JP2016098888A - ティルティングパッド軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】軸受すきまの油膜圧力分布を適正に保ち、軸受負荷能力を高く維持し得るティルティングパッド軸受を提供する。
【解決手段】ロータを回転自在に支持するためのティルティングパッド軸受は、ケーシングと、ピボットを支点として揺動可能に前記ケーシングに取り付けられる複数の軸受パッドと、を備える。前記軸受パッドのうち前記ロータに対向する軸受パッド面は、前記ロータの回転方向の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域と、前記第1領域よりも前記回転方向の下流側に位置し、前記第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域と、を含む。
【選択図】 図2
【解決手段】ロータを回転自在に支持するためのティルティングパッド軸受は、ケーシングと、ピボットを支点として揺動可能に前記ケーシングに取り付けられる複数の軸受パッドと、を備える。前記軸受パッドのうち前記ロータに対向する軸受パッド面は、前記ロータの回転方向の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域と、前記第1領域よりも前記回転方向の下流側に位置し、前記第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域と、を含む。
【選択図】 図2
Description
本開示は、ピボットを支点として揺動可能にケーシングに取り付けられた複数の軸受パッドを備えるティルティングパッド軸受に関する。
一般に、すべり軸受の一種として、ティルティングパッド軸受が知られている。ティルティングパッド軸受は、ロータの周方向に配置された複数の軸受パッドによってロータを支持するようになっている。ロータの回転時には、複数の軸受パッドとロータとの間に油膜が形成され、ロータと軸受面の間の潤滑性が確保される。また、複数の軸受パッドはそれぞれが独立して揺動可能な構成となっており、他のすべり軸受よりも不安定振動を起こしにくく、高速のロータであっても安定支持できることから、例えばタービンや風力機械、過給機等の回転機械に幅広く用いられている。
例えば、特許文献1には、軸受パッド背面のピボットを支点として揺動可能に構成された複数の軸受パッドを備えるティルティングパッド軸受が記載されている。また、特許文献2には、荷重を受ける位置に配置された荷重方向パッドの軸受面曲率を軸受中心と同心に形成されたティルティングパッド軸受が記載されている。
ところで、ティルティングパッド軸受においては、軸受パッドの内周面とロータの外周面との間の軸受すきまに潤滑油を引き込み、これらの間に形成されるくさび状油膜の油膜圧力を適正に保つことによって、軸受負荷能力を高く維持している。
しかしながら、ティルティングパッド軸受の作動中(ロータの回転中)、熱変形や圧力変形等によって軸受パッドが変形し、この変形に起因して軸受負荷能力が低下してしまうことがある。例えば、軸受パッドはその背面がピボットでケーシングに支持されているため、ロータから負荷が加わると、ピボットからの押圧力によって軸受パッドが変形してしまうことがある。あるいは、軸受パッドの軸受面はロータと摺動するため摩擦熱により温度が高くなり、軸受面側が熱伸びして軸受パッドが反ってしまうことがある。このように、ティルティングパッド軸受の作動中の軸受パッドの変形に起因して、実際の軸受すきまが設計されたすきま以上に拡がってしまうと、部分的に油膜圧力が低下し、ティルティングパッド軸受の軸受負荷能力が低下する可能性がある。
しかしながら、ティルティングパッド軸受の作動中(ロータの回転中)、熱変形や圧力変形等によって軸受パッドが変形し、この変形に起因して軸受負荷能力が低下してしまうことがある。例えば、軸受パッドはその背面がピボットでケーシングに支持されているため、ロータから負荷が加わると、ピボットからの押圧力によって軸受パッドが変形してしまうことがある。あるいは、軸受パッドの軸受面はロータと摺動するため摩擦熱により温度が高くなり、軸受面側が熱伸びして軸受パッドが反ってしまうことがある。このように、ティルティングパッド軸受の作動中の軸受パッドの変形に起因して、実際の軸受すきまが設計されたすきま以上に拡がってしまうと、部分的に油膜圧力が低下し、ティルティングパッド軸受の軸受負荷能力が低下する可能性がある。
そのため、ティルティングパッド軸受における軸受すきまの油膜圧力分布を適正に維持することが要求される。
この点、特許文献1及び2には、軸受負荷能力を高く維持することを目的として、軸受すきまの油膜圧力分布を適正に維持するための構成については何ら開示されていない。
この点、特許文献1及び2には、軸受負荷能力を高く維持することを目的として、軸受すきまの油膜圧力分布を適正に維持するための構成については何ら開示されていない。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、軸受すきまの油膜圧力分布を適正に保ち、軸受負荷能力を高く維持し得るティルティングパッド軸受を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討した結果、ティルティングパッド軸受の作動中における軸受パッドの変形(例えば熱変形や圧力変形)に起因した軸受すきまの拡大は、ロータの回転方向における軸受パッドの下流側領域においてより一層顕著であることを見出した。具体的には、軸受パッドの下流側領域において、軸受パッドの周方向端部がロータから離れる方向に軸受パッドが反ってしまうため、軸受パッドの下流側領域における軸受すきまが拡大することがわかった。
通常、軸受パッドの内周面とロータの外周面との間の軸受すきまは、軸受パッドの上流側領域から下流側領域に向けて狭くなるくさび形状をしている。そして、軸受すきまに形成されるくさび状油膜の油膜圧力は、上流側領域から下流側領域に向けて高くなる傾向にある。上記したようにティルティングパッド軸受の作動中における軸受パッドの変形は下流側領域において顕著であることから、本来、高い油膜圧力が求められる下流側領域において軸受すきまが広がって油膜圧力が低下してしまい、軸受負荷能力の著しい低下を引き起こしかねない。そのため、軸受負荷能力を高く維持するために、上述の知見に基づいて本発明者等は更に検討を重ね、以下に示す本発明に想到した。
通常、軸受パッドの内周面とロータの外周面との間の軸受すきまは、軸受パッドの上流側領域から下流側領域に向けて狭くなるくさび形状をしている。そして、軸受すきまに形成されるくさび状油膜の油膜圧力は、上流側領域から下流側領域に向けて高くなる傾向にある。上記したようにティルティングパッド軸受の作動中における軸受パッドの変形は下流側領域において顕著であることから、本来、高い油膜圧力が求められる下流側領域において軸受すきまが広がって油膜圧力が低下してしまい、軸受負荷能力の著しい低下を引き起こしかねない。そのため、軸受負荷能力を高く維持するために、上述の知見に基づいて本発明者等は更に検討を重ね、以下に示す本発明に想到した。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るティルティングパッド軸受は、
ロータを回転自在に支持するためのティルティングパッド軸受であって、
ケーシングと、
