(57)【要約】      （修正有）【課題】軸受パッドの圧力や熱による変形を確実に抑える。【解決手段】軸受パッド２４は、回転軸を支持するパッド面２４ｐを有する軸受パッド本体２４と、軸受パッド本体２４のパッド面２４ｐの外縁に交差する端面２４ａに沿って設けられ、パッド面２４ｐに沿った方向に伸縮し、両端部５１ｐ，５１ｑを端面２４ａに固定した伸縮シリンダ５１と、端面２４ａにおける歪みを検出する歪ゲージ５０と、歪ゲージで検出した歪みに応じて伸縮シリンダ５１を伸長させるコントローラ５３と、を備える。【選択図】図３
2014177984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支持するパッド面を有する軸受パッド本体と、
前記軸受パッド本体の前記パッド面の外縁に交差する端面に沿って設けられ、前記パッド面に沿った方向に伸縮し、両端部を前記端面に固定した伸縮シリンダと、
前記端面における歪みを検出する歪ゲージと、
前記歪ゲージで検出した歪みに応じて前記伸縮シリンダを伸長させるコントローラと、
を備えることを特徴とする軸受パッド。
【請求項２】
回転軸を支持するパッド面を有する軸受パッド本体と、
前記軸受パッド本体の前記パッド面の外縁に交差する端面に沿って設けられ、前記パッド面に沿った方向に伸縮し、両端部を前記端面に固定した伸縮シリンダと、
前記パッド面において前記回転軸との間に介在する潤滑油の圧力を前記伸縮シリンダに作用させる潤滑油経路と、
を備えることを特徴とする軸受パッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載の軸受パッドと、
軸受ケーシングと、
前記軸受ケーシングと前記軸受パッドとの間に設けられ、前記軸受パッドの前記パッド面を前記回転軸に対向させた状態で揺動可能に支持する支持部材と、
を備えることを特徴とする軸受装置。
【請求項４】
回転軸と、
前記回転軸を支持する、請求項３に記載の軸受装置と、
を備えてい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、軸受パッド、該軸受パッドを備える軸受装置、及び、該軸受装置を備える回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービン、ポンプ、エンジン等、回転軸を有した回転機械においては、回転軸を回転可能に支持するために軸受装置が用いられている。
このような軸受装置としては、回転軸に摺接するパッド面を有する軸受パッドを備えたジャーナル軸受やスラスト軸受がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような軸受パッドにおいては、軸受パッドと回転軸との間で高い圧力が生じるうえ、軸受パッドと回転軸との相対回転によるせん断応力によって軸受パッドと回転軸との間に介在する潤滑油が発熱する。その結果、この圧力や熱によって軸受パッドが変形することがある。
軸受パッドの変形は、軸受パッドを揺動可能に支持するピボット点を支点として生じるため、ピボット点から遠い位置ほど変形が大きく、その結果、軸受パッドの外周側において、軸受パッドと回転軸とのクリアランスが大きくなってしまう。
すると、軸受における負荷能力が低下するほか、軸受パッドと回転軸との間の油膜による減衰係数が小さくなり、回転軸の回転安定性に悪影響を及ぼす。
【０００４】
このような軸受パッドの変形による悪影響を抑えるため、例えば特許文献１においては、軸受パッドより大きな硬度を有した補強部材を付加することにより、軸受パッドの半径方向の断面二次モーメントを周方向の断面二次モーメントよりも大きくする構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３５１２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、運転状況に応じて、軸受パッドと回転軸との間に生じる圧力や熱は変動する。したがって、特に、運転条件が一定ではなく、例えば回転軸の回転数が大きく変動し得る回転機械においては、圧力や熱が大きく変動することがある。
特許文献１に記載の技術においては、設計段階で想定される運転条件において発生する圧力や熱を考慮して、補強部材の強度（断面二次モーメント）を選定する。したがって、大きく変動する圧力や熱に広く対応できるものではない。
そこでなされた本発明の目的は、軸受パッドの圧力や熱による変形を常に確実に抑えることのできる軸受パッド、軸受装置、回転機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の軸受パッドは、回転軸を支持するパッド面を有する軸受パッド本体と、前記軸受パッド本体の前記パッド面の外縁に交差する端面に沿って設けられ、前記パッド面に沿った方向に伸縮し、両端部を前記端面に固定した伸縮シリンダと、前記端面における歪みを検出する歪ゲージと、前記歪ゲージで検出した歪みに応じて前記伸縮シリンダを伸長させるコントローラと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、回転軸の回転に伴って生じた軸受パッド本体の歪みを歪ゲージで検出し、検出された歪みに応じて伸縮シリンダを伸長させることによって、軸受パッド本体の歪み（変形）を抑制することができる。
