(57)【要約】【課題】耐荷重性を向上できるティルティングパッド軸受装置を提供する。【解決手段】複数の軸受パッド７ａ〜７ｄの隣り合う軸受パッド間に、回転軸５に向かう方向で、上流側方向に向けて第１の吐出口２９から潤滑油を吐出する第１の潤滑油吐出手段２３、２９と、回転軸に向けて第２の吐出口３３から潤滑油を吐出する第２の潤滑油吐出手段２７、３３と、下流側の軸受パッドに対して供給口３１から潤滑油を供給する給油手段２５、３１とを備え、第１の吐出口２９は、隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に連続的または断続的に延在して最上流側に位置し、供給口３１は、隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に連続的または断続的に延在して第１の吐出口２９よりも回転軸の回転方向に対して下流側に位置し、第２の吐出口３３は、隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に連続的または断続的に延在し、第１の吐出口２９と、給油口３１との間に位置する構成とする。【選択図】        図１
2004197890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸受パッドの隣り合う軸受パッド間に、回転軸に向かう方向に吐出口から潤滑油を吐出する潤滑油吐出手段と、前記回転軸の回転方向に対して下流側の前記軸受パッドに対して供給口から潤滑油を供給する給油手段とを備え、前記潤滑油吐出手段の吐出口は、前記隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に連続的または断続的に延在し、前記給油手段の供給口は、前記隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に連続的または断続的に延在し、前記潤滑油吐出孔部の吐出口よりも前記回転軸の回転方向に対して下流側に位置することを特徴とするティルティングパッド軸受装置。
【請求項２】
前記潤滑油吐出手段は、前記回転軸に向かう方向で、前記回転軸の回転方向に対して上流側方向に向けて第１の吐出口から潤滑油を吐出する第１の潤滑油吐出手段と、前記回転軸に向けて第２の吐出口から潤滑油を吐出する第２の潤滑油吐出手段とからなり、前記第１の潤滑油吐出手段の第１の吐出口は、前記回転軸の回転方向に対して最上流側に位置し、前記第２の潤滑油吐出手段の第２の吐出口は、前記第１の潤滑油吐出手段の第１の吐出口と、前記給油手段の給油口との間に位置す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軸受装置。
【請求項３】
前記第２の潤滑油吐出手段には、前記隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に延在する溝が形成されており、該溝の底面に前記第２の吐出口が形成されている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軸受装置。
【請求項４】
前記潤滑油吐出手段または前記第１の潤滑油吐出手段と、前記給油手段とが、同一の形状で、前記隣り合う軸受パッド間の中心を通って前記回転軸に向かう線に対して対称に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のティルティングパッド軸受装置。
【請求項５】
前記潤滑油吐出手段または前記第１の潤滑油吐出手段及び前記第２の潤滑油吐出手段と、前記給油手段とが、前記隣り合う軸受パッド間に位置する１つのノズルに設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のティルティングパッド軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を支持する複数の軸受パッドを有するティルティングパッド軸受装置に係り、特に、直接潤滑方式のティルティングパッド軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ティルティングパッド軸受装置は、回転軸を支持する複数の軸受パッドを有しており、回転軸と摺動面する軸受パッドの摺動面に潤滑油を注入して潤滑するものである。このようなティルティングパッド軸受装置は、潤滑油の給油方式によって２種類に分けられる。一つは、ティルティングパッド軸受装置の軸受箱の中に潤滑油を供給して満たし、軸受パッドの軸受面を潤滑油で浸漬すると共に、摺動に使用された潤滑油を排出することにより、軸受面に潤滑油を浸漬循環させるようにした油浴方式（Ｆｌｏｏｄｅｄ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）のティルティングパッド軸受装置である。もう一つは、軸受パッドの摺動面に潤滑油膜を形成して、この潤滑油膜により摺動面を潤滑する直接潤滑方式（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）のティルティングパッド軸受装置である。油浴方式のティルティングパッド軸受装置が、一般的に広く用いられているが、直接潤滑方式のティルティングパッド軸受装置も、供給油量低減、損失低減などの点で有利なため、最近、適用が拡大してきている。
