WO2018123235A1 - ティルティングパッド型ジャーナル軸受 - Google Patents

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WO2018123235A1
WO2018123235A1 PCT/JP2017/038278 JP2017038278W WO2018123235A1 WO 2018123235 A1 WO2018123235 A1 WO 2018123235A1 JP 2017038278 W JP2017038278 W JP 2017038278W WO 2018123235 A1 WO2018123235 A1 WO 2018123235A1
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WO
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tilting pad
journal bearing
tilting
type journal
pad
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/038278
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English (en)
French (fr)
Inventor
功 萩谷
高橋　直彦
市村　淳
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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Priority to US16/328,424 priority Critical patent/US11255377B2/en
Publication of WO2018123235A1 publication Critical patent/WO2018123235A1/ja

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/03—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/1045—Details of supply of the liquid to the bearing

Definitions

  • the present invention relates to a tilting pad type journal bearing that is used for supporting a rotating shaft of a large-sized rotating machine such as a generator, a turbine, or a compressor, and is particularly suitable for a high-speed rotating machine that requires high anti-vibration stability.
  • journal bearings As a background art of journal bearings, there are known journal bearings described in JP-A-7-174136 (Patent Document 1) and US Pat. No. 6,361,215 (Patent Document 2).
  • Patent Document 1 The journal bearing of Patent Document 1 is provided with a turbulent transition layer in the vicinity of the minimum oil film position where the temperature of the bearing metal is maximum, in which the flow state of the lubricating oil is changed from laminar flow to turbulent flow. Prevents bearing metal temperature from rising due to high peripheral speed (see summary). Further, Patent Document 1 describes a configuration in which a groove as a recess is formed in the axial direction of the rotation shaft in the vicinity of the minimum oil film position of the bearing metal as an example of the turbulent transition layer (paragraph 0051 and FIG. 7).
  • journal bearing of Patent Document 2 is a directional tilting pad type journal bearing, and is provided with an operating surface that contacts the shaft, and a lubricant that is elongated along the side of the operating surface along the side and directed toward the side of the operating surface. And a channel configured to collect and redirect to the bearing working surface (see summary, column 5, lines 31-51 and FIG. 3).
  • a bearing tilt pad: hereinafter referred to as a pad
  • a pad is used in order to redirect carryover oil heated on the bearing working surface to a high temperature by redirecting the channel over the bearing working surface.
  • the cooling effect decreases and the pad temperature increases.
  • An object of the present invention is to provide a tilting pad type journal bearing capable of improving the pad cooling performance of the lubricating oil and reducing the pad temperature.
  • the tilting pad type journal bearing of the present invention comprises: A rotating shaft, a plurality of tilting pads that support the rotating shaft in a radial direction, a housing that houses the plurality of tilting pads, and a relative relative to the housing in a circumferential direction while allowing the tilting pad to swing
  • a tilting pad comprising: a fixing structure for fixing a position; an oil supply port for supplying lubricating oil between the tilting pad and the rotating shaft; and side plates provided on both sides of the housing in the rotating shaft direction.
  • Type journal bearing Among the plurality of tilting pads, the tilting pad disposed at least at the lowermost portion with the load direction being downward, and the tilting pad disposed adjacent to the upstream side in the rotational direction of the tilting pad disposed at the lowermost portion Is a step down from the sliding surface toward the downstream side in the rotational direction at both end portions in the rotational axis direction of the sliding surface facing the rotational shaft, and from the central portion of the tilting pad in the rotational axis direction to the rotational axis direction. Having a recess formed to be a step down from the sliding surface toward the side end, In the recess, the end of the tilting pad in the rotational axis direction is opened toward the inside of the housing.
  • the tilting pad type journal bearing of the present invention can improve the pad cooling performance of the lubricating oil and reduce the pad temperature. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the tilting pad type journal bearing according to the first embodiment as seen from a direction different from FIG. 1 (direction perpendicular to the rotation axis direction), and is a schematic diagram illustrating one side with respect to the rotation axis center.
  • FIG. It is the schematic diagram which looked at the tilting pad which concerns on a 1st Example from the diagonal direction. It is a schematic diagram for demonstrating a back step flow. It is a schematic diagram which shows the relationship between the circumferential direction position of a general tilting pad, and the temperature of the sliding surface vicinity.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the relationship between the circumferential direction position where each tilting pad is arrange
  • FIG. 6 is a view of the tilting pad type journal bearing according to the fourth embodiment as seen from the direction of the rotation axis, with one side showing a side plate and the other side showing a cross section with respect to a straight line passing through the center of the rotation axis. It is a mimetic diagram shown in the state where a side plate and a section were piled up. It is the schematic diagram which looked at the tilting pad which concerns on 5th Example from the diagonal direction.
  • Rotating machines such as centrifugal compressors are equipped with journal bearings to support a shaft that rotates at high speed in the radial direction, especially when high stability against vibration is required.
  • Journal bearings are used.
  • the tilting pad type journal bearing has higher stability against self-excited vibration than other round bearings and elliptical bearings. This stability is achieved by providing a predetermined interval in the circumferential direction of the shaft while allowing a tilting pad (hereinafter sometimes referred to as a “pad”) to support the rotating shaft via an oil film to be swingable.
  • Rotating machines such as centrifugal compressors may be able to improve efficiency by increasing the speed.
  • a tilting pad type journal bearing is applied to a rotating shaft that rotates at a high peripheral speed, so the amount of heat generated on the sliding surface with the rotating shaft increases, so the pad is cooled by the lubricating oil flowing between them. The effect also needs to be increased.
  • a material called white metal is used for the conventional pad sliding surface. This is because the heat resistance temperature of the white metal is about 120 ° C., and the pad sliding surface temperature may exceed the heat resistance temperature of the white metal when the rotating shaft is rotated at a high peripheral speed.
  • the pad temperature of the lubricating oil increases due to overheating by the pad 1.
  • the pad temperature increases.
  • the lubricating oil whose temperature has increased is called carry-over oil. That is, the pad temperature can be reduced by reducing the amount of carryover oil.
  • ⁇ Tilting pad type journal bearings can be supplied with two types of lubrication oil: oil bath type and directional type.
  • oil bath type the lubricating oil in the housing is sealed and held by side plates attached to both sides of the housing, and the lubricating oil is supplied to the bearing surface.
  • the directional type uses an oil supply nozzle at the oil supply port, and the lubricating oil is injected and supplied to the vicinity of the sliding surface from the oil supply nozzle disposed between the pads or on the pad sliding surface.
  • the lubricating oil is positively discharged in the axial direction of the rotating shaft (the width direction of the pad) by eliminating the side plate or increasing the seal width of the side plate.
  • the directional type can reduce the pad temperature as compared with the oil bath type, it is important to supply appropriate lubricating oil to maintain the lubrication characteristics and to prevent oil scattering to other parts installed outside the bearing.
  • the “upstream side of the rotation direction” is the side that returns the rotation direction to the reverse direction with respect to the reference point
  • the “downstream side of the rotation direction” is the side that has advanced in the rotation direction with respect to the reference point.
  • lubricating oil flows between the outer peripheral surface 1a of the rotating shaft 1 and the inner peripheral surface (sliding surface) 2a of the tilting pad 2.
  • the “upstream side in the rotational direction” coincides with the upstream side in the flow direction of the lubricating oil
  • the “downstream side in the rotational direction” coincides with the downstream side in the flow direction of the lubricating oil.
  • a direction along the axis of the rotary shaft 1 is referred to as a rotary axis direction or simply an axial direction.
  • a tilting pad type journal bearing includes a rotating shaft extending in an axial direction, a plurality of tilting pads that support the rotating shaft in a radial direction, and a plurality of tilting pads that are swingably supported.
