JP6689661B2 - Fluid machinery using journal bearings - Google Patents
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Description
本実施の形態はジャーナル軸受を用いた流体機械に関する。 The present embodiment relates to a fluid machine using a journal bearing.
蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機など大型の流体機械では、回転軸の荷重を支持するためにジャーナル軸受が用いられる。ジャーナル軸受には、その摺動面の構造により、二円弧型やパッド型などの種類がある。以下、パッド型ジャーナル軸受について、蒸気タービンに適用した場合を想定して説明する。 In large fluid machines such as steam turbines, gas turbines, and compressors, journal bearings are used to support the load on the rotating shaft. There are two types of journal bearings, such as a two-arc type and a pad type, depending on the structure of the sliding surface. Hereinafter, the pad-type journal bearing will be described assuming that it is applied to a steam turbine.
図14に、従来技術のパッド型ジャーナル軸受と蒸気タービンを示す。蒸気タービンは回転軸1と,それを囲うタービンケーシング2を有しており、タービンケーシング2内部を流れる蒸気の熱エネルギーを用いて、回転軸1を回転させて動力を得る。タービンケーシング2の外部には軸受ケーシング3が設けられており、軸受ケーシング3の内部には、パッド4と軸受本体5から構成されるパッド型ジャーナル軸受が設けられている。図15は図14のB−B線断面図であり、従来技術のパッド型ジャーナル軸受を示す断面図である。軸受本体5の内周面に複数枚のパッド4が保持されている。各パッド4の外周面の曲率半径は、軸受本体5の内周面の曲率半径よりも小さくなっており、各パッド4は軸受本体5と接しながら自由に傾くことができる。
FIG. 14 shows a prior art pad journal bearing and steam turbine. The steam turbine has a
軸受本体5とそれを載せている軸受台6には給油孔7が加工されており、蒸気タービンの運転中、軸受ケーシング3の外部にある図示しない給油源から、数百kPaの圧力を以て潤滑油が給油孔7に供給され、その後軸受本体5の内部に流入する。また、軸受本体5には、給油孔7と比べて径の細い排油孔8が加工されており、軸受本体5の内部に流入した潤滑油の一部が、排油孔8を経て軸受ケーシング3の外部にある図示しないオイルサイトに導かれて、通油の確認に使用される。
The bearing
回転軸1が回転すると、軸受本体5の内部の潤滑油が、回転軸1とパッド4との隙間に巻き込まれて油膜圧力が発生し、回転軸1の荷重が支持される。潤滑油は前記の隙間を通過する過程で、同隙間の軸方向端部から軸受本体5の外部に排出される。排出される潤滑油は、前記隙間内の油膜圧力に起因した軸方向の速度成分と、軸1の回転に伴う遠心力に起因した外周方向の速度成分を有しており、図示すると図14の矢印9のようになる。軸受本体5の外部に排出された潤滑油は、軸受ケーシング3の内部に自由落下し、戻り油孔10を経て図示しない潤滑油タンクに戻される。
When the rotating
続いて、図14を用いて蒸気タービンのシール機構について説明する。タービンケーシング2の端部の回転軸1が貫通する部分には、ケーシング2の内部から高温・高圧の蒸気が流出することを防止するため、あるいはケーシング2の内部に大気が流入することを防止するために、グランド部11と呼ばれるシール機構が設けられている。グランド部11にはラビリンスパッキン12が設けられており、回転軸1とタービンケーシング2との隙間を多段のフィン13で遮蔽し、軸方向の圧力差を緩衝する構造となっている(特許文献2参照)。
Next, the seal mechanism of the steam turbine will be described with reference to FIG. In order to prevent high-temperature, high-pressure steam from flowing out of the interior of the
ケーシング2内の作動蒸気圧力室14の圧力が大気圧よりも低い場合、蒸気供給ライン17からグランド蒸気ヘッダ18を経て、グランド部機内側圧力室15に蒸気が供給される。供給された蒸気の一部は作動蒸気圧力室14に流入し、残りはグランド部機外側圧力室16に流入し、グランド蒸気コンデンサ19に回収される。これにより、作動蒸気圧力室14に大気が流入することを防止できる。
When the pressure of the working
一方、ケーシング2内の作動蒸気圧力室14の圧力が大気圧よりも高い場合、グランド部機内側圧力室15に流入した作動蒸気の一部は、グランド蒸気ヘッダ18を経て余剰蒸気回収ライン20に回収され、残りはグランド部機外側圧力室16に流入し、グランド蒸気コンデンサ19に回収される。これにより、作動蒸気圧力室14からケーシング2の外部に高温・高圧の蒸気が流出することを防止できる。
On the other hand, when the pressure of the working
いずれの場合でも、グランド部11ではシール流体として蒸気を使用しており、運転条件によっては、回転軸1はグランド部11で数百℃の蒸気と接する場合もある。
In any case, steam is used as the seal fluid in the
近年、蒸気タービンでは、回転軸の軸長短縮によるコスト削減や、軸受スパン短縮による回転軸の剛性アップを目的として、ジャーナル軸受がタービンケーシングのごく近傍に設けられることが多い。一方、背景技術に示したように、タービンケーシングの端部にはグランド部が設けられており、回転軸はグランド部で数百℃の蒸気と接する場合もある。 In recent years, in steam turbines, journal bearings are often provided in the immediate vicinity of the turbine casing for the purpose of cost reduction by shortening the shaft length of the rotating shaft and increasing rigidity of the rotating shaft by shortening the bearing span. On the other hand, as shown in the background art, a gland portion is provided at the end of the turbine casing, and the rotating shaft may come into contact with steam at several hundred degrees Celsius in the gland portion.
