(57)【要約】【課題】軸受パッドにおいて、パッド面を効率的に冷却することができる。【解決手段】軸受パッド１０は、回転軸を支持するパッド面ＰＳを有し、前記回転軸の回転方向Ｒの前方側の第一面Ｓ１及び回転方向Ｒの後方側の第二面Ｓ２に開口してパッド面ＰＳよりも内側に冷却流路Ｆ１が形成されるパッド本体１１０と、冷却流路Ｆ１の第一面Ｓ１側の開口から冷却油を導入するよう供給する冷却油供給部１４０と、を備える。【選択図】図３
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【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し、前記回転軸の回転方向の前方側の第一面及び前記回転方向の後方側の第二面に開口する冷却流路が前記パッド面よりも内側に形成されるパッド本体と、
前記冷却流路の前記第一面側の開口から冷却油を導入するよう供給する冷却油供給部と、
を備える軸受パッド。
【請求項２】
前記冷却流路は、前記第一面側の開口から前記回転方向に沿って前記第二面側に向かうように形成される請求項１に記載の軸受パッド。
【請求項３】
前記冷却流路に導入される冷却油が、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と同じ材料である請求項１または請求項２に記載の軸受パッド。
【請求項４】
回転軸を支持するパッド面を有し、前記パッド面と平行な面に開口する冷却流路が前記パッド面よりも内側に形成されるパッド本体と、
前記冷却流路に冷却油を供給する冷却油供給部とを備え、
前記冷却流路は、前記開口から所定の冷却位置に向かって形成される軸受パッド。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の軸受パッドと、
前記軸受パッドを外側から覆う軸受ケーシングと、を備える軸受装置。
【請求項６】
前記回転軸を支持する請求項５に記載の軸受装置を備える回転機械。
【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。これらの軸受パッドを備える軸受装置においては、回転機械の安全な運転を可能にするために軸受パッドのパッド面と回転軸との間に潤滑油が流れている。この潤滑油によってパッド面と回転軸との間に油膜が形成され、この油膜を介して軸受装置は回転軸を支持している。
【０００３】
また、この潤滑油には、高速で回転する回転軸と軸受パッドとの速度差によって摩擦熱が生じる。この摩擦熱によって潤滑油やパッド面の温度が上昇してしまう。
【０００４】
そこで、軸受装置では、パッド面を効率的に冷却する構造が用いられている。例えば、特許文献１には、回転軸の回転方向の後方側の側面から前方側の側面に向けて、軸受パッド内を連通するように冷却溝が形成されたスラスト軸受が開示されている。さらに、このスラスト軸受には、軸受パッドを冷却するための冷却油を供給する給油口が軸受パッドの間に隣接するよう設けられている。そして、給油口から供給される冷却油は、回転軸が回転することによって回転方向の後方側から前方側に向かって潤滑油とともに流れる。そのため、冷却油は、回転方向の後方側から冷却溝に進入して回転方向の前方側に流れ出ることで、軸受パッドを冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２‐１２２５３５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、パッド面と回転軸との間を流れる潤滑油は、摩擦熱によって回転方向の後方側から前方側に向かうにしたがって温度が上昇してしまう。さらに、回転機械の性能向上のために、回転軸の径を大きくして軸受装置が受けるスラスト力が増加したり、回転軸の周速を速くしたりすると、摩擦熱はさらに大きくなり、パッド面の回転方向の前方側はより高温となっていく。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の軸受装置では、冷却油によってパッド面を冷却する場合、回転方向の後方側から前方側に向かって冷却油が流通させる。