WO2017150499A1 - ジャーナル軸受および回転機械 - Google Patents

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WO2017150499A1
WO2017150499A1 PCT/JP2017/007675 JP2017007675W WO2017150499A1 WO 2017150499 A1 WO2017150499 A1 WO 2017150499A1 JP 2017007675 W JP2017007675 W JP 2017007675W WO 2017150499 A1 WO2017150499 A1 WO 2017150499A1
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WO
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carrier ring
rotor shaft
bearing
journal bearing
upper half
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PCT/JP2017/007675
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English (en)
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篠原　種宏
貝漕　高明
中野　隆
脇　勇一朗
小澤　豊
杼谷　直人
Original Assignee
三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • F16C2360/00—Engines or pumps

Definitions

  • the present disclosure relates to a journal bearing and a rotary machine for rotatably supporting a rotor shaft.
  • journal bearings are known as bearing devices used in rotating machines such as steam turbines and gas turbines.
  • Patent Document 1 describes a journal bearing that supports a rotor shaft by a plurality of bearing pads.
  • the journal bearing of Patent Document 1 includes a carrier ring, an upstream bearing pad and a downstream bearing pad supported by the carrier ring, and a plurality of lubricant oils supplied between each bearing pad and the rotor shaft.
  • the plurality of oil supply nozzles include a first oil supply nozzle (uppermost nozzle) disposed upstream of the upstream bearing pad, and second and third oil supply nozzles disposed at both ends of the upstream bearing pad.
  • a fourth oil supply nozzle disposed at the upstream end of the downstream bearing pad. Further, side plates are arranged on both end faces of the lower half carrier ring so as to suppress leakage of the lubricating oil supplied from the oil supply nozzle to the outside of the bearing.
  • At least one embodiment of the present invention provides a journal bearing and a rotating machine that can maintain a balance of load capacity among a plurality of bearing pads, prevent occurrence of abnormal vibration, and improve bearing performance.
  • the purpose is to provide.
  • a journal bearing includes: With carrier ring, A plurality of bearing pads provided on the inner peripheral side of the lower half region of the carrier ring and configured to support the rotor shaft from below; A pair of side plates provided on both sides of the plurality of bearing pads in the axial direction of the rotor shaft; A dam provided on the inner peripheral side of the carrier ring in the downstream part of the upper half region of the carrier ring, and configured to suppress the flow of carryover oil to the downstream side; With A gap is provided between the inner peripheral surface of each of the side plates and the outer peripheral surface of the rotor shaft so that the bearing inner space surrounded by the pair of side plates communicates with the outside.
  • the oil film pressure between the first bearing pad (upstream bearing pad) located on the most upstream side and the rotor shaft is insufficient, and the first bearing pad carries over. It was found that air was mixed into the lubricating oil. That is, in a journal bearing having a gap between the inner peripheral surface of each side plate and the outer peripheral surface of the rotor shaft for communicating the bearing inner space surrounded by the pair of side plates and the outer bearing, In the region from the second bearing pad (downstream bearing pad) arranged at the first bearing pad to the first bearing pad, the air sucked from the gap can be mixed into the lubricating oil.
  • the lubricating oil carried over to the first bearing pad (hereinafter referred to as “carryover oil”) contains a large amount of air, and the amount of substantial lubricating oil is small. Therefore, even if the amount of oil discharged from the oil supply unit immediately upstream of the first bearing pad and the oil supply unit immediately upstream of the second bearing pad are the same, the first bearing pad has a larger amount than the second bearing pad. Prone to lack of lubricating oil.
  • the lubricating oil is an incompressible fluid, the air contained in the lubricating oil is a compressive fluid. Therefore, the air bubbles contained in the lubricating oil in the first bearing pad on the upstream side (particularly near the front edge).
  • the journal bearing of the above (1) includes a dam provided on the inner peripheral side of the carrier ring in the downstream part of the upper half region of the carrier ring, and this dam causes the carryover oil to flow downstream. The flow is suppressed. As a result, the carry-over oil that is carried downstream along with the rotating rotor shaft is blocked by the dam in the downstream portion of the upper half region of the carrier ring, and thus reaches the upstream bearing pad. This can be suppressed. Therefore, the balance of the load capacity among the plurality of bearing pads can be properly maintained, and the occurrence of abnormal vibration in the journal bearing can be prevented and the bearing performance can be improved.
  • the rotor shaft can be pressed down by the guide metal when the rotor shaft jumps up.
  • the semi-annular space sandwiched between the pair of guide metals in the upper half region of the carrier ring tends to become negative pressure as the rotor shaft rotates, and the guide metal and the rotor shaft Outside air is taken in through a gap between the outer peripheral surface and the air can be mixed into the carry-over oil.
  • a dam is provided in a downstream portion of the upper half region of the carrier ring, a semi-annular shape is provided via a gap between the guide metal and the outer peripheral surface of the rotor shaft.
  • Each of the guide metals has at least one first discharge path formed so as to communicate with a space upstream of the dam surrounded by the dam and the pair of guide metals.
  • the dam and the pair of guide metals are provided via the first discharge path.
  • the carry-over oil accumulated in the space upstream of the enclosed dam can be discharged to the outside of the bearing. Thereby, it is possible to suppress the carry-over oil from passing through the dam from the space and being conveyed downstream.
  • Each of the first discharge passages is arranged to be inclined with respect to the axial direction so as to go downstream as it approaches the side plate.
  • the first discharge path is inclined along the flow direction of carry-over oil that is conveyed along with the rotation of the rotor shaft. Carry over oil can be discharged smoothly.
  • the upper part of the upper half area of the carrier ring is provided on the inner peripheral side of the carrier ring, and the lubricant that enters the upper half area with the rotation of the rotor shaft is scooped from the rotor shaft.
  • a scraper for dropping is further provided.
  • a scraper is provided in an upstream portion of the upper half region of the carrier ring, and lubricant that enters the upper half region of the carrier ring as the rotor shaft rotates is rotated by the scraper. It is designed to scrape off the shaft.
  • the carryover oil reaching the upstream bearing pad is also suppressed by suppressing the flow of carryover oil to the downstream side by the scraper also in the upstream portion of the upper half region of the carrier ring. Oil can be further reduced.
  • (6) in the configuration of (5) above, Provided in the upper half region of the carrier ring, further comprising a pair of guide metals provided to cover the upper region of the outer peripheral surface of the rotor shaft; The scraper is provided between the pair of guide metals, Each guide metal has at least one second discharge path for discharging the lubricating oil scraped off by the scraper.
  • At least one second discharge path is provided in each of the pair of guide metals, and the lubricating oil scraped off by the scraper is passed through the second discharge path. It comes to discharge. Therefore, the flow of carryover oil to the downstream side can be more effectively suppressed.
  • Each of the second discharge passages is arranged to be inclined with respect to the axial direction so as to go downstream as it approaches the side plate.
  • the second discharge path is inclined along the flow direction of the carry-over oil that is conveyed along with the rotation of the rotor shaft. Carry over oil can be discharged smoothly.
  • the carrier ring has an air communication hole located on the upstream side of the dam in the upper half region.
  • a rotating machine includes: The journal bearing according to any one of the above (1) to (8); A rotor shaft supported by the journal bearing; Is provided.