図14において、ジャーナル軸受がタービンケーシング2の近傍に置かれた場合、グランド部11で回転軸1が蒸気から受ける熱の影響で、回転軸ジャーナル部(回転軸1のジャーナル軸受に対応する部分)22も熱膨張すると考えられる。対向するパッド4も、その内周面における潤滑油のせん断摩擦が原因で熱膨張するが、パッド4を含むジャーナル軸受は高々数十℃の潤滑油や大気と接しているため、回転軸ジャーナル部22の熱膨張の方が大きくなり、回転軸1とパッド4との隙間が狭くなる。
In FIG. 14, when the journal bearing is placed in the vicinity of the
回転軸1とパッド4との隙間が極端に狭くなった場合、パッド4の内周面における潤滑油のせん断摩擦が増大し、パッド4の内周面に用いられている摺動材料の温度が上昇して強度が低下するリスクが考えられる。また、回転軸1とパッド4との接触により、摺動材料が損傷するリスクが考えられる。
When the gap between the
更に、回転軸1とパッド4との隙間が極端に狭くなった場合、軸受の動特性が変化し、回転軸の振動安定性が悪化するリスクが考えられる。特許文献1に示す通り、回転軸が作動流体から受ける力の等価ばね定数をK、ジャーナル軸受の垂直方向のばね定数をKx、水平方向のばね定数をKyとすると、回転軸の振動安定条件は以下のように書ける。
K≦|Kx−Ky|/2 (1)
すなわち、ジャーナル軸受のばね定数の異方性|Kx−Ky|が小さいほど、振動安定性が悪化することが知られている。
Furthermore, when the gap between the
K ≦ | Kx−Ky | / 2 (1)
That is, it is known that the smaller the anisotropy | Kx-Ky | of the spring constant of the journal bearing, the worse the vibration stability.
図16は、従来技術のパッド型ジャーナル軸受(図15参照)を対象に、回転軸1とパッド4との隙間を変化させて、軸受の垂直方向のばね定数Kxと水平方向のばね定数Ky、および異方性|Kx−Ky|を試算した結果である。軸受隙間が小さくなると、Kxは大きくなるがそれ以上にKyが大きくなるため、異方性|Kx−Ky|が小さくなっている。すなわち、回転軸1とパッド4との隙間が極端に狭くなると、回転軸1の振動安定性が悪化するリスクが考えられる。
FIG. 16 is directed to a conventional pad-type journal bearing (see FIG. 15), in which the gap between the
本実施の形態はこのような点を考慮してなされたものであり、蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機などの流体機械において、流体機械の本体ケーシング内に配置された回転軸がケーシング内の高温流体から熱を受ける場合であっても、回転軸と軸受摺動面の間に適正な隙間を確保し、軸受摺動材料の強度や回転軸の振動安定性を維持することができる流体機械を提供することを目的とする。 The present embodiment has been made in consideration of such a point, and in a fluid machine such as a steam turbine, a gas turbine, and a compressor, a rotating shaft arranged in the main body casing of the fluid machine has a high temperature inside the casing. Even when receiving heat from fluid, a fluid machine that can maintain the strength of the bearing sliding material and the vibration stability of the rotating shaft by ensuring an appropriate gap between the rotating shaft and the bearing sliding surface. The purpose is to provide.
本実施の形態は、流体機械の本体ケーシングと、前記本体ケーシング内に回転自在に配置された回転軸と、前記本体ケーシングの外方に配置され、前記回転軸を回動自在に支持するジャーナル軸受と、を備え、前記本体ケーシングと前記ジャーナル軸受との間に、前記回転軸の表面に対して潤滑油を噴射するための潤滑油ノズルを設けた、流体機械である。 In the present embodiment, a main body casing of a fluid machine, a rotary shaft rotatably arranged in the main body casing, and a journal bearing arranged outside the main body casing to rotatably support the rotary shaft. And a lubricating oil nozzle for injecting lubricating oil to the surface of the rotating shaft is provided between the main body casing and the journal bearing.
本実施の形態は、流体機械の本体ケーシングと、前記本体ケーシング内に回転自在に配置された回転軸と、前記本体ケーシングの外方に配置され、前記回転軸を回動自在に支持するジャーナル軸受と、を備え、前記本体ケーシングと前記ジャーナル軸受との間に、前記回転軸の表面に対して圧縮空気を噴射するための圧縮空気ノズルを設けた、流体機械である。 In the present embodiment, a main body casing of a fluid machine, a rotary shaft rotatably arranged in the main body casing, and a journal bearing arranged outside the main body casing to rotatably support the rotary shaft. And a compressed air nozzle for injecting compressed air to the surface of the rotating shaft is provided between the main body casing and the journal bearing.
本実施の形態は、流体機械の本体ケーシングと、前記本体ケーシング内に回転自在に配置された回転軸と、前記本体ケーシングの外方に配置され、前記回転軸を回動自在に支持するジャーナル軸受と、を備え、前記ジャーナル軸受は上半部と下半部とを有し、前記ジャーナル軸受の上半部のうち本体ケーシング側に、開口をもつとともに前記回転軸と前記ジャーナル軸受の摺動面の隙間から排出される潤滑油を貯える油受けを設け、この油受けは潤滑油を回転軸側に導く案内路を有する、流体機械である。 In the present embodiment, a main body casing of a fluid machine, a rotary shaft rotatably arranged in the main body casing, and a journal bearing arranged outside the main body casing to rotatably support the rotary shaft. The journal bearing has an upper half part and a lower half part, and has an opening on the main body casing side of the upper half part of the journal bearing and has a sliding surface of the rotary shaft and the journal bearing. Is a fluid machine having an oil receiver for storing the lubricating oil discharged from the gap, and having a guide path for guiding the lubricating oil to the rotating shaft side.