【０００３】
ところで、例えば火力プラントなどの多スパンで回転軸の固有振動数が比較的低い大形の回転体の回転軸を支持する場合などでは、自励振動を抑制できる軸受装置を用いる必要がある。また、例えば分散電源用のマイクロタービンでも、数万ｒｐｍといった高速回転で運転されることにより、オイルホイップなどの自励振動が発生し易い。オイルホイップは、軸受荷重が減少し、回転軸の偏心量が低下することにより回転軸−軸受系の安定性が損なわれることにより発生するものである。このような自励振動を抑制できる軸受装置として、連成振動を無視できる程度に小さくできるティルティングパッド軸受装置を用いることが考えられている。
【０００４】
しかし、ティルティングパッド軸受装置は、前述のように火力プラントのような大形の回転機械などの回転軸に適用したり、火力プラントなどの大形の回転体の回転軸を支持する場合に限らず、設備や機器類の小型化のために軸受けを小型化する場合や、回転軸の回転が高速化する場合など軸受けにかかる荷重が相対的に増大する場合などに適用すると、軸受パッドの焼き付きが生じてしまう場合があり、耐荷重性が他の軸受装置に比べて低い。このため、軸受パッドの焼き付きの発生を抑制し、ティルティングパッド軸受装置の耐荷重性を向上することが望まれている。
【０００５】
これに対し、油浴方式よりも軸受パッドの焼き付きを起こし難い直接潤滑方式のティルティングパッド軸受装置において、軸受パッド内に、この軸受パッドの回転軸の回転方向に対して上流側の縁部に設けた供給口に潤滑油を導く流路を形成して軸受パッドの摺動面と回転軸の外周面の間に潤滑油を供給すると共に、供給口を設けた軸受パッドの縁部に回転軸の回転方向に対して上流側の軸受パッドから排出されてくる潤滑油の下流側のパッドへの侵入を抑制するための部材を設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
さらに、軸受パッドへの給油と軸受パッドの冷却を行うための油路を軸受パッド内に設ける構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、隣り合う軸受パッド間に回転軸の回転方向に対して下流側の軸受パッドの摺動面と回転軸外面との間に向けて潤滑油を供給する給油パイプを設置する構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。さらに、軸受パッドの回転軸の回転方向に対して上流側の部分に給油ポケットを設け、さらに軸受パッドの摺動面に給油ポケットに連通する開口を設けることで、軸受ハウジングに設けた給油スリーブから軸受パッドに潤滑油を供給する構成が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５８−１８０８１４号公報（第２頁、第３図）
【特許文献２】
実開昭５８−１０６６１６号公報（第２−３頁、第２−４図）
【特許文献３】
特開平５−２６２３０号公報（第２−３頁、第１−３図）
【特許文献４】
特開平１１−１２５２４１号公報（第４−５頁、第３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば火力プラントのような多スパンロータの回転軸−軸受系の回転機械などのように、アライメント調整により軸受荷重が変化する場合や部分負荷運転により荷重が変動する場合、ティルティングパッド軸受装置では、荷重の増大に連れて軸受メタル温度、つまり軸受パッドの温度が上昇する。また、分散電源対応のマイクロタービンなどにおいても、部分負荷運転のために回転数を下げて運転されることにより、油膜厚さが減少し、軸受パッドの温度が上昇する場合がある。
【０００９】
軸受パッドの温度が上昇すると、回転軸の回転方向に対して上流側に位置する軸受パッドからの排出されてくる潤滑油つまり排油の温度が上昇し、上流側に位置する軸受パッドからの、より高温に加熱された排油が下流側の軸受パッド側に流入してしまう。このため、従来のティルティングパッド軸受装置ように、軸受パッドを加熱されていない新たに供給した潤滑油で冷却しようとしても、上流側に位置する軸受パッドからのより高温の排油が下流側の軸受パッド側に流入することにより、軸受パッドの温度上昇を抑えることは難しく、軸受パッドの焼き付きが生じ易くなる場合があるため、耐荷重性を向上できない。
【００１０】
また、従来のティルティングパッド軸受装置において、上流側の軸受パッドから排出されてくる潤滑油の下流側のパッドへの侵入を抑制するための部材を設けることが提案されているが、このような部材を設けた場合、回転軸とこのような部材との接触や摩耗などの問題が生じ、また、使用に連れて、上流側に位置する軸受パッドからの加熱された高温の排油が下流側の軸受パッド側へ流入するのを抑制する効果が低くくなるなど、耐荷重性を向上できない場合がある。
【００１１】