  • the carry-over oil that is carried downstream along with the rotating rotor shaft is blocked by the dam in the downstream portion of the upper half region of the carrier ring, and Reaching to the bearing pad on the side can be suppressed. Therefore, the balance of the load capacity among the plurality of bearing pads can be properly maintained, and the occurrence of abnormal vibration in the journal bearing can be prevented and the bearing performance can be improved.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view taken along line BB in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a development view of an upper half region of the journal bearing according to the embodiment (a development view in which the journal bearing shown in FIG. 1 is viewed from the C direction).
  • FIG. 6 is a development view of an upper half region of a journal bearing according to another embodiment (a development view of the journal bearing shown in FIG. 1 viewed from the C direction).
  • FIG. 1 is a cross-sectional view along the axial direction of a journal bearing 10 according to an embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a view taken along the line BB in FIG.
  • the “axial direction” is the direction of the central axis O of the rotor shaft 2 supported by the journal bearing 10
  • the “radial direction” is the radial direction of the rotor shaft 2
  • the “circumferential direction”. Is the circumferential direction of the rotor shaft 2.
  • the “circumferential direction” may be the circumferential direction of the carrier rings 12 and 13 or the circumferential direction of the side plates 17 and 18.
  • upstream side” or “downstream side” refers to an upstream side or a downstream side in the rotation direction of the rotor shaft 2.
  • the journal bearing 10 employs a direct lubrication system as a lubrication system (oil supply system), and the first bearing pad 30 and the second bearing pad are disposed in the lower half region of the carrier ring 11. 32 is arranged.
  • the journal bearing 10 is a tilting pad bearing.
  • the front edge 30a of the first bearing pad 30 is located on the upstream side, and the rear edge 30b is located on the downstream side.
  • the front edge 32a of the second bearing pad 32 is located on the upstream side, and the rear edge 32b is located on the downstream side.
  • the illustrated journal bearing 10 will be described as an example, but the journal bearing 10 according to the present embodiment is not limited to this configuration.
  • a configuration in which three or more bearing pads are attached to the lower half region of the carrier ring 11 may be employed.
  • the journal bearing 10 is provided on the inner peripheral side of the carrier ring 11 and the lower half region of the carrier ring 11, and a plurality of bearing pads 30 configured to support the rotor shaft 2 from below. , 32 and a pair of side plates 17, 18 provided on both sides of the plurality of bearing pads 30, 32 in the axial direction of the rotor shaft 2.
  • the carrier ring 11 is supported by a bearing casing (not shown) and includes an upper half carrier ring 12 and a lower half carrier ring 13.
  • Each of the upper half carrier ring 12 and the lower half carrier ring 13 has an inner circumferential surface and an outer circumferential surface such that a cross section perpendicular to the axial direction is a semicircular arc shape.
  • the carrier ring 11 is divided into an upper half carrier ring 12 and a lower half carrier ring 13.
  • the carrier ring 11 may be an integral structure, or 3 The structure divided
  • an area above the horizontal plane passing through the central axis O is referred to as an upper area, and a lower area is referred to as a lower area.
  • a pair of side plates 17 and 18 are disposed along the outer periphery of the rotor shaft 2 on both ends of the carrier ring 11 in the axial direction.
  • the side plates 17 and 18 are formed in a disc shape, and a hole through which the rotor shaft 2 passes is formed in the center.
  • the side plates 17 and 18 may have a half structure including upper half side plates 17A and 18A and lower half side plates 17B and 18B. These side plates 17 and 18 moderately prevent leakage of lubricating oil supplied from oil supply units 25 to 29 described later.
  • guide metals (semi-annular bearings) 20 and 21 are attached to the inner peripheral surface of the upper half carrier ring 12 in order to mainly suppress the bounce of the rotor shaft 2 from above. Also good.
  • a pair of guide metals 20 and 21 are attached to both ends of the upper half carrier ring 12 in the axial direction and inside the side plates 17 and 18 in the axial direction.
  • the guide metals 20 and 21 are formed in a semicircular shape.
  • the guide metal 20 and 21 can suppress the jumping of the rotor shaft 2, and the component due to the jumping of the rotor shaft 2. Can be prevented.
  • the guide metals 20, 21 May be provided in the upper half region of the carrier ring 11.
  • the upper half carrier ring 12 and the lower half carrier ring 13 are provided with at least one oil supply unit 25 to 29.
  • the oil supply units 25 to 29 are oil supply nozzles.
  • a total of five oil supply units including three oil supply units 27, a fourth oil supply unit 28, and a fifth oil supply unit 29 are provided.
  • the 1st oil supply unit 25 and the 2nd oil supply unit 26 are arrange
  • the third oil supply unit 27 and the fourth oil supply unit 28 are arranged side by side in the circumferential direction between the first bearing pad 30 and the second bearing pad 32 located on the downstream side of the first bearing pad 30. ing.
  • the fifth oil supply unit 29 is arranged on the downstream side of the second bearing pad 32.
  • the fifth oil supply unit 29 may have a first injection hole 29a and a second injection hole 29b having different injection directions of the lubricating oil.
  • the first injection hole 29 a is configured to inject lubricating oil upstream toward the second bearing pad 32 for the purpose of cooling the second bearing pad (most downstream pad) 32.
  • the second injection hole 29b is configured to inject lubricating oil downstream toward the guide metals 20, 21 in order to maintain lubricity when the guide metals 20, 21 and the rotor shaft 2 come into contact with each other. Composed.
  • a lubricating oil supply path (not shown) is formed inside the carrier ring 11.
  • the lubricating oil supplied to the lubricating oil supply path is sent to each of the oil supply units 25 to 29 and is jetted from the oil supply units 25 to 29 to the vicinity of the bearing pads 30 and 32.
  • the 1st bearing pad 30 and the 2nd bearing pad 32 are provided in the inner peripheral side of the lower half carrier ring 13, and are comprised so that the rotor shaft 2 may be supported from the downward direction.
  • the first bearing pad 30 is provided along the outer periphery of the rotor shaft 2 on the inner peripheral side of the lower half carrier ring 13.
  • the second bearing pad 32 is provided along the outer periphery of the rotor shaft 2 on the inner peripheral side of the lower half carrier ring 13 and downstream of the first bearing pad 30 in the rotational direction S of the rotor shaft 2.
  • the first bearing pad 30 and the second bearing pad 32 are provided on the lower half carrier ring 13, the rotor shaft 2 can be appropriately supported by the first bearing pad 30 and the second bearing pad 32.
  • the carrier ring 11 is not a structure divided into the upper half carrier ring 12 and the lower half carrier ring 13 but is an integral structure, or a structure divided into three or more, the first bearing pad 30.
  • the second bearing pad 32 may be provided in the lower half region of the carrier ring 11.
  • FIGS. 4 is a development view of the upper half region of the journal bearing 10 according to the embodiment (a development view of the journal bearing 10 shown in FIG. 1 viewed from the C direction).
  • FIG. 5 is a development view of the upper half region of the journal bearing 10 according to another embodiment (a development view of the journal bearing 10 shown in FIG. 1 viewed from the C direction).
  • the journal bearing 10 is formed by a pair of side plates 17, 18 between the inner peripheral surface of each side plate 17, 18 and the outer peripheral surface of the rotor shaft 2.
  • a gap 42 (see FIGS. 1 and 3) is provided to allow communication between the enclosed bearing internal space and the outside. 2, 4, and 5, this journal bearing 10 is configured such that the carrier in the downstream portion of the upper half region of the carrier ring 11 (upper half carrier ring 12 in the illustrated example).