本実施の形態は、流体機械の本体ケーシングと、前記本体ケーシング内に回転自在に配置された回転軸と、前記本体ケーシングの外方に配置され、前記回転軸を回動自在に支持するジャーナル軸受と、を備え、前記ジャーナル軸受は上半部と下半部とを有し、前記ジャーナル軸受の下半部のうち本体ケーシング側に、前記回転軸と前記ジャーナル軸受の摺動面との隙間から排出される潤滑油を集積するための油容器を設け、前記油容器は回転軸の最下点よりも上方に、油溜まり内の潤滑油をオーバーフローさせるための開口部を有する、流体機械である。 In the present embodiment, a main body casing of a fluid machine, a rotary shaft rotatably arranged in the main body casing, and a journal bearing arranged outside the main body casing to rotatably support the rotary shaft. The journal bearing has an upper half portion and a lower half portion, and in the main body casing side of the lower half portion of the journal bearing, from the gap between the rotary shaft and the sliding surface of the journal bearing. A fluid machine having an oil container for accumulating discharged lubricating oil, the oil container having an opening for overflowing the lubricating oil in the oil sump above the lowest point of the rotating shaft. .
本実施の形態によれば、回転軸と軸受摺動面との間に適正な隙間を確保し、軸受摺動材料の強度や回転軸の振動安定性を維持することができる。 According to the present embodiment, an appropriate gap can be secured between the rotary shaft and the bearing sliding surface, and the strength of the bearing sliding material and the vibration stability of the rotary shaft can be maintained.
(第1の実施の形態)
以下、本実施の形態によるジャーナル軸受およびこれを用いた流体機械の実施の形態を、図面を参照して説明する。各図面はパッド型ジャーナル軸受を蒸気タービンに適用した場合を想定したものであるが、本発明はその他の種類のジャーナル軸受や流体機械についても同様に適用可能である。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of a journal bearing and a fluid machine using the journal bearing according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. Although each drawing assumes the case where the pad type journal bearing is applied to the steam turbine, the present invention is similarly applicable to other types of journal bearings and fluid machinery.
図1および図2は第1の実施の形態による流体機械を示す図である。ここで図1は第1の実施の形態による流体機械を示す図であり、図2は図1のA−A線断面図である。 1 and 2 are views showing a fluid machine according to a first embodiment. Here, FIG. 1 is a view showing a fluid machine according to the first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
図1および図2に示すように、流体機械となる蒸気タービンはタービンケーシング(流体機械の本体ケーシング)2と、タービンケーシング2内に回転自在に配置された回転軸1とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a steam turbine serving as a fluid machine includes a turbine casing (main body casing of the fluid machine) 2 and a
図1および図2において、蒸気タービンは、タービンケーシング2内部を流れる蒸気の熱エネルギーを用いて、回転軸1を回転させて動力を得る。タービンケーシング2の外部には軸受ケーシング3が設けられており、軸受ケーシング3の内部には、パッド4と軸受本体5から構成されるパッド型ジャーナル軸受50が設けられている。またパッド型ジャーナル50は、2つ割された上半部50Aと下半部50Bとを含む。また軸受本体5の内周面に複数枚のパッド(軸受摺動材料)4が保持されている。各パッド4の外周面の曲率半径は、軸受本体5の内周面の曲率半径よりも小さくなっており、各パッド4は軸受本体5と接しながら自由に傾くことができる。
1 and 2, the steam turbine uses the thermal energy of steam flowing inside the
軸受本体5とそれを載せている軸受台6には給油孔7が加工されており、蒸気タービンの運転中、軸受ケーシング3の外部にある図示しない給油源から、数百kPaの圧力を以て潤滑油が給油孔7に供給され、その後軸受本体5の内部に流入する。また、軸受本体5には、給油孔7と比べて径の細い排油孔が加工されており、軸受本体5の内部に流入した潤滑油の一部が、排油孔を経て軸受ケーシング3の外部にある図示しないオイルサイトに導かれて、通油の確認に使用される。
The bearing
回転軸1が回転すると、軸受本体5の内部の潤滑油が、回転軸1とパッド4との隙間に巻き込まれて油膜圧力が発生し、回転軸1の荷重が支持される。潤滑油は前記の隙間を通過する過程で、同隙間の軸方向端部から軸受本体5の外部に排出される。排出される潤滑油は、前記隙間内の油膜圧力に起因した軸方向の速度成分と、軸1の回転に伴う遠心力に起因した外周方向の速度成分を有しており、図示すると図1の矢印9のようになる。軸受本体5の外部に排出された潤滑油は、軸受ケーシング3の内部に自由落下し、戻り油孔10を経て図示しない潤滑油タンクに戻される。
When the
続いて、蒸気タービンのシール機構について説明する。タービンケーシング2の端部の回転軸1が貫通する部分には、ケーシング2の内部から高温・高圧の蒸気が流出することを防止するため、あるいはケーシング2の内部に大気が流入することを防止するために、グランド部11と呼ばれるシール機構が設けられている。グランド部11にはラビリンスパッキン12が設けられており、回転軸1とタービンケーシング2との隙間を多段のフィン13で遮蔽し、軸方向の圧力差を緩衝する構造となっている。
