JP7511432B2

JP7511432B2 - Bearing device

Info

Publication number: JP7511432B2
Application number: JP2020167828A
Authority: JP
Inventors: 翼桝田; 侑樹角; 勇一朗脇
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2020-10-02
Publication date: 2024-07-05
Anticipated expiration: 2040-10-02
Also published as: JP2022059932A

Description

本開示は、軸受装置に関する。 This disclosure relates to a bearing device.

特許文献１には、蒸気タービン等の回転機械に用いられる軸受装置が開示されている。軸受装置は、回転軸の周方向に離間して配置された複数の軸受パッドを備えている。このような軸受装置として、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では、各軸受パッドが外周側からピボット（支持部）によって揺動可能に支持されている。回転軸と軸受パッドのパッド面との間の摺動部には、ノズルから供給された潤滑油の油膜が形成されている。 Patent Document 1 discloses a bearing device used in rotary machines such as steam turbines. The bearing device has a number of bearing pads spaced apart in the circumferential direction of a rotating shaft. A tilting pad bearing is known as such a bearing device. In a tilting pad bearing, each bearing pad is supported by a pivot (support portion) from the outer periphery so that it can swing. An oil film of lubricating oil supplied from a nozzle is formed in the sliding portion between the rotating shaft and the pad surface of the bearing pad.

特開２０１７－０７８４７６号公報JP 2017-078476 A

ところで、特許文献１に記載の軸受装置では、ノズルから供給された潤滑油の一部は、回転軸の回転に伴って軸受上半部を経由し、キャリーオーバ油として再度摺動部に供給されることがある。このようなキャリーオーバ油には空気がボイドとして混入されているため、場合によっては、摺動部での油不足が生じる。 However, in the bearing device described in Patent Document 1, some of the lubricating oil supplied from the nozzle passes through the upper half of the bearing as the rotating shaft rotates, and is sometimes supplied again to the sliding parts as carry-over oil. This carry-over oil contains air mixed in as voids, which can sometimes cause a shortage of oil in the sliding parts.

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、摺動部での油不足を抑制することができる軸受装置を提供することが目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a bearing device that can prevent oil shortages in the sliding parts.

上記課題を解決するために、本開示に係る軸受装置は、円筒状をなすキャリアリングと、該キャリアリングの内周面に設けられて回転軸を軸線回りに回転可能に支持するパッド面を有する軸受パッドと、前記キャリアリング内に設けられて、前記回転軸の外周面と前記パッド面との間に潤滑油を供給するノズルと、前記軸受パッドとは異なる周方向位置で前記キャリアリングの内周面と前記回転軸の外周面との間に設けられて、前記回転軸の回転方向下流側に向かうに従って前記回転軸に近接するくさび内周面を有するカバーと、を備え、前記くさび内周面は、前記回転軸の径方向外側に凹むとともに前記軸線方向に一様な凹曲面状をなしており、前記くさび内周面は、前記カバーの前記回転軸の回転方向下流側の端部と、前記カバーの前記回転軸の回転方向上流側の端部と、にわたって形成されている。 In order to solve the above problems, the bearing device of the present disclosure comprises a cylindrical carrier ring, a bearing pad provided on the inner surface of the carrier ring and having a pad surface that rotatably supports a rotating shaft around an axis, a nozzle provided within the carrier ring and supplying lubricating oil between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the pad surface, and a cover provided between the inner surface of the carrier ring and the outer peripheral surface of the rotating shaft at a circumferential position different from the bearing pad, and having a wedge inner surface that approaches the rotating shaft as it approaches downstream in the rotational direction of the rotating shaft, wherein the wedge inner surface is recessed radially outward of the rotating shaft and has a uniform concave curved surface in the axial direction, and the wedge inner surface is formed across an end of the cover downstream in the rotational direction of the rotating shaft and an end of the cover upstream in the rotational direction of the rotating shaft.

本開示の軸受装置によれば、軸受装置の摺動部での油不足を抑制することができる。 The bearing device disclosed herein can prevent oil shortages in the sliding parts of the bearing device.

本開示の実施形態に係る軸受装置を備えた蒸気タービンの模式的な縦断面図である。1 is a schematic vertical cross-sectional view of a steam turbine including a bearing device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る軸受装置における回転軸の軸線に直交する断面図である。1 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of a rotating shaft in a bearing device according to an embodiment of the present disclosure.

（蒸気タービン）
以下、本開示の実施形態に係る軸受装置３０を備えた回転機械について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転機械である蒸気タービン１は、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に用いられるものである。 (Steam turbine)
Hereinafter, a rotating machine including a bearing device 30 according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 .
As shown in FIG. 1, a steam turbine 1, which is a rotary machine of this embodiment, is an external combustion engine that extracts steam energy as rotational power, and is used in a generator in a power plant, etc.

蒸気タービン１は、タービンケーシング２と、該タービンケーシング２を貫通するように軸線Оに沿って延びる回転軸１０とを備えている。また、蒸気タービン１は、タービンケーシング２に保持された静翼３と、回転軸１０に設けられた動翼４と、回転軸１０を軸線О回りに回転可能に支持する軸受部２０とを備えている。
軸受部２０は、スラスト軸受２１及びラジアル軸受である軸受装置３０を備えている。軸受装置３０は、回転軸１０を回転可能に支持している。 The steam turbine 1 includes a turbine casing 2 and a rotating shaft 10 extending along an axis O so as to penetrate the turbine casing 2. The steam turbine 1 also includes stationary blades 3 held in the turbine casing 2, moving blades 4 provided on the rotating shaft 10, and a bearing unit 20 that supports the rotating shaft 10 rotatably about the axis O.
The bearing portion 20 includes a thrust bearing 21 and a bearing device 30 which is a radial bearing. The bearing device 30 supports the rotating shaft 10 so that the rotating shaft 10 is rotatable.

