(57)【要約】【課題】キャリーオーバー現象によるパッド温度の上昇をシンプルな構造で確実に抑制することができるティルティングパッド型軸受を提供すること。【解決手段】周方向に分割されるとともに傾斜自在なティルティングパッド１１Ａを介して回転軸１を支持するティルティングパッド型軸受１０が、ティルティングパッド１１Ａの高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路３０を備えている。【選択図】図１
2008151239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に分割されるとともに傾斜自在なティルティングパッドを介して回転軸を支持するティルティングパッド型軸受であって、
前記ティルティングパッド潤滑面の高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路を備えていることを特徴とするティルティングパッド型軸受。
【請求項２】
前記バイパス流路が、前記高温領域周辺に開口する導入口から下流側パッド用給油部の近傍に開口する流出口まで前記ティルティングパッド内を貫通して設けられた通油孔であることを特徴とする請求項１に記載のティルティングパッド型軸受。
【請求項３】
前記導入口を形成するパッド側壁面が周方向へ徐々に傾斜を増すことを特徴とする請求項２に記載のティルティングパッド型軸受。
【請求項４】
前記導入口が上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のティルティングパッド型軸受。
【請求項５】
前記バイパス流路が、前記高温領域周辺に設けられて周方向へ徐々に深さを増す堰と、該堰の内部に開口する導入口から下流側パッド用給油部の近傍に開口する流出口まで前記ティルティングパッド内を貫通して設けられた通油孔とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のティルティングパッド型軸受。
【請求項６】
前記堰が上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のティルティングパッド型軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば蒸気タービンの滑り軸受のように、タービンや発電機等の大型回転機械の回転軸を支承するティルティングパッド型軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タービンや発電機等の大型回転機械においては、その回転軸を支承するために、たとえば図８に示すようなティルティングパッド型軸受（以下、「軸受」と呼ぶ）１０が用いられている。
この軸受１０は、軸受ハウジング１２に配設され、ピボット１３を中心に揺動（傾斜）可能な複数個のティルティングパッド（以下、「パッド」と呼ぶ）１１よりなり、回転軸１の回転により面間１５に楔形油膜を形成するものである。この軸受１０は、荷重方向に軸中心が偏心するため振動安定性に優れており、高速回転機械で広く採用されている。
【０００３】
このような軸受１０においては、キャリーオーバー現象によるパッド１１の温度上昇が軸受の負荷能力を制限している。このキャリーオーバー現象とは、周方向へ複数に分割されて配設されているパッド１１間において、回転軸１の回転方向上流側に配置されたパッド１１上に潤滑膜を形成した潤滑油Ｌｈが、隣接するパッド１１間で十分に冷却されることなく高温のまま下流側のパッド１１に流れ込む現象のことである。この結果、下流側のパッド１１に給油される低温の潤滑油Ｌｃは、上流側から流れ込む高温の作動油潤滑油Ｌｈとの混合により、面間１５の入口に給油される初期温度が上昇する。
【０００４】
上述したスラスト軸受のキャリーオーバー現象を防止する対策として、パッド間にスクレーパを挿入する方法が提案されている。（たとえば、特許文献１参照）
また、ティルティングパッド型軸受においては、反負荷側パッドに適切な圧力を生じさせてパッドの揺動を防止するため、反負荷側のパッドに切欠を設けることが提案されている。（たとえば、特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００４−１０８４９１号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したスクレーパを挿入するキャリーオーバー現象対策は、スクレーパとカラーとが接触するため、両部品間の摩擦により回転負荷となるトルクが発生する問題や、接触部の摩耗による低寿命化の問題が指摘されている。
また、上述した問題の解決策として非接触式のスクレーパを採用する場合には、パッド後縁の半径位置とジャーナル間の隙間（たとえば数十μｍ程度）にスクレーパの上端を位置決めする必要がある。このため、非接触式のスクレーパは、理論上成立すると考えられるものの、数μｍ程度になるであろうスクレーパの位置制御を安価かつシンプルな構成で実現することは極めて困難なことと推測される。
さらに、起動時においては、スクレーパ上端がパッド後縁の半径方向位置より外側に位置していなければジャーナルと接触する恐れがあり、従って、運転時にはパッド後縁よりも内側に位置する必要がある。このため、スクレーパは半径方向に可動な機構を有する必要があるため、装置を複雑にするという問題が生じてくる。