本発明の課題は、ティルティングパッド軸受装置の耐荷重性を向上することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のティルティングパッド軸受装置は、複数の軸受パッドの隣り合う軸受パッド間に、回転軸に向かう方向に吐出口から潤滑油を吐出する潤滑油吐出手段と、回転軸の回転方向に対して下流側の軸受パッドに対して供給口から潤滑油を供給する給油手段とを備え、潤滑油吐出手段の吐出口は、隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に連続的または断続的に延在し、給油手段の給油口は、隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に連続的または断続的に延在し、潤滑油吐出孔部の吐出口よりも回転軸の回転方向に対して下流側に位置する構成とすることにより上記課題を解決する。
【００１３】
このような構成とすれば、回転軸の回転方向に対して上流側に位置する潤滑油吐出手段の吐出口から吐出される潤滑油により、回転軸の回転方向に対して上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された潤滑油つまり排油が下流側の軸受パッド側に流れるのを抑制する。さらに、潤滑油吐出手段の吐出口よりも下流側に位置する給油手段の給油口から下流側の軸受パッドに新たな潤滑油が給油され、この新たに供給された潤滑油により下流側の軸受パッドが冷却される。したがって、上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された排油による下流側の軸受パッドの温度上昇が抑制され、かつ下流側の軸受パッドが冷却されるため、軸受パッドの焼き付きが生じ難くなり、耐荷重性を向上できる。
【００１４】
また、潤滑油吐出手段は、回転軸に向かう方向で、回転軸の回転方向に対して上流側方向に向けて第１の吐出口から潤滑油を吐出する第１の潤滑油吐出手段と、回転軸に向けて第２の吐出口から潤滑油を吐出する第２の潤滑油吐出手段とからなり、第１の潤滑油吐出手段の第１の吐出口は、回転軸の回転方向に対して最上流側に位置し、第２の潤滑油吐出手段の第２の吐出口は、第１の潤滑油吐出手段の第１の吐出口と、給油手段の給油口との間に位置する構成とする。
【００１５】
このような構成とすれば、第１の潤滑油吐出手段の第１の吐出口から吐出される潤滑油によって流れを抑制できず、上流側の軸受パッドから加熱された排油の一部が下流側の軸受パッド側に流れた場合でも、第２の潤滑油吐出手段の第２の吐出口から吐出される潤滑油によって、上流側の軸受パッドからの加熱された排油が下流側の軸受パッド側に流れるのを抑制することができる。したがって、上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された排油による下流側の軸受パッドの温度上昇をより確実に抑制でき、耐荷重性をより向上できる。
【００１６】
さらに、第２の潤滑油吐出手段には、隣り合う軸受パッドの対向する縁部に沿う方向に延在する溝が形成されており、この溝の底面に第２の吐出口が形成されている構成とする。これにより、第２の潤滑油吐出手段の第２の吐出口から吐出される潤滑油によって排除された上流側の軸受パッドからの加熱された排油が溝内に流れ込み、排油が溝内を通流して排出される。このため、加熱された排油が排除され易くなり、上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された排油が下流側の軸受パッド側に流れるのをより確実に抑制することができる。したがって、上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された排油による下流側の軸受パッドの温度上昇を一層確実に抑制でき、耐荷重性を一層向上できる。
【００１７】
また、潤滑油吐出手段または第１の潤滑油吐出手段と、給油手段とが、同一の形状で、隣り合う軸受パッド間の中心を通って回転軸に向かう線に対して対称に形成されている構成とする。これにより、回転軸の回転方向に応じて、潤滑油吐出手段または第１の潤滑油吐出手段が給油手段に、給油手段が潤滑油吐出手段または第１の潤滑油吐出手段になるため、可逆回転する回転軸を有する回転機械にも適用することができる。
【００１８】
さらに、潤滑油吐出手段、または第１の潤滑油吐出手段及び前記第２の潤滑油吐出手段と、給油手段とが、隣り合う軸受パッド間に位置する１つのノズルに設けられている構成とすれば、軸受装置の構成を簡素化できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなるティルティングパッド軸受装置の一実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなるティルティングパッド軸受装置の概略構成を示す回転軸の径方向での断面図である。図２は、図１のII−II線から見た回転軸の延在方向での断面図である。図３は、本発明を適用してなるティルティングパッド軸受装置の動作をノズルが設けられた部分を拡大して示す回転軸の径方向での断面図である。なお、本実施形態では、ロード・ビトゥイーン・パッド（Ｌｏａｄ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｐａｄ）タイプのティルティングパッドジャーナル軸受装置を例として説明するが、本発明は、他のティルティングパッド軸受装置、例えばロード・オン・パッド（Ｌｏａｄ  ＯｎＰａｄ）タイプのティルティングパッドジャーナル軸受装置やティルティングパッドスラスト軸受装置などにも適用できる。