Next, the seal mechanism of the steam turbine will be described. In order to prevent high-temperature, high-pressure steam from flowing out of the interior of the
ケーシング2内の作動蒸気圧力室14の圧力が大気圧よりも低い場合、蒸気供給ライン17からグランド蒸気ヘッダ18を経て、グランド部機内側圧力室15に蒸気が供給される。供給された蒸気の一部は作動蒸気圧力室14に流入し、残りはグランド部機外側圧力室16に流入し、グランド蒸気コンデンサ19に回収される。これにより、作動蒸気圧力室14に大気が流入することを防止できる。
When the pressure of the working
一方、ケーシング2内の作動蒸気圧力室14の圧力が大気圧よりも高い場合、グランド部機内側圧力室15に流入した作動蒸気の一部は、グランド蒸気ヘッダ18を経て余剰蒸気回収ライン20に回収され、残りはグランド部機外側圧力室16に流入し、グランド蒸気コンデンサ19に回収される。これにより、作動蒸気圧力室14からケーシング2の外部に高温・高圧の蒸気が流出することを防止できる。
On the other hand, when the pressure of the working
いずれの場合でも、グランド部11ではシール流体として蒸気を使用しており、運転条件によっては、回転軸1はグランド部11で数百℃の蒸気と接する場合もある。
In any case, steam is used as the seal fluid in the
またタービンケーシング2とジャーナル軸受50との間、具体的には回転軸1がタービンケーシング2から出る箇所から、回転軸1がジャーナル軸受のパッド4と対向する箇所までの範囲内に、回転軸1の表面に対して潤滑油を噴射するためのノズル(潤滑油ノズル)23が設けられている。また、軸受本体5に、給油孔7と連通する噴射油抽出孔24が設けられ、この噴射油抽出孔24と各ノズル23は噴射油配管25で接続されている。
Further, between the
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
図1および図2において、蒸気タービンの運転中、数百kPaの圧力を以て潤滑油が給油孔7に供給されると、潤滑油の一部は噴射油抽出孔24と噴射油配管25を経て、ノズル23から回転軸1の表面に対して軸方向にL’の範囲に渡って、かつ円周方向にα’の範囲に渡って噴射される。回転軸1に表面に衝突した潤滑油は、軸受ケーシング3の内部に自由落下し、戻り油孔10を経て図示しない潤滑油タンクに戻される。
1 and 2, when the lubricating oil is supplied to the
他方、図1および図2に示すように、タービンケーシング2の端部にはグランド部11が設けられている。グランド部11ではシール流体として蒸気を使用しており、運転条件によっては、回転軸1はグランド部11で数百℃の蒸気と接する場合もある。このような場合、蒸気から回転軸1に熱が流入することも考えられる。特にグランド部11とジャーナル軸受50との軸方向距離が短く設定される場合は、その熱流入は顕著となる。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, a
本実施の形態では、上述のように回転軸1がタービンケーシング2から出る箇所から、回転軸1がジャーナル軸受のパッド4と対向する箇所までの範囲内に、数十℃の潤滑油が噴射されるため、グランド部11から回転軸1側へ流入した熱が潤滑油によって持ち去られ、回転軸ジャーナル部(回転軸1のジャーナル軸受50に対応する部分)22の熱膨張が抑制される。
In the present embodiment, as described above, the lubricating oil of several tens of degrees Celsius is injected within the range from the position where the
以上のように本実施の形態によれば,回転軸ジャーナル部20の熱膨張が抑制されるため、回転軸1とパッド4の摺動面の間に十分な隙間が確保される。その結果、パッド(軸受)の温度が低く抑えられ、パッド4の材料の強度を維持することができる。また、ジャーナル軸受50のばね定数の異方性が確保され、振動安定性を維持することができる。更に、回転軸1の冷却媒体としてジャーナル軸受50の潤滑油の一部を利用するため、冷却媒体を循環させるための系統追設が不要となる。
As described above, according to the present embodiment, thermal expansion of the rotary
(第2の実施の形態)
次に図3により第2の実施の形態による流体機械について説明する。
(Second embodiment)
Next, a fluid machine according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
図3は、第2の実施の形態による蒸気タービン(流体機械)を示す図である。図3に示すように、ノズル23から噴射される潤滑油26が、回転軸1の軸方向の速度成分を持つように、ノズル23の取り付け角度が設定されている。図3に示す第2の実施の形態において、他の構成は、図1および図2に示す第1の実施の形態と略同一である。図3に示す第2の実施の形態において、図1および図2に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
FIG. 3 is a diagram showing a steam turbine (fluid machine) according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, the mounting angle of the
図3において、本実施例でノズル23から噴射される潤滑油26が回転軸1と衝突する軸方向の範囲Lが示されている。この潤滑油26が回転軸1と衝突する範囲Lは、図1に示す潤滑油26が回転軸1と衝突する軸方向の範囲L’より大きくなっている。
In FIG. 3, an axial range L in which the lubricating
このように本実施の形態では、潤滑油26が回転軸1の軸方向の速度成分を持つように傾いて噴射されるため、潤滑油26が回転軸1と接する面積が広くなる。その結果、冷却媒体である潤滑油26が回転軸1から持ち去る熱量が多くなり、回転軸ジャーナル部22の熱膨張の抑制がより確実となる。
As described above, in the present embodiment, since the lubricating
このため,回転軸1とパッド4の摺動面の間の隙間確保がより確実となる。その結果、パッド4の温度が低く抑えられ、パッド4の材料の強度を維持することがより確実となる。また、ジャーナル軸受50のばね定数の異方性が確保され、振動安定性をより確実に維持することがより確実となる。
Therefore, the clearance between the
(第3の実施の形態)
次に図4により第3の実施の形態による流体機械について説明する。
(Third Embodiment)
Next, a fluid machine according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
