出させていてもよい。
　このような構成を有する本実施形態のティルティングパッド軸受１においては、ハウジング２に設けられた潤滑油供給孔２ｅに外部から潤滑油が供給されると、この潤滑油は、隣り合うティルティングパッド３の隙間Ｓ１に供給される。
　隙間Ｓ１に供給された潤滑油の一部は、ティルティングパッド３に設けられた上流側流入開口７ａ１及び下流側流入開口８ａ１から内部流路６に流れ込む。つまり、本実施形態においては、潤滑油は、回転軸３００の周方向の両側からティルティングパッド３の内部に流入する。なお、内部流路６に流れ込まなかった潤滑油は、回転軸３００の周面に供給され回転軸３００とティルティングパッド３との摺動面に導入されるか、又は開口５ｄからサイドプレート５の外部に排出される。
　内部流路６に流入した潤滑油は、吸熱することによってティルティングパッド３を冷却し、その後、回転軸３００の軸方向に開口された排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１からティルティングパッド３の外部に排出される。排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１から排出された潤滑油は、回転軸３００の周面に供給された後、鉛直下方に落下して回収される。
　以上のような本実施形態のティルティングパッド軸受１によれば、ティルティングパッド３に設けられる内部流路６が、回転軸３００の回転方向の上流側に開口された上流側流入開口７ａ１と、回転軸３００の回転方向の下流側に開口された下流側流入開口８ａ１とを有している。このため、本実施形態のティルティングパッド軸受１においては、回転軸３００の回転方向の上流側と下流側との両側から潤滑油がティルティングパッド３の内部に流れ込む。このため、多くの潤滑油をティルティングパッド３の内部に取り込むことができる。さらに、本実施形態のティルティングパッド軸受１においては、上流側流入開口７ａ１と下流側流入開口８ａ１とから内部流路６に流れ込んだ潤滑油は、逆流することなく回転軸の軸方向に開口された排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１から排出される。このため、内部流路６において潤滑油を円滑に流すことができ、内部流路６における潤滑油の流速を速めることができる。したがって、本実施形態のティルティングパッド軸受１によれば、多くの潤滑油がティルティングパッド３の内部を円滑に流れることから、ティルティングパッド３の冷却効率を向上させることができる。
　また、本実施形態のティルティングパッド軸受１においては、サイドプレート５が、回転軸３００の周面との間に、ティルティングパッド３の排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１の一部を露出させる隙間Ｓ２を形成している。このため、排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１からの潤滑油の排出を円滑に行うことができ、多くの潤滑油を内部流路６に流すことができるため、ティルティングパッド３の冷却効率をより向上させることができる。
　また、本実施形態のティルティングパッド軸受１においては、サイドプレート５が、２つのパーツ（パーツ５ｂ及びパーツ５ｃ）に分割され、隣り合うパーツの間に隙間Ｓ３が設けられている。さらに、本実施形態のティルティングパッド軸受１においては、サイドプレート５が、隣り合うティルティングパッド３の隙間Ｓ１を露出する開口５ｄを有している。
　このため、潤滑油をサイドプレート５の外側に容易に排出しやすくして流体抵抗を下げることができ、より多くの潤滑油をティルティングパッド軸受１の内部に流れやすくすることができる。よって、ティルティングパッド３等の冷却効率をより向上させることができる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　例えば、ティルティングパッド３は、回転軸３００の回転方向の上流側よりも下流側の方が高温となる。この原因としては、回転軸３００の回転に伴い、その回転方向に沿った潤滑油の流れが生じ、潤滑油供給孔２ｅから供給された潤滑油は下流側に向かうに従いティルティングパッド３等との接触により加熱されるため、下流側においてはその冷却能力が低下することが考えられる。このため、例えば、図４Ａ及び４Ｂに示すように、上流側流入開口７ａ１よりも下流側流入開口８ａ１の開口面積が大きくしてもよい。
