KR102078494B1 - 저널 베어링 및 회전 기계 - Google Patents

Abstract

저널 베어링은, 캐리어 링과, 상기 캐리어 링의 하반 영역의 내주측에 설치되어 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드와, 상기 로터축의 축 방향에 있어서의 상기 복수의 베어링 패드의 양측에 설치된 1쌍의 사이드 플레이트와, 상기 복수의 베어링 패드에 대하여 윤활유를 공급하기 위한 적어도 하나의 급유 유닛을 구비한다. 각각의 상기 사이드 플레이트의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이에, 상기 1쌍의 사이드 플레이트에 의하여 둘러싸인 베어링 내부 공간과 외부를 연통시키기 위한 간극이 형성되어 있다. 상기 적어도 하나의 급유 유닛 중, 상기 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 최하류 패드의 하류측에 설치된 제1 급유 유닛은, 상기 최하류 패드의 후방 에지 단부면 중, 상기 최하류 패드의 패드면과 상기 후방 에지 단부면의 교선에 의하여 형성되는 상기 최하류 패드의 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 상기 윤활유를 공급하도록 구성된다.

Description

저널 베어링 및 회전 기계

본 개시는, 로터축을 회전 가능하게 지지하기 위한 저널 베어링 및 회전 기계에 관한 것이다.

일반적으로 증기 터빈이나 가스 터빈 등의 회전 기계에 사용되는 베어링 장치로서 저널 베어링이 알려져 있다.

예를 들어 특허문헌 1에는, 복수의 베어링 패드에 의하여 로터축을 지지하는 저널 베어링이 기재되어 있다. 구체적으로는 특허문헌 1의 저널 베어링은, 캐리어 링과, 캐리어 링에 지지되는 상류측 베어링 패드 및 하류측 베어링 패드와, 각 베어링 패드와 로터축 사이에 윤활유를 공급하는 복수의 급유 노즐을 구비하고 있다. 복수의 급유 노즐은, 상류측 베어링 패드보다도 상류측에 배치된 제1 급유 노즐(최상류 노즐)과, 상류측 베어링 패드의 양 단부에 배치된 제2 및 제3 급유 노즐과, 하류측 베어링 패드의 상류측 단부에 배치된 제4 급유 노즐을 포함한다. 또한 하반부 캐리어 링의 양 단부면에는 사이드 플레이트가 배치되어 있어, 급유 노즐로부터 공급된 윤활유의 베어링 외부에 대한 누출을 억제하도록 되어 있다.

일본 특허 제4764486호 공보

그런데 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 복수의 베어링 패드를 구비하는 저널 베어링에 있어서는, 정상 동작 시, 회전수의 상승에 수반하여 로터축과 각 베어링 패드 사이에 각각 적정한 두께의 유막이 형성되고, 이들의 유막 압력에 의하여 로터축이 대략 바로 위로 부상하도록 되어 있다.

그러나 본 발명자들의 지견에 의하면, 복수의 베어링 패드 간에 있어서의 부하 능력의 적정한 균형을 유지할 수 없기 때문에, 베어링 성능이 저하되거나 이상 진동이 발생하거나 하는 일이 일어날 수 있다. 예를 들어 상류측 베어링 패드에 있어서의 유막 압력이 부족하여 상류측 영역에서의 충분한 부하 능력을 확보하지 못하여, 로터축이 부상할 때 상류측으로 쏠려 버리면, 이 점이 이상 진동의 발생 원인으로 될 수 있다.

상술한 사정을 감안하여 본 발명의 적어도 일 실시 형태는, 복수의 베어링 패드 간에 있어서의 부하 능력의 균형을 유지하여, 이상 진동의 발생을 방지함과 함께 베어링 성능을 향상시킬 수 있는 저널 베어링 및 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 적어도 몇몇 실시 형태에 따른 저널 베어링은,

캐리어 링과,

상기 캐리어 링의 하반 영역의 내주측에 설치되어 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드와,

상기 로터축의 축 방향에 있어서의 상기 복수의 베어링 패드의 양측에 설치된 1쌍의 사이드 플레이트와,

상기 복수의 베어링 패드에 대하여 윤활유를 공급하기 위한 적어도 하나의 급유 유닛

을 구비하고,

각각의 상기 사이드 플레이트의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이에, 상기 1쌍의 사이드 플레이트에 의하여 둘러싸인 베어링 내부 공간과 외부를 연통시키기 위한 간극이 형성되고,

상기 적어도 하나의 급유 유닛 중, 상기 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 최하류 패드의 하류측에 설치된 제1 급유 유닛은, 상기 최하류 패드의 후방 에지 단부면 중, 상기 최하류 패드의 패드면과 상기 후방 에지 단부면의 교선에 의하여 형성되는 상기 최하류 패드의 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 상기 윤활유를 공급하도록 구성된다.

