(57)【要約】【課題】すべり軸受装置において、巨大地震や回転機械のその他の部分の破損等の外部要因に起因する回転軸の回転振動が生じた場合に対しても、軸受装置の信頼性を確保しつつ、軸受損失も低減する。【解決手段】上半軸受、上半軸受の下方に接続する下半軸受２ｂと、下半軸受２ｂの摺動面上に設けられ、軸受幅方向中央部から軸受両側面に向かって延伸する油除去溝７とを有し、回転機械の回転軸を支持するすべり軸受装置において、油除去溝７を、下半軸受の摺動面の油膜圧力発生部位より回転軸回転方向下流側に設け、油除去溝７の軸受幅方向端部が、軸受幅方向中央部よりも回転軸回転方向下流側に位置し、下半軸受の油除去溝の回転軸回転方向下流側に摺動面９ｂを有することを特徴とするすべり軸受装置。【選択図】  図２
2014119080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上半軸受と、該上半軸受の下方に接続する下半軸受と、該下半軸受の摺動面上に設けられ、軸受幅方向中央部から軸受両側面に向かって延伸する油除去溝とを有し、回転機械の回転軸を支持するすべり軸受装置であって、
前記油除去溝は、下半軸受の摺動面の油膜圧力発生部位より回転軸回転方向下流側に設けられ、
前記油除去溝の軸受幅方向端部は、軸受幅方向中央部よりも回転軸回転方向下流側に位置し、
前記下半軸受の油除去溝の回転軸回転方向下流側に摺動面を有することを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項２】
請求項1に記載のすべり軸受装置であって、
前記油除去溝は、鉛直方向から回転軸回転方向下流側３０°以降に設置されていることを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項３】
請求項２に記載のすべり軸受装置であって、
前記油除去溝は、軸受幅方向中央部から軸受両側面に延伸する直線で構成されるＶ字型の溝であることを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項４】
請求項２に記載のすべり軸受装置であって、
前記油除去溝は、軸受幅方向中央部から軸受両側面に延伸する曲線で構成されるＵ字型の溝であることを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のすべり軸受装置であって、
前記下半軸受の摺動面下部に周方向に設けられた１個又は複数個の通油路と、
該通油路の回転軸回転方向上流側端部と連通し、前記下半軸受の摺動面の回転軸回転方向上流側端部に開口する給油口と、
前記下半軸受の外周面から軸受内周側に向かって延伸し、前記通油路の回転軸回転方向下流側端部に連通する給油路とを有し、
前記通油路は、前記油除去溝下部まで延伸していることを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項６】
請求項５に記載のすべり軸受装置であって、
前記油除去溝は、周方向に複数設けられていることを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項７】
請求項６に記載のすべり軸受装置であって、
前記油除去溝は、前記下半軸受の摺動面の油膜圧力発生部位の回転軸回転方向下流側端部に沿って設けられていることを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか1項に記載のすべり軸受装置を少なくとも一箇所採用することを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はすべり軸受装置に関し、特に発電機、蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機などの高い信頼性が要求される産業用回転機械の回転軸を支持するすべり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機、蒸気タービン、ガスタービンなどの高い信頼性が要求される産業用回転機械の回転軸を支持するすべり軸受装置の一例として、特許文献１にはすべり軸受装置の下半側の摺動面を一部だけ切り欠く構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４５７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転機械の回転軸の荷重を支える軸受は、荷重方向が一定であり、摺動面の油膜反力が発生する範囲は摺動面全体の一部分となる。軸受損失の要因は摺動面の潤滑油が、回転軸にせん断されることで生じるため、特許文献１のように油膜反力の発生しない部分を切り欠く溝を設けることで、軸受の低損失化が可能となる。