図4は、第3の実施の形態による蒸気タービン(流体機械)を示す図である。図4に示すように、ノズル23から噴射される潤滑油26が、回転軸1の接線方向の速度成分を持つように、ノズル23の取り付け角度が設定されている。図4に示す第3の実施の形態において、他の構成は図1および図2に示す第1の実施の形態と略同一である。図4に示す第2の実施の形態において、図1および図2に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
FIG. 4 is a diagram showing a steam turbine (fluid machine) according to the third embodiment. As shown in FIG. 4, the mounting angle of the
図4に示すように、本実施例でノズル23から噴射される潤滑油26が回転軸1と衝突する円周方向の範囲がαで示されている。図4において潤滑油26が回転軸1と衝突する円周方向の範囲αは図2に示す潤滑油26が回転軸1と衝突する円周方向の範囲α’より大きくなっている。
As shown in FIG. 4, the range in the circumferential direction in which the lubricating
このように本実施の形態では、潤滑油26が回転軸1の接線方向の速度成分を持つように傾いて噴射されるため、潤滑油26が回転軸1と接する面積が広くなる。その結果、冷却媒体である潤滑油26が回転軸1から持ち去る熱量が多くなり、回転軸ジャーナル部22の熱膨張の抑制がより確実となる。
As described above, in the present embodiment, since the lubricating
(第4の実施の形態)
次に図5および図6により、第4の実施の形態による流体機械について説明する。ここで図5は第4の実施の形態による流体機械を示す図であり、図6は図5のA−A線断面図である。
(Fourth Embodiment)
Next, a fluid machine according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. Here, FIG. 5 is a diagram showing a fluid machine according to a fourth embodiment, and FIG. 6 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
図5および図6に示すように、回転軸1がタービンケーシング2から出る箇所から、回転軸1がジャーナル軸受のパッド4と対向する箇所までの範囲内に、回転軸1の表面に対して軸方向にL’の範囲に渡って、かつ円周方向にα’の範囲に渡って圧縮空気を噴射するためのノズル(圧縮空気ノズル)23Aが設けられている。また各ノズル23と図示しない圧縮空気供給源は圧縮空気配管27で接続されている。
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, within the range from the position where the
図5および図6に示す第4の実施の形態において、他の構成は図1および図2に示す第1の実施の形態と略同一である。図5および図6に示す第4の実施の形態において、図1および図2に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Other configurations of the fourth embodiment shown in FIGS. 5 and 6 are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2. In the fourth embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図5および図6に示す蒸気タービンなどの流体機械が設置されているプラントでは、周辺機器の制御などを目的として数百kPaの圧縮空気を供給する系統が常設されている。本実施の形態では、ノズル23Aから噴射する空気の供給源として、左記のような常設の圧縮空気系統を利用する。
In a plant in which a fluid machine such as a steam turbine shown in FIGS. 5 and 6 is installed, a system for supplying compressed air of several hundred kPa is permanently installed for the purpose of controlling peripheral devices. In the present embodiment, the permanent compressed air system as shown on the left is used as the supply source of the air injected from the
蒸気タービンの運転中、圧縮空気配管27に供給された圧縮空気は、ノズル23Aから回転軸1の表面に対して噴射され、回転軸1に衝突した後、軸受ケーシング3の内部に放出される。蒸気タービンでは、軸受ケーシング3の内部から戻り油孔10を経て、図示しない潤滑油タンクに到る戻り油系統は、大気圧に近い圧力に制御されている。本実施例で軸受ケーシング3の内部に放出された空気も、左記の戻り油系統を通って回収される。
During the operation of the steam turbine, the compressed air supplied to the
図5および図6において、タービンケーシング2の端部にはグランド部11が設けられている。グランド部11ではシール流体として蒸気を使用しており、運転条件によっては、回転軸1はグランド部11で数百℃の蒸気と接する場合もある。このような場合、蒸気から回転軸1に熱が流入する。
In FIGS. 5 and 6, a
本実施例では、回転軸1がタービンケーシング2から出る箇所から、回転軸1がジャーナル軸受のパッド4と対向する箇所までの範囲内に、高々数十℃の圧縮空気が噴射されるため、グランド部11から流入した熱が圧縮空気によって持ち去られ、回転軸ジャーナル部22の熱膨張が抑制される。
In the present embodiment, compressed air of several tens of degrees Celsius at most is injected into the range from the position where the
このように回転軸ジャーナル部22の熱膨張が抑制されるため、回転軸1とパッド4の摺動面の間に十分な隙間が確保される。その結果、パッド材料の温度が低く抑えられ、パッド4の材料の強度を維持することができる。また、ジャーナル軸受50のばね定数の異方性が確保され、振動安定性をより確実に維持することができる。
Since the thermal expansion of the rotary
更に、回転軸1の冷却媒体として圧縮空気を使用し、使用した空気は既存の戻り油系統を通って回収されるため、冷却媒体を回収するための系統追設が不要となる。
Furthermore, since compressed air is used as the cooling medium for the
(第5の実施の形態)
次に図7により第5の実施の形態による流体機械について説明する。ここで図7は第5の実施の形態による流体機械を示す図である。
(Fifth Embodiment)
Next, a fluid machine according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing a fluid machine according to the fifth embodiment.