본 발명자들에 의한 예의 검토의 결과, 복수의 베어링 패드 중 최상류 패드와 로터축 사이의 유막 압력이 부족한 원인으로서, 최상류 패드에 캐리 오버되는 윤활유(캐리 오버유)에 대한 공기의 혼입이 있음을 알아내었다.

즉, 각각의 사이드 플레이트의 내주면과 로터축의 외주면 사이에, 1쌍의 사이드 플레이트에 의하여 둘러싸인 베어링 내부 공간과 베어링 외부를 연통시키기 위한 간극을 갖는 저널 베어링에서는, 최하류 패드로부터 최상류 패드에 이르는 영역에서 해당 간극으로부터 흡입된 공기가 윤활유에 혼입될 수 있다. 이 때문에, 최상류 패드에 캐리 오버되는 윤활유에는 많은 공기가 포함되어 실질적인 윤활유의 유량이 적다고 생각된다. 따라서 최상류 패드의 상류측 바로 앞의 급유 유닛과 최하류 패드의 상류측 바로 앞의 급유 유닛의 토출 유량이 동일하더라도, 최하류 패드에 비하여 최상류 패드에서는 윤활유 부족으로 되기 쉽다. 또한 윤활유는 비압축성 유체인 데 반해 윤활유에 포함되는 공기는 압축성 유체이기 때문에, 최상류 패드(특히 전방 에지 근방)에 있어서 윤활유에 포함되는 기포가 찌부러져, 최상류 패드의 전방 에지 단부면측에 있어서 동압이 발생하기 어려워진다.

이것에 의하여, 최상류 패드의 부하 능력이 저하되어, 복수의 베어링 패드 간에 있어서의 부하 능력의 적정한 균형을 유지하지 못하게 된다. 그 때문에, 회전수의 상승에 수반하여 로터축의 축심 궤적이 연직선상으로부터 벗어나 버려, 이상 진동이 발생하거나 베어링 성능이 저하되거나 할 가능성이 높아진다.

상기 (1)의 구성과 같이, 최하류 패드보다도 하류측에 제1 급유 유닛을 설치하고, 제1 급유 유닛으로부터 최하류 패드의 후방 에지 단부면을 향하여 윤활유를 공급함으로써, 최하류 패드를 냉각할 수 있다.

또한 상기 (1)의 구성과 같이, 제1 급유 유닛이 최하류 패드보다도 하류측에 설치되어 있는 경우, 제1 급유 유닛으로부터 최하류 패드의 후방 에지측에 공급된 윤활유는 캐리 오버유로서 최상류 패드측으로 반송되기 쉽다.

그래서 상기 (1)의 저널 베어링에서는, 적어도 하나의 급유 유닛 중, 최하류 패드의 하류측에 설치된 제1 급유 유닛은, 최하류 패드의 후방 에지 단부면 중, 코너부(최하류 패드의 패드면과 후방 에지 단부면의 교선에 의하여 형성되는 최하류 패드의 코너부)보다도 하방의 영역을 향하여 윤활유를 공급하도록 구성되어 있다.

이것에 의하여, 제1 급유 유닛으로부터 급유된 윤활유는 최하류 패드의 코너부보다도 하방에 충돌하여 하방으로 낙하하여, 캐리 오버유로서 로터축에 연동 회전되어 하류측으로 반송되는 것을 억제할 수 있다.

따라서 복수의 베어링 패드 간에 있어서의 부하 능력의 균형을 적정하게 유지할 수 있어, 저널 베어링에 있어서의 이상 진동의 발생 방지 및 베어링 성능의 향상을 도모할 수 있다.

(2) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,

상기 적어도 하나의 급유 유닛 중, 각각의 상기 베어링 패드의 상류측에 설치되는 제2 급유 유닛은, 각각의 상기 베어링 패드의 전방 에지와 상기 로터축의 외주면 사이의 간극을 향하여 상기 윤활유를 공급하도록 구성된다.

상기 (2)의 구성에 의하면, 각각의 베어링 패드의 상류측에 설치되는 제2 급유 유닛이 베어링 패드의 전방 에지와 로터축의 외주면 사이의 간극을 향하여 윤활유를 공급하도록 되어 있으므로, 공급된 윤활유가 각각의 베어링 패드와 로터축 사이에 원활하게 유입되어 베어링 패드와 로터축 사이에 적절히 유막을 형성할 수 있다.

