JP2008151239A - Tilting pad type bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば蒸気タービンの滑り軸受のように、タービンや発電機等の大型回転機械の回転軸を支承するティルティングパッド型軸受に関する。 The present invention relates to a tilting pad type bearing that supports a rotating shaft of a large rotating machine such as a turbine or a generator, such as a sliding bearing of a steam turbine.
従来、タービンや発電機等の大型回転機械においては、その回転軸を支承するために、たとえば図8に示すようなティルティングパッド型軸受(以下、「軸受」と呼ぶ)10が用いられている。
この軸受10は、軸受ハウジング12に配設され、ピボット13を中心に揺動(傾斜)可能な複数個のティルティングパッド(以下、「パッド」と呼ぶ)11よりなり、回転軸1の回転により面間15に楔形油膜を形成するものである。この軸受10は、荷重方向に軸中心が偏心するため振動安定性に優れており、高速回転機械で広く採用されている。
Conventionally, in large rotating machines such as turbines and generators, for example, tilting pad type bearings (hereinafter referred to as “bearings”) 10 as shown in FIG. 8 are used to support the rotating shaft. .
The
このような軸受10においては、キャリーオーバー現象によるパッド11の温度上昇が軸受の負荷能力を制限している。このキャリーオーバー現象とは、周方向へ複数に分割されて配設されているパッド11間において、回転軸1の回転方向上流側に配置されたパッド11上に潤滑膜を形成した潤滑油Lhが、隣接するパッド11間で十分に冷却されることなく高温のまま下流側のパッド11に流れ込む現象のことである。この結果、下流側のパッド11に給油される低温の潤滑油Lcは、上流側から流れ込む高温の作動油潤滑油Lhとの混合により、面間15の入口に給油される初期温度が上昇する。
In such a
上述したスラスト軸受のキャリーオーバー現象を防止する対策として、パッド間にスクレーパを挿入する方法が提案されている。(たとえば、特許文献1参照)
また、ティルティングパッド型軸受においては、反負荷側パッドに適切な圧力を生じさせてパッドの揺動を防止するため、反負荷側のパッドに切欠を設けることが提案されている。(たとえば、特許文献2参照)
In the tilting pad type bearing, it has been proposed to provide a notch in the pad on the anti-load side in order to generate an appropriate pressure on the pad on the anti-load side to prevent the pad from swinging. (For example, see Patent Document 2)
しかしながら、上述したスクレーパを挿入するキャリーオーバー現象対策は、スクレーパとカラーとが接触するため、両部品間の摩擦により回転負荷となるトルクが発生する問題や、接触部の摩耗による低寿命化の問題が指摘されている。
また、上述した問題の解決策として非接触式のスクレーパを採用する場合には、パッド後縁の半径位置とジャーナル間の隙間(たとえば数十μm程度)にスクレーパの上端を位置決めする必要がある。このため、非接触式のスクレーパは、理論上成立すると考えられるものの、数μm程度になるであろうスクレーパの位置制御を安価かつシンプルな構成で実現することは極めて困難なことと推測される。
さらに、起動時においては、スクレーパ上端がパッド後縁の半径方向位置より外側に位置していなければジャーナルと接触する恐れがあり、従って、運転時にはパッド後縁よりも内側に位置する必要がある。このため、スクレーパは半径方向に可動な機構を有する必要があるため、装置を複雑にするという問題が生じてくる。
However, because the scraper and collar are in contact with each other as described above, the scraper and collar are in contact with each other, so there is a problem of torque that becomes a rotational load due to friction between both parts, and a problem of shortening the service life due to wear of the contact part. Has been pointed out.
Further, when a non-contact type scraper is employed as a solution to the above-described problem, it is necessary to position the upper end of the scraper at the radial position of the pad trailing edge and the gap between the journals (for example, about several tens of μm). For this reason, although it is considered that a non-contact type scraper is theoretically established, it is estimated that it is extremely difficult to realize the position control of the scraper which will be about several μm with an inexpensive and simple configuration.
Further, at the time of start-up, if the upper end of the scraper is not located outside the radial position of the pad trailing edge, the scraper may come into contact with the journal. Therefore, it is necessary to be located inside the pad trailing edge during operation. For this reason, since the scraper needs to have a mechanism movable in the radial direction, there arises a problem of complicating the apparatus.