  • a dam 50 is provided on the inner peripheral side of the ring 11 and configured to suppress the flow of carryover oil to the downstream side.
  • the oil film pressure between the first bearing pad 30 located on the most upstream side and the rotor shaft 2 is deficient in the lubricating oil carried over by the first bearing pad 30. It was found that there was air contamination. That is, a gap 42 for communicating between the bearing inner space surrounded by the pair of side plates 17 and 18 and the bearing exterior between the inner circumferential surface of each side plate 17 and 18 and the outer circumferential surface of the rotor shaft 2.
  • the journal bearing 10 having (see FIGS. 1 and 3), the air sucked from the gap 42 in the region from the second bearing pad 32 on the downstream side to the first bearing pad 30 on the upstream side is mixed into the lubricating oil. obtain.
  • the lubricating oil carried over to the first bearing pad 30 contains a large amount of air, and the actual amount of lubricating oil is small. Therefore, even if the amount of oil discharged from the oil supply units 25 and 26 immediately before the upstream side of the first bearing pad 30 and the oil supply units 27 and 28 immediately before the upstream side of the second bearing pad 32 are the same, the second bearing pad. Compared to 32, the first bearing pad 30 tends to be short of lubricating oil. Further, since the lubricating oil is an incompressible fluid, the air contained in the lubricating oil is a compressive fluid, so that bubbles contained in the lubricating oil are crushed at the first bearing pad 30 (particularly near the front edge).
  • the journal bearing 10 is provided on the inner peripheral side of the carrier ring 11 in the downstream portion of the upper half region of the carrier ring 11 (upper half carrier ring 12 in the illustrated example), It is the structure provided with the dam 50 comprised so that the flow to the downstream of carryover oil might be suppressed.
  • the carry-over oil that is carried downstream along with the rotating rotor shaft 2 is blocked by the dam 50 in the downstream portion of the upper half region of the carrier ring 11, so that the upstream first Reaching the bearing pad 30 can be suppressed. Therefore, the balance of the load capacity between the plurality of bearing pads 30 and 32 can be maintained appropriately, and the occurrence of abnormal vibration in the journal bearing 10 can be prevented and the bearing performance can be improved.
  • the journal bearing 10 is provided on the rotor shaft 2 in the upper half region of the carrier ring 11 (upper half carrier ring 12 in the illustrated example).
  • the dam 50 is provided between the pair of guide metals 20 and 21.
  • the front end surface 50 a of the dam 50 may be inclined with respect to the axial direction so as to go downstream as it approaches the side plates 17 and 18. That is, the front end surface 50a of the dam 50 may be inclined such that the center in the axial direction is located on the upstream side and the both end sides in the axial direction are located on the downstream side.
  • the front end surface 50a of the dam 50 is an end surface facing the upstream side.
  • the rotor shaft 2 is pressed down by the guide metals 20 and 21 when the rotor shaft 2 springs up as described above. be able to.
  • the semi-annular space 5 sandwiched between the pair of guide metals 20 and 21 in the upper half region of the carrier ring 11 tends to become negative pressure as the rotor shaft 2 rotates.
  • outside air is taken in through a gap 40 (see FIG. 1) between the guide metals 20 and 21 and the outer peripheral surface of the rotor shaft 2, and air mixing into the carry-over oil can be promoted.
  • the dam 50 is provided in the downstream portion of the upper half region (the upper half carrier ring 12 in FIG. 2) of the carrier ring 11 as in the above embodiment, the guide metals 20, 21 and the rotor shaft
  • the carry-over oil mixed with the air taken into the semi-annular space 5 through the gap 40 (see FIG. 1) between the two outer peripheral surfaces is blocked by the dam 50, so that the first bearing pad 30 on the upstream side is blocked.
  • each guide metal 20, 21 is a space upstream of the dam 50 (semi-annular space 5) surrounded by the dam 50 and the pair of guide metals 20, 21.
  • At least one first discharge passage 52 formed to communicate with the first discharge passage 52.
  • the dam 50 and the pair of guides are provided via the first discharge path 52.
  • the carry-over oil accumulated in the semi-annular space 5 on the upstream side of the dam 50 surrounded by the metals 20 and 21 can be discharged to the outside of the bearing. Thereby, it is possible to suppress the carry-over oil from passing from the semi-annular space 5 through the dam 50 to the downstream side.
  • each 1st discharge path 52 may be arrange
  • the journal bearing 10 is located upstream of the upper half region of the carrier ring 11 (upper half carrier ring 12 in the illustrated example).
  • the scraper 60 is further provided on the inner peripheral side of the carrier ring 11 at a portion for scavenging the lubricating oil from the rotor shaft 2 to enter the upper half region as the rotor shaft 2 rotates.
  • the scraper 60 is provided in the upstream portion of the upper half region of the carrier ring 11, and the lubricating oil that is about to enter the upper half region of the carrier ring 11 as the rotor shaft 2 rotates is scraper 60. Is cut off from the rotor shaft 2.
  • the upstream first bearing pad is also suppressed by suppressing the flow of the carryover oil to the downstream side by the scraper 60 in the upstream portion of the upper half region of the carrier ring 11 as well. Carryover oil reaching 30 can be further reduced.
  • the journal bearing 10 further includes a pair of guide metals 20 and 21 provided so as to cover the upper region of the outer peripheral surface of the rotor shaft 2 in the upper half region of the carrier ring 11. 4 and 5, the scraper 60 may be provided between the pair of guide metals 20 and 21. Further, as illustrated in FIG. 5, each guide metal 20, 21 may have at least one second discharge path 62 for discharging the lubricating oil scraped off by the scraper 60.
  • At least one second discharge path 62 is provided in each of the pair of guide metals 20 and 21, and scraped off by the scraper 60 through the second discharge path 62. Lubricating oil is discharged. Therefore, the flow of carryover oil to the downstream side can be more effectively suppressed.
  • each of the second discharge paths 62 may be arranged to be inclined with respect to the axial direction so as to go downstream as it approaches the side plates 17 and 18.
  • the second discharge path 62 is inclined along the flow direction of the carry-over oil conveyed along with the rotation of the rotor shaft 2, so that the carry is carried out from the second discharge path 62 to the outside of the bearing. Over oil can be discharged smoothly.
  • the front end surface 60a of the scraper 60 is formed in a planar shape along the axial direction, and a plurality of flow paths 60c are provided inside the scraper 60 so as to extend from the front end surface 60a to the side surface 60b of the scraper 60. Is provided. That is, similarly to the second discharge path 62, the plurality of flow paths 60c are also provided to be inclined with respect to the axial direction so as to go downstream as the side plates 17 and 18 are approached. The plurality of flow paths 60c communicate with the second discharge paths 62 formed in the guide metals 20 and 21, respectively.
  • the front end surface 60a of the scraper 60 is an end surface facing the upstream side.
  • the inner peripheral surfaces of the guide metals 20 and 21 are usually larger than the inner peripheral surfaces of the side plates 17 and 18. It is provided so as to be located near the axis 2. That is, the gap 42 (see FIGS. 1 and 3) between the inner peripheral surface of the side plates 17 and 18 and the outer peripheral surface of the rotor shaft 2 is the inner peripheral surface of the guide metals 20 and 21 and the outer peripheral surface of the rotor shaft 2. It is larger than the clearance 40 (see FIG. 1).