(3) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서,

상기 캐리어 링의 상반 영역에 설치되어 상기 로터축의 외주면 중 상측 영역을 덮도록 설치된 가이드 메탈을 더 구비하고,

상기 제1 급유 유닛은 상기 최하류 패드의 하류측이자 상기 가이드 메탈의 상류측에 위치한다.

상기 (3)의 구성에 의하면, 캐리어 링의 상반 영역에 1쌍의 가이드 메탈을 설치하였기 때문에, 로터축이 튀어 오를 경우에 가이드 메탈에 의하여 로터축을 압입할 수 있다. 또한 제1 급유 유닛을 가이드 메탈의 상류측에 설치함으로써, 제1 급유 유닛을 최하류 패드의 후방 에지 단부면에 근접시켜 배치할 수 있어, 최하류 패드의 후방 에지 단부면 중, 상기 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 윤활유를 공급하여 최하류 패드를 효과적으로 냉각할 수 있다.

(4) 몇몇 실시 형태에서는, 상기 (3)의 구성에 있어서,

상기 제1 급유 유닛은,

상기 최하류 패드의 상기 후방 에지 단부면 중, 상기 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 상류측에 상기 윤활유를 분사하기 위한 적어도 하나의 제1 분사 구멍과,

상기 가이드 메탈을 향하여 하류측에 상기 윤활유를 분사하기 위한 제2 분사 구멍

을 포함한다.

상기 (4)의 구성에 의하면, 제1 분사 구멍으로부터의 윤활유에 의하여 최하류 패드의 냉각을 행할 수 있다. 이때, 제1 분사 구멍으로부터의 윤활유는 최하류 패드의 후방 에지 단부면 중, 상기 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 분사되기 때문에, 상기 (1)에서도 설명한 바와 같이 최하류 패드의 후방 에지 단부면에 충돌하여 하방으로 낙하하도록 되어 있어, 로터축의 회전에 수반하여 하류측을 향하는 캐리 오버유로 되기는 어렵다.

한편, 제1 급유 유닛은, 가이드 메탈을 향하여 하류측에 상기 윤활유를 분사하기 위한 제2 분사 구멍을 더 포함하고 있다. 이 제2 분사 구멍으로부터의 윤활유에 의하여, 가이드 메탈과 로터축이 접촉할 때 이들 간의 윤활성을 유지할 수 있다.

(5) 본 발명의 적어도 몇몇 실시 형태에 따른 회전 기계는,

상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 저널 베어링과,

상기 저널 베어링에 의하여 지지되는 로터축

을 구비한다.

상기 (5)의 회전 기계에 의하면, 이상 진동이 발생하기 어렵고 또한 우수한 베어링 성능을 갖는 저널 베어링을 구비하고 있으므로, 신뢰성이 높은 회전 기계를 제공할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 의하면, 제1 급유 유닛으로부터 급유된 윤활유는 최하류 패드의 코너부보다도 하방에 충돌하여 하방으로 낙하하여, 캐리 오버유로서 로터축에 연동 회전되어 하류측으로 반송되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 복수의 베어링 패드 간에 있어서의 부하 능력의 균형을 적정하게 유지할 수 있어, 저널 베어링에 있어서의 이상 진동의 발생 방지 및 베어링 성능의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 저널 베어링의 축 방향을 따른 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B 선을 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 저널 베어링의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 저널 베어링의 상반 영역의 전개도(도 1에 도시한 저널 베어링을 C 방향에서 본 전개도)이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시 형태에 대하여 설명한다. 단, 실시 형태로서 기재되어 있거나 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니라 단순한 설명예에 불과하다.

맨 처음에, 도 1 내지 도 3을 참조하여 몇몇 실시 형태에 따른 저널 베어링(10)의 전체 구성에 대하여 설명한다.

도 1은, 일 실시 형태에 따른 저널 베어링(10)의 축 방향을 따른 단면도이다. 도 2는, 도 1의 A-A 선 단면도이다. 도 3은, 도 1의 B-B 선을 화살표 방향에서 본 도면이다.

본 실시 형태의 설명에 있어서, 「축 방향」은 저널 베어링(10)에 지지되는 로터축(2)의 중심 축선 O의 방향이고, 「직경 방향」은 로터축(2)의 반경 방향이며, 「둘레 방향」은 로터축(2)의 둘레 방향이다. 또한 「둘레 방향」은 캐리어 링(12, 13)의 둘레 방향이어도 되고, 사이드 플레이트(17, 18)의 둘레 방향이어도 된다. 또한 본 실시 형태에 있어서 「상류측」 또는 「하류측」이란, 로터축(2)의 회전 방향에 있어서의 상류측 또는 하류측 임을 말한다.

