(57)【要約】【課題】  軸振動を抑制する効果の高いジャーナル軸受装置を提供する。【解決手段】  上半軸受１ｂと下半軸受１ａとを有し、上半軸受１ｂと下半軸受１ａとで構成される内周面の回転軸２に垂直な断面が円形を成し、内周面と回転軸２との間の隙間に潤滑油を供給する第一の給油口４とを有するジャーナル軸受装置において、第一の給油口４と、内周面が成す円形断面の中心Ｏ１を通る鉛直線Ｌ１が中心Ｏ１の下方で内周面と交わる第一の位置Ａ１との間で、第一の位置Ａ１に対して回転軸２の回転方向前方側の内周面に、第二の給油口７を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上半軸受と下半軸受とを有し、前記上半軸受と前記下半軸受とで構成される内周面の回転軸に垂直な断面が円形を成し、前記内周面と回転軸との間の隙間に潤滑油を供給する第一の給油口とを有するジャーナル軸受装置において、
前記第一の給油口と、前記内周面が成す円形断面の中心を通る鉛直線が前記中心の下方で前記内周面と交わる第一の位置との間で、前記第一の位置に対して回転軸の回転方向前方側の前記内周面に、第二の給油口を設けたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載のジャーナル軸受装置において、
前記第二の給油口は、前記第一の位置と、前記第一の位置から回転軸の回転方向前方１８０°の第二の位置との間の前記内周面に配置されたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
【請求項３】
請求項２に記載のジャーナル軸受装置において、
前記第二の給油口は、前記第一の位置と、前記第一の位置から回転軸の回転方向前方９０°の第三の位置との間の前記内周面に配置されたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
【請求項４】
請求項３に記載のジャーナル軸受装置において、
前記上半軸受と前記下半軸受とは、前記第一の位置から回転軸の回転方向前方９０°と２７０°の位置で分割されており、
前記第二の給油口は、前記下半軸受の内周面に配置されたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
【請求項５】
請求項４に記載のジャーナル軸受装置において、
前記第二の給油口へ潤滑油を送る流路に、給油方向の流れを許容し、給油方向に対して反対方向の流れを阻止する逆止弁を設けたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
【請求項６】
請求項４に記載のジャーナル軸受装置において、
前記第二の給油口は、前記内周面の周方向に沿って、複数個設けられたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
【請求項７】
請求項６に記載のジャーナル軸受装置において、
複数個設けられた前記第二の給油口へ潤滑油を送る流路に、給油方向の流れを許容し、給油方向に対して反対方向の流れを阻止する逆止弁を設けたことを特徴とするジャーナル軸受装置。
【請求項８】
請求項１に記載のジャーナル軸受装置を設けた回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンや発電機等の高速回転体を支承するジャーナル軸受装置とそれを用いた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気タービンや発電機のロータ等の大型回転機械の回転軸を支持するには、油膜圧力により回転軸を支持するジャーナルすべり軸受が用いられる。軸受には、回転軸を支持する機能の他に、オイルウィップやオイルホワールなどの自励振動を起こさないことに加え、スチームホワールなどの流体力起因の振動や、軸固有の振動といった軸受外で発生する振動を抑制する能力が必要とされる。
【０００３】
特許文献１では、上半軸受（上メタル）と下半軸受（下メタル）からなるジャーナル軸受において、下半軸受の軸受面に給油孔とは連通しない油溝を設け、偏心率を大きくすることで、軸の安定性を向上させる構造が提案されている。また同文献には、油溝から大気へ連通するような流路を設け、油溝内部の圧力を十分小さくする構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２４５８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転軸と軸受との隙間に形成する油膜には、ばね作用及び減衰作用がある。特に減衰作用は、回転軸の振動を抑制する効果があるため、これを大きくすることが重要である。
