(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の空間を存してロータ軸のジャーナルを囲繞可能なキャリアリングと、
前記ジャーナルを回転可能に支持するように前記空間の下半領域にそれぞれ配置され、前記キャリアリングの周方向に配列された少なくとも２つの軸受パッドと、
前記キャリアリングの周方向にて相互に離間して前記空間に配置され、それぞれ前記空間に潤滑油を供給可能な複数のノズルヘッドと、
前記キャリアリングに固定された状態で前記空間の上半領域に配置され、前記ジャーナルの外周面の上半領域と軸受隙間を存して対向可能な軸受面を有する少なくとも１つの半円環軸受部と、
を備え、
前記複数のノズルヘッドは、前記ロータ軸の回転方向にて前記半円環軸受部の上流に位置し、且つ、前記半円環軸受部の最も近くに位置する、最下流ノズルヘッドを含み、
前記最下流ノズルヘッドは、前記キャリアリングの軸線方向にて前記半円環軸受部が存在する範囲に、潤滑油を吐出可能な少なくとも１つのノズル孔を有し、
前記軸受面は前記軸受パッドよりも短軸の半円筒形状を有する
ことを特徴とするジャーナル軸受装置。
【請求項２】
前記軸受面は軸受合金によって構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの半円環軸受部は、
前記キャリアリングの軸線方向に相互に離間した２つの半円環軸受部を有し、
前記複数のノズルヘッドの各々は、
前記キャリアリングの径方向に沿って前記キャリアリングの内周面から突出する柱部と、
前記柱部の先端部の両側から前記キャリアリングの軸線方向に沿ってそれぞれ延在する２つのアーム部と、を有し、
前記キャリアリングの軸線方向にて、前記最下流ノズルヘッドの前記２つのアーム部が存在する範囲は、前記２つの半円環軸受部が存在する範囲に重なっており、
前記最下流ノズルヘッドの前記２つのアーム部の各々に前記少なくとも１つのノズル孔が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項４】
前記最下流ノズルヘッドの前記２つのアーム部は、少なくとも１つの他のノズルヘッドの前記２つのアーム部よりも長い
ことを特徴とする請求項３に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの半円環軸受部は、
前記キャリアリングの軸線方向にて前記軸受パッドの中央に位置する１つの半円環軸受部を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項６】
前記キャリアリングを収容する軸受ハウジングと、
前記軸受ハウジングと前記キャリアリングとの間に設けられ、前記キャリアリングを揺動可能に支持する少なくとも２つの球面キーと、を更に備え、
前記キャリアリングの軸線方向にて、前記少なくとも２つの球面キーが存在する範囲は、前記少なくとも１つの半円環軸受部が存在する範囲と重なっている
ことを特徴とする請求項５に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項７】
前記キャリアリングの軸線方向での前記少なくとも１つの半円環軸受部の幅は、前記キャリアリングの径方向にて内側から外側に向かって大きくなっている
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの半円環軸受部は、前記軸受面に凹凸を有する
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの半円環軸受部は前記軸受面に少なくとも１本の油溝を有し、
前記少なくとも１本の油溝は、前記ロータ軸の回転方向にて前記半円環軸受部の上流端から前記キャリアリングの周方向に沿って延びている
ことを特徴とする請求項８に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のジャーナル軸受装置を備え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】