【０００５】
ところで、産業用回転機械の軸受装置は高い信頼性を確保する必要があり、巨大地震や回転機械のその他の部分の破損等の外部要因に起因する回転振動が生じた場合に、停止するまで軸受摺動面の油膜による減衰にて回転軸を支えている必要がある。回転軸が振れ回ると、自重以外に遠心力が発生するため、油膜反力の発生する箇所が時々刻々と変化する。このため、油膜反力が通常運転時に発生しない摺動面を広く切り欠く軸受装置の場合、振れ回り発生時には、油膜による減衰を確保できず、振動をより大きくしてしまう懸念がある。
【０００６】
そこで本発明の課題は、すべり軸受装置において、巨大地震や回転機械のその他の部分の破損等の外部要因に起因する回転軸の回転振動が生じた場合に対しても軸受装置の信頼性を確保しつつ、軸受損失も低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、上半軸受と、上半軸受の下方に接続する下半軸受と、下半軸受の摺動面上に設けられ、軸受幅方向中央部から軸受両側面に向かって延伸する油除去溝とを有し、回転機械の回転軸を支持するすべり軸受装置において、油除去溝を、下半軸受の摺動面の油膜圧力発生部位より回転軸の回転方向下流側に設け、油除去溝の軸受幅方向端部を、溝の軸受幅方向中央部よりも回転方向下流側に配置させ、油除去溝の回転軸回転方向下流側に、摺動面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、すべり軸受装置において、巨大地震や回転機械のその他の部分の破損等の外部要因に起因する回転軸の回転振動が生じた場合に対しても、軸受装置の信頼性を確保しつつ、軸受損失も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施例に係るすべり軸受装置の概略正面図である。
【図２】図１に示したすべり軸受装置の下半軸受の概略斜視図である。
【図３】図２に示した下半軸受の摺動面の概略展開図である。
【図４】一般的なすべり軸受の摺動面の油膜の圧力分布を示す図である。
【図５】図２に示した下半軸受における潤滑油の流れを説明する説明図である。
【図６】油除去溝の他の例を示す概略斜視図である。
【図７】油除去溝の配置についての他の例を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係るすべり軸受装置の下半軸受の概略斜視図である。
【図９】蒸気タービンの一例を概略的に説明する説明図である。
【図１０】ガスタービンの一例を概略的に説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本実施例に係るすべり軸受装置２を概略的に表した正面図である。すべり軸受装置２は、上半軸受２ａと、上半軸受２ａの下方に接続する下半軸受２ｂとからなる上下二分割構造となっており、回転機械の回転軸１を挟むように設置される。
【００１２】
図２は下半軸受２ｂを概略的に示した斜視図である。図示はしていないが、下半軸受２ｂは、軸受裏金とその内周側に設けられたライナーメタルからなる。下半軸受２ｂの内周面には回転軸１が摺動する摺動面９ａが周方向に形成されている。摺動面にはホワイトメタル等がライニングされており、摺動面上に潤滑油の油膜が形成され、油膜上を回転軸１が回転し摺動する。なお、回転軸１の回転方向を矢印３で示した。以下、説明のため便宜上、下半軸受２ｂの周方向端部のうち符号１９ａで示した端部を回転軸回転方向上流側（以下、単に上流側という）端部といい、符号１９ｂで示した端部を回転軸回転方向下流側（以下、単に下流側という）端部ということにする。
【００１３】
