(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外周面との間に隙間Ｃを介して上記外周面に対向するガイド面を有し、上記回転軸の周囲に上記回転軸の周方向に互いに間隔をおいて配置されている複数のガイドセクタ、及び
上記ガイドセクタの中央で上記ガイドセクタを支持する複数のピボット支持装置
を備え、上記外周面と上記ガイド面との間に潤滑流体が介在されるガイド軸受装置であって、
上記回転軸の外半径をＲｊ、上記ガイド面の加工半径をＲｂ、上記ガイド面に予め与えられる変形の度合いを表す与圧係数ｍを
ｍ＝１−｛Ｃ／（Ｒｂ−Ｒｊ）｝
としたとき、上記与圧係数ｍが０．９６〜０．９９の範囲内に設定されており、
上記回転軸中心と上記ガイド面の加工中心との間の偏心量と上記隙間Ｃとの比で与えられ、上記ガイド面の加工中心に対する上記回転軸中心の偏心の度合いを表す偏心率εが０．７５に設定されていることを特徴とするガイド軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば揚水発電所に用いられる発電電動機等に用いられ、両方向回転の立軸回転電機の回転軸を支えるガイド軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来のガイド軸受装置の一例を示す縦断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図において、回転軸１の外周部には、円筒部１ａが設けられている。回転軸１の周囲には、円環状の油槽２が配置されている。油槽２内には、潤滑流体であるタービン油３が入れられている。円筒部１ａは、タービン油３中に挿入浸漬されている。
【０００３】
油槽２内には、複数のピボット支持装置４が設けられている。これらのピボット支持装置４は、回転軸１の周方向に互いに等間隔をおいて、円筒部１ａの周囲に放射状に配置されている。各ピボット支持装置４には、回転軸１の半径方向の荷重を支持するガイドセクタ５が搭載されている。ガイドセクタ５は、回転軸１の周方向に互いに等間隔をおいて、回転軸１の外周面に対向するように配置されている。また、円筒部１ａの外周面１ｂとガイドセクタ５のガイド面５ａとの間には、隙間Ｃが介在している。
【０００４】
次に、図４は図３の回転軸１とガイドセクタ５との関係を模式的に示す説明図である。図において、Ｒｊは回転軸１の外半径、Ｏｊは回転軸１の中心、Ｒｂはガイドセクタ５のガイド面の加工半径、Ｏｂはガイドセクタ５のガイド面の加工中心である。
【０００５】
また、図５は図４の回転軸１とガイドセクタ５との関係を展開して示す展開図であり、円筒部１ａの外周面１ｂを平面に展開して示している。円筒部１ａの外周面１ｂの曲率とガイドセクタ５のガイド面５ａの曲率との差は、外周面１ｂを平面に見立てると、ガイド面５ａがδの変形量を有していることと等価となる。
【０００６】
さらに、図６は図３の回転軸１が偏心しているときの回転軸１とガイドセクタ５との関係を示す説明図であり、回転軸１の偏心方向を角度θ＝０°方向として示している。図において、ガイドセクタ５の枚数をｎ枚としたとき、各ガイドセクタ５の位置はθｉで表される。
【０００７】
次に、動作について説明する。回転軸１の回転に伴い、タービン油３は、円筒部１ａの回転に引きずられ、円筒部１ａの外周面１ｂとガイドセクタ５のガイド面５ａとの間に流れ込む。タービン油３がガイド面５ａ上に流れ込むことにより、ガイド面５ａ上にくさび膜が形成される。これにより、回転軸１は、ガイドセクタ５と直接接触することなく、くさび膜を介してガイドされて回転される。この状態は、流体潤滑状態と呼ばれている。
【０００８】
ガイドセクタ５内に発生するくさび膜の油膜圧力ｐに関する基礎方程式、即ちレイノルズ方程式は、次式で与えられる。
【数１】
0003871950.tif 000002