本開示はジャーナル軸受装置及び回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば蒸気タービンやガスタービン等の回転機械は、ロータ軸を回転可能に支持するジャーナル軸受装置を有している。この種のジャーナル軸受装置として、ロータ軸の周りに配置された複数のティルティングパッドを有するジャーナル軸受装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１が開示するティルティングパッド型のジャーナル軸受装置は、ロータ軸のジャーナルを囲むキャリアリングを有し、ジャーナルの外周面の下半領域とキャリアリングの内周面の下半領域との間にのみ２つのティルティングパッドが配置されている。２つのティルティングバッドは、下方に向かうロータ軸の荷重を支持している。一方、キャリアリングの内周面の上半領域にはガイドメタルが固定されている。ガイドメタルは、ロータ軸の荷重を支えるものではなく、ロータ軸の飛び上がりを防止するためだけのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０９７９９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１が開示するジャーナル軸受装置にあっては、ガイドメタルは、ロータ軸の荷重を支えるものではなく、ロータ軸の飛び上がりを防止するためだけのものである。このため、ロータ軸が飛び上がってガイドメタルに衝突したときに、ガイドメタルはロータ軸の荷重を円滑に支持することが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１が開示するジャーナル軸受装置にあっては、給油ノズルの幅がガイドメタルの幅よりも狭い。このため、ガイドメタルとロータ軸との間に十分な量の潤滑油が供給されていない。それ故、ロータ軸が飛び上がってガイドメタルに衝突しようとしたときに、楔効果による油膜の圧力上昇を利用してロータ軸の飛び上がりを抑制することが困難であるという問題もある。
【０００７】
上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ロータ軸の飛び上がりを防止する半円環軸受部を有し、且つ半円環軸受部の軸受面に潤滑油が十分に供給されるジャーナル軸受装置、及び、該ジャーナル軸受装置を備える回転機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るジャーナル軸受装置は、
円筒形状の空間を存してロータ軸のジャーナルを囲繞可能なキャリアリングと、
前記ジャーナルを回転可能に支持するように前記空間の下半領域にそれぞれ配置され、前記キャリアリングの周方向に配列された少なくとも２つの軸受パッドと、
前記キャリアリングの周方向にて相互に離間して前記空間に配置され、それぞれ前記空間に潤滑油を供給可能な複数のノズルヘッドと、
前記キャリアリングに固定された状態で前記空間の上半領域に配置され、前記ジャーナルの外周面の上半領域と軸受隙間を存して対向可能な軸受面を有する少なくとも１つの半円環軸受部と、
を備え、
前記複数のノズルヘッドは、前記ロータ軸の回転方向にて前記半円環軸受部の上流に位置し、且つ、前記半円環軸受部の最も近くに位置する、最下流ノズルヘッドを含み、
前記最下流ノズルヘッドは、前記キャリアリングの軸線方向にて前記半円環軸受部が存在する範囲に、潤滑油を吐出可能な少なくとも１つのノズル孔を有する。
【０００９】
上記構成（１）のジャーナル軸受装置では、半円環軸受部が軸受面を有し、ロータ軸が飛び上がって軸受面に衝突しようとしたときに、軸受面がロータ軸からの上向きの荷重を円滑に支持することができる。
また、最下流ノズルヘッドが、キャリアリングの軸線方向にて半円環軸受部が存在する範囲にノズル孔を有するので、ロータ軸と軸受面との間に十分な量の潤滑油を供給することができる。このため、ロータ軸が飛び上がって軸受面に衝突しようとしたときに、楔効果により油膜の圧力が上昇し、ロータ軸が軸受面に衝突することを防止することができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記軸受面は軸受合金によって構成されている。
上記構成（２）のジャーナル軸受装置では、軸受合金からなる軸受面が、ロータ軸からの上向きの荷重を円滑に支持することができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記少なくとも１つの半円環軸受部は、
前記キャリアリングの軸線方向に相互に離間した２つの半円環軸受部を有し、
前記複数のノズルヘッドの各々は、
前記キャリアリングの径方向に沿って前記キャリアリングの内周面から突出する柱部と、
前記柱部の先端部の両側から前記キャリアリングの軸線方向に沿ってそれぞれ延在する２つのアーム部と、を有し、