  • the housing accommodated in the interior, the fixing structure that fixes the relative position in the circumferential direction between the tilting pad and the housing, the oil supply port that supplies lubricating oil between the tilting pad and the rotating shaft, and the rotation of the housing Side plates provided on both sides in the axial direction, and at least a plurality of tilting pads, the tilting pad disposed at the bottom with the load direction as the lower side, and the rotation of the tilting pad disposed at the bottom
  • the tilting pad placed next to the upstream side of the direction is the downstream side of the pad sliding surface in the rotational direction and the pad sliding surface.
  • the tilting pad type journal bearing having such a configuration, heat generated between the lubricating oil and the pad sliding surface is induced by inducing separation flow and reattachment flow on both sides of the tilting pad in the rotation axis direction, so-called back step flow.
  • the transmission can be improved and the pad temperature can be lowered.
  • lubricating oil discharge is induced from the center of the tilting pad in the rotating shaft direction to the end of the rotating shaft (pad side). I can do it.
  • At least three oil supply ports are provided in the rotation axis direction, and each of them is provided in the rotation axis direction center portion of the descending step portion and the rotation shaft of the tilting pad. It is preferable to arrange in the center of the direction. According to such a configuration, the lubricating oil is biased to a partial range in the rotation axis direction, the lubricating oil does not flow into the descending step portion, the back step flow is inhibited, and the lubricating oil is locally insufficient. As a result, it is possible to prevent the lubrication characteristics from deteriorating, such as the oil film breaking.
  • a plurality of tilting pads are provided with the oil filler opening being made so that the radial position of the outlet of the oil filler opening is substantially the same as the inner diameter of the tilting pad. It is good also as a structure which arrange
  • the oil supply port is provided in the housing while the radial position of the outlet of the oil supply port is substantially the same as the inner diameter of the housing, and the side plate and
  • An oil bath type tilting pad type journal bearing may be used in which the side plate is arranged by narrowing the dimension of the gap (side plate gap) with the rotation shaft to 1 mm or less. According to such a configuration, it is possible to further improve the lubrication characteristics and further reduce oil scattering to the outside.
  • the side plate has a radial position facing the gap between the housing and the outer peripheral surface (back surface) of the tilting pad disposed at the lowermost portion. It is preferable to arrange an opening. According to such a configuration, the carry-over oil staying in the gap between the housing and the outer peripheral surface of the tilting pad disposed at the lowermost portion can be effectively discharged in the direction of the rotation axis. Then, the pad temperature of the tilting pad disposed at the lowermost part, which is the highest temperature, can be effectively reduced. At the sliding surface position (the radial position of the sliding surface) of the tilting pad disposed at the lowermost portion, the side plate gap may be enlarged more than other circumferential positions.
  • positioned at the lowest part can be increased.
  • the pad temperature of the tilting pad disposed at the lowermost part can be further reduced.
  • the descending step has a plurality of steps. According to such a configuration, it is possible to induce separation flow and reattachment a plurality of times to increase a region having a high heat transfer coefficient and to reduce the pad temperature.
  • the direction along the axis (axial core) of the rotating shaft 1 is referred to as the rotating shaft direction.
  • the tilting pad 2 may be referred to as a “pad” for explanation.
  • the operating surface of the tilting pad 2 may be referred to as a sliding surface or a bearing surface.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of the tilting pad type journal bearing according to the first embodiment as seen from the direction of the rotation axis. That is, FIG. 1 shows the shape of the cross section in the direction perpendicular to the axis of the rotating shaft 1.
  • the tilting pad type journal bearing has a plurality of tilting pads 2 for supporting the rotating shaft 1 in the circumferential direction of the rotating shaft 1.
  • the LOP type has five tilting pads 2, and one pad is arranged in the load direction 11. Normally, the load direction 11 is downward in the vertical direction.
  • the five tilting pads 2 are supported by the housing 3 by a fixing structure (fixing mechanism or fixing portion) 4 so as to be swingable, and the circumferential position with respect to the housing 3 is fixed.
  • the oil supply port 5 has the radial position of the outlet 5 a substantially the same as the inner diameter of the tilting pad 2, although not shown in the drawing, the oil supply port 5 is formed in the upstream portion of the sliding surface 2 a of the tilting pad 2 in the rotational direction. It is provided to penetrate.
  • the outlet 5 a of the fuel filler opening 5 opens to the sliding surface 2 a side of the tilting pad 2.
  • lubricating oil is injected and supplied to the vicinity of the sliding face 2a.
  • the outlet 5a of the fuel filler opening 5 may open at the bottom of the groove 15 formed in the sliding surface 2a as in a third embodiment described later.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the tilting pad type journal bearing according to the first embodiment when viewed from a direction different from FIG. 1 (direction perpendicular to the rotation axis direction), and is on one side with respect to the rotation axis center. It is the schematic diagram which illustrated. That is, FIG. 2 represents the cross-sectional shape of the rotating shaft 1 in the axial direction.
  • the tilting pad type journal bearing of this embodiment has a side plate 6, and the side plate 6 is a side surface of the tilting pad 2 (end surface (end portion) in the rotation axis direction). It is assembled to the housing 3 while being installed so as to cover.
  • a side gap 7 is provided between the side plate 2 and each tilting pad 2.
  • a side plate gap 8 is provided between the side plate 2 and the rotary shaft 1, and the side plate 6 is disposed so that the width of the side plate gap 8 is 2 mm or more. That is, the side plate 6 is provided with an opening (through hole) 8 a through which the rotary shaft 1 passes, and the opening 8 a is formed to have a diameter that is 4 mm or more larger than the diameter of the rotary shaft 1.
  • FIG. 3A is a schematic view of the tilting pad according to the first embodiment viewed from an oblique direction.
  • the tilting pad 2 of the present embodiment has both ends of the sliding surface 2a in the rotational axis direction and downstream of the rotational direction 10, with the pad sliding surface 2a on the upper side and the back side of the tilting pad 2 (housing 3 side).
  • the surface 2) When the surface 2) is on the lower side, it has descending steps 16a and 16b formed so as to be lower when viewed from the pad sliding surface 2a side. That is, the down steps 16a and 16b are down step surfaces (down step surfaces from the upstream side in the rotational direction to the downstream side) 16a formed from the pad sliding surface 2a configured as the upper surface toward the back side of the tilting pad 2. And a bottom surface 16b configured as a lower surface.
  • the step surface 16a is formed outward in the radial direction.
  • the step surface 16a is not necessarily along the radial direction, and may be inclined with respect to the radial direction. What is necessary is just to be formed so that a step flow can be induced.
  • descending steps (side surfaces of the recess 16) 16c and 16b are formed at both ends of the pad sliding surface 2a in the rotation axis direction from the center side to the end of the pad sliding surface 2a.
  • the descending steps 16c and 16b are composed of a descending step surface 16c formed from the pad sliding surface 2a configured as an upper surface toward the back side of the tilting pad 2, and a bottom surface 16b configured as a lower surface.
  • Concave portions 16 are formed at both ends of the sliding surface 2a in the rotation axis direction by the down steps 16a and 16b and the down steps 16c and 16b.
  • the recess 16 has a step surface 16c on the center side of the pad sliding surface 2a in the rotation axis direction, and the step surface 16c extends in the circumferential direction.
  • the concave portion 16 is open on the side end portion side of the tilting pad 2 in the rotation axis direction.
  • the recess 16 has an open end on the downstream side of the tilting pad 2.
  • the downstream end of the recess 16 does not need to be open, and the recess 16 (downward steps 16a and 16b) has a sufficient length in the circumferential direction so that a back step flow described later can be induced. It only has to be formed.
  • the recess 16 is provided up to the downstream end of the tilting pad 2 and the downstream end of the recess 16 is opened, so that the back step flow can be reliably induced.
  • the amount of lubricating oil discharged from the side end portion of the tilting pad 2 to the outside of the tilting pad 2 can be increased.