その結果、パッド面の中で最も高温となっている回転方向の前方側に冷却油が到達する時点では、冷却油が摩擦熱によって高温となってしまう。そのため、パッド面の回転方向の前方側の最も高温となる部分を十分に冷却することができず、パッド面を効率的に冷却することが難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、パッド面を効率的に冷却することが可能な軸受パッド、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を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様における軸受パッドでは、回転軸を支持するパッド面を有し、前記回転軸の回転方向の前方側の第一面及び前記回転方向の後方側の第二面に開口する冷却流路が前記パッド面よりも内側に形成されるパッド本体と、前記冷却流路の前記第一面側の開口から冷却油を導入するよう供給する冷却油供給部と、を備える。
【００１０】
このような構成によれば、冷却流路に対して冷却油供給部から回転方向の前方側の開口に導入された冷却油を回転方向の後方側の開口に向かって流通させることができる。即ち、パッド面の温度の高いパッド面の回転方向の前方側から冷却油を供給することができる。そのため、パッド面の温度の高い方から冷却油を低温のまま流通させることができ、冷却油を効率的に使用することができる。
【００１１】
また、上記軸受パッドでは、前記冷却流路は、前記第一面側の開口から前記回転方向に沿って前記第二面側に向かうように形成されていてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、冷却油供給部から導入された冷却油は、回転方向に沿って冷却流路内に流入する。即ち、パッド本体の周りを流れる潤滑油の流れ方向と平行に冷却流路内を流通する。そのため、第一面側の開口から冷却流路に導入される際の圧損を低減することができる。したがって、冷却油の流速を低減させることなく冷却流路に流通させることができ、パッド面を効率的に冷却することができる。
【００１３】
また、上記軸受パッドでは、前記冷却流路に導入される冷却油が、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と同じ材料であってもよい。
【００１４】
このような構成によれば、冷却流路を流通してパッド面を冷却した冷却油をパッド本体の外部に排出するだけで、潤滑油とともに回収することできる。そのため、冷却油を回収するための構造が不要となり、軸受パッドを簡易な構成で形成することができる。
【００１５】
また、本発明の第二の態様における軸受パッドでは、回転軸を支持するパッド面を有し、前記パッド面と平行な面に開口する冷却流路が前記パッド面よりも内側に形成されるパッド本体と、前記冷却流路に冷却油を供給する冷却油供給部とを備え、前記冷却流路は、前記開口から所定の冷却位置に向かって形成される。
【００１６】
このような構成によれば、所定の冷却位置に対して、パッド本体においてパッド面と平行な面の開口から冷却油を供給することで、冷却位置を効果的に冷却することができる。具体的には、冷却位置に対して、パッド面と平行な面から冷却油を直接供給することで、パッド面の温度の影響を受けずに冷却位置まで冷却油を供給することができる。その結果、冷却位置に温められていない冷却油を供給することができ、パッド面を冷却油で効率的に冷却することができる。
【００１７】
また、本発明の第三の態様における軸受装置は、前記軸受パッドと、前記軸受パッドを外側から覆う軸受ケーシングと、を備える。
【００１８】
このような構成によれば、パッド面を効率的に冷却でき、高周速、高面圧を必要とする回転軸を安定的に支持することができる。
【００１９】
また、本発明の第四の態様における回転機械は、前記回転軸を支持する前記軸受装置を備える。
【００２０】
このような構成によれば、回転軸が安定的に支持されるため、運転効率を向上させて回転機械の運転性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回転方向の後方側から前方側に向かって冷却油を流通させて、パッド面を効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の各実施形態における蒸気タービンの概略構成図である。