前記キャリアリングの軸線方向にて、前記最下流ノズルヘッドの前記２つのアーム部が存在する範囲は、前記２つの半円環軸受部が存在する範囲に重なっており、
前記最下流ノズルヘッドの前記２つのアーム部の各々に前記少なくとも１つのノズル孔が形成されている。
【００１２】
上記構成（３）では、ノズルヘッドの２つのアーム部の各々に形成された少なくとも１つのノズル孔によって、ロータ軸と軸受面との間に十分な量の潤滑油を供給することができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記構成（３）において、
前記最下流ノズルヘッドの前記２つのアーム部は、少なくとも１つの他のノズルヘッドの前記２つのアーム部よりも長い。
【００１４】
軸受パッドとジャーナルの外周面との隙間では、油膜の圧力が高くなるため、隙間から潤滑油が漏れ出る。このため、隙間の両側近傍に潤滑油を供給しても、潤滑油が有効に作用せずに漏れ出てしまう。
この点、上記構成（４）では、少なくとも１つの他のノズルヘッドの２つのアーム部は短いため、軸受パッドとジャーナルの外周面との隙間の両側近傍への潤滑油の供給量を抑制しながら、隙間の中央近傍により多くの潤滑油を供給することができ、潤滑油を有効に活用することができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記少なくとも１つの半円環軸受部は、
前記キャリアリングの軸線方向にて前記軸受パッドの中央に位置する１つの半円環軸受部を有する。
【００１６】
上記構成（５）では、半円環軸受部が、キャリアリングの軸線方向にて軸受パッドの中央に位置しており、簡単な構成にて、ジャーナルの外周面と軸受面との隙間に潤滑油を十分に供給できる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記構成（５）において、
前記キャリアリングを収容する軸受ハウジングと、
前記軸受ハウジングと前記キャリアリングとの間に設けられ、前記キャリアリングを揺動可能に支持する少なくとも２つの球面キーと、を更に備え、
前記キャリアリングの軸線方向にて、前記少なくとも２つの球面キーが存在する範囲は、前記少なくとも１つの半円環軸受部が存在する範囲と重なっている。
【００１８】
上記構成（６）では、キャリアリングの軸線方向にて、半円環軸受部の存在位置が、少なくとも２つの球面キーの存在位置と重なっているので、半円環軸受部のための支持剛性を高くすることができる。これにより、ロータ軸が飛び上がったときに、半円環軸受部がロータ軸をより一層円滑に支持することができる。
【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（６）の何れか１つにおいて、
前記キャリアリングの軸線方向での前記少なくとも１つの半円環軸受部の幅は、前記キャリアリングの径方向にて内側から外側に向かって大きくなっている。
【００２０】
上記構成（７）では、半円環軸受部の幅が、キャリアリングの径方向にて内側から外側に向かって大きくなっているので、半円環軸受部とキャリアリングとの間の接続強度を高くすることができる。このため、ロータ軸が飛び上がったときに、半円環軸受部がロータ軸を円滑且つ安定して支持することができる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（７）の何れか１つの構成において、
前記少なくとも１つの半円環軸受部は、前記軸受面に凹凸を有する。
上記構成（８）では、半円環軸受部が軸受面に凹凸を有し、凹凸が油溜まりとして機能する。このため、軸受面における油膜切れを防止することができ、ロータ軸が飛び上がったときに、半円環軸受部がロータ軸を円滑に支持することができる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記構成（８）において、
前記少なくとも１つの半円環軸受部は前記軸受面に少なくとも１本の油溝を有し、
前記少なくとも１本の油溝は、前記ロータ軸の回転方向にて前記半円環軸受部の上流端から前記キャリアリングの周方向に沿って延びている。
【００２３】
上記構成（９）では、半円環軸受部の軸受面に、上流端から周方向に沿って延びる油溝が形成されており、油溝が油溜まりとして機能する。ここで、油溝は上流端から延びているため、潤滑油が油溝に流入し易く、軸受面における油膜切れをより確実に防止することができる。