【０００６】
本発明におけるジャーナル軸受との比較例として示すジャーナル軸受装置の縦断面図を図８に示す。潤滑油は、回転軸２の回転により、回転軸２と軸受１との間の隙間を破線の矢印で示すように流れる。ジャーナル軸受では、軸受隙間１８が回転方向に縮小していく領域は、潤滑油で満たされている。潤滑油による油膜が形成された領域をハッチングで示す。一方、軸受隙間１８が回転方向に拡大していく領域では、潤滑油量が軸受隙間１８を満たすことができず、油膜の破断１３ａが生じる油膜破断領域１３が存在する。この領域では、油膜の存在領域が狭いため油膜のもつ減衰効果を十分に得られない可能性があった。
【０００７】
本発明の目的は、軸振動を抑制する効果の高いジャーナル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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、上半軸受と下半軸受とからなる二分割型ジャーナル軸受において、軸受荷重作用点に対して回転方向前方に第１の給油口が設けてあって、前記軸受荷重作用点と前記第１の給油口との間に第２の給油口を設けたものである。この場合、第１の給油口で主給油口を構成し、第２の給油口で補助給油口を構成すると良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、油膜破断領域に第２の給油口が設けられているため、隙間を潤滑油で満たすことが可能である。これより、十分に油膜の減衰作用を発揮できるため、軸受外からの振動が発生した際、それを抑制する効果を高くすることが可能である。
【００１０】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係るジャーナル軸受装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るジャーナル軸受装置の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係るジャーナル軸受装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係るジャーナル軸受装置の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施例３に係るジャーナル軸受装置の断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係るジャーナル軸受装置の拡大断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係るジャーナル軸受装置を設けた、回転電機の概略図である。
【図８】本発明との比較例として示すジャーナル軸受装置の、軸受幅中央での拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るジャーナル軸受装置の実施例は、分割可能な上半軸受１ｂと下半軸受１ａとを備え、これらの内周面と回転軸２との間に、潤滑油を供給して油膜を形成することにより、回転軸２を回転自在に支持する。上半軸受１ｂと下半軸受１ａとはそれぞれ回転軸に垂直な断面がそれぞれ半円形を成している。上半軸受１ｂと下半軸受１ａとによって形成される内周面の断面は円形を成しており、その円形断面の中心をＯ１とする。即ち、以下の実施例で説明するジャーナル軸受装置の軸受面は、円形断面の中心Ｏ１に平行でかつ中心Ｏ１を含む水平面で上半軸受１ｂと下半軸受１ａとに分割される。
【００１３】
また、本明細書では、上半軸受１ｂと下半軸受１ａとによって形成される内周面（軸受面）の周方向における位置Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を図１のように定義する。即ち、図１において、中心Ｏ１を通る鉛直線Ｌ１が中心Ｏ１に対して下側で内周面と交わる位置Ａ１を０°（３６０°）、内周面に沿って回転軸２の回転方向前方に、位置Ａ１から９０°進んだ位置Ａ２を９０°、位置Ａ１から１８０°進んだ位置Ａ３を１８０°、位置Ａ１から２７０°進んだ位置Ａ４を２７０°の角度で表す。
【実施例１】
【００１４】