  • the step surface 16c is formed as a surface perpendicular to the rotating shaft 1, but the step surface 16c does not necessarily need to be perpendicular to the rotating shaft 1, and a circumferential length that can induce a backstep flow described later. What is necessary is just to form so that it may have.
  • the bottom surface 16b of the recess 16 is formed as a parallel surface having a height H lower than the pad sliding surface 2a. If it is done, it is not necessarily limited to this shape.
  • FIG. 3B is a schematic diagram for explaining the backstep flow.
  • the outer peripheral surface 1a of the rotating shaft 1, the pad sliding surface 2a, and the bottom surface 16b of the recess 16 are drawn in a straight line ignoring the curvature.
  • reference numeral 14a indicates the mainstream of the lubricating oil. Separation flow 14b from the upper surface (pad sliding surface 2a) of the lubricant due to the descending steps 16a and 16b, reattachment flow 14c downstream of the step bottom surface 16b, and vortex flow 14d in the vicinity of the step surface 16a (so-called back step) Flow) is induced.
  • the backstep flow 14d has a particularly high heat transfer characteristic even in the form of turbulent flow, and therefore, the tilting pad 2 is compared with the conventional tilting pad type journal bearing in which the flow field of the lubricating oil is usually laminar. The temperature can be reduced.
  • the step height H is set to be larger than half of the difference between the processing radius of the sliding surface 2a of the tilting pad 2 and the radius of the rotary shaft 1. This is because the height H of the step is preferably larger than half the radial length ⁇ R of the upstream main flow channel in order to generate the backstep flow. Further, it is preferable that the ratio of the outer peripheral surface width W1 and the sliding surface width W2 at the downstream end of the tilting pad 2 is approximately 0.7. When the width of the pad 2 is reduced, the bearing surface pressure increases in inverse proportion. On the other hand, the ratio between the recommended maximum value and the allowable value of the bearing surface pressure is generally about 0.6. In order to prevent the bearing surface pressure from exceeding the allowable value, the outer peripheral surface width W1 and the sliding surface width W2 The ratio is approximately 0.7.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the circumferential position of a general tilting pad and the temperature near the sliding surface.
  • the temperature in the vicinity of the sliding surface 2a of the tilting pad 2 increases toward the downstream side, and gradually approaches a constant value in the vicinity of the downstream end. This is because the position where the heat generation is maximum is a place where the flow path width at the center of the pad is generally the minimum, and the lubricating oil is heated and the temperature rises as it goes downstream.
  • the step installation position on the downstream side in the circumferential direction it becomes possible to improve the heat transfer rate on the downstream side where the temperature margin is reduced especially with respect to the heat resistance temperature of white metal, and further lubrication with a high temperature on the downstream side Oil (carry over oil) can be accelerated in the axial direction.
  • the carry-over oil that has flowed to the downstream end of the sliding surface 2a further increases the temperature of the adjacent pad disposed on the downstream side. For this reason, the pad temperature can be further reduced by promoting the discharge of the carry-over oil in the axial direction.
  • the circumferential length L2 of the recess 16 on the inner circumferential surface of the tilting pad 2 is equal to the circumferential length L1 of the inner circumferential surface of the tilting pad 2.
  • the arc length L2 of the recess 16 on the inner peripheral surface of the tilting pad 2 is set to be 1 ⁇ 2 or less of the arc length L1 of the inner peripheral surface of the tilting pad 2.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the circumferential position where each tilting pad is arranged and the maximum temperature in the vicinity of the sliding surface of each tilting pad.
  • 12-1 is the pad maximum temperature of the tilting pad 2-1
  • 12-2 is the pad maximum temperature of the tilting pad 2-2
  • 12-3 is the pad maximum temperature of the tilting pad 2-3. Indicates.
  • the maximum pad temperature is remarkably increased.
  • the tilting pad 2-2 see FIG. 1 arranged on the lower side in the load direction and the tilting pad 2-1 (see FIG. 1) arranged on the upstream side in the rotation direction.
  • 16a, 16b is provided. That is, by increasing the heat transfer coefficient for the tilting pad 2-2 having the highest maximum temperature and reducing the amount of carryover oil flowing into the tilting pad 2-2, the pad temperature of the tilting pad 2-2 is reduced. Can be further reduced. Furthermore, by limiting the locations that promote the discharge of carry-over oil in the axial direction, an increase in oil scattering to the outside can be minimized.
  • descending steps 16a and 16b may be provided on the tilting pad 2 other than those described above, and the descending steps 16a may be provided on all the tilting pads 2.
  • 16b may be provided.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a cross section of the tilting pad type journal bearing according to the second embodiment viewed from the direction of the rotation axis.
  • the tilting pad type journal bearing of this example is substantially the same as that of the first example, and the difference from the first example is that it is an oil bath type instead of a directional type. That is, as shown in FIG. 6, a plurality of oil supply ports 5 are provided in the housing 3 in the circumferential direction while making the radial position of the outlet 5 a of the oil supply port 5 substantially the same as the inner diameter of the housing 3. That is, the outlet 5 a of the fuel filler opening 5 is open to the inner peripheral surface 3 a of the housing 3.
  • the width (dimension) of the side plate gap 8 is 1 mm or less, and the side plate 6 and the rotary shaft 1 are not in contact with each other.
  • the lubricating oil can be held in the space covered with the housing 3 and the side plate 6 and the lubricating oil can be supplied to the sliding surface of the tilting pad 2.
  • the lubricating characteristics are particularly well maintained. Furthermore, there is little oil splashing to the outside.
  • FIG. 7A is a schematic view of the tilting pad according to the third embodiment viewed from an oblique direction.
  • FIG. 7B is a schematic view (plan view) of the tilting pad according to the third embodiment as viewed from the bearing surface side.
  • the tilting pad type journal bearing of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment.
  • the difference from the first embodiment is that three oil supply ports 5 are provided in the axial direction as shown in FIGS. 7A and 7B.
  • the two descending step portions 16 a and 16 b are respectively disposed approximately at the center in the axial direction and at the center in the axial direction of the tilting pad 2.
  • the lubricating oil flow along the axial center line 13 of the descending steps 16a and 16b is induced by the oil supply from the oil supply ports 5b on both sides in the axial direction, and the pad temperature reduction due to the back step flow is further promoted. It becomes possible to do.
  • the oil supply port 5a has an opening diameter larger than that of the other oil supply ports 5b. Thereby, lubricating oil can fully be supplied to the sliding face 2a.
  • the oil supply port 5b is provided so as not to run out of lubricating oil supplied to the descending steps 16a and 16b (recessed portions 16), and is auxiliary, and therefore smaller than the opening diameter of the oil supply port 5a. ing.
  • the oil supply ports 5a and 5b are provided such that the respective outlets open to the bottom of the recess 15 provided on the sliding surface 2a.
  • the recess 15 is formed in an elongated shape along the axial direction, and three oil supply ports 5 a and 5 b are provided in one recess 15.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the tilting pad type journal bearing according to the fourth embodiment, viewed from a direction perpendicular to the rotation axis direction, and is a schematic diagram illustrating one side with respect to the rotation axis center.
  • FIG. 9 is a view of the tilting pad type journal bearing according to the fourth embodiment as viewed from the direction of the rotation axis.
  • One side shows a side plate with respect to a straight line passing through the center of the rotation axis, and the other side.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the side plate and the cross section are overlapped so as to illustrate the cross section.
  • the tilting pad type journal bearing of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the difference from the first embodiment is that an opening 9 is provided in the side plate 6.
  • the opening 9 is disposed at a circumferential and radial position that generally faces the gap between the housing 3 and the lowermost tilting pad 2-2. Accordingly, it is possible to promote the discharge of the oil flowing in the gap between the housing 3 and the lowermost tilting pad 2-2 in the axial direction.