  • the first discharge path 52 or the second discharge path 62 is formed in the guide metals 20 and 21 without providing the lubricating oil discharge path in the side plates 17 and 18, the first discharge path 52 or the second discharge path.
  • the lubricating oil discharged from the passage 62 can be discharged to the outside of the bearing from the gap 42 (see FIGS. 1 and 3) between the inner peripheral surface of the side plates 17 and 18 and the outer peripheral surface of the rotor shaft 2.
  • a discharge path corresponding to the first discharge path 52 or the second discharge path 62 may be formed in the side plates 17 and 18.
  • the carrier ring 11 has an atmospheric communication hole 70 located on the upstream side of the dam 50 in the upper half region.
  • the air communication hole 70 is provided in the upper half carrier ring 12 and connects the semi-annular space 5 on the upstream side of the dam 50 surrounded by the pair of side plates 17 and 18 and the dam 50 and the outside of the bearing. It is formed so as to communicate.
  • the upper half carrier ring 12 has a single air communication hole 70, but a plurality of air communication holes 70 may be provided.
  • the carry-over oil that is transported to the downstream side along with the rotating rotor shaft 2 is the dam 50 in the downstream portion of the upper half region of the carrier ring 11. Can be prevented from reaching the first bearing pad 30 on the upstream side. Therefore, the balance of the load capacity between the plurality of bearing pads 30 and 32 can be maintained appropriately, and the occurrence of abnormal vibration in the journal bearing 10 can be prevented and the bearing performance can be improved.
  • the rotary machine 1 to which the journal bearing 10 according to the present embodiment is applied includes a turbine such as a gas turbine, a steam turbine (for example, a steam turbine of a nuclear power plant) or a machine driving turbine, wind power, and the like.
  • a turbine such as a gas turbine, a steam turbine (for example, a steam turbine of a nuclear power plant) or a machine driving turbine, wind power, and the like.
  • a wind machine such as a power generation device, a blower, a supercharger, or a compressor.
  • the rotary machine 1 includes a rotor shaft 2 that is rotationally driven, a bearing housing (not shown) that houses the rotor shaft 2, and a journal bearing 10 that supports the rotor shaft 2. According to the rotating machine 1, since the journal bearing 10 is provided that is unlikely to generate abnormal vibration and has excellent bearing performance, the rotating machine 1 with high reliability can be provided.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained.
  • a shape including a part or the like is also expressed.
  • the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression that excludes the presence of the other constituent elements.

Abstract

ジャーナル軸受は、キャリアリングと、前記キャリアリングの下半領域の内周側に設けられ、ロータ軸を下方から支持するように構成された複数の軸受パッドと、前記ロータ軸の軸方向における前記複数の軸受パッドの両側に設けられた一対のサイドプレートと、前記キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダムと、備え、各々の前記サイドプレートの内周面と前記ロータ軸の外周面との間に前記一対のサイドプレートによって囲まれた軸受内部空間と外部とを連通させるための隙間が設けられている。

Description

ジャーナル軸受および回転機械
　本開示は、ロータ軸を回転可能に支持するためのジャーナル軸受および回転機械に関する。
　一般に、蒸気タービンやガスタービン等の回転機械に用いられる軸受装置として、ジャーナル軸受が知られている。
　例えば特許文献１には、複数の軸受パッドによってロータ軸を支持するジャーナル軸受が記載されている。具体的には、特許文献１のジャーナル軸受は、キャリアリングと、キャリアリングに支持される上流側軸受パッド及び下流側軸受パッドと、各軸受パッドとロータ軸との間に潤滑油を供給する複数の給油ノズルと、を備えている。複数の給油ノズルは、上流側軸受パッドよりも上流側に配置された第１の給油ノズル（最上流ノズル）と、上流側軸受パッドの両端部に配置された第２及び第３の給油ノズルと、下流側軸受パッドの上流側端部に配置された第４の給油ノズルと、を含む。また、下半部キャリアリングの両端面にはサイドプレートが配置されており、給油ノズルから供給された潤滑油の軸受外部への漏出を抑制するようになっている。
特許第４７６４４８６号公報
　ところで、特許文献１に記載されるように複数の軸受パッドを備えるジャーナル軸受においては、正常動作時、回転数の上昇に伴ってロータ軸と各軸受パッドの間にそれぞれ適正な厚さの油膜が形成され、これらの油膜圧力によってロータ軸が略直上に浮き上がるようになっている。