【図２】本発明の各実施形態におけるスラスト軸受（軸受装置）の断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態における軸受パッドを説明する斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態における軸受パッドの断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態における冷却面に形成される冷却流路を説明する図である。
【図６】本発明の第一実施形態における固定部を説明する要部断面拡大図である。
【図７】本発明の第二実施形態における軸受パッドを説明する斜視図である。
【図８】本発明の第二実施形態における冷却面に形成される冷却流路を説明する図である。
【図９】本発明の第三実施形態における軸受パッドを説明する斜視図である。
【図１０】本発明の第三実施形態における軸受パッドの断面図である。
【図１１】発明の第三実施形態における冷却面に形成される冷却流路を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
《第一実施形態》
以下、本発明に係る第一実施形態について図１から図６を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る蒸気タービン１００（回転機械）について説明する。
蒸気タービン１００は、蒸気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。
【００２４】
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２０と、該タービンケーシング２０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２０に保持された静翼４０と、回転軸３０に設けられた動翼５０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１（軸受装置）を備えており、回転軸３０を回転可能に支持している。
【００２５】
このような蒸気タービン１００では、タービンケーシング２０内に導入される蒸気が静翼４０及び動翼５０の間の流路を通過する。この際、蒸気が動翼５０を回転させることで該動翼５０に伴って回転軸３０が回転し、該回転軸３０に接続された発電機等の機械に動力（回転エネルギー）が伝達される。
【００２６】
回転軸３０は、軸線Ｏを中心とする円柱形状をなして形成されている。そして、回転軸３０は、タービンケーシング２０に対して軸線Ｏ方向に延在している。回転軸３０の一部には、スラストカラー３１が形成されている。スラストカラー３１は、軸線Ｏを中心として円板形状をなしており、フランジ状をなすように回転軸３０の本体から回転軸３０の径方向外側に一体的に張り出している。
【００２７】
次に、本実施形態における軸受装置であるスラスト軸受１について、図２を参照して説明する。
スラスト軸受１は、スラストカラー３１を回転軸３０の軸線Ｏ方向に支持する。本実施形態のスラスト軸受１は、外装である軸受ケーシング１１と、回転軸３０の回転方向Ｒに隣接して配置される軸受パッド１０と、隣接する軸受パッド１０の間に配置されて低温の潤滑油を供給する給油ノズル１２と、を備えている。
【００２８】
軸受ケーシング１１は、複数の軸受パッド１０及び給油ノズル１２を外側から覆っている。軸受ケーシング１１は、環状をなし、中心部を回転軸３０が挿通している。軸受ケーシング１１は、軸線Ｏ方向に対向する不図示の面で、軸受パッド１０を揺動可能に支持するとともに、給油ノズル１２を固定している。
【００２９】