도 1 내지 도 3에 도시하는 실시 형태에 있어서, 저널 베어링(10)은 윤활 방식(급유 방식)으로서 직접 윤활 방식을 채용하고 있으며, 캐리어 링(11)의 하반 영역에, 최상류 패드(30) 및 최하류 패드(32)를 포함하는 두 베어링 패드가 배치된 구성으로 되어 있다. 예를 들어 저널 베어링(10)은 틸팅 패드 베어링이다. 또한 최상류 패드(30)의 전방 에지 단부면(30a)은 상류측에 위치하고, 후방 에지 단부면(30b)은 하류측에 위치한다. 또한 최하류 패드(32)의 전방 에지 단부면(32a)은 상류측에 위치하고, 후방 에지 단부면(32b)은 하류측에 위치한다.

이하, 도시되는 저널 베어링(10)에 대하여 예시적으로 설명하지만, 본 실시 형태에 따른 저널 베어링(10)은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 다른 실시 형태에 있어서는, 캐리어 링(11)의 하반 영역에 3개 이상의 베어링 패드가 설치된 구성이어도 된다. 그 경우에 있어서도, 복수의 베어링 패드 중 최상류측에 위치하는 베어링 패드를 최상류 패드라 하고, 최하류측에 위치하는 베어링 패드를 최하류 패드라 한다.

몇몇 실시 형태에 있어서, 저널 베어링(10)은, 캐리어 링(11)과, 캐리어 링(11)의 하반 영역의 내주측에 설치되어 로터축(2)을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드(30, 32)와, 로터축(2)의 축 방향에 있어서의 복수의 베어링 패드(30, 32)의 양측에 설치되는 1쌍의 사이드 플레이트(17, 18)를 구비한다.

이하, 저널 베어링(10)의 각 부재의 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.

캐리어 링(11)은 도시하지 않은 베어링 케이싱에 지지되어 있으며, 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)을 포함한다. 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)은 각각, 축 방향에 직교하는 단면이 반원호형으로 되는 내주면 및 외주면을 갖고 있다. 또한 도시되는 예에서는, 캐리어 링(11)이 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)으로 분할된 구성을 나타내고 있지만, 캐리어 링(11)은 일체 구조여도 되고 셋 이상으로 분할된 구성이어도 된다. 또한 도시되지 않는 다른 구성의 캐리어 링(11)에 있어서도, 중심 축선 O를 통과하는 수평면보다 상방측의 영역을 상방 영역이라 하고, 하방측의 영역을 하방 영역이라 한다.

캐리어 링(11)의 축 방향의 양 단부측에는, 로터축(2)의 외주를 따라 1쌍의 사이드 플레이트(17, 18)가 배치되어 있다. 사이드 플레이트(17, 18)는 원판형으로 형성되어 있으며, 중앙에 로터축(2)이 관통하는 구멍이 형성되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 사이드 플레이트(17, 18)는, 상반부 사이드 플레이트(17A, 18A) 및 하반부 사이드 플레이트(17B, 18B)를 포함하는 반할(半割) 구조여도 된다.

이들 사이드 플레이트(17, 18)에 의하여, 후술하는 급유 유닛(25 내지 29)으로부터 공급되는 윤활유의 외부에 대한 누출을 적절히 억제하도록 되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 상반부 캐리어 링(12)에는, 주로 로터축(2)의 튀어 오름을 상방으로부터 압입하기 위하여 내주면에 가이드 메탈(반원환 베어링부)(20, 21)이 설치되어 있어도 된다. 예를 들어 상반부 캐리어 링(12)의 축 방향의 양 단부측이면서 또한 사이드 플레이트(17, 18)보다도 축 방향에 있어서 내측에 1쌍의 가이드 메탈(20, 21)이 설치되어 있다. 가이드 메탈(20, 21)은 반원 형상으로 형성되어 있다.

이와 같이 상반부 캐리어 링(12)의 내주측에 가이드 메탈(20, 21)이 설치됨으로써, 가이드 메탈(20, 21)에 의하여 로터축(2)의 튀어 오름을 압입할 수 있어, 로터축(2)의 튀어 오름에 의한 부품의 파손 등을 방지할 수 있다. 또한 캐리어 링(11)이, 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)으로 분할된 구조가 아니라 일체 구조인 경우, 또는 셋 이상으로 분할된 구조인 경우, 가이드 메탈(20, 21)은 캐리어 링(11)의 상반 영역에 설치되어 있으면 된다.

상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)에는 적어도 1개의 급유 유닛(25 내지 29)이 설치되어 있다. 예를 들어 급유 유닛(25 내지 29)은 급유 노즐이다.