ピボットを支点として揺動可能に前記ケーシングに取り付けられる複数の軸受パッドと、を備え、
前記軸受パッドのうち前記ロータに対向する軸受パッド面は、
前記ロータの回転方向の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域と、
前記第1領域よりも前記回転方向の下流側に位置し、前記第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域と、を含むことを特徴とする。
ロータを回転自在に支持するためのティルティングパッド軸受であって、
ケーシングと、
ピボットを支点として揺動可能に前記ケーシングに取り付けられる複数の軸受パッドと、を備え、
前記軸受パッドのうち前記ロータに対向する軸受パッド面は、
前記ロータの回転方向の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域と、
前記第1領域よりも前記回転方向の下流側に位置し、前記第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域と、を含むことを特徴とする。
上述したように、本発明者らの知見によって軸受パッドの変形には2つの主な特徴があることがわかっている。1つは、ティルティングパッド軸受の作動中における軸受パッドの変形量が上流側と下流側とで異なる点、もう1つは、軸受パッドの下流側端部がロータから離れる方向に反って変形する点である。
上記(1)の構成によれば、軸受パッド面が、ロータの回転方向の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域と、第1領域よりも回転方向の下流側に位置し、第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域と、を含んでいる。すなわち、軸受パッドの変形量が大きい下流側と、変形量が小さい上流側とで曲率半径を異ならせているため、上流側及び下流側のそれぞれにおいて軸受パッドの変形量に対応した適正な軸受すきまを設定しやすい。また、第2曲率半径を第1曲率半径よりも小さくしているので、軸受パッドの変形によって下流側端部がロータから離れる方向に反ってしまっても、下流側の軸受すきまを適正に保つことができる。
よって、ティルティングパッド軸受における軸受すきまの油膜圧力分布を適正に保ち、軸受負荷能力を高く維持することが可能となる。
上記(1)の構成によれば、軸受パッド面が、ロータの回転方向の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域と、第1領域よりも回転方向の下流側に位置し、第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域と、を含んでいる。すなわち、軸受パッドの変形量が大きい下流側と、変形量が小さい上流側とで曲率半径を異ならせているため、上流側及び下流側のそれぞれにおいて軸受パッドの変形量に対応した適正な軸受すきまを設定しやすい。また、第2曲率半径を第1曲率半径よりも小さくしているので、軸受パッドの変形によって下流側端部がロータから離れる方向に反ってしまっても、下流側の軸受すきまを適正に保つことができる。
よって、ティルティングパッド軸受における軸受すきまの油膜圧力分布を適正に保ち、軸受負荷能力を高く維持することが可能となる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記第1領域の曲率中心は、前記第2領域の曲率中心よりも、前記軸受パッドの上流端側に位置する。
これにより、第2領域における軸受パッドの周方向端部とロータとの間のすきまを、第1領域における軸受パッドの周方向端部とロータとの間のすきまよりも小さくし、軸受パッドの下流側における油膜圧力を維持することができる。
これにより、第2領域における軸受パッドの周方向端部とロータとの間のすきまを、第1領域における軸受パッドの周方向端部とロータとの間のすきまよりも小さくし、軸受パッドの下流側における油膜圧力を維持することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記第1領域と前記第2領域とが、前記ティルティングパッド軸受の軸方向に沿った境界線を介して隣接しており、
前記境界線は、前記ロータ停止時における前記ロータに対する前記軸受パッドの接触領域の外側に位置する。
第1領域と第2領域とが隣接している場合、第1曲率半径と第2曲率半径の変化点(境界線)は尖った形状となるので、ロータの回転停止時に軸受パッドにロータ荷重がかかると前記変化点に高い面圧がかかる可能性がある。
そのため、上記(3)の構成のように、第1領域と第2領域の境界線が、ロータ停止時におけるロータに対する軸受パッドの接触領域の外側に位置することにより、ロータの回転停止時に軸受パッドに対して局所的に高い面圧がかかることを防げる。
前記境界線は、前記ロータ停止時における前記ロータに対する前記軸受パッドの接触領域の外側に位置する。
第1領域と第2領域とが隣接している場合、第1曲率半径と第2曲率半径の変化点(境界線)は尖った形状となるので、ロータの回転停止時に軸受パッドにロータ荷重がかかると前記変化点に高い面圧がかかる可能性がある。
そのため、上記(3)の構成のように、第1領域と第2領域の境界線が、ロータ停止時におけるロータに対する軸受パッドの接触領域の外側に位置することにより、ロータの回転停止時に軸受パッドに対して局所的に高い面圧がかかることを防げる。
(4)一実施形態では、上記(3)の構成において、前記境界線は、前記接触領域よりも前記回転方向の下流側に位置する。
上記(4)の構成によれば、第1領域と第2領域との境界線が、ロータと軸受パッドとの接触領域よりも回転方向の下流側に位置するので、ロータ停止時における軸受パッドの局所的な面圧の発生を防止できる。
また、比較的小さい第2曲率半径を有する第2領域の設置範囲が過度に広いと、ロータの外周面と軸受パッドの接触を回避しつつ、軸受すきまを適正に維持することができるような第2曲率半径を設定することが難しくなってしまう。この点、上記(4)の構成によれば、比較的小さい第2曲率半径を有する第2領域の設置範囲が接触領域の下流側に制限されるから、軸受パッドの下流側端部の変形を考慮して、第2曲率半径を適切に設定しやすくなる。
上記(4)の構成によれば、第1領域と第2領域との境界線が、ロータと軸受パッドとの接触領域よりも回転方向の下流側に位置するので、ロータ停止時における軸受パッドの局所的な面圧の発生を防止できる。
また、比較的小さい第2曲率半径を有する第2領域の設置範囲が過度に広いと、ロータの外周面と軸受パッドの接触を回避しつつ、軸受すきまを適正に維持することができるような第2曲率半径を設定することが難しくなってしまう。この点、上記(4)の構成によれば、比較的小さい第2曲率半径を有する第2領域の設置範囲が接触領域の下流側に制限されるから、軸受パッドの下流側端部の変形を考慮して、第2曲率半径を適切に設定しやすくなる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、前記第1領域と前記第2領域とが、前記ティルティングパッド軸受の軸方向に沿った境界線を介して隣接しており、
前記境界線は、前記ティルティングパッド軸受の周方向における前記ピボットの角度位置をθ0としたとき、(θ0−10度)以上(θ0+10度)以下を除く範囲に位置する。