回転軸１０は、軸線Оを中心として延びる円柱形状をなしている。回転軸１０は、タービンケーシング２に対して軸線О方向に延在している。回転軸１０の一部には、スラストカラー１１が形成されている。スラストカラー１１は、軸線Оを中心として円板形状をなしており、フランジ状をなすように回転軸１０の本体から回転軸１０の径方向外側に向かって一体的に張り出している。 The rotating shaft 10 has a cylindrical shape extending about the axis O. The rotating shaft 10 extends in the direction of the axis O relative to the turbine casing 2. A thrust collar 11 is formed on a part of the rotating shaft 10. The thrust collar 11 has a disk shape centered on the axis O, and protrudes integrally from the main body of the rotating shaft 10 toward the radially outward direction of the rotating shaft 10 to form a flange shape.

スラスト軸受２１は、スラストカラー１１を軸線О方向両側から摺動可能に支持している。スラストカラー１１とスラスト軸受２１は、タービンケーシング２内で動翼４や静翼３が軸線О方向下流側へタービンケーシング２内に導入される蒸気の力を受けて押された際に回転軸１０が軸線О方向下流側（図１の右側）へ移動しないように規制している。 The thrust bearing 21 supports the thrust collar 11 so that it can slide from both sides in the axial direction O. The thrust collar 11 and thrust bearing 21 regulate the rotating shaft 10 so that it does not move downstream in the axial direction O (to the right in Figure 1) when the rotor blades 4 and stator blades 3 in the turbine casing 2 are pushed downstream in the axial direction O by the force of the steam introduced into the turbine casing 2.

このような蒸気タービン１では、タービンケーシング２内に導入される蒸気が静翼３及び動翼４の間の流路を通過する。この際、蒸気が動翼４を回転させることで該動翼４に伴って回転軸１０が回転し、該回転軸１０に接続された不図示の発電機等の機械に回転エネルギーが伝達される。 In such a steam turbine 1, steam introduced into the turbine casing 2 passes through a flow passage between the stationary blades 3 and the rotor blades 4. At this time, the steam rotates the rotor blades 4, causing the rotor shaft 10 to rotate along with the rotor blades 4, and rotational energy is transmitted to a machine such as a generator (not shown) connected to the rotor shaft 10.

（軸受装置）
次に、本実施形態の軸受装置３０について説明する。本実施形態の軸受装置３０は、蒸気タービン１の稼働時に回転軸１０を回転可能に支持するラジアル軸受である。
図２に示すように、軸受装置３０は、キャリアリング４０と、複数のピボット４３と、複数の軸受パッド５０と、カバー６０と、ノズル７０と、を備えている。 (Bearing device)
Next, a description will be given of the bearing device 30 of this embodiment. The bearing device 30 of this embodiment is a radial bearing that rotatably supports the rotating shaft 10 when the steam turbine 1 is in operation.
As shown in FIG. 2 , the bearing device 30 includes a carrier ring 40 , a plurality of pivots 43 , a plurality of bearing pads 50 , a cover 60 , and a nozzle 70 .

（キャリアリング）
キャリアリング４０は、軸線Оを中心とする円筒状をなすことで、回転軸１０を外周側から覆っている。キャリアリング４０の内周面４０ａは、回転軸１０の外周面と間隔をあけて配置されている。キャリアリング４０の内周面４０ａと回転軸１０の外周面との間の環状の空間内に軸受パッド５０、ノズル７０、及びカバー６０が配置されている。 (Carrier Ring)
The carrier ring 40 has a cylindrical shape centered on the axis O and covers the outer periphery of the rotating shaft 10. An inner periphery 40a of the carrier ring 40 is disposed at a distance from the outer periphery of the rotating shaft 10. A bearing pad 50, a nozzle 70, and a cover 60 are disposed in the annular space between the inner periphery 40a of the carrier ring 40 and the outer periphery of the rotating shaft 10.

本実施形態のキャリアリング４０は、上半分を形成する上半部４１ａと下半分を形成する下半部４１ｂとを有している。これら上半部４１ａと下半部４１ｂとは、キャリアリング４０の上下方向の中央で水平分割面Ｄによって互いに接続されている。 The carrier ring 40 of this embodiment has an upper half 41a that forms the upper half and a lower half 41b that forms the lower half. The upper half 41a and the lower half 41b are connected to each other by a horizontal dividing surface D at the center of the carrier ring 40 in the vertical direction.

（ピボット）
ピボット４３はキャリアリング４０の内周面４０ａ上に複数設けられている。ピボット４３は、軸受パッド５０を、該ピボット４３の先端を支点とした三次元的揺動が可能となるように支持している。各ピボット４３は、キャリアリング４０の内周面４０ａから軸線Оに対する径方向内側に向かって突出している。各ピボット４３は、径方向外側から内側に向かうに従って次第に先細りしている。 (pivot)
A plurality of pivots 43 are provided on the inner peripheral surface 40a of the carrier ring 40. The pivots 43 support the bearing pads 50 so that the bearing pads 50 can swing three-dimensionally with the tips of the pivots 43 as fulcrums. Each pivot 43 protrudes radially inward from the inner peripheral surface 40a of the carrier ring 40 relative to the axis O. Each pivot 43 gradually tapers from the radially outer side to the radially inner side.

本開示の実施形態では、２つのピボット４３が回転軸１０の周方向に間隔をあけて該周方向の互いに異なる位置に設けられている。より具体的には、２つのピボット４３は、キャリアリング４０の下半部４１ｂに該下半部４１ｂの周方向の中央位置を挟むように設けられている。 In the embodiment of the present disclosure, two pivots 43 are provided at different positions in the circumferential direction of the rotating shaft 10 with a gap therebetween. More specifically, the two pivots 43 are provided in the lower half 41b of the carrier ring 40 so as to sandwich the central position of the lower half 41b in the circumferential direction.