도 2에 도시하는 예에서는, 로터축(2)이 도면 중 화살표 S로 나타낸 바와 같이 시계 방향으로 회전하는 경우, 로터축(2)의 회전 방향 S에 있어서 상류측으로부터 급유 유닛(25 내지 28)(후술하는 제2 급유 유닛), 급유 유닛(29)(후술하는 제1 급유 유닛)을 포함하는 총 5개의 급유 유닛이 설치되어 있다.

구체적으로는, 급유 유닛(25, 26)은 최상류 패드(30)보다도 상류측에 둘레 방향으로 배열되어 배치되어 있다. 급유 유닛(27, 28)은, 최상류 패드(30)와, 해당 최상류 패드(30)보다도 하류측에 위치하는 최하류 패드(32) 사이에, 둘레 방향으로 배열되어 배치되어 있다. 급유 유닛(29)은 최하류 패드(32)보다도 하류측에 배치되어 있다.

캐리어 링(11)의 내부에는 윤활유 공급로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 윤활유 공급로에 공급된 윤활유는 각 급유 유닛(25 내지 29)으로 보내지고, 각 급유 유닛(25 내지 29)으로부터 각 베어링 패드(30, 32)의 근방에 분출된다.

최상류 패드(30) 및 최하류 패드(32)는, 하반부 캐리어 링(13)의 내주측에 있어서 로터축(2)의 외주를 따라 설치되어 로터축(2)을 하방으로부터 지지하도록 구성되어 있다.

최상류 패드(30)는, 둘레 방향에 있어서 인접하도록 배치된 복수의 베어링 패드(30, 32)의 열 중, 로터축(2)의 회전 방향 S의 최상류측에 위치한다.

최하류 패드(32)는, 둘레 방향에 있어서 인접하도록 배치된 복수의 베어링 패드(30, 32)의 열 중, 로터축(2)의 회전 방향 S의 최하류측에 위치한다.

이와 같이, 하반부 캐리어 링(13)에 최상류 패드(30) 및 최하류 패드(32)가 설치되어 있기 때문에 최상류 패드(30) 및 최하류 패드(32)에 의하여 로터축(2)을 적절히 지지할 수 있다.

또한 캐리어 링(11)이, 상반부 캐리어 링(12) 및 하반부 캐리어 링(13)으로 분할된 구조가 아니라 일체 구조인 경우, 또는 셋 이상으로 분할된 구조인 경우, 최상류 패드(30) 및 최하류 패드(32)는 캐리어 링(11)의 하반 영역에 설치되어 있으면 된다.

다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여 급유 유닛(25 내지 29) 및 그 주변 구조의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.

몇몇 실시 형태에 따른 저널 베어링(10)은, 도 1에 예시한 바와 같이, 각각의 사이드 플레이트(17, 18)의 내주면과 로터축(2)의 외주면 사이에, 1쌍의 사이드 플레이트(17, 18)에 의하여 둘러싸인 베어링 내부 공간과 외부를 연통시키기 위한 간극(사이드 플레이트 간극)(42)이 형성되어 있다.

또한 이 저널 베어링(10)에 있어서, 도 4에 예시한 바와 같이, 적어도 하나의 급유 유닛(25 내지 29) 중, 최하류 패드(32)의 하류측에 설치된 제1 급유 유닛(29)은, 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b) 중, 최하류 패드(32)의 패드면과 후방 에지 단부면(32b)의 교선에 의하여 형성되는 최하류 패드(32)의 코너부(32c)보다도 하방의 영역 D를 향하여 윤활유를 공급하도록 구성된다.

또한 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b)은 통상, 코너부(32c)로부터 하방을 향하여 경사진 면으로 되어 있다.

본 발명자들에 의한 예의 검토의 결과, 최상류 패드(30)와 로터축(2) 사이의 유막 압력이 부족한 원인으로서, 최상류 패드(30)에 캐리 오버되는 윤활유에 대한 공기의 혼입이 있음을 알아내었다.

즉, 각각의 사이드 플레이트(17, 18)의 내주면과 로터축(2)의 외주면 사이에, 1쌍의 사이드 플레이트(17, 18)에 의하여 둘러싸인 베어링 내부 공간과 베어링 외부를 연통시키기 위한 간극(42)(도 1 및 도 3 참조)을 갖는 저널 베어링(10)에서는, 최하류 패드(32)로부터 최상류 패드(30)에 이르는 영역에서 해당 간극(42)으로부터 흡입된 공기가 윤활유에 혼입될 수 있다. 이 때문에, 최상류 패드(30)에 캐리 오버되는 윤활유에는 많은 공기가 포함되어 실질적인 윤활유의 유량이 적다고 생각된다. 따라서 최상류 패드(30)의 상류측 바로 앞의 급유 유닛(25, 26)과 최하류 패드(32)의 상류측 바로 앞의 급유 유닛(27, 28)의 토출 유량이 동일하더라도, 최하류 패드(32)에 비하여 최상류 패드(30)에서는 윤활유 부족으로 되기 쉽다. 또한 윤활유는 비압축성 유체인 데 반해 윤활유에 포함되는 공기는 압축성 유체이기 때문에, 최상류 패드(30)(특히 전방 에지 근방)에 있어서 윤활유에 포함되는 기포가 찌부러져, 최상류 패드(30)의 전방 에지 단부면(30a) 측에 있어서 동압이 발생하기 어려워진다.

