JP2019138455A - Journal bearing and rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ジャーナル軸受及び回転機械に関するものである。 The present invention relates to a journal bearing and a rotating machine.
従来、ジャーナル軸受として、回転軸の周囲に複数のパッドを設けたティルティングパッドジャーナル軸受が知られている(例えば、特許文献1参照)。この軸受は、回転軸とパッドとの間に油膜を形成すると共に、ケーシングに対してパッドを搖動させて、回転軸を支持している。このため、軸受は、油膜を介して回転軸を支持することで回転軸の回転を許容しつつ、回転軸が励振する場合であっても、油膜の減衰効果により回転軸の振動を減衰させることが可能となっている。 Conventionally, a tilting pad journal bearing in which a plurality of pads are provided around a rotating shaft is known as a journal bearing (see, for example, Patent Document 1). The bearing supports the rotating shaft by forming an oil film between the rotating shaft and the pad and swinging the pad relative to the casing. For this reason, the bearing supports the rotation shaft through the oil film, and allows the rotation of the rotation shaft to attenuate the rotation shaft by the damping effect of the oil film even when the rotation shaft is excited. Is possible.
ところで、回転軸の軸方向が水平方向となる場合、ティルティングパットジャーナル軸受は、回転軸の下方側を支持すればよいことから、軸受を簡易な構成とすべく、回転軸の上方側のパッドを省いた軸受、つまり、回転軸の下方側にのみパッドを設けた軸受としている場合がある。このような軸受では、回転軸の上方側に、回転軸の逸脱を抑制するための金属製のガイド部材が設けられている。この場合、回転軸とガイド部材との間には油膜が形成されないため、回転軸が励振する場合であっても、油膜の減衰効果を期待することができない。また、回転軸とガイド部材とが摺動することで、回転損失を生じさせる可能性がある。 By the way, when the axial direction of the rotating shaft is the horizontal direction, the tilting pad journal bearing only needs to support the lower side of the rotating shaft, so that the pad on the upper side of the rotating shaft can be configured in a simple configuration. In other words, the bearing may be a bearing provided with a pad only on the lower side of the rotating shaft. In such a bearing, a metal guide member is provided on the upper side of the rotating shaft to suppress deviation of the rotating shaft. In this case, since an oil film is not formed between the rotating shaft and the guide member, even if the rotating shaft is excited, the damping effect of the oil film cannot be expected. Moreover, there is a possibility of causing a rotation loss by sliding the rotating shaft and the guide member.
そこで、本発明は、簡易な構成としつつ、回転損失を抑制し、回転軸を好適に減衰させることができるジャーナル軸受及び回転機械を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the journal bearing and rotary machine which can suppress a rotation loss and can attenuate a rotating shaft suitably, making it a simple structure.
本発明のジャーナル軸受は、水平方向に沿った方向が軸方向となる回転軸を軸支するジャーナル軸受において、前記回転軸の周囲に設けられるケーシングと、前記回転軸の鉛直方向の下方側に対向して設けられると共に、前記ケーシングに対して搖動自在に設けられ、前記回転軸との間に潤滑膜を形成して、前記回転軸を支持する軸受パッドと、前記回転軸の鉛直方向の上方側に対向して設けられると共に、前記ケーシングに対して固定して設けられ、前記回転軸との間に潤滑膜を形成して、前記回転軸を覆う固定パッドと、を備え、前記回転軸の静止時において、前記回転軸の第1中心点と、前記回転軸に対向する前記固定パッドの内周面における曲率半径の第2中心点とは、前記回転軸の回転時において、前記第1中心点と前記第2中心点とが一致するように、オフセットされていることを特徴とする。 The journal bearing of the present invention is a journal bearing that supports a rotating shaft whose axial direction is the direction along the horizontal direction, and is opposed to a casing provided around the rotating shaft and a lower side in the vertical direction of the rotating shaft. And a bearing pad that is provided so as to be freely slidable with respect to the casing, forms a lubricating film with the rotating shaft, and supports the rotating shaft, and an upper side in the vertical direction of the rotating shaft. And a fixed pad that is fixed to the casing and that forms a lubricating film between the rotating shaft and covers the rotating shaft. The first center point of the rotating shaft and the second center point of the radius of curvature of the inner peripheral surface of the fixed pad facing the rotating shaft are the first center point when the rotating shaft rotates. And the second center Doo is to match, characterized in that it is offset.