（軸受パッド）
軸受パッド５０は、キャリアリング４０の内周面４０ａにピボット４３を介して設けられている。軸受パッド５０は、回転軸１０の周方向に間隔をあけて互いに異なる周方向位置に、各ピボット４３と対応するようにこれらピボット４３と同数が設けられている。本実施形態では、軸受パッド５０は、２つのピボット４３に対応してキャリアリング４０の下半部４１ｂの内周面４０ａにこれらピボット４３を介して周方向に間隔をあけて２つが設けられている。 (bearing pad)
The bearing pads 50 are provided on the inner peripheral surface 40a of the carrier ring 40 via pivots 43. The bearing pads 50 are provided at different circumferential positions spaced apart from one another in the circumferential direction of the rotating shaft 10, and the same number of bearing pads 50 are provided to correspond to the respective pivots 43. In this embodiment, two bearing pads 50 are provided on the inner peripheral surface 40a of the lower half 41b of the carrier ring 40, spaced apart from one another in the circumferential direction via the pivots 43, in correspondence with the two pivots 43.

２つの軸受パッド５０のうちの一方は、下半部４１ｂの内側における回転方向Ｔ上流側の部分に位置する上流パッド５４とされている。２つの軸受パッド５０のうちの他方は、下半部４１ｂの内側における回転方向Ｔ下流側の部分、すなわち、上流パッド５４よりも回転方向Ｔ下流側の部分に位置する下流パッド５５とされている。
各軸受パッド５０は、回転軸１０の軸線Оに直交する断面視で周方向に円弧状に延びるとともに、径方向の寸法である厚さが一様な湾曲板形状をなしている。 One of the two bearing pads 50 is an upstream pad 54 located on the inner side of the lower half 41 b on the upstream side in the rotation direction T. The other of the two bearing pads 50 is a downstream pad 55 located on the inner side of the lower half 41 b on the downstream side in the rotation direction T, i.e., on the downstream side of the upstream pad 54 in the rotation direction T.
Each bearing pad 50 extends in an arc shape in the circumferential direction in a cross-sectional view perpendicular to the axis O of the rotating shaft 10, and has a curved plate shape with a uniform thickness, which is the radial dimension.

軸受パッド５０における径方向外側を向く外周面は、上記ピボット４３の先端によって支持される裏面５２とされている。軸受パッド５０はピボット４３の先端を支点として三次元的揺動が可能となるように配置されている。これにより、いわゆるティルティング機構が構成されている。 The outer peripheral surface of the bearing pad 50 facing radially outward is the back surface 52 that is supported by the tip of the pivot 43. The bearing pad 50 is positioned so that it can oscillate three-dimensionally with the tip of the pivot 43 as the fulcrum. This forms a so-called tilting mechanism.

軸受パッド５０は、回転軸１０の外周面に対向する内周面としてのパッド面５１を有している。パッド面５１と回転軸１０の外周面との間に区画されるクリアランスＣに潤滑油が介在することで回転軸１０の回転時にクリアランスＣが潤滑油で満たされて油膜が形成される。パッド面５１は、当該油膜を介して回転軸１０の外周面を摺動可能に支持している。言い換えれば、パッド面５１は当該油膜を介して回転軸１０を軸線О回りに回転可能に支持している。 The bearing pad 50 has a pad surface 51 as an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the rotating shaft 10. A lubricant is interposed in a clearance C defined between the pad surface 51 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 10, and when the rotating shaft 10 rotates, the clearance C is filled with the lubricant and an oil film is formed. The pad surface 51 slidably supports the outer peripheral surface of the rotating shaft 10 via the oil film. In other words, the pad surface 51 supports the rotating shaft 10 rotatably around the axis O via the oil film.

パッド面５１は、軸線О方向から見て径方向外側に凹む円弧形状をなしており、当該円弧形状を維持したまま軸線О方向に延在している。軸受パッド５０は、外周側の部分が鋼材等から形成された基部とされており、当該基部の内周側に向かってホワイトメタル等の軸受鋼が積層されている。したがって、パッド面５１は軸受鋼によって形成されている。 The pad surface 51 has an arc shape that is concave radially outward when viewed from the axis O direction, and extends in the axis O direction while maintaining this arc shape. The outer peripheral portion of the bearing pad 50 is a base made of steel or the like, and bearing steel such as white metal is layered toward the inner peripheral side of the base. Therefore, the pad surface 51 is formed from bearing steel.

（ノズル）
ノズル７０は、回転軸１０の外周面と軸受パッド５０のパッド面５１との間に潤滑油を供給する。ノズル７０は、キャリアリング４０内に設けられて、キャリアリング４０を軸線Ｏの径方向に貫通するように、周方向に間隔をあけて一対が設けられている。 (nozzle)
The nozzles 70 supply lubricating oil between the outer circumferential surface of the rotating shaft 10 and the pad surfaces 51 of the bearing pads 50. The nozzles 70 are provided in the carrier ring 40, and a pair of the nozzles 70 are provided at intervals in the circumferential direction so as to penetrate the carrier ring 40 in the radial direction of the axis O.

ノズル７０の径方向内側を向く端部と回転軸１０の外周面との距離は、軸受パッド５０のパッド面５１と回転軸１０の外周面とが区画するクリアランスＣの径方向における寸法よりも大きく形成されている。
一対のノズル７０のうちの一方は、上流ノズル７２とされ、他方は下流ノズル７３とされている。 The distance between the radially inward end of the nozzle 70 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 10 is greater than the radial dimension of the clearance C defined by the pad surface 51 of the bearing pad 50 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 10.
One of the pair of nozzles 70 is designated as an upstream nozzle 72 , and the other is designated as a downstream nozzle 73 .