下半軸受２ｂの上流側端部１９ａの近傍には、軸受外部から軸受の摺動面に潤滑油を導くための給油路５が設けられている。給油路５は下半軸受２ｂの外周面から軸受内周側に向かって延伸し、回転軸回転方向上流側端部１９ａの近傍の摺動面９ａに開口する給油口４に繋がっている。軸受外部から供給された潤滑油は、給油路５を流下して給油口４から摺動面上に供給される。
【００１４】
図４は一般的なすべり軸受の摺動面の油膜の圧力分布を示す図である。軸受の水平分割面のうち下半軸受の上流側端部の側を０°とした場合、油膜圧力分布１０は９０°、すなわち鉛直方向より回転軸回転方向下流側で最大圧力となり、さらに下流では大きく圧力が低下し、圧力が発生しない領域が発生する。この圧力が発生しない領域の範囲は回転軸１の荷重や運転状態によって異なるがおよそ１２０°以降となる。
【００１５】
図４で説明したように、一般的に下半軸受の摺動面には、油膜圧力が発生する部位と油膜圧力が発生しない部位が生じる。そこで図２に示すように本実施例では、下半軸受の摺動面のうち油膜圧力が発生する部位よりも回転軸回転方向下流側、すなわち油膜圧力が発生しない部位に油除去溝７を設けた。この油除去溝７は、摺動面上を回転軸１の回転方向に沿って流れる潤滑油を軸受側面へ排出するための溝である。
【００１６】
図３は、図２に示した下半軸受２ｂの摺動面の展開図である。図３においてＡ−Ａ線は鉛直方向の部位を表し、Ｂ−Ｂ線は油膜圧力発生部位の回転軸回転方向下流側の境界線を表す。なお、圧力発生部位の境界は、実際には軸受幅方向２０の各位置で周方向に多少変動する。また、油膜圧力発生部位自体は、軸受装置や回転機械の諸要素から予め計算・実測により求められる。
【００１７】
油除去溝７は、油膜圧力発生部位よりも下流側に配置する。油膜圧力発生部位は多少周方向に変動するので、ある程度余裕を持って下流側に配置するのが望ましい。例えば、図４で説明したように圧力が発生しない領域の範囲は回転軸１の荷重や運転状態によって異なるがおよそ１２０°以降となるので、油除去溝７も１２０°近傍、すなわち鉛直方向から下流側に３０°近傍またはそれよりも多少下流側に配置する。
【００１８】
また油除去溝７は、軸受幅方向両端部が溝の中央部よりも下流側に配置され、軸受幅方向の中央部から軸受幅方向側面２１ａ、２１ｂに向かって下流側に傾斜して延伸する直線状の溝で構成されるＶ字型の溝である。軸受幅方向中央部から、軸受両側面の回転方向下流側に向けて、軸受両側面に連通するようにＶ字型で設けることで、回転方向に沿って流れてくる潤滑油を軸受側面に排出しやすくしている。
【００１９】
また、下半軸受２ｂの油除去溝７の下流には周方向に摺動面９ｂを一部残している。
【００２０】
図５は下半軸受２ｂにおける潤滑油の流れを示すための図である。給油路５より供給された潤滑油８は給油口４より摺動面９ａに流入する。流入した潤滑油は回転軸１の回転により回転方向下流へと連れまわり、回転軸１を浮上させた後、そのほとんどが油除去溝７より軸受外部へと排出される。軸受の損失は回転軸１と摺動面９の間の潤滑油が、回転によりせん断されることで生じるため、回転軸１を浮上させる油膜反力の発生する箇所の回転方向下流の潤滑油を、軸受外部へ排出することにより、損失を低減することが可能となる。
【００２１】
また、油除去溝７は、軸受幅方向中央部から、軸受両側面の回転方向下流側に向けて、軸受両側面に連通するようにＶ字型で設けることで、潤滑油を軸受側面に排出しやすくしている。油除去溝７は、油膜圧力発生部位の下流側に設けているが、この部分は油膜による圧力が発生しないため、油除去溝７を設けても軸受の性能には影響しない。油除去溝７を出来るだけ油膜の圧力が発生しなくなる境界付近に設置すると、より大きく低損失化が可能となる。
【００２２】
本構造では、下半軸受２ｂの油除去溝７の回転方向下流側には摺動面９ｂが存在する。
巨大地震やその他の部分の破損に起因する回転振動が生じた場合には、油除去溝７では排出できなかった回転軸１に付着している潤滑油が、回転軸１と油除去溝７の回転方向下流側の摺動面９ｂの間で油膜を形成することで、減衰を確保することが出来る。その結果、回転軸１の回転振動を低減できる。よって、本実施例によれば低損失と高い信頼性を両立することが可能である。
【００２３】