上記(5)の構成では、第1領域と第2領域との境界線が(θ0−10度)以上(θ0+10度)を除く範囲に位置している。ここで、軸受パッドはピボットを支点としてケーシングに取り付けられているので、ロータは、ピボットを中心とした領域において軸受パッドに接触するようになっている。すなわち、上記(4)の構成によれば、軸受パッドとロータとが高い接触圧力で接触する領域を避けて境界線が設けられることとなる。これにより、ロータの回転停止時に軸受パッドに対して局所的に高い面圧がかかることを防げる。
前記境界線は、前記ティルティングパッド軸受の周方向における前記ピボットの角度位置をθ0としたとき、(θ0−10度)以上(θ0+10度)以下を除く範囲に位置する。
上記(5)の構成では、第1領域と第2領域との境界線が(θ0−10度)以上(θ0+10度)を除く範囲に位置している。ここで、軸受パッドはピボットを支点としてケーシングに取り付けられているので、ロータは、ピボットを中心とした領域において軸受パッドに接触するようになっている。すなわち、上記(4)の構成によれば、軸受パッドとロータとが高い接触圧力で接触する領域を避けて境界線が設けられることとなる。これにより、ロータの回転停止時に軸受パッドに対して局所的に高い面圧がかかることを防げる。
(6)一実施形態では、上記(5)の構成において、前記境界線は、(θ0+10度)よりも大きい角度範囲に位置する。
上記(6)の構成によれば、ロータの回転停止時に軸受パッドに対して局所的に高い面圧がかかることをより確実に防げる。
上記(6)の構成によれば、ロータの回転停止時に軸受パッドに対して局所的に高い面圧がかかることをより確実に防げる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、少なくとも前記ロータの停止時における前記軸受パッド面は、前記ティルティングパッド軸受の軸方向において凹状である。
上記(7)の構成によれば、軸受パッドの変形によって軸方向端部がロータから離れる方向に反ってしまっても、予め軸受パッド面が軸方向において凹状に形成されているので、軸受すきまを適正に保つことができる。
上記(7)の構成によれば、軸受パッドの変形によって軸方向端部がロータから離れる方向に反ってしまっても、予め軸受パッド面が軸方向において凹状に形成されているので、軸受すきまを適正に保つことができる。
(8)また、本発明の少なくとも一実施形態に係るティルティングパッド軸受は、
ロータを回転自在に支持するためのティルティングパッド軸受であって、
ケーシングと、
ピボットを支点として揺動可能に前記ケーシングに取り付けられる複数の軸受パッドと、を備え、
前記軸受パッドのうち前記ロータに対向する軸受パッド面は、少なくとも前記ロータの停止時、前記ティルティングパッド軸受の軸方向において凹状である。
上記(8)の構成によれば、軸受パッドの変形によって軸方向端部がロータから離れる方向に反ってしまっても、予め軸受パッド面が軸方向において凹状に形成されているので、軸受すきまを適正に保つことができる。
ロータを回転自在に支持するためのティルティングパッド軸受であって、
ケーシングと、
ピボットを支点として揺動可能に前記ケーシングに取り付けられる複数の軸受パッドと、を備え、
前記軸受パッドのうち前記ロータに対向する軸受パッド面は、少なくとも前記ロータの停止時、前記ティルティングパッド軸受の軸方向において凹状である。
上記(8)の構成によれば、軸受パッドの変形によって軸方向端部がロータから離れる方向に反ってしまっても、予め軸受パッド面が軸方向において凹状に形成されているので、軸受すきまを適正に保つことができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(7)又は(8)の構成において、前記軸受パッド面は、前記軸方向における端部に対して中央領域が前記ロータから離れた方向に位置するような前記凹状に形成されている。
上記(9)の構成によれば、ティルティングパッド軸受の作動中に、軸受パッドの端部がロータから離れる方向に反って変形してしまっても、軸受すきまが適正に保たれるような軸受パッドの形状に維持できる。
上記(9)の構成によれば、ティルティングパッド軸受の作動中に、軸受パッドの端部がロータから離れる方向に反って変形してしまっても、軸受すきまが適正に保たれるような軸受パッドの形状に維持できる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(7)乃至(9)の何れかの構成において、前記軸方向における前記軸受パッド面の凹み量は、前記ロータの回転方向において前記ピボットよりも上流側に比べて前記ピボットよりも下流側の方が大きい。
ティルティングパッド軸受の作動中、ピボットよりも下流側における軸受すきまは小さくなるから、この狭い軸受すきまを通過しようとする潤滑油と軸受パッド面との間の摩擦熱により、ピボットよりも下流側における軸受パッド面の温度が高くなりやすい。このため、軸受パッドの変形量が大きい下流側において、軸受パッドの熱変形に起因した変形量は比較的大きい。
この点、上記(10)の構成によれば、軸受パッドの変形量が大きい下流側において、軸受すきまを適正に保つことができる。
ティルティングパッド軸受の作動中、ピボットよりも下流側における軸受すきまは小さくなるから、この狭い軸受すきまを通過しようとする潤滑油と軸受パッド面との間の摩擦熱により、ピボットよりも下流側における軸受パッド面の温度が高くなりやすい。このため、軸受パッドの変形量が大きい下流側において、軸受パッドの熱変形に起因した変形量は比較的大きい。
この点、上記(10)の構成によれば、軸受パッドの変形量が大きい下流側において、軸受すきまを適正に保つことができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ティルティングパッド軸受における軸受すきまの油膜圧力分布を適正に保ち、軸受負荷能力を高く維持することが可能となる。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
最初に、図1を参照して、幾つかの実施形態に係るティルティングパッド軸受1の全体構成について説明する。ここで、図1は、幾つかの実施形態におけるティルティングパッド軸受1の全体的な概略構成を示す断面図である。同図は、紙面手前から奥へ向けて延びるロータ10の軸Oに直交する断面を示している。なお、ロータ10の軸Oは、ティルティングパッド軸受1の軸と一致していてもよい。
本実施形態に係るティルティングパッド軸受1は、すべり軸受の一種であって、回転機械のロータ10を回転自在に支持する構成となっており、例えばロータ10のラジアル方向の荷重を支持するジャーナル軸受である。なお、本実施形態に係るティルティングパッド軸受1が適用される回転機械としては、例えば、蒸気タービンやガスタービンや機械駆動用タービン等のタービン、風力発電装置等の風力機械、または過給機などが挙げられる。
図1に示すように、幾つかの実施形態において、ティルティングパッド軸受1は、固定側のケーシング2と、ケーシング2に対してピボット3を支点として揺動可能に取り付けられる複数の軸受パッド4と、を備えている。
ケーシング2は環状に形成されており、このケーシング2にロータ10が挿通されるようになっている。ケーシング2の内周面には複数の軸受パッド4が設けられている。