【００２０】
本実施形態のティルティングパッド軸受装置１は、図１に示すように、円筒形状で、円筒を接合部３で半割にした構造となっており、２つの半割状の軸受ケース１ａ、１ｂで構成されている。軸受ケース１ａには、支持する回転軸５に対応する円弧状に形成された２つの軸受パッド７ａ、７ｂが、軸受ケース１ａの内面に所定の間隔で突設された先端部が半球状の２つのピボット９に取り付けられ、支持されている。軸受ケース１ｂにも、軸受ケース１ａと同様に、回転軸５の荷重を支持し、この支持する回転軸５に対応する円弧状に形成された２つの軸受パッド７ｃ、７ｄが、軸受ケース１ｂの内面に所定の間隔で突設された先端部が半球状の２つのピボット９に取り付けられ、支持されている。このような軸受ケース１ａ、１ｂを、接合部３を当接させ、図示していないボルトで締結することで、ティルティングパッドジャーナル軸受装置１となる。
【００２１】
軸受ケース１ａ、１ｂが締結されたとき、軸受ケース１ａ、１ｂの内面に４つのピボット９が等間隔で突設された状態となる。軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの外側面の中央部には、各々、ピボット９の先端部が嵌合する球面座１１となるピボット９の先端部の形状に対応する形状の凹部が形成されている。各ピボット９の先端部に、各々、軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの球面座１１が嵌合されることで、各ピボット９に、各々、軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが、軸受ケース１ａ、１ｂの内面と軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの外側面との間に隙間を有した状態で、ピボット９の先端部を支点として揺動可能に取り付けられる。これにより、軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが等間隔で回転軸５を囲む状態に配設され、さらに、軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが揺動して傾斜可能な構造となっている。また、軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの内側面、つまり回転軸５と摺動する摺動面には、ポリエーテルエーテルケトンつまりＰＥＥＫなどのエンジニアリングプラスチックや、ホワイトメタルなどの金属材料などといった耐熱性や摺動性を有する材料からなる軸受材１２がライニングされている。
【００２２】
等間隔で配設された軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの隣り合う軸受パッド間、つまり軸受パッド７ａと軸受パッド７ｂの対向する縁部間、軸受パッド７ｂと軸受パッド７ｃの対向する縁部間、軸受パッド７ｃと軸受パッド７ｄの対向する縁部間、そして軸受パッド７ｄと軸受パッド７ａの対向するする縁部間には、所定の隙間が設けられている。これらの４つの隙間に対応する軸受ケース１ａ、１ｂの内面部分には、各々、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが突設されており、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部が、各々、軸受パッド７ａと軸受パッド７ｂの対向する縁部間、軸受パッド７ｂと軸受パッド７ｃの対向する縁部間、軸受パッド７ｃと軸受パッド７ｄの対向する縁部間、そして軸受パッド７ｄと軸受パッド７ａの対向する縁部間の隙間に挿入された状態となっている。
【００２３】
ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ内の潤滑油の流路１４には、各々、軸受ケース１ａ、１ｂの各ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの突設位置に対応する位置に形成され、軸受ケース１ａ、１ｂの外側から内側に向けて貫通している給油孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが連通している。給油孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、図１及び図２に示すように、ティルティングパッド軸受装置１の外周面つまり軸受ケース１ａ、１ｂの外周面に、この外周面の中央部に沿って環状に形成された給油溝１６に連通している。
【００２４】
ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、図２に示すように、各々、軸受パッド７ａと軸受パッド７ｂの対向する縁部、軸受パッド７ｂと軸受パッド７ｃの対向する縁部、軸受パッド７ｃと軸受パッド７ｄの対向する縁部、そして軸受パッド７ｄと軸受パッド７ａの対向する縁部に沿って延在している。ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部には、図１及び図２に示すように、回転軸５の延在方向に沿って延在し、回転軸５に対向する先端面１７と、回転軸５の延在方向に沿って延在し、先端面１７に向かうに連れてノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの幅が漸次狭くなる対向する２つのテーパー面１９、２１とが形成されている。したがって、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、図１に示すように、回転軸の径方向の断面で見たとき、軸受パッド７ａと軸受パッド７ｂの対向する縁部間、軸受パッド７ｂと軸受パッド７ｃの対向する縁部間、軸受パッド７ｃと軸受パッド７ｄの対向する縁部間、そして軸受パッド７ｄと軸受パッド７ａの対向する縁部間に位置する先端部が先端面１７に向かうに連れて漸次細くなる形状となっている。
【００２５】
ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端面１７には、軸受パッド７ａと軸受パッド７ｂの対向する縁部、軸受パッド７ｂと軸受パッド７ｃの対向する縁部、軸受パッド７ｃと軸受パッド７ｄの対向する縁部、そして軸受パッド７ｄと軸受パッド７ａの対向する縁部に沿って延在する溝２２が形成されている。溝２２は、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの両側の側面まで形成されており、溝２２に流入した潤滑油を、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの両側の側面から回転軸５の延在方向に排出する。
【００２６】
本実施形態では、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部には、図１に示すように、各々、内部の潤滑油の流路１４からテーパー面１９にかけて、回転軸５の延在方向に沿って断続的に複数の楕円状の貫通孔２３が、内部の潤滑油の流路１４からテーパー面２１にかけて、回転軸５の延在方向に沿って断続的に複数の楕円状の貫通孔２５が形成されている。また、内部の潤滑油の流路１４から先端面１７に形成された溝２２の底面にかけて、回転軸５の延在方向に沿って連続的に延在するスリット状の貫通孔２７が形成されている。
【００２７】
すなわち、ノズル１３ｂを例とすると、ノズル１３ｂの先端部には、各々、内部の潤滑油の流路１４からテーパー面１９にかけて、軸受パッド７ｄの軸受パッド７ａ側の縁部の延在方向に沿って断続的に複数の楕円状の貫通孔２３が、内部の潤滑油の流路１４からテーパー面２１にかけて、軸受パッド７ａの軸受パッド７ｄ側の縁部の延在方向に沿って断続的に複数の楕円状の貫通孔２５が、そして内部の潤滑油の流路１４から先端面１７に形成された溝２２の底面にかけて、軸受パッド７ａ及び軸受パッド７ｄの対向する縁部の延在方向に沿って連続的に延在するスリット状の貫通孔２７が形成されている。これにより、ノズル１３ｂの先端部の外側には、図２に示すように、テーパー面１９に断続的に連なる複数の楕円状の開口２９が、テーパー面２１に断続的に連なる複数の楕円状の開口３１が、そして先端面１７に形成された溝２２の底面に連続的に延在するスリット状の開口３３が形成されている。
【００２８】
回転軸５が、図１において時計方向、つまり軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの順となる方向に回転するとき、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部のテーパー面１９に設けられた開口２９が、回転軸５の回転方向に対して最上流側に位置して回転軸５に向かう方向で、上流側に向けて斜めに潤滑油を吐出する第１の吐出口となる。そして、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部の開口２９や、この開口２９に連続する貫通孔２３が形成された部分が第１の潤滑油吐出手段となる。
【００２９】
さらに、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部のテーパー面２１に設けられた開口３１が、各々、回転軸５の回転方向に対して下流側の軸受パッド７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ａに潤滑油を供給する給油口となる。そして、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部の開口３１や、この開口３１に連続する貫通孔２５が形成された部分が給油手段となる。また、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部の溝２２の底面に設けられた開口３３が、第１の吐出口と給油口の間に位置し、回転軸５に向けて潤滑油を吐出する第２の吐出口となる。そして、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部の開口３３や、この開口３３に連続する貫通孔２７が形成された部分が第２の潤滑油吐出手段となる。
【００３０】