  • the side plate gap 8 is moved to another circumferential position at the sliding surface position of the lowermost tilting pad 2-2 or at the circumferential position facing the rotational axis direction end of the tilting pad 2-2. It expands in the radial direction rather than the directional position. That is, the enlarged portion 8 a is provided in the side plate gap 8.
  • the side plate gap 8 has a diameter at the position of the sliding surface of the lowermost tilting pad 2-2 or the circumferential position facing the rotation axis direction end of the tilting pad 2-2.
  • a configuration that expands in the direction may be employed at the same time, or one of the configurations may be employed.
  • This embodiment may be applied to the oil bath type tilting pad type journal bearing of the third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic view of the tilting pad according to the fifth embodiment viewed from an oblique direction.
  • the tilting pad type journal bearing of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment.
  • the difference from the first embodiment is that the descending step provided on the tilting pad 2 has two steps. is there. That is, the descending step of the present embodiment is downstream in the rotational direction of the first descending step composed of the descending step surface 16a and the bottom surface 16b, and from the bottom surface 16b configured as the top surface toward the back side of the tilting pad 2.
  • the formed downward step surface (down step surface from the upstream side in the rotation direction to the downstream side) 16d, the bottom surface 16e configured as the lower surface, and the downward step surface (concave portion) from the center side to the end of the pad sliding surface 2a. 16 side surfaces) 16c, and a second descending step is provided.
  • the range in which the heat transfer coefficient is particularly high due to the back step flow is generally a region from the separation flow 14b (see FIG. 3B) to the reattachment. That is, when the circumferential length of the tilting pad 2 is long and the step is one step, the effect of increasing the heat transfer due to the induction of the back step flow is reduced in the vicinity of the downstream end of the tilting pad 2. Therefore, by providing a plurality of steps, it is possible to increase the range in which the heat transfer coefficient becomes high, and it is possible to further reduce the temperature of the tilting pad 2.
  • the descending step is not limited to two steps, and may be provided in multiple steps.
  • the directional tilting pad type journal bearing having a high cooling action of the pad it is possible to supply the lubricating oil having a low temperature sufficient to maintain the lubricating characteristics, and to the pad.
  • oil scattering to other parts installed in the rotation axis direction can be prevented or suppressed. Accordingly, it is possible to provide a tilting pad type journal bearing having a simple structure and capable of improving the pad cooling performance of the lubricating oil and reducing the pad temperature.
  • this invention is not limited to each above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

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Abstract

本発明の目的は、潤滑油のパッド冷却性能を向上させてパッド温度を低減できるティルティングパッド型ジャーナル軸受を提供することにある。ティルティングパッド型ジャーナル軸受において、ティルティングパッド２は、回転軸に対向する摺動面２ａの回転軸方向両側端部に、回転方向下流側に向かって摺動面２ａから下り段差となり、ティルティングパッド２の回転軸方向中央部から回転軸方向側端部に向かって摺動面２ａから下り段差となるように形成された凹部１６を有する。さらに凹部１６は、ティルティングパッドの回転軸方向側端部側がハウジングの内部に向かって開放されている。

Description

ティルティングパッド型ジャーナル軸受
　本発明は、例えば発電機、タービン、圧縮機など大型回転機械の回転軸支持に用いられ、特に高い対振動安定性が要求される高速回転機械に適するティルティングパッド型ジャーナル軸受に関する。
　ジャーナル軸受の背景技術として、特開平７－１７４１３６号公報（特許文献１）及び米国特許第６３６１２１５号明細書（特許文献２）に記載されたジャーナル軸受が知られている。
　特許文献１のジャーナル軸受は、軸受メタルの温度が最大となる最小油膜位置に近傍に潤滑油の流れの状態を層流から乱流に遷移させる乱流遷移層を設け、軸受の高荷重化、高周速化による軸受メタルの温度上昇を防止している（要約参照）。さらに特許文献１には、乱流遷移層の一例として、軸受メタルの最小油膜位置近傍に凹部としての溝を回転軸の軸方向に形成した構成が記載されている（段落００５１及び図７）。
　また特許文献２のジャーナル軸受は、指向式ティルティングパッド型ジャーナル軸受であって、軸に接触する作動面と、作動面に側部に沿って細長く形成され作動面の側部に向かう潤滑油を集めてベアリング作動面にリダイレクトするように構成されたチャネルと、を有する（要約、第５欄第３１行目乃至第５１行目及び図３参照）。
特開平７－１７４１３６号公報 米国特許第６３６１２１５号明細書
　特許文献１のジャーナル軸受では乱流を生じさせることにより軸受の冷却作用を高めている。しかし、遠心圧縮機等の回転機械の高速化が進むと、特許文献１のジャーナル軸受のように乱流を生じさせるだけでは、軸受の冷却作用が不足する可能性がある。特許文献２のジャーナル軸受では、ベアリング作動面上の潤滑油を回転軸方向の中央に集め、キャリーオーバー油を増加させることで、潤滑油不足を回避して潤滑特性の維持を図っている。しかし特許文献１のジャーナル軸受では、ベアリング作動面上で加熱されて高温になったキャリーオーバー油をチャネルでリダイレクトしてベアリング作動面上に戻すため、軸受（ティルティングパッド：以下、パッドと呼ぶ）の冷却作用が低下してパッド温度が増加してしまう。
　本発明の目的は、潤滑油のパッド冷却性能を向上させてパッド温度を低減できるティルティングパッド型ジャーナル軸受を提供することにある。
