WO2023074155A1 - 軸受装置、及び回転機械 - Google Patents

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bearing
rotating shaft
support ring
bearing device
support
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烈 宮部
健一 村田
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Mitsubishi Power Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Mitsubishi Power Ltd
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    • 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
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/02—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of sliding-contact 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
    • 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
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/02—Sliding-contact bearings
    • F16C23/04—Sliding-contact bearings self-adjusting

Definitions

  • the present disclosure relates to bearing assemblies and rotating machines. This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2021-177357 filed in Japan on October 29, 2021, the content of which is incorporated herein.
  • rotating machines including gas turbines and steam turbines are provided with bearing devices for rotatably supporting a rotating shaft.
  • a journal bearing that supports the radial load of the rotating shaft and a thrust bearing that supports the axial (central axis) direction load of the rotating shaft are used.
  • Patent Document 1 the one described in Patent Document 1 below is known as an example of the journal bearing.
  • the device disclosed in Patent Document 1 below includes a cylindrical support ring (support ring) that covers the bearing body from the outer peripheral side, and a bearing box (bearing casing) that supports the support ring from below.
  • the bearing housing abuts from below on a pair of flange portions projecting from the outer peripheral surface of the support ring to both sides in the horizontal direction with respect to the axis.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a bearing device and a rotating machine that can more stably support a rotating shaft.
  • a bearing device that supports a rotating shaft rotatable about an axis extending in a horizontal direction, comprising: a bearing body that supports the rotating shaft; a support ring body covering from the outer peripheral side, a support ring provided integrally with the support ring body and having a pedestal portion having a bottom surface facing downward, and a support provided separately from the support ring and abutting on the bottom surface a bearing housing having a surface, wherein the bearing main body is directly or indirectly supported by a ring portion that covers the rotating shaft from the outer peripheral side, and an inner peripheral surface of the ring portion; When viewed from the axial direction, the support surface extends at least on an extension of a straight line connecting the axial line and the center of the lower pad in the circumferential direction. .
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a rotating machine (steam turbine) according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a bearing device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a bearing device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a first modified example of the bearing device according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a second modification of the bearing device according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a third modification of the bearing device according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a fourth modification of the bearing device according to the embodiment of the present disclosure
  • a steam turbine 200 and a bearing device 100 which are examples of a rotating machine according to an embodiment of the present disclosure, will be described below with reference to FIGS.
  • the steam turbine 200 includes a rotating shaft 1 , a casing 10 , a bearing device 100 (journal bearing), and a thrust bearing device 101 .
  • the rotating shaft 1 extends along the axis O.
  • a shaft end of the rotating shaft 1 is rotatably supported around an axis O by a pair of bearing devices 100 and only one thrust bearing device 101 .
  • the bearing device 100 supports radial loads on the rotating shaft 1 .
  • the thrust bearing device 101 supports a load in the axis O direction.
  • a plurality of rotor blade stages 11 arranged at intervals in the direction of the axis O are provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 .
  • Each rotor blade stage 11 has a plurality of rotor blades 12 extending radially outward from the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 and arranged at intervals in the circumferential direction.
  • a portion of the rotating shaft 1 where the moving blade stages 11 are provided is covered with a casing 10 from the outer peripheral side.
  • the casing 10 has a tubular shape centered on the axis O.
  • a plurality of stator blade stages 13 arranged at intervals in the direction of the axis O are provided on the inner peripheral surface of the casing 10 .
  • Each stator vane stage 13 has a plurality of stator vanes 14 that extend radially inward from the inner peripheral surface of the casing 10 and are circumferentially spaced apart.
  • the moving blade stages 11 and the stationary blade stages 13 described above are alternately arranged in the axis O direction. That is, one stator blade stage 13 is adjacent to one rotor blade stage 11 in the axis O direction.
  • a steam supply pipe 15 is provided on one side of the casing 10 in the direction of the axis O.
  • a steam discharge pipe 16 is provided on the other side of the casing 10 in the direction of the axis O.
  • the steam supplied from the outside into the casing 10 through the steam supply pipe 15 collides alternately with the stator blade stages 13 and the moving blade stages 11 , thereby imparting rotational force to the rotating shaft 1 .
  • the rotating shaft 1 rotates around the axis O.
  • the rotating shaft 1 has a columnar shape extending along an axis O extending in the horizontal direction.
  • the "horizontal direction” here refers to a substantially horizontal direction, and slight manufacturing errors and design tolerances are allowed.
  • the bearing device 100 includes a bearing body 2, a support ring 3, and a bearing housing 4. As shown in FIG. The bearing body 2 has a ring portion 21 , a lower pad 24 , an upper pad 25 , a lower key 26 and an upper key 27 .
  • the ring portion 21 covers the rotating shaft 1 from the outer peripheral side.
  • the ring portion 21 has a cylindrical shape centered on the axis O. As shown in FIG.
  • the lower pad 24 and the upper pad 25 have an arcuate cross-sectional shape centered on the axis O and extend in the circumferential direction.
  • the inner peripheral surfaces of the lower pad 24 and the upper pad 25 are in sliding contact with the outer peripheral surface of the rotary shaft 1 via lubricating oil.
  • the bearing body 2 constitutes a pad bearing having four pads.
  • the support ring 3 has a support ring main body 31 and a pedestal portion 32 .