【００２４】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、
上記構成（１）乃至（９）の何れか１つに記載のジャーナル軸受装置を備える。
【００２５】
上記構成（１０）の回転機械では、半円環軸受部が軸受面を有し、ロータ軸が飛び上がって軸受面に衝突しようとしたときに、軸受面がロータ軸からの上向きの荷重を円滑に支持することができる。
また、最下流ノズルヘッドが、キャリアリングの軸線方向にて半円環軸受部が存在する範囲にノズル孔を有するので、ロータ軸と軸受面との間に十分な量の潤滑油を供給することができる。このため、ロータ軸が飛び上がって軸受面に衝突しようとしたときに、楔効果により油膜の圧力が上昇し、ロータ軸が軸受面に衝突することを防止することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ロータ軸の飛び上がりを防止する半円環軸受部を有し、且つ半円環軸受部の軸受面に潤滑油が十分に供給されるジャーナル軸受装置、及び、該ジャーナル軸受装置を備える回転機械が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るタービンの概略的な構成を示す断面図である。
【図２】一実施形態に係るジャーナル軸受装置の縦断面を概略的に示す図である。
【図３】図２中の領域ＩＩＩの拡大図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略的な断面図である。
【図５】図２中のＶ−Ｖ線に沿う概略的な断面図である。
【図６】キャリアリング、サイドプレート、軸受パッド、半円環軸受部及びノズルヘッドを概略的に示す展開図である。
【図７】他の実施形態に係るジャーナル軸受装置の上半部の概略的な縦断面をそれぞれ示す図である。
【図８】他の実施形態に係るジャーナル軸受装置の上半部の概略的な縦断面をそれぞれ示す図である。
【図９】他の実施形態に係るジャーナル軸受装置の上半部の概略的な縦断面をそれぞれ示す図である。
【図１０】半円環軸受部の周方向直交断面を概略的に示す図である。
【図１１】図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿う概略的な断面図である。
【図１２】他の実施形態に係る半円環軸受部の図１１に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に係るタービン１の概略的な構成を示す断面図である。
タービン１は、例えばコンバインドサイクル発電に適用可能な蒸気タービンであり、発電機３に接続されている。タービン１は、蒸気を利用してトルクを発生させ、発電機３はタービン１が出力したトルクを利用して発電する。
【００３０】
タービン１は、ハウジング（車室）５と、ロータ軸７と、ハウジング５に固定された静翼列と、ロータ軸７に固定された複数の動翼列とを有する。ロータ軸７は、ジャーナル軸受装置９，１０及びスラスト軸受装置１１によって、水平軸の回りで回転可能に支持され、ロータ軸７の少なくとも一部は、ハウジング５内を延びている。ロータ軸７の一端側に、発電機３が接続されている。
【００３１】
ハウジング５とロータ軸７との間には筒状の内部流路１２が形成され、内部流路１２に静翼列及び動翼列が配置される。各静翼列は、ロータ軸７の周方向に配列された複数の静翼１４からなり、各静翼１４はハウジング５に対して固定されている。各動翼列は、ロータ軸７の周方向に配列された複数の動翼１５からなり、各動翼１５は、ロータ軸７に対して固定されている。各静翼列では、蒸気の流れが加速され、各動翼列では、蒸気のエネルギがロータ軸７の回転エネルギに変換される。
【００３２】
つまり、タービン１は、大別すると、静止アセンブリ１７と、静止アセンブリ１７に対し相対回転可能な回転アセンブリ１９とを有しており、ハウジング５及び静翼１４は静止アセンブリ１７の一部を構成し、ロータ軸７及び動翼１５は回転アセンブリ１９の一部を構成している。
また、タービン１は、少なくとも１つのシール装置２０を有している。シール装置２０は、静止アセンブリ１７と回転アセンブリ１９との間に配置され、静止アセンブリ１７と回転アセンブリ１９との間に、流体の流れを制限するためのシール隙間を区画する。
【００３３】
以下、図２〜図１１を参照して、本発明の幾つかの実施形態に係るジャーナル軸受装置１０について説明する。