　　上記目的を達成するために、本発明のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、
　回転軸と、前記回転軸を半径方向に支持す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内部に収容するハウジングと、前記ティルティングパッドを揺動可能としながら前記ハウジングに対する周方向相対位置を固定する固定構造と、前記ティルティングパッドと前記回転軸との間に潤滑油を供給する給油口と、前記ハウジングの回転軸方向両側に設けられたサイドプレートと、を備えたティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
　前記複数のティルティングパッドのうち荷重方向を下として少なくとも最下部に配置されたティルティングパッドと、最下部に配置された前記ティルティングパッドの回転方向上流側の隣に配置されたティルティングパッドとは、前記回転軸に対向する摺動面の回転軸方向両側端部に、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となり、前記ティルティングパッドの回転軸方向中央部から回転軸方向側端部に向かって前記摺動面から下り段差となるように形成された凹部を有し、
　前記凹部は、前記ティルティングパッドの回転軸方向側端部側が前記ハウジングの内部に向かって開放されている。
　　本発明のティルティングパッド型ジャーナル軸受によれば、潤滑油のパッド冷却性能を向上させてパッド温度を低減できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
第一実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た断面を示す模式図である。 第一実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、図1とは異なる方向（回転軸方向に垂直な方向）から見た断面図であり、回転軸中心に対して片方の側を図示した模式図である。 第一実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。 バックステップ流れを説明するための模式図である。 一般的なティルティングパッドの周方向位置と摺動面近傍の温度との関係を示す模式図である。 各ティルティングパッドが配置された周方向位置と各ティルティングパッドの摺動面近傍における最大温度との関係を示す模式図である。 第二実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た断面を示す模式図である。 第三実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。 第三実施例に係るティルティングパッドを軸受面側から見た模式図（平面図）である。 第四実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向に垂直な方向から見た断面図であり、回転軸中心に対して片方の側を図示した模式図である。 第四実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た図であり、回転軸中心を通る直線に対して一方の側はサイドプレートを図示し、他方の側は断面を図示するように、サイドプレートと断面とを重ねた状態で示す模式図である。 第五実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。
　最初に本発明が適用されるティルティングパッド型ジャーナル軸受について説明する。
　遠心圧縮機等の回転機械には、高速回転する軸を径方向に支持するためにジャーナル軸受が備えられており、特に振動に対して高い安定性が要求される場合には、ティルティングパッド型のジャーナル軸受が用いられる。ティルティングパッド型ジャーナル軸受は、他の真円軸受や楕円軸受と比較して、自励振動に対して高い安定性を有する。この安定性は、油膜を介して回転軸を支持するティルティングパッド（以下、「パッド」と呼称して説明する場合がある）が揺動可能とされつつ軸の周方向に所定の間隔を空けて複数設置されることで、軸振動を不安定化する軸受の連成ばね力を小さくできることで得られる。
　遠心圧縮機等の回転機械は、高速化することで効率を向上できる場合がある。しかし、このようなティルティングパッド型ジャーナル軸受を高周速で回転する回転軸に適用した場合、回転軸との摺動面での発熱量が増加するため、その間を流れる潤滑油によるパッドの冷却作用も増加させる必要がある。従来のパッド摺動面にはホワイトメタルと呼ばれる材料が用いられている。このホワイトメタルの耐熱温度は１２０℃程度であって、回転軸を高周速で回転させた場合、パッド摺動面温度がホワイトメタルの耐熱温度を超過する危険があるためである。
　一つのパッド（パッド１）で作用した潤滑油が下流側隣のパッド（パッド２）に流入するとき、パッド１で過熱されることで潤滑油の温度が増加する。このとき隣のパッド２では潤滑油の温度が給油温度よりも高くなるため、パッド温度が増加する。この温度が高くなった潤滑油をキャリーオーバー油と呼称する。すなわち、キャリーオーバー油の油量を低減することで、パッド温度を低減することが出来る。
　ティルティングパッド型ジャーナル軸受の潤滑油の供給方式には、油浴式と指向式の２種類がある。油浴式はハウジングの両側に取り付けたサイドプレートによってハウジング内の潤滑油をシールかつ保持し、軸受面に潤滑油を供給するものである。一方、指向式は給油口に給油ノズルを用い、潤滑油をパッド間もしくはパッド摺動面に配置した給油ノズルから摺動面近傍に噴射供給する。指向式の場合、サイドプレートを無くす、もしくはサイドプレートのシール幅を広げるなどして、潤滑油を回転軸の軸方向（パッドの幅方向）に積極的に排出するものである。指向式は油浴式よりもパッド温度を低減できる一方、潤滑特性を維持するのに適切な潤滑油の供給や、軸受外部に設置された他部品への油飛散の防止が重要となる。
　次に、以下の実施例で説明するティルティングパッド型ジャーナル軸受の特徴について説明する。なお、「回転方向上流側」は基準点に対して回転方向を逆方向に戻る側であり、「回転方向下流側」は基準点に対して回転方向に進んだ側である。回転軸１が回転することにより、回転軸１の外周面１ａとティルティングパッド２の内周面（摺動面）２ａとの間に潤滑油が流れる。この場合、「回転方向上流側」は潤滑油の流れ方向における上流側に一致し、「回転方向下流側」は潤滑油の流れ方向における下流側に一致する。また、回転軸１の軸に沿う方向を回転軸方向、又は単に軸方向と呼ぶ。
　以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受は、軸線方向に延びる回転軸と、回転軸を半径方向に支持する複数のティルティングパッドと、複数のティルティングパッドを揺動可能に支持しつつ内部に収容するハウジングと、ティルティングパッドとハウジングとの周方向の相対位置を固定する固定構造と、ティルティングパッドと回転軸との間に潤滑油を給油する給油口と、ハウジングの回転軸方向両側に設けられたサイドプレートと、を備え、少なくとも複数のティルティングパッドのうち荷重方向を下側として最下部に配置されたティルティングパッドと、最下部に配置されたティルティングパッドの回転方向上流側隣に配置されたティルティングパッドとは、パッド摺動面の回転方向下流側でかつパッド摺動面の回転軸方向両端部（パッド摺動面の両側部）に、パッド摺動面を上側、パッド摺動面の背面側を下側とした場合に、パッド摺動面側から見て低くなるように形成された下り段差が設けられている。
　このような構成のティルティングパッド型ジャーナル軸受によれば、ティルティングパッドの回転軸方向両側ではく離流れと再付着流れ、いわゆるバックステップ流れを誘起することで潤滑油とパッド摺動面との熱伝達を向上させ、パッド温度を低下させることが出来る。さらに、下り段差部では回転軸とティルティングパッドとの間隙幅が広く圧力も低いため、ティルティングパッドの回転軸方向中央部から回転軸方向端部（パッド側部）への潤滑油排出を誘起することが出来る。これより、軸方向中央部の発熱源で加熱されて高温となった潤滑油（キャリーオーバー油）が回転方向下流側の隣に配置されているティルティングパッドの摺動面に流入することを抑制してパッド温度の上昇を抑制することができる。また、サイドプレートが設置されることで、回転軸方向に排出される潤滑油が軸受外部に飛散する場所を限定し、軸受外部の他部品への油飛散を好適に抑制することができる。さらに複数のティルティングパッドのうちパッド温度が最大となる最下部配置のティルティングパッドとキャリーオーバー油の流入元である上流側隣のティルティングパッドに下り段差部の設置を限定することで、外部への油飛散量増加を抑制しつつ軸受面の耐熱温度を超過するリスクが高いパッドを選択して温度を低減することが可能となる。上述した構成は、軸受面に耐熱温度の低いホワイトメタルを用いる場合に、特に有効である。
　また、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、給油口を回転軸方向に少なくとも３つ以上設け、それぞれを下り段差部の回転軸方向中心部とティルティングパッドの回転軸方向中心部に配置することが好ましい。このような構成によれば、潤滑油が回転軸方向の一部の範囲に偏り、下り段差部に潤滑油が流入せずにバックステップ流れが阻害されることや、局所的に潤滑油が不足して油膜が破断するなど潤滑特性が悪化することを抑制することが出来る。
　また、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、給油口の出口の径方向位置を概ねティルティングパッドの内径と同じになるようにしつつ、給油口を複数のティルティングパッドを貫通するように配置し、サイドプレートと回転軸との間隙（サイドプレート間隙）の寸法を２ｍｍ以上に広げてサイドプレートを配置する構成としても良い。このような構成によれば、発熱源である前記ティルティングパッドのパッド摺動面から熱を吸収して高温となった潤滑油の大半を軸方向に排出することができ、パッド温度をより一層低下させることが出来る。