  • the support ring main body 31 covers the bearing main body 2 from the outer peripheral side.
  • the support ring main body 31 has a cylindrical shape centered on the axis O.
  • a pair of lower keys 26 and a pair of upper keys 27 are provided on the inner peripheral surface of the support ring main body 31 .
  • the lower key 26 is arranged in a region below the axis O.
  • the upper key 27 is arranged in a region above the axis O.
  • the lower key 26 and the upper key 27 are provided for determining the circumferential position of the bearing body 2 with respect to the support ring body 31 .
  • the pair of lower keys 26 and the pair of upper keys are arranged with an interval of 90° in the circumferential direction.
  • the circumferential position of the lower key 26 corresponds to the circumferential position of the lower pad 24 described above.
  • the circumferential position of the upper key 27 corresponds to the circumferential position of the upper pad 25 described above.
  • the circumferential dimensions of the lower key 26 and the upper key 27 are set to be equal to or slightly larger than the circumferential dimensions of the lower pad 24 and the upper pad 25 .
  • the radial load of the rotating shaft 1 borne by the lower pad 24 is supported by the lower key 26 via the lower pivot 22 and the ring portion 21 .
  • the pedestal portion 32 is formed integrally with the lower half portion of the support ring main body 31 .
  • the pedestal portion 32 has a substantially rectangular cross-sectional shape when viewed from the axis O direction.
  • the lower surface of the pedestal portion 32 is a bottom surface 32b.
  • the bottom surface 32b extends in the horizontal plane.
  • a surface of the base portion 32 facing the horizontal direction is a side surface 32s.
  • the bottom surface 32b and the side surface 32s are orthogonal when viewed from the axis O direction.
  • the bearing housing 4 is provided separately to support the support ring 3 from below.
  • the bearing box 4 has a bearing box main body 41 , a pair of side wall portions 42 and a bottom portion 43 .
  • the bearing housing main body 41 has a rectangular cross-sectional shape when viewed from the axis O direction.
  • the upper surface of the bearing housing main body 41 is a support surface 41s.
  • the support surface 41s is in contact with the bottom surface 32b of the base portion 32 described above.
  • a housing space V for housing devices such as the jack 6 is provided in the central portion of the bearing housing body 41 (that is, the region immediately below the axis O and where the support surface 41s does not extend).
  • a concave portion is formed as A jack 6 is used to adjust the vertical position of the support ring 3 . That is, the support surface 41s of the bearing housing main body 41 is horizontally divided into two by the accommodation space V. As shown in FIG.
  • the inner edge 41t on the inner side (axis O side) of the support surface 41s is located at a position that satisfies the following conditions.
  • the extension of the straight line connecting the axis O and the center of the lower pad 24 in the circumferential direction is defined as s1.
  • An extension of a straight line connecting the axis O and the inner circumferential end of the lower pad 24 is s2.
  • An extension of a straight line connecting the axis O and the outer circumferential end of the lower pad 24 is s3.
  • An inner edge 41t of the support surface 41s is located inside (that is, the side closer to the axis O) than the extension lines s1 and s2.
  • the support surface 41s extends at least over the portions where the extension lines s1 and s2 are located. Further, the outer edge 41u of the support surface 41s is positioned outside the extension lines s1 and s3 (that is, the side away from the axis O). In other words, the support surface 41s extends at least over the portions where the extension lines s1 and s3 are located.
  • the portion surrounded by the extension lines s1 and s2 is the load acting surface 41a. Furthermore, of the imaginary plane parallel to the support surface 41s, the portion surrounded by the extension lines s1 and s3 is the load acting surface 41b.
  • the inner edge 41t of the support surface 41s is located inside (closer to the axis O) than the load acting surface 41a. In other words, the entire load application surface 41 a is supported by the bearing housing body 41 .
  • the outer edge 41u of the support surface 41s is located outside the load acting surface 41b (on the side away from the axis O). In other words, the entire area of the load acting surface 41b is supported by the bearing housing main body 41. As shown in FIG.
  • the side wall portion 42 extends upward from the outer edge 41u of the support surface 41s.
  • An inner surface 42 s of the side wall portion 42 facing inward is in contact with the side surface 32 s of the base portion 32 .
  • the bottom portion 43 has a plate shape that supports the bearing housing main body 41 from below.
  • the support ring 3 that supports the bearing main body 2 and the bearing housing 4 are separate members. As a result, it is possible to individually produce only the support ring 3 in accordance with the dimensions of the bearing main body 2 and to share the bearing housing 4 . This makes it possible to reduce the manufacturing cost and shorten the construction period.
  • the area of the above-described support surface 41s is important.
  • the radial load from the rotating shaft 1 acts on the bearing housing 4 in a range surrounded by straight extension lines s1 and s3 connecting the axis O and the circumferential ends on both sides of the lower key 26. . Therefore, if no member for supporting the load is provided in these ranges, the bearing housing 4 cannot support the support ring 3 in a rigid state, and the support ring 3 may be deformed. be. As a result, it becomes difficult to stably support the rotating shaft 1 .
  • this embodiment adopts the configuration described above.
  • the support surface 41s of the bearing housing 4 extends on the extension line s1 of the straight line connecting the axis O and the center of the lower pad 24 in the circumferential direction.