このように、ティルティングパッド型軸受においては、その軸受負荷能力を増すため、キャリーオーバー現象によるパッド温度の上昇をシンプルな構造で確実に抑制することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、キャリーオーバー現象によるパッド温度の上昇をシンプルな構造で確実に抑制することができるティルティングパッド型軸受を提供することにある。
As described above, in the tilting pad type bearing, in order to increase the bearing load capacity, it is desired to reliably suppress an increase in the pad temperature due to the carry-over phenomenon with a simple structure.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a tilting pad type bearing that can reliably suppress an increase in pad temperature due to a carry-over phenomenon with a simple structure. There is to do.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明は、周方向に分割されるとともに傾斜自在なティルティングパッドを介して回転軸を支持するティルティングパッド型軸受であって、
前記ティルティングパッドの高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路を備えていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention is a tilting pad type bearing that supports a rotating shaft via a tilting pad that is divided in the circumferential direction and is tiltable.
A bypass flow path for introducing a part of the lubricating oil from the periphery of the high temperature region of the tilting pad and flowing it out is provided.
このようなティルティングパッド型軸受によれば、ティルティングパッドの高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路を備えているので、下流側のティルティングパッドに流れ込む高温の潤滑油は、その一部がバイパス流路から流出して減少する。このため、下流側のティルティングパッドにおいては、新たに供給される低温の潤滑油に上流側から高温の潤滑油が流れ込んで生じる温度上昇するキャリーオーバー現象を抑制できる。 According to such a tilting pad type bearing, since the bypass flow path for introducing a part of the lubricating oil from the periphery of the high temperature region of the tilting pad and flowing out is provided, the high temperature flowing into the tilting pad on the downstream side is provided. Part of the lubricating oil flows out of the bypass flow path and decreases. For this reason, in the downstream tilting pad, it is possible to suppress a carry-over phenomenon in which the temperature rises as a result of the high temperature lubricating oil flowing into the newly supplied low temperature lubricating oil from the upstream side.
上記の発明において、前記バイパス流路は、前記高温領域周辺に開口する導入口から下流側パッド用給油部の近傍に開口する流出口まで前記ティルティングパッド内を貫通して設けられた通油孔であることが好ましく、これにより、下流側のティルティングパッドに生じるキャリーオーバー現象を抑制できる。
この場合、下流側パッド用給油部の近傍に開口する流出口は、高温の潤滑油を給油部のノズルより外周側に向けて流出させることが好ましい。
In the above invention, the bypass flow path is provided through the inside of the tilting pad from the inlet opening around the high temperature region to the outlet opening near the downstream pad oil supply section. It is preferable that the carryover phenomenon occurring in the downstream tilting pad can be suppressed.
In this case, it is preferable that the outlet opening opened in the vicinity of the downstream pad oil supply part allows high-temperature lubricating oil to flow out from the nozzle of the oil supply part toward the outer peripheral side.
上記の発明において、前記導入口を形成するパッド側壁面は周方向へ徐々に傾斜を増すことが好ましく、これにより、流路下面側が滑らかな流路を形成することができる。このため、流路上面側より下面側の流速分布が拡大するので、バイパス流路に導入する潤滑油の量を増すことができる。
上記の発明において、前記導入口は上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されていることが好ましく、これにより、入口が広がってバイパス流路に導入する潤滑油の量を増すことができる。
In the above invention, it is preferable that the pad side wall surface forming the inlet gradually increases in the circumferential direction, whereby a smooth channel can be formed on the channel lower surface side. For this reason, since the flow velocity distribution on the lower surface side from the upper surface side of the flow path is expanded, the amount of lubricating oil introduced into the bypass flow path can be increased.
In the above invention, the introduction port is preferably formed in a divergent inlet shape with the upstream side expanded in the axial direction, thereby increasing the amount of lubricating oil introduced into the bypass flow path by expanding the inlet. Can do.