この構成によれば、回転軸の回転時において、第1中心点と第2中心点とが一致することで、回転軸と固定パッドとの隙間が周方向において一様の隙間になる。回転軸と固定パッドとの隙間が一様な隙間となる場合、固定パッドにおいて大きな圧力が発生し難いものとなる。このため、固定パッドでは大きな圧力が発生し難いことから、回転軸の回転抵抗が抑制されるため、回転損失の増大を抑制することができる。一方で、回転軸が回転することにより励振すると、回転軸と固定パッドとの間には油膜が形成されていることから、油膜による減衰機能が発揮され、これにより、回転軸を好適に減衰させることができる。以上から、上方側の軸受パッドを省いた簡易な構成としつつ、回転軸の回転損失を抑制し、回転軸の励振時において回転軸を好適に減衰させることができる。なお、回転軸の静止時における第1中心点と第2中心点とのオフセット量は、定格運転時において第1中心点と第2中心点とが一致するオフセット量となっている。 According to this configuration, when the rotating shaft rotates, the first center point and the second center point coincide with each other so that the gap between the rotating shaft and the fixed pad becomes a uniform gap in the circumferential direction. When the gap between the rotating shaft and the fixed pad is a uniform gap, it is difficult for large pressure to be generated in the fixed pad. For this reason, since it is difficult for a fixed pad to generate a large pressure, the rotational resistance of the rotating shaft is suppressed, and therefore an increase in rotational loss can be suppressed. On the other hand, when the rotating shaft is excited by rotation, an oil film is formed between the rotating shaft and the fixed pad, so that a damping function by the oil film is exhibited, thereby suitably damping the rotating shaft. be able to. From the above, it is possible to suppress the rotation loss of the rotating shaft and to suitably attenuate the rotating shaft during excitation of the rotating shaft while adopting a simple configuration in which the upper bearing pad is omitted. The offset amount between the first center point and the second center point when the rotating shaft is stationary is an offset amount at which the first center point and the second center point coincide with each other during rated operation.
また、前記回転軸の静止時から回転時までに遷移する前記第1中心点の移動量を偏心量とし、前記回転軸と前記固定パッドとの間の距離をすきま量とし、前記偏心量/前記すきま量を偏心率とすると、前記固定パッドは、前記回転軸の静止時における前記第1中心点と前記第2中心点とのオフセット量が、前記偏心率が0.6から0.7までの範囲となるように、配置されることが、好ましい。 The amount of movement of the first center point that transitions from when the rotating shaft is stationary to when rotating is defined as an eccentric amount, and the distance between the rotating shaft and the fixed pad is defined as a clearance amount, and the amount of eccentricity / When the clearance is an eccentricity, the fixed pad has an offset amount between the first central point and the second central point when the rotating shaft is stationary, and the eccentricity is 0.6 to 0.7. It is preferable that they are arranged so as to be in a range.
この構成によれば、回転軸の回転時において、回転軸と固定パッドとのすきまが適切となるオフセット量にすることができる。 According to this configuration, it is possible to set the offset amount so that the clearance between the rotating shaft and the fixed pad is appropriate when the rotating shaft rotates.
また、前記ケーシングに対する前記固定パッドの位置を調整して、前記回転軸の静止時における前記第1中心点と前記第2中心点とのオフセット量を調整する位置調整機構を、さらに備えることが、好ましい。 And a position adjusting mechanism for adjusting an offset amount between the first center point and the second center point when the rotating shaft is stationary by adjusting a position of the fixed pad with respect to the casing. preferable.