図7に示すように、ノズル23Aから噴射される圧縮空気28が、回転軸1の軸方向の速度成分を持つように、ノズル23Aの取り付け角度が設定される。
As shown in FIG. 7, the mounting angle of the
図7に示す第5の実施の形態において、他の構成は図1および図2に示す第1の実施の形態と略同一である。図7に示す第5の実施の形態において、図1および図2に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Other configurations of the fifth embodiment shown in FIG. 7 are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2. In the fifth embodiment shown in FIG. 7, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図7に、本実施例でノズル23Aから噴射される圧縮空気28が回転軸1と衝突する軸方向の範囲Lが示されている。この圧縮空気28が回転軸1と衝突する範囲Lは図5に示す圧縮空気27が回転軸1と衝突する軸方向の範囲L’より大きくなっている。
FIG. 7 shows an axial range L in which the
このように本実施の形態では、圧縮空気28が回転軸1の軸方向の速度成分を持つように傾いて噴射されるため、圧縮空気28が回転軸1と接する面積が広くなる。その結果、冷却媒体である圧縮空気28が回転軸1から持ち去る熱量が多くなり、回転軸ジャーナル部22の熱膨張の抑制がより確実となる。
As described above, in the present embodiment, the
(第6の実施の形態)
次に図8により第6の実施の形態による流体機械について説明する。ここで図8は第6の実施の形態による流体機械を示す図である。
(Sixth Embodiment)
Next, a fluid machine according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 8 is a view showing a fluid machine according to the sixth embodiment.
図8に示すように、ノズル23Aから噴射される圧縮空気28が、回転軸1の接線方向の速度成分を持つように、ノズル23Aの取り付け角度が設定される。
As shown in FIG. 8, the mounting angle of the
図8に示す第6の実施の形態において、他の構成は図1および図2に示す第1の実施の形態と略同一である。図8に示す第6の実施の形態において、図1および図2に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 The other structure of the sixth embodiment shown in FIG. 8 is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2. In the sixth embodiment shown in FIG. 8, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図8に、本実施例でノズル23Aから噴射される圧縮空気28が回転軸1と衝突する円周方向の範囲がαで示されている。この圧縮空気28が回転軸1と衝突する範囲Lは図6に示す圧縮空気28が回転軸1と衝突する円周方向の範囲α’より大きくなっている。
In FIG. 8, the range in the circumferential direction in which the
このように本実施の形態では、圧縮空気28が回転軸1の接線方向の速度成分を持つように傾いて噴射されるため、圧縮空気28が回転軸1と接触する面積が広くなる。その結果、冷却媒体である圧縮空気28が回転軸1から持ち去る熱量が多くなり、回転軸ジャーナル部22の熱膨張の抑制がより確実となる。
As described above, in the present embodiment, the
(第7の実施の形態)
次に図9および図10により、第7の実施の形態による流体機械について説明する。ここで図9は第7の実施の形態による流体機械を示す図であり、図10は図9のA−A線断面図である。
(Seventh embodiment)
Next, a fluid machine according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. 9 is a diagram showing a fluid machine according to the seventh embodiment, and FIG. 10 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
図9に示すように、パッド型ジャーナル軸受50は、2つ割された上半部50Aと下半部50Bとを有し、このうち上半部50Aのタービンケーシング2側の側端面50aに油受け29が設けられている。
As shown in FIG. 9, the pad-type journal bearing 50 has an
図9および図10に示すように、潤滑油は回転軸1とパッド4の隙間を通過する過程で、同隙間の軸方向端部から軸受本体5の外部に向かって矢印9方向に排出される。排出される潤滑油は、前記隙間内の油膜圧力に起因した軸方向の速度成分と、軸の回転に伴う遠心力に起因した外周方向の速度成分を有している。本実施の形態の油受け29は、矢印9の方向に排出される潤滑油を受ける。また油受け29は油受け29内の潤滑油を回転軸1側へ導くとともに障壁30aを含む案内路30を有する。すなわち図9および図10に示すように、油受け29の案内路30は、回転軸1の上方に開口する開口部31を含み、案内路30の障壁30aに衝突した潤滑油を回転軸1の表面に自由落下させる。回転軸1の表面に自由落下して当たった潤滑油は、更に軸受ケーシング3の内部に自由落下し、戻り油孔10を経て図示しない潤滑油タンクに戻される。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the process of passing through the gap between the
図9および図10に示す第7の実施の形態において、他の構成は図1および図2に示す第1の実施の形態と略同一である。図9および図10に示す第7の実施の形態において、図1および図2に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Other configurations of the seventh embodiment shown in FIGS. 9 and 10 are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2. In the seventh embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図9および図10に示すように、タービンケーシング2の端部にはグランド部11が設けられている。グランド部11ではシール流体として蒸気を使用しており、運転条件によっては、回転軸1はグランド部11で数百℃の蒸気と接する場合もある。このような場合、蒸気から回転軸1に熱が流入する。
As shown in FIGS. 9 and 10, a
本実施の形態では、回転軸1がタービンケーシング2から出る箇所から、回転軸1がジャーナル軸受のパッド4と対向する箇所までの範囲内に、高々数十℃の潤滑油を自由落下により当てることにより、グランド部11から流入した熱が潤滑油によって持ち去られ、回転軸ジャーナル部22の熱膨張が抑制される。