一方、回転軸５が、図１において反時計方向、つまり軸受パッド７ｄ、７ｃ、７ｂ、７ａの順となる方向に回転するときは、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部のテーパー面２１に設けられた開口３１が、回転軸５の回転方向に対して最上流側に位置して回転軸５に向かう方向に潤滑油を吐出する第１の吐出口となる。そして、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部の溝２２と開口３３や、この開口３３に連続する貫通孔２７が形成された部分が第２の潤滑油吐出手段となる。また、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部のテーパー面１９の開口２９が、各々、回転軸５の回転方向に対して下流側の軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに潤滑油を供給する給油口となる。そして、ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの先端部の開口２９や、この開口２９に連続する貫通孔２３が形成された部分が給油手段となる。
【００３１】
また、本実施形態では、図２に示すように、軸受ケース１ａ、１ｂの回転軸５が挿通される両端面部に、回転軸５の径よりも大きな径の穴が形成された円盤状のシール部材３５が、各々、設けられている。これにより、潤滑油が軸受ケース１ａ、１ｂ内に保持されると共に、余分な潤滑油は、シール部材２９と回転軸５の外周面との隙間から軸受ケース１ａ、１ｂ外に排出される。シール部材３５は、軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの下流側となる縁部より、油膜圧力により潤滑油が高速で噴出するため、この噴出した潤滑油つまり排油がティルティングパッド軸受装置１の外部に漏洩することを防止するためのものである。このため、シール部材３５以外に、排油の外部への漏洩を防止する構成となっている場合には、シール部材３５は設ける必要がない。
【００３２】
なお、潤滑油は、図示していない給油装置より、まず、ティルティングパッド装置１の給油溝１７に供給された後、給油孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを介してノズル１３a、１３ｂ、１３c、１３ｄに供給され、ノズル１３a、１３ｂ、１３c、１３ｄの開口２９、３３、３１から吐出される。
【００３３】
このような構成のティルティングパッド軸受装置１の動作と本発明の特徴部について説明する。ノズル１３ｃを例とし、回転軸５が時計回りに回転する場合について説明すると、図３に示すように、回転軸５の回転方向に対して上流側の軸受パッド７ｃより排出される加熱された潤滑油、つまり加熱された排油は、ノズル１３ｃの流路１４から貫通孔２３を介してテーパー面１９に形成された最上流側の開口２９から吐出する潤滑油により、上流側の軸受パッド７ｃの下流側の軸受パッド７ｄに対向する縁部において上流側の軸受パッド７ｃの摺動面から背面側へ流れて排除される。したがって、上流側の軸受パッド７ｃで加熱された排油の下流側の軸受パッド７ｄに向かう流れが抑制される。
【００３４】
しかし、回転軸５の外周面に接する排油は、回転軸５の外周面に引っ張られて下流側の軸受パッド７ｄに向けて流れるため、下流側の軸受パッド７ｄに向かう流れを完全には除去できず、下流側の軸受パッド７ｄの温度が上流の軸受パッド７ｃからの排油の熱で上昇してしまう場合がある。そこで、ノズル１３ｃの流路１４から貫通孔２７を介して先端面１７の溝２２の底面に形成された、開口２９よりも上流側に位置する開口３３から回転軸５に向けて吐出する潤滑油の噴流により、回転軸５の外周面に引っ張られ下流側の軸受パッド７ｄに向けて流れる排油を除去する。開口３３から吐出する潤滑油により除去された排油は、ノズル１３ｃ先端面１７に設けられた溝２２を通り、ティルティングパッド軸受装置１の両端部側に排出される。さらに、ノズル１３ｃの流路１４から貫通孔２５を介してテーパー面２１に形成された、最下流側に位置する開口３１から吐出する潤滑油が、下流側の軸受パッド７ｄと回転軸５の外周面との隙間に供給され、潤滑と共に下流側の軸受パッド７ｄを冷却する。
【００３５】
これにより、下流側の軸受パッド７ｄには、上流側の軸受パッド７ｃからの排油が流入し難く、ノズル１３ｃの流路１４から貫通孔２５を介してテーパー面２１に形成された開口３１から加熱されていない潤滑油が供給されるので、下流側の軸受パッド７ｄの温度が上昇し難い。また、ノズル１３ｃの開口３３から回転軸５に向けて吐出する加熱されていない潤滑油の噴流により、回転軸５も冷却される。
【００３６】
ここで、従来のティルティングパッド軸受装置の一例を示すと、図４に示すように、軸受ケース１ａ、１ｂの軸受パッド７a、７ｂ、７c、７ｄ間に対応する位置に設けられ、軸受ケース１ａ、１ｂの給油溝１７から内側に貫通する給油孔３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄより潤滑油を直接軸受ケース１ａ、１ｂ内に供給するものがある。本例では軸受ケース１ａ、１ｂに設けた給油孔３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄより給油する構造であるが、給油孔３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄに連通する図示していない給油パイプを設け、給油パイプの開口を軸受パッド７a、７ｂ、７c、７ｄの回転軸５の回転方向に対して上流側の摺動面近傍に設けて軸受パッド７a、７ｂ、７c、７ｄに潤滑油を供給する構成もある。