【０００９】
本発明は、回転軸を支持するパッド面を有する軸受パッド本体と、前記軸受パッド本体の前記パッド面の外縁に交差する端面に沿って設けられ、前記パッド面に沿った方向に伸縮し、両端部を前記端面に固定した伸縮シリンダと、前記パッド面において前記回転軸との間に介在する潤滑油の圧力を前記伸縮シリンダに作用させる潤滑油経路と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
パッド面と回転軸との間に介在する潤滑油の圧力が、潤滑油経路を介して伸縮シリンダに作用することによって、伸縮シリンダが伸長し、これによって、軸受パッド本体の歪み（変形）を抑制することができる。
【００１１】
本発明の軸受装置は、上記したような軸受パッドと、軸受ケーシングと、前記軸受ケーシングと前記軸受パッドとの間に設けられ、前記軸受パッドの前記パッド面を前記回転軸に対向させた状態で揺動可能に支持する支持部材と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、歪みを有効に抑制することのできる軸受パッドを備えた軸受装置を提供できる。
【００１３】
本発明の回転機械は、回転軸と、前記回転軸を支持する、上記したような軸受装置と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、歪みを有効に抑制することのできる軸受パッド回転機械を提供できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の軸受パッド、軸受装置及び回転機械によれば、軸受パッドの歪みを常に確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る回転機械の一例としての蒸気タービンの構成を示す図である。
【図２】第一実施形態に係るスラスト軸受の概略構成を示す図であり、（ａ）は回転軸の軸線に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＡの部分で矢視した断面図である。
【図３】（ａ）は第一実施形態に係る軸受パッドの斜視図、（ｂ）は軸受パッドの側面図である。
【図４】第二実施形態に係る軸受パッドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明による軸受パッド、軸受、回転機械を実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこの実施形態のみに限定されるものではない。
［第一の実施形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）１００について説明する。
図１に示すように、蒸気タービン１００は、蒸気Ｓ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。
【００１８】
図１に示すように、蒸気タービン１００は、タービンケーシング９０と、該タービンケーシング９０を貫通するように軸線Ｏに沿って延びる回転軸３０と、タービンケーシング９０に保持された静翼４０と、回転軸３０に設けられた動翼７０と、回転軸３０を軸線Ｏ回りに回転可能に支持する軸受部６０とを備えている。
なお、軸受部６０は、ジャーナル軸受６１及びスラスト軸受（軸受装置）６２を備えており、回転軸３０を回転可能に支持している。
【００１９】
図２は、本実施形態に係るスラスト軸受６２の概略構成図である。
この図２に示すように、スラスト軸受６２は、タービンの回転軸３０から径方向外周側に張り出すよう設けられ、回転軸３０と一体に回転する円板部３１を、回転軸３０の軸方向両側から挟み込むようにして回転自在に支持することで、回転軸３０の軸方向（スラスト方向）の荷重（変位）を支持する。このスラスト軸受６２は、軸受ケーシング２２と、軸受ケーシング２２内に等角度間隔で設けられた支持部材２３と、各々の支持部材２３に揺動可能に支持された軸受パッド（軸受パッド本体）２４とを有する。
【００２０】
軸受ケーシング２２は、円板部３１の外周側に設けられた円筒状の外周壁部２２ａと、外周壁部２２ａの一端側と他端側から、それぞれ内周側に延び、円板部３１の両面３１ａ、３１ｂと間隔を隔てて対向する円環状の支持壁部２２ｂ，２２ｃと、を備えている。支持壁部２２ｂ，２２ｃは、その内径が回転軸３０の外径よりも大きく形成され、回転軸３０と干渉しないようになっている。
【００２１】