但し、ｐ：油膜内の圧力、ｈ：回転軸１とガイドセクタ５との間の隙間分布、Ｕ：回転軸１の周速、μ：タービン油３の粘度、ｘ：座標系、ｚ：座標系、ｔ：時間である。
【０００９】
また、各ガイドセクタ５の負荷容量Ｗは、式（１）により得られる油膜圧力ｐをガイド面５ａの全面に渡って積分することにより得られる。
Ｗ＝∫∫ｐｄｘｄｚ  ・・・（２）
【００１０】
半径方向荷重に対するガイド軸受装置全体の負荷容量ＷＧは、各ガイドセクタ５の負荷容量Ｗの総和で求められる。
【数２】
0003871950.tif 000003
但し、ｉ：ガイドセクタ５の番号、ｎ：ガイドセクタ５の枚数、Ｗｉ：各ガイドセクタ５の負荷容量、θｉ：各ガイドセクタ５の荷重方向に対する角度である。
【００１１】
式（１）〜（３）から明らかなように、ガイド軸受装置の油膜圧力分布及び負荷容量は、回転軸１とガイドセクタ５との間の隙間分布ｈと∂ｈ／∂ｘとに影響を受ける。
【００１２】
例えば、揚水発電所に用いられる発電電動機のように、両方向回転の回転電機に用いられるガイド軸受装置では、それぞれの回転方向でガイド軸受の特性が等しくなるように、それぞれの回転方向に対して対称の形状となっている。また、ガイドセクタ５の背面を支持するピボット支持装置４も、ガイドセクタ５の中央に配置されている。このようなガイドセクタ５の支持方式は、センタサポート方式と呼ばれている。
【００１３】
センタサポート方式のガイド軸受装置の場合、ガイド面５ａにある程度の凸変形δを与えることにより、軸受性能が向上することが一般的に知られている。このため、組み立てた状態である程度の凸変形δが与えられるように、ガイドセクタ５の加工半径Ｒｊは、次式の関係が成り立つように設定されている。
組立半径隙間Ｃ＜ガイドセクタ加工半径Ｒｂ−ジャーナル径Ｒｊ・・・（４）
【００１４】
一般に、ガイドセクタ５に凸変形δを予め与えることを与圧と呼び、この与圧の度合いを表す係数として与圧係数ｍが導入されている。与圧係数ｍの取り得る範囲は、０＜ｍ＜１となり、ｍ＝０のとき凸変形は０である。
ｍ＝１−｛Ｃ／（Ｒｂ−Ｒｊ）｝  ・・・（５）
【００１５】
ガイド軸受の特性は、与圧係数ｍにより大きく影響を受けるが、従来設計では、与圧係数ｍはｍ＝０〜０．７５程度の値に設定されるのが一般的であった。これは、単なる経験に基づき設定された値であり、必ずしも最適な負荷容量ＷＧが得られるような設定にはなっていなかった。
【００１６】
運転中の回転電機には、磁気的なアンバランスによる半径方向荷重や、偏重心等による機械的なアンバランスによる半径方向荷重が作用し、大容量発電電動機においては、これらの荷重が１０００ｋＮを超えるものとなる。従って、ガイド軸受装置は、これらの荷重に対しても、回転軸１とガイドセクタ５とが接触することなく、適正な流体潤滑状態を保てるだけの負荷容量を確保しておく必要がある。そして、この点からも、与圧係数ｍの設定は、重要な設計パラメータである。
【００１７】
なお、上記のような従来のガイド軸受装置は、例えば特許第２８０３９７２号公報にも示されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来のガイド軸受装置においては、与圧係数ｍが最適な値に設定されていないため、回転電機の半径方向荷重に対して負荷容量が不足し、過大な軸振動が発生したり、場合によっては回転軸１とガイドセクタ５とが直接接触し、ガイドセクタ５のガイドメタルが焼損する原因となる。