【０００６】
このように、ティルティングパッド型軸受においては、その軸受負荷能力を増すため、キャリーオーバー現象によるパッド温度の上昇をシンプルな構造で確実に抑制することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、キャリーオーバー現象によるパッド温度の上昇をシンプルな構造で確実に抑制することができるティルティングパッド型軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明は、周方向に分割されるとともに傾斜自在なティルティングパッドを介して回転軸を支持するティルティングパッド型軸受であって、
前記ティルティングパッドの高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
このようなティルティングパッド型軸受によれば、ティルティングパッドの高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路を備えているので、下流側のティルティングパッドに流れ込む高温の潤滑油は、その一部がバイパス流路から流出して減少する。このため、下流側のティルティングパッドにおいては、新たに供給される低温の潤滑油に上流側から高温の潤滑油が流れ込んで生じる温度上昇するキャリーオーバー現象を抑制できる。
【０００９】
上記の発明において、前記バイパス流路は、前記高温領域周辺に開口する導入口から下流側パッド用給油部の近傍に開口する流出口まで前記ティルティングパッド内を貫通して設けられた通油孔であることが好ましく、これにより、下流側のティルティングパッドに生じるキャリーオーバー現象を抑制できる。
この場合、下流側パッド用給油部の近傍に開口する流出口は、高温の潤滑油を給油部のノズルより外周側に向けて流出させることが好ましい。
【００１０】
上記の発明において、前記導入口を形成するパッド側壁面は周方向へ徐々に傾斜を増すことが好ましく、これにより、流路下面側が滑らかな流路を形成することができる。このため、流路上面側より下面側の流速分布が拡大するので、バイパス流路に導入する潤滑油の量を増すことができる。
上記の発明において、前記導入口は上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されていることが好ましく、これにより、入口が広がってバイパス流路に導入する潤滑油の量を増すことができる。
【００１１】
上記の発明において、前記バイパス流路は、前記高温領域周辺に設けられて周方向へ徐々に深さを増す堰と、該堰の内部に開口する導入口から下流側パッド用給油部の近傍に開口する流出口まで前記ティルティングパッド内を貫通して設けられた通油孔とを備えていることが好ましく、これにより、堰の下部に流れ込んだ高温の潤滑油を通油孔から積極的に流出させることができる。
この場合の堰は、ティルティングパッドの回転軸方向にパッド幅の少なくとも一部を残して設けることが好ましく、これにより、堰下流側においても面間圧力を確保することができる。
【００１２】
上記の発明において、前記堰は上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されていることが好ましく、これにより、堰の入口が広がってバイパス流路に導入する潤滑油の量を増すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、ティルティングパッドにおいて最も油温が高くなる高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路を設けたので、下流側のティルティングパッドに流れ込む高温の潤滑油は、その一部がバイパス流路から流出して減少する。このため、下流側のティルティングパッドにおいては、新たに供給される低温の潤滑油に上流側から高温の潤滑油が流れ込んで温度上昇するキャリーオーバー現象を抑制できるようになり、従って、パッド温度の抑制によりティルティングパッド型軸受の軸受負荷能力を増すという顕著な効果が得られる。
また、本発明のバイパス流路は、ティルティングパッドを機械加工するというシンプルな構造で確実に実現できるので、新たな部品の追加が不要となるだけでなく、ティルティングパッドを使用する既存の軸受に対して容易に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るティルティング型軸受の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、ティルティング型軸受の概略構成を示す断面図である。図示のティルティング型軸受（以下、「軸受」と呼ぶ）１０は、回転軸１を周囲より支持する複数のティルティングパッド（以下、「パッド」と呼ぶ）１１を備えている。このパッド１１は、軸受ハウジング１２の内部で周方向に４分割された配置とされるが、この分割数については特に限定されるものではない。さらに、各パッド１１は、その外周面がピボット１３を介して軸受ハウジング１２の内周面に揺動自在に支持されている。すなわち、軸受１０は、周方向に分割されるとともに、傾斜（揺動）自在なパッド１１を介して回転軸１を支持するように構成されている。
