JP4675643B2 - ジャーナル軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、ジャーナル軸受に係り、特に、回転軸の摺動面の全面に亘って潤滑油が充分に確保できるように改良を加えたジャーナル軸受に関する。
例えば、蒸気タービン、ガスタービン、発電機等の大型高速回転機械では、潤滑油の供給に改良を加えてより一層の高負荷にも充分に対処できる直接潤滑方式のパッド型ジャーナル軸受が、最近実施されており、その構成として図１３および図１４に示すものがある。
この直接潤滑方式のパッド型ジャーナル軸受は、回転軸１を軸支する軸受外輪２に設けたピボット３で支持されたパッド４を周方向に沿って配置し、パッド４の回転上流側（入口側）に給油孔５を設けるとともに、給油孔５に対峙させて潤滑油供給口６を軸受外輪２に設けている。
このような構成を備えるパッド型ジャーナル軸受は、回転軸１が回転を開始すると、パッド４がピボット３を支点に揺動、回転する間にくさび膜効果によってパッド４の摺動面７と回転軸１との間に油膜圧力が発生し、発生した下半側のパッド４の油膜圧力によって回転軸１の荷重（負荷）を支持する構成になっている。
回転軸１の荷重を支持するパッド４の油膜を確保する発明には、例えば、特許文献１や特許文献２に見られるように、パッドの摺動面の軸方向端部に溝を加工し、溝に潤滑油を流して軸方向の途中から流出させることを防ぐ技術が提案されている
特開２００１−１３２７３７号公報 米国特許第６３６１２１５号明細書
図１３および図１４で示した従来の直接潤滑方式のパッド型ジャーナル軸受には、幾つかの問題点を抱えているが、その一つに潤滑油の流れの挙動がある。
従来の直接潤滑方式のパッド型ジャーナル軸受における潤滑油の流れの挙動を、図１５に示す。パッド４の摺動面７の回転上流側に設けられた給油孔５から潤滑油が供給され、回転軸の回転に伴って回転下流側に流れるものの、途中から分流して脇側に流出し、隣りのパッドにはあまり流れることがない。
このように、従来の直接潤滑方式のパッド型ジャーナル軸受では、パッド４毎に給油、排油を繰返し、行うため、潤滑油が低温に保たれ、高荷重を維持でき、さらに軸受の全周域に亘って潤滑油を満たす必要がなく、潤滑油の撹拌に伴って発生する損失もない等の優れた特質を持っている。
しかし、その反面、従来では、潤滑油が途中から脇側に向って流出するため、流出量が多くなり過ぎると、油膜を充分に形成することができず、回転軸の不安定振動、回転軸のラビング、起動トルクの過大化等好ましからざる問題を発生させることがあった。
潤滑油の脇側への流出防止として、脇側に周方向に向ってシール部を設け、潤滑油の流出を防ぐ方法も考えられるが、高温化している潤滑油の排出が難しくなる。
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、潤滑油のパッド途中から脇側への流出防止を図るとともに、高温化している潤滑油の排出を効果的に処理させる機能を同時に実現させるジャーナル軸受およびこのジャーナル軸受を組み込んだ回転機械を提供することを目的とする。
本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、軸受外輪を横断面で分割し、軸受外輪上半部と軸受外輪下半部とに区分けするとともに、これら軸受外輪上半部および軸受外輪下半部のそれぞれにパッドを備えたジャーナル軸受において、前記軸受外輪上半部に、上半パッドの周方向に沿って環状の上半シールリングを備えるとともに、上半パッドの後流側であって、前記上半シールリングに設けた上半潤滑油流出口を前記上半パッドに設けた給油孔に較べて開口面積を小さくさせる構成にしたものである。
また、本発明に係るジャーナル軸受は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、軸受外輪を横断面で分割し、軸受外輪上半部と軸受外輪下半部とに区分けするとともに、これら軸受外輪上半部および軸受外輪下半部のそれぞれにパッドを備えたジャーナル軸受において、前記軸受外輪上半部に、上半パッドの周方向に沿い、かつ前記上半パッド毎にシールセグメントを前記軸受外輪に設けるとともに、上半パッドの後流側であって、前記シールセグメントに設けた上半潤滑油流出口を前記上半パッドに設けた給油孔に較べて開口面積を小さくさせる構成にしたものである。
本発明によれば、ピボットで支持されるパッドの周方向に沿ってパッドの摺動面から脇側に潤滑油の流出を抑制させる堰として機能させるシール部を軸受外輪に設けるとともに、パッドの回転下流側シール部に潤滑油流出口を設けたので、パッドの摺動面の油膜を確実に確保させることができ、高温化した潤滑油を潤滑油流出口から流出させ、新たな潤滑油の確保の下、潤滑油の粘性を高く維持させることができ、回転軸をより一層安定運転させることができる。