　一方、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、給油口の出口の径方向位置を概ねハウジングの内径と同じになるようにしつつ、給油口をハウジングに設け、サイドプレートと回転軸との間隙（サイドプレート間隙）の寸法を１ｍｍ以下に狭めてサイドプレートを配置する構成とした、油浴式のティルティングパッド型ジャーナル軸受としても良い。このような構成によれば、潤滑特性の向上をより一層促進し、さらに外部への油飛散をより一層低減することができる。
　また、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、ハウジングと最下部に配置されたティルティングパッドの外周面（背面）との間隙に対向する径方向位置において、サイドプレートに開口部を配置することが好ましい。このような構成によれば、ハウジングと最下部に配置されたティルティングパッドの外周面との間隙に滞留するキャリーオーバー油を効果的に回転軸方向に排出することができる。そして、最も高温になる、最下部に配置されたティルティングパッドのパッド温度を効果的に低下させることが出来る。最下部に配置されたティルティングパッドの摺動面位置（摺動面の径方向位置）において、サイドプレート間隙を他の周方向位置よりも拡大しても良い。これにより、回転軸と最下部に配置されたティルティングパッドとの間のキャリーオーバー油の排出量を増加させることができる。前記開口部を設け、さらに前記サイドプレート間隙を拡大することで、最下部に配置されたティルティングパッドのパッド温度をより一層低下させることが出来る。
　さらに、以下で説明する実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受においては、下り段差を複数段にすることが好ましい。このような構成によれば、はく離流れと再付着を複数回誘起して熱伝達率が高い領域を増加させ、パッド温度を低下させることが可能となる。
　本明細書においては、回転軸１の軸（軸芯）に沿う方向を回転軸方向と呼ぶ。上述したように、ティルティングパッド２は「パッド」と呼んで説明する場合がある。またティルティングパッド２の作動面は、摺動面又は軸受面と呼んで説明する場合がある。
　以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。このとき、以下に示す図面では同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明は省略する。部材の寸法および形状は、模式的に示す。例えば、図１などにおいて、回転軸１とティルティングパッド２との間隙部の幅は、説明のために実際よりも大きく描いている。
　以下、本発明の第一実施例について、図１乃至図４および図５を参照して詳細に説明する。本実施例においては、高圧遠心圧縮機に用いられる指向式LOP(Load On Pad)ティルティングパッド型ジャーナル軸受の例を示す。
　図１は、第一実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た断面を示す模式図である。すなわち、図１は回転軸１の軸芯に対して垂直方向の断面の形状を表わしている。
　図1に見られるようにティルティングパッド型ジャーナル軸受は、回転軸１を支持するティルティングパッド２を回転軸１の周方向に複数有している。特にLOP型は５枚のティルティングパッド２を有しており、荷重方向１１に１枚のパッドを配置している。なお、通常、荷重方向１１は鉛直方向下向きである。
　５枚のティルティングパッド２は固定構造（固定機構または固定部）４によってハウジング３に揺動可能に支持されつつ、ハウジング３に対する周方向位置を固定されている。給油口５は出口５ａの径方向位置を概ねティルティングパッド２の内径と同じになるようにしつつ、図示していないが全てのティルティングパッド２の摺動面２ａの回転方向上流側の部分に貫通させて設けられている。この構成では、給油口５の出口５ａはティルティングパッド２の摺動面２ａ側に開口する。そして、各々のティルティングパッド２では、潤滑油が摺動面２ａの近傍に噴射供給される。なお、給油口５の出口５ａは、後述の第三実施例のように、摺動面２ａに形成された溝部１５の底部に開口する場合もある。
　図２は、第一実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、図1とは異なる方向（回転軸方向に垂直な方向）から見た断面図であり、回転軸中心に対して片方の側を図示した模式図である。すなわち、図２は回転軸１の軸芯方向の断面形状を表わしている。
　図２に見られるように、本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、サイドプレート６を有しており、サイドプレート６はティルティンパッド２の側面（回転軸方向の端面（端部））を覆うように設置されつつ、ハウジング３に組み付けられている。サイドプレート２と各ティルティングパッド２との間には側面間隙部７を有している。サイドプレート２と回転軸１との間にはサイドプレート間隙８が設けられており、サイドプレート６はサイドプレート間隙８の幅が２ｍｍ以上となるように配設されている。すなわちサイドプレート６には、回転軸１が貫通する開口（貫通孔）８ａが設けられ、開口８ａはその直径が回転軸１の直径よりも４ｍｍ以上大きくなる大きさに形成されている。
　図３Ａは、第一実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。
　本実施例のティルティングパッド２は、摺動面２ａの回転軸方向両端部で、かつ回転方向１０の下流側に、パッド摺動面２ａを上側、ティルティングパッド２の背面側（ハウジング３側の面）２ｂを下側とした場合に、パッド摺動面２ａ側から見て低くなるように形成された下り段差１６ａ，１６ｂを有する。すなわち下り段差１６ａ，１６ｂは、上面として構成されたパッド摺動面２ａからティルティングパッド２の背面側に向かって形成された下り段差面（回転方向上流側から下流側に向かう下り段差面）１６ａと下面として構成された底面１６ｂとで構成される。本実施例では、段差面１６ａは径方向外方に向かって形成されているが、段差面１６ａは必ずしも径方向に沿う必要はなく、径方向に対して傾斜していてもよく、後述するバックステップ流れを誘起できるように形成されていればよい。
　また、回転軸方向で見た場合、パッド摺動面２ａの回転軸方向両端部に、パッド摺動面２ａの中央側から端部に向かって下り段差（凹部１６の側面）１６ｃ，１６ｂが形成されている。すなわち下り段差１６ｃ，１６ｂは、上面として構成されたパッド摺動面２ａからティルティングパッド２の背面側に向かって形成された下り段差面１６ｃと下面として構成された底面１６ｂとで構成される。
　下り段差１６ａ，１６ｂと下り段差１６ｃ，１６ｂとにより、摺動面２ａの回転軸方向両端部に凹部１６が形成される。本実施例では、凹部１６は、回転軸方向におけるパッド摺動面２ａの中央側に段差面１６ｃを有し、段差面１６ｃは周方向に延設されている。一方、回転軸方向におけるティルティングパッド２の側端部側では、凹部１６は開放されている。
　また凹部１６は、ティルティングパッド２の下流側端部が開放されている。しかし、凹部１６の下流側端部は開放されている必要はなく、凹部１６（下り段差１６ａ，１６ｂ）が後述するバックステップ流れを誘起できるように、周方向に十分な長さを有するように形成されていればよい。本実施例のように、凹部１６をティルティングパッド２の下流側端部まで設け、凹部１６の下流側端部を開放した状態にすることにより、確実にバックステップ流れを誘起することができると共に、ティルティングパッド２の側端部からティルティングパッド２の外側に排出される潤滑油の量を増やすことができる。
　本実施例では、段差面１６ｃは回転軸１に垂直な面として形成されているが、段差面１６ｃは必ずしも回転軸１に垂直である必要はなく、後述するバックステップ流れを誘起できる周方向長さを有するように形成されていればよい。また本実施例では、凹部１６の底面１６ｂは、パッド摺動面２ａに対して高さがＨだけ低い平行面として形成されているが、後述するバックステップ流れによる冷却効果が得られるように構成されていれば、この形状に限られる訳ではない。
　図３Ｂを用いて、バックステップ流れについて説明する。図３Ｂは、バックステップ流れを説明するための模式図である。なお図３Ｂでは、回転軸１の外周面１ａ、パッド摺動面２ａ及び凹部１６の底面１６ｂは、曲率を無視して直線で描いている。
　図３Ｂにおいて、符号１４ａは潤滑油の主流を示している。下り段差１６ａ、１６ｂにより潤滑油の段差上面（パッド摺動面２ａ）からのはく離流れ１４ｂ、段差底面１６ｂの下流側での再付着流れ１４ｃおよび段差面１６ａ近傍での渦流れ１４ｄ（いわゆるバックステップ流れ）が誘起される。バックステップ流れ１４ｄは乱流の形態の中でも特に高い熱伝達特性を有するため、潤滑油の流れ場の形態が通常層流である従来のティルティングパッド型ジャーナル軸受と比較して、ティルティングパッド２の温度を低減することができる。
　段差高さＨは、ティルティングパッド２の摺動面２ａの加工半径と回転軸１の半径との差の半分よりも大きく設けている。これは、バックステップ流れを発生させるために段差の高さＨは上流側主流流路の径方向長さΔＲの半分よりも大きいことが好ましいためである。また、ティルティングパッド２の下流側端の外周面幅Ｗ１と摺動面幅Ｗ２との比は概ね０．７に形成することが好ましい。パッド２の幅を縮小すると反比例して軸受面圧が増加する。一方、軸受面圧の推奨最大値と許容値との比は一般に０．６程度であり、軸受面圧が許容値を超過しないようにするために、外周面幅Ｗ１と摺動面幅Ｗ２との比を概ね０．７とする。
　本発明におけるティルティングパッド２の摺動面２ａに設けた下り段差１６ａ，１６ｂの周方向における開始位置は中央よりも下流側に形成することが好ましい。この効果を、図４を用いて説明する。図４は、一般的なティルティングパッドの周方向位置と摺動面近傍の温度との関係を示す模式図である。