複数の軸受パッド4は、ケーシング2の周方向に、すなわちロータ10の外周面に沿って、互いに離間して配置されている。図1に示す例では、軸受パッド4は、ケーシング2の周方向に4枚配置された構成を示しているが、軸受パッド4の数や配置はこれに限定されるものではなく、例えばケーシング2の周方向に6枚又は8枚配置されていてもよい。
各々の軸受パッド4は、ピボット3を支点として、少なくともケーシング2の周方向において揺動可能に構成される。なお、各々の軸受パッド4は、ケーシング2の周方向及び軸方向に揺動可能に構成されてもよい。また、ピボット3は、軸受パッド4の周方向における中心位置よりも下流側に位置してもよい。なお、本実施形態において、軸受パッド4の周方向とは、ロータ10の周方向、ティルティングパッド軸受1の周方向と同義である。
複数の軸受パッド4は、ケーシング2の周方向に、すなわちロータ10の外周面に沿って、互いに離間して配置されている。図1に示す例では、軸受パッド4は、ケーシング2の周方向に4枚配置された構成を示しているが、軸受パッド4の数や配置はこれに限定されるものではなく、例えばケーシング2の周方向に6枚又は8枚配置されていてもよい。
各々の軸受パッド4は、ピボット3を支点として、少なくともケーシング2の周方向において揺動可能に構成される。なお、各々の軸受パッド4は、ケーシング2の周方向及び軸方向に揺動可能に構成されてもよい。また、ピボット3は、軸受パッド4の周方向における中心位置よりも下流側に位置してもよい。なお、本実施形態において、軸受パッド4の周方向とは、ロータ10の周方向、ティルティングパッド軸受1の周方向と同義である。
各々の軸受パッド4は、ロータ10に対向する軸受パッド面5と、ケーシング2に対向する背面6と、を有している。
各々の軸受パッド4の軸受パッド面5と、ロータ10の外周面との間の軸受すきま8には、潤滑油が供給されるようになっている。潤滑油の給油方式には、例えば、油浴方式や直接潤滑方式が用いられる。油浴方式は、ケーシング2の内部を潤滑油で満たし、軸受パッド4とロータ10との摺動部を潤滑油で浸漬する方式である。直接潤滑方式は、隣り合う軸受パッド4間に配置されたノズルにより、軸受パッド4とロータ10との摺動部に潤滑油を直接供給する方式である。直接潤滑方式の変形例として、軸受パッド4に形成された給油孔を介して軸受パッド4とロータ10との摺動部に潤滑油を直接供給する方式を採用してもよい。あるいは、これらの方式を組み合わせた給油方式を採用してもよい。
各々の軸受パッド4の軸受パッド面5と、ロータ10の外周面との間の軸受すきま8には、潤滑油が供給されるようになっている。潤滑油の給油方式には、例えば、油浴方式や直接潤滑方式が用いられる。油浴方式は、ケーシング2の内部を潤滑油で満たし、軸受パッド4とロータ10との摺動部を潤滑油で浸漬する方式である。直接潤滑方式は、隣り合う軸受パッド4間に配置されたノズルにより、軸受パッド4とロータ10との摺動部に潤滑油を直接供給する方式である。直接潤滑方式の変形例として、軸受パッド4に形成された給油孔を介して軸受パッド4とロータ10との摺動部に潤滑油を直接供給する方式を採用してもよい。あるいは、これらの方式を組み合わせた給油方式を採用してもよい。
図2は比較例におけるティルティングパッド軸受の概略構成を示す部分断面図であり、図2(a)は停止時のティルティングパッド軸受の状態を示し、図2(b)は作動時のティルティングパッド軸受の状態を示している。図2(a)及び(b)では、一つの軸受パッド4のみを示し、他の軸受パッド4は省略している。なお、停止時とはロータ10が停止している時であり、作動時とはロータ10が回転している時である。
図2(a)に示すように、ティルティングパッド軸受1の停止時(ロータ10の停止時)、軸受パッド面5の上流側端部51とロータ10の外周面との間の軸受すきま8と、下流側端部52とロータ10の外周面との間の軸受すきま8とは所定の間隔に維持されている。ここで、上流側端部51とは、ロータ10の回転方向(図2(b)の矢印方向)における上流側の軸受パッド面5の端部のことであり、下流側端部52とは、ロータ10の回転方向(図2(b)の矢印方向)における下流側の軸受パッド面5の端部のことである。
図2(b)に示すように、ティルティングパッド軸受1の作動時(ロータ10の回転時)、ロータ10の回転によって、軸受パッド4の軸受パッド面5とロータ10の外周面との間の軸受すきま8に上流側端部51側から潤滑油が引き込まれ、軸受すきま8にくさび状油膜が形成される。このとき、軸受パッド4はピボット3を中心に傾くので、軸受パッド面5の上流側端部51とロータ10の外周面との間の軸受すきま8は停止時に比べて拡がり、軸受パッド面5の下流側端部52とロータ10の外周面との間の軸受すきま8は停止時に比べて狭まる。
図2(a)に示すように、ティルティングパッド軸受1の停止時(ロータ10の停止時)、軸受パッド面5の上流側端部51とロータ10の外周面との間の軸受すきま8と、下流側端部52とロータ10の外周面との間の軸受すきま8とは所定の間隔に維持されている。ここで、上流側端部51とは、ロータ10の回転方向(図2(b)の矢印方向)における上流側の軸受パッド面5の端部のことであり、下流側端部52とは、ロータ10の回転方向(図2(b)の矢印方向)における下流側の軸受パッド面5の端部のことである。
図2(b)に示すように、ティルティングパッド軸受1の作動時(ロータ10の回転時)、ロータ10の回転によって、軸受パッド4の軸受パッド面5とロータ10の外周面との間の軸受すきま8に上流側端部51側から潤滑油が引き込まれ、軸受すきま8にくさび状油膜が形成される。このとき、軸受パッド4はピボット3を中心に傾くので、軸受パッド面5の上流側端部51とロータ10の外周面との間の軸受すきま8は停止時に比べて拡がり、軸受パッド面5の下流側端部52とロータ10の外周面との間の軸受すきま8は停止時に比べて狭まる。
ここで、図3を参照して、図2(b)に示した作動時のティルティングパッド軸受1における各状態値の一例について説明する。図3では各状態値として、計測により得られた実測値を示している。なお、図3Aは、軸受パッドの周方向位置における計測メタル温度分布を示すグラフである。図3Bは、軸受パッドの周方向位置における油膜圧力分布を示すグラフである。図3Cは、軸受パッドの周方向位置における油膜厚さ分布(軸受すきま分布)を示すグラフである。図3A〜図3Cにおいて、パッド周方向の0%は上流側端部51の位置であり、パッド周方向の100%は下流側端部52の位置である。
図3Aに示すように、軸受パッド4の計測メタル温度は、パッド周方向において下流側端部52側の方が上流側端部51側よりも高くなっている。また、図3Bに示すように、軸受すきま8の油膜圧力もパッド周方向において下流側端部52側の方が上流側端部51側よりも高くなっている。さらに、図3Cに示すように、軸受すきま8の油膜厚さは、パッド周方向において上流側端部51が一番厚く、下流側端部52に向けて徐々に薄くなっており、軸受すきま8にくさび状油膜が形成されている。すなわち、ロータ10の回転によって軸受すきま8に潤滑油が引き込まれ、軸受すきま8がくさび形状となっている。通常、この軸受すきま8が適正なくさび形状となることで、軸受すきま8の油膜圧力が適正に保たれ、ティルティングパッド軸受1の軸受負荷能力が高く維持される。
ところで、軸受パッド4の下流側端部52側の軸受すきま8が狭まって下流側端部52側における油膜厚さが薄くなると、下流側端部52側における計測メタル温度が上昇する。軸受パッド4の温度上昇は、軸受パッド4の熱変形を引き起こす。
