(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸に取付けられたランナと、該ランナと摺動接触する複数個の軸受パッドと、該各々の軸受パッドに設けられた少なくとも１つの冷却溝と、冷却油を前記軸受パッドに供給する給油口と、前記ランナ、軸受パッド及び給油口を収容し、潤滑油が満たされている軸受油槽とを備えた回転電機のスラスト軸受装置において、
前記冷却溝は、前記軸受パッドの上流側の側面と下流側の他の側面とを連通するように設けられ、かつ、前記軸受パッドの周方向中心より下流側で、径方向内側に角度が変化していると共に、前記給油口は、隣接する前記軸受パッド間で、かつ、径方向中心に対して内径側に設けられていることを特徴とするスラスト軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のスラスト軸受装置において、
前記軸受パッドは、上部台金及び下部台金を結合することより構成される二層式構造であり、かつ、前記冷却溝は、前記上部台金と下部台金の結合面に沿って、前記上部台金側又は前記下部台金側のいずれかに設けていることを特徴とする回転電機のスラスト軸受装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機のスラスト軸受装置において、
前記冷却溝が、前記軸受パッドの円周方向中心に対して対称であることを特徴とする回転電機のスラスト軸受装置。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機のスラスト軸受装置において、
前記冷却溝は、前記軸受パッドの周方向中心線より出口側で、径方向内側に角度が変化していることを特徴とする回転電機のスラスト軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機のスラスト軸受装置に係り、特に、立軸型の水車発電機等のように、回転体の周囲に放射状に配置された扇形状の軸受パッドを備えているものに好適な回転電機のスラスト軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、立軸型の水車発電機におけるスラスト軸受装置は、水車及び発電機等の回転体の自重に加え、水車にかかる水スラスト荷重を支持する必要がある。大容量機の場合、その荷重は、数千ｔにも達する。
【０００３】
このような高負荷状態では、ランナの回転により、ランナと軸受パッドの間に形成されるスラスト荷重を支持する油膜が温度上昇し、この温度上昇に伴って、軸受摺動面の温度が上昇してしまい、その摺動面の熱が軸受パッド全体に伝わり、軸受摺動面が熱変形し、油膜の特性に悪影響を与える可能性がある。
【０００４】
このため、大容量機のスラスト軸受は、その冷却性能を上げて、油膜特性に悪影響を与えないようにする必要がある。
【０００５】
このスラスト軸受の冷却性能を向上する構造として、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１では、軸受パッドが、上部台金と下部台金からなる二層式構造となっており、上部台金と下部台金との接合面の下部台金側には、冷却用の通油溝が形成されている。
【０００６】
そして、その冷却用の通油溝は、溝内部で冷却油の流速が下がらないように、ランナの回転方向に対して一定の角度をつけて形成され、ランナの回転に伴う冷却油の流れ方向と冷却用の通油溝の方向を一致させて、摺動面を効率よく冷却しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−３３９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、冷却用の通油溝を、ランナの回転方向に対して一定の角度をつけて形成し、ランナの回転に伴う冷却油の流れ方向と冷却用の通油溝の方向を一致させて、摺動面を効率よく冷却しようとしても、運転条件によつては、軸受パッドに部分的に油膜圧力が高く、かつ、温度が高い高温域が発生して、溝内部を流れる冷却油も温度が高くなる恐れがある。
【０００９】
従って、特許文献１では、スラスト軸受を効率よく冷却することができず、軸受の冷却性能が向上しないため、軸受パッドが熱変形してしまう恐れがあつた。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、スラスト軸受が効率よく冷却されて軸受の冷却性能が向上し、軸受パッドが熱変形しない回転電機のスラスト軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の回転電機のスラスト軸受装置は、上記目的を達成するために、回転軸と、該回転軸に取付けられたランナと、該ランナと摺動接触する複数個の軸受パッドと、該各々の軸受パッドに設けられた少なくとも１つの冷却溝と、冷却油を前記軸受パッドに供給する給油口と、前記ランナ、軸受パッド及び給油口を収容し、潤滑油が満たされている軸受油槽とを備えた回転電機のスラスト軸受装置において、前記冷却溝は、前記軸受パッドの上流側の側面と下流側の他の側面とを連通するように設けられ、かつ、前記軸受パッドの周方向中心より下流側で、径方向内側に角度が変化していると共に、前記給油口は、隣接する前記軸受パッド間で、かつ、径方向中心に対して内径側に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スラスト軸受が効率よく冷却されるので軸受の冷却性能が向上し、軸受パッドの熱変形を防止することができる回転電機のスラスト軸受装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の回転電機のスラスト軸受装置の参考例１を示す概略構成図である。
【図２】参考例１に係る回転電機のスラスト軸受装置を、軸受パッドの上方から見た部分平面図である。
【図３】参考例１に係る回転電機のスラスト軸受装置における軸受パッドを示す斜視図である。
【図４】参考例１に係る回転電機のスラスト軸受装置の軸受パッドに設けられた冷却溝と、それに流入する油の流速ベクトルを示した図である。
【図５】参考例１に係る回転電機のスラスト軸受装置の軸受パッドを側面から見た図である。