上流ノズル７２は、上流パッド５４のパッド面５１と回転軸１０の外周面との間に区画されるクリアランスＣに潤滑油を吐出供給する。上流ノズル７２は、キャリアリング４０の下半部４１ｂの回転方向Ｔ上流側の部分であって、上流パッド５４における回転軸１０の回転方向Ｔ上流側に設けられている。上流ノズル７２は、外部から供給される潤滑油を回転方向Ｔ下流側に向かって吐出する。回転軸１０の回転時に上流ノズル７２が潤滑油を吐出供給すると、上流パッド５４と回転軸１０とが区画するクリアランスＣに油膜が形成される。 The upstream nozzle 72 discharges and supplies lubricating oil to the clearance C defined between the pad surface 51 of the upstream pad 54 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 10. The upstream nozzle 72 is the upstream part of the lower half 41b of the carrier ring 40 in the rotation direction T, and is provided on the upstream side of the upstream pad 54 in the rotation direction T of the rotating shaft 10. The upstream nozzle 72 discharges lubricating oil supplied from the outside toward the downstream side in the rotation direction T. When the upstream nozzle 72 discharges and supplies lubricating oil while the rotating shaft 10 is rotating, an oil film is formed in the clearance C defined between the upstream pad 54 and the rotating shaft 10.

下流ノズル７３は、下流パッド５５のパッド面５１と回転軸１０の外周面との間に区画されるクリアランスＣに潤滑油を吐出供給する。下流ノズル７３は、キャリアリング４０の下半部４１ｂの回転方向Ｔ下流側の部分であって、下流パッド５５における回転軸１０の回転方向Ｔ上流側に設けられている。下流ノズル７３は、外部から供給される潤滑油を回転方向Ｔ下流側に向かって吐出する。回転軸１０の回転時に下流ノズル７３が潤滑油を吐出供給すると、下流パッド５５と回転軸１０とが区画するクリアランスＣに油膜が形成される。 The downstream nozzle 73 discharges and supplies lubricating oil to the clearance C defined between the pad surface 51 of the downstream pad 55 and the outer circumferential surface of the rotating shaft 10. The downstream nozzle 73 is a downstream portion of the lower half 41b of the carrier ring 40 in the rotation direction T, and is provided on the upstream side of the downstream pad 55 in the rotation direction T of the rotating shaft 10. The downstream nozzle 73 discharges lubricating oil supplied from the outside toward the downstream side in the rotation direction T. When the downstream nozzle 73 discharges and supplies lubricating oil while the rotating shaft 10 is rotating, an oil film is formed in the clearance C defined between the downstream pad 55 and the rotating shaft 10.

（カバー）
カバー６０は、キャリアリング４０の内周面４０ａと回転軸１０の外周面との間に配置され、上半部４１ａの内周面４０ａに設けられている。カバー６０の外周面であるカバー外周面６２は、上半部４１ａの内周面４０ａに周方向にわたって固定されている。 (cover)
The cover 60 is disposed between the inner peripheral surface 40a of the carrier ring 40 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 10, and is provided on the inner peripheral surface 40a of the upper half 41a. A cover outer peripheral surface 62, which is the outer peripheral surface of the cover 60, is fixed to the inner peripheral surface 40a of the upper half 41a in the circumferential direction.

カバー外周面６２は、キャリアリング４０の上半部４１ａの内周面４０ａの回転方向Ｔ上流側の端部である始点Ａから回転方向Ｔ下流側の端部である終点Ｂにわたって固定されている。 The cover outer peripheral surface 62 is fixed from a start point A, which is the upstream end of the inner peripheral surface 40a of the upper half 41a of the carrier ring 40 in the direction of rotation T, to an end point B, which is the downstream end of the inner peripheral surface 40a in the direction of rotation T.

カバー６０は、回転軸１０の回転方向Ｔ下流側に向かうに従って回転軸１０に近接するくさび内周面６３を有している。くさび内周面６３は、上半部４１ａの内周面４０ａにおける回転軸１０の回転方向Ｔ上流側の端部である始点Ａから回転方向Ｔ下流側の端部である終点Ｂに向かって回転方向Ｔに移動するに従って回転軸１０の外周面に近接している。 The cover 60 has a wedge inner peripheral surface 63 that approaches the rotating shaft 10 as it moves downstream in the rotation direction T of the rotating shaft 10. The wedge inner peripheral surface 63 approaches the outer peripheral surface of the rotating shaft 10 as it moves in the rotation direction T from a starting point A, which is the end on the upstream side of the rotation direction T of the rotating shaft 10 on the inner peripheral surface 40a of the upper half 41a, toward an end point B, which is the end on the downstream side of the rotation direction T.

くさび内周面６３は、軸線О方向から見て回転軸１０の径方向外側に向かって凹むとともに軸線О方向に一様な凹曲面状をなしている。本実施形態のくさび内周面６３は、軸線Ｏから下半部４１ｂの回転方向Ｔ下流側の端部側にずれた仮想軸線を中心軸線とする円筒面状をなしている。くさび内周面６３は、カバー６０の回転方向Ｔ上流側の端部である上流側端部６０ａと、回転方向Ｔ下流側の端部である下流側端部６０ｂにわたって形成されている。 The wedge inner peripheral surface 63 is recessed toward the outside in the radial direction of the rotating shaft 10 when viewed from the axis O direction, and has a uniform concave curved shape in the axis O direction. In this embodiment, the wedge inner peripheral surface 63 has a cylindrical surface shape with a virtual axis line that is shifted from the axis O toward the downstream end of the lower half 41b in the rotation direction T as its central axis. The wedge inner peripheral surface 63 is formed across the upstream end 60a, which is the end on the upstream side in the rotation direction T of the cover 60, and the downstream end 60b, which is the end on the downstream side in the rotation direction T.