軸受パッド１０は、図示しない潤滑油を介してパッド面ＰＳでスラストカラー３１を軸線Ｏ方向から支持することで、回転軸３０を支持する。即ち、軸受パッド１０は、パッド面ＰＳがスラストカラー３１と対向し、スラストカラーに軸線方向から摺接するように配置される。軸受パッド１０は、軸受ケーシング１１内で回転軸３０の回転方向Ｒに隣接して複数配置されている。具体的には、本実施形態では、六個の軸受パッド１０が回転方向Ｒに均等に離間して環状に配置される。図３及び図４に示すように、軸受パッド１０は、パッド面ＰＳよりも内側に冷却流路Ｆ１が形成されるパッド本体１１０と、冷却流路Ｆ１に冷却油を供給する冷却油供給部１４０とを備える。
【００３０】
パッド本体１１０は、スラストカラー３１に対してパッド面ＰＳが傾くよう軸受ケーシング１１に揺動可能に支持されている。パッド本体１１０は、回転軸３０の軸線Ｏ方向に見て、略扇形に形成された部材である。パッド本体１１０は、パッド面ＰＳと直交する端面を有しており、回転軸３０の回転方向Ｒの前方側を第一面Ｓ１とし、回転方向Ｒの後方側を第二面Ｓ２とする。パッド本体１１０は、表面がパッド面ＰＳとなる軸受材層１２０と、軸受材層１２０の裏面側に一体となって設けられるパッド材層１３０と、を有している。
【００３１】
軸受材層１２０は、パッド本体１１０の表面であるパッド面ＰＳを形成している。即ち、軸受材層１２０の表面であるパッド面ＰＳは、略扇形をなしている。パッド面ＰＳは、回転軸３０のスラストカラー３１との間に介在する潤滑油に曝されている。軸受材層１２０は、パッド面ＰＳに異物等が付着した際に回転軸３０を損傷させないような材料で形成される。具体的には、軸受材層１２０は、ホワイトメタルのような軟質金属や耐熱性の高い樹脂材料によって形成される。本実施形態の軸受材層１２０は、例えば、樹脂材料であるＰＥＥＫやＰＴＦＥ等の耐熱性の高いエンジニアリングプラスチックによって構成される。
【００３２】
パッド材層１３０は、軸受材層１２０の裏面に層状をなして形成されるパッド本体１１０の裏金である。即ち、パッド材層１３０におけるパッド面ＰＳと平行な面も、略扇形をなしている。本実施形態のパッド材層１３０は、軸受材層１２０の裏面に貼り合せるように形成される第一パッド材層１３１と、第一面Ｓ１及び第二面Ｓ２に開口する冷却流路Ｆ１が形成される第二パッド材層１３２と、第一パッド材層１３１と第二パッド材層１３２とを固定する固定部１３３とを有する。
【００３３】
第一パッド材層１３１は、軸受材層１２０と一体に形成されている。第一パッド材層１３１は、可能な限り薄く形成されることが好ましい。本実施形態の第一パッド材層１３１は、後述する固定部１３３の第一固定孔１３３ａが形成可能な厚みで形成される。具体的には、本実施形態の第一パッド材層１３１は、軸受材層１２０と同等の厚みに形成される。第一パッド材層１３１は、パッド材層１３０よりも熱伝導率の高い材料で構成される。本実施形態の第一パッド材層１３１は、例えば、金属材料により構成される。
【００３４】
第二パッド材層１３２は、第一パッド材と向かい合うパッド面ＰＳ側の面である冷却面ＣＳに冷却流路Ｆ１が形成される。さらに、第二パッド材層１３２には、冷却面ＣＳと直交する方向に貫通するように、後述する固定部１３３の第二固定孔１３３ｂが形成される。第二パッド材層１３２も、第一パッド材層１３１と同様に、パッド材層１３０よりも熱伝導率の高い材料で構成される。本実施形態の第二パッド材層１３２は、第一パッド材層１３１と同じ金属材料で構成される。
【００３５】
冷却流路Ｆ１は、冷却油供給部１４０が接続されて冷却油が導入される導入開口α１から、冷却油をパッド本体１１０の外部に排出する排出開口β１を繋ぐように形成される。本実施形態の冷却流路Ｆ１は、第一面Ｓ１に形成される導入開口α１から第二面Ｓ２に形成される排出開口β１を繋ぐように形成される。本実施形態の冷却流路Ｆ１は、第二パッド材層１３２の冷却面ＣＳを全面にわたって横断するように蛇行する一本の流路として形成される。本実施形態の冷却流路Ｆ１は、冷却面ＣＳから窪んで形成される。
【００３６】