　しかしながら、本発明者らの知見によれば、複数の軸受パッド間における負荷能力の適正なバランスを維持できないために、軸受性能が低下したり、異常振動が発生したりすることが起こり得る。例えば、上流側軸受パッドにおける油膜圧力が不足して上流側領域での十分な負荷能力を確保できず、ロータ軸が浮上する際に上流側へ寄ってしまうと、このことが異常振動の発生原因になり得る。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、複数の軸受パッド間における負荷能力のバランスを維持し、異常振動の発生を防止するとともに軸受性能を向上し得るジャーナル軸受および回転機械を提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るジャーナル軸受は、
　キャリアリングと、
　前記キャリアリングの下半領域の内周側に設けられ、ロータ軸を下方から支持するように構成された複数の軸受パッドと、
　前記ロータ軸の軸方向における前記複数の軸受パッドの両側に設けられた一対のサイドプレートと、
　前記キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダムと、
を備え、
　各々の前記サイドプレートの内周面と前記ロータ軸の外周面との間に前記一対のサイドプレートによって囲まれた軸受内部空間と外部とを連通させるための隙間が設けられている。
　本発明者らによる鋭意検討の結果、最上流側に位置する第１軸受パッド（上流側軸受パッド）とロータ軸との間の油膜圧力が不足する原因として、第１軸受パッドにキャリーオーバされる潤滑油への空気の混入があることを見出した。
　すなわち、各々のサイドプレートの内周面とロータ軸の外周面との間に、一対のサイドプレートによって囲まれた軸受内部空間と軸受外部とを連通させるための隙間を有するジャーナル軸受では、下流側に配置された第２軸受パッド（下流側軸受パッド）から第１軸受パッドに至る領域で該隙間から吸い込まれた空気が潤滑油に混入し得る。このため、第１軸受パッドにキャリーオーバされる潤滑油（以下、キャリーオーバ油と称する）には多くの空気が含まれ、実質の潤滑油の油量が少ないと考えられる。したがって、第１軸受パッドの上流側直前の給油ユニットと、第２軸受パッドの上流側直前の給油ユニットとの吐出油量が同じであっても、第２軸受パッドに比べて第１軸受パッドでは潤滑油不足となりやすい。また、潤滑油は非圧縮性流体であるのに対して、潤滑油に含まれる空気は圧縮性流体であるため、上流側の第１軸受パッド（特に前縁近傍）において潤滑油に含まれる気泡が押しつぶされ、第１軸受パッドの前縁側において動圧が生じにくくなる。
　これにより、第１軸受パッドの負荷能力が低下し、複数の軸受パッド間における負荷能力の適正なバランスが維持できなくなる。そのため、回転数の上昇に伴いロータ軸の軸心軌跡が鉛直線上から逸れてしまい、異常振動が発生したり、軸受性能が低下したりする可能性が高くなる。
　そこで、上記（１）のジャーナル軸受は、キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分においてキャリアリングの内周側に設けられたダムを備え、このダムによって、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するようになっている。これにより、回転するロータ軸に連れまわって下流側へ搬送されるキャリーオーバ油は、キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分でダムによって堰き止められるので、上流側の軸受パッドまで到達することを抑制できる。
　したがって、複数の軸受パッド間における負荷能力のバランスを適正に保つことができ、ジャーナル軸受における異常振動の発生防止および軸受性能の向上が図れる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記キャリアリングの前記上半領域に設けられ、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタルをさらに備え、
　前記ダムは、前記一対のガイドメタル間に設けられている。
　上記（２）の構成によれば、キャリアリングの上半領域に一対のガイドメタルを設けたので、ロータ軸が跳ね上がった場合にガイドメタルによってロータ軸を押さえ込むことができる。ただし、このような構成の場合、キャリアリングの上半領域のうち一対のガイドメタルで挟まれた半環状空間は、ロータ軸の回転にともなって負圧になる傾向があり、ガイドメタルとロータ軸の外周面との間の隙間を介して外気を取り込んでしまい、キャリーオーバ油への空気混入を助長し得る。
　この点、上記（１）で述べたように、キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分にダムを設ければ、ガイドメタルとロータ軸の外周面との間の隙間を介して半環状空間に取り込まれた空気が混入したキャリーオーバ油をダムによって堰き止めることで、上流側の軸受パッドへのキャリーオーバ油の到達を阻止できる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
　各々の前記ガイドメタルは、前記ダムと前記一対のガイドメタルとによって囲まれる前記ダムの上流側の空間と連通するように形成された少なくとも一本の第１排出路を有する。
　上記（３）の構成によれば、一対のガイドメタルのそれぞれに、少なくとも一本の第１排出路が設けられているので、この第１排出路を介して、ダムと一対のガイドメタルとによって囲まれるダムの上流側の空間に溜まったキャリーオーバ油を軸受外部へ排出することができる。これにより、キャリーオーバ油が前記空間からダムを通過して下流側へ搬送されることを抑制できる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
　各々の前記第１排出路は、前記サイドプレートに近づくにつれて下流側に向かうように、前記軸方向に対して傾斜して配置される。
　上記（４）の構成によれば、第１排出路が、ロータ軸の回転に連れまわって搬送されるキャリーオーバ油の流れ方向に沿って傾斜しているので、第１排出路から軸受外部へキャリーオーバ油を円滑に排出することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
　前記キャリアリングの上半領域のうち上流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、前記ロータ軸の回転に伴って前記上半領域に侵入しようとする潤滑油を前記ロータ軸からそぎ落とすためのスクレーパをさらに備える。
　上記（５）の構成では、キャリアリングの上半領域のうち上流側の部分にスクレーパを設けて、ロータ軸の回転に伴ってキャリアリングの上半領域に侵入しようとする潤滑油をスクレーパによってロータ軸からそぎ落とすようになっている。このように、ダムに加えて、キャリアリングの上半領域のうち上流側の部分においてもスクレーパによってキャリーオーバ油の下流側への流れを抑制することによって、上流側の軸受パッドまで到達するキャリーオーバ油をより低減することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
　前記キャリアリングの前記上半領域に設けられ、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタルをさらに備え、
　前記スクレーパは、前記一対のガイドメタル間に設けられ、
　各々の前記ガイドメタルは、前記スクレーパによってそぎ落とされた前記潤滑油を排出するための少なくとも一本の第２排出路を有する。
　上記（６）の構成によれば、一対のガイドメタルのそれぞれに、少なくとも一本の第２排出路が設けられており、この第２排出路を介して、スクレーパによってそぎ落とされた潤滑油を排出するようになっている。そのため、キャリーオーバ油の下流側への流れをより効果的に抑制できる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
　各々の前記第２排出路は、前記サイドプレートに近づくにつれて下流側に向かうように、前記軸方向に対して傾斜して配置されている。
　上記（７）の構成によれば、第２排出路が、ロータ軸の回転に連れまわって搬送されるキャリーオーバ油の流れ方向に沿って傾斜しているので、第２排出路から軸受外部へキャリーオーバ油を円滑に排出することができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
　前記キャリアリングは、前記上半領域において、前記ダムの上流側に位置する大気連通穴を有する。
　一対のサイドプレートとダムとによって囲まれるダムの上流側の空間は、外部と微小隙間のみで連通しているので、ロータ軸の回転に伴って負圧になる傾向がある。特に、キャリアリングの上半領域に一対のガイドメタルを設けた構成（上記（２）で述べた構成）では、ガイドメタルとロータ軸の外周面との隙間が小さいため、ガイドメタルによって挟まれた半環状空間は負圧になろうとする。このように、キャリアリングの上半領域においてダムの上流側の空間が負圧になると、前記微小隙間を介して外部から空気が取り込まれる。この際、前記微小隙間に存在する油（ロータ軸の外周面又はサイドプレート（ガイドメタルがある場合はガイドメタル）の内周面に付着した油）に空気が混ざり、空気を含むキャリーオーバ油が生じる原因となり得る。