　図４から見られるように、ティルティングパッド２の摺動面２ａ近傍の温度は下流側に向かって高くなり、下流端近傍ではほぼ一定値に漸近する。これは発熱が最大となる位置が概ねパッド中央の流路幅が最小となる場所であることと、下流側に進むに従って潤滑油が加熱されて温度が高くなることによる。段差設置位置を周方向下流側とすることで、特にホワイトメタルの耐熱温度に対して温度余裕が少なくなる下流側で熱伝達率を向上することが可能となり、さらに下流側で高温となった潤滑油（キャリーオーバー油）を軸方向に排出促進することができる。摺動面２ａの下流端まで流れたキャリーオーバー油はさらに下流側に配設された隣のパッド温度を増加させる。このため、キャリーオーバー油を軸方向に排出促進することで、パッド温度をより一層低減することができる。
　このため、本実施例では、図３Ａに示すように、ティルティングパッド２の内周面における、凹部１６の周方向長さＬ２は、ティルティングパッド２の内周面の周方向長さＬ１の１／２以下になるようにする。すなわち、ティルティングパッド２の内周面における、凹部１６の円弧長さＬ２は、ティルティングパッド２の内周面の円弧長さＬ１の１／２以下になるようにする。
　図５を用いて、回転軸１の周囲に配置された複数のティルティングパッド２（２－１，２－２，２－３）の温度について説明する。図５は、各ティルティングパッドが配置された周方向位置と各ティルティングパッドの摺動面近傍における最大温度との関係を示す模式図である。
　図５において、１２－１はティルティングパッド２－１のパッド最大温度を、１２－２はティルティングパッド２－２のパッド最大温度を、１２－３はティルティングパッド２－３のパッド最大温度を示す。
　周方向の荷重方向下側に位置するティルティングパッド２において、パッド最大温度が著しく高くなる。そのため、本実施例では荷重方向下側に配置されたティルティングパッド２－２（図１参照）とその回転方向上流側に配置されたティルティングパッド２－１（図1参照）にのみ下り段差１６ａ，１６ｂ（凹部１６）を設けている。すなわち、最大温度が高いティルティングパッド２－２に関して熱伝達率を増加させるとともに、ティルティングパッド２－２に流入するキャリーオーバー油の量を低減することで、ティルティングパッド２－２のパッド温度をより一層低減することができる。さらに、キャリーオーバー油の軸方向への排出を促進する箇所を限定することで、外部への油飛散増加を最低限に抑制することができる。
　なお、ティルティングパッド２の温度上昇抑制を優先する場合は、上述した以外のティルティングパッド２に下り段差１６ａ，１６ｂ（凹部１６）を設けてもよく、全てのティルティングパッド２に下り段差１６ａ，１６ｂ（凹部１６）を設けてもよい。
　次に第二実施例について図６を参照して説明する。図６は、第二実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た断面を示す模式図である。
　本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、第一実施例と概ね同様であり、第一実施例との違いは指向式ではなく油浴式とした点である。すなわち図６に示す様に、給油口５の出口５ａの径方向位置を概ねハウジング３の内径と同じになるようにしつつ、周方向に複数の給油口５をハウジング３に設けている。すなわち、給油口５の出口５ａはハウジング３の内周面３ａに開口している。さらに図示していないが、サイドプレート間隙８（図２参照）の幅（寸法）を１ｍｍ以下で、かつサイドプレート６と回転軸１とが非接触となる状態にしている。これにより、ハウジング３とサイドプレート６で覆われた空間内に潤滑油を保持し、ティルティングパッド２の摺動面に潤滑油を供給できる。この場合、特に潤滑特性は良く維持される。さらに、外部への油飛散も少ない。
　次に第三実施例について図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。図７Ａは、第三実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。図７Ｂは、第三実施例に係るティルティングパッドを軸受面側から見た模式図（平面図）である。
　本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、第一実施例と概ね同様であり、第一実施例との違いは図７Ａ及び図７Ｂに示す様に、給油口５を軸方向に３つ設け、それぞれを２つの下り段差部１６ａ，１６ｂ（凹部１６）のそれぞれの概ね軸方向中心部とティルティングパッド２の軸方向中心部とに配置した点である。これにより、潤滑油の流れの軸方向偏りを抑制し、軸方向中心部の給油口５ａからの給油によってティルティングパッド２の摺動面２ａの潤滑特性を維持することができる。また、軸方向端両側の給油口５ｂからの給油によって概ね下り段差１６ａ，１６ｂ（凹部１６）の軸方向中心線１３に沿う潤滑油流れを誘起し、バックステップ流れによるパッド温度低減をより一層促進することが可能となる。
　給油口５ａは、開口径が他の給油口５ｂよりも大きく形成されている。これにより、摺動面２ａに潤滑油を十分に供給することができる。また給油口５ｂは、下り段差１６ａ，１６ｂ（凹部１６）に供給される潤滑油が不足しないように設けたものであり、補助的なものであるため、給油口５ａの開口径よりも小さくしている。
　給油口５ａ，５ｂは、それぞれの出口が摺動面２ａに設けた凹部１５の底部に開口するように、設けられている。凹部１５は軸方向に沿って細長い形状に形成され、３つの給油口５ａ，５ｂが１つの凹部１５に設けられている。
　次に第四実施例について図８および９を参照して説明する。図８は、第四実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向に垂直な方向から見た断面図であり、回転軸中心に対して片方の側を図示した模式図である。図９は、第四実施例に係るティルティングパッド型ジャーナル軸受の、回転軸方向から見た図であり、回転軸中心を通る直線に対して一方の側はサイドプレートを図示し、他方の側は断面を図示するように、サイドプレートと断面とを重ねた状態で示す模式図である。
　本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、第一実施例と概ね同様であり、第一実施例との違いは、サイドプレート６に開口部９が設けられていることである。開口部９は概ねハウジング３と最下部ティルティングパッド２－２との間隙に対向する周方向かつ径方向位置に配置されている。これによりハウジング３と最下部ティルティングパッド２－２との間隙を流れる油の軸方向への排出を促進することが可能となる。
　排出しきれなかったキャリーオーバー油の一部はティルティングパッド２の外周側に流入する。外周側にキャリーオーバー油が滞留することで、ティルティングパッド２の温度が増加するため、このキャリーオーバー油の排出を促進することで、最下部ティルティングパッド２－２の温度を効果的に低下させることが可能となる。
　さらに本実施例では、最下部ティルティングパッド２－２の摺動面位置、或いはティルティングパッド２－２の回転軸方向側端部に対向する周方向位置において、サイドプレート間隙８を他の周方向位置よりも径方向に拡大している。すなわち、サイドプレート間隙８に拡大部８ａを設けている。回転軸1と最下部ティルティングパッド２－２との間のキャリーオーバー油の排出量を増加させることで、最下部ティルティングパッド２－２のパッド温度をより一層低下させることが出来る。
　開口部９を設けた構成と、サイドプレート間隙８を最下部ティルティングパッド２－２の摺動面位置、或いはティルティングパッド２－２の回転軸方向側端部に対向する周方向位置において径方向に拡大する構成とを同時に採用してもよいし、いずれか一方の構成を採用してもよい。
　本実施例は、第三実施例の油浴式のティルティングパッド型ジャーナル軸受に適用してもよい。
　次に第五実施例について図１０を参照して説明する。図１０は、第五実施例に係るティルティングパッドを斜め方向から見た模式図である。
　本実施例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、第一実施例と概ね同様であり、第一実施例との違いは、ティルティングパッド２に設けられた下り段差が２段となっていることである。すなわち本実施例の下り段差は、下り段差面１６ａ及び底面１６ｂで構成される第１の下り段差の回転方向下流側に、上面として構成された底面１６ｂからティルティングパッド２の背面側に向かって形成された下り段差面（回転方向上流側から下流側に向かう下り段差面）１６ｄと、下面として構成された底面１６ｅと、パッド摺動面２ａの中央側から端部に向かう下り段差面（凹部１６の側面）１６ｃと、で構成される第２の下り段差が設けられている。
　バックステップ流れにより熱伝達率が特に高くなる範囲は、概ねはく離流れ１４ｂ（図３Ｂ参照）がはく離してから再付着するまでの領域である。すなわち、ティルティングパッド２の周方向長さが長く段差が１段であった場合、ティルティングパッド２の下流側端近傍ではバックステップ流れの誘起による熱伝達増加の効果が小さくなってしまう。そこで、段差を複数段設けることで、熱伝達率が高くなる範囲を増加させることが可能となり、ティルティングパッド２の温度をより一層低減することが可能となる。
　下り段差は２段に限らず、さらに多段に設けてもよい。
　上述した実施例によれば、パッドの冷却作用が高い指向式ティルティングパッド型ジャーナル軸受において、潤滑特性を維持するのに十分な、温度の低い潤滑油を供給することができると共に、パッドに対して回転軸方向に設置された他部品への油飛散を防止又は抑制することができる。これにより、単純な構造で、潤滑油のパッド冷却性能を向上させてパッド温度を低減できるティルティングパッド型ジャーナル軸受を提供することができる。
　なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１…回転軸、２…ティルティングパッド、２ａ…摺動面、２－２…最下部ティルティングパッド、３…ハウジング、４…固定構造、５…給油口（給油管または給油ノズル）、６…サイドプレート、７…サイドプレート２とティルティングパッド２との間の側面間隙間、８…サイドプレート２と回転軸１との間のサイドプレート間隙間、９…サイドプレート２の開口部、１０…軸回転方向、１１…荷重方向、１２－１…ティルティングパッド２－１のパッド最大温度、１２－２…ティルティングパッド２－２のパッド最大温度、１２－３…ティルティングパッド２－３のパッド最大温度、１３…段差部の中心線、１４ａ…主流、１４ｂ…はく離流れ、１４ｃ…再付着流れ、１４ｄ…渦流れ、１６…凹部、１６ａ…回転方向上流側から下流側に向かう下り段差面、１６ｂ…底面、１６ｃ…パッド摺動面２ａの中央側から端部に向かう下り段差面（凹部１６の側面）、１６ｄ…第２の凹部の回転方向上流側から下流側に向かう下り段差面、１６ｅ…第２の凹部の底面。