以下、本発明に係るジャーナル軸受およびこのジャーナル軸受を組み込んだ回転機械の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
図１および図２は、本発明に係るジャーナル軸受の第１実施形態を示す概略図である。なお、図中、図１は、本発明に係るジャーナル軸受の一部を破断断面にした正面図であり、図２は図１の側断面図である。
本実施形態に係るジャーナル軸受は、蒸気タービン、ガスタービン、発電機等の大型高速の回転機械に適用される。
このジャーナル軸受は、回転軸１０を軸支する軸受外輪１１に設けたピボット１２で支持されたパッド１３を周方向に沿って配置し、パッド１３の回転上流側（入口側）に軸受外輪１１の潤滑油供給口１４に対峙させた給油孔１５を設けるとともに、パッド１３の周方向に沿って軸受外輪１１に、切欠１６を備えた環状のシールリング１７を設けたものである。
この切欠１６を備えた環状のシールリング１７は、パッド１３の摺動面１８に対して潤滑油の堰として機能させるとともに、隣のパッド１３との間に潤滑油を摺動面１８の出口（回転下流側）から外側に向って流出させる潤滑油流出口１９を備えている。
このように、本実施形態は、パッド１３の周方向に沿って軸受外輪１１に、切欠１６を備えた環状のシールリング１７を設けるとともに、隣のパッド１３との間に潤滑油を摺動面１８の回転下流側から外側に向って流出させる潤滑油流出口１９を備えたので、図３に示すように、パッド１３の給油孔１５から供給された潤滑油を途中から脇側に向う分流を防止させて油膜を確実に確保させることができ、高温化した潤滑油を潤滑油流出口１９から外側に向って流出させ、常に新たな潤滑油を確保して潤滑油の粘性を高く維持させることができる。
なお、潤滑油流出口１９は、給油孔１５に較べて開口面積を大きくすることが好ましい。高温化した潤滑油をより迅速に流出、処理させるためである。
図４は、本発明に係るジャーナル軸受の第２実施形態を示す展開図である。
本実施形態に係るジャーナル軸受は、第１実施形態と同様に、パッド１３の周方向長さに対応して軸受外輪１１に、切欠１６を備えた環状のシールリング１７を設けるとともに、隣のパッド１３との間に潤滑油を摺動面１８の回転下流側から外側に向って流出させる潤滑油流出口１９を備える一方、切欠（図示せず）を備えた環状のシールリング１７の回転上流側（入口側）に内側に向って角度９０°の範囲内のシールリング折曲部２０を設けたものである。
このように、本実施形態は、パッド１３の回転上流側にシールリング折曲部２０を設けたので、高温化した潤滑油を隣のパッド１３に流入させることなく、潤滑油流出口１９から外側の回転軸１０側に確実に流出させ、新たな潤滑油の確保の下、潤滑油の粘性を高く維持させることができる。
なお、本実施形態は、シールリング１７の回転上流側（入口側）にシールリング折曲部２０を設けたが、この例に限らず、例えば、図５に示すように、パッド１３の回転上流側（入口側）をシールリング折曲部２０の形状に対応させて内側に向う肩上がりの斜面２１に形成したものがある。
このように、本実施形態は、パッド１３の回転上流側（入口側）をシールリング折曲部２０の形状に対応させて内側に向う肩上がりの斜面２１に形成したので、シールリング折曲部２０とパッド１３との空間が少なくなり、高温化した潤滑油の滞留を防止して潤滑油のより一層の高温化を防止することができ、潤滑油の撹拌に伴う損失を抑制することができる。
図６は、本発明に係るジャーナル軸受の第４実施形態を示す正面図である。
本実施形態に係るジャーナル軸受は、軸受外輪１１を横断面で分割し、軸受外輪上半部２２と軸受外輪下半部２３とに区分けするとともに、これら軸受外輪上半部２２および軸受外輪下半部２３のうち、軸受外輪上半部２２における上半パッド２４の回転後流側に設けた上半潤滑油流出口２６を、上半パッド２４に設けた給油孔（図示せず）に較べて開口面積を小さくさせたものである。
一般に、上半パッド２４は、回転軸１０の荷重（負荷）が加わらないため、潤滑油温度が下半パッド２７の潤滑油温度に較べて相対的に低いため、熱油排出の必要性が少ない。
一方、上半パッド２４の摺動面３０と回転軸１０との間が広いため、油膜形成が不安定になり易く、上半パッド２４自身に非定常振動等が発生し易い。
本実施形態は、このような事象を考慮したもので、上半パッド２４の回転後流側に設けた上半潤滑油流出口２６を、上半パッド２４に設けた給油孔に較べて開口面積を小さくさせたものである。