【００１９】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、十分な負荷容量を確保し、適正な流体潤滑状態を保つことができ、信頼性を向上させることができるガイド軸受装置を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るガイド軸受装置は、回転軸の外周面との間に隙間Ｃを介して外周面に対向するガイド面を有し、回転軸の周囲に回転軸の周方向に互いに間隔をおいて配置されている複数のガイドセクタ、及びガイドセクタの中央でガイドセクタを支持する複数のピボット支持装置を備え、外周面とガイド面との間に潤滑流体が介在されるものであって、回転軸の外半径をＲｊ、ガイド面の加工半径をＲｂ、ガイド面に予め与えられる変形の度合いを表す与圧係数ｍをｍ＝１−｛Ｃ／（Ｒｂ−Ｒｊ）｝としたとき、与圧係数ｍが０．９６〜０．９９の範囲内に設定されており、回転軸中心とガイド面の加工中心との間の偏心量と隙間Ｃとの比で与えられ、ガイド面の加工中心に対する回転軸中心の偏心の度合いを表す偏心率εが０．７５に設定されているものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図１はセンタサポート方式のガイド軸受装置における与圧係数ｍと負荷容量ＷＧとの関係を示す関係図であり、横軸は与圧係数（プリロード率）ｍ、縦軸は負荷容量ＷＧ（ｋＮ）を示している。また、偏心率εが０．２５、０．５、０．７５の場合をそれぞれ示している。
【００２２】
ここで、偏心率εとは、回転軸中心の偏心の度合いを表す無次元数であり、偏心量ｅと組立半径隙間Ｃとの比で与えられる（ε＝ｅ／Ｃ）。即ち、偏心率εの取り得る範囲は、０≦ε≦１となる。そして、ε＝０のとき、回転軸中心が軸受の中心と一致していることを意味している。また、ε＝１のときは、回転軸の外周面がガイドセクタ（ガイドメタル）のガイド面と接触していることを示している。ガイド軸受装置の全体的な構成は、図２及び図３と同様である。
【００２３】
図１から、負荷容量ＷＧが最大となる与圧係数ｍは、偏心率εにより若干異なるものの、ｍ＝０．９６〜０．９９であることがわかる。特に、偏心率εが大きい場合、与圧係数ｍが０．９９を超えた領域で負荷容量ＷＧが大きく低下しているので、この領域での使用は好ましくない。
【００２４】
従って、センタサポート方式のガイド軸受装置では、与圧係数ｍを０．９６〜０．９９に設定することにより、ガイド軸受装置の持つ負荷容量を最大限に引き出すことが可能である。即ち、十分な負荷容量を確保し、適正な流体潤滑状態を保つことができ、信頼性を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のガイド軸受装置は、回転軸の外半径をＲｊ、ガイド面の加工半径をＲｂ、ガイド面に予め与えられる変形の度合いを表す与圧係数ｍをｍ＝１−｛Ｃ／（Ｒｂ−Ｒｊ）｝としたとき、与圧係数ｍが０．９６〜０．９９の範囲内に設定されているので、十分な負荷容量を確保し、適正な流体潤滑状態を保つことができ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  センタサポート方式のガイド軸受装置における与圧係数ｍと負荷容量ＷＧとの関係を示す関係図である。
【図２】  従来のガイド軸受装置の一例を示す縦断面図である。
【図３】  図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】  図３の回転軸とガイドセクタとの関係を模式的に示す説明図である。
【図５】  図４の回転軸とガイドセクタとの関係を展開して示す展開図である。
【図６】  図３の回転軸が偏心しているときの回転軸とガイドセクタとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  回転軸、１ｂ  外周面、３  タービン油（潤滑流体）、４  ピボット支持装置、５  ガイドセクタ、５ａ  ガイド面。
【図１】
0003871950.tif 000004
【図２】
0003871950.tif 000005
【図３】
0003871950.tif 000006
【図４】
0003871950.tif 000007
【図５】
0003871950.tif 000008
【図６】
0003871950.tif 000009