(57)【要約】【課題】スラスト軸受の各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を計測する。【解決手段】軸受ケースの内部に複数の軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆが環状に設けられ、これら軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆがローターの鍔部に対向して相対摺動すると共に鍔部から軸方向に荷重を受ける構成とされ、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆを軸受ケースが軸方向に支持してローターの軸方向の変位を規制するスラスト軸受１０であって、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆ毎に設けられた複数のロードセルユニット２０Ａ〜２０Ｆを有し、該ロードセルユニット２０Ａ〜２０Ｆは、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆと軸受ケース軸受ケースとの間において軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆからスラスト荷重を受ける荷重受け部と、荷重受け部の変形に基づいて軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重を検出する荷重検出部とを備えることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ケースの内部に複数の軸受パッドが環状に設けられ、これら複数の軸受パッドがローターの鍔部に対向して相対摺動すると共に前記鍔部から軸方向に荷重を受ける構成とされ、前記複数の軸受パッドを前記軸受ケースが軸方向に支持して前記ローターの軸方向の変位を規制するスラスト軸受であって、
前記複数の軸受パッド毎に設けられた複数のロードセルユニットを有し、
該ロードセルユニットは、前記軸受パッドと前記軸受ケースとの間において前記軸受パッドからスラスト荷重を受ける荷重受け部と、
前記荷重受け部の変形に基づいて前記軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を検出する荷重検出部とを備えることを特徴とするスラスト軸受。
【請求項２】
前記軸受ケースは、
外部と内部とを区画するケース本体と、
前記複数の軸受パッド毎に設けられ、前記ケース本体と前記軸受パッドとの間において前記軸受パッドをそれぞれ揺動可能に支持する複数のレベリングプレートとを備えることを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受。
【請求項３】
前記軸受ケースは、前記軸受パッドに対する対向面に形成された有底穴を有し、
前記荷重受け部は、ピース状に形成されたピース部材からなり、前記有底穴に収容されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト軸受。
【請求項４】
前記荷重受け部は、軸方向両端部のうちの一方が球面状に形成され、他方が平面状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスラスト軸受。
【請求項５】
前記荷重受け部は、軸方向両端部のうちの前記軸受パッド側における端部に凹部を有し、
前記荷重検出部は、外部の機器に接続されるリード線を備え、
前記軸受ケースは、前記軸受パッドに対する対向面において径方向外方と前記有底穴とを連通させると共に前記リード線を収容する溝部を有し、該溝部を被覆すると共に前記加重受け部の凹部に係合する蓋部材を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のスラスト軸受。
【請求項６】
前記荷重受け部は、前記軸受ケースから前記軸受パッドに向けて突出したピポッドであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト軸受。
【請求項７】
前記軸受パッドは、パッド本体と、前記パッド本体よりも硬度が高い前記荷重受け部及び裏金とを備え、
前記荷重受け部は、前記裏金を介して前記軸受パッドから荷重を受けることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載のスラスト軸受。
【請求項８】
前記荷重検出部は、前記荷重受け部の外周に環状に設けられた複数の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載のスラスト軸受。
【請求項９】
請求項１から８のうちいずれか一項に記載のスラスト軸受と、
該スラスト軸受の前記荷重検出部で検出された前記各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重が入力される制御部とを備え、
前記制御部は、前記各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重が所定の閾値を超えたことを条件として所定の緊急動作を行う制御部とを備えることを特徴とする回転機械。
【請求項１０】
軸受ケースの内部に複数の軸受パッドが環状に設けられ、これら複数の軸受パッドがローターの鍔部に対向して相対摺動すると共に前記鍔部から軸方向に荷重を受ける構成とされ、前記複数の軸受パッドを前記軸受ケースが軸方向に支持して前記ローターの軸方向の変位を規制するスラスト軸受を用い、
前記複数の軸受パッド毎に、前記複数の軸受パッドと前記軸受ケースとの間において前記複数の軸受パッドからそれぞれスラスト荷重を受ける複数の荷重受け部を設け、
前記複数の荷重受け部の変形に基づいて前記複数の軸受パッドにそれぞれ負荷されたスラスト荷重を求めることを特徴とするスラスト荷重計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスト軸受及び回転機械並びにスラスト荷重計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、蒸気タービンやガスタービン、圧縮機などの回転機械においては、ローターの軸方向の変位を規制するスラスト軸受が用いられている。このようなスラスト軸受の一種としては、軸受ケースの内部に複数の軸受パッドが環状に設けられ、これら複数の軸受パッドがローターの鍔部（スラストカラー）に対向して相対摺動すると共に鍔部から軸方向に荷重を受ける構成とされ、これら複数の軸受パッドを軸受ケースが軸方向に支持するティルティングパッド軸受がある。このティルティングパッド軸受は、例えば、各軸受パッドが軸受ケースと点接触してティルトする（傾く）ようになっている。これにより、各軸受パッドがローターの鍔部に追従して、複数の軸受パッドに対する鍔部の片当たりを低減するようになっている。