　このような構成を採用することによって、下流側流入開口８ａ１に流れ込む潤滑油を上流側流入開口７ａ１よりも多くすることができ、ティルティングパッド３の下流側における冷却効率を上流側よりも高くすることができる。よって、ティルティングパッド３全体の温度を均一なものとすることができる。なお、下流側内部流路８（入口流路８ａ及び排出流路８ｂ）の流路径を、上流側内部流路７（入口流路７ａ及び排出流路７ｂ）の流路径より大きく設定してもよい。
　また、上記実施形態においては、排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１の一部のみが、サイドプレート５と回転軸３００との隙間Ｓ２において露出された構成について説明した。
　しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、排出開口７ｂ１及び排出開口８ｂ１の全部を隙間Ｓ２において露出するように構成しても良い。
　また、上記実施形態においては、サイドプレート５が上下に２つのパーツに分割された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに多数のパーツにサイドプレート５を分割しても良い。
　また、上記実施形態においては、ティルティングパッド３が５つ設けられた構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ティルティングパッドの数については任意である。
　また、上位実施形態においては、２段式のターボ圧縮機について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ターボ圧縮機の段数については、一段以上の任意の数を採用できる。
　本発明は、ティルティングパッド軸受及びそれを用いたターボ圧縮機に利用することができる。
１　ティルティングパッド軸受
２　ハウジング
２ａ　上側部位
２ｂ　下側部位
２ｃ　ピン
２ｄ　ボルト
２ｅ　潤滑油供給孔
３　ティルティングパッド
３ａ　凸部
４　固定ピン
５　サイドプレート
５ａ　凹部
５ｂ　パーツ
５ｃ　パーツ
５ｄ　開口
６　内部流路
７　上流側内部流路
７ａ　入口流路
７ａ１　上流側流入開口（第１流入開口）
７ｂ　排出流路
７ｂ１　排出開口
８　下流側内部流路
８ａ　入口流路
８ａ１　下流側流入開口（第２流入開口）
８ｂ　排出流路
８ｂ１　排出開口
１００　ターボ圧縮機
２００　インペラ
３００　回転軸
３０１　ギア
４００　エアシール
５００　オイルシール
Ｓ１　隙間
Ｓ２　隙間
Ｓ３　隙間

Claims (6)

  1. 　互いに隙間を空けて回転軸周りに環状に配列される複数のティルティングパッドと、
    　前記複数のティルティングパッドを前記回転軸の径方向外側から囲って支持すると共に隣り合う前記ティルティングパッドの隙間と対向する位置に設けられる潤滑油供給孔を有するハウジングと、
    　前記回転軸の軸方向で前記ティルティングパッドを挟むように配置される一対のサイドプレートと
    　を備えるティルティングパッド軸受であって、
    　前記ティルティングパッドは、前記回転軸の回転方向の上流側に向けて開口される第１流入開口、前記回転軸の回転方向の下流側に向けて開口される第２流入開口、及び前記回転軸の軸方向に開口される排出開口を有すると共に潤滑油が流動する内部流路を備えるティルティングパッド軸受。
  2. 　前記サイドプレートと前記回転軸の周面との間に形成される隙間が、前記ティルティングパッドの前記排出開口の少なくとも一部を露出させている請求項１に記載のティルティングパッド軸受。
  3. 　前記サイドプレートが、複数のパーツに分割され、隣り合う前記パーツの間に隙間が設けられている請求項１または２に記載のティルティングパッド軸受。
  4. 　前記サイドプレートは、隣り合う前記ティルティングパッドの隙間の少なくとも一部を露出させる開口を有する請求項１～３のいずれか一項に記載のティルティングパッド軸受。
  5. 　前記第１流入開口よりも前記第２流入開口の開口面積が大きい請求項１～４のいずれか一項に記載のティルティングパッド軸受。
  6. 　インペラと、該インペラに接続される回転軸とを備えるターボ圧縮機であって、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載のティルティングパッド軸受が、前記回転軸を軸支するターボ圧縮機。
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