이것에 의하여, 최상류 패드(30)의 부하 능력이 저하되어, 복수의 베어링 패드(30, 32) 간에 있어서의 부하 능력의 적정한 균형을 유지하지 못하게 된다. 그 때문에, 회전수의 상승에 수반하여 로터축(2)의 축심 궤적이 연직선상으로부터 벗어나 버려, 이상 진동이 발생하거나 베어링 성능이 저하되거나 할 가능성이 높아진다.

상기 실시 형태와 같이, 최하류 패드(32)보다도 하류측에 제1 급유 유닛(29)을 설치하고, 제1 급유 유닛(29)으로부터 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b)를 향하여 윤활유를 공급함으로써, 최하류 패드(32)를 냉각할 수 있다.

또한 상기 실시 형태와 같이, 제1 급유 유닛(29)이 최하류 패드(32)보다도 하류측에 설치되어 있는 경우, 제1 급유 유닛(29)으로부터 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b)측에 공급된 윤활유는 캐리 오버유로서 최상류 패드(30)측으로 반송되기 쉽다.

그래서 상기 실시 형태에 따른 저널 베어링(10)에서는, 적어도 하나의 급유 유닛(25 내지 29) 중, 최하류 패드(32)의 하류측에 설치된 제1 급유 유닛(29)은, 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b) 중, 코너부(32c)보다도 하방의 영역 D를 향하여 윤활유를 공급하도록 구성되어 있다.

이것에 의하여, 제1 급유 유닛(29)으로부터 급유된 윤활유는 최하류 패드(32)의 코너부(32c)보다도 하방에 충돌하여 하방으로 낙하하여, 캐리 오버유로서 로터축(2)에 연동 회전되어 하류측으로 반송되는 것을 억제할 수 있다.

따라서 복수의 베어링 패드(30, 32) 간에 있어서의 부하 능력의 균형을 적정하게 유지할 수 있어, 저널 베어링(10)에 있어서의 이상 진동의 발생 방지 및 베어링 성능의 향상을 도모할 수 있다.

도 4에 예시한 바와 같이 몇몇 실시 형태에서는, 적어도 하나의 급유 유닛(25 내지 29) 중, 각각의 베어링 패드(30, 32)의 상류측에 설치되는 제2 급유 유닛(25 내지 28)은, 각각의 베어링 패드(30, 32)의 전방 에지와 로터축(2)의 외주면 사이의 간극을 향하여 윤활유를 공급하도록 구성된다.

상기 실시 형태에 의하면, 각각의 베어링 패드(30, 32)의 상류측에 설치되는 제2 급유 유닛(25 내지 28)이 베어링 패드(30, 32)의 전방 에지와 로터축(2)의 외주면 사이의 간극을 향하여 윤활유를 공급하도록 되어 있으므로, 공급된 윤활유가 각각의 베어링 패드(30, 32)와 로터축(2) 사이에 원활하게 유입되어 베어링 패드(30, 32)와 로터축(2) 사이에 적절히 유막을 형성할 수 있다.

또한 상술한 바와 같이, 캐리어 링(11)의 상반 영역(도시된 예에서는 상반부 캐리어 링(12))에 설치되어 로터축(2)의 외주면 중 상측 영역을 덮도록 설치된 가이드 메탈(20, 21)을 더 구비하고 있는 경우, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 급유 유닛(29)은 최하류 패드(32)의 하류측이자 가이드 메탈(20, 21)의 상류측에 위치하고 있어도 된다.

상기 구성에 의하면, 캐리어 링(11)의 상반 영역에 1쌍의 가이드 메탈(20, 21)이 설치됨으로써, 로터축(2)이 튀어 오를 경우에 가이드 메탈(20, 21)에 의하여 로터축(2)을 압입할 수 있다. 또한 제1 급유 유닛(29)을 가이드 메탈(20, 21)의 상류측에 설치함으로써, 제1 급유 유닛(29)을 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b)에 근접시켜 배치할 수 있어, 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b) 중, 코너부(32c)보다도 하방의 영역 D를 향하여 윤활유를 공급하여 최하류 패드(32)를 효과적으로 냉각할 수 있다.