本発明に係るジャーナル軸受装置の第一実施例の構造について説明する。本実施例の縦断面図を図１に示す。図中、破線の矢印は潤滑油の流れを表す（図２〜図７も同様である）。
【００１５】
本実施例のジャーナル軸受装置は、軸受荷重がかかる下半軸受１ａに、潤滑油を供給するための主給油口（第１の給油口）４が設けられている。この主給油口４は、下半軸受１ａに対して軸受荷重が作用する点である軸受荷重作用点１９に対して、回転軸の回転方向前方に位置している。軸受荷重作用点１９は、中心Ｏ１を通る鉛直線Ｌ１が下半軸受１ａの内周面と交わる点である。尚、回転軸２が回転していない静止した状態では、回転軸２の回転中心Ｏ２は鉛直線Ｌ１上に位置する。軸受荷重作用点１９は、回転軸２が静止した状態のときに、荷重が作用する点を意味する。
【００１６】
主給油口４は下半軸受１ａに設けられた流路３により給油装置６と連結されている。流路３は、下半軸受１ａに形成された給油ポート３ａ及び給油孔３ｂと、給油孔３ｂと給油装置６とを接続する給油管３ｃとで構成されている。給油孔３ｂは給油ポート３ａと下半軸受１ａの外部とを連通する孔である。また、軸受荷重作用点１９と主給油口４との間の下半軸受１ａの内周面には、補助給油口（第２の給油口）７が開口している。補助給油口７は、給油装置６と補助流路８で接続されている。この補助流路８は補助給油口７と下半軸受１ａの外部とを連通するように下半軸受１ａに設けられた補助給油孔８ａと、補助給油孔８ａと給油装置６とを接続する補助給油管８ｂとで構成されている。
【００１７】
本実施例では、給油ポート３ａと補助給油口７とが下半軸受１ａに設けられる構成について説明したが、給油ポート３ａと補助給油口７の両方、或いは給油ポート３ａのみが上半軸受１ｂに設けられる構成であってもよい。給油ポート３ａや補助給油口７が上半軸受１ｂに設けられる場合には、給油孔３ｂや補助給油孔８ａも上半軸受１ｂに設けることができる。
【００１８】
給油装置６から送り出された潤滑油は、流路３を通って主給油口４に供給され、補助流路８を通って補助給油口７へと供給される。主給油口４へ供給された潤滑油は、上半軸受１ｂの隙間１８ｂを流れ、その間に回転軸２を冷却し、その後下半軸受１ａの隙間１８aへと流れる。上半軸受１ｂの隙間１８ｂは、上半軸受１ｂの内周面と回転軸２の外周面との間の隙間であり、以下、単に上半軸受１ｂの隙間１８ｂとして説明する。また、下半軸受１ａの隙間１８ａは、下半軸受１ａの内周面と回転軸２の外周面との間の隙間であり、以下、単に下半軸受１ａの隙間１８ａとして説明する。
【００１９】
回転軸２が回転すると、回転軸２は偏心し、その中心Ｏ２は図１のように変位する。上半軸受１ｂ及び下半軸受１ａの内周面の中心Ｏ１と回転軸２の偏心した中心Ｏ２とを結ぶ線分Ｌ２は、図１の矢印９に示すように、Ｌ１に対して傾斜する。
【００２０】
下半軸受１ａの隙間１８ａは、線分Ｌ２の位置まで縮小し、その後拡大する。隙間１８aが縮小する領域では、くさび効果により油膜圧力が発生し、これにより回転軸２を支承する。また隙間１８aが縮小していくため、隙間１８aを満たすための潤滑油以外の余分な潤滑油は、回転軸２の軸方向の端等から排出される。ここで排出された潤滑油は、冷却され給油装置６へと送られる。隙間１８aが拡大する領域においては、逆くさび効果により、油膜圧力は急激に小さくなる。また、隙間１８aが拡大していくため、潤滑油は拡大する隙間分を満たすことが出来ず油膜が破断する。そこで、補助給油口７から油膜破断領域に潤滑油を供給する。
【００２１】
油膜破断領域１３に潤滑油を供給するために、補助給油口７は油膜破断領域１３に設けるとよい。或いは、油膜判断領域１３に潤滑油を供給できる位置に補助給油口７を設けるとよい。このために補助給油口７は、主給油口４と軸受荷重作用点１９との間の下半軸受１ａ又は上半軸受１ｂの内周面に設けられる。油膜破断領域１３は、回転軸２と上半軸受１ｂ及び下半軸受１ａの内周面との間に形成される隙間が最も狭くなる位置に対して、回転軸２の回転方向前方に形成される。隙間が最も狭くなる位置は、回転軸２の回転状態によって変化する。回転軸２が静止した状態では、軸受荷重作用点１９で隙間が最も狭くなり、回転軸２と下半軸受１ａの内周面とが接触している。回転軸２が回転すると、隙間が最も狭くなる位置は、回転軸２の回転方向前方に移動する。このため、補助給油口７は少なくとも、軸受荷重作用点１９に対して回転軸２の回転方向前方に設ける。
【００２２】