【０００３】
このようなスラスト軸受に破損が生じると、その復旧には長時間を要し、その間当該回転機械は停止状態におかれるため、その稼働率が低下して生産性向上の弊害となっている。
【０００４】
下記特許文献１においては、複数のスラスト軸受パッドにレベリングブロックを介して装着されたベースリングと、スラスト軸受ケースとの間に円環状のロードセルライナを設け、該ロードセルライナのうちスラスト軸受ケースに対する対向面に形成された円形油溝に供給する油の圧力を用いて、複数のスラスト軸受パッドに負荷されたスラスト荷重の合計を検出し、スラスト軸受の状態を監視している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３１９６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年の回転機械は、大型化・高出力化に伴ってローターのスラスト力が増大しており、片当たりが生じた場合に一枚の軸受パッドに集中するスラスト荷重が極めて大きくなっている。
【０００７】
しかしながら、従来の技術においては、複数の軸受パッドに負荷されたスラスト荷重合計しか検出することができず、軸受パッド一枚に負荷されたスラスト荷重を検出することができない。このため、過度な片当たり等で一枚の軸受パッドにスラスト荷重が集中したとしても、この事態を検知することができないために、スラスト軸受が破損する恐れがあるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、スラスト軸受の各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を計測することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るスラスト軸受は、軸受ケースの内部に複数の軸受パッドが環状に設けられ、これら複数の軸受パッドがローターの鍔部に対向して相対摺動すると共に前記鍔部から軸方向に荷重を受ける構成とされ、前記複数の軸受パッドを前記軸受ケースが軸方向に支持して前記ローターの軸方向の変位を規制するスラスト軸受であって、前記複数の軸受パッド毎に設けられた複数のロードセルユニットを有し、該ロードセルユニットは、前記軸受パッドと前記軸受ケースとの間において前記軸受パッドからスラスト荷重を受ける荷重受け部と、前記荷重受け部の変形に基づいて前記軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を検出する荷重検出部とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、複数の軸受パッド毎に設けられた複数のロードセルユニットを有し、ロードセルユニットは、軸受パッドからスラスト荷重を受ける荷重受け部と、荷重受け部の変形に基づいて軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を検出する荷重検出部とを備えるので、各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を検出することができる。
【００１０】
また、前記軸受ケースは、外部と内部とを区画するケース本体と、前記複数の軸受パッド毎に設けられ、前記ケース本体と前記軸受パッドとの間において前記軸受パッドをそれぞれ揺動可能に支持する複数のレベリングプレートとを備えることを特徴とする。
この構成によれば、軸受パッドを揺動可能に支持する複数のレベリングプレートを備えるので、ローターの鍔部の片当たりを緩和しながら各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を検出することができる。
【００１１】
また、前記軸受ケースは、前記軸受パッドに対する対向面に形成された有底穴を有し、前記荷重受け部は、ピース状に形成されたピース部材からなり、前記有底穴に収容されていることを特徴とする。
この構成によれば、荷重受け部がピース状に形成されたピース部材からなり、軸受ケースに形成された有底穴に収容されているので、軸受パッドと軸受ケースとの間を狭めることができると共に荷重受け部の軸方向の長さを確保することができる。これにより、軸受パッドから荷重受け部に安定してスラスト荷重を負荷させることができると共に、荷重受け部の変形を比較的に大きくすることができ、軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を安定して検出することができる。
【００１２】
また、前記荷重受け部は、軸方向両端部のうちの一方が球面状に形成され、他方が平面状に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、荷重受け部が軸方向両端部のうちの一方が球面状に形成され、他方が平面状に形成されているので、荷重受け部が、軸受ケースと軸受パッドのうち一方と点接触し、他方と面接触する。これにより、点接触で荷重受け部の片当たりを抑止すると共に、面接触で荷重受け部の姿勢が保持されるので、軸受パッドから荷重受け部に対して安定してスラスト荷重を負荷させることができる。
【００１３】
また、記荷重受け部は、軸方向両端部のうちの前記軸受パッド側における端部に凹部を有し、前記荷重検出部は、外部の機器に接続されるリード線を備え、前記軸受ケースは、前記軸受パッドに対する対向面において径方向外方と前記有底穴とを連通させると共に前記リード線を収容する溝部を有し、該溝部を被覆すると共に前記加重受け部の凹部に係合する蓋部材を備えることを特徴とする。
この構成によれば、軸受パッドに対する対向面において径方向外方と有底穴とを連通させると共にリード線を収容する溝部を有し、溝部を被覆すると共に加重受け部の凹部に係合する蓋部材を備えるので、荷重検出部のリード線と軸受パッドとの接触を防止する。
また、蓋部材が荷重受け部の切欠に係合するので、荷重受け部の回転を防止する。
これらによって、荷重検出部のリード線の損傷を抑止することができる。
【００１４】
また、前記荷重受け部は、前記軸受ケースから前記軸受パッドに向けて突出したピポッドであることを特徴とする。