도 4 및 도 5에 예시한 바와 같이 몇몇 실시 형태에서는, 제1 급유 유닛(29)은, 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b) 중, 코너부(32c)보다도 하방의 영역 D를 향하여 상류측에 윤활유를 분사하기 위한 적어도 하나의 제1 분사 구멍(29a)과, 가이드 메탈(20, 21)을 향하여 하류측에 윤활유를 분사하기 위한 제2 분사 구멍(29b)을 포함한다.

상기 구성에서는, 제1 분사 구멍(29a)으로부터의 윤활유에 의하여 최하류 패드(32)의 냉각을 행할 수 있다. 이때, 제1 분사 구멍(29a)으로부터의 윤활유는, 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b) 중, 코너부(32c)보다도 하방의 영역 D를 향하여 분사되기 때문에, 최하류 패드(32)의 후방 에지 단부면(32b)에 충돌하여 하방으로 낙하하도록 되어 있어, 로터축(2)의 회전에 수반하여 하류측을 향하는 캐리 오버유로 되기는 어렵다.

한편, 제1 급유 유닛(29)은, 가이드 메탈(20, 21)을 향하여 하류측에 윤활유를 분사하기 위한 제2 분사 구멍(29b)을 더 포함하고 있다. 이 제2 분사 구멍(29b)으로부터의 윤활유에 의하여, 가이드 메탈(20, 21)과 로터축(2)이 접촉할 때 이들 간의 윤활성을 유지할 수 있다.

예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 급유 유닛(29)의 축 방향 중앙부에 있어서 복수의 제1 분사 구멍(29a)이 축 방향으로 배열되고, 제1 급유 유닛(29)의 축 방향 양 단부측에 있어서 복수의 제2 분사 구멍(29b)이 축 방향으로 배열되어 있어도 된다. 이것에 의하여, 축 방향 중앙부에 배열된 복수의 제1 분사 구멍(29a)으로부터 공급되는 윤활유에 의하여 최하류 패드(32)를 효과적으로 냉각할 수 있다. 또한 축 방향 양 단부측에 배열된 복수의 제2 분사 구멍(29b)으로부터 공급되는 윤활유에 의하여, 축 방향의 양측에 설치된 1쌍의 가이드 메탈(20, 21)과, 로터축(2) 간의 윤활성을 적절히 유지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 적어도 몇몇 실시 형태에 의하면, 제1 급유 유닛(29)으로부터 급유된 윤활유는 최하류 패드(32)의 코너부(32c)보다도 하방에 충돌하여 하방으로 낙하하여, 캐리 오버유로서 로터축(2)에 연동 회전되어 하류측으로 반송되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 복수의 베어링 패드(30, 32) 간에 있어서의 부하 능력의 균형을 적정하게 유지할 수 있어, 저널 베어링(10)에 있어서의 이상 진동의 발생 방지 및 베어링 성능의 향상을 도모할 수 있다.

또한 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 저널 베어링(10)이 적용되는 회전 기계(1)로서는, 가스 터빈이나 증기 터빈(예를 들어 원자력 플랜트의 증기 터빈)이나 기계 구동용 터빈 등의 터빈, 풍력 발전 장치 등의 풍력 기계, 송풍기, 과급기, 또는 압축기 등을 들 수 있다.

여기서, 회전 기계(1)는, 회전 구동되는 로터축(2)과, 로터축(2)을 수용하는 베어링 하우징(도시하지 않음)과, 로터축(2)을 지지하기 위한 저널 베어링(10)을 구비한다.

이 회전 기계(1)에 의하면, 이상 진동이 발생하기 어렵고 또한 우수한 베어링 성능을 갖는 저널 베어링(10)을 구비하고 있으므로, 신뢰성이 높은 회전 기계(1)를 제공할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시 형태에 변형을 가한 형태나 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.

예를 들어 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」, 또는 「동축」 등의, 상대적 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그와 같은 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일한 기능이 얻어질 정도의 각도나 거리를 갖고 상대적으로 변위되어 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어 「동일」, 「동등하다」 및 「균질」 등의, 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일한 기능이 얻어질 정도의 차가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어 사각 형상이나 원통 형상 등의, 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서 요철부나 모따기부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.

한편, 하나의 구성 요소를 「구비한다」, 「포함한다」, 또는 「갖는다」는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.