  • the entire area of the load acting surface 41 a is supported by the bearing housing body 41 .
  • a radial load from the rotary shaft 1 can be directly and stably supported by the support surface 41s.
  • deformation of the support ring 3 is suppressed, and smooth rotation of the rotating shaft 1 can be maintained.
  • the radial load from the rotating shaft 1 is transmitted to the bearing housing 4 via the lower key 26 . Therefore, it is necessary to support the radial load in the extension range of the lower key 26 in the circumferential direction. According to the above configuration, since the support surface 41s extends on the extension lines s2 and s3 of straight lines connecting the axis O and the inner circumferential end of the lower key 26, the radial load is further stabilized. can be fully supported.
  • the radial load from the rotating shaft 1 includes a horizontal component in addition to the vertically downward component.
  • the side wall portion 42 of the bearing housing 4 can stably bear the component directed in the horizontal direction.
  • the vertical position of the support ring 3 can be finely adjusted by the jack 6 housed in the housing space V.
  • the radial load of the rotating shaft 1 can be stably supported by the bearing housing.
  • the center of the upper pad 25 in the circumferential direction is located on the extension line s1 of the straight line connecting the center of the lower pad 24 in the circumferential direction and the axis O. That is, the upper pads 25 are arranged point-symmetrically with respect to the lower pads 24 with the axis O as a reference. Thereby, the reaction force of the force exerted on the lower pad 24 by the rotating shaft 1 can be stably supported by the upper pad 25 .
  • the center of the upper key 27 is located on the extension line s1 of the straight line connecting the center of the lower key 26 and the axis O. That is, the upper key 27 is arranged point-symmetrically with respect to the lower key 26 with the axis O as a reference. Thereby, the reaction force of the force exerted on the lower key 26 by the rotary shaft 1 can be stably supported by the upper key 27 .
  • the inner edge 41t of the support surface 41s is positioned inside (closer to the axis O) than the load acting surface 41a.
  • the inner edge 41t is provided at a position overlapping the extension line s2 described above. In this case, the capacity of the housing space V can be increased while the bearing housing body 41 supports the entire load acting surface 41a.
  • the inner edge 41t is provided between the extension line s1 and the extension line s2 (that is, the middle position of the load acting surface 41a). In this case, it is possible to further increase the capacity of the accommodation space V while receiving the minimum load acting on the extension lines s1 to s3. In order to maximize the volume of the accommodation space V while receiving the load, it is desirable to adopt the configuration shown as the third modified example in FIG. In this example, the inner edge 41t is positioned on the extension line s1.
  • the lower pad 24 and the upper pad 25 are provided so as to contact the ring portion 21, and the lower pad 24 and the upper pad 25 are directly supported by the ring portion 21.
  • the lower pivot 22 and the upper pivot 23 may be provided between the lower pad 24 and the upper pad 25 and the ring portion 21 like the bearing device 100' shown in FIG.
  • the lower pivot 22 and the upper pivot 23 are arranged at central positions of the lower pad 24 and the upper pad 25 when viewed from the direction of the axis O, and support the lower pad 24 and the upper pad 25 so as to swing.
  • the lower pivot 22 and the upper pivot 23 are formed so that their circumferential dimensions gradually decrease from the radially outer side toward the inner side, and the lower pad 24 and the upper pad 25 are formed at the distal ends thereof. can be rockably supported. In this case, the lower pad 24 and the upper pad 25 are indirectly supported by the ring portion 21 .
  • the four-pad bearing provided with the upper pad 25 has been described as an example.
  • the upper pad 25 may not necessarily be provided, and the above configuration can be applied to a bearing having only the lower pad 24 as well.
  • the auxiliary equipment housed in the housing space V is not limited to a jack, and a device for treating lubricating oil may also be housed in the housing space V.
  • a bearing device 100 is a bearing device 100 that supports a rotating shaft 1 that is rotatable around an axis O that extends in a horizontal direction, and includes: a bearing body 2 that supports the rotating shaft 1; a support ring main body 31 covering the bearing main body 2 from the outer peripheral side; a support ring 3 provided integrally with the support ring main body 31 and having a base portion 32 having a bottom surface 32b facing downward; and a bearing housing 4 having a support surface 41s that abuts against the bottom surface 32b.
  • the support surface 41s is at least aligned with the axis O and the It extends on a straight extension line s1 connecting the center of the lower pad 24 in the circumferential direction.
  • the support surface 41s extends on the extension line s1 of the straight line connecting the axis O and the center of the lower pad 24 in the circumferential direction. It can be directly and stably supported by the surface 41s.
  • a bearing device 100 according to a second aspect is the bearing device 100 of (1), provided between the support ring main body 31 and the ring portion 21, and corresponding to the lower pad 24.
  • the lower key 26 is arranged at a circumferential position and extends in the circumferential direction. Among them, it may extend on a straight extension line s2 connecting the inner circumferential end portion.
  • the radial load from the rotating shaft 1 is transmitted to the bearing housing 4 via the lower key 26. Therefore, it is necessary to support the radial load in the extension range of the lower key 26 in the circumferential direction. According to the above configuration, since the support surface 41s extends on the extension line s2 of the straight line connecting the axis O and the inner circumferential end of the lower key 26, the radial load can be applied more stably. can support.