この構成によれば、荷重受け部が軸受ケースから軸受パッドに向けて突出したピポッドであるので、荷重受け部を独立した部材で構成するよりも、装置全体を簡素な構成にすることができる。
【００１５】
また、前記軸受パッドは、パッド本体と、前記パッド本体よりも硬度が高い前記荷重受け部及び裏金とを備え、前記荷重受け部は、前記裏金を介して前記軸受パッドから荷重を受けることを特徴とする。
この構成によれば、前記荷重受け部及び裏金を高硬度にすることでより高い面圧に耐えることができるので、該前記荷重受け部と裏金とが点接触し面圧が増大することによる接触部の損傷を抑えることができる。
【００１６】
また、前記荷重検出部は、前記荷重受け部の外周に環状に設けられた複数の歪みゲージを備えることを特徴とする。
この構成によれば、荷重検出部が荷重受け部の外周に環状に設けられた複数の歪みゲージを備えるので、検出される荷重を平均化することによりスラスト荷重の検出精度を高めることができる。
【００１７】
また、本発明に係る回転機械は、上記のうちいずれかのスラスト軸受と、該スラスト軸受の前記荷重検出部で検出された前記各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重が入力される制御部とを備え、前記制御部は、前記各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重が所定の閾値を超えたことを条件として所定の緊急動作を行う制御部とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重が所定の閾値を超えたことを条件として所定の緊急動作を行うので、ローターの鍔部に片当たり等が生じて、複数の軸受パッドのうち一つの軸受パッドに荷重が集中して閾値を超えた場合に、緊急動作（例えば、警報、運転モードの変更、運転停止等）をする。これにより、スラスト軸受の破損を未然に防止することができる。
【００１８】
また、本発明に係るスラスト荷重計測方法は、軸受ケースの内部に複数の軸受パッドが環状に設けられ、これら複数の軸受パッドがローターの鍔部に対向して相対摺動すると共に前記鍔部から軸方向に荷重を受ける構成とされ、前記複数の軸受パッドを前記軸受ケースが軸方向に支持して前記ローターの軸方向の変位を規制するスラスト軸受を用い、前記複数の軸受パッド毎に、前記複数の軸受パッドと前記軸受ケースとの間において前記複数の軸受パッドからそれぞれスラスト荷重を受ける複数の荷重受け部を設け、前記複数の荷重受け部の変形に基づいて前記複数の軸受パッドにそれぞれ負荷されたスラスト荷重を求めることを特徴とする。
この構成によれば、複数の軸受パッド毎に、前記複数の軸受パッドと前記軸受ケースとの間に複数の荷重受け部を設け、複数の荷重受け部の変形に基づいて複数の軸受パッドにそれぞれ負荷されたスラスト荷重を求めるので、各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を容易に求めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るスラスト軸受によれば、各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を検出することができる。
また、本発明に係る回転機械によれば、スラスト軸受の破損を防止することができる。
また、本発明に係るスラスト荷重計測方法によれば、スラスト軸受の各軸受パッドに負荷されたスラスト荷重を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン１の概略構成断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るスラスト軸受１０の概略構成断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るスラスト軸受１０の概略断面図であって、図２におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るスラスト軸受１０の概略断面図であって、図３におけるII−II線断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係るレベリングプレート１３（１３Ａ〜１３Ｆ）の上面図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係るレベリングプレート１３（１３Ａ〜１３Ｆ）の概略断面図であって、図５におけるIII−III断面図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係る運転時間の経過によって変動する軸受パッド１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｅにそれぞれ負荷されるスラスト荷重を示したグラフである。
【図８】本発明の第一実施形態に係る軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆのスラスト荷重分布図であって、図７における時間ｔ１の荷重分布を示している。
【図９】本発明の第一実施形態に係る軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆのスラスト荷重分布図であって、図７における時間ｔ２の荷重分布を示している。
【図１０】本発明の第二実施形態であるスラスト軸受５０の径方向に交差する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）１の概略構成断面図である。
図１に示すように、蒸気タービン１は、内周部２ａに静翼２ｂが多数固定されたタービンケーシング２と、このタービンケーシング２を挿通する回転軸３ａに動翼３ｂが多数固定されたローター３と、ローター３を回転可能に径方向に支持するジャーナル軸受４，５と、ローター３を軸方向に支持してローター３の軸方向の変位を規制するスラスト軸受１０と、スラスト軸受１０から入力される信号に基づいて警報を鳴らす制御装置（制御部）３０とを備えている。
【００２２】
タービンケーシング２は、図１に示すように、内周部２ａにおいて複数の静翼２ｂが周方向に間隔を空けて環状に固定された環状静翼群２Ｂを複数有している。
【００２３】
ローター３は、図１に示すように、回転軸３ａの外周部において複数の動翼３ｂが周方向に間隔を空けて環状に固定された環状動翼群３Ｂを複数有しており、軸方向に向けて環状静翼群２Ｂと交互に配列されている。
このローター３は、図１に示すように、一端部において外周部全周から径方向外方に向けて延出するスラストカラー（鍔部）３ｃを備えている。