上記の発明において、前記バイパス流路は、前記高温領域周辺に設けられて周方向へ徐々に深さを増す堰と、該堰の内部に開口する導入口から下流側パッド用給油部の近傍に開口する流出口まで前記ティルティングパッド内を貫通して設けられた通油孔とを備えていることが好ましく、これにより、堰の下部に流れ込んだ高温の潤滑油を通油孔から積極的に流出させることができる。
この場合の堰は、ティルティングパッドの回転軸方向にパッド幅の少なくとも一部を残して設けることが好ましく、これにより、堰下流側においても面間圧力を確保することができる。
In the above invention, the bypass flow path is provided near the high temperature region and gradually increases in depth in the circumferential direction, and from the inlet opening to the inside of the weir to the vicinity of the downstream pad oil supply portion. It is preferable to provide an oil passage hole provided through the tilting pad to the outlet port that opens, and thereby, the hot lubricating oil that has flowed into the lower part of the weir is actively passed from the oil hole. Can be drained.
In this case, the weir is preferably provided with at least a part of the pad width left in the direction of the rotation axis of the tilting pad, so that the inter-surface pressure can be secured even on the downstream side of the weir.
上記の発明において、前記堰は上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されていることが好ましく、これにより、堰の入口が広がってバイパス流路に導入する潤滑油の量を増すことができる。 In the above invention, the weir is preferably formed in a divergent inlet shape with the upstream side widened in the axial direction, whereby the inlet of the weir spreads and the amount of lubricating oil introduced into the bypass channel is increased. be able to.
上述した本発明によれば、ティルティングパッドにおいて最も油温が高くなる高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路を設けたので、下流側のティルティングパッドに流れ込む高温の潤滑油は、その一部がバイパス流路から流出して減少する。このため、下流側のティルティングパッドにおいては、新たに供給される低温の潤滑油に上流側から高温の潤滑油が流れ込んで温度上昇するキャリーオーバー現象を抑制できるようになり、従って、パッド温度の抑制によりティルティングパッド型軸受の軸受負荷能力を増すという顕著な効果が得られる。
また、本発明のバイパス流路は、ティルティングパッドを機械加工するというシンプルな構造で確実に実現できるので、新たな部品の追加が不要となるだけでなく、ティルティングパッドを使用する既存の軸受に対して容易に適用可能である。
According to the present invention described above, the bypass flow path for introducing a part of the lubricating oil from the periphery of the high temperature region where the oil temperature is highest in the tilting pad is provided, so that the high temperature flowing into the downstream tilting pad. A part of the lubricating oil flows out of the bypass channel and decreases. For this reason, in the downstream tilting pad, it becomes possible to suppress the carry-over phenomenon in which the high temperature lubricating oil flows into the newly supplied low temperature lubricating oil from the upstream side and the temperature rises. The remarkable effect of increasing the bearing load capacity of the tilting pad type bearing is obtained by the suppression.
In addition, the bypass flow path of the present invention can be reliably realized with a simple structure in which the tilting pad is machined, so that not only the addition of new parts is unnecessary, but also an existing bearing using the tilting pad. Can be easily applied.