具体的には、本実施形態の冷却流路Ｆ１では、図５に示すように、導入開口α１が第一面Ｓ１の略扇形をなす冷却面ＣＳの径方向Ｘ（図５紙面上下方向）の外側に形成される。また、排出開口β１が、第二面Ｓ２の冷却面ＣＳの径方向Ｘの外側に形成される。本実施形態の冷却流路Ｆ１は、冷却面ＣＳの径方向Ｘに延びて冷却面ＣＳから矩形状に窪む溝が、回転方向Ｒに離れて複数形成される。そして、この冷却面ＣＳの径方向Ｘに延びる溝は、冷却面ＣＳの径方向Ｘの一端が回転方向Ｒの一方に隣接する溝と接続され、他端が回転方向Ｒの他方に隣接する溝と接続されている。さらに、第一実施形態の冷却流路Ｆ１は、回転方向Ｒの両端がそれぞれ導入開口α１と排出開口β１とに接続されている。これにより、第一実施形態の冷却流路Ｆ１は、冷却面ＣＳの径方向Ｘに延びて、冷却面ＣＳの全面を横断する一本の流路として形成されている。
【００３７】
固定部１３３は、第一パッド材層１３１に対して第二パッド材層１３２を密着するよう固定する。本実施形態の固定部１３３は、図６に示すように、第一パッド材層１３１に形成される第一固定孔１３３ａと、第二パッド材層１３２に形成される第二固定孔１３３ｂと、第一固定孔１３３ａ及び第二固定孔１３３ｂに挿入されるボルト１３３ｃと、有する。
【００３８】
第一固定孔１３３ａは、第一パッド材層１３１に形成されるボルト固定用のネジ孔として複数形成される。
第二固定孔１３３ｂは、第二パッド材層１３２に形成される円形断面の貫通孔である。第二固定孔１３３ｂは、ボルト１３３ｃが第一パッド材層１３１側に抜けないように、第二パッド材層１３２の冷却面ＣＳ側に貫通孔を縮径するよう段部が形成される。第二固定孔１３３ｂは、第一パッド材層１３１に第二パッド材層１３２を重ねた場合に、第一固定孔１３３ａと対応する位置に形成される。また、第二固定孔１３３ｂは、冷却流路Ｆ１と重ならない位置に複数形成される。
ボルト１３３ｃは、第二固定孔１３３ｂを介して第一固定孔１３３ａに挿入されることで、第一パッド材層１３１に対して第二パッド材層１３２を固定する。
【００３９】
冷却油供給部１４０は、導入開口α１から冷却油を導入することで、冷却流路Ｆ１内に冷却油を供給する。本実施形態の冷却油供給部１４０は、可撓性の高い材料で構成されたフレキシブルホースであり、一端が導入開口α１に接続され、他端が不図示の冷却油の供給源に接続されている。冷却油供給源から供給される冷却油は、金属や樹脂材料を冷却することができる材料や温度であればよい。本実施形態の冷却油は、給油ノズル１２から供給される潤滑油と同じ温度・材料の油が使用される。
【００４０】
給油ノズル１２は、回転方向Ｒに互いに隣り合うパッド本体１１０の間に配置されている。給油ノズル１２は、スラストカラー３１に向かって低温の潤滑油を噴出するための給油口が設けられている。給油ノズル１２は、軸受ケーシング１１に一体的に固定されており、不図示の潤滑油の供給源から供給される潤滑油を給油口１２ａから軸受ケーシング１１内に供給する。本実施形態の給油ノズル１２は、回転軸３０の径方向に等距離ずつ離れて配置される給油口１２ａを有している。本実施形態では、六個の給油ノズル１２が回転方向Ｒに均等に離間して環状に配置される。
【００４１】
次に、上記第一実施形態の軸受装置であるスラスト軸受１の作用について説明する。
第一実施形態のスラスト軸受１によれば、蒸気タービン１００が駆動することで回転軸３０がスラストカラー３１とともに回転し、給油ノズル１２の給油口１２ａから潤滑油が供給される。供給された潤滑油は、スラストカラー３１とパッド本体１１０のパッド面ＰＳとの間の隙間に流入する。同時に、スラスト軸受１では、冷却油供給部１４０から潤滑油と同じ低温の冷却油がパッド本体１１０の冷却流路Ｆ１の第一面Ｓ１側に供給される。第一面Ｓ１側に供給された冷却油は、パッド面ＰＳにおける回転方向Ｒの前方側であって、冷却面ＣＳの径方向Ｘの外側に形成された導入開口α１から冷却流路Ｆ１内に導入される。導入された冷却油は、排出開口β１に向かって冷却流路Ｆ１内を流通し、排出開口β１からパッド本体１１０の外部に排出される。排出された冷却油は、不図示の排出口から潤滑油とともに軸受ケーシング１１の外部に排出される。
【００４２】
ここで、パッド本体１１０のパッド面ＰＳがほぼ静止しているのに対して、スラストカラー３１が非常に高周速で回転するため、狭い隙間に満たされた潤滑油には、スラストカラー３１とパッド面ＰＳとの間で、非常に大きな速度差が生じる。このような速度差が生じると、隙間に流入している潤滑油にせん断力が働き、粘性力が潤滑油の内部で発生する。この粘性作用と、スラストカラー３１に対してパッド本体１１０が傾くことにより、くさび効果が発生し、スラストカラー３１とパッド面ＰＳとの隙間内の潤滑油に油膜圧力が発生してスラストカラー３１を軸線Ｏ方向に支持することができる。