したがって、下流側端部６０ｂと回転軸１０の外周面との径方向における距離は、上流側端部６０ａと回転軸１０の外周面との径方向における距離よりも短くなっている。 Therefore, the radial distance between the downstream end 60b and the outer circumferential surface of the rotating shaft 10 is shorter than the radial distance between the upstream end 60a and the outer circumferential surface of the rotating shaft 10.

また、くさび内周面６３は、回転軸１０の外周面と径方向に対向しており、くさび内周面６３と回転軸１０の外周面との間には隙間Ｓが区画されている。回転軸１０の回転方向Ｔ上流側の端部である始点Ａから回転方向Ｔ下流側の端部である終点Ｂにわたって、隙間Ｓの径方向における寸法（回転軸１０外周面とくさび内周面６３との距離）が漸次短くなっている。 The wedge inner surface 63 faces the outer surface of the rotating shaft 10 in the radial direction, and a gap S is defined between the wedge inner surface 63 and the outer surface of the rotating shaft 10. From the start point A, which is the upstream end of the rotating shaft 10 in the rotation direction T, to the end point B, which is the downstream end of the rotation direction T, the radial dimension of the gap S (the distance between the outer surface of the rotating shaft 10 and the wedge inner surface 63) gradually becomes shorter.

くさび内周面６３の下流側の端部の隙間Ｓの径方向における寸法は、軸受パッド５０のパッド面５１と回転軸１０の外周面とが区画するクリアランスＣの径方向における寸法よりも大きく形成されている。 The radial dimension of the gap S at the downstream end of the wedge inner surface 63 is larger than the radial dimension of the clearance C defined between the pad surface 51 of the bearing pad 50 and the outer surface of the rotating shaft 10.

（作用効果）
続いて、本実施形態に係る軸受装置３０の動作について説明する。蒸気タービン１の稼働に伴って回転軸１０が回転すると、回転軸１０と軸受パッド５０との間には、ノズル７０によって潤滑油が供給される。これにより、回転軸１０の外周面と軸受パッド５０のパッド面５１とが区画するクリアランスＣが潤滑油で満たされ、油膜が形成される。これにより、回転軸１０は、パッド面５１に油膜を介して摺動可能に支持される。 (Action and Effect)
Next, the operation of the bearing device 30 according to this embodiment will be described. When the rotating shaft 10 rotates with the operation of the steam turbine 1, lubricating oil is supplied between the rotating shaft 10 and the bearing pad 50 by the nozzle 70. As a result, the clearance C defined between the outer circumferential surface of the rotating shaft 10 and the pad surface 51 of the bearing pad 50 is filled with lubricating oil, and an oil film is formed. As a result, the rotating shaft 10 is slidably supported on the pad surface 51 via the oil film.

ここで、上記の軸受装置３０では、軸受パッド５０がキャリアリング４０の下半部４１ｂのみに設けられている。したがって、上流ノズル７２及び下流ノズル７３から供給された潤滑油の一部は、回転軸１０の回転に伴ってキャリアリング４０の上半部４１ａ内を経由し、キャリーオーバ油となる。キャリーオーバ油には空気がボイドとして混入されていることがあり、上記構成のカバー６０を有さない軸受装置３０の場合、クリアランスＣに空気を含んだキャリーオーバ油が侵入し、油不足が生じる可能性がある。その結果、回転軸１０に低周波振動が生じる場合や、回転軸１０の外周面やパッド面５１に片当り、焼きつき等が発生する虞がある。 Here, in the above-mentioned bearing device 30, the bearing pads 50 are provided only on the lower half 41b of the carrier ring 40. Therefore, part of the lubricating oil supplied from the upstream nozzle 72 and the downstream nozzle 73 passes through the upper half 41a of the carrier ring 40 as the rotating shaft 10 rotates, and becomes carry-over oil. Air may be mixed in the carry-over oil as voids, and in the case of a bearing device 30 that does not have a cover 60 of the above-mentioned configuration, carry-over oil containing air may enter the clearance C, causing an oil shortage. As a result, low-frequency vibrations may occur in the rotating shaft 10, and the outer peripheral surface of the rotating shaft 10 or the pad surface 51 may come into contact with one side, seizure, etc. may occur.

本実施形態に係る軸受装置３０では、上述のようにキャリアリング４０の上半部４１ａの内周面４０ａにくさび内周面６３を有するカバー６０が固定されている。くさび内周面６３は、回転方向Ｔ上流側から下流側にかけて漸次回転軸１０に近接しているため、キャリーオーバ油は上半部４１ａ内で回転方向Ｔ下流側へ向かうに従って昇圧される。これにより、キャリーオーバ油内の空気が押し出されることで、カバー６０を経由し、下半部４１ｂへと侵入するキャリーオーバ油に空気がボイドとして混入されることが少なくなる。すなわち、空気を含んだキャリーオーバ油がクリアランスＣに侵入することが少なくなる。したがって、クリアランスＣにおける油膜の油不足を抑制することができる。 In the bearing device 30 according to this embodiment, as described above, the cover 60 having the wedge inner surface 63 is fixed to the inner surface 40a of the upper half 41a of the carrier ring 40. Since the wedge inner surface 63 is gradually closer to the rotating shaft 10 from the upstream side to the downstream side in the rotation direction T, the carry-over oil is pressurized in the upper half 41a as it moves downstream in the rotation direction T. As a result, the air in the carry-over oil is pushed out, and the air is less likely to be mixed as a void in the carry-over oil that penetrates through the cover 60 and into the lower half 41b. In other words, the carry-over oil containing air is less likely to penetrate into the clearance C. Therefore, it is possible to suppress the shortage of oil in the oil film in the clearance C.