【００１５】
上述した軸受１０は、各ティルティングパッド１１の近傍に潤滑油を供給する給油部として給油ノズル２０を備えている。この給油ノズル２０は、回転軸１が回転していく方向のティルティングパッド１１に向けて給油する。以下の説明では、回転軸１が回転していく方向を下流側と呼び、従って、各給油ノズル２０は、下流側に位置するティルティングパッド１１に対して潤滑油を給油することとなる。そして、このような給油を行うことにより、回転軸１とティルティングパッド１１との面間１５においては、上流側から下流側へ移動していく潤滑油により楔形の油膜が形成される。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明に係るティルティング型軸受の第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
この実施形態のパッド１１Ａは、面間１５の高温領域周辺から潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路３０を備えている。ここで、高温領域は、上流側に位置する給油ノズル２０から給油され、面間１５を通って下流側へ流出する潤滑油が最も高温となる領域のことである。すなわち、油膜を形成する潤滑油は、回転軸１とパッド１１Ａとの面間１５を上流側の入口１５ａから下流側の出口１５ｂへ移動する過程で温度上昇するため、下流側の流出出口（パッド１１Ａの下流側端部）１５ｂ近傍が最も油温の上昇した高温領域となる。
【００１７】
上述したバイパス流路３０は、高温領域周辺に開口する導入口３１から下流側パッド用の給油ノズル２０の近傍に開口する流出口３２まで、パッド１１Ａ内を貫通して直線状に設けられている。このバイパス流路３０は、たとえば図２（ａ）に示すように、パッド１１Ａの幅方向に複数本を等ピッチで平行に並べて設けてもよいし、あるいは、図２（ｂ）に示すように、幅広に形成した１本を設けてもよい。
特に、バイパス流路３０の流出口３２は、下流側パッド用の給油ノズル２０から流出して面間１５に供給される低温の潤滑油との混合を防止または抑制するとともに、下流側パッド用の給油ノズル２０から潤滑油が逆流することを防止するため、給油ノズル２０の流出口よりも外周側となる軸受ハウジング１２の方向に向けられて開口していることが好ましい。このようなバイパス流路３０は、パッド１１Ａを機械加工することによって容易に形成できるので、新たな部品等を追加する必要がなく、従って、既存の軸受１０を改造することも含めて容易に採用可能となる。
【００１８】
この結果、面間１５を流れる潤滑油は、最も油温が高くなる高温領域の近傍に開口する導入口３１から、高温となった潤滑油の一部がバイパス流路３０に導入される。このため、面間１５を通り下流側の出口１５ｂから下流側のパッド１１Ａに向けて流出する高温の潤滑油量が減少するので、下流側のパッド１１Ａに給油する低温の潤滑油は、高温の潤滑油との混合量低減により初期温度の温度上昇が抑制される。すなわち、給油ノズル２０から給油される低温の潤滑油においては、上流側のパッド１１Ａから流入する高温の潤滑油との混合により温度上昇するキャリーオーバー現象が抑制される。
【００１９】
また、上述した高温領域は、面間１５における圧力の最大位置より下流側にあるため、バイパス流路３０の形成が軸受１０の負荷能力を低下させる程の致命的な影響は生じない。すなわち、バイパス流路３０の導入口３１は面間１５で最も圧力が高い位置と重ならない位置にあるため、導入口３１と大気圧になる流出口３２との圧力差は比較的小さくなり、従って、導入口３１からバイパス流路３１に流出する潤滑油量は、導入口３１の下流側に形成する油膜の必要量を十分に残して確保できるものとなる。
【００２０】
また、上述したバイパス流路３０の導入口３１は、パッド１１Ａ側の壁面が外周方向へ徐々に傾斜を増すように形成されていることが好ましい。具体的には、面間１５からバイパス流路１０に潤滑油を導入する導入口３１のパッド側壁面３１ａが、角のない滑らかな曲面形状に形成されている。このような導入口３１は、直進して下流側の出口１５ｂに至る面間１５の流路上面側よりも、バイパス流路３０に導かれる流路下面側の速度分布を拡大させるため、導入口３１に角部のあるバイパス流路３０と比較して、バイパス流路３０に導入される潤滑油量の割合を増すことができる。
【００２１】
また、図３に示す変形例では、導入口３１Ａが上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されている。すなわち、パッド１１Ａの導入口３１Ａは、回転軸３１側から見たＡ矢視（図１（ａ）参照）において、上流側の入口幅Ｗがバイパス流路３０より広く徐々に狭められた溝形状になっているので、上述した実施形態のものと比較してバイパス流路３０に導入する潤滑油量を増すことができる。