【００４３】
また、潤滑油は、スラストカラー３１とパッド本体１１０との間で潤滑作用をもたらすとともに、パッド本体１１０の冷却作用をもなしている。即ち、給油ノズル１２の給油口１２ａから噴出された低温の潤滑油は、スラストカラー３１とパッド本体１１０との間を回転軸３０の回転方向Ｒに沿って流れる際に、パッド面ＰＳと熱交換してパッド本体１１０をパッド面ＰＳ側から冷却している。
【００４４】
ところが、本実施形態のようにパッド面ＰＳを形成する軸受材層１２０が樹脂材料で構成されている場合、熱伝導率が低いためにパッド面ＰＳの熱はパッド材層１３０側に伝導されにくくなっている。そのため、パッド面ＰＳの熱を逃がすことができず、パッド面ＰＳが十分に冷却されずに高温のままとなってしまう。
【００４５】
さらに、スラストカラー３１とパッド本体１１０との間の速度差に起因して潤滑油に働く剪断力により、潤滑油の内部では粘性力とともに摩擦熱も発生する。そのため、回転方向Ｒの後方側（潤滑油の流れ方向の手前側）であるパッド面ＰＳの第二面Ｓ２側から、回転方向Ｒの前方側（潤滑油の流れ方向の奥側）であるパッド面ＰＳの第一面Ｓ１側に向かうにしたがって、潤滑油の温度は徐々に上昇していく。特に、本実施形態のようにスラスト軸受１の場合、潤滑油に対して、回転軸３０の径方向の外側に向かって遠心力が生じる。その結果、パッド面ＰＳの第一面Ｓ１側の中でも、回転軸３０の径方向である冷却面ＣＳの径方向Ｘの外側に最も高温となるホットスポットが生じる。即ち、パッド面ＰＳ側を流通する潤滑油だけでは、パッド面ＰＳの回転方向Ｒの前方側であって、冷却面ＣＳの径方向Ｘの外側のホットスポットを十分に冷却することができない。
【００４６】
一方、上記のような第一実施形態の軸受パッド１０によれば、冷却流路Ｆ１に対して冷却油供給部１４０から回転方向Ｒの前方側である第一面Ｓ１の導入開口α１に導入された冷却油を回転方向Ｒの後方側である第二面Ｓ２の排出開口β１に向かって流通させることができる。即ち、パッド面ＰＳの最も温度の高いホットスポットの形成される回転方向Ｒの前方側である第一面Ｓ１側から冷却油を供給することができる。そのため、パッド面ＰＳの温度の高い方から冷却油を低温のまま流通させることができ、冷却油を効率的に使用することができる。したがって、最も高温となっている部分から軸受パッド１０を効率的に冷却することができる。
【００４７】
また、パッド材層１３０を第一パッド材層１３１と第二パッド材層１３２とに分けて、第二パッド材層１３２の冷却面ＣＳに溝として冷却流路Ｆ１を形成することで、冷却流路Ｆ１を容易に形成することができる。したがって、導入開口α１から排出開口β１までを複雑な経路で一本につなぐような冷却流路Ｆ１であっても容易に形成することができる。
【００４８】
さらに、第一パッド材層１３１が軸受材層１２０と同程度の厚みになるよう薄く形成されることで、パッド本体１１０において軸受材層１２０側に近づけて冷却流路Ｆ１を形成することができる。即ち、パッド面ＰＳに近い位置に冷却流路Ｆ１を形成することができる。したがって、第一パッド層側からであってもパッド面ＰＳを効率的に冷却でき、軸受パッド１０をより効率的に冷却することができる。
【００４９】
また、冷却油として潤滑油と同じ油を用いることで、冷却流路Ｆ１を流通してパッド面ＰＳを冷却した冷却油を排出開口β１からパッド本体１１０の外部に排出するだけで、潤滑油とともに回収することできる。そのため、冷却油を回収するための構造が不要となり、軸受パッド１０を簡易な構成で形成することができる。したがって、冷却効率の高い軸受パッド１０を容易に形成することができる。
【００５０】
さらに、上記のような軸受パッド１０を有することで、パッド面ＰＳを効率的に冷却できることで、スラスト軸受１して高周速、高面圧を必要とする回転軸３０を安定的に支持することができる。
【００５１】