さらに、少なくとも、中心Ｏ１を通る鉛直線Ｌ１が上半軸受１ｂの内周面と交わる点２０（９０°位置）よりも回転軸２の回転方向後方に設けられる必要がある。補助給油口７から供給される潤滑油が回転軸２の外周面に降りかかると、潤滑油は回転軸２によって回転方向前方へ運ばれてしまう可能性がある。従って、補助給油口７を上半軸受１ｂに設ける場合には、中心Ｏ１を通る水平線（水平面）Ｌ３に上半軸受１ｂの内周面及び回転軸２の外周面を投影したとき、油膜破断領域が形成される側の回転軸２の外周面よりも外側に投影される上半軸受１ｂの内周面部分に設けることが望ましい。さらに好ましくは、下半軸受１ａの内周面側に設けることにより、確実に油膜破断領域に潤滑油を供給することができる。
【００２３】
特に、蒸気タービン駆動の発電装置に適用する場合、回転軸２と上半軸受１ｂ及び下半軸受１ａの内周面との間に形成される隙間が最も狭くなる位置は、０°（３６０°）位置を超えることはないので、下半軸受１ａの内周面であって、２７０°位置から３６０°位置の間の範囲に補助給油口７を設けるとよい。
【００２４】
次に、本実施例の作用効果について図２を用いて説明する。図２は、本実施例に係るジャーナル軸受装置の拡大断面図である。図中、ハッチングで示した領域は、潤滑油による油膜を表す（図４，６も同様である）。また、破線の円形は回転軸２の振動による揺れを表したものである（図４，６も同様である）。
【００２５】
回転軸２と軸受（上半軸受１ｂ及び下半軸受１ａ）との隙間に形成される油膜には、ばね作用１１及び減衰作用１０がある。特に減衰作用１０は、回転軸２の振動５を抑制する効果がある。
【００２６】
しかし、主給油口４からだけの給油では、上述したとおり軸受隙間１８aが拡大する領域で油膜が破断する。この油膜破断領域では、油膜の減衰作用が得られない。しかし、本発明によれば、油膜破断領域に補助給油口７から潤滑油が供給されるため、その位置での隙間を潤滑油で満たすことが可能となる。そのため、本来油膜が破断する領域においても、油膜のもつ減衰作用１１が発揮されるため、軸受外からの振動を抑制する効果が高くなる。
【実施例２】
【００２７】
本発明に係るジャーナル軸受装置の第二実施例の構造について説明する。本実施例の縦断面図を図３に示す。
【００２８】
本実施例のジャーナル軸受装置は、軸受荷重がかかる下半軸受１ａに、潤滑油を供給するための主給油口（第１の給油口）４が設けられている。主給油口４は実施例１で説明したのと同じように設けられる。また、主給油口４は実施例１と同様に流路３によって給油装置６と連結されている。また、軸受荷重作用点１９と主給油口４の間には、回転方向（軸受内周面の周方向）に沿って複数個の補助給油口７１，７２，７３が設けられている。補助給油口７１，７２，７３は、下半軸受１ａに設けられた補助流路８１，８２，８３により給油装置６と連結されている。補助流路８１，８２，８３はそれぞれ補助給油孔８１ａ，８２ａ，８３ａと補助給油管８１ｂ，８２ｂ，８３ｂとで構成されている。本実施例では、補助給油口７１，７２，７３を複数個設けた点が実施例１と相違しており、その他の構成は実施例１と同様である。従って、複数個の補助給油口７１，７２，７３が設けられる位置についても、実施例１で説明した内容をそのまま適用できる。
【００２９】
次に、本実施例の作用効果について図４を用いて説明する。図４は、本実施例に係るジャーナル軸受装置の拡大断面図である。
【００３０】
実施例１と同様、複数の補助給油口７１，７２，７３により、隙間が拡大する領域に潤滑油を満たすことが可能である。しかし、回転軸２の偏心位置は回転軸２の回転速度の大きさにより変化する。回転速度が大きくなれば、偏心位置は、回転方向前方にシフトする。このため、中心Ｏ１と中心Ｏ２とを通る線分Ｌ２が線分Ｌ２’のように変化することになる。線分Ｌ２がＬ２’に変化する前は、補助給油口７２により、隙間が拡大して油膜破断領域１３が発生し易い箇所に潤滑油を供給することができる。しかし、線分Ｌ２がＬ２’に変化すると、隙間が拡大する領域に、補助給油口７２からの潤滑油を供給できない。結果、油膜破断領域１３が形成され、その領域での油膜の減衰作用１１の効果を失うことになる。
【００３１】
しかし、本実施例のように、給油装置６と連通した複数個の補助給油口７１，７２，７３を回転方向に沿って設けることで、回転軸２の回転速度に関わらず、隙間拡大領域に常に、潤滑油を供給することが可能となる。このため、油膜の減衰効果１１を得ることが可能である。
【００３２】