【００２２】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明に係るティルティング型軸受の第２の実施形態を図５から図７に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態のパッド１１Ｂは、バイパス流路３０Ａが、高温領域部周辺に設けられて周方向へ上流側から下流側へ徐々に深さを増す堰４０と、該堰４０の内部に開口する導入口３１Ａから下流側のパッド用給油部である給油ノズル２０の近傍に開口する流出口３２Ａまで、パッド１１Ｂ内を貫通して設けられた通油孔５０とを備えている。このように構成されたパッド１１Ｂは、回転軸１の全周にわたって配設される。
【００２３】
この場合、流出口３２Ａが開口する給油ノズル２０の近傍は、給油ノズル２０から供給される低温の潤滑油との混合が全くないか最小限に抑えられる範囲を意味している。具体的に説明すると、たとえば図５（ｂ）に示す構成例では、回転軸１の軸方向となるパッド１１Ｂの両側端部に流出口３２Ａを開口させる通油孔５０とし、流出した高温の潤滑油が給油ノズル２０から供給される潤滑油との混合を防止している。また、図６（ｂ）に示す構成例では、パッド１１Ｂの周方向下流側に開口する流出口３２Ａへ向けて斜めに傾斜させた通油孔５０を形成することにより、給油ノズル２０から供給される潤滑油との混合を防止している。
【００２４】
ところで、上述した実施形態においては、堰４０をパッド１１Ｂの軸方向へ全幅にわたって設けると下流側の油膜形成に問題が生じるため、堰４０が設けられていないパッド面を少なくとも一部に残す必要がある。この結果、堰４０の下流側においても、回転軸１とパッド１１Ｂとの間に必要な面間圧力を確保することができる。また、回転軸１の起動時において、回転軸１が堰４０の段付部との干渉により損傷する恐れもない。
【００２５】
このような構成とすれば、面間１５内を入口１５ａから出口１５ｂに移動して油膜を形成する潤滑油は、高温領域周辺で高温の潤滑油が堰４０に流入する。この潤滑油は堰４０内に開口する導入口３１Ａから通油孔５０に流れ込み、この通油孔５０を通って流出口３２Ａから給油ノズル２０の近傍に流出する。従って、堰４０を設けたことにより、堰４０に流れ込んだ高温の潤滑油を通油孔５０から積極的に流出させることができる。
【００２６】
また、図７に示す変形例では、堰４０Ａが上流側を軸方向へ広げた末広がりの入口形状に形成されている。すなわち、堰４０Ａは、上述した導入口３１Ａと同様に、上流側の入口幅Ｗが堰４０Ａより広く徐々に狭められた溝形状になっているので、上述した実施形態のものと比較して堰４０Ａに導入する潤滑油量を増すことができる。
このように、本実施形態の堰４０，４０Ａは、反負荷側パッドの周方向揺動（フラッタリング）を防止する従来技術と異なり、軸受１０の負荷能力を低下させることなく堰下部から高温の潤滑油を排出してキャリーオーバー現象を低減するものである。
【００２７】
上述した本発明によれば、パッド１１Ａ，１１Ｂにおいて最も潤滑油の油温が高くなる高温領域周辺から、潤滑油の一部を導入して流出させるバイパス流路３０，３０Ａを設けたので、下流側のパッド１１Ａ，１１Ｂに流れ込む高温の潤滑油は、その一部がバイパス流路３０，３０Ａから流出して減少する。このため、下流側のパッド１１Ａ，１１Ｂにおいては、新たに供給される低温の潤滑油に上流側から高温の潤滑油が流れ込んで温度上昇するキャリーオーバー現象をシンプルな構造で確実に抑制できるので、パッド温度の抑制により軸受１０の軸受負荷能力を増すことができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るティルティングパッド型軸受の第１の実施形態を示す図で、（ａ）は要部の構成を示す断面図、（ｂ）はバイパス流路周辺の拡大図である。
【図２】図１（ａ）のＡ矢視図であり、（ａ）はバイパス流路を複数設けた構成例、（ｂ）はバイパス流路を１つにまとめた構成例である。
【図３】第１の実施形態の変形例を示すＡ矢視図である。
【図４】ティルティングパッド型軸受の概略構成例を示す断面図である。
【図５】本発明に係るティルティングパッド型軸受の第２の実施形態を示す図で、（ａ）は要部の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図である。
【図６】図５の第１変形例を示す図で、（ａ）は要部の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【図７】図５の第２変形例を示すＢ矢視図である。
【図８】従来のティルティングパッド型軸受におけるキャリーオーバー現象の説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    回転軸
１０    ティルティングパッド型軸受（軸受）
１１Ａ，１１Ｂ    ティルティングパッド（パッド）
１２    軸受ハウジング
１３    ピボット
２０    給油ノズル
３０，３０Ａ    バイパス流路
４０    堰
５０    通油孔
【図１】
2008151239.tif 000003
【図２】
2008151239.tif 000004
【図３】
2008151239.tif 000005
【図４】
2008151239.tif 000006
【図５】
2008151239.tif 000007
【図６】
2008151239.tif 000008
【図７】
2008151239.tif 000009
【図８】
2008151239.tif 000010