　そこで、上記（８）の構成では、キャリアリングの上半領域に大気連通穴を設けたので、大気連通穴を介して外気が取り込まれることになり、微小隙間を介した外気の取込みは起きにくく、空気を含むキャリーオーバ油の発生を抑制できる。
（９）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る回転機械は、
　上記（１）乃至（８）の何れかに記載のジャーナル軸受と、
　前記ジャーナル軸受によって支持されるロータ軸と、
を備える。
　上記（９）の回転機械によれば、異常振動が発生しにくく且つ優れた軸受性能を有するジャーナル軸受を備えているので、信頼性の高い回転機械を提供することができる。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転するロータ軸に連れまわって下流側へ搬送されるキャリーオーバ油が、キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分でダムによって堰き止められ、上流側の軸受パッドまで到達することを抑制できる。したがって、複数の軸受パッド間における負荷能力のバランスを適正に保つことができ、ジャーナル軸受における異常振動の発生防止および軸受性能の向上が図れる。
一実施形態に係るジャーナル軸受の軸方向に沿った断面図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 図１のＢ－Ｂ線矢視図である。 一実施形態に係るジャーナル軸受の上半領域の展開図（図１に示したジャーナル軸受をＣ方向から視た展開図）である。 他の実施形態に係るジャーナル軸受の上半領域の展開図（図１に示したジャーナル軸受をＣ方向から視た展開図）である。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　最初に、図１～図３を参照して、幾つかの実施形態に係るジャーナル軸受１０の全体構成について説明する。
　図１は、一実施形態に係るジャーナル軸受１０の軸方向に沿った断面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１のＢ－Ｂ線矢視図である。
　本実施形態の説明において、「軸方向」は、ジャーナル軸受１０に支持されるロータ軸２の中心軸線Ｏの方向であり、「径方向」はロータ軸２の半径方向であり、「周方向」はロータ軸２の周方向である。なお、「周方向」は、キャリアリング１２，１３の周方向であってもよいし、サイドプレート１７，１８の周方向であってもよい。さらに、本実施形態において「上流側」又は「下流側」とは、ロータ軸２の回転方向における上流側又は下流側のことを言う。
　図１～図３に示す実施形態において、ジャーナル軸受１０は、潤滑方式（給油方式）として直接潤滑方式を採用しており、キャリアリング１１の下半領域に第１軸受パッド３０及び第２軸受パッド３２が配置された構成となっている。例えば、ジャーナル軸受１０は、ティルティングパッド軸受である。なお、第１軸受パッド３０の前縁３０ａは上流側に位置し、後縁３０ｂは下流側に位置する。また、第２軸受パッド３２の前縁３２ａは上流側に位置し、後縁３２ｂは下流側に位置する。
　以下、図示されるジャーナル軸受１０について例示的に説明するが、本実施形態に係るジャーナル軸受１０はこの構成に限定されるものではない。例えば、他の実施形態においては、キャリアリング１１の下半領域に３個以上の軸受パッドが取り付けられた構成であってもよい。
　幾つかの実施形態において、ジャーナル軸受１０は、キャリアリング１１と、キャリアリング１１の下半領域の内周側に設けられ、ロータ軸２を下方から支持するように構成された複数の軸受パッド３０，３２と、ロータ軸２の軸方向における複数の軸受パッド３０，３２の両側に設けられる一対のサイドプレート１７，１８と、を備える。
　以下、ジャーナル軸受１０の各部材の具体的な構成例について説明する。
　キャリアリング１１は、不図示の軸受ケーシングに支持されており、上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３を含む。上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３は、それぞれ、軸方向に直交する断面が半円弧状となるような内周面及び外周面を有している。なお、図示される例では、キャリアリング１１が上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３に分割された構成を示しているが、キャリアリング１１は一体構造であってもよいし、３以上に分割された構成であってもよい。また、図示されない他の構成のキャリアリング１１においても、中心軸線Ｏを通る水平面より上方側の領域を上方領域と言い、下方側の領域を下方領域と言う。
　キャリアリング１１の軸方向の両端側には、ロータ軸２の外周に沿って、一対のサイドプレート１７，１８が配置されている。サイドプレート１７，１８は、円板状に形成されており、中央にロータ軸２が貫通する穴が形成されている。図３に示すように、サイドプレート１７，１８は、上半部サイドプレート１７Ａ，１８Ａ及び下半部サイドプレート１７Ｂ，１８Ｂを含む半割構造であってもよい。
　これらのサイドプレート１７，１８によって、後述する給油ユニット２５～２９から供給される潤滑油の外部への漏出を適度に抑制するようになっている。
　図１に示すように、上半部キャリアリング１２には、主としてロータ軸２の跳ね上がりを上方から押さえ込むために、内周面にガイドメタル（半円環軸受部）２０，２１が取り付けられていてもよい。例えば、上半部キャリアリング１２の軸方向の両端側で且つサイドプレート１７，１８よりも軸方向において内側に、一対のガイドメタル２０，２１が取り付けられている。ガイドメタル２０，２１は、半円形状に形成されている。
　このように、上半部キャリアリング１２の内周側にガイドメタル２０，２１が設けられることで、ガイドメタル２０，２１によってロータ軸２の跳ね上がりを押さえ込むことができ、ロータ軸２の跳ね上がりによる部品の破損等を防止できる。なお、キャリアリング１１が、上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３に分割された構造ではなく一体構造である場合、あるいは３以上に分割された構造である場合、ガイドメタル２０，２１は、キャリアリング１１の上半領域に設けられていればよい。
　上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３には、少なくとも一本の給油ユニット２５～２９が設けられている。例えば、給油ユニット２５～２９は、給油ノズルである。
　図２に示す例では、ロータ軸２が図中矢印Ｓに示すように時計回りに回転する場合、ロータ軸２の回転方向Ｓにおいて上流側から第１給油ユニット２５、第２給油ユニット２６、第３給油ユニット２７、第４給油ユニット２８、第５給油ユニット２９を含む計５本の給油ユニットが設けられている。
　具体的には、第１給油ユニット２５及び第２給油ユニット２６は、最上流に位置する第１軸受パッド３０よりも上流側に、周方向に並んで配置されている。第３給油ユニット２７及び第４給油ユニット２８は、第１軸受パッド３０と、該第１軸受パッド３０よりも下流側に位置する第２軸受パッド３２との間に、周方向に並んで配置されている。第５給油ユニット２９は、第２軸受パッド３２よりも下流側に配置されている。なお、図４及び図５に示すように、第５給油ユニット２９は、潤滑油の噴射向きの異なる第１噴射孔２９ａ及び第２噴射孔２９ｂを有していてもよい。この場合、第１噴射孔２９ａは、第２軸受パッド（最下流パッド）３２を冷却する目的で、第２軸受パッド３２に向けて上流側に潤滑油を噴射するように構成される。また、第２噴射孔２９ｂは、ガイドメタル２０，２１とロータ軸２とが接触した際の潤滑性を保持する目的で、ガイドメタル２０，２１に向けて下流側に潤滑油を噴射するように構成される。
　図１～図３に戻り、キャリアリング１１の内部には、潤滑油供給路（不図示）が形成されている。潤滑油供給路に供給された潤滑油は各給油ユニット２５～２９に送られて、各給油ユニット２５～２９から各軸受パッド３０，３２の近傍に噴出される。
　第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２は、下半部キャリアリング１３の内周側に設けられ、ロータ軸２を下方から支えるように構成されている。
　第１軸受パッド３０は、下半部キャリアリング１３の内周側においてロータ軸２の外周に沿って設けられている。
　第２軸受パッド３２は、下半部キャリアリング１３の内周側において第１軸受パッド３０よりもロータ軸２の回転方向Ｓの下流側にロータ軸２の外周に沿って設けられている。
　このように、下半部キャリアリング１３に第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２が設けられているので、第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２によってロータ軸２を適切に支持できる。