図２は、一実施形態に係るジャーナル軸受装置１０の縦断面を概略的に示す図であり、図４中のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略的な断面図である。図３は、図２中の領域ＩＩＩの拡大図である。図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略的な断面図である。図５は、図２中のＶ−Ｖ線に沿う概略的な断面図である。図６は、キャリアリング、サイドプレート、軸受パッド、半円環軸受部及びノズルヘッドを概略的に示す展開図である。図７、図８及び図９は、他の実施形態に係るジャーナル軸受装置１０の上半部の概略的な縦断面をそれぞれ示す図である。図１０は、半円環軸受部の周方向直交断面を概略的に示す図であり、図１１中のＸ−Ｘ線に沿う概略的な断面図である。図１１は、図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿う概略的な断面図である。図１２は、他の実施形態に係る半円環軸受部の図１１に相当する図である。
【００３４】
ジャーナル軸受装置１０は、図２及び図４に示したように、軸受ハウジング３０と、キャリアリング３２と、少なくとも２つの軸受パッド３４と、複数のノズルヘッド３８と、一対の隔壁部４０と、少なくとも１つの半円環軸受部４２とを有する。
軸受ハウジング３０は、例えば、台座３０ａと、台座３０ａに対し固定されるカバー３０ｂとを有する。
【００３５】
キャリアリング３２は、軸受ハウジング３０の内部に配置されている。キャリアリング３２は、円筒形状の内周面を有し、キャリアリング３２の内周面は、ロータ軸７の一部、すなわちジャーナル７ａを、円筒形状の空間４４を存して囲繞可能である。空間４４は、ジャーナル７ａの外周面とキャリアリング３２の内周面との間に規定される。キャリアリング３２は例えば円筒形状を有する。
【００３６】
少なくとも２つの軸受パッド３４は、空間４４の下半領域にそれぞれ配置され、キャリアリング３２の周方向に配列されている。軸受パッド３４は、キャリアリング３２の軸線方向に沿って見たときに扇形形状を有し、それぞれ分割円筒形状の湾曲した内面３４ａ及び外面３４ｂを有している。軸受パッド３４の内面３４ａは、軸受合金、例えばホワイトメタルによって形成され、ジャーナル７ａの外周面と対向して配置される。
【００３７】
少なくとも２つの軸受パッド３４は、傾動可能又は揺動可能に設けられており、ジャーナル７ａと軸受パッド３４の隙間は、ジャーナル７ａの周方向又は軸線方向にて徐々に変化可能である。そのために、例えば、少なくとも２つの軸受パッド３４の各々とキャリアリング３２との間には、図示しない傾動ユニットが設けられる。傾動ユニットは、例えばピボットによって構成される。或いは軸受パッド３４の外面３４ｂとキャリアリング３２の内周面の曲率が相互に異なるように構成される。
【００３８】
一対の隔壁部４０は、ロータ軸７を挿通可能な軸孔を有し、キャリアリング３２の軸線方向にて空間４４の両端を規定している。隔壁部４０は、例えば、円環形状のサイドプレート４６によって構成され、サイドプレート４６は、キャリアリング３２に対しボルトによって固定される。
【００３９】
少なくとも１つの半円環軸受部４２（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ）は、空間４４の上半領域に配置され、例えば図示しないボルトによって、キャリアリング３２に対し固定される。なお、本明細書において、括弧の前の符号４２は、説明の便宜上、括弧内の符号のうち１つ以上を指すときに用いられ、図面には付されていない。
【００４０】
半円環軸受部４２は、キャリアリング３２の軸線方向に沿って見たときに扇形形状を有している。半円環軸受部４２は、キャリアリング３２の径方向にて内側に軸受面５０を有する。軸受面５０は、ジャーナル７ａの外周面の上半領域に沿うように湾曲した、軸受パッド３４よりも短軸の半円筒形状を有し、ジャーナル７ａの外周面の上半領域と軸受隙間Ｇｂを存して対向する。
【００４１】
複数のノズルヘッド３８は、キャリアリング３２の周方向にて相互に離間して空間４４に配置され、それぞれ空間４４に潤滑油を供給可能である。例えば、キャリアリング３２に図示しない潤滑油の供給路が形成され、供給路を通じてノズルヘッド３８に潤滑油が供給される。
【００４２】