この熱変形に加えて、軸受パッド4の変形要因として圧力変形が考えられる。すなわち、軸受パッド4は、背面6をピボット3で支持されており、ピボット3以外の部分はフリーの状態であるため、軸受パッド面5に圧力が与えられると、ピボット3以外の部分がロータ10から離れる方向に沿ってしまうことがある。
このように、熱変形や圧力変形に起因した軸受パッド4の変形によって、作動時に軸受すきま8が適正なくさび形状とならず、特に図3Cの符号60で示す下流側端部52側の領域において軸受すきま8が設計値よりも大きくなってしまうことがある。
この熱変形に加えて、軸受パッド4の変形要因として圧力変形が考えられる。すなわち、軸受パッド4は、背面6をピボット3で支持されており、ピボット3以外の部分はフリーの状態であるため、軸受パッド面5に圧力が与えられると、ピボット3以外の部分がロータ10から離れる方向に沿ってしまうことがある。
このように、熱変形や圧力変形に起因した軸受パッド4の変形によって、作動時に軸受すきま8が適正なくさび形状とならず、特に図3Cの符号60で示す下流側端部52側の領域において軸受すきま8が設計値よりも大きくなってしまうことがある。
図4は、FEM解析により得られた軸受パッド面5の変形分布を示す図である。同図は、図2(b)に示した作動時のティルティングパッド軸受1における軸受パッド面5の変形量の分布を示す図である。変形量は、停止時の軸受パッド面5に対する作動時の軸受パッド面5の厚さ方向における相対位置変化を絶対値で示したものである。変形量0は、停止時における軸受パッド面5の位置と、作動時における軸受パッド面5の位置が変化していないことを意味する。なお、軸受パッド面5の略中央部における変形量が0に近い領域はピボット3の支持点およびその周辺であり、背面6がピボット3に支持されていることから変形が少ない。
図4に示すように、作動時の軸受パッド面5は、下流側端部52側においてピボット3の支持点を中心として端部側が反り、軸受パッド面5はロータ10側に凸の曲面となる。特に、下流側端部52側における変形率が大きくなっており、軸受パッド4の下流側領域における軸受すきま8が拡大している。軸受パッド4の下流側領域における軸受すきま8の拡大は、図3Cに示した軸受すきま分布の符号60で示す下流側端部52側の領域にもみられる。
図4に示すように、作動時の軸受パッド面5は、下流側端部52側においてピボット3の支持点を中心として端部側が反り、軸受パッド面5はロータ10側に凸の曲面となる。特に、下流側端部52側における変形率が大きくなっており、軸受パッド4の下流側領域における軸受すきま8が拡大している。軸受パッド4の下流側領域における軸受すきま8の拡大は、図3Cに示した軸受すきま分布の符号60で示す下流側端部52側の領域にもみられる。
上述したように、作動時において軸受パッド面5とロータ10の外周面との間の軸受すきま8はくさび形状となる。しかし、熱変形や圧力変形に起因した軸受パッド4の変形によって、本来、高い油膜圧力が求められる下流側領域において軸受すきま8が拡がると、ティルティングパッド軸受1の軸受負荷能力の著しい低下を引き起こす可能性がある。
そこで、本実施形態に係るティルティングパッド軸受1は、軸受負荷能力を高く維持するために以下の構成をさらに備える。
図5は、一実施形態におけるティルティングパッド軸受1を示す部分断面図であって、図5(a)は停止時におけるティルティングパッド軸受1の状態を示し、図5(b)は作動時におけるティルティングパッド軸受1の状態を示し、図5(c)は軸受パッド4の断面図を示している。図5(a)及び(b)では、一つの軸受パッド4のみを示し、他の軸受パッド4は省略している。なお、図5は、紙面手前から奥へ向けて延びるロータ10の軸O(図1参照)に直交する断面を示している。
一実施形態において、ティルティングパッド軸受1は、軸受パッド4の軸受パッド面5が、ロータ10の回転方向(図中矢印の方向)の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域54と、第1領域54よりも回転方向の下流側に位置し、第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域55と、を含むように構成される。
具体的に、軸受パッド4は、ロータ10の外周面に沿って湾曲した軸受パッド面5と、ケーシング2の内周面に沿って湾曲した背面6と、を有する。軸受パッド面5は、少なくとも、第1曲率半径を有する第1領域54と、第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域55と、を含む。図5に示す例では、軸受パッド面5は、互いに異なる曲率半径を有する2つの領域が境界線53を介して隣接して設けられた構成となっている。但し、図示されない例として、軸受パッド面5は、それぞれが異なる曲率半径を有する3つ以上の領域を含んでいてもよい。例えば、軸受パッド面5は、上流側端部51を含む第1領域と、下流側端部52を含む第2領域と、周方向において第1領域と第2領域との間に位置する第3領域とを有している。この場合、第3領域の曲率半径は、第1領域の曲率半径と第2領域の曲率半径の間であってもよい。
また、第1領域54及び第2領域55の曲率中心は、いずれもロータ10側に位置する。
軸受パッド4の背面6も同様に、周方向において、ロータ10側に曲率中心が位置するような曲率半径を有して湾曲している。背面6は、ケーシング2に沿って形成されるため、周方向において一つの曲率半径を有するように一律な湾曲面を有していてもよい。
さらに、第1領域54が上流側端部51を含むように位置し、第2領域55が下流側端部52を含むように位置する場合、ティルティングパッド軸受1は、停止時において上流側端部51とロータ10との間の軸受すきま8の方が、下流側端部52とロータ10との間の軸受すきま8よりも大きくなるように構成されてもよい。
軸受パッド4の背面6も同様に、周方向において、ロータ10側に曲率中心が位置するような曲率半径を有して湾曲している。背面6は、ケーシング2に沿って形成されるため、周方向において一つの曲率半径を有するように一律な湾曲面を有していてもよい。
さらに、第1領域54が上流側端部51を含むように位置し、第2領域55が下流側端部52を含むように位置する場合、ティルティングパッド軸受1は、停止時において上流側端部51とロータ10との間の軸受すきま8の方が、下流側端部52とロータ10との間の軸受すきま8よりも大きくなるように構成されてもよい。
上述したように、本発明者らの知見によって軸受パッド4の変形には2つの主な特徴があることがわかっている。1つは、ティルティングパッド軸受1の作動中における軸受パッド4の変形量が上流側と下流側とで異なる点、もう1つは、軸受パッド面5の下流側端部52がロータ10から離れる方向に反って変形する点である。
上記実施形態によれば、軸受パッド面5が、ロータ10の回転方向の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域54と、第1領域54よりも回転方向の下流側に位置し、第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域55と、を含んでいる。すなわち、軸受パッド4の変形量が大きい下流側と、変形量が小さい上流側とで曲率半径を異ならせているため、上流側及び下流側のそれぞれにおいて軸受パッド4の変形量に対応した適正な軸受すきま8を設定しやすい。また、第2曲率半径を第1曲率半径よりも小さくしているので、軸受パッド4の変形によって下流側端部52がロータ10から離れる方向に反ってしまっても、下流側の軸受すきま8を適正に保つことができる。