また、上記構成によれば、くさび内周面６３は、軸線О方向から見て径方向外側に向かって凹むとともに前記軸線О方向に一様な凹曲面状をなしている。これにより、蒸気タービン１の稼働中に大きな軸揺れが生じ、回転軸１０とくさび内周面６３が近接した場合でも、くさび内周面６３が軸受パッド５０のパッド面５１のように機能する。すなわち、くさび内周面６３はキャリーオーバ油を介して回転軸１０の外周面を摺動可能に支持する。したがって、軸受装置３０を安全に保持することができる。 In addition, according to the above configuration, the wedge inner surface 63 is recessed radially outward when viewed from the axis O direction, and has a uniform concave curved shape in the axis O direction. As a result, even if a large axial vibration occurs during operation of the steam turbine 1 and the rotating shaft 10 and the wedge inner surface 63 come close to each other, the wedge inner surface 63 functions like the pad surface 51 of the bearing pad 50. In other words, the wedge inner surface 63 slidably supports the outer surface of the rotating shaft 10 via carry-over oil. Therefore, the bearing device 30 can be held safely.

また、くさび内周面６３の下流側の端部の隙間Ｓの径方向における寸法は、クリアランスＣの径方向における寸法よりも大きく形成されている。これにより、蒸気タービン１の平常稼働中は、くさび内周面６３が摩耗することがない。したがって、カバー６０を長期にわたって使用することができる。 In addition, the radial dimension of the gap S at the downstream end of the wedge inner surface 63 is made larger than the radial dimension of the clearance C. This prevents the wedge inner surface 63 from wearing out during normal operation of the steam turbine 1. Therefore, the cover 60 can be used for a long period of time.

また、上記構成によれば、くさび内周面６３は、カバー６０の回転軸１０の回転方向Ｔ下流側の端部である下流側端部６０ｂにわたって形成されている。これにより、くさび内周面６３の下流側の端部までキャリーオーバ油を昇圧し、ボイドとしての空気を抜く作用を得ることができる。したがって、当該下流側端部６０ｂの回転方向Ｔ下流側に続くクリアランスＣに空気の混入が少ないキャリーオーバ油を供給できる。 In addition, according to the above configuration, the wedge inner surface 63 is formed over the downstream end 60b, which is the end downstream in the rotation direction T of the rotating shaft 10 of the cover 60. This allows the carry-over oil to be pressurized up to the downstream end of the wedge inner surface 63, and the effect of removing air as voids can be obtained. Therefore, carry-over oil with little air mixed in can be supplied to the clearance C continuing downstream in the rotation direction T of the downstream end 60b.

また、上記構成によれば、くさび内周面６３は、カバー６０の回転軸１０の回転方向Ｔ上流側の端部である上流側端部６０ａにわたって形成されている。これにより、上半部４１ａの始点Ａに対応するくさび内周面６３の上流側の端部から終点Ｂに対応する下流側の端部までのくさび内周面６３の全域でキャリーオーバ油を昇圧し、ボイドとしての空気を抜く作用を得ることができる。したがって、当該下流側端部６０ｂの回転方向Ｔ下流側に続くクリアランスＣに、より空気の混入が少ないキャリーオーバ油を供給できる。 In addition, according to the above configuration, the wedge inner surface 63 is formed over the upstream end 60a, which is the end on the upstream side of the rotation direction T of the rotating shaft 10 of the cover 60. This allows the carry-over oil to be pressurized over the entire area of the wedge inner surface 63 from the upstream end of the wedge inner surface 63 corresponding to the start point A of the upper half 41a to the downstream end corresponding to the end point B, thereby obtaining the effect of removing air as voids. Therefore, carry-over oil with less air mixed in can be supplied to the clearance C continuing downstream in the rotation direction T of the downstream end 60b.

また、上記構成によれば、軸受パッド５０は、下半部４１ｂに設けられ、異なる周方向位置に配置される上流パッド５４と下流パッド５５からなる。カバー６０は、上半部４１ａに設けられている。これにより、軸受装置３０を蒸気タービン１に用いられるラジアル軸受として効果的に使用することができる。 In addition, according to the above configuration, the bearing pad 50 is provided in the lower half 41b and consists of an upstream pad 54 and a downstream pad 55 arranged at different circumferential positions. The cover 60 is provided in the upper half 41a. This allows the bearing device 30 to be effectively used as a radial bearing for the steam turbine 1.

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は各実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 Other embodiments
Although the embodiments of the present disclosure have been described above in detail with reference to the drawings, the specific configurations are not limited to those of the embodiments, and addition, omission, substitution, and other modifications of the configurations are possible within the scope of the gist of the present disclosure. Furthermore, the present disclosure is not limited to the embodiments, but is limited only by the claims.

なお、上記の実施形態では、軸受パッド５０を下半部４１ｂに上流パッド５４、下流パッド５５として２つ設ける構成としているが、これに限るものではない。例えば、軸受パッド５０は、下半部４１ｂに３つ以上設けられてもよい。 In the above embodiment, two bearing pads 50 are provided in the lower half 41b as an upstream pad 54 and a downstream pad 55, but this is not limited to the above. For example, three or more bearing pads 50 may be provided in the lower half 41b.

また、上記の実施形態では、くさび内周面６３がカバー６０の上流側端部６０ａから下流側端部６０ｂにわたって形成されているが、これに限るものではない。
カバー６０の上流側端部６０ａから下流側端部６０ｂにわたる内周面の途中の一部分のみに、くさび内周面６３が形成されていてもよい。
また、カバー６０の上流側端部６０ａからくさび内周面６３の形成が始まり、上流側端部６０ａから下流側端部６０ｂにわたる内周面の途中でくさび内周面６３の形成が終わっていてもよい。
また、カバー６０の上流側端部６０ａから下流側端部６０ｂにわたる内周面の途中からくさび内周面６３の形成が始まり、下流側端部６０ｂでくさび内周面６３の形成が終わっていてもよい。 In the above embodiment, the wedge inner peripheral surface 63 is formed from the upstream end 60a to the downstream end 60b of the cover 60, but the present invention is not limited to this.
The wedge inner circumferential surface 63 may be formed only on a portion of the inner circumferential surface of the cover 60 from the upstream end 60a to the downstream end 60b.
Furthermore, formation of the wedge inner circumferential surface 63 may start from the upstream end 60a of the cover 60 and end midway along the inner circumferential surface extending from the upstream end 60a to the downstream end 60b.
In addition, formation of the wedge inner circumferential surface 63 may start midway along the inner circumferential surface extending from the upstream end 60a to the downstream end 60b of the cover 60, and end at the downstream end 60b.