【００２４】
ジャーナル軸受４，５は、図１に示すように、軸方向においてタービンケーシング２を挟んだ両側にそれぞれ配設されており、ジャーナル軸受４がローター３の一端部側に配設され、ジャーナル軸受５がローター３の他端部側に配設されている。
スラスト軸受１０は、ジャーナル軸受４と共にハウジング６に収容されている。
【００２５】
上記構成からなる蒸気タービン１は、蒸気管（不図示）を介してタービンケーシング２内に導入された蒸気Ｓが静翼２ｂと動翼３ｂとの間を順次軸方向に流れることにより、ローター３が回転駆動されて回転動力を出力する。
【００２６】
図２は、スラスト軸受１０の概略構成断面図であり、図３は、図２におけるＩ−Ｉ線断面図であり、図４は、図３におけるII−II線断面図である。
図２及び図３に示すように、スラスト軸受１０は、スラストカラー３ｃを軸方向両側から挟む軸受ユニット１９Ａ，１９Ｂを備えている。これら軸受ユニット１９Ａ，１９Ｂは、それぞれ、軸受ケース１１と、複数の軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆと、複数のオイル給油片１５Ａ〜１５Ｆと、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに対をなして設けられたロードセルユニット２０Ａ〜２０Ｆとを備える。
図３に示すように、ロードセルユニット２０Ａ〜２０Ｆは、それぞれロードセルピース（荷重受け部）１６Ａ〜１６Ｆと、の荷重計測ユニット（荷重検出部）１７Ａ〜１７Ｆとから構成されている。
【００２７】
軸受ケース１１は、図２及び図３に示すように、ケース内部とケース外部とを区画するケース本体１２と、ケース本体１２と軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆとの間に設けられた複数のレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆとを備えている。
【００２８】
ケース本体１２は、図２に示すように、スラストカラー３ｃに背向する端面と、外周面とをそれぞれハウジング６の内壁に密着させて固定されている。
このケース本体１２は、レベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆ及び支持機構１３ａ（後述する。）を介してそれぞれ軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆを軸方向に支持して軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆの軸方向の変位を規制する。
【００２９】
このレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆは、図４に示すように、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに対をなしており、対をなす軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆとケース本体１２との間に設けられて、図３に示すように、軸方向に見て軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆと重ねられている。
【００３０】
レベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆは、例えば、ＳＣＭ４３５からなり、図３に示すように、対をなす軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆをそれぞれ揺動可能に支持する。
これらレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆは、図４に示すように、相互に隣接するレベリングプレート１３（例えば１３Ｄ，１３Ｅ）が一つの支持機構１３ａによって支持されており、一方のレベリングプレート１３（例えば１３Ｄ）が軸方向正負のうちの一方側に変位すると、他方のレベリングプレート１３（例えば１３Ｅ）が軸方向正負のうちの他方側に変位するようになっている。
【００３１】
図５は、レベリングプレート１３（１３Ａ〜１３Ｆ）の上面図であり、図６は、図５におけるIII−III断面図である。
図５及び図６に示すように、レベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆのうち、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆにそれぞれ対抗する対向面１３ｂには、周方向略中央部において平面状の底面を有する有底穴１３ｃと、径方向に延在して有底穴１３ｃとハウジング６の内部（スラスト軸受１０の外部）とを径方向に連通させる溝部１３ｄとが形成されている。
【００３２】
有底穴１３ｃは、図６に示すように、穴径Ｄ１がレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆのそれぞれの幅寸法（ローター３の径方向における寸法）の５０％以下、穴深さ寸法Ｌ１がレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆの厚さ寸法（ローター３の軸方向における寸法）の６０％以下になっており、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆを軸方向に十分に支持することが可能な剛性を確保している。
溝部１３ｄは、図５及び図６に示すように、長尺状に形成された蓋部材１３ｅにより被覆されている（後述する。）。
【００３３】
軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆは、図３に示すように、ローター３の軸方向に見てそれぞれ略扇形に形成された部材であり、ローター３の周方向に間隔を空けて等間隔環状配置されている。
これら軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆは、図４に示すように、ローター３の軸方向においてそれぞれスラストカラー３ｃに対向する各一端面１４ａが、潤滑油を介してスラストカラー３ｃと相対摺動するようになっている。一方、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆは、ローター３の軸方向においてそれぞれレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆに対向する各他端面１４ｂに、周方向略中央部において半球状に突出する突出部１４ｃが形成されており、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆとそれぞれ点接触している。