したがって、本実施形態では、上半潤滑油流出口２６を上半パッド２４に設けた給油孔に較べて開口面積を小さくさせたので、上半パッド２４の摺動面３０の油膜をより確実に形成させることができる。
図７は、本発明に係るジャーナル軸受の第５実施形態を示す正面図である。
本実施形態に係るジャーナル軸受は、回転軸１０を軸支する軸受外輪１１に、その周方向に沿ってピボット（図示せず）に支持されるパッド１３を設けるとともに、パッド１３の周方向長さに対応させ、かつ軸受外輪１１に、分割タイプのシールセグメント３１をその周方向に沿って設けたものである。そして、シールセグメント３１は、回転軸１０との隙間を少なくさせている。
このように、本実施形態は、パッド１３の周方向長さに対応させ、かつ軸受外輪１１に分割して形成したシールセグメント３１をその周方向に沿って設けたので、回転軸１０との隙間をその周方向毎に調整することができ、その周方向毎に見合うシール性能を向上させることができる。
図８は、本発明に係るジャーナル軸受の第６実施形態を示す側断面図である。
本実施形態に係るジャーナル軸受は、回転軸１０を軸支する軸受外輪１１に設けたピボット１２で支持されたパッド１３を周方向に沿って配置し、パッド１３の周方向長さに対応させ、軸受外輪１１に分割タイプのシールセグメント３１をその周方向に沿って設ける一方、回転軸１０の動きに合わせてシールセグメント３１を可動させるバネ３２を軸受外輪１１の溝部３３に収容させたものである。
このように、本実施形態は、シールセグメント３１を回転軸１０の動きに合わせて可動させるバネ３２を軸受外輪１１に設け溝部３３に収容させたので、パッド１３の摺動面１８から脇側への潤滑油の流出をより一層少なくさせて油膜を確実に確保させることができる。
図９は、本発明に係るジャーナル軸受の第７実施形態を示す側断面図である。
本実施形態に係るジャーナル軸受は、回転軸１０を軸支する軸受外輪１１に設けたピボット１２で支持されたパッド１３を周方向に沿って配置し、パッド１３の周方向長さに対応させ、軸受外輪１１に分割タイプのシールセグメント３１をその周方向に沿って設ける一方、回転軸１０の動きに合わせてシールセグメント３１に圧力油を供給して可動させる圧力油供給通路３４を軸受外輪１１に設けたものである。そして、圧力油供給通路３４には、入口側にポンプ３５を介装させた圧力供給配管３６が設けられる。
このように、本実施形態は、軸受外輪１１に圧力油供給通路３４を設け、圧力油供給通路３４から供給される圧力油の押圧力でシールセグメント３１を回転軸１０の動きに合わせて可動させる構成にしたので、パッド１３の摺動面１８から脇側への潤滑油の流出をより一層少なくさせて油膜を確実に確保させることができる。
図１０は、本発明に係るジャーナル軸受の第８実施形態を示す側断面図である。
本実施形態に係るジャーナル軸受は、回転軸１０を軸支する軸受外輪１１に設けたピボット１２で支持されたパッド１３を周方向に沿って配置し、パッド１３の周方向長さに対応させ、軸受外輪１１に分割タイプのシールセグメント３１をその周方向に沿って設ける一方、回転軸１０の動きに合わせてシールセグメント３１に圧力油を供給して可動させる圧力油供給通路３４を軸受外輪１１に設けるとともに、この圧力油供給通路３４の入口側にポンプ３５と調節弁３７を介装させた圧力油供給配管３６を設け、パッド１３内に設けた温度センサ３８の検出温度信号が規定値を超えたとき、調節弁３７に開弁信号を演算して与え、規定値以下のとき調節弁３７に閉弁信号を演算して与える温度制御器３９を備えたものである。
このように、本実施形態は、シールセグメント３１を可動させる圧力油を供給する圧力油供給配管３６に設けた調節弁３７を備え、パッド１３の摺動面１８の油膜形成が不安定となり、パッド１３内の潤滑油の油温が規定値を超えたとき、調節弁３７に開弁信号を与える温度制御器３９を備え、圧力油供給通路３４からの圧力油の押圧力によってシールセグメント３１を可動させる構成にしたので、パッド１３の摺動面１８からの潤滑油シール性をより一層向上させることができる。
なお、本実施形態は、パッド１３内に設けた温度センサ３９の検出温度信号が規定値を超えたとき、調節弁３７を開弁させ、圧力油を圧力油供給通路３４に供給し、その押圧力でシールセグメント３１を可動させたが、この例に限らず、例えば、図１１に示すように、軸受外輪１１の外側に振動センサ４０を設け、回転軸１０の振動振幅が規定値を超えたとき、調節弁３７を開弁させ、回転軸１０の振動振幅が規定値以下のとき、調節弁３７を閉弁させる振動制御器４１を備えてもよい。
図１２は、本発明に係るジャーナル軸受の第１０実施形態を示す正面図である。