支持部材２３は、軸受ケーシング２２の支持壁部２２ｂ，２２ｃのそれぞれにおいて、円板部３１と対向する側に、回転軸３０の周方向に等角度間隔で設けられている。各支持部材２３は、軸受ケーシング２２の支持壁部２２ｂ，２２ｃのそれぞれから、円板部３１に対向する側に突出して形成され、軸受パッド２４の背面中央において軸受パッド２４を支持している。支持部材２３の突出方向端部、即ち、軸受パッド２４の背面との接触部は、球面形状に形成されている。
【００２２】
軸受パッド２４は、軸受ケーシング２２内において、円板部３１の両面側に、それぞれ回転軸３０の周方向に間隔を隔てて支持部材２３と同数が設けられている。各軸受パッド２４は、それぞれ支持部材２３に支持されて揺動自在に設けられている。
図３に示すように、各軸受パッド２４は、一定の厚さを有した扇状であり、例えば鉄、クロム鋼等から形成された裏金材２４ｈと、裏金材２４ｈの一面側の扇状面に形成された、ホワイトメタルや、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン，Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン，Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）樹脂等から形成されたパッド面２４ｐと、を有している。
【００２３】
上述した構成により、軸受パッド２４は、任意の方向に揺動可能とされている。即ち、支持部材２３と軸受パッド２４とは、点接触による接触状態であり、回転軸３０の円板部３１とスラスト軸受６２との間にミスアライメント（回転軸３０の外周面と軸受パッド２４のパッド面２４ｐとの軸方向隙間が不均一になる）が発生した場合には、軸受パッド２４が回転軸３０に追従することができる。
【００２４】
このような軸受パッド２４には、パッド面２４ｐの外縁に交差し、回転軸３０の周方向を向き、径方向に沿って延びる周方向側面（端面）２４ａに、歪ゲージ５０と、軸受パッド２４を変形させる伸縮シリンダ５１と、が設けられている。
伸縮シリンダ５１は、本体５１ａに対し、ロッド５１ｂが出没可能に設けられることによって、その全長が伸縮可能とされている。
伸縮シリンダ５１は、周方向側面２４ａに沿って回転軸３０の径方向（パッド面２４ｐに沿った方向）に延び、その一端部５１ｐが、周方向側面２４ａの外周側に固定され、他端部５１ｑが周方向側面２４ａの内周側に固定されている。
この伸縮シリンダ５１は、例えば油圧によって作動し、図示しない油圧ポンプから本体５１ａに作動油を送り込むとロッド５１ｂが本体５１ａから突出する方向に移動して全長が長くなり、本体５１ａから作動油を吸引するとロッド５１ｂが本体５１ａ内に戻る方向に移動してその全長が短くなる。
【００２５】
そして、歪ゲージ５０と、伸縮シリンダ５１を駆動するための油圧ポンプ（図示無し）には、コントローラ５３が電気的に接続されている。
歪ゲージ５０は、軸受パッド２４の変形に応じた電圧をコントローラ５３に出力する。ここで、歪ゲージ５０は、軸受パッド２４が変形していない状態をゼロ点とし、軸受パッド２４の変形が生じると、電圧が発生する。
コントローラ５３においては、歪ゲージ５０からの電圧に応じて、油圧ポンプ５４で伸縮シリンダ５１に作動油を送り込む。この、歪ゲージ５０からの電圧値に対する油圧ポンプ５４における作動油の送り込み量は、予め設定されたテーブル等に基づいて決定される。
【００２６】
上述したような構成によれば、回転軸３０の回転時に軸受パッド２４のパッド面２４ｐに作用する圧力や熱によって、軸受パッド２４が変形すると、その変形に応じて歪ゲージ５０から出力される電圧が変動する。すると、これに応じて、コントローラ５３により伸縮シリンダ５１が伸長し、軸受パッド２４の変形が矯正される。
このようにして、蒸気タービン１００の運転条件が変動しても、軸受パッド２４のパッド面２４ｐに対する面外方向への変形、具体的には支持部材２３によって支持された中心部に対し、軸受パッド２４の外周側が、パッド面２４ｐに直交する方向に変位するような変形が抑制される。
これにより、軸受パッド２４が、円板部３１との摩擦等による熱変形や、円板部３１から作用する圧力による圧力変形によって変形するのを常に抑制することができ、軸受パッド２４の変形による悪影響を抑えることができる。
【００２７】
なお、上記実施形態においては、伸縮シリンダ５１は、本体５１ａに対し、ロッド５１ｂが出没可能に設けられているが、本体５１ａに対し、２本のロッド５１ｂが両側に向けて出没可能に設けられた構成とすることもできる。
【００２８】
また、歪ゲージ５０および伸縮シリンダ５１は、軸受パッド２４において、回転軸３０の径方向に沿って位置する周方向側面２４ａに設けるようにしたが、これに限らず、回転軸３０の周方向に沿って位置する外周側側面２４ｂや内周側側面２４ｃに沿って設けるようにしても良い。
【００２９】
［第二の実施形態］