【００３４】
オイル給油片１５Ａ〜１５Ｆは、図３に示すように、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆ間にそれぞれ配設されている。このオイル給油片１５Ａ〜１５Ｆは、外部から供給された潤滑油をそれぞれスラストカラー３ｃに対向する吐出口１５ａから吐出し、スラストカラー３ｃと軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆの間に潤滑油を供給する。
【００３５】
ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆは、図５及び図６に示すように、例えば、ＳＣＭ４３５からなる略円柱状の部材であって、図６に示すように、一端部（端部）１６ａ側の外径が穴径Ｄ１の６０％程度に形成されており、他端部１６ｂが穴径Ｄ１と略同径に形成されている。また、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆは、それぞれの一端部１６ａが球面状に、他端部１６ｂが平面状に形成されている。
【００３６】
これらロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆは、図５及び図６に示すように、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆの各有底穴１３ｃに収容されており、球面状に形成された一端部１６ａを底面に向けて該底面と点接触しており、平面状に形成された他端部１６ｂを軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆ側に向けて軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆの突出部１４ｃと点接触している。
このようなロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆは、図５及び図６に示すように、他端部１６ｂのうち溝部１３ｄ側に軸方向から見て矩形状に形成された切欠（凹部）１６ｃが形成されている。
【００３７】
荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆは、図３に示すように、それぞれ対をなすロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの変形に基づいて、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重を検出する。
これら荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆは、対をなすロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの一端部１６ａ側（外径がＤ１の６０％の部分）の外周面において環状に貼付された四枚の歪みゲージ１７ａで構成されている。
【００３８】
これら四枚の歪みゲージ１７ａは、例えば、シアノアクリレートを主成分とする使用温度範囲が約−１９６〜＋１２０℃の高温用接着剤やポリエステルを主成分とする使用温度範囲が約−３０〜＋１８０℃の高温用接着剤により、各ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの各外周面にそれぞれ貼付されている。また、この四枚の歪みゲージ１７ａは、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの各外周面に貼付された状態において、例えば、ゴム系溶剤型で使用温度範囲が−１９６〜＋１２０℃のコーティング剤により耐油性・耐高温コーティングがされている。
各歪みゲージ１７ａのリード線１７ｂは、例えば、ポリイミド線で構成された使用温度範囲が−２６９〜＋３００℃の高温用のもので、溝部１３ｄ内において径方向に延在してハウジング６の内部空間に引き出された後、さらにハウジング６から引き出されて制御装置３０に接続されている。このポリイミドは、使用温度範囲が−２６９〜＋３００℃となっている。
【００３９】
荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆは、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの軸方向の歪みに基づいて、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆが受けた各荷重を所謂四アクティブ一ゲージ法で検出し、制御装置３０に出力する。
より詳細には、荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆは、対をなすロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆが軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆから受けたスラスト荷重として、電気抵抗値の変化を制御装置３０にそれぞれ出力するようになっている。
【００４０】
蓋部材１３ｅは、図５及ぶ図６に示すように、レベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆの各溝部１３ｄをそれぞれ被覆すると共に、一端部をロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの切欠１６ｃにそれぞれ係合させている。
【００４１】
制御装置３０は、図５に示すように、荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆから、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆが軸方向に受けた荷重が個別的に入力されるようになっており、入力されたスラスト荷重の（電気抵抗値）の合計が閾値Ｔ１（不図示）を超えたことを条件として警報を鳴らすようになっている。
また、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆがそれぞれ単独で軸方向に受けた荷重（電気抵抗値）が閾値Ｔ２（図８，９参照）を超えたことを条件として警報を鳴らすようになっている。