以下、本発明に係るティルティング型軸受の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図4は、ティルティング型軸受の概略構成を示す断面図である。図示のティルティング型軸受(以下、「軸受」と呼ぶ)10は、回転軸1を周囲より支持する複数のティルティングパッド(以下、「パッド」と呼ぶ)11を備えている。このパッド11は、軸受ハウジング12の内部で周方向に4分割された配置とされるが、この分割数については特に限定されるものではない。さらに、各パッド11は、その外周面がピボット13を介して軸受ハウジング12の内周面に揺動自在に支持されている。すなわち、軸受10は、周方向に分割されるとともに、傾斜(揺動)自在なパッド11を介して回転軸1を支持するように構成されている。
Hereinafter, an embodiment of a tilting bearing according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the tilting type bearing. The illustrated tilting bearing (hereinafter referred to as “bearing”) 10 includes a plurality of tilting pads (hereinafter referred to as “pads”) 11 that support the rotating
上述した軸受10は、各ティルティングパッド11の近傍に潤滑油を供給する給油部として給油ノズル20を備えている。この給油ノズル20は、回転軸1が回転していく方向のティルティングパッド11に向けて給油する。以下の説明では、回転軸1が回転していく方向を下流側と呼び、従って、各給油ノズル20は、下流側に位置するティルティングパッド11に対して潤滑油を給油することとなる。そして、このような給油を行うことにより、回転軸1とティルティングパッド11との面間15においては、上流側から下流側へ移動していく潤滑油により楔形の油膜が形成される。
The
<第1の実施形態>
以下、本発明に係るティルティング型軸受の第1の実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。
この実施形態のパッド11Aは、面間15の高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路30を備えている。ここで、高温領域は、上流側に位置する給油ノズル20から給油され、面間15を通って下流側へ流出する潤滑油が最も高温となる領域のことである。すなわち、油膜を形成する潤滑油は、回転軸1とパッド11Aとの面間15を上流側の入口15aから下流側の出口15bへ移動する過程で温度上昇するため、下流側の流出出口(パッド11Aの下流側端部)15b近傍が最も油温の上昇した高温領域となる。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a tilting bearing according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The
上述したバイパス流路30は、高温領域周辺に開口する導入口31から下流側パッド用の給油ノズル20の近傍に開口する流出口32まで、パッド11A内を貫通して直線状に設けられている。このバイパス流路30は、たとえば図2(a)に示すように、パッド11Aの幅方向に複数本を等ピッチで平行に並べて設けてもよいし、あるいは、図2(b)に示すように、幅広に形成した1本を設けてもよい。
特に、バイパス流路30の流出口32は、下流側パッド用の給油ノズル20から流出して面間15に供給される低温の潤滑油との混合を防止または抑制するとともに、下流側パッド用の給油ノズル20から潤滑油が逆流することを防止するため、給油ノズル20の流出口よりも外周側となる軸受ハウジング12の方向に向けられて開口していることが好ましい。このようなバイパス流路30は、パッド11Aを機械加工することによって容易に形成できるので、新たな部品等を追加する必要がなく、従って、既存の軸受10を改造することも含めて容易に採用可能となる。
The
In particular, the
この結果、面間15を流れる潤滑油は、最も油温が高くなる高温領域の近傍に開口する導入口31から、高温となった潤滑油の一部がバイパス流路30に導入される。このため、面間15を通り下流側の出口15bから下流側のパッド11Aに向けて流出する高温の潤滑油量が減少するので、下流側のパッド11Aに給油する低温の潤滑油は、高温の潤滑油との混合量低減により初期温度の温度上昇が抑制される。すなわち、給油ノズル20から給油される低温の潤滑油においては、上流側のパッド11Aから流入する高温の潤滑油との混合により温度上昇するキャリーオーバー現象が抑制される。
As a result, the lubricating oil flowing through the inter-surface 15 is partially introduced into the
また、上述した高温領域は、面間15における圧力の最大位置より下流側にあるため、バイパス流路30の形成が軸受10の負荷能力を低下させる程の致命的な影響は生じない。すなわち、バイパス流路30の導入口31は面間15で最も圧力が高い位置と重ならない位置にあるため、導入口31と大気圧になる流出口32との圧力差は比較的小さくなり、従って、導入口31からバイパス流路31に流出する潤滑油量は、導入口31の下流側に形成する油膜の必要量を十分に残して確保できるものとなる。
Further, since the above-described high temperature region is on the downstream side from the maximum pressure position in the
また、上述したバイパス流路30の導入口31は、パッド11A側の壁面が外周方向へ徐々に傾斜を増すように形成されていることが好ましい。具体的には、面間15からバイパス流路10に潤滑油を導入する導入口31のパッド側壁面31aが、角のない滑らかな曲面形状に形成されている。このような導入口31は、直進して下流側の出口15bに至る面間15の流路上面側よりも、バイパス流路30に導かれる流路下面側の速度分布を拡大させるため、導入口31に角部のあるバイパス流路30と比較して、バイパス流路30に導入される潤滑油量の割合を増すことができる。
Moreover, it is preferable that the