この構成によれば、位置調整機構によりケーシングに対する固定パッドの位置を調整することで、第1中心点と第2中心点とのオフセット量を適切なものにすることができる。 According to this configuration, the offset amount between the first center point and the second center point can be made appropriate by adjusting the position of the fixed pad with respect to the casing by the position adjusting mechanism.
また、前記固定パッドの内周面に設けられる軟質金属層を、さらに備えることが、好ましい。 Moreover, it is preferable to further include a soft metal layer provided on the inner peripheral surface of the fixed pad.
この構成によれば、軟質金属層を設けることで、固定パッドによる回転軸へのダメージの軽減を図ることができる。なお、軟質金属層としては、例えば、ホワイトメタルである。 According to this configuration, by providing the soft metal layer, it is possible to reduce damage to the rotating shaft by the fixed pad. In addition, as a soft metal layer, it is a white metal, for example.
また、前記回転軸の運転状態に基づいて、前記回転軸に対して前記固定パッドを移動させる固定パッド移動機構を、さらに備えることが、好ましい。 Moreover, it is preferable to further include a fixed pad moving mechanism that moves the fixed pad relative to the rotating shaft based on the operating state of the rotating shaft.
この構成によれば、回転軸の運転状態に基づいて、固定パッドの位置を適宜移動させることができるため、回転軸と固定パッドとのすきまを、回転軸の運転状態に応じた適切なすきまとすることができる。 According to this configuration, since the position of the fixed pad can be appropriately moved based on the operating state of the rotating shaft, the clearance between the rotating shaft and the fixed pad is set to an appropriate clearance according to the operating state of the rotating shaft. can do.
本発明の回転機械は、上記のジャーナル軸受を備えることを特徴とする。 A rotating machine according to the present invention includes the journal bearing described above.
この構成によれば、ジャーナル軸受により、水平状態の回転軸の回転損失を抑制し、回転軸の励振時において回転軸を好適に減衰させることができるため、回転動作を好適に行うことができる。 According to this configuration, the journal bearing can suppress the rotation loss of the rotating shaft in the horizontal state, and can appropriately attenuate the rotating shaft when the rotating shaft is excited. Therefore, the rotating operation can be performed suitably.
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined, and when there are a plurality of embodiments, the embodiments can be combined.
[実施形態1]
図1は、実施形態1に係るジャーナル軸受を模式的に表した模式図である。図2は、実施形態1に係るジャーナル軸受を模式的に表した断面図である。図1に示すように、実施形態1に係るジャーナル軸受1は、回転軸5を回転自在に軸支するものである。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram schematically illustrating a journal bearing according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the journal bearing according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the journal bearing 1 according to the first embodiment supports a