複数のノズルヘッド３８は、１つの最下流ノズルヘッド５４を含む。最下流ノズルヘッド５４は、ロータ軸７の回転方向にて半円環軸受部４２の上流に位置し、且つ、半円環軸受部４２の最も近くに位置する。そして、最下流ノズルヘッド５４は、キャリアリング３２の軸線方向にて半円環軸受部４２が存在する範囲に、潤滑油を吐出可能な少なくとも１つのノズル孔５６ａを有する。
【００４３】
上述したジャーナル軸受装置１０では、タービン１の作動中、即ちロータ軸７の回転中、ノズルヘッド３８から空間４４に潤滑油が供給される。ノズルヘッド３８から噴出した潤滑油は、軸受パッド３４の内面３４ａとジャーナル７ａの外周面との間に流入し、これらの間に油膜を形成する。軸受パッド３４は、油膜を介して、ロータ軸７の自重に基づく下方に向かう荷重を支持しながら、ロータ軸７を回転可能に支持する。
【００４４】
その上、上述したジャーナル軸受装置１０では、半円環軸受部４２が軸受面５０を有し、何らかの原因でロータ軸７が飛び上がって軸受面５０に衝突しようとしたときに、軸受面５０がロータ軸７からの上向きの荷重を円滑に支持することができる。
また、最下流ノズルヘッド５４が、キャリアリング３２の軸線方向にて半円環軸受部４２が存在する範囲にノズル孔５６ａを有するので、ロータ軸７と軸受面５０との間に十分な量の潤滑油を供給することができる。このため、ロータ軸７が飛び上がって軸受面５０に衝突しようとしたときに、楔効果により油膜の圧力が上昇し、ロータ軸７が軸受面５０に衝突することを防止することができる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、軸受面５０は軸受合金によって構成されている。つまり、半円環軸受部４２は、本体５７と、本体５７に積層された軸受合金からなるベアリング膜５８を有し、ベアリング膜５８が軸受面５０を構成している。軸受合金は、例えばホワイトメタルである。
上記構成によれば、軸受合金からなる軸受面５０が、ロータ軸７からの上向きの荷重を円滑に支持することができる。
幾つかの実施形態では、半円環軸受部４２は、キャリアリング３２の軸線方向で見たとき、張り角、即ち中心角が１８０°の扇形形状を有する。
【００４６】
幾つかの実施形態では、図２、図６及び図８に示したように、少なくとも１つの半円環軸受部４２は、キャリアリング３２の軸線方向に相互に離間した２つの半円環軸受部４２を含む。そして、複数のノズルヘッド３８の各々は、キャリアリング３２の径方向に沿ってキャリアリング３２の内周面から突出する柱部３８ａと、柱部の先端部の両側からキャリアリング３２の軸線方向に沿ってそれぞれ延在する２つのアーム部３８ｂと、を有する。
【００４７】
そして、キャリアリング３２の軸線方向にて、最下流ノズルヘッド５４の２つのアーム部３８ｂが存在する範囲は、２つの半円環軸受部４２が存在する範囲に重なっている。最下流ノズルヘッド５４の２つのアーム部３８ｂの各々及び柱部３８ａに複数のノズル孔５６が形成されている。そして、複数のノズル孔５６のうち少なくとも１つのノズル孔５６ａが、キャリアリング３２の軸線方向にて半円環軸受部４２又は軸受面５０が存在する範囲に位置している。
【００４８】
上記構成によれば、最下流ノズルヘッド５４の２つのアーム部３８ｂの各々に形成された少なくとも１つのノズル孔５６ａによって、ロータ軸７と軸受面５０との間に十分な量の潤滑油を供給することができる。
【００４９】
幾つかの実施形態では、図６に示したように、最下流ノズルヘッド５４の２つのアーム部３８ｂは、少なくとも１つの他のノズルヘッド３８の２つのアーム部３８ｂよりも長い。
【００５０】
軸受パッド３４とジャーナル７ａの外周面との隙間では、油膜の圧力が高くなるため、隙間から潤滑油が漏れ出る。このため、隙間の両側近傍に潤滑油を供給しても、潤滑油が有効に作用せずに漏れ出てしまう。
この点、上記構成によれば、少なくとも１つの他のノズルヘッド３８の２つのアーム部３８ｂは短いため、軸受パッド３４とジャーナル７ａの外周面との隙間の両側近傍への潤滑油の供給量を抑制しながら、隙間の中央近傍により多くの潤滑油を供給することができ、潤滑油を有効に活用することができる。
【００５１】
幾つかの実施形態では、キャリアリング３２の周方向にて、軸受パッド３４の各々の両側に、１対のノズルヘッド３８が配置されている。
幾つかの実施形態では、キャリアリング３２の周方向にて、２つの軸受パッド３４が隙間を存して配列され、合計５つのノズルヘッド３８が空間４４に配置されている。
【００５２】
幾つかの実施形態では、図７及び図９に示したように、少なくとも１つの半円環軸受部４２は、キャリアリング３２の軸線方向にて軸受パッド３４の中央に位置する１つの半円環軸受部４２を含む。