よって、ティルティングパッド軸受1における軸受すきま8の油膜圧力分布を適正に保ち、ティルティングパッド軸受1の軸受負荷能力を高く維持することが可能となる。
よって、ティルティングパッド軸受1における軸受すきま8の油膜圧力分布を適正に保ち、ティルティングパッド軸受1の軸受負荷能力を高く維持することが可能となる。
図6A及び図6Bに、図5に示した実施形態におけるティルティングパッド軸受1と、図2に示した比較例におけるティルティングパッド軸受1に関して、停止時及び作動時におけるそれぞれの油膜厚さを比較したグラフを示す。なお、図6Aは、停止時の本実施形態及び比較例におけるティルティングパッド軸受1の油膜厚さを示すグラフである。図6Bは、作動時の本実施形態及び比較例におけるティルティングパッド軸受1の油膜厚さを示すグラフである。図6A及び図6Bにおいて、軸受パッド周方向位置は、ピボット位置を0°とし、上流側端部51側が負の値、下流側端部52側が正の値となっている。
図6Aに示すように、ティルティングパッド軸受1の停止時、比較例におけるティルティングパッド軸受1は、ピボット位置である0°で油膜厚さが最も小さく、上流側端部51側及び下流側端部52側へ向かうにつれて油膜厚さが大きくなっている。上流側端部51の油膜厚さは下流側端部52の油膜厚さよりも大きい。実施形態におけるティルティングパッド軸受1は、ピボット位置である0°で油膜厚さが最も小さく、上流側端部51側へ向かうにつれて油膜厚さが大きくなっており、下流側端部52側はほぼ一定の値となっている。実施形態におけるティルティングパッド軸受1においても、上流側端部51の油膜厚さは下流側端部52の油膜厚さよりも大きい。
図6Bに示すように、ティルティングパッド軸受1の作動時、比較例におけるティルティングパッド軸受1は、上流側端部51側から下流側端部52側へ向けて油膜厚さが小さくなっており、油膜は概ねくさび形状をなしているが、符号62で示す下流側端部52近傍で油膜厚さが拡がっている。これに対して、実施形態におけるティルティングパッド軸受1は、上流側端部51側から下流側端部52側へ向けて油膜厚さが小さくなっており、符号62で示す下流側端部52近傍でも油膜厚さが拡がらず、下流側端部52近傍では油膜厚さが概ね一定の値となっている。
これらのグラフからも、本実施形態によれば、ティルティングパッド軸受1における軸受すきま8の油膜圧力分布を適正に保ち、ティルティングパッド軸受1の軸受負荷能力を高く維持することが可能であることが明らかである。
図6Bに示すように、ティルティングパッド軸受1の作動時、比較例におけるティルティングパッド軸受1は、上流側端部51側から下流側端部52側へ向けて油膜厚さが小さくなっており、油膜は概ねくさび形状をなしているが、符号62で示す下流側端部52近傍で油膜厚さが拡がっている。これに対して、実施形態におけるティルティングパッド軸受1は、上流側端部51側から下流側端部52側へ向けて油膜厚さが小さくなっており、符号62で示す下流側端部52近傍でも油膜厚さが拡がらず、下流側端部52近傍では油膜厚さが概ね一定の値となっている。
これらのグラフからも、本実施形態によれば、ティルティングパッド軸受1における軸受すきま8の油膜圧力分布を適正に保ち、ティルティングパッド軸受1の軸受負荷能力を高く維持することが可能であることが明らかである。
一実施形態において、第1領域54の曲率中心は、第2領域55の曲率中心よりも、軸受パッド4の上流端側に位置する。
上記実施形態によれば、第2領域55における軸受パッド4の周方向端部(図5に示す構成例では下流側端部52)とロータ10との間の軸受すきま8を、第1領域54における軸受パッド4の周方向端部(図5に示す構成例では上流側端部51)とロータ10との間の軸受すきま8よりも小さくし、軸受パッド4の下流側における油膜圧力を維持することができる。
また、第2領域の曲率中心は、作動時におけるロータ10と軸受パッド4との位置関係において、第2曲率半径の曲率中心は、ロータ10の軸O(図1参照)と一致するように構成されていてもよい。これにより、ティルティングパッド軸受1の作動時、第2領域55における軸受パッド4の周方向端部とロータ10との間の軸受すきまを適正な大きさに設定しやすくなる。
上記実施形態によれば、第2領域55における軸受パッド4の周方向端部(図5に示す構成例では下流側端部52)とロータ10との間の軸受すきま8を、第1領域54における軸受パッド4の周方向端部(図5に示す構成例では上流側端部51)とロータ10との間の軸受すきま8よりも小さくし、軸受パッド4の下流側における油膜圧力を維持することができる。
また、第2領域の曲率中心は、作動時におけるロータ10と軸受パッド4との位置関係において、第2曲率半径の曲率中心は、ロータ10の軸O(図1参照)と一致するように構成されていてもよい。これにより、ティルティングパッド軸受1の作動時、第2領域55における軸受パッド4の周方向端部とロータ10との間の軸受すきまを適正な大きさに設定しやすくなる。
図7は、一実施形態における軸受パッド4を示す平面図である。同図は、軸受パッド4を軸受パッド面5から視た図である。よってピボット3は、不図示の背面6側に設けられるため実際は図に表れないが、理解を容易にするために図中にはピボット3による支持点を示している。
図7に示すように、一実施形態では、第1領域54と第2領域55とが、ティルティングパッド軸受1の軸方向に沿った境界線53を介して隣接しており、この境界線53は、停止時におけるロータ10に対する軸受パッド4の接触領域57の外側に位置する。図示される例では、境界線53は、軸方向に沿って直線状に形成されている。ただし、境界線53は、軸方向に対して傾斜して直線状に形成されていてもよいし、軸方向に概ね沿った曲線状に形成されていてもよい。
図7に示すように、一実施形態では、第1領域54と第2領域55とが、ティルティングパッド軸受1の軸方向に沿った境界線53を介して隣接しており、この境界線53は、停止時におけるロータ10に対する軸受パッド4の接触領域57の外側に位置する。図示される例では、境界線53は、軸方向に沿って直線状に形成されている。ただし、境界線53は、軸方向に対して傾斜して直線状に形成されていてもよいし、軸方向に概ね沿った曲線状に形成されていてもよい。
第1領域54と第2領域55とが隣接している場合、第1曲率半径と第2曲率半径の変化点(境界線53)は尖った形状となるので、ロータ10の回転停止時に軸受パッド4にロータ荷重がかかると変化点に高い面圧がかかる可能性がある。そのため、上記実施形態のように、第1領域54と第2領域55の境界線53が、停止時におけるロータ10に対する軸受パッド4の接触領域57の外側に位置することにより、ロータ10の回転停止時に軸受パッド4に対して局所的に高い面圧がかかることを防げる。また、作動中はピボット3を中心に軸受パッド4が傾いているため、境界線53とロータ10とは接触しないが、停止中に境界線53とロータ10とが接触する可能性が高くなる。そのため、上記実施形態のように、境界線53が、停止時におけるロータ10に対する軸受パッド4の接触領域57の外側に位置することにより、境界線53とロータ10との接触を確実に回避することができる。