回転軸5は、例えば、回転機械であるタービンに設けられるタービンロータであり、その軸方向が水平方向となるように配置される。回転軸5が回転すると、回転軸5周りには、回転による振動が発生すると共に、回転軸5及びジャーナル軸受1を含む回転部品の固有振動が発生する。このとき、ジャーナル軸受1は、回転軸5を回転自在に軸支すると共に、回転軸5を制振している。なお、タービンは、蒸気タービンであってもよいし、ガスタービンであってもよく、特に限定されない。
The rotating
ジャーナル軸受1は、搖動自在に回転軸5を軸支する軸受パッド21を、回転軸5の周囲に配置した、いわゆるティルティングパッド軸受であり、複数の軸受パッド21と、ケーシング22と、固定パッド23と、を備えている。
The journal bearing 1 is a so-called tilting pad bearing in which a
複数の軸受パッド21は、回転軸5の鉛直方向の下方側において、回転軸5の外周に所定の間隔をあけて周方向に複数設けられており、実施形態1では、例えば、2つ設けられている。各軸受パッド21は、円弧状に形成されており、その内周面が、回転軸5の外周面と対向する湾曲面となっている。
The plurality of
ケーシング22は、回転軸5と軸受パッド21とを取り囲むように、回転軸5及び軸受パッド21の外周に設けられ、円環状に形成されている。また、図2に示すように、ケーシング22は、軸受パッド21の外周側に位置する環状部22aと、環状部22aの軸方向の両側に形成される一対の内周側フランジ部22bとを含む構成となっている。
The
一対の内周側フランジ部22bは、環状部22aの軸方向の両側にそれぞれ設けられ、径方向の内側に突出して設けられている。一対の内周側フランジ部22bの軸方向における間には、軸受パッド21及び固定パッド23が設けられており、一対の内周側フランジ部22bは、軸受パッド21及び固定パッド23の軸方向への移動を規制している。
The pair of inner
環状部22aは、径方向外側から径方向内側の軸受パッド21及び固定パッド23へ向けて潤滑油を供給する図示しない油路が形成されている。このため、潤滑油は、環状部22aの外周面から油路に流入し、環状部22aの内周面へ向かって流通した後、環状部22aの内周側へ流出する。環状部22aの内周側には、軸受パッド21及び固定パッド23があることから、潤滑油は、軸受パッド21及び固定パッド23周りに充填され、また、回転軸5と軸受パッド21との間、回転軸5と固定パッド23との間にも充填される。
The
また、図2に示すように、環状部22aの内周面には、各軸受パッド21を位置決めするためのピボット25が軸受パッド21の設置数に応じて複数形成されている。ピボット25は、環状部22aの内周面から径方向の内側へ突出する突起部となっている。一方で、軸受パッド21の径方向外側の外周面には、ピボット25に係合する係合穴26が、凹状に窪んで形成されている。このため、環状部22aのピボット25に、軸受パッド21の係合穴26が係合することで、ケーシング22に対し、軸受パッド21が搖動可能に位置決めされる。
As shown in FIG. 2, a plurality of
固定パッド23は、回転軸5の鉛直方向の上方側において、回転軸5の外周に設けられており、実施形態1では、例えば、1つ設けられている。固定パッド23は、円弧状に形成されており、その内周面が、回転軸5の外周面と対向する湾曲面となっている。この固定パッド23は、その内周面と、回転軸5の外周面との間に一様の隙間を形成する。
The fixed
図2に示すように固定パッド23は、ケーシング22に対して固定して設けられている。また、固定パッド23周りには、ケーシング22に対する固定パッド23の位置を調整するための位置調整機構27が設けられている。具体的に、位置調整機構27は、ケーシング22に形成される取付孔28と、取付孔28に挿通される締結部材29とを有している。取付孔28は、ケーシング22の上方側における一対の内周側フランジ部22bに、水平方向に延在するようにそれぞれ貫通形成されている。この取付孔28は、鉛直方向に長い幅を有する長孔となっている。締結部材29は、長孔となる取付孔28にそれぞれ挿通され、固定パッド23に締結される。このとき、締結部材29は、取付孔28に対して鉛直方向における位置を調整して、固定パッド23に締結されることで、固定パッド23の鉛直方向における位置を調整可能となっている。
As shown in FIG. 2, the fixed
また、固定パッド23は、回転軸5の径方向における厚みが、軸受パッド21の厚み以下となっており、軸受パッド21とほぼ同じ扇形状となっている。また、固定パッド23の材料は、軸受パッド21の材料と異なっていてもよく、軸受パッド21は、放熱性を考慮して銅材が用いられるが、固定パッド23は、鋼材を用いてもよく、軸受パッド21よりも安価な材料を適用してもよい。
In addition, the fixed
固定パッド23は、その内周面に軟質金属層30が形成されており、軟質金属層30としては、例えば、すべり軸受け用の合金であるホワイトメタルが適用されている。軟質金属層30は、回転軸5へのダメージを軽減するために、固定パッド23の内周面の全面に設けられている。
A
このように構成されたジャーナル軸受1は、回転軸5と軸受パッド21との間に油膜を形成した状態で、回転軸5を回転自在に軸支する。
The journal bearing 1 configured in this manner rotatably supports the