また、高周速の回転軸３０や大型化して高面圧が軸受パッド１０に負荷されてしまう回転軸３０を安定的に支持できるため、運転効率を向上させて蒸気タービン１００の運転性能を向上させることができる。
【００５２】
《第二実施形態》
次に、図７及び図８を参照して第二実施形態の軸受パッド１０ａについて説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の軸受パッド１０ａは、冷却流路Ｆ２の形状について第一実施形態と相違する。
【００５３】
第二実施形態の冷却流路Ｆ２では、図７及び図８に示すように、導入開口α２が、第一実施形態と同様に、第一面Ｓ１において冷却面ＣＳの径方向Ｘの外側に形成される。一方、排出開口β２は、第一実施形態とは異なり、第二面Ｓ２において冷却面ＣＳの径方向Ｘの内側に形成される。第二実施形態の冷却流路Ｆ２は、回転方向Ｒに延びて冷却面ＣＳから矩形状に窪む溝が、冷却面ＣＳの径方向Ｘに離れて複数形成される。そして、この回転方向Ｒに延びる溝は、回転方向Ｒの一端が冷却面ＣＳの径方向Ｘの一方に隣接する溝と接続され、他端が冷却面ＣＳの径方向Ｘの他方に隣接する溝と接続されている。さらに、第一実施形態の冷却流路Ｆ１は、回転方向Ｒの両端がそれぞれ導入開口α２と排出開口β２とに接続されている。これにより、第二実施形態の冷却流路Ｆ２は、回転方向Ｒに延びて、冷却面ＣＳの全面を横断する一本の流路として形成されている。
【００５４】
上記のような軸受パッド１０によれば、冷却油供給部１４０から導入開口α２に導入された冷却油は、回転方向Ｒに沿って冷却流路Ｆ２内に流入する。即ち、パッド本体１１０の周りを流れる潤滑油の流れ方向と平行に冷却流路Ｆ２内を流通する。そのため、導入開口α２からて冷却流路Ｆ２に導入される際の圧損を低減することができる。したがって、冷却油の流速を低減させることなく冷却流路Ｆ２に流通させることができ、パッド面ＰＳを効率的に冷却することができる。
【００５５】
《第三実施形態》
次に、図９から図１１を参照して第三実施形態の軸受パッド１０ｂについて説明する。
第三実施形態においては第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の軸受パッド１０は、冷却流路Ｆ３について第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
【００５６】
即ち、第三実施形態の冷却流路Ｆ３は、図９に示すように、冷却油供給部１４０が接続されて冷却油が導入される開口の位置が異なっており、パッド面ＰＳよりも内側の所定の冷却位置Ｐに冷却油を直接供給するよう形成される。具体的には、第三実施形態の冷却流路Ｆ３では、図１０に示すように、パッド本体１１０においてパッド面ＰＳと反対の平行な面である背面ＢＳに冷却油供給部１４０が接続される導入開口α３が形成される。そして、第三実施形態の冷却流路Ｆ３では、冷却油がパッド本体１１０の外部に排出される排出開口β３が第一面Ｓ１に形成される。第三実施形態の冷却流路Ｆ３は、導入開口α３から冷却位置Ｐに向かって延びる導入孔Ｆ３１と、導入孔Ｆ３１と接続されて冷却面ＣＳに形成される流通溝Ｆ３２とを有する。
【００５７】
ここで、第三実施形態における所定の冷却位置Ｐとは、第二パッド材層１３２の冷却面ＣＳにおいて前述したホットストポットに対応する位置である。具体的には、第三実施形態における所定の冷却位置Ｐは、冷却面ＣＳの径方向Ｘの外側、かつ、回転方向Ｒの前方側の位置である。
【００５８】
導入孔Ｆ３１は、背面ＢＳの導入開口α３から冷却面ＣＳの冷却位置Ｐに向かって垂直に延び、第二パッド材層１３２を貫通する孔として形成される。
流通溝Ｆ３２は、図１１に示すように、第二パッド材層１３２の冷却面ＣＳの冷却位置Ｐを中心として、渦状をなす一本の流路として形成される。具体的には、本実施形態の流通溝Ｆ３２は、パッド面ＰＳ側から冷却面ＣＳを見た場合に、冷却位置Ｐから反時計回りの渦状に形成され、第一面Ｓ１に形成された排出開口β３に接続される。
【００５９】