また、上記の実施形態では、ノズル７０を周方向に間隔をあけて一対設ける構成としているが、これに限るものではない。ノズル７０は、クリアランスＣに過不足なく潤滑油を供給する目的で適宜の数を設けてもよい。 In addition, in the above embodiment, the nozzles 70 are provided in pairs spaced apart in the circumferential direction, but this is not limited to this. An appropriate number of nozzles 70 may be provided in order to supply lubricating oil to the clearance C without excess or deficiency.

また、上記の実施形態では、蒸気タービン１に用いられる軸受装置３０であるが、蒸気タービン１に限られることはない。軸受装置３０は、ガスタービン等の他の回転機械に用いられてもよい。 In addition, in the above embodiment, the bearing device 30 is used in the steam turbine 1, but this is not limited to the steam turbine 1. The bearing device 30 may be used in other rotating machines such as a gas turbine.

＜付記＞
実施形態に記載の軸受装置３０は、例えば以下のように把握される。 <Additional Notes>
The bearing device 30 according to the embodiment can be understood, for example, as follows.

（１）第１の態様に係る軸受装置３０は、円筒状をなすキャリアリング４０と、該キャリアリング４０の内周面４０ａに設けられて回転軸１０を軸線О回りに回転可能に支持するパッド面５１を有する軸受パッド５０と、前記キャリアリング４０内に設けられて、前記回転軸１０の外周面と前記パッド面５１との間に潤滑油を供給するノズル７０と、前記軸受パッド５０とは異なる周方向位置で前記キャリアリング４０の内周面４０ａと前記回転軸１０の外周面との間に設けられて、前記回転軸１０の回転方向Ｔ下流側に向かうに従って前記回転軸１０に近接するくさび内周面６３を有するカバー６０と、を備える。 (1) The bearing device 30 according to the first aspect includes a cylindrical carrier ring 40, a bearing pad 50 provided on the inner peripheral surface 40a of the carrier ring 40 and having a pad surface 51 that rotatably supports the rotating shaft 10 around the axis O, a nozzle 70 provided within the carrier ring 40 for supplying lubricating oil between the outer peripheral surface of the rotating shaft 10 and the pad surface 51, and a cover 60 provided between the inner peripheral surface 40a of the carrier ring 40 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 10 at a circumferential position different from the bearing pad 50, and having a wedge inner peripheral surface 63 that approaches the rotating shaft 10 as it moves downstream in the rotation direction T of the rotating shaft 10.

これにより、くさび内周面６３と回転軸１０の外周面との間に区画される隙間Ｓでキャリーオーバ油が昇圧され、キャリーオーバ油内の空気が押し出される。したがって、空気の混入が少ないキャリーオーバ油を、軸受パッド５０のパッド面５１と回転軸１０の外周面とが区画するクリアランスＣに供給できる。 As a result, the carry-over oil is pressurized in the gap S defined between the wedge inner surface 63 and the outer surface of the rotating shaft 10, and the air in the carry-over oil is pushed out. Therefore, carry-over oil with little air mixed in can be supplied to the clearance C defined by the pad surface 51 of the bearing pad 50 and the outer surface of the rotating shaft 10.

（２）第２の態様に係る軸受装置３０は、（１）の軸受装置３０であって、前記くさび内周面６３は、前記回転軸１０の径方向外側に凹むとともに前記軸線О方向に一様な凹曲面状をなしていてもよい。 (2) The bearing device 30 according to the second aspect is the bearing device 30 according to (1), and the wedge inner peripheral surface 63 may be recessed radially outward of the rotating shaft 10 and have a uniform concave curved surface shape in the direction of the axis O.

これにより、大きな軸揺れが生じて回転軸１０とくさび内周面６３が近接した場合でも、くさび内周面６３が軸受パッド５０のパッド面５１と同様に機能する。 As a result, even if a large shaft vibration occurs and the rotating shaft 10 and the wedge inner surface 63 come into close proximity, the wedge inner surface 63 functions in the same way as the pad surface 51 of the bearing pad 50.

（３）第３の態様に係る軸受装置３０は、（１）または（２）の軸受装置３０であって、前記くさび内周面６３は、前記カバー６０の前記回転軸１０の回転方向Ｔ下流側の端部にわたって形成されていてもよい。 (3) The bearing device 30 according to the third aspect is the bearing device 30 according to (1) or (2), and the wedge inner surface 63 may be formed over the end of the cover 60 downstream in the rotation direction T of the rotating shaft 10.

これにより、くさび内周面６３の下流側の端部までキャリーオーバ油を昇圧し、キャリーオーバ油内の空気を抜く作用を得ることができる。したがって、当該端部の回転方向Ｔ下流側に続くクリアランスＣに空気の混入が少ないキャリーオーバ油を供給できる。 This increases the pressure of the carry-over oil up to the downstream end of the wedge inner surface 63, and removes the air from within the carry-over oil. Therefore, carry-over oil with little air mixed in can be supplied to the clearance C that continues downstream in the direction of rotation T from that end.