次に、図1を参照して、回転軸5の位置と、固定パッド23の位置とについて説明する。回転軸5の静止時(回転停止時)において、回転軸5は、自重によって鉛直方向の下方側にわずかに位置している。回転軸5が回転(例えば、定格回転)すると、ジャーナル軸受1は、軸受パッド21と回転軸5との間に油膜を形成することで、回転軸5が鉛直方向の上方側にわずかに移動する。このため、回転軸5の回転時において、回転軸5と固定パッド23とが適切な位置となるように、固定パッド23の位置を調整している。
Next, the position of the
具体的に、回転軸5の軸中心を第1中心点P1とする。また、固定パッド23の内周面における曲率半径の中心を第2中心点P2とする。固定パッド23は、回転軸5の回転時において、第1中心点P1と第2中心点P2とが一致するように、回転軸5の静止時において第1中心点P1と第2中心点P2とをオフセットさせている。つまり、固定パッド23の第2中心点P2は、回転軸5の静止時において、回転軸5の第1中心点P1に対して鉛直方向の上方側にオフセットして設けられている。
Specifically, the axis center of the
ここで、回転軸5の静止時における第1中心点P1と第2中心点P2との鉛直方向におけるオフセット量をオフセット量eとする。また、回転軸5の静止時から回転時までに遷移する第1中心点P1の移動量を偏心量とし、回転軸5と固定パッド23との間の距離をすきま量とし、偏心量/すきま量を偏心率とする。この場合、固定パッド23は、オフセット量eが、偏心率が0.6から0.7までの範囲となるように配置される。
Here, the offset amount e in the vertical direction between the first center point P1 and the second center point P2 when the
なお、回転軸5の外周面における曲率半径と、固定パッド23の内周面における曲率半径とは、同じ曲率半径であってもよいし、異なる曲率半径であってもよく、特に限定されない。また、固定パッド23の周方向の両端のそれぞれと、第2中心点P2とを結ぶ2つの線分の間の角度(張り角ともいう)は、軸受パッド21の張り角とほぼ同じ角度となっている。
The radius of curvature on the outer peripheral surface of the
以上のように、実施形態1によれば、回転軸5の回転時において、第1中心点P1と第2中心点P2とが一致することで、回転軸5と固定パッド23との隙間が周方向において一様の隙間になる。回転軸5と固定パッド23との隙間が一様な隙間となる場合、固定パッド23において大きな圧力が発生し難いものとなる。このため、固定パッド23では大きな圧力が発生し難いことから、回転軸5の回転抵抗が抑制されるため、回転損失の増大を抑制することができる。一方で、回転軸5が回転することにより励振すると、回転軸5と固定パッド23との間には油膜が形成されていることから、油膜による減衰機能が発揮され、これにより、回転軸5を好適に減衰させることができる。以上から、上方側の軸受パッド21を省いた簡易な構成としつつ、回転軸5の回転損失を抑制し、回転軸5の励振時において回転軸5を好適に減衰させることができる。
As described above, according to the first embodiment, when the
また、実施形態1によれば、偏心率が0.6から0.7までの範囲となるように、固定パッド23を配置することができるため、回転軸5の回転時において、回転軸5と固定パッド23とのすきまが適切となるオフセット量eにすることができる。
Further, according to the first embodiment, since the fixed
また、実施形態1によれば、位置調整機構27によりケーシング22に対する固定パッド23の位置を調整することで、第1中心点P1と第2中心点P2とのオフセット量eを適切なものにすることができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、実施形態1によれば、軟質金属層30を設けることで、固定パッド23による回転軸5へのダメージの軽減を図ることができる。
Further, according to the first embodiment, by providing the
[実施形態2]
次に、図3を参照して、実施形態2に係るジャーナル軸受50について説明する。なお、実施形態2では、重複した記載を避けるべく、実施形態1と異なる部分について説明し、実施形態1と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図3は、実施形態2に係るジャーナル軸受を模式的に表した模式図である。
[Embodiment 2]
Next, a journal bearing 50 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, parts that are different from the first embodiment will be described in order to avoid redundant descriptions, and parts that are the same as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. FIG. 3 is a schematic view schematically illustrating the journal bearing according to the second embodiment.