　なお、キャリアリング１１が、上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３に分割された構造ではなく一体構造である場合、あるいは３以上に分割された構造である場合、第１軸受パッド３０および第２軸受パッド３２は、キャリアリング１１の下半領域に設けられていればよい。
　次に、図２、図４及び図５を参照して、ジャーナル軸受１０の上半領域の具体的な構成について説明する。なお、図４は、一実施形態に係るジャーナル軸受１０の上半領域の展開図（図１に示したジャーナル軸受１０をＣ方向から視た展開図）である。図５は、他の実施形態に係るジャーナル軸受１０の上半領域の展開図（図１に示したジャーナル軸受１０をＣ方向から視た展開図）である。
　幾つかの実施形態では、図２に例示するように、ジャーナル軸受１０は、各々のサイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間に一対のサイドプレート１７，１８によって囲まれた軸受内部空間と外部とを連通させるための隙間４２（図１及び図３参照）が設けられている。また、図２、図４及び図５に例示するように、このジャーナル軸受１０は、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）のうち下流側の部分においてキャリアリング１１の内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダム５０を備えている。
　本発明者らによる鋭意検討の結果、最上流側に位置する第１軸受パッド３０とロータ軸２との間の油膜圧力が不足する原因として、第１軸受パッド３０にキャリーオーバされる潤滑油への空気の混入があることを見出した。
　すなわち、各々のサイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間に、一対のサイドプレート１７，１８によって囲まれた軸受内部空間と軸受外部とを連通させるための隙間４２（図１及び図３参照）を有するジャーナル軸受１０では、下流側の第２軸受パッド３２から上流側の第１軸受パッド３０に至る領域で該隙間４２から吸い込まれた空気が潤滑油に混入し得る。このため、第１軸受パッド３０にキャリーオーバされる潤滑油には多くの空気が含まれ、実質の潤滑油の油量が少ないと考えられる。したがって、第１軸受パッド３０の上流側直前の給油ユニット２５，２６と、第２軸受パッド３２の上流側直前の給油ユニット２７，２８との吐出油量が同じであっても、第２軸受パッド３２に比べて第１軸受パッド３０では潤滑油不足となりやすい。また、潤滑油は非圧縮性流体であるのに対して、潤滑油に含まれる空気は圧縮性流体であるため、第１軸受パッド３０（特に前縁近傍）において潤滑油に含まれる気泡が押しつぶされ、第１軸受パッド３０の前縁３０ａ側において動圧が生じにくくなる。
　これにより、第１軸受パッド３０の負荷能力が低下し、複数の軸受パッド３０，３２間における負荷能力の適正なバランスが維持できなくなる。そのため、回転数の上昇に伴いロータ軸２の軸心軌跡が鉛直線上から逸れてしまい、異常振動が発生したり、軸受性能が低下したりする可能性が高くなる。
　そこで、上記実施形態に係るジャーナル軸受１０は、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）のうち下流側の部分においてキャリアリング１１の内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダム５０を備えた構成となっている。これにより、回転するロータ軸２に連れまわって下流側へ搬送されるキャリーオーバ油は、キャリアリング１１の上半領域のうち下流側の部分でダム５０によって堰き止められるので、上流側の第１軸受パッド３０まで到達することを抑制できる。
　したがって、複数の軸受パッド３０，３２間における負荷能力のバランスを適正に保つことができ、ジャーナル軸受１０における異常振動の発生防止および軸受性能の向上が図れる。
　図２、図４及び図５に例示するように幾つかの実施形態では、ジャーナル軸受１０が、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）においてロータ軸２の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタル２０，２１を備える場合、ダム５０は、一対のガイドメタル２０，２１間に設けられている。
　また、図４及び図５に示すように、ダム５０の前端面５０ａは、サイドプレート１７，１８に近づくにつれて下流側に向かうように、軸方向に対して傾斜していてもよい。すなわち、ダム５０の前端面５０ａは、軸方向の中央が上流側に位置し、軸方向の両端側が下流側に位置するように傾斜していてもよい。なお、ダム５０の前端面５０ａとは、上流側に向いた端面である。
　上記実施形態によれば、キャリアリング１１の上半領域に一対のガイドメタル２０，２１を設けたので、上述したようにロータ軸２が跳ね上がった場合にガイドメタル２０，２１によってロータ軸２を押さえ込むことができる。ただし、このような構成の場合、キャリアリング１１の上半領域のうち一対のガイドメタル２０，２１で挟まれた半環状空間５は、ロータ軸２の回転にともなって負圧になる傾向があり、ガイドメタル２０，２１とロータ軸２の外周面との間の隙間４０（図１参照）を介して外気を取り込んでしまい、キャリーオーバ油への空気混入を助長し得る。
　この点、上記実施形態のように、キャリアリング１１の上半領域（図２では上半部キャリアリング１２）のうち下流側の部分にダム５０を設ければ、ガイドメタル２０，２１とロータ軸２の外周面との間の隙間４０（図１参照）を介して半環状空間５に取り込まれた空気が混入したキャリーオーバ油をダム５０によって堰き止めることで、上流側の第１軸受パッド３０へのキャリーオーバ油の到達を阻止できる。
　図５に例示するように幾つかの実施形態では、各々のガイドメタル２０，２１が、ダム５０と一対のガイドメタル２０，２１とによって囲まれるダム５０の上流側の空間（半環状空間５）と連通するように形成された少なくとも一本の第１排出路５２を有する。
　上記実施形態によれば、一対のガイドメタル２０，２１のそれぞれに、少なくとも一本の第１排出路５２が設けられているので、この第１排出路５２を介して、ダム５０と一対のガイドメタル２０，２１とによって囲まれるダム５０の上流側の半環状空間５に溜まったキャリーオーバ油を軸受外部へ排出することができる。これにより、キャリーオーバ油が半環状空間５からダム５０を通過して下流側へ搬送されることを抑制できる。
　上記実施形態において、各々の第１排出路５２は、サイドプレート１７，１８に近づくにつれて下流側に向かうように、軸方向に対して傾斜して配置されていてもよい。
　この構成によれば、第１排出路５２が、ロータ軸２の回転に連れまわって搬送されるキャリーオーバ油の流れ方向に沿って傾斜しているので、第１排出路５２から軸受外部へキャリーオーバ油を円滑に排出することができる。
　図２、図４及び図５に例示するように幾つかの実施形態では、ジャーナル軸受１０は、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）のうち上流側の部分においてキャリアリング１１の内周側に設けられ、ロータ軸２の回転に伴って上半領域に侵入しようとする潤滑油をロータ軸２からそぎ落とすためのスクレーパ６０をさらに備える。
　上記実施形態では、キャリアリング１１の上半領域のうち上流側の部分にスクレーパ６０を設けて、ロータ軸２の回転に伴ってキャリアリング１１の上半領域に侵入しようとする潤滑油をスクレーパ６０によってロータ軸２からそぎ落とすようになっている。このように、ダム５０に加えて、キャリアリング１１の上半領域のうち上流側の部分においてもスクレーパ６０によってキャリーオーバ油の下流側への流れを抑制することによって、上流側の第１軸受パッド３０まで到達するキャリーオーバ油をより低減することができる。
　また、上述したように、ジャーナル軸受１０が、キャリアリング１１の上半領域においてロータ軸２の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタル２０，２１をさらに備えている場合、図４及び図５に例示するように、スクレーパ６０は一対のガイドメタル２０，２１間に設けられていてもよい。
　また、図５に例示するように、各々のガイドメタル２０，２１は、スクレーパ６０によってそぎ落とされた潤滑油を排出するための少なくとも一本の第２排出路６２を有していてもよい。
　上記実施形態によれば、一対のガイドメタル２０，２１のそれぞれに、少なくとも一本の第２排出路６２が設けられており、この第２排出路６２を介して、スクレーパ６０によってそぎ落とされた潤滑油を排出するようになっている。そのため、キャリーオーバ油の下流側への流れをより効果的に抑制できる。