In the present embodiment, the lubricating oil of at most several tens of degrees Celsius is applied by free fall within the range from the position where the
(第8の実施の形態)
次に図11および図12により、第8の実施の形態による流体機械について説明する。ここで図11は第8の実施の形態による流体機械を示す図であり、図12は図11のA−A線断面図である。
(Eighth Embodiment)
Next, a fluid machine according to the eighth embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. 11 is a diagram showing a fluid machine according to the eighth embodiment, and FIG. 12 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
図11に示すように、パッド型ジャーナル軸受50は上半部50Aと下半部50Bとを有し、このうち下半部50Bのタービンケーシング2側の側端面50bに油容器32が設けられている。
As shown in FIG. 11, the pad-type journal bearing 50 has an
図11および図12に示すように、潤滑油は回転軸1とパッド4の隙間を通過する過程で、同隙間の軸方向端部から軸受本体5の外部に向かって矢印9方向に排出される。排出される潤滑油は、前記隙間内の油膜圧力に起因した軸方向の速度成分と、軸の回転に伴う遠心力に起因した外周方向の速度成分を有している。本実施の形態の油容器32は油溜まり33と呼ばれる空間を有し、この油溜まり33に潤滑油を集積する。更に油容器32は、回転軸の最下点よりも上方に、油溜まり33に流入した潤滑油をオーバーフローさせるための開口部34を有する。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the process of passing through the gap between the
図11および図12に示す第8の実施の形態において、他の構成は図1および図2に示す第1の実施の形態と略同一である。図11および図12に示す第8の実施の形態において、図1および図2に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Other configurations of the eighth embodiment shown in FIGS. 11 and 12 are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2. In the eighth embodiment shown in FIGS. 11 and 12, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図11および図12において、油溜まり33に集積された潤滑油の液位は回転軸1の最下点より上方となり、回転軸1の表面の一部が、油溜まり33内部の潤滑油に浸されることになる。また、油溜まり33で回転軸1の表面に付着した潤滑油は、軸の回転に伴って開口部34から矢印36のように排出されるため、油溜まり33内部の潤滑油は常時入れ替えられる。なお、図11に示すように、回転軸1と油容器32との隙間にフィン35を設け、同隙間を最小化することにより、油溜まり33への潤滑油の集積を促進することが可能である。
11 and 12, the liquid level of the lubricating oil accumulated in the
図11および図12に示すように、タービンケーシング2の端部にはグランド部11が設けられている。グランド部11ではシール流体として蒸気を使用しており、運転条件によっては、回転軸1はグランド部11で数百℃の蒸気と接する場合もある。このような場合、蒸気から回転軸1に熱が流入する。
As shown in FIGS. 11 and 12, a
本実施の形態では、回転軸1がタービンケーシング2から出る箇所から、回転軸1がジャーナル軸受のパッド4と対向する箇所までの範囲内において、回転軸1を高々数十℃の潤滑油に浸すことにより、グランド部11から流入した熱が潤滑油によって持ち去られ、回転軸ジャーナル部22の熱膨張が抑制される。
In the present embodiment, the
(第9の実施の形態)
次に図13により第9の実施の形態による流体機械について説明する。ここで図13は第9の実施の形態による流体機械を示す図である。
(Ninth Embodiment)
Next, a fluid machine according to the ninth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram showing a fluid machine according to the ninth embodiment.
図13に示すように、パッド型ジャーナル軸受50は2つ割された上半部50Aと下半部50Bとを有し、このうち上半部50Aのタービンケーシング2側の側端面50aに油受け29が設けられている。
As shown in FIG. 13, the pad-type journal bearing 50 has an
図13に示すように、潤滑油は回転軸1とパッド4の隙間を通過する過程で、同隙間の軸方向端部から軸受本体5の外部に向かって矢印9方向に排出される。排出される潤滑油は、前記隙間内の油膜圧力に起因した軸方向の速度成分と、軸の回転に伴う遠心力に起因した外周方向の速度成分を有している。本実施の形態の油受け29は、矢印9の方向に排出される潤滑油を受ける。また油受け29は油受け29内の潤滑油を回転軸1側へ導くとともに障壁30aを含む案内路30を有する。
As shown in FIG. 13, in the process of passing through the gap between the
また、下半部50Bのタービンケーシング2側の側端面50bに油容器32が設けられている。
An
図13に示すように、潤滑油は回転軸1とパッド4の隙間を通過する過程で、同隙間の軸方向端部から軸受本体5の外部に向かって矢印9方向に排出される。排出される潤滑油は、前記隙間内の油膜圧力に起因した軸方向の速度成分と、軸の回転に伴う遠心力に起因した外周方向の速度成分を有している。本実施の形態の油容器32は油溜まり33と呼ばれる空間を有し、この油溜まり33に潤滑油を集積する。更に油容器32は、回転軸の最下点よりも上方に、油溜まり33に流入した潤滑油をオーバーフローさせるための開口部34を有する。
As shown in FIG. 13, in the process of passing through the gap between the
また図13に示すように、パッド型ジャーナル軸受50の上半部50Aおよび下半部50Bの側端面のうち、タービンケーシング2側とは反対側の側端面50c、50dに、各々回転軸1と一定の隙間を以て対向するような排油遮蔽板37a、37bが設けられている。回転軸1と排油遮蔽板37a、37bとの間の隙間は、回転軸1とパッド4との隙間と同等の間隔をもつ。
As shown in FIG. 13, among the side end surfaces of the
図13において、潤滑油は回転軸1とパッド4の隙間を通過する過程で、同隙間の軸方向端部から軸受本体5の外部に排出される。本実施の形態によれば、タービンケーシング2とは反対側の端面から排出される潤滑油については、排油遮蔽板37と回転軸1との狭い隙間を通過することが困難となり、排出量が僅少となる。その分、タービンケーシング2側の側端面から排出される潤滑油の量が増加し、油受け29および油容器32に流入する潤滑油の量が増加する。