本実施例において、複数の補助給油口は３つ配置しているが、２つであってもよいし或いは４つ以上であってもよい。
【実施例３】
【００３３】
本発明に係るジャーナル軸受装置の第三実施例の構造について説明する。本実施例の縦断面図を図５に示す。
【００３４】
本実施例のジャーナル軸受装置は、実施例２のジャーナル軸受装置に対して、流路８に逆止弁１２を設けた構成が異なる。その他の構成は実施例２と同様である。
【００３５】
本実施例の作用効果について図６を用いて説明する。図６は、本実施例に係るジャーナル軸受装置の拡大断面図である。
【００３６】
本実施例においても、実施例２と同様に、回転軸２の回転速度による軸偏心位置の変化に対しても、回転方向に沿って設けられた複数個の補助給油口７１，７２，７３により、隙間が拡大する領域を潤滑油で満たすことが可能である。しかし、複数個の補助給油口７１，７２，７３の内、回転軸２が偏心して軸受内周面との隙間が最も狭くなる位置（線分Ｌ２が回転軸２と軸受内周面との隙間を過る位置）より回転方向後方に位置する補助給油口７１では、くさび効果により発生する油膜圧力が給油圧力より高くなる。このため、給油装置６への逆流が生じ、その領域で油膜圧力が低下する可能性がある。そこで、本実施例では、補助流路８１，８２，８３に逆止弁１２を設けることで、油膜圧力が給油圧力より高くなった領域の補助給油口７１から給油装置６への逆流を防ぐことができる。これにより、油膜圧力の低下を抑えることができる。
【００３７】
本実施例において、複数の補助給油口は３つ配置しているが、２つであってもよいし、或いは４つ以上であってもよい。逆止弁１２は必ずしも全ての補助給油口に対して設ける必要はない。例えば、油膜圧力が給油圧力より高くならないことが明らかな領域の補助給油口に対しては、逆止弁１２を設けなくてもよい。また、実施例１のジャーナル軸受装置において、補助流路８に逆止弁１２を設けてもよい。逆止弁１２の配置については、補助給油管８ｂ，８１ｂ，８２ｂ，８３ｂの途中に逆止弁１２を設けてもよいし、上半軸受１ｂ或いは下半軸受１ａに逆止弁１２を一体に設け、この逆止弁に補助給油管８ｂ，８１ｂ，８２ｂ，８３ｂを接続するようにしてもよい。
【実施例４】
【００３８】
本発明に係るジャーナル軸受装置を適用した回転電機の具体例として、ジャーナル軸受装置を蒸気タービン駆動の発電装置に適用した例を図８に示す。図８は、その構成の概略図である。
【００３９】
高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンを有する蒸気タービン駆動の発電装置においては、一般的に高圧タービンロータ１４と中圧タービンロータ１５と低圧タービンロータ１６とが存在し、これらのロータ１４，１５，１６と発電機ロータ１７とが一本の回転軸２に連結されている。そして、これらはそれぞれのロータ１４，１５，１６，１７の両端に軸受１を配置することで支えられることが一般的である。
【００４０】
軸受１は、これらタービンや発電機等で発生した振動を、油膜のもつ減衰作用で抑えることが求められている。これらの振動を軸受の油膜減衰により、抑えることが出来ずに過大振動となった場合、安全上の観点より、運転を継続することができなくなる。
【００４１】
しかし、本発明の軸受を使用することで、従来よりも軸振動抑制能力を向上するこが可能なため、安全な運転が可能となる。
【００４２】
本実施例では、振動を軸受の油膜減衰により、抑制できるので、回転起動時における危険速度通過までの時間を短縮できる。即ち高速起動が可能である。また、油膜による冷却効果も向上するので、発電機ロータの大径化も可能である。
【００４３】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…軸受、１ａ…下半軸受、１ｂ…上半軸受、２…回転軸、３…流路、３ａ…給油ポート、３ｂ…給油孔、３ｃ…給油管、４…主給油口、７，７１，７２，７３…補助給油口，８…流路、８ａ…補助給油孔、８ｂ…補助給油管、１０…油膜のばね作用、１１…油膜のダンパ作用、１２…逆止弁、１３…油膜破断領域、１４…高圧タービンロータ、１５…中圧タービンロータ、１６…低圧タービンロータ、１７…発電機ロータ、１８…軸受隙間、１８a…下半側軸受隙間、１８b…上半側軸受隙間、１９…軸受荷重作用点。
【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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