これら閾値Ｔ１，Ｔ２は、蒸気タービン１の仕様によって決定されるものであり、スラスト軸受１０に破損が生じない範囲における軸方向の最大荷重に安全率等が考慮されて決定されている。
【００４２】
次に、上述した構成からなるスラスト軸受１０の作用について説明する。
図１に示すように、タービンケーシング２内に蒸気Ｓが導入されると、蒸気Ｓが静翼２ｂと動翼３ｂとの間を順次軸方向に流れ、ローター３が回転駆動される。この際、回転駆動されたローター３には軸方向にスラスト力が生じる。
【００４３】
ローター３にスラスト力が生じると、このローター３のスラストカラー３ｃを介して軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆが軸方向に荷重を受ける（図２参照）。
軸方向に荷重を受けた軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆは、各突出部１４ｃが対をなすロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆに点接触でスラスト荷重を負荷する。
このロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆを介してレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆに荷重が伝達され，対をなすレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆに揺動支持されながら、このレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆを介してケース本体１２に軸方向に支持される。
【００４４】
さて、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆに対してスラスト荷重が負荷されると、このスラスト荷重によって軸方向に歪みが生じ、この歪みに伴って外周面に貼付された歪みゲージ１７ａの電気抵抗が変化する（図６参照）。この際、各ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの一端部１６ａが球面状に形成されて有底穴１３ｃと点接触しているため、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆ自体の片当たりが生じ難い。
荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆは、対をなすロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆが軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆから受けたスラスト荷重として、それぞれ電気抵抗値の変化を制御装置３０に出力する。
【００４５】
図７は、運転時間の経過によって変動する軸受パッド１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｅの荷重を示したグラフであり、図８は、図７における時間ｔ１の軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆの荷重分布図であり、図９は、図７における時間ｔ２の各軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆの荷重分布図である。
【００４６】
図７に示すように、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆは、通常状態（片当たりが生じていない状態）の時間ｔ１においては、図８に示すように、各軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重が設計された基準荷重Ｆｏにそれぞれ近似して閾値Ｔ２を超えない。この場合には、制御装置３０は、警報を鳴らさない。
【００４７】
同様に、通常状態においては、各軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されるスラスト荷重の和によって算出されるスラスト荷重の合計も閾値Ｔ１を超えない。この場合にも、制御装置３０は、警報を鳴らさない。
【００４８】
一方、図７に示すように、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆは、片当たり状態の時間ｔ２においては、図９に示すように、各軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆの一部に負荷される荷重が設計された基準荷重Ｆｏから大きく掛け離れる。具体的には、図９に示すように、軸受パッド１４Ａにローター３のスラスト力が集中してスラスト荷重が増大すると共に、ローター３を挟んで軸受パッド１４Ａの反対側に位置する軸受パッド１４Ｄに負荷される荷重が減少する。
この場合には、制御装置３０は、図９に示すように、軸受パッド１４Ａに負荷されたスラスト荷重が閾値Ｔ２を超えたことを条件として警報を鳴らす。
【００４９】
同様にして、制御装置３０は、各軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されるスラスト荷重の合計が閾値Ｔ１を超えた場合に警報を鳴らす。
【００５０】
これらの警報を検知した作業員等が、蒸気タービン１の運転を停止あるいは運転モードを変更して、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆのうちスラスト荷重が増大した軸受パッド１４Ａの荷重を小さくする。これにより、スラストカラー３ｃと軸受パッド１４（１４Ａ〜１４Ｆ）との間で温度上昇による軸受面の損傷、潤滑油の劣化あるいは油膜切れによる焼き付き等の発生が未然に防がれる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆ毎に設けられた複数のロードセルユニット２０Ａ〜２０Ｆを有し、ロードセルユニット２０Ａ〜２０Ｆは、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆからスラスト荷重を受けるロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆと、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの歪みに基づいて軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重を検出する荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆとを備えるので、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重を個別に検出することができる。