In FIG. 13, the lubricating oil is discharged to the outside of the bearing
以上のように本実施の形態によれば、ジャーナル軸受50のタービンケーシング2側の側端面から排出される潤滑油を、回転軸1の冷却媒体として用いることができる。この場合、冷却媒体となる潤滑油の流量を増加させることができ、潤滑油が回転軸1から持ち去る熱量が多くなり、回転軸ジャーナル部22の熱膨張の抑制がより確実となる。
As described above, according to the present embodiment, the lubricating oil discharged from the side end surface of the journal bearing 50 on the
1 回転軸、2 タービンケーシング、3 軸受ケーシング、4 パッド、5 軸受本体、6 軸受台、7 給油孔、9 回転軸とパッドとの隙間から排出される潤滑油の速度、10 戻り油孔、11 グランド部、12 ラビリンスパッキン、13 フィン、14 作動蒸気圧力室、15 グランド部機内側圧力室、16 グランド部機外側圧力室、17 蒸気供給ライン、18 グランド蒸気ヘッダ、19 グランドコンデンサ、20 余剰蒸気回収ライン、21 グランド蒸気回収ライン、22 回転軸ジャーナル部、23 ノズル、23A ノズル、24 噴射油抽出孔、25 噴射油配管、26 ノズルから噴射される潤滑油、27 圧縮空気配管、28 ノズルから噴射される圧縮空気、29 油受け、30 油受けの障壁、31 油受けの開口部、32 油容器、33 油容器の油溜まり、34 油容器の開口部、35 油容器のフィン、36 油溜まりから排出される潤滑油の速度、37 排油遮蔽板、50 ジャーナル軸受、50A 上半部、50B 下半部 1 rotating shaft, 2 turbine casing, 3 bearing casing, 4 pad, 5 bearing body, 6 bearing stand, 7 oil supply hole, 9 speed of lubricating oil discharged from the gap between the rotating shaft and pad, 10 return oil hole, 11 Gland part, 12 labyrinth packing, 13 fins, 14 working steam pressure chamber, 15 gland part inside pressure chamber, 16 gland part outside pressure chamber, 17 steam supply line, 18 gland steam header, 19 gland condenser, 20 surplus steam recovery Line, 21 ground vapor recovery line, 22 rotary shaft journal part, 23 nozzle, 23A nozzle, 24 jet oil extraction hole, 25 jet oil pipe, 26 lubricating oil jetted from nozzle, 27 compressed air pipe, 28 jetted from nozzle Compressed air, 29 oil pan, 30 oil pan barrier, 31 oil pan opening, 2 oil container, 33 oil container oil sump, 34 oil container opening, 35 oil container fin, 36 speed of lubricating oil discharged from oil sump, 37 oil drain shield, 50 journal bearing, 50A upper half , 50B lower half
Claims (3)
前記本体ケーシング内に回転自在に配置された回転軸と、
前記本体ケーシングの外方に配置され、前記回転軸を回動自在に支持するジャーナル軸受と、を備え、
前記ジャーナル軸受は上半部と下半部とを有し、
前記ジャーナル軸受の上半部のうち本体ケーシング側に、前記回転軸と前記ジャーナル軸受の摺動面の間から排出される潤滑油を受ける油受けを設け、この油受けは潤滑油を開口を介して回転軸側に導く案内路を有する、流体機械。 A main body casing of the fluid machine,
A rotating shaft rotatably arranged in the main body casing,
A journal bearing that is disposed outside the main body casing and that rotatably supports the rotating shaft,
The journal bearing has an upper half and a lower half,
On the main body casing side of the upper half of the journal bearing, an oil receiver is provided for receiving lubricating oil discharged from between the rotary shaft and the sliding surface of the journal bearing, and the oil receiver receives the lubricating oil through an opening. A fluid machine that has a guide path that leads to the rotating shaft side.
前記本体ケーシング内に回転自在に配置された回転軸と、
前記本体ケーシングの外方に配置され、前記回転軸を回動自在に支持するジャーナル軸受と、を備え、
前記ジャーナル軸受は上半部と下半部とを有し、
前記ジャーナル軸受の下半部のうち本体ケーシング側に、前記回転軸と前記ジャーナル軸受の摺動面との隙間から排出される潤滑油を集積するための油容器を設け、前記油容器は前記回転軸の最下点よりも上方に、前記油容器内の潤滑油をオーバーフローさせるための開口部を有する、流体機械。 A main body casing of the fluid machine,
A rotating shaft rotatably arranged in the main body casing,
A journal bearing that is disposed outside the main body casing and that rotatably supports the rotating shaft,
The journal bearing has an upper half and a lower half,
The main casing side of the lower half of the journal bearing, the oil container for accumulating the lubricating oil discharged from the gap between the sliding surface of the journal bearing and the rotary shaft is provided, the oil container wherein rotation A fluid machine having an opening above the lowest point of the shaft for allowing lubricating oil in the oil container to overflow.
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