【図６】参考例１に係る回転電機のスラスト軸受装置における軸受パッドに設けられた冷却溝と、それに流入する油の流速ベクトルを示した図である。
【図７】本発明の回転電機のスラスト軸受装置の実施例１を示す軸受パッドを上方から見た図である。
【図８】本発明の回転電機のスラスト軸受装置の参考例２を示す軸受パッドを上方から見た図である。
【図９】本発明の回転電機のスラスト軸受装置の実施例２を示す軸受パッドを上方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機のスラスト軸受装置について説明する。
［参考例１］
【００１５】
図１は、本発明の回転電機のスラスト軸受装置の参考例１である発電機用スラスト軸受装置を示す概略構成図である。
【００１６】
図１に示すように、発電機用スラスト軸受装置は、回転軸２と、この回転軸２に取付けられたランナ３と、ランナ３を摺動支持する軸受パッド４と、軸受パッド４に設けられた複数の冷却溝６と、これらの複数の冷却溝６に冷却油を供給する給油口５とから概略構成されている。また、ランナ３と軸受パッド４、給油口５は、潤滑油が満たされている軸受油槽７内に収容されている。
【００１７】
図２に示すように、軸受パッド４は、回転軸２の周りに径方向に放射状に複数個配置され、回転軸２及び回転軸２に取付けられたランナ３などで構成された回転体等の自重と、水車に加わる水スラスト荷重とを合わせた総荷重を支持している。ここで、上述の“回転軸２の周りに径方向に放射状に複数個配置され”とは、回転軸２の中心から径方向にほぼ同じ距離伸び、回転軸２の周方向に所定間隔もつて複数個並べて配置されている状態をいう。
【００１８】
このように構成されるスラスト軸受装置は、回転軸２及びランナ３が回転（回転方向１）すると、ランナ３と軸受パッド４との間に油膜が形成されるようになっており、この油膜の圧力により、上記の総荷重を支持するものである。
【００１９】
尚、本参考例では、図３に示すように、軸受パッド４は、上部台金４ａと下部台金４ｂからなる二層式構造であるが、一体型でも構わない。しかし、二層式構造の方が、上部台金４ａと下部台金４ｂの間の接触熱抵抗が大きくなるため、軸受パッド４の熱変形を小さくすることが可能なため、以後は二層式構造の軸受パッド４について記載する。
【００２０】
本参考例では、図２及び図３において、軸受パッド４の上流側１５と下流側１６を連通するように、上部台金４ａ側に冷却溝６を設けている。この冷却溝６の形状は、軸受パッド４の円周方向に対して径方向外側に角度を有しており、そして、図２及び図５に示すように、冷却油を供給する給油口５は、隣接する軸受パッド４の間に設けられ、かつ、径方向中心に対して内径側に設けられている。
【００２１】
尚、本参考例では、上部台金４ａ側に冷却溝６を設けているが、上部台金４ａ側でなく、下部台金側４ｂ側に設けてもよい。
【００２２】
図４は、本参考例の軸受パッド４に設けられた冷却溝６と、それに流入する油の流速ベクトル９を示したものである。
【００２３】
該図に示すように、軸受油槽７内の油には、軸受パッド４と摺動するランナ３の回転によるせん断力１０と、遠心力１１の合力１２が作用する。本図のような冷却溝形状であると、油の流れ方向と溝の方向が一致するため、溝内の油の流速が上がり、軸受パッド４の冷却を効率よく行なうことが可能である。
【００２４】
次に、上述した本参考例の冷却油を供給する給油口５が、隣接する軸受パッド４の間で、かつ、軸受パッド４の径方向中心線１４に対して内径側に設けられている点の作用、効果について説明する。
【００２５】
図６に示す太い点線で囲まれた領域は、一般的に最も油膜圧力が高く、かつ温度が高い高温域１３である。
【００２６】
温度が高い高温域１３の位置は、軸受パッド４の下流側で、かつ、外径側のため、図６に示すように、給油口５を径方向中心線１４より内径側に設けると、給油口５から供給される低温の冷却油が、高温域１３に効率よく流入することができる。
【００２７】
そのため、給油口５から低温の冷却油が高温域１３に効率よく流入することができるので、軸受パッド４の摺動面を、効率よく冷却することが可能である。
【実施例１】
【００２８】
上述した参考例１の場合、時間の経過に伴い、冷却溝近傍に境界層が発達する可能性がある。粘性のある流体が壁面に沿って流れる時、壁面近傍には流れが滞留する境界層と呼ばれる領域が生じる。時間の経過に伴い、これが成長し壁面への熱の伝達を阻害するため、冷却効果が低下することが懸念される。
【００２９】
そこで、図７に示す実施例１では、冷却溝６を、軸受パッド４の周方向中心線８より下流側で、内径方向に角度を変化させている。他の構成は、参考例１と同様である。
【００３０】
このような本実施例の構成では、冷却溝６の出口側（特に、高温領域）の流れが、軸受パッド４の周方向中心線８より下流側で角度が変化していることから、乱されるため、境界層の発達を抑制することが可能である。
【００３１】
これより、軸受パッド４の摺動面の冷却効果を高めることが可能である。また、冷却溝形状は、曲線形状でもよい。
［参考例２］
【００３２】
上述した参考例１及び実施例１では、揚水式水車発電機のような可逆回転機(回転方向１又は１´)には対応できない。
【００３３】
そこで、図８に示す参考例２では、冷却溝６を、軸受パッド４の円周方向中心に対して対称に設けている。
【００３４】
これより、揚水式水車発電機のような可逆回転機においても効率よく冷却することが可能である。
【実施例２】
【００３５】
また、図９に示す実施例２ように、図８に示した冷却溝６を、軸受パッド４の周方向中心線８より出口側で、径方向内側に角度を変化してもよい。また、冷却溝６の形状は、曲線形状にしてもよい。
【００３６】
このように構成しても、図８に示した参考例２と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
２… 回転軸、３… ランナ、４… 軸受パッド、４ａ…上部台金、４ｂ…下部台金、５…給油口、６…冷却溝、７…軸受油槽、８…周方向中心線、９…油の流速ベクトル、１３…高温域、１４…径方向中心線、１５… 上流側、１６… 下流側。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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