上記構成によれば、半円環軸受部４２が、キャリアリング３２の軸線方向にて軸受パッド３４の中央に位置しており、簡単な構成にて、ジャーナル７ａの外周面と軸受面５０との隙間に潤滑油を十分に供給できる。
【００５３】
幾つかの実施形態では、図７及び図９に示したように、少なくとも１つの半円環軸受部４２は、キャリアリング３２の軸線方向にて軸受パッド３４の中央に位置する半円環軸受部４２を１つのみ含む。
【００５４】
幾つかの実施形態では、ジャーナル軸受装置１０は少なくとも２つの球面キー６０を更に備える。少なくとも２つの球面キー６０は、軸受ハウジング３０とキャリアリング３２との間にそれぞれ設けられ、キャリアリング３２の周方向に相互に離間している。少なくとも２つの球面キー６０は、キャリアリング３２を揺動可能に支持している。
そして、キャリアリング３２の軸線方向にて、少なくとも２つの球面キー６０が存在する範囲は、少なくとも１つの半円環軸受部４２が存在する範囲と重なっている。
【００５５】
上記構成によれば、キャリアリング３２の軸線方向にて、半円環軸受部４２の存在位置が、少なくとも２つの球面キー６０の存在位置と重なっているので、半円環軸受部４２のための支持剛性を高くすることができる。これにより、ロータ軸７が飛び上がったときに、半円環軸受部４２がロータ軸７をより一層円滑に支持することができる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、軸受ハウジング３０に対するキャリアリング３２の周方向の相対回転を防止するために、軸受ハウジング３０とキャリアリング３２との間に周り止めピン（不図示）が設けられる。
幾つかの実施形態では、ジャーナル軸受装置１０は、軸受ハウジング３０とキャリアリング３２との間に配置される少なくとも１つの平キー（不図示）を有する。
幾つかの実施形態では、ジャーナル軸受装置１０は、軸受ハウジング３０とキャリアリング３２との間に配置される少なくとも１つのハーフパイプ型のキー（不図示）を有する。
【００５７】
幾つかの実施形態では、図２、図７及び図１１に示したように、キャリアリング３２の軸線方向での少なくとも１つの半円環軸受部４２ａ，４２ｃの幅は、キャリアリング３２の径方向にて内側から外側に向かって一定である。つまり、半円環軸受部４２ａ，４２ｃは、キャリアリング３２の周方向と直交する断面にて矩形形状を有する。
【００５８】
幾つかの実施形態では、図８及び図９に示したように、キャリアリング３２の軸線方向での少なくとも１つの半円環軸受部４２の幅は、キャリアリング３２の径方向にて内側から外側に向かって大きくなっている。
【００５９】
上記構成によれば、半円環軸受部４２の幅が、キャリアリング３２の径方向にて内側から外側に向かって大きくなっているので、半円環軸受部４２とキャリアリング３２との間の接続強度を高くすることができる。このため、ロータ軸７が飛び上がったときに、半円環軸受部４２がロータ軸７を円滑且つ安定して支持することができる。
【００６０】
幾つかの実施形態では、図８及び図９に示したように、半円環軸受部４２ｂは、キャリアリング３２の周方向と直交する断面にて台形形状を有する。
上記構成によれば、半円環軸受部４２の周方向直交断面が台形形状を有するので、半円環軸受部４２とキャリアリング３２との間の接続強度を高くすることができる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、図１０〜図１２に示したように、少なくとも１つの半円環軸受部４２は、軸受面５０に凹凸を有する。
上記構成では、半円環軸受部４２が軸受面５０に凹凸を有し、凹凸が油溜まりとして機能する。このため、軸受面５０における油膜切れを防止することができ、ロータ軸７が飛び上がったときに、半円環軸受部４２がロータ軸７からの荷重を円滑に支持することができる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、図１０〜図１２に示したように、少なくとも１つの半円環軸受部４２は軸受面５０に少なくとも１本の油溝６２を有する。少なくとも１本の油溝６２は、ロータ軸７の回転方向にて半円環軸受部４２の上流端からキャリアリング３２の周方向に沿って延びている。油溝６２は、半円環軸受部４２の上流側端面に開口するとともに、軸受面５０に開口している。
【００６３】