1: 회전 기계
2: 로터축
10: 저널 베어링
11: 캐리어 링
12: 상반부 캐리어 링
13: 하반부 캐리어 링
17, 18: 사이드 플레이트
20, 21: 가이드 메탈
25 내지 28: 제2 급유 유닛
29: 제1 급유 유닛
29a: 제1 분사 구멍
29b: 제2 분사 구멍
30: 최상류 패드
32: 최하류 패드
32a: 전방 에지 단부면
32b: 후방 에지 단부면
32c: 코너부
42: 간극

Claims (6)

1. 캐리어 링과,
   상기 캐리어 링의 하반 영역의 내주측에 설치되어 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드와,
   상기 로터축의 축 방향에 있어서의 상기 복수의 베어링 패드의 양측에 설치된 1쌍의 사이드 플레이트와,
   상기 복수의 베어링 패드에 대하여 윤활유를 공급하기 위한 적어도 하나의 급유 유닛과,
   상기 캐리어 링의 상반 영역에 설치되어 상기 로터축의 외주면 중 상측 영역을 덮도록 설치된 가이드 메탈
   을 구비하고,
   각각의 상기 사이드 플레이트의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이에, 상기 1쌍의 사이드 플레이트에 의하여 둘러싸인 베어링 내부 공간과 외부를 연통시키기 위한 간극이 형성되고,
   상기 적어도 하나의 급유 유닛 중, 상기 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 최하류 패드의 하류측에 설치된 제1 급유 유닛은, 상기 최하류 패드의 후방 에지 단부면 중, 상기 최하류 패드의 패드면과 상기 후방 에지 단부면의 교선에 의하여 형성되는 상기 최하류 패드의 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 상기 윤활유를 공급하도록 구성되고,
   상기 적어도 하나의 급유 유닛 중, 각각의 상기 베어링 패드의 상류측에 설치되는 제2 급유 유닛은, 각각의 상기 베어링 패드의 전방 에지와 상기 로터축의 외주면 사이의 간극을 향하여 상기 윤활유를 공급하도록, 상기 제2 급유 유닛으로부터 상기 윤활유가 공급되는 공급구가 상기 베어링 패드의 전방 에지와 상기 로터축의 외주면 사이의 간극을 향하고 있고,
   상기 제1 급유 유닛은 상기 최하류 패드의 하류측이자 상기 가이드 메탈의 상류측에 위치하고,
   상기 제1 급유 유닛은,
   상기 최하류 패드의 상기 후방 에지 단부면 중, 상기 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 상류측에 상기 윤활유를 분사하기 위한 적어도 하나의 제1 분사 구멍과,
   상기 가이드 메탈을 향하여 하류측에 상기 윤활유를 분사하기 위한 제2 분사 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 저널 베어링.
2. 캐리어 링과,
   상기 캐리어 링의 하반 영역의 내주측에 설치되어 로터축을 하방으로부터 지지하도록 구성된 복수의 베어링 패드와,
   상기 로터축의 축 방향에 있어서의 상기 복수의 베어링 패드의 양측에 설치된 1쌍의 사이드 플레이트와,
   상기 복수의 베어링 패드에 대하여 윤활유를 공급하기 위한 적어도 하나의 급유 유닛과,
   상기 캐리어 링의 상반 영역에 설치되어 상기 로터축의 외주면 중 상측 영역을 덮도록 설치된 가이드 메탈
   을 구비하고,
   각각의 상기 사이드 플레이트의 내주면과 상기 로터축의 외주면 사이에, 상기 1쌍의 사이드 플레이트에 의하여 둘러싸인 베어링 내부 공간과 외부를 연통시키기 위한 간극이 형성되고,
   상기 적어도 하나의 급유 유닛 중, 상기 복수의 베어링 패드 중 최하류측에 위치하는 최하류 패드의 하류측에 설치된 제1 급유 유닛은, 상기 최하류 패드의 후방 에지 단부면 중, 상기 최하류 패드의 패드면과 상기 후방 에지 단부면의 교선에 의하여 형성되는 상기 최하류 패드의 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 상기 윤활유를 공급하도록 구성되고,
   상기 제1 급유 유닛은 상기 최하류 패드의 하류측이자 상기 가이드 메탈의 상류측에 위치하고,
   상기 제1 급유 유닛은,
   상기 최하류 패드의 상기 후방 에지 단부면 중, 상기 코너부보다도 하방의 영역을 향하여 상류측에 상기 윤활유를 분사하기 위한 적어도 하나의 제1 분사 구멍과,
   상기 가이드 메탈을 향하여 하류측에 상기 윤활유를 분사하기 위한 제2 분사 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 저널 베어링.
3. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 급유 유닛 중, 각각의 상기 베어링 패드의 상류측에 설치되는 제2 급유 유닛은, 각각의 상기 베어링 패드의 전방 에지와 상기 로터축의 외주면 사이의 간극을 향하여 상기 윤활유를 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저널 베어링.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 저널 베어링과,
   상기 저널 베어링에 의하여 지지되는 로터축
   을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 기계.
5. 삭제
6. 삭제

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