本実施形態に係るジャーナル軸受は、回転軸１０を軸支する軸受外輪１１にその周方向に沿ってピボット（図示せず）に支持されるパッド１３を設けるとともに、パッド１３の周方向長さに対応させ、かつ軸受外輪１１に分割タイプのシールセグメント３１をその周方向に沿って設けるとともに、軸受外輪１１を横断面で分割し、分割した軸受外輪上半部２２と軸受外輪下半部２３とのうち、軸受外輪上半部２２における上半パッド２４の回転後流側に設けた上半潤滑油流出口２６を上半パッド２４に設けた給油孔（図示せず）に較べて開口面積を小さくさせる構成にしたものである。
このように、本実施形態は、軸受外輪上半部２２における上半パッド２４の回転後流側に設けた上半潤滑油流出口２６を上半パッド２４に設けた給油孔に較べて開口面積を小さくさせたので、潤滑油の上半パッド２４の脇側への流出を制限し、上半軸受外輪２２における上半パッド２４の摺動面１８への油膜形成を確実に確保させることができる。
本発明に適用するジャーナル軸受の第１実施形態を示す一部を断面破断した正面図。 図１の側断面図。 本発明に適用するジャーナル軸受の潤滑油の挙動を説明する図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第２実施形態を示す展開図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第３実施形態を示す展開図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第４実施形態を示す正面図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第５実施形態を示す正面図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第６実施形態を示す側断面図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第７実施形態を示す側断面図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第８実施形態を示す側断面図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第９実施形態を示す側断面図。 本発明に適用するジャーナル軸受の第１０実施形態を示す正面図。 従来のジャーナル軸受を示す一部を断面破断した正面図。 図１３の側断面図。 従来のジャーナル軸受の潤滑油の挙動を説明する図。
符号の説明
１ 回転軸
２ 軸受外輪
３ ピボット
４ パッド
５ 給油孔
６ 潤滑油供給口
７ 摺動面
１０ 回転軸
１１ 軸受外輪
１２ ピボット
１３ パッド
１４ 潤滑油供給口
１５ 給油孔
１６ 切欠
１７ シールリング
１８ 摺動面
１９ 潤滑油流出口
２０ シールリング折曲部
２１ 斜面
２２ 軸受外輪上半部
２３ 軸受外輪下半部
２４ 上半パッド
２５ 上半シールリング
２６ 上半潤滑油流出口
２７ 下半パッド
２８ 下半シールリング
２９ 下半潤滑油流出口
３０ 摺動面
３１ シールセグメント
３２ バネ
３３ 溝部
３４ 圧力油供給通路
３５ ポンプ
３６ 圧力油供給配管
３７ 調節弁
３８ 温度センサ
３９ 温度制御器
４０ 振動センサ
４１ 振動制御器
４２ 上半シールセグメント
４３ 下半シールセグメント

Claims (2)

  1. 軸受外輪を横断面で分割し、軸受外輪上半部と軸受外輪下半部とに区分けするとともに、これら軸受外輪上半部および軸受外輪下半部のそれぞれにパッドを備えたジャーナル軸受において、前記軸受外輪上半部に、上半パッドの周方向に沿って環状の上半シールリングを備えるとともに、上半パッドの後流側であって、前記上半シールリングに設けた上半潤滑油流出口を前記上半パッドに設けた給油孔に較べて開口面積を小さくさせる構成にしたことを特徴とするジャーナル軸受。
  2. 軸受外輪を横断面で分割し、軸受外輪上半部と軸受外輪下半部とに区分けするとともに、これら軸受外輪上半部および軸受外輪下半部のそれぞれにパッドを備えたジャーナル軸受において、前記軸受外輪上半部に、上半パッドの周方向に沿い、かつ前記上半パッド毎にシールセグメントを前記軸受外輪に設けるとともに、上半パッドの後流側であって、前記シールセグメントに設けた上半潤滑油流出口を前記上半パッドに設けた給油孔に較べて開口面積を小さくさせる構成にしたことを特徴とするジャーナル軸受。
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