　さらに、図５に例示するように、各々の第２排出路６２は、サイドプレート１７，１８に近づくにつれて下流側に向かうように、軸方向に対して傾斜して配置されていてもよい。
　この構成によれば、第２排出路６２が、ロータ軸２の回転に連れまわって搬送されるキャリーオーバ油の流れ方向に沿って傾斜しているので、第２排出路６２から軸受外部へキャリーオーバ油を円滑に排出することができる。
　例えば、スクレーパ６０の前端面６０ａは軸方向に沿って平面状に形成されており、この前端面６０ａからスクレーパ６０の側面６０ｂまで延在するように、スクレーパ６０の内部に複数の流路６０ｃが設けられている。すなわち、複数の流路６０ｃも第２排出路６２と同様に、サイドプレート１７，１８に近づくにつれて下流側に向かうように、軸方向に対して傾斜して設けられている。これらの複数の流路６０ｃは、それぞれ、ガイドメタル２０，２１に形成された第２排出路６２に連通している。そして、スクレーパ６０の前端面６０ａから流路６０ｃに流入したキャリーオーバ油は、スクレーパ６０内の流路６０ｃを通った後にガイドメタル２０，２１内の第２排出路６２を通って軸受外部に排出される。なお、スクレーパ６０の前端面６０ａとは、上流側に向いた端面である。
　ガイドメタル２０，２１は、上述したようにロータ軸２の跳ね上がりを防止する目的で設置されるため、通常、ガイドメタル２０，２１の内周面がサイドプレート１７，１８の内周面よりもロータ軸２の近くに位置するように設けられる。すなわち、サイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間の隙間４２（図１及び図３参照）は、ガイドメタル２０，２１の内周面とロータ軸２の外周面との間の隙間４０（図１参照）よりも大きい。そのため、サイドプレート１７，１８に潤滑油の排出路を設けなくても、第１排出路５２又は第２排出路６２をガイドメタル２０，２１に形成すれば、第１排出路５２又は第２排出路６２から排出された潤滑油は、サイドプレート１７，１８の内周面とロータ軸２の外周面との間の隙間４２（図１及び図３参照）から軸受外部へ排出し得る。ただし、第１排出路５２又は第２排出路６２に対応した排出路をサイドプレート１７，１８に形成してもよいことは勿論である。
　図４及び図５に示す実施形態では、キャリアリング１１は、上半領域において、ダム５０の上流側に位置する大気連通穴７０を有する。
　例えば、大気連通穴７０は、上半部キャリアリング１２に設けられており、一対のサイドプレート１７，１８とダム５０とによって囲まれるダム５０の上流側の半環状空間５と、軸受外部とを連通するように形成される。なお、図示される例では上半部キャリアリング１２に一つの大気連通穴７０が設けられた構成となっているが、大気連通穴７０は複数設けられてもよい。
　一対のサイドプレート１７，１８とダム５０とによって囲まれるダム５０の上流側の空間は、外部と微小隙間のみで連通しているので、ロータ軸２の回転に伴って負圧になる傾向がある。特に、キャリアリング１１の上半領域（図示される例では上半部キャリアリング１２）に一対のガイドメタル２０，２１を設けた構成では、ガイドメタル２０，２１とロータ軸２の外周面との隙間４０（図１参照）が小さいため、ガイドメタル２０，２１によって挟まれた半環状空間５は負圧になろうとする。このように、キャリアリング１１の上半領域においてダム５０の上流側の半環状空間５が負圧になると、前記微小隙間を介して外部から空気が取り込まれる。この際、前記微小隙間に存在する油（ロータ軸２の外周面又はサイドプレート１７，１８（図示されるようにガイドメタル２０，２１がある場合はガイドメタル２０，２１）の内周面に付着した油）に空気が混ざり、空気を含むキャリーオーバ油が生じる原因となり得る。
　そこで、上記実施形態では、キャリアリング１１の上半領域に大気連通穴７０を設けたので、大気連通穴７０を介して外気が取り込まれることになり、微小隙間を介した外気の取込みは起きにくく、空気を含むキャリーオーバ油の発生を抑制できる。
　上述したように、本発明の実施形態によれば、回転するロータ軸２に連れまわって下流側へ搬送されるキャリーオーバ油が、キャリアリング１１の上半領域のうち下流側の部分でダム５０によって堰き止められ、上流側の第１軸受パッド３０まで到達することを抑制できる。したがって、複数の軸受パッド３０，３２間における負荷能力のバランスを適正に保つことができ、ジャーナル軸受１０における異常振動の発生防止および軸受性能の向上が図れる。
　なお、図１に示すように、本実施形態に係るジャーナル軸受１０が適用される回転機械１としては、ガスタービンや蒸気タービン（例えば原子力プラントの蒸気タービン）や機械駆動用タービン等のタービン、風力発電装置等の風力機械、送風機、過給機、又は圧縮機などが挙げられる。
　ここで、回転機械１は、回転駆動されるロータ軸２と、ロータ軸２を収容する軸受ハウジング（不図示）と、ロータ軸２を支持するためのジャーナル軸受１０と、を備える。
　この回転機械１によれば、異常振動が発生しにくく且つ優れた軸受性能を有するジャーナル軸受１０を備えているので、信頼性の高い回転機械１を提供することができる。
　本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１　　　回転機械
２　　　ロータ軸
５　　　半環状空間
１０　　ジャーナル軸受
１１　　キャリアリング
１２　　上半部キャリアリング
１３　　下半部キャリアリング
１７，１８　　サイドプレート
２０，２１　　ガイドメタル
２５　　第１給油ユニット
２６　　第２給油ユニット
２７　　第３給油ユニット
２８　　第４給油ユニット
２９　　第５給油ユニット
３０　　第１軸受パッド
３２　　第２軸受パッド
４０　　隙間
５０　　ダム
５２　　第１排出路
６０　　スクレーパ
６２　　第２排出路
７０　　大気連通穴

Claims (9)

  1. 　キャリアリングと、
    　前記キャリアリングの下半領域の内周側に設けられ、ロータ軸を下方から支持するように構成された複数の軸受パッドと、
    　前記ロータ軸の軸方向における前記複数の軸受パッドの両側に設けられた一対のサイドプレートと、
    　前記キャリアリングの上半領域のうち下流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、キャリーオーバ油の下流側への流れを抑制するように構成されたダムと、
    を備え、
    　各々の前記サイドプレートの内周面と前記ロータ軸の外周面との間に前記一対のサイドプレートによって囲まれた軸受内部空間と外部とを連通させるための隙間が設けられたことを特徴とするジャーナル軸受。
  2. 　前記キャリアリングの前記上半領域に設けられ、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタルをさらに備え、
    　前記ダムは、前記一対のガイドメタル間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受。
  3. 　各々の前記ガイドメタルは、前記ダムと前記一対のガイドメタルとによって囲まれる前記ダムの上流側の空間と連通するように形成された少なくとも一本の第１排出路を有することを特徴とする請求項２に記載のジャーナル軸受。
  4. 　各々の前記第１排出路は、前記サイドプレートに近づくにつれて下流側に向かうように、前記軸方向に対して傾斜して配置されたことを特徴とする請求項３に記載のジャーナル軸受。
  5. 　前記キャリアリングの上半領域のうち上流側の部分において前記キャリアリングの内周側に設けられ、前記ロータ軸の回転に伴って前記上半領域に侵入しようとする潤滑油を前記ロータ軸からそぎ落とすためのスクレーパをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のジャーナル軸受。
  6. 　前記キャリアリングの前記上半領域に設けられ、前記ロータ軸の外周面のうち上側領域を覆うように設けられた一対のガイドメタルをさらに備え、
    　前記スクレーパは、前記一対のガイドメタル間に設けられ、
    　各々の前記ガイドメタルは、前記スクレーパによってそぎ落とされた前記潤滑油を排出するための少なくとも一本の第２排出路を有することを特徴とする請求項５に記載のジャーナル軸受。
  7. 　各々の前記第２排出路は、前記サイドプレートに近づくにつれて下流側に向かうように、前記軸方向に対して傾斜して配置されたことを特徴とする請求項６に記載のジャーナル軸受。
  8. 　前記キャリアリングは、前記上半領域において、前記ダムの上流側に位置する大気連通穴を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のジャーナル軸受。
  9. 　請求項１乃至８の何れか一項に記載のジャーナル軸受と、
    　前記ジャーナル軸受によって支持されるロータ軸と、
    を備えることを特徴とする回転機械。
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