【００５２】
また、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆを揺動可能に支持する複数のレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆを備えるので、ローター３のスラストカラー３ｃの片当たりを緩和しながら軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重を個別に検出することができる。
【００５３】
また、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆがピース状に形成されたピース部材からなり、レベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆに形成された有底穴１３ｃに収容されているので、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆとレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆとのそれぞれの間を狭めることができると共にロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆのうちローター３の軸方向の長さをそれぞれ確保することができる。これにより、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆからロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆに安定してスラスト荷重を負荷することができると共に、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの歪みを比較的に大きくすることができ、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重を安定して検出することができる。
【００５４】
また、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆが軸方向両端部１６ａ，１６ｂのうちの一方１６ａが球面状に形成され、他方１６ｂが平面状に形成されているので、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆが、レベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆと点接触し、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆと面接触する。これにより、点接触でロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの片当たりを抑止すると共に、面接触で軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆからロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆに対して安定してスラスト荷重を負荷させることができる。
【００５５】
また、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに対する対向面においてハウジング６内部と有底穴１３ｃとを連通させると共にリード線１７ｂを収容する溝部１３ｄを有し、溝部１３ｄを被覆すると共にロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの切欠１６ｃに係合する蓋部材１３ｅを備えるので、荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆのリード線１７ｂと軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆとの接触を防止する。
また、蓋部材１３ｅがロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの切欠１６ｃに係合するので、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの回転を防止する。
これらによって、リード線１７ｂの損傷を抑止することができる。
【００５６】
また、荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆがロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの外周に環状に設けられた複数の歪みゲージ１７ａを備えるので、検出される荷重を平均化することによりスラスト荷重の検出精度を高めることができる。
【００５７】
また、一端部１６ａ側の外径が穴径Ｄ１の６０％程度に形成されているため、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの一端部１６ａ側（外径がＤ１の６０％の部分）の各外周面に歪みゲージ１７ａを貼付し易く、また、外径を適度に小径にするために歪みを大きくすることができ、歪みゲージ１７ａの感度を向上させることができる。
また、耐油性及び耐高温性に優れるので、長期間の計測が可能となる。
【００５８】
また、本発明に係る蒸気タービン１は、スラスト軸受１０と、スラスト軸受１０の荷重センサユニット１７Ａ〜１７Ｆで検出されたスラスト荷重が所定の閾値Ｔ１，Ｔ２を超えたことを条件として警報を鳴らすので、スラスト軸受１０に片当たり等が生じて、複数の軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆのうち一つの軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに荷重が集中した場合に、警報を鳴らす。これにより、スラスト軸受１０の破損を未然に防止することができる。
【００５９】