上記のような軸受パッド１０によれば、所定の冷却位置Ｐに対して、パッド本体１１０においてパッド面ＰＳと反対の平行な面である背面ＢＳの導入開口α３から冷却油を供給することで、冷却位置Ｐを効果的に冷却することができる。具体的には、ホットストポットに対応する位置である冷却位置Ｐに対して、第一面Ｓ１等の側面から冷却面ＣＳに沿って冷却油を供給するのではなく、背面ＢＳから冷却油を直接供給することで、パッド面ＰＳの温度の影響を受けずに冷却位置Ｐまで冷却油を供給することができる。通常、パッド面ＰＳは、ホットスポット以外の部分も温度が上昇している。そのため、冷却面ＣＳに沿って形成された冷却流路Ｆ１、Ｆ２によって冷却油を冷却位置Ｐまで供給した場合、冷却位置Ｐに到達するまでに、パッド面ＰＳと熱交換してしまい冷却油の温度は上昇してしまう。その結果、冷却位置Ｐに最も低温の冷却油を供給することができず、パッド面ＰＳの最も温度の高いホットスポットを効果的に冷却することができない。ところが、本実施形態のように、背面ＢＳに形成された導入開口α３から冷却位置Ｐに向かって垂直に延びる冷却流路Ｆ３を冷却油が流通することで、冷却位置Ｐに到達するまでに冷却油の温度が上昇してしまうことがない。その結果、冷却位置Ｐに最も低温の冷却油を供給することができ、パッド面ＰＳの温められていない最も温度の高いホットスポットを冷却油で効率的に冷却することができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００６１】
なお、冷却流路Ｆ１、Ｆ２は、第一実施形態や第二実施形態のような形状に限定されるものではなく、回転方向Ｒの前方側である第一面Ｓ１から回転方向Ｒの後方である第二面Ｓ２に向かって接続されていればよい。例えば、冷却流路Ｆ１、Ｆ２は、第一面Ｓ１の導入開口α１、α２から第二面Ｓ２の排出開口β１、β２まで一直線に繋がっていても良く、第三実施形態のように渦状をなしていてもよい。
【００６２】
また、冷却流路Ｆ３は、第三実施形態のような渦状の形状に限定されるものではなく、パッド面ＰＳと平行な面に開口して所定の冷却位置に向かって形成されていればよい。例えば、冷却流路Ｆ３は、冷却位置Ｐから一直線に第一面Ｓ１や第二面Ｓ２に延びて形成されてもよい。
【００６３】
さらに、固定部１３３は、本実施形態のようにボルト１３３ｃを用いた構造に限定されるものではなく、第一パッド材層１３１と第二パッド材層１３２とが密着したまま外れないように固定できればよい。例えば、第一パッド材層１３１と第二パッド材層１３２とを接着剤や溶剤で固定してもよい。このような構造にすることで、第一パッド材層１３１に第一固定孔１３３ａを形成する必要が無くなり、第一パッド材層１３１を軸受材層１２０よりも薄くすることができる。
【００６４】
また、本願発明の軸受装置は、本実施形態のようにスラスト軸受１であることに限定されるものではなく、回転軸３０を支持する軸受装置であればよい。例えば、軸受装置は、ジャーナル軸受６１であってもよい。
【００６５】
さらに、本願発明の回転機械は、本実施形態のように蒸気タービン１００に限定されるものではなく、回転軸３０を有する機械であれば良い。例えば、回転機械は、ガスタービン、ポンプ、エンジンであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１００…蒸気タービン  ２０…タービンケーシング  ３０…回転軸  Ｏ…軸線  ３１…スラストカラー  Ｒ…回転方向  ４０…静翼  ５０…動翼  ６０…軸受部  ６１…ジャーナル軸受  １…スラスト軸受  １１…軸受ケーシング  １０、１０ａ、１０ｂ…軸受パッド  １１０…パッド本体  ＰＳ…パッド面  Ｓ１…第一面  Ｓ２…第二面  １２０…軸受材層  １３０…パッド材層  １３１…第一パッド材層  １３２…第二パッド材層  ＣＳ…冷却面  Ｆ１…冷却流路  α１、α２、α３…導入開口  β１、β２、β３…排出開口  Ｘ…径方向  １３３…固定部  １３３ａ…第一固定孔  １３３ｂ…第二固定孔  １３３ｃ…ボルト  １４０…冷却油供給部  １２…給油ノズル  １２ａ…給油口  Ｐ…冷却位置  Ｆ３１…導入孔Ｆ３１  Ｆ３２…流通溝Ｆ３２
【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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