第1領域54と第2領域55との境界線53は、接触領域57よりも回転方向の下流側に位置するようにしてもよい。このように、境界線53が、ロータ10と軸受パッド4との接触領域57よりも回転方向の下流側に位置することによって、停止時における軸受パッド4の局所的な面圧の発生を防止できる。また、比較的小さい第2曲率半径を有する第2領域55の設置範囲が過度に広いと、ロータ10の外周面と軸受パッド4の接触を回避しつつ、軸受すきま8を適正に維持することができるような第2曲率半径を設定することが難しくなってしまう。この点、上記構成によれば、比較的小さい第2曲率半径を有する第2領域55の設置範囲が接触領域57の下流側に制限されるから、軸受パッド4の下流側端部52の変形を考慮して、第2曲率半径を適切に設定しやすくなる。
図8は、他の実施形態における軸受パッドを示す平面図である。同図は、軸受パッド4を軸受パッド面5から視た図である。よってピボット3は、不図示の背面6側に設けられるため実際は図に表れないが、理解を容易にするために図中にはピボット3による支持点を示している。
他の実施形態では、第1領域54と第2領域55とが、ティルティングパッド軸受1の軸方向に沿った境界線53を介して隣接しており、この境界線53は、周方向におけるピボット3の角度位置をθ0としたとき、(θ0−10°)以上(θ0+10°)以下を除く範囲に位置する。すなわち、境界線53は、図8におけるハッチングで示す領域を除いた範囲に位置する。
他の実施形態では、第1領域54と第2領域55とが、ティルティングパッド軸受1の軸方向に沿った境界線53を介して隣接しており、この境界線53は、周方向におけるピボット3の角度位置をθ0としたとき、(θ0−10°)以上(θ0+10°)以下を除く範囲に位置する。すなわち、境界線53は、図8におけるハッチングで示す領域を除いた範囲に位置する。
上記実施形態では、第1領域54と第2領域55との境界線53が(θ0−10°)以上(θ0+10°)以下を除く範囲に位置している。ここで、軸受パッド4はピボット3を支点としてケーシング2(図1参照)に取り付けられているので、ロータ10は、ピボット3を中心とした領域において軸受パッド4に接触するようになっている。すなわち、上記実施形態によれば、軸受パッド4とロータ10とが高い接触圧力で接触する領域を避けて境界線53が設けられることとなる。これにより、ロータ10の回転停止時に軸受パッド4に対して局所的に高い面圧がかかることを防げる。
この場合、第1領域54と第2領域55との境界線53は、(θ0+10°)よりも大きい角度範囲に位置してもよい。図8において、(θ0+10°)よりも大きい角度範囲とは、境界線53の右側の範囲である。
この場合、第1領域54と第2領域55との境界線53は、(θ0+10°)よりも大きい角度範囲に位置してもよい。図8において、(θ0+10°)よりも大きい角度範囲とは、境界線53の右側の範囲である。
上述した実施形態とは別に、本実施形態に係るティルティングパッド軸受1は、軸受負荷能力を高く維持するために以下の構成を備えていてもよい。
図9は、他の実施形態における軸受パッド4の斜視図であって、図9(a)は停止時における軸受パッド4の状態を示し、図9(b)は作動時における軸受パッド4の状態を示す。すなわち、図9(b)は、熱変形及び圧力変形に起因して軸受パッド4が変形した後の状態を示している。
図9(a)に示すように、他の実施形態に係る軸受パッド4は、少なくともロータ10の停止時における軸受パッド面5が、ティルティングパッド軸受1の軸方向において凹状となるように構成されている。同図において、凹状に形成されていない軸受パッド面5’は比較として示している。仮想線としての軸受パッド面5’は、軸方向において直線状に形成されている。これに対して他の実施形態に係る軸受パッド4は、軸方向に沿った任意の断面において、軸受パッド面5がティルティングパッド軸受1の軸方向において凹状となるように構成されている。このとき、軸受パッド面5は、熱変形及び圧力変形に起因した軸受パッド4の変形量に対応して、凹み量が設定されていてもよい。例えば、図4に示すように、FEM解析等によって軸受パッド面5の変形分布を予め取得しておき、この変形分布に基づいて軸受パッド面5の周方向又は軸方向の各位置における凹み量を設定してもよい。
図9(a)に示すように、他の実施形態に係る軸受パッド4は、少なくともロータ10の停止時における軸受パッド面5が、ティルティングパッド軸受1の軸方向において凹状となるように構成されている。同図において、凹状に形成されていない軸受パッド面5’は比較として示している。仮想線としての軸受パッド面5’は、軸方向において直線状に形成されている。これに対して他の実施形態に係る軸受パッド4は、軸方向に沿った任意の断面において、軸受パッド面5がティルティングパッド軸受1の軸方向において凹状となるように構成されている。このとき、軸受パッド面5は、熱変形及び圧力変形に起因した軸受パッド4の変形量に対応して、凹み量が設定されていてもよい。例えば、図4に示すように、FEM解析等によって軸受パッド面5の変形分布を予め取得しておき、この変形分布に基づいて軸受パッド面5の周方向又は軸方向の各位置における凹み量を設定してもよい。
上記実施形態によれば、軸受パッド4の変形によって軸方向端部がロータ10から離れる方向に反ってしまっても、予め軸受パッド面5が軸方向において凹状に形成されているので、軸受すきま8を適正に保つことができる。
図10は、比較例における軸受パッド4の斜視図であって、図10(a)は停止時における軸受パッド4の状態を示し、図10(b)は作動時における軸受パッド4の状態を示す。
図10(a)に示すように、軸受パッド面5が凹状に形成されておらず、軸方向において直線状に形成されている場合、図10(b)に示すように、作動時には熱変形及び圧力変形に起因した軸受パッド4の変形によって、ピボット3の位置を中心として端部側が沿ってしまう(図4参照)。この点、上述したように本実施形態では、少なくともロータ10の停止時における軸受パッド面5が、ティルティングパッド軸受1の軸方向において凹状となるように構成されているので、軸受すきま8を適正に保つことができる。
図10(a)に示すように、軸受パッド面5が凹状に形成されておらず、軸方向において直線状に形成されている場合、図10(b)に示すように、作動時には熱変形及び圧力変形に起因した軸受パッド4の変形によって、ピボット3の位置を中心として端部側が沿ってしまう(図4参照)。この点、上述したように本実施形態では、少なくともロータ10の停止時における軸受パッド面5が、ティルティングパッド軸受1の軸方向において凹状となるように構成されているので、軸受すきま8を適正に保つことができる。
また、軸受パッド面5は、軸方向における端部に対して中央領域がロータ10から離れた方向に位置するような凹状に形成されていてもよい。
これにより、ティルティングパッド軸受1の作動中に、軸受パッド4の端部がロータ10から離れる方向に反って変形してしまっても、軸受すきま8が適正に保たれるような軸受パッド4の形状に維持できる。
これにより、ティルティングパッド軸受1の作動中に、軸受パッド4の端部がロータ10から離れる方向に反って変形してしまっても、軸受すきま8が適正に保たれるような軸受パッド4の形状に維持できる。