また、本発明に係るスラスト荷重計測方法によれば、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆ毎に、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆとレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆとの間に複数のロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆを設け、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの歪みに基づいて複数の軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重を求めるので、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに負荷されたスラスト荷重を個別に容易に求めることができる。
【００６０】
（第二実施形態）
図１０は、本発明の第二実施形態であるスラスト軸受５０の径方向に交差する概略断面図である。なお、図１０において図１〜図９と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
図１０に示すように、スラスト軸受５０は、スラスト軸受１０が備えていたレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆを省略しており、軸受ケース５１がケース本体のみから構成されている。
スラスト軸受５０は、図１０に示すように、軸受ケース５１と、軸受パッド５４Ａ〜５４Ｆと、ロードセルユニット２０Ａ〜２０Ｆとを備えている。
【００６２】
軸受ケース５１は、穴深さが浅く形成された有底穴５１ａと、ハウジング６の内部から有底穴５１ａの近傍まで径方向に延在する溝部５１ｂとを備えている。
【００６３】
有底穴５１ａには、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの他端部１６ｂがそれぞれ収容された状態でカシめられて軸受ケース５１と各ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆとが固定されている。
【００６４】
軸受パッド５４Ａ〜５４Ｆは、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆとほぼ同様に構成されているが、突出部１４ｃを有しない点で相違している。
これら軸受パッド５４Ａ〜５４Ｆは、パッド本体５４ａよりも硬度が高いロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆと裏金５４ｂとを備えている。
【００６５】
パッド本体５４ａは、それぞれの他端面１４ｂに収容穴１４ｄが形成されており、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの他端部１６ｂ側の一部を収容している。
裏金５４ｂは、収容穴１４ｄの底部に設けられており、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆの他端部１６ｂと点接触している。
【００６６】
本実施形態によれば、上述した作用と同様の作用を得ることができる他、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆが裏金５４ｂを介して軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆから軸方向に荷重を受けると共に、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆと裏金５４ｂとがパッド本体５４ａよりも高い硬度となっているために、点接触による高面圧下での損傷を抑えることができる。
【００６７】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した第一実施形態及び第二実施形態では、本発明に係るスラスト軸受１０，５０を蒸気タービン１へ適用する場合について説明したが、ガスタービン、圧縮機、水車、冷凍機、ポンプ等の回転機械全般に広く採用することができる。
【００６８】
また、上述した第一実施形態及び第二実施形態では、制御装置３０の緊急動作として警報を鳴らす構成としたが、運転モードの変更、運転停止等をする構成にしてもよい。
【００６９】
また、上述した第一実施形態及び第二実施形態では、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆに軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆからスラスト荷重を負荷させて歪みを生じさせる構成としたが、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆに代えて、軸受ケース１１（ケース本体１２又はレベリングプレート１３Ａ〜１３Ｆ）又は軸受ケース５１から軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆに向けて突出するピポッドを設ける構成にしてもよい。すなわち、軸受パッド１４Ａ〜１４Ｆからスラスト荷重をピポッドに負荷させて歪みを生じさせ、この歪みを荷重計測ユニット１７Ａ〜１７Ｆで計測してもよい。この構成によれば、ピポッドが軸受ケース１１と一体に形成されているので、ロードセルピース１６Ａ〜１６Ｆを用いる場合と比較して装置全体を簡素な構成にすることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１…蒸気タービン（回転機械）
３…ローター
３ｃ…スラストカラー（鍔部）
１０，５０…スラスト軸受
１１，５１…軸受ケース
１２…ケース本体
１３Ａ〜１３Ｆ…レベリングプレート
１３ｂ…対向面
１３ｃ，５１ａ…有底穴
１３ｄ，５１ｂ…溝部
１３ｅ…蓋部材
１４Ａ〜１４Ｆ，５４Ａ〜５４Ｆ…軸受パッド
１６Ａ〜１６Ｆ…ロードセルピース（荷重受け部）
１６ａ…一端部（端部）
１６ｃ…切欠（凹部）
１７Ａ〜１７Ｆ…荷重センサユニット（荷重検出部）
１７ａ…歪みゲージ
１７ｂ…リード線
２０Ａ〜２０Ｆ…ロードセルユニット
３０…制御装置（制御部）
５４ａ…パッド本体
５４ｂ…裏金
Ｔ１，Ｔ２…閾値
【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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