また、図3に示す変形例では、導入口31Aが上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されている。すなわち、パッド11Aの導入口31Aは、回転軸31側から見たA矢視(図1(a)参照)において、上流側の入口幅Wがバイパス流路30より広く徐々に狭められた溝形状になっているので、上述した実施形態のものと比較してバイパス流路30に導入する潤滑油量を増すことができる。
In addition, in the modification shown in FIG. 3, the
<第2の実施形態>
続いて、本発明に係るティルティング型軸受の第2の実施形態を図5から図7に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態のパッド11Bは、バイパス流路30Aが、高温領域部周辺に設けられて周方向へ上流側から下流側へ徐々に深さを増す堰40と、該堰40の内部に開口する導入口31Aから下流側のパッド用給油部である給油ノズル20の近傍に開口する流出口32Aまで、パッド11B内を貫通して設けられた通油孔50とを備えている。このように構成されたパッド11Bは、回転軸1の全周にわたって配設される。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the tilting type bearing according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The
この場合、流出口32Aが開口する給油ノズル20の近傍は、給油ノズル20から供給される低温の潤滑油との混合が全くないか最小限に抑えられる範囲を意味している。具体的に説明すると、たとえば図5(b)に示す構成例では、回転軸1の軸方向となるパッド11Bの両側端部に流出口32Aを開口させる通油孔50とし、流出した高温の潤滑油が給油ノズル20から供給される潤滑油との混合を防止している。また、図6(b)に示す構成例では、パッド11Bの周方向下流側に開口する流出口32Aへ向けて斜めに傾斜させた通油孔50を形成することにより、給油ノズル20から供給される潤滑油との混合を防止している。
In this case, the vicinity of the
ところで、上述した実施形態においては、堰40をパッド11Bの軸方向へ全幅にわたって設けると下流側の油膜形成に問題が生じるため、堰40が設けられていないパッド面を少なくとも一部に残す必要がある。この結果、堰40の下流側においても、回転軸1とパッド11Bとの間に必要な面間圧力を確保することができる。また、回転軸1の起動時において、回転軸1が堰40の段付部との干渉により損傷する恐れもない。
By the way, in the above-described embodiment, if the
このような構成とすれば、面間15内を入口15aから出口15bに移動して油膜を形成する潤滑油は、高温領域周辺で高温の潤滑油が堰40に流入する。この潤滑油は堰40内に開口する導入口31Aから通油孔50に流れ込み、この通油孔50を通って流出口32Aから給油ノズル20の近傍に流出する。従って、堰40を設けたことにより、堰40に流れ込んだ高温の潤滑油を通油孔50から積極的に流出させることができる。
With such a configuration, the lubricating oil that moves in the inter-surface 15 from the
また、図7に示す変形例では、堰40Aが上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されている。すなわち、堰40Aは、上述した導入口31Aと同様に、上流側の入口幅Wが堰40Aより広く徐々に狭められた溝形状になっているので、上述した実施形態のものと比較して堰40Aに導入する潤滑油量を増すことができる。
このように、本実施形態の堰40,40Aは、反負荷側パッドの周方向揺動(フラッタリング)を防止する従来技術と異なり、軸受10の負荷能力を低下させることなく堰下部から高温の潤滑油を排出してキャリーオーバー現象を低減するものである。
In the modification shown in FIG. 7, the
As described above, the
上述した本発明によれば、パッド11A,11Bにおいて最も潤滑油の油温が高くなる高温領域周辺から、潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路30,30Aを設けたので、下流側のパッド11A,11Bに流れ込む高温の潤滑油は、その一部がバイパス流路30,30Aから流出して減少する。このため、下流側のパッド11A,11Bにおいては、新たに供給される低温の潤滑油に上流側から高温の潤滑油が流れ込んで温度上昇するキャリーオーバー現象をシンプルな構造で確実に抑制できるので、パッド温度の抑制により軸受10の軸受負荷能力を増すことができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
According to the present invention described above, the
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
1 回転軸
10 ティルティングパッド型軸受(軸受)
11A,11B ティルティングパッド(パッド)
12 軸受ハウジング
13 ピボット
20 給油ノズル
30,30A バイパス流路
40 堰
50 通油孔
1 Rotating
11A, 11B Tilting pad (pad)
12
Claims (6)
前記ティルティングパッド潤滑面の高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路を備えていることを特徴とするティルティングパッド型軸受。 A tilting pad type bearing that supports a rotating shaft via a tilting pad that is divided in the circumferential direction and is tiltable.
A tilting pad type bearing comprising a bypass flow path for introducing a part of lubricating oil from a periphery of a high temperature region of the lubricating surface of the tilting pad.
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