  • a bearing device 100 according to a third aspect is the bearing device 100 of (1) or (2), wherein the bearing housing 4 includes a bearing housing main body 41 having the support surface 41s formed on the upper portion thereof. and side wall portions 42 which are provided integrally with the bearing housing main body 41 and sandwich the support ring 3 from both sides in the horizontal direction.
  • the radial load from the rotating shaft 1 includes a component pointing horizontally in addition to a vertically downward component. According to the above configuration, the side wall portion 42 can stably bear the component directed in the horizontal direction.
  • a bearing device 100 according to a fourth aspect is the bearing device 100 according to any one of (1) to (3), wherein the bearing housing 4 has a central portion where the support surface 41s does not extend. A concave portion serving as the accommodation space V may be formed in the portion.
  • the vertical position of the support ring 3 can be precisely adjusted by arranging the jack 6 or the like in the accommodation space V, for example.
  • the radial load of the rotating shaft 1 can be stably supported by the bearing box 4 according to the above configuration.
  • a bearing device 100 according to a fifth aspect is the bearing device 100 according to any one of (1) to (4), wherein the bearing main body 2 is directly or It further has an upper pad 25 that is indirectly supported and is in sliding contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 .
  • the upper pad 25 connects the lower pad 24 and the axis O. It may be located on the extension line s1 of the straight line.
  • the upper pad 25 is positioned on the extension line s1 of the straight line connecting the lower pad 24 and the axis O. That is, the upper pads 25 are arranged point-symmetrically with respect to the lower pads 24 with the axis O as a reference. Thereby, the reaction force of the force exerted on the lower pad 24 by the rotating shaft 1 can be stably supported by the upper pad 25 and the lower pad 24 .
  • a rotary machine (steam turbine 200) includes a bearing device 100 according to any one of (1) to (5), a rotating shaft 1 rotatably supported by the bearing device 100, and a casing 10 covering the rotating shaft 1 from the outside.

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Abstract

軸受装置は、水平方向に延びる軸線回りに回転可能な回転軸を支持する軸受装置であって、回転軸を支持する軸受本体と、軸受本体を外周側から覆う支持環本体、及び支持環本体と一体に設けられるとともに下方を向く底面を有する台座部を有する支持環と、支持環と別体に設けられ、底面に当接する支持面を有する軸受箱と、を備え、軸受本体は、回転軸を外周側から覆うリング部と、リング部の内周面によって直接的又は間接的に支持され、回転軸の外周面に摺接する下側パッドと、を有し、軸線方向から見て、支持面は、少なくとも軸線と下側パッドの周方向における中心とを結ぶ直線の延長線上に延在している。