実施形態2のジャーナル軸受50は、実施形態1の固定パッド23を、回転軸5に対して鉛直方向に移動させる固定パッド移動機構51を備えたものとなっている。
The journal bearing 50 according to the second embodiment includes a fixed
具体的に、固定パッド移動機構51は、例えば、直動のアクチュエータであり、アクチュエータの先端が固定パッド23に接続され、固定パッド23を鉛直方向に移動させている。この固定パッド移動機構51は、制御部53に接続されており、制御部53によって固定パッド移動機構51が制御されることにより、固定パッド23の移動が制御される。また、制御部53には、回転軸5の振動を計測する振動計54が接続されており、制御部53は、振動計54により計測した計測結果に基づいて、固定パッド23の移動を制御している。具体的に、制御部53は、振動計54により計測した振動に基づいて、回転軸5の静止時から回転時における回転軸5の移動量を換算し、換算した回転軸5の移動量を、オフセット量にフィードバックして、固定パッド23を鉛直方向に移動させる。
Specifically, the fixed
以上のように、実施形態2によれば、回転軸5の回転状態に基づいて、固定パッド23の位置を、固定パッド移動機構51により適宜移動させることができるため、回転軸5と固定パッド23とのすきまを、回転軸の回転状態に応じた適切なすきまにすることができる。
As described above, according to the second embodiment, the position of the fixed
1 ジャーナル軸受
5 回転軸
21 軸受パッド
22 ケーシング
22a 環状部
22b 内周側フランジ部
23 固定パッド
25 ピボット
26 係合穴
27 位置調整機構
28 取付孔
29 締結部材
30 軟質金属層
50 ジャーナル軸受(実施形態2)
51 固定パッド移動機構
53 制御部
54 振動計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Journal bearing 5
51 Fixed
Claims (6)
前記回転軸の周囲に設けられるケーシングと、
前記回転軸の鉛直方向の下方側に対向して設けられると共に、前記ケーシングに対して搖動自在に設けられ、前記回転軸との間に潤滑膜を形成して、前記回転軸を支持する軸受パッドと、
前記回転軸の鉛直方向の上方側に対向して設けられると共に、前記ケーシングに対して固定して設けられ、前記回転軸との間に潤滑膜を形成して、前記回転軸を覆う固定パッドと、を備え、
前記回転軸の静止時において、前記回転軸の第1中心点と、前記回転軸に対向する前記固定パッドの内周面における曲率半径の第2中心点とは、前記回転軸の回転時において、前記第1中心点と前記第2中心点とが一致するように、オフセットされていることを特徴とするジャーナル軸受。 In journal bearings that support a rotating shaft whose axial direction is the direction along the horizontal direction,
A casing provided around the rotating shaft;
A bearing pad that is provided facing the lower side in the vertical direction of the rotating shaft and is slidable with respect to the casing, and forms a lubricating film between the rotating shaft and supports the rotating shaft. When,
A fixed pad provided facing the upper side in the vertical direction of the rotating shaft and fixed to the casing, forming a lubricating film between the rotating shaft and covering the rotating shaft; With
When the rotating shaft is stationary, the first center point of the rotating shaft and the second center point of the radius of curvature of the inner peripheral surface of the fixed pad facing the rotating shaft are the rotation of the rotating shaft. A journal bearing that is offset so that the first center point and the second center point coincide with each other.
前記回転軸と前記固定パッドとの間の距離をすきま量とし、
前記偏心量/前記すきま量を偏心率とすると、
前記固定パッドは、前記回転軸の静止時における前記第1中心点と前記第2中心点とのオフセット量が、前記偏心率が0.6から0.7までの範囲となるように、配置されることを特徴とする請求項1に記載のジャーナル軸受。 The amount of movement of the first center point that transitions from when the rotating shaft is stationary to when rotating is defined as an eccentric amount,
The distance between the rotating shaft and the fixed pad is a clearance amount,
When the eccentricity / the clearance is the eccentricity,
The fixed pad is arranged such that an offset amount between the first center point and the second center point when the rotating shaft is stationary is in a range of the eccentricity from 0.6 to 0.7. The journal bearing according to claim 1.
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