上記構成では、半円環軸受部４２の軸受面５０に、上流端から周方向に沿って延びる油溝６２が形成されており、油溝６２が油溜まりとして機能する。ここで、油溝６２は上流端から延びているため、潤滑油が油溝６２に流入し易く、軸受面５０における油膜切れをより確実に防止することができる。
【００６４】
幾つかの実施形態では、図１１に示したように、油溝６２は、キャリアリング３２の周方向にて、半円環軸受部４２ｃの内面の全域に渡って延びている。
幾つかの実施形態では、図１２に示したように、油溝６２は、キャリアリング３２の周方向にて、半円環軸受部４２ｄの内面の全域に渡って延びている。
【００６５】
幾つかの実施形態では、油溝６２は、キャリアリング３２の軸線方向にて、半円環軸受部４２の中央に１つのみ形成される。
幾つかの実施形態では、油溝６２は、キャリアリング３２の軸線方向にて相互に離間して、半円環軸受部４２に複数形成される。
【００６６】
幾つかの実施形態では、半円環軸受部４２は、鋳造により、キャリアリング３２と一体に形成される。
幾つかの実施形態では、半円環軸受部４２の本体５７は、鋳造により、キャリアリング３２と一体に形成され、半円環軸受部４２の本体５７の内面にベアリング膜５８が形成される。
幾つかの実施形態では、ジャーナル軸受装置１０は、隔壁部４０を有していなくてもよい。
幾つかの実施形態では、ジャーナル７ａの軸受径Ｄは、２００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下である。
【００６７】
幾つかの実施形態では、複数のノズルヘッド３８が、軸受パッド３４の周方向での移動を規制するパッドストップとしての機能を有する。
【００６８】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、タービン１は、蒸気タービンに限定されることはなく、ガスタービンであってもよい。また、ジャーナル軸受装置１０は、タービン１以外の回転機械、例えば送風機、圧縮機、ターボチャージャ、発電機等にも適用可能である。
【００６９】
また例えば、半円環軸受部４２ａ，４２ｂのための支持剛性を高めることを主な目的とする場合には、図７及び図９に示したように、半円環軸受部４２ａ，４２ｂが、キャリアリング３２の軸線方向にて、軸受パッド３４の中央に位置していればよく、必ずしも、最下流ノズルヘッド５４のノズル孔５６ａが、半円環軸受部４２ａ，４２ｂの存在位置に形成されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１      タービン
３      発電機
５      ハウジング（車室）
７      ロータ軸
７ａ    ジャーナル
９      ジャーナル軸受装置
１０    ジャーナル軸受装置
１１    スラスト軸受装置
１２    内部流路
１４    静翼
１５    動翼
１７    静止アセンブリ
１９    回転アセンブリ
２０    シール装置
３０    軸受ハウジング
３０ａ  台座
３０ｂ  カバー
３２    キャリアリング
３４    軸受パッド
３４ａ  内面
３４ｂ  外面
３８    ノズルヘッド
４０    隔壁部
４２（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ）    半円環軸受部
４４    空間
４６    サイドプレート
５０    軸受面
５４    最下流ノズルヘッド
５６，５６ａ    ノズル孔
５７    本体
５８    ベアリング膜
６０    球面キー
６２    油溝
Ｇｂ    軸受隙間
【要約】
【課題】ロータ軸の飛び上がりを防止する半円環軸受部を有し、且つ半円環軸受部の軸受面に潤滑油が十分に供給されるジャーナル軸受装置、及び、該ジャーナル軸受装置を備える回転機械を提供する。
【解決手段】ジャーナル軸受装置は、キャリアリングと、少なくとも２つの軸受パッドと、複数のノズルヘッドと、少なくとも１つの半円環軸受部と、を備える。複数のノズルヘッドは、ロータ軸の回転方向にて半円環軸受部の上流に位置し、且つ、半円環軸受部の最も近くに位置する、最下流ノズルヘッドを含み、最下流ノズルヘッドは、キャリアリングの軸線方向にて半円環軸受部が存在する範囲に、潤滑油を吐出可能な少なくとも１つのノズル孔を有する。
【選択図】  図６【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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