Description

軸受装置、及び回転機械
　本開示は、軸受装置、及び回転機械に関する。
　本願は、２０２１年１０月２９日に日本に出願された特願２０２１－１７７３５７号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えばガスタービンや蒸気タービンを含む回転機械では、回転軸を回転可能に支持するための軸受装置が設けられている。軸受装置としては、回転軸の径方向荷重を支持するジャーナル軸受と、回転軸の軸線（中心軸）方向荷重を支持するスラスト軸受とが用いられる。
　このうち、ジャーナル軸受の一例として下記特許文献１に記載されたものが知られている。下記特許文献１に係る装置は、軸受本体を外周側から覆う筒状の支持環（支持リング）と、この支持環を下方から支持する軸受箱（軸受ケーシング）と、を備えている。軸受箱は、支持環の外周面から軸線を基準として水平方向両側に突出する一対のフランジ部に下方から当接している。
特開平１１－１２５２４６号公報
　しかしながら、上記特許文献１に係る装置では、支持環のフランジが軸受箱によって支持されているものの、回転軸から支持環に対する荷重が、軸心から見て支持環のフランジより内側に強く作用するため、軸受箱が支持環を剛な状態で支持することができずに、支持環が変形する虞がある。その結果、回転軸を安定的に支持することが難しくなってしまう場合がある。
　本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より安定的に回転軸を支持することが可能な軸受装置及び回転機械を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る軸受装置は、水平方向に延びる軸線回りに回転可能な回転軸を支持する軸受装置であって、前記回転軸を支持する軸受本体と、前記軸受本体を外周側から覆う支持環本体、及び該支持環本体と一体に設けられるとともに下方を向く底面を有する台座部を有する支持環と、前記支持環と別体に設けられ、前記底面に当接する支持面を有する軸受箱と、を備え、前記軸受本体は、前記回転軸を外周側から覆うリング部と、該リング部の内周面によって直接的又は間接的に支持され、前記回転軸の外周面に摺接する下側パッドと、を有し、前記軸線方向から見て、前記支持面は、少なくとも前記軸線と前記下側パッドの周方向における中心とを結ぶ直線の延長線上に延在している。
　本開示によれば、より安定的に回転軸を支持することが可能な軸受装置及び回転機械を提供することができる。
本開示の実施形態に係る回転機械（蒸気タービン）の構成を示す模式図である。 本開示の実施形態に係る軸受装置の構成を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る軸受装置の要部拡大断面図である。 本開示の実施形態に係る軸受装置の第一変形例を示す要部拡大断面図である。 本開示の実施形態に係る軸受装置の第二変形例を示す要部拡大断面図である。 本開示の実施形態に係る軸受装置の第三変形例を示す要部拡大断面図である。 本開示の実施形態に係る軸受装置の第四変形例を示す断面図である。
　以下、本開示の実施形態に係る回転機械の一例である蒸気タービン２００、及び軸受装置１００について、図１から図３を参照して説明する。
（蒸気タービンの構成）
　図１に示すように、蒸気タービン２００は、回転軸１と、ケーシング１０と、軸受装置１００（ジャーナル軸受）と、スラスト軸受装置１０１と、を備えている。回転軸１は、軸線Ｏに沿って延びている。回転軸１の軸端は、一対の軸受装置１００と、１つのみのスラスト軸受装置１０１とによって軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。軸受装置１００は、回転軸１に対する径方向の荷重を支持する。スラスト軸受装置１０１は、軸線Ｏ方向の荷重を支持する。
　回転軸１の外周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の動翼段１１が設けられている。それぞれの動翼段１１は、回転軸１の外周面から径方向外側に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数の動翼１２を有する。
　回転軸１のうち、上記の動翼段１１が設けられている部分は、外周側からケーシング１０によって覆われている。ケーシング１０は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。ケーシング１０の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の静翼段１３が設けられている。それぞれの静翼段１３は、ケーシング１０の内周面から径方向内側に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数の静翼１４を有する。上述した動翼段１１と静翼段１３とは、軸線Ｏ方向に交互に配列されている。つまり、一の静翼段１３は、一の動翼段１１に対して軸線Ｏ方向に隣接している。
　ケーシング１０の軸線Ｏ方向一方側には、蒸気供給管１５が設けられている。ケーシング１０の軸線Ｏ方向他方側には、蒸気排出管１６が設けられている。蒸気供給管１５を通じて外部からケーシング１０内に供給された蒸気は、静翼段１３と動翼段１１に交互に衝突することで、回転軸１に回転力を与える。これにより、回転軸１は、軸線Ｏ回りに回転する。
　回転軸１は、水平方向に延びる軸線Ｏに沿って延びる円柱状をなしている。なお、ここで言う「水平方向」は、実質的な水平を指すものであって、製造上のわずかな誤差や設計上の公差は許容される。
（軸受装置の構成）
　図２に示すように、軸受装置１００は、軸受本体２と、支持環３と、軸受箱４と、を備えている。軸受本体２は、リング部２１と、下側パッド２４と、上側パッド２５と、下側キー２６と、上側キー２７と、を有している。