なお、本実施例では、油除去溝７をＶ字型としたが、図６に示すように軸受幅方向両端部を溝の中央部よりも回転軸回転方向下流側に配置し、軸受幅方向中央部から軸受両側面に延伸する曲線で構成されるＵ字型の溝としてもよい。
【００２４】
また本実施例では、油除去溝７は周方向に一つだけ設けているが、油膜圧力発生部位よりも回転方向下流側であれば周方向に複数個設けても良い。図７は、油除去溝７を二重に設置した例である。このようにすることで、潤滑油をより多く排出でき、より大きな低損失化が期待できる。
【実施例２】
【００２５】
次に本発明の第２の実施例について説明する。なお、先に説明した実施例１と同等の構成要素については同符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図８は第２の実施例に係るすべり軸受装置２の下半軸受２ｂの斜視図である。本実施例は、下半軸受２ｂの摺動面に実施例１の油除去溝７を設けるのに加えて、軸受内部の潤滑油の供給路に特徴がある。
【００２７】
本実施例の下半軸受２ｂは、油膜圧力が発生する摺動面９ａの外周側に周方向に延伸する通油路６を有する。通油路６の周方向端部のうち回転方向下流側の端部は、油除去溝７の下部近傍まで延伸している。一方、通油路６の周方向端部のうち上流側の端部は、上流側端部１９ａ近傍の給油口４の半径方向外周側位置まで延伸しており、端部で半径方向内周側に向かって延伸して給油口４と連通している。また、給油路５は、通油路６の回転軸回転方向下流側の端部と連通しており、端部から半径方向外周側に向かって延伸し、下半軸受２ｂの外周面に連通している。下半軸受２ｂ内の潤滑油の供給路をこのように構成することで、外部から供給された潤滑油を最も低温の状態で、下半軸受２ｂで最も高温となる油膜圧力発生部位の下流側境界付近に最初に直接供給できる。
【００２８】
軸受の摺動面９には、なじみ性や耐摩耗性を考慮し、低融点金属であるホワイトメタルを使用するのが一般的である。摺動面９ａの回転軸回転方向下流側に行くほど温度が上昇するため、給油された冷たい潤滑油がまず最も高温となる部分の下を通ることで、摺動面９の低融点金属の強度低下を抑制できる。油量を低減すると摺動面の温度も上昇するため、最も熱くなる部分を冷却することで、低損失化、高信頼性と合わせ低油量化も実現することができる。
【００２９】
以上説明した実施例１および２のすべり軸受は、発電機、蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機などの高い信頼性が要求される産業用回転機械に適用することができる。
【００３０】
図９は蒸気タービンを概略的に示した図である。火力プラントでは高効率化のため高圧タービン１２、中圧タービン１３、低圧タービン１４、発電機１５を連結した、多スパンの形状のものが一般的である。本発明のすべり軸受装置をすべての軸受装置１１に採用するのが望ましいが、このうちのいくつかに採用しても、機器の低損失化に貢献できる。
【００３１】
図１０は本発明の軸受をガスタービンに採用した例である。ガスタービンは回転軸１で連結された圧縮機１６およびタービン１７と、燃焼器１８とを有する。本発明の軸受装置をガスタービンの回転軸１を支持する軸受装置１１に採用すれば、機器の低損失化に貢献できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  回転軸
２  すべり軸受装置      
２ａ  上半軸受
２ｂ  下半軸受
４  供給口
５  供給路
６  通油路
７  油除去溝
９ａ，ｂ  摺動面
【図１】
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【図２】
2014119080.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014119080.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014119080.tif 000008
【図７】
2014119080.tif 000009
【図８】
2014119080.tif 000010
【図９】
2014119080.tif 000011
【図１０】
2014119080.tif 000012