【００３７】
このような従来のティルティングパッド軸受装置では、上流側の軸受パッドより排出される加熱された高温の潤滑油が排除されず、下流側の軸受パッドへ流入するため、下流側の軸受パッドには、給油孔より供給される加熱されていない新たな潤滑油と上流側パッドよりの加熱された排油とが混合された潤滑油が供給されることになり、下流側の軸受パッドの入口での潤滑油温度が高くなってしまい軸受メタル温度の上昇、つまり軸受パッドの温度上昇を招き、焼き付きを起こし易い。
【００３８】
これに対して、本実施形態のティルティングパッド軸受装置１では、回転軸５が時計回りに回転するときのノズル１３ｃを例とすると、第１の潤滑油吐出手段の第１の吐出口となる開口２９から吐出する潤滑油により、上流側の軸受パッド７ｃの下流側の軸受パッド７ｄに対向する縁部において上流側の軸受パッド７ｃの摺動面から背面側へ流れて排除される。このため、上流側の軸受パッド７ｃで加熱された排油の下流側の軸受パッド７ｄに向かう流れが抑制される。そして、ノズル１３ｃの給油手段の給油口となる開口３１から、潤滑油が下流側の軸受パッド７ｄと回転軸５の外周面との隙間に供給され、潤滑と共に下流側の軸受パッド７ｄを冷却する。したがって、上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された排油による下流側の軸受パッドの温度上昇が抑制され、かつ下流側の軸受パッドが冷却されるため、軸受パッドの焼き付きが生じ難くなり、耐荷重性を向上できる。
【００３９】
さらに、第１の吐出口となる開口２９と給油口となる開口３１との間に位置し、ノズル１３ｃに設けられた第２の潤滑油吐出手段の第２の吐出口となる開口３３から回転軸５に向けて吐出する潤滑油の噴流により、第１の吐出口から吐出した潤滑油で抑制できなかった上流側の軸受パッド７ｃからの下流側の軸受パッド７ｄに向けて流れる排油の流れを抑制することができる。したがって、上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された排油による下流側の軸受パッドの温度上昇をより確実に抑制でき、耐荷重性をより向上できる。加えて、開口３３から回転軸５に向けて吐出する潤滑油により、回転軸５を冷却することによっても、焼き付きが起こるのを抑制することができる。
【００４０】
さらに、ノズル１３ｃの先端面１７には、隣り合う軸受パッド７ｃ、７ｄの対向する縁部に沿う方向に延在する溝２２が形成されている。このため、開口３３から回転軸５に向けて吐出する潤滑油によって排除された上流側の軸受パッド７ｃからの加熱された排油が溝２２内に流れ込み、排油が溝２２内を通流して排出される。したがって、加熱された排油が排除され易くなり、上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された排油が下流側の軸受パッド側に流れるのをより確実に抑制することができる。すなわち、上流側の軸受パッドから排出されてくる加熱された排油による下流側の軸受パッドの温度上昇を一層確実に抑制でき、耐荷重性を一層向上できる。
【００４１】
加えて、本実施形態では、ノズル１３ｃの先端部の貫通孔２３と開口２９、そして貫通孔２５と開口３１が、同一の形状で、隣り合う軸受パッド７ｃ、７ｄ間の中心を通って回転軸５の中心に向かう線に対して対称に形成されている。このため、回転軸５の回転方向に応じて、ノズル１３ｃの先端部の貫通孔２３と開口２９、そして貫通孔２５と開口３１が、第１の潤滑油吐出手段にも、給油手段にもなるため、可逆回転する回転軸を有する回転機械に適用できる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、各ノズル１３a、１３ｂ、１３c、１３ｄが、第１の潤滑油吐出手段、第２の潤滑油吐出手段、そして給油手段の役割を果たすため、軸受装置の構成を簡素化できる。ただし、構成は複雑になるが、第１の潤滑油吐出手段、第２の潤滑油吐出手段、そして給油手段に対して、各々専用のノズルを設けた構成にすることもできる。このとき、第１の潤滑油吐出手段、第２の潤滑油吐出手段、そして給油手段となる各ノズルからの潤滑油の吐出速度は、変えることができる。例えば、給油手段となるノズルは、潤滑油の供給ができればよいため、第１の潤滑油吐出手段、第２の潤滑油吐出手段に比べて潤滑油の吐出速度を遅くできる。
【００４３】
さらに、給油孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの径の設定により、各軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに独立して給油量を調整でき、各軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの幅方向に最適な給油量配分にすることで、各軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの上流側での入口油温の分布を最適な状態とし、軸受パッドの最高温度を低くすることができる。加えて、各軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに供給された潤滑油は、各ノズル１３a、１３ｂ、１３c、１３ｄで摺動面に供給されるので、軸受パッドの温度を効果的に低下させることができ、余剰な潤滑油の供給を低減し、給油量を低減することができる。