（軸受本体の構成）
　リング部２１は、回転軸１を外周側から覆っている。リング部２１は、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。
　下側パッド２４及び上側パッド２５は、軸線Ｏを中心とする円弧状の断面形状を有し、周方向に延びている。下側パッド２４、及び上側パッド２５の内周面は、潤滑油を介して回転軸１の外周面と摺接する。このように、この軸受本体２は、４つのパッドを有するパッド軸受を構成している。
（支持環の構成）
　支持環３は、支持環本体３１と、台座部３２と、を有している。支持環本体３１は、軸受本体２を外周側から覆っている。支持環本体３１は、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。支持環本体３１の内周面には、一対の下側キー２６と一対の上側キー２７が設けられている。下側キー２６は、軸線Ｏよりも下側の領域に配置されている。上側キー２７は、軸線Ｏよりも上側の領域に配置されている。下側キー２６及び上側キー２７は、支持環本体３１に対して軸受本体２の周方向位置を決めるために設けられている。一対の下側キー２６及び一対の上側キーは、一例として周方向に９０°の間隔をあけて配置されている。
　下側キー２６の周方向位置は、上述した下側パッド２４の周方向位置と対応している。上側キー２７の周方向位置は、上述した上側パッド２５の周方向位置と対応している。また、下側キー２６及び上側キー２７の周方向における寸法は、下側パッド２４及び上側パッド２５の周方向の寸法と同等か、わずかに大きく設定されている。ここで、下側パッド２４が負担した回転軸１の径方向荷重は、下側ピボット２２とリング部２１を介して下側キー２６によって支持される。
　台座部３２は、支持環本体３１の下半部に一体に形成されている。台座部３２は、軸線Ｏ方向から見て略矩形状の断面形状を有している。台座部３２の下側の面は、底面３２ｂとされている。底面３２ｂは、水平面内に延在している。台座部３２の水平方向を向く面は、側面３２ｓとされている。底面３２ｂと側面３２ｓとは、軸線Ｏ方向から見て直交している。
（軸受箱の構成）
　軸受箱４は、支持環３を下方から支持するために別体として設けられている。軸受箱４は、軸受箱本体４１と、一対の側壁部４２と、底部４３と、を有している。軸受箱本体４１は、軸線Ｏ方向から見て矩形状の断面形状を有している。軸受箱本体４１の上側の面は、支持面４１ｓとされている。この支持面４１ｓは、上述した台座部３２の底面３２ｂと当接している。また、この軸受箱本体４１の中央部分（つまり、軸線Ｏの直下の領域であって、支持面４１ｓが延在していない領域）には、ジャッキ６等の装置を収容するための収容空間Ｖとしての凹部が形成されている。ジャッキ６は、支持環３の上下方向位置を調節するために用いられる。つまり、軸受箱本体４１の支持面４１ｓは、この収容空間Ｖによって水平方向に２つに分けられている。
　支持面４１ｓの内側（軸線Ｏ側）の内側端縁４１ｔは、以下のような条件を満たす位置にある。ここで、軸線Ｏ方向から見て、軸線Ｏと下側パッド２４の周方向における中心とを結ぶ直線の延長線をｓ１とする。また、軸線Ｏと下側パッド２４の内側の周方向端部とを結ぶ直線の延長線をｓ２とする。また、軸線Ｏと下側パッド２４の外側の周方向端部とを結ぶ直線の延長線をｓ３とする。支持面４１ｓの内側端縁４１ｔは、これら延長線ｓ１、及び延長線ｓ２よりも内側（つまり、軸線Ｏに近接する側）に位置している。言い換えれば、支持面４１ｓは、少なくともこれら延長線ｓ１、及び延長線ｓ２が位置する部分に延在している。また、支持面４１ｓの外側端縁４１ｕは、これら延長線ｓ１、及び延長線ｓ３よりも外側（つまり、軸線Ｏから離間する側）に位置している。言い換えれば、支持面４１ｓは、少なくともこれら延長線ｓ１、及び延長線ｓ３が位置する部分に延在している。
　詳しくは図３に示すように、支持面４１ｓに平行な仮想平面のうち、延長線ｓ１と延長線ｓ２とで囲まれる部分は、荷重作用面４１ａとされている。さらに、支持面４１ｓに平行な仮想平面のうち、延長線ｓ１と延長線ｓ３とで囲まれる部分は、荷重作用面４１ｂとされている。本実施形態では、支持面４１ｓの内側端縁４１ｔが荷重作用面４１ａよりも内側（軸線Ｏに近接する側）に位置している。言い換えれば、荷重作用面４１ａの全域が、軸受箱本体４１によって支持されている。また、支持面４１ｓの外側端縁４１ｕが、荷重作用面４１ｂよりも外側（軸線Ｏから離隔する側）に位置している。言い換えれば、荷重作用面４１ｂの全域が、軸受箱本体４１によって支持されている。
　側壁部４２は、支持面４１ｓの外側端縁４１ｕから上方に向かって延びている。側壁部４２の内側を向く面である内面４２ｓは、台座部３２の側面３２ｓと当接している。底部４３は、軸受箱本体４１を下方から支持する板状をなしている。
（作用効果）
　従来、軸受装置１００を製造するに当たっては、その適用対象となるガスタービンや蒸気タービンに合わせて、都度個別に設計されることが一般的であった。このため、軸受装置１００の製造コストや工期が増大するという問題があった。そこで、本実施形態に係る軸受装置１００では、軸受本体２を支持する支持環３と軸受箱４とが別体とされている。これにより、軸受本体２の寸法体格に合わせて支持環３のみを個別生産し、軸受箱４を共通化することが可能となる。これにより、製造コストや工期の短縮が可能となる。
　ここで、支持環３を軸受箱４によって安定的に支持するためには、上述した支持面４１ｓの面積が肝要となる。特に、回転軸１による径方向荷重は、軸受箱４に対して、軸線Ｏと下側キー２６の両側の周方向端部とを結ぶ直線の延長線ｓ１，ｓ３で囲まれた範囲に作用する。したがって、これら範囲に何ら荷重を支持するための部材が設けられていない場合には、軸受箱４が支持環３を剛な状態で支持することができずに、支持環３が変形する虞がある。その結果、回転軸１を安定的に支持することが難しくなってしまう。