（４）第４の態様に係る軸受装置３０は、（３）の軸受装置３０であって、前記くさび内周面６３は、前記カバー６０の前記回転軸１０の回転方向Ｔ上流側の端部にわたって形成されていてもよい。 (4) The bearing device 30 according to the fourth aspect is the bearing device 30 according to (3), and the wedge inner surface 63 may be formed over the upstream end of the cover 60 in the rotation direction T of the rotating shaft 10.

これにより、くさび内周面６３の上流側の端部から下流側の端部にわたるくさび内周面６３の全域でキャリーオーバ油を昇圧し、よりキャリーオーバ油内の空気を抜く作用を得ることができる。したがって、当該端部の回転方向Ｔ下流側に続くクリアランスＣにより空気の混入が少ないキャリーオーバ油を供給できる。 This increases the pressure of the carry-over oil over the entire area of the wedge inner surface 63, from the upstream end to the downstream end, and can further remove air from the carry-over oil. Therefore, the clearance C that continues downstream in the direction of rotation T from that end allows the supply of carry-over oil with less air mixed in.

（５）第５の態様に係る軸受装置３０は、（１）から（４）のいずれかの軸受装置３０であって、前記キャリアリング４０は、互いに水平分割面Ｄで接続される上半部４１ａ及び下半部４１ｂを有し、前記軸受パッド５０は、前記キャリアリング４０における前記下半部４１ｂの内周面４０ａに周方向に間隔をあけて複数が配置されており、前記カバー６０は、前記キャリアリング４０の前記上半部４１ａの内周面４０ａに設けられていてもよい。 (5) The bearing device 30 according to the fifth aspect is any of the bearing devices 30 according to (1) to (4), in which the carrier ring 40 has an upper half 41a and a lower half 41b connected to each other at a horizontal dividing plane D, the bearing pads 50 are arranged at intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface 40a of the lower half 41b of the carrier ring 40, and the cover 60 may be provided on the inner circumferential surface 40a of the upper half 41a of the carrier ring 40.

これにより、軸受装置３０を蒸気タービン１に用いられるラジアル軸受として効果的に使用することができる。 This allows the bearing device 30 to be effectively used as a radial bearing for the steam turbine 1.

１…蒸気タービン２…タービンケーシング３…静翼４…動翼１０…回転軸１１…スラストカラー２０…軸受部２１…スラスト軸受３０…軸受装置４０…キャリアリング４０ａ…内周面４１ａ…上半部４１ｂ…下半部４３…ピボット５０…軸受パッド５１…パッド面５２…裏面５４…上流パッド５５…下流パッド６０…カバー６０ａ…上流側端部６０ｂ…下流側端部６２…カバー外周面６３…くさび内周面７０…ノズル７２…上流ノズル７３…下流ノズル О…軸線Ｔ…回転方向Ａ…始点Ｂ…終点Ｄ…水平分割面Ｓ…隙間Ｃ…クリアランス 1...steam turbine 2...turbine casing 3...stationary vane 4...moving blade 10...rotating shaft 11...thrust collar 20...bearing section 21...thrust bearing 30...bearing device 40...carrier ring 40a...inner surface 41a...upper half 41b...lower half 43...pivot 50...bearing pad 51...pad surface 52...back surface 54...upstream pad 55...downstream pad 60...cover 60a...upstream end 60b...downstream end 62...cover outer surface 63...wedge inner surface 70...nozzle 72...upstream nozzle 73...downstream nozzle O...axis T...rotation direction A...start point B...end point D...horizontal division surface S...gap C...clearance

Claims

円筒状をなすキャリアリングと、
該キャリアリングの内周面に設けられて回転軸を軸線回りに回転可能に支持するパッド面を有する軸受パッドと、
前記キャリアリング内に設けられて、前記回転軸の外周面と前記パッド面との間に潤滑油を供給するノズルと、
前記軸受パッドとは異なる周方向位置で前記キャリアリングの内周面と前記回転軸の外周面との間に設けられて、前記回転軸の回転方向下流側に向かうに従って前記回転軸に近接するくさび内周面を有するカバーと、
を備え、
前記くさび内周面は、前記回転軸の径方向外側に凹むとともに前記軸線方向に一様な凹曲面状をなしており、
前記くさび内周面は、前記カバーの前記回転軸の回転方向下流側の端部と、前記カバーの前記回転軸の回転方向上流側の端部と、にわたって形成されている軸受装置。 A cylindrical carrier ring;
a bearing pad having a pad surface provided on an inner peripheral surface of the carrier ring and configured to rotatably support a rotating shaft about an axis line;
a nozzle provided in the carrier ring for supplying lubricant between an outer circumferential surface of the rotating shaft and the pad surface;
a cover provided between an inner peripheral surface of the carrier ring and an outer peripheral surface of the rotating shaft at a circumferential position different from that of the bearing pad, the cover having a wedge-shaped inner peripheral surface that approaches the rotating shaft toward a downstream side in a rotation direction of the rotating shaft;
Equipped with
The wedge inner peripheral surface is recessed radially outwardly of the rotating shaft and has a uniform concave curved shape in the axial direction,
A bearing device , wherein the wedge inner peripheral surface is formed across an end of the cover on a downstream side in a rotation direction of the rotating shaft and an end of the cover on an upstream side in the rotation direction of the rotating shaft .

前記キャリアリングは、互いに水平分割面で接続される上半部及び下半部を有し、
前記軸受パッドは、前記キャリアリングにおける前記下半部の内周面に周方向に間隔をあけて複数が配置されており、
前記カバーは、前記キャリアリングの前記上半部の内周面に設けられている請求項１に記載の軸受装置。 the carrier ring having upper and lower halves connected to each other at a horizontal dividing surface;
a plurality of the bearing pads are disposed at intervals in a circumferential direction on an inner circumferential surface of the lower half of the carrier ring,
2. The bearing device according to claim 1 , wherein the cover is provided on an inner peripheral surface of the upper half of the carrier ring.