【００４４】
さらに、各ノズル１３a、１３ｂ、１３c、１３ｄから吐出された潤滑油の各軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと回転軸５の外周面との間への引き込み作用が有効に作用するようになり、摺動面への潤滑油の流入がし易くなる。加えて、摺動面への潤滑油の流入がし易くなることにより、摺動面の潤滑油不足が起こり難い。加えて、各軸受パッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに、どのような条件においても、加熱された排油の流入が抑制され、冷却された潤滑油が供給されることにより、比較的高荷重や高速回転といった軸受パッドの温度が上昇し易い条件においても軸受の焼損を抑制できる。
【００４５】
また、本実施形態では、第２の潤滑油吐出手段となる貫通孔２７、開口３３、溝２２などを有する構成を示した。しかし、第１の潤滑油吐出口部から吐出される潤滑油で、上流側の軸受パッドからの加熱された排油の下流側の軸受パッドへの流れを抑制することで、下流側の軸受けパッドの温度上昇を抑制できれば、第２の潤滑油吐出手段となる貫通孔２７、開口３３、溝２２などを有していない構成にすることもできる。さらに、第２の潤滑油吐出手段を有している場合に、上流側の軸受パッドからの加熱された排油の排出を溝２２がなくても行える場合には、溝２２を設けていない構成にすることもできる。
【００４６】
また、本実施形態では、テーパー面１９に断続的に連なる複数の楕円状の開口２９が、テーパー面２１に断続的に連なる複数の楕円状の開口３１が、そして先端面１７に形成された溝２２の底面に連続的に延在するスリット状の開口３３が形成されている。しかし、各開口は、必要とされる潤滑油の吐出速度が得られればよく、その形状は適宜選択できる。例えば、図５に示すように、テーパー面１９、２１には、各々、隣り合う軸受パッド７ｃ、７ｄの対向する縁部に沿って連続的に延在するスリット状の開口３９、４１を、そして先端面１７に形成された溝２２の底面には、断続的に連なる複数の楕円状の開口４３が形成された構成にすることもできる。加えて、楕円に限らず、円形や方形の開口を断続的に形成することもできる。
【００４７】
断続的な開口と連続的なスリット状の開口との違いは、例えば円形の断続的な開口では狭い領域から比較的高流速で潤滑油が吐出するのに対し、連続するスリット状の開口では断続的な開口に比べれば遅い流速となる。一方、流量はスリット状の開口の方が多くなる。したがって、吐出する潤滑油が、上流側の軸受パッドからの排油の排除を主な目的とする場合には連続するスリット状の開口とすることが好ましく、回転軸５に付着した排油の除去を主目的とする場合には断続的な開口とすることが好ましい。いずれの開口においても、上流側の軸受パッドより排出される排油の除去は達成できる。
【００４８】
また、本実施形態では、４つの軸受パッドを有する構成を示したが、軸受パッドの数は４つ以外の数でも適宜選択できる。
【００４９】
また、本発明は、本実施形態の構成のティルティングパッド軸受装置に限らず、様々な構成のティルティングパッド軸受装置に適用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、ティルティングパッド軸受装置の耐荷重性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるティルティングパッド軸受装置の一実施形態の概略構成を示す回転軸の径方向での断面図である。
【図２】図１のII−II線から見た回転軸の延在方向での断面図である。
【図３】本発明を適用してなるティルティングパッド軸受装置の一実施形態の動作をノズルが設けられた部分を拡大して示す回転軸の径方向での断面図である。
【図４】従来のティルティングパッド軸受装置の一例の概略構成を示す回転軸の径方向での断面図である。
【図５】本発明を適用してなるティルティングパッド軸受装置の別の実施形態の概略構成をノズルが設けられた部分を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ティルティングパッド軸受
５  回転軸
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  軸受パッド
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ  ノズル
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  給油孔
１７  先端面
１９、２１  テーパー面
２２  溝
２３、２５、２７  貫通孔
２９、３１、３３  開口
【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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