次に、本発明による軸受パッドの第二実施形態を示す。なお、以下の説明において、軸受パッド２４を備えたスラスト軸受６２や、蒸気タービン１００の全体的な構成については上記第一実施形態と共通であるので、その説明を省略する。
図４に示すように、軸受パッド２４には、パッド面２４ｐの外縁に交差し、回転軸３０の径方向に沿って位置する周方向側面２４ａに、軸受パッド２４を変形させる伸縮シリンダ５５が設けられている。
伸縮シリンダ５５は、本体５５ａに対し、ロッド５５ｂが出没可能に設けられることによって、その全長が伸縮可能とされている。
伸縮シリンダ５５は、周方向側面２４ａに沿って回転軸３０の径方向（パッド面２４ｐに沿った方向）に延び、その一端部５５ｐが、周方向側面２４ａの外周側に固定され、他端部５５ｑが周方向側面２４ａの内周側に固定されている。
【００３０】
また、軸受パッド２４のパッド面２４ｐには、油導入孔（潤滑油経路）５６の開口端５６ａが開口して設けられている。この油導入孔５６の他端５６ｂは、伸縮シリンダ５５の本体５５ａに連通して設けられている。
この油導入孔５６には、回転軸３０の回転時に軸受パッド２４のパッド面２４ｐと回転軸３０との間に介在する潤滑油が流れ込む。そして、回転軸３０の回転数等に応じ、潤滑油（油膜）の圧力が変動すると、油導入孔５６を通して、伸縮シリンダ５５の本体５５ａにその圧力変動が作用する。このとき、伸縮シリンダ５５の伸長によって、軸受パッド２４に作用する力Ｆは、伸縮シリンダ５５における油導入孔５６からの潤滑油の受圧面積をＡ、作動油の圧力をＰとすると、
Ｆ＝Ｐ×Ａ
で表わされる。
そこで、スラスト軸受６２において、油導入孔５６を通して伸縮シリンダ５５の本体５５ａに作用する潤滑油の圧力に応じて変形を戻す応力が発生するように受圧面積Ａを適切に設定しておくことで、回転軸３０の回転時に潤滑油（油膜）の圧力が変動したときに、油導入孔５６を通して伸縮シリンダ５５の本体５５ａに作用する圧力に応じて、伸縮シリンダ５５を伸長させることができる。
【００３１】
上述したような構成によれば、回転軸３０の回転時に軸受パッド２４のパッド面２４ｐと回転軸３０との間の潤滑油の圧力に応じて、伸縮シリンダ５５が伸長し、これによって軸受パッド２４の変形が抑制される。
このようにして、蒸気タービン１００の運転条件が変動しても、軸受パッド２４のパッド面２４ｐに対する面外方向への変形、具体的には支持部材２３によって支持された中心部に対し、軸受パッド２４の外周側が、パッド面２４ｐに直交する方向に変位するような変形が常に抑制される。
これにより、軸受パッド２４が、円板部３１との摩擦等による熱変形や、円板部３１から作用する圧力による圧力変形によって変形するのを抑制することができ、軸受パッド２４の変形による悪影響を抑えることができる。
【００３２】
また、伸縮シリンダ５５は、回転軸３０の回転時に軸受パッド２４のパッド面２４ｐと回転軸３０との間の潤滑油の圧力が油導入孔５６を通して直接作用することによって作動するため、コントローラ等が不要であり、簡易な構成で低コスト化を図ることができる。
【００３３】
なお、上記第一、第二実施形態で示した構成は、スラスト軸受６２に限らず、ジャーナル軸受６１の軸受パッドにも同様に適用することが可能である。
【００３４】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の各実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記したような軸受パッド２４を有した軸受は、蒸気タービン１００に限らず、ガスタービンや原子力タービン、ポンプ、エンジン、風力発電機、風車、水車等、他の回転機械にも適用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
２２  軸受ケーシング
２２ａ  外周壁部
２２ｂ，２２ｃ  支持壁部
２３  支持部材
２４  軸受パッド（軸受パッド本体）
２４ａ  周方向側面（端面）
２４ｂ  外周側側面
２４ｃ  内周側側面
２４ｈ  裏金材
２４ｐ  パッド面
３０  回転軸
３１  円板部
３１ａ  両面
４０  静翼
５０  歪ゲージ
５１  伸縮シリンダ
５１ａ  本体
５１ｂ  ロッド
５１ｐ  一端部
５１ｑ  他端部
５３  コントローラ
５４  油圧ポンプ
５５  伸縮シリンダ
５５ａ  本体
５５ｂ  ロッド
５５ｐ  一端部
５５ｑ  他端部
５６  油導入孔（潤滑油経路）
５６ａ  開口端
５６ｂ  他端
６０  軸受部
６１  ジャーナル軸受
６２  スラスト軸受
７０  動翼
９０  タービンケーシング
１００  蒸気タービン
【図１】
2014177984.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014177984.tif 000005
【図４】
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