　そこで、本実施形態では上述のような構成を採っている。上記構成によれば、軸受箱４の支持面４１ｓが、軸線Ｏと下側パッド２４の周方向における中心とを結ぶ直線の延長線ｓ１上に延在している。特に、荷重作用面４１ａの全域が、軸受箱本体４１によって支持されている。回転軸１による径方向荷重を当該支持面４１ｓによって直接的、かつ安定的に支持することができる。その結果、支持環３の変形が抑制され、回転軸１の円滑な回転を維持することができる。
　また、回転軸１による径方向荷重は、下側キー２６を介して軸受箱４に伝わる。したがって、周方向における下側キー２６の延在範囲で、当該径方向荷重を支持する必要がある。上記構成によれば、軸線Ｏと下側キー２６の内側の周方向端部を結ぶ直線の延長線ｓ２、ｓ３上に支持面４１ｓが延在していることから、この径方向荷重をさらに安定的に支持することができる。
　さらに、回転軸１による径方向荷重は、鉛直下向きの成分に加えて、水平方向を向く成分を含んでいる。上記構成によれば、軸受箱４の側壁部４２によって当該水平方向を向く成分を安定的に負担することができる。
　加えて、上記構成によれば、収容空間Ｖに収容されたジャッキ６によって支持環３の上下方向位置を精緻に調節することができる。言い換えると、やむを得ず収容空間Ｖが形成されている場合であっても、上記構成によれば、回転軸１による径方向荷重を軸受箱によって安定的に支持することができる。
　さらに加えて、上記構成によれば、上側パッド２５の周方向における中心が、下側パッド２４の周方向における中心と軸線Ｏとを結ぶ直線の延長線ｓ１上に位置している。つまり、上側パッド２５は、下側パッド２４に対して軸線Ｏを基準として点対称に配置されている。これにより、回転軸１が下側パッド２４に及ぼした力の反力を上側パッド２５によって安定的に支持することができる。
　また、上記構成によれば、上側キー２７の中心が、下側キー２６の中心と軸線Ｏとを結ぶ直線の延長線ｓ１上に位置している。つまり、上側キー２７は、下側キー２６に対して軸線Ｏを基準として点対称に配置されている。これにより、回転軸１が下側キー２６に及ぼした力の反力を上側キー２７によって安定的に支持することができる。
（その他の実施形態）
　以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　上記実施形態では、支持面４１ｓの内側端縁４１ｔが、この荷重作用面４１ａよりも内側（軸線Ｏに近接する側）に位置している例について説明した。しかしながら、第一変形例として図４に示す構成を採ることも可能である。この例では、内側端縁４１ｔが、上述した延長線ｓ２と重なる位置に設けられている。この場合、荷重作用面４１ａの全体を軸受箱本体４１によって支持しつつ、収容空間Ｖの容積を広げることが可能となる。
　さらに、第二変形例として図５に示す構成を採ることも可能である。この例では、内側端縁４１ｔが、延長線ｓ１と延長線ｓ２との間（つまり、荷重作用面４１ａの中途位置）に設けられている。この場合、延長線ｓ１～延長線ｓ３上で作用する最低限の荷重は受け止めつつ、収容空間Ｖの容積をさらに広げることが可能となる。なお、荷重を受け止めつつ、収容空間Ｖの容積を最大化するためには、図６に第三変形例として示す構成を採ることが望ましい。この例では、内側端縁４１ｔが延長線ｓ１上に位置している。
　さらに、上記実施形態では、下側パッド２４及び上側パッド２５はリング部２１に当接するように設けられて、下側パッド２４及び上側パッド２５が直接的にリング部２１によって支持される構成となっている。しかしながら、第四変形例として、図７に示す軸受装置１００´のように、下側パッド２４及び上側パッド２５とリング部２１の間に下側ピボット２２及び上側ピボット２３を設ける構成としてもよい。下側ピボット２２及び上側ピボット２３は、軸線Ｏ方向から見て、下側パッド２４及び上側パッド２５の中心位置に配置され、下側パッド２４及び上側パッド２５を揺動可能に支持する。軸線Ｏ方向から見て、下側ピボット２２及び上側ピボット２３は、径方向外側から内側に向かうに従って周方向の寸法が次第に減少するように形成され、その先端部において下側パッド２４及び上側パッド２５を揺動可能に支持することが可能である。この場合、下側パッド２４及び上側パッド２５は間接的にリング部２１によって支持される構成となる。
　また、上記実施形態では、上側パッド２５が設けられているフォーパッド軸受を例に説明した。しかしながら、上側パッド２５は必ずしも設けられていなくてもよく、下側パッド２４のみを有する軸受にも上記構成を適用することが可能である。また、収容空間Ｖに収容される補器は、ジャッキに限られず、潤滑油を処理するための装置等もこの収容空間Ｖに収容されてよい。
＜付記＞
　各実施形態に記載の軸受装置及び回転機械は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る軸受装置１００は、水平方向に延びる軸線Ｏ回りに回転可能な回転軸１を支持する軸受装置１００であって、前記回転軸１を支持する軸受本体２と、前記軸受本体２を外周側から覆う支持環本体３１、及び該支持環本体３１と一体に設けられるとともに下方を向く底面３２ｂを有する台座部３２を有する支持環３と、前記支持環３と別体に設けられ、前記底面３２ｂに当接する支持面４１ｓを有する軸受箱４と、を備え、前記軸受本体２は、前記回転軸を外周側から覆うリング部２１と、該リング部２１の内周面によって直接的又は間接的に支持され、前記回転軸１の外周面に摺接する下側パッド２４と、を有し、前記軸線Ｏ方向から見て、前記支持面４１ｓは、少なくとも前記軸線Ｏと前記下側パッド２４の周方向における中心とを結ぶ直線の延長線ｓ１上に延在している。
　上記構成によれば、支持面４１ｓが軸線Ｏと下側パッド２４の周方向における中心とを結ぶ直線の延長線ｓ１上に延在していることから、回転軸１による径方向荷重を当該支持面４１ｓによって直接的、かつ安定的に支持することができる。