Claims (11)

  1. 　回転軸と、前記回転軸を半径方向に支持す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内部に収容するハウジングと、前記ティルティングパッドを揺動可能としながら前記ハウジングに対する周方向相対位置を固定する固定構造と、前記ティルティングパッドと前記回転軸との間に潤滑油を供給する給油口と、前記ハウジングの回転軸方向両側に設けられたサイドプレートと、を備えたティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記複数のティルティングパッドのうち荷重方向を下として少なくとも最下部に配置されたティルティングパッドと、最下部に配置された前記ティルティングパッドの回転方向上流側の隣に配置されたティルティングパッドとは、前記回転軸に対向する摺動面の回転軸方向両側端部に、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となり、前記ティルティングパッドの回転軸方向中央部から回転軸方向側端部に向かって前記摺動面から下り段差となるように形成された凹部を有し、
    　前記凹部は、前記ティルティングパッドの回転軸方向側端部側が前記ハウジングの内部に向かって開放されていることを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  2. 　請求項１に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記凹部は、前記ティルティングパッドの回転方向下流側端部側が前記ハウジングの内部に向かって開放されていることを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  3. 　請求項２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記凹部を形成する、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となる段差面の高さは、前記ティルティングパッドの加工半径と前記回転軸の半径との差の半分よりも大きく形成されていることを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  4. 　請求項２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記ティルティングパッドの回転方向下流側端部側における外周面幅と摺動面幅との比は０．７となるように形成されていることを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  5. 　請求項２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記凹部を形成する、回転方向下流側に向かって前記摺動面から下り段差となる段差面は、前記ティルティングパッドの周方向における中央よりも回転方向下流側に形成されていることを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  6. 　請求項２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記給油口を回転軸方向に沿って前記ティルティングパッドに少なくとも３つ以上設け、前記給油口を回転軸方向両側端部に形成した前記凹部の回転軸方向中心部と前記ティルティングパッドの回転軸方向中心部とに対応させて配置したことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  7. 　請求項２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記給油口の出口を前記ティルティングパッド２の前記摺動面の回転方向上流側の部分に開口させ、
    　前記サイドプレートと前記回転軸との間隙を２ｍｍ以上にしたことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  8. 　請求項７に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記ハウジングと最下部に配置された前記ティルティングパッドの外周面との間隙に対向する、前記サイドプレートの径方向位置に開口部を備え、
    　前記サイドプレートと前記回転軸との前記間隙は、最下部に配置された前記ティルティングパッドの回転軸方向側端部に対向する周方向位置において、他の周方向位置よりも広く形成されていることを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  9. 　請求項２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記給油口の出口を前記ハウジングの内周面に開口させ、
    　前記サイドプレートと前記回転軸との間隙を１ｍｍ以下で、かつ前記サイドプレートと前記回転軸とが非接触の状態になるようにしたことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  10. 　請求項９に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記ハウジングと最下部に配置された前記ティルティングパッドの外周面との間隙に対向する、前記サイドプレートの径方向位置に開口部を備え、
    　前記サイドプレートと前記回転軸との前記間隙は、最下部に配置された前記ティルティングパッドの回転軸方向側端部に対向する周方向位置において、他の周方向位置よりも広く形成されていることを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
  11. 　請求項２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
    　前記凹部は、回転方向下流側に向かって形成された複数段の下り段差を有することを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114585820B (zh) * 2019-11-05 2023-07-28 三菱电机株式会社 轴颈轴承及旋转机械
US20240068510A1 (en) * 2022-08-31 2024-02-29 Elliott Company Tilt pad journal bearing with lubrication arrangement

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000274432A (ja) * 1999-03-19 2000-10-03 Toshiba Corp パッド型ジャーナル軸受
US20030142890A1 (en) * 2001-03-12 2003-07-31 Miller William H. Combination thrust bearing and journal bearing, and method for distributing fluid to same
JP2015094373A (ja) * 2013-11-08 2015-05-18 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ティルティングパッド式スラスト軸受及びこれを備えた回転機械
JP2015124775A (ja) * 2013-12-25 2015-07-06 三菱重工業株式会社 軸受装置、回転機械
JP2016217364A (ja) * 2015-05-14 2016-12-22 株式会社日立製作所 ティルティングパッド型ジャーナル軸受

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07174136A (ja) 1993-12-20 1995-07-11 Toshiba Corp ジャーナル軸受
US6361215B1 (en) 2000-03-03 2002-03-26 Kingsbury, Inc. Journal bearing
JP2015007463A (ja) * 2013-06-26 2015-01-15 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ティルティングパッド軸受
JP6426993B2 (ja) * 2014-12-10 2018-11-21 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ティルティングパッド型ジャーナル軸受

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000274432A (ja) * 1999-03-19 2000-10-03 Toshiba Corp パッド型ジャーナル軸受
US20030142890A1 (en) * 2001-03-12 2003-07-31 Miller William H. Combination thrust bearing and journal bearing, and method for distributing fluid to same
JP2015094373A (ja) * 2013-11-08 2015-05-18 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ティルティングパッド式スラスト軸受及びこれを備えた回転機械
JP2015124775A (ja) * 2013-12-25 2015-07-06 三菱重工業株式会社 軸受装置、回転機械
JP2016217364A (ja) * 2015-05-14 2016-12-22 株式会社日立製作所 ティルティングパッド型ジャーナル軸受

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