図11Aは、他の実施形態における軸受パッド4の平面図である。同図は、軸受パッド4を軸受パッド面5から視た図である。よってピボット3は、不図示の背面6側に設けられるため実際は図に表れないが、理解を容易にするために図中にはピボット3による支持点を示している。図11Bは、図11Aの各切断面11〜14における軸受パッド4の断面を示す図である。具体的には、図11Aの上流側端部51側から下流側端部52側へ向けて順に、切断面11〜14が位置する。すなわち、切断面11は最も上流側端部51に近い面であり、切断面14は最も下流側端部52に近い面である。各切断面11〜14は、軸方向に沿った断面である。図11Bに示す軸受パッド面11aは、軸受パッド4を切断面11で切断した断面における軸受パッド面5であり、軸受パッド面12aは、軸受パッド4を切断面12で切断した断面における軸受パッド面5であり、軸受パッド面13aは、軸受パッド4を切断面13で切断した断面における軸受パッド面5であり、軸受パッド面14aは、軸受パッド4を切断面14で切断した断面における軸受パッド面5である。なお、これらの切断面11〜14のうち、切断面11,12はピボット3よりも上流側に位置し、切断面13,14はピボット3よりも下流側に位置している。
図11A及び図11Bに示すように、他の実施形態における軸受パッド4は、軸受パッド面5の軸方向における凹み量が、ピボット3よりも回転方向の上流側に比べて、ピボット3よりも回転方向の下流側の方が大きくなるように構成されている。これらの図に示す例では、軸受パッド4の上流側から下流側へ向けて、軸受パッド面5の軸方向における凹み量が徐々に大きくなっている。なお、各切断面における軸受パッド面5の凹み量はこの構成に限定されるものではない。すなわち、ピボット3よりも上流側の切断面11,12における軸受パッド面11a,12aの凹み量の大小関係は限定されない。同様に、ピボット3よりも下流側の切断面13,14における軸受パッド面13a,14aの凹み量の大小関係は限定されない。例えば、最も下流側の切断面14における軸受パッド面14aよりも上流側に近い切断面13における軸受パッド面13aの方が、軸方向における凹み量が大きくてもよい。ただし、これらの場合においても、ピボット3よりも上流側の任意の位置における軸受パッド面5の凹み量に比べて、ピボット3よりも下流側の任意の位置における軸受パッド面5の凹み量の方が大きくなる関係は維持されるものとする。
ティルティングパッド軸受1の作動中、ピボット3よりも下流側における軸受すきま8は小さくなるから、この狭い軸受すきま8を通過しようとする潤滑油と軸受パッド面5との間の摩擦熱により、ピボット3よりも下流側における軸受パッド面5の温度が高くなりやすい。このため、軸受パッド4の変形量が大きい下流側において、軸受パッド4の熱変形に起因した変形量は比較的大きい。
この点、上記実施形態によれば、軸受パッド4の変形量が大きい下流側において、軸受すきま8を適正に保つことができる。
この点、上記実施形態によれば、軸受パッド4の変形量が大きい下流側において、軸受すきま8を適正に保つことができる。
上述したように、本発明の実施形態によれば、ティルティングパッド軸受1における軸受すきま8の油膜圧力分布を適正に保ち、軸受負荷能力を高く維持することが可能となる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
上記実施形態では一例として、図5,図7及び図8に示す実施形態と、図9,図11A及び図11Bに示す実施形態とを別の実施形態として記載しているが、これらの実施形態を組み合わせた構成としてもよい。
上記実施形態では一例として、図5,図7及び図8に示す実施形態と、図9,図11A及び図11Bに示す実施形態とを別の実施形態として記載しているが、これらの実施形態を組み合わせた構成としてもよい。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1 ティルティングパッド軸受
2 ケーシング
3 ピボット
4 軸受パッド
5,11a〜14a 軸受パッド面
6 背面
10 ロータ
11〜14 切断面
51 上流側端部
52 下流側端部
53 境界線
54 第1領域
55 第2領域
57 接触領域
2 ケーシング
3 ピボット
4 軸受パッド
5,11a〜14a 軸受パッド面
6 背面
10 ロータ
11〜14 切断面
51 上流側端部
52 下流側端部
53 境界線
54 第1領域
55 第2領域
57 接触領域
Claims (10)
- ロータを回転自在に支持するためのティルティングパッド軸受であって、
ケーシングと、
ピボットを支点として揺動可能に前記ケーシングに取り付けられる複数の軸受パッドと、を備え、
前記軸受パッドのうち前記ロータに対向する軸受パッド面は、
前記ロータの回転方向の上流側に位置し、第1曲率半径を有する第1領域と、
前記第1領域よりも前記回転方向の下流側に位置し、前記第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径を有する第2領域と、を含むことを特徴とするティルティングパッド軸受。 - 前記第1領域の曲率中心は、前記第2領域の曲率中心よりも、前記軸受パッドの上流端側に位置することを特徴とする請求項1に記載のティルティングパッド軸受。
- 前記第1領域と前記第2領域とが、前記ティルティングパッド軸受の軸方向に沿った境界線を介して隣接しており、
前記境界線は、前記ロータ停止時における前記ロータに対する前記軸受パッドの接触領域の外側に位置することを特徴とする請求項1又は2に記載のティルティングパッド軸受。 - 前記境界線は、前記接触領域よりも前記回転方向の下流側に位置することを特徴とする請求項3に記載のティルティングパッド軸受。
- 前記第1領域と前記第2領域とが、前記ティルティングパッド軸受の軸方向に沿った境界線を介して隣接しており、
前記境界線は、前記ティルティングパッド軸受の周方向における前記ピボットの角度位置をθ0としたとき、(θ0−10度)以上(θ0+10度)以下を除く範囲に位置することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のティルティングパッド軸受。 - 前記境界線は、(θ0+10度)よりも大きい角度範囲に位置することを特徴とする請求項5に記載のティルティングパッド軸受。
- 少なくとも前記ロータの停止時における前記軸受パッド面は、前記ティルティングパッド軸受の軸方向において凹状であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載のティルティングパッド軸受。
- ロータを回転自在に支持するためのティルティングパッド軸受であって、
ケーシングと、
ピボットを支点として揺動可能に前記ケーシングに取り付けられる複数の軸受パッドと、を備え、
前記軸受パッドのうち前記ロータに対向する軸受パッド面は、少なくとも前記ロータの停止時、前記ティルティングパッド軸受の軸方向において凹状であることを特徴とするティルティングパッド軸受。 - 前記軸受パッド面は、前記軸方向における端部に対して中央領域が前記ロータから離れた方向に位置するような前記凹状に形成されていることを特徴とする請求項7又は8に記載のティルティングパッド軸受。
- 前記軸方向における前記軸受パッド面の凹み量は、前記ロータの回転方向において前記ピボットよりも上流側に比べて前記ピボットよりも下流側の方が大きいことを特徴とする請求項7乃至9の何れか一項に記載のティルティングパッド軸受。
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