（２）第２の態様に係る軸受装置１００は、（１）の軸受装置１００であって、前記支持環本体３１と前記リング部２１との間に設けられ、前記下側パッド２４に対応する周方向位置に配置されるとともに周方向に延びる下側キー２６をさらに備え、前記軸線Ｏ方向から見て、前記支持面４１ｓは、少なくとも前記軸線Ｏと前記下側キー２６の周方向端部のうち、内側の前記周方向端部とを結ぶ直線の延長線ｓ２上に延在していてもよい。
　ここで、回転軸１による径方向荷重は、下側キー２６を介して軸受箱４に伝わる。したがって、周方向における下側キー２６の延在範囲で、当該径方向荷重を支持する必要がある。上記構成によれば、軸線Ｏと下側キー２６の内側の周方向端部を結ぶ直線の延長線ｓ２上に支持面４１ｓが延在していることから、この径方向荷重をさらに安定的に支持することができる。
（３）第３の態様に係る軸受装置１００は、（１）又は（２）の軸受装置１００であって、前記軸受箱４は、上部に前記支持面４１ｓが形成された軸受箱本体４１と、該軸受箱本体４１と一体に設けられ、前記支持環３を水平方向の両側から挟持する側壁部４２と、を有してもよい。
　回転軸１による径方向荷重は鉛直下向きの成分に加えて、水平方向を向く成分を含んでいる。上記構成によれば、側壁部４２によって当該水平方向を向く成分を安定的に負担することができる。
（４）第４の態様に係る軸受装置１００は、（１）から（３）のいずれかの軸受装置１００であって、前記軸受箱４には、前記支持面４１ｓが延在していない中央部分に収容空間Ｖとしての凹部が形成されていてもよい。
　上記構成によれば、例えば収容空間Ｖにジャッキ６等を配置することによって支持環３の上下方向位置を精緻に調節することができる。言い換えると、やむを得ず収容空間Ｖが形成されている場合であっても、上記構成によれば、回転軸１による径方向荷重を軸受箱４によって安定的に支持することができる。
（５）第５の態様に係る軸受装置１００は、（１）から（４）のいずれかの軸受装置１００であって、前記軸受本体２は、前記リング部２１の内周面によって直接的又は間接的に支持され、前記回転軸１の外周面に摺接する上側パッド２５をさらに有し、前記軸線Ｏ方向から見て、前記上側パッド２５は、前記下側パッド２４と前記軸線Ｏとを結ぶ直線の延長線ｓ１上に位置していてもよい。
　上記構成によれば、上側パッド２５が、下側パッド２４と軸線Ｏとを結ぶ直線の延長線ｓ１上に位置している。つまり、上側パッド２５は、下側パッド２４に対して軸線Ｏを基準として点対称に配置されている。これにより、回転軸１が下側パッド２４に及ぼした力の反力を上側パッド２５、及び下側パッド２４によって安定的に支持することができる。
（６）第６の態様に係る回転機械（蒸気タービン２００）は、（１）から（５）のいずれかの軸受装置１００と、該軸受装置１００によって回転可能に支持される回転軸１と、該回転軸１を外側から覆うケーシング１０と、を備える。
　上記構成によれば、より安定的に運転することが可能な回転機械（蒸気タービン２００）を提供することができる。
　本開示によれば、より安定的に回転軸を支持することが可能な軸受装置及び回転機械を提供することができる。
１００，１００´　軸受装置
２００　蒸気タービン
１　回転軸
２　軸受本体
３　支持環
４　軸受箱
６　ジャッキ
１０　ケーシング
１１　動翼段
１２　動翼
１３　静翼段
１４　静翼
１５　蒸気供給管
１６　蒸気排出管
２１　リング部
２２　下側ピボット
２３　上側ピボット
２４　下側パッド
２５　上側パッド
２６　下側キー
２７　上側キー
３１　支持環本体
３２　台座部
３２ｂ　底面
３２ｓ　側面
４１　軸受箱本体
４１ｓ　支持面
４１ｔ　内側端縁
４１ｕ　外側端縁
４２　側壁部
４２ｓ　内面
４３　底部
１０１　スラスト軸受装置
Ｏ　軸線
Ｖ　収容空間

Claims (6)

  1. 　水平方向に延びる軸線回りに回転可能な回転軸を支持する軸受装置であって、
    　前記回転軸を支持する軸受本体と、
    　前記軸受本体を外周側から覆う支持環本体、及び該支持環本体と一体に設けられるとともに下方を向く底面を有する台座部を有する支持環と、
    　前記支持環と別体に設けられ、前記底面に当接する支持面を有する軸受箱と、
    　を備え、
    　前記軸受本体は、
    　前記回転軸を外周側から覆うリング部と、
    　該リング部の内周面によって直接的又は間接的に支持され、前記回転軸の外周面に摺接する下側パッドと、
    　を有し、
    　前記軸線方向から見て、前記支持面は、少なくとも前記軸線と前記下側パッドの周方向における中心とを結ぶ直線の延長線上に延在している
    　軸受装置。
  2. 　前記支持環本体と前記リング部との間に設けられ、前記下側パッドに対応する周方向位置に配置されるとともに周方向に延びる下側キーをさらに備え、
    　前記軸線方向から見て、前記支持面は、少なくとも前記軸線と前記下側キーの周方向端部のうち、内側の前記周方向端部とを結ぶ直線の延長線上に延在している
    　請求項１に記載の軸受装置。
  3. 　前記軸受箱は、
    　上部に前記支持面が形成された軸受箱本体と、
    　該軸受箱本体と一体に設けられ、前記支持環を水平方向の両側から挟持する側壁部と、
    　を有する
    　請求項１又は２に記載の軸受装置。
  4. 　前記軸受箱には、前記軸線方向から見て、前記支持面が延在していない中央部分に収容空間としての凹部が形成されている
    　請求項１又は２に記載の軸受装置。
  5. 　前記軸受本体は、前記リング部の内周面によって直接的又は間接的に支持され、前記回転軸の外周面に摺接する上側パッドをさらに有し、
    　前記軸線方向から見て、前記上側パッドは、前記下側パッドと前記軸線とを結ぶ直線の延長線上に位置している
    　請求項１又は２に記載の軸受装置。
  6. 　請求項１又は２に記載の軸受装置と、
    　該軸受装置によって回転可能に支持される回転軸と、
    　該回転軸を外側から覆うケーシングと、
    　を備える回転機械。
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