(57)【要約】【課題】回転軸の振動を抑制することである。【解決手段】回転軸と、複数の軸受パッドと、複数の軸受パッドを支える軸受ハウジングと、回転軸と複数の軸受パッドとの間に潤滑剤膜を形成し、潤滑剤膜によって回転軸を支持するティルティングパッドジャーナル軸受装置において、回転軸と軸受パッドの隙間に潤滑剤を供給する供給部が設けられており、軸受パッドのうち支持する回転軸の荷重が最も大きい軸受パッドである最荷重軸受パッドに対して、回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する軸受パッドへの潤滑剤供給量が、他の軸受パッドへの給油量に対して多いことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。【選択図】図１
2017141882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、複数の軸受パッドと、前記複数の軸受パッドを支える軸受ハウジングと、前記回転軸と前記複数の軸受パッドとの間に潤滑剤膜を形成し、前記潤滑剤膜によって前記回転軸を支持するティルティングパッドジャーナル軸受装置において、
前記回転軸と前記軸受パッドの隙間に潤滑剤を供給する供給部が設けられており、前記軸受パッドのうち支持する回転軸の荷重が最も大きい軸受パッドである最荷重軸受パッドに対して、前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する軸受パッドへの潤滑剤供給量が、他の軸受パッドへの給油量に対して多いことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置において、
前記供給部が供給ノズルであって、前記供給ノズルには供給孔が設けてあり、前記供給孔のうち、前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための供給孔の穴の総断面積が、それ以外の前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための供給孔の穴の総断面積よりも大きいことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。
【請求項３】
請求項１に記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置において、
前記供給部が供給ノズルであって、前記供給ノズルには供給孔が設けてあり、前記供給孔のうち、前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための供給孔の穴の断面積が、それ以外の前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための供給孔の穴の断面積よりも大きいことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。
【請求項４】
請求項1に記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置において、
前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に位置する軸受パッドに潤滑剤を供給するための前記供給孔の数が、それ以外の前記軸受パッドに潤滑剤を供給するための前記供給孔の数よりも多いことを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。
【請求項５】
請求項４に記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置において、
前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に位置する軸受パッドに潤滑剤を供給するために設けた複数の前記供給孔が、前記軸受パッドの軸受幅方向に分布していることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置において、
前記最荷重軸受パッドに対して潤滑剤を供給する供給孔は、前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置し、
前記最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する軸受パッドに対して潤滑剤を供給する供給孔は、前記軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に隣接して位置することを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のティルティングパッドジャーナル軸受装置を有する電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を支承するティルティングパッドジャーナル軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速で運転される回転機械においては、ティルティングパッドジャーナル軸受装置が使用される。図7は、従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す含軸断面図である。ティルティングパッドジャーナル軸受装置は、回転軸１の外周に、円周方向に配置された複数個の軸受パッド２（２a〜２e）と、軸受パッドの各背面に固定されたピボット３と、ピボット３を介して軸受パッド２を支える軸受ハウジング４と、各軸受パッド２へ潤滑油を供給するための給油装置から構成されている。油槽５から供給された潤滑油は、主給油管６を通り、軸受ハウジング４の外周側に設けた周方向溝７へと流れる。周方向溝７を流れる潤滑油は、給油配管８により、各軸受パッド２へと分配される。分配された潤滑油は、各給油ノズル９（給油溝）へと流れ、給油ノズル９に設けた給油孔１０から、回転軸１と各軸受パッド２との隙間１１に直接吐出されることで図８に示した油膜１２を形成し、その油膜１２の圧力により回転軸１を支持する。この図７は回転軸１の荷重を、主に１枚の軸受パッド２で支持する形式（Load on Pad：LOP）の例が示しているが、回転軸１の荷重を、主に２枚の軸受パッド２で支持する形式（Load between Pad：LBP)のものもある。
【０００３】
潤滑油の供給方法は、大きく２つに分けることができる。一つは、軸受ハウジング内を潤滑油で満たし、軸受しゅう動面を潤滑油に浸す油浴方式である。もう一つは、図７で示す、回転軸１と軸受パッド２との隙間１１に直接潤滑油を供給する直接潤滑方式である。
【０００４】
直接潤滑方式においては、軸受ハウジング４内に潤滑油が満たされないため、潤滑油の撹拌損失は小さくなる。また、各軸受パッド２の周方向前方から冷却された潤滑油を直接供給できるため、軸受パッド２の温度を比較的下げることができるなどの利点がある。
【０００５】
近年、直接潤滑式のティルティングパッドジャーナル軸受装置は、さらなる損失の低下が求められており、そのため給油量の削減が行われている。給油量を減じた際においても、これまでと同等以上の軸受の特性を得るため、各軸受パッドへの給油量の配分を調整するといった例が特許文献１、２に記載されている。
【０００６】
特許文献１には、各軸受パッドを傾動支持するピボットと軸受ハウジングの間に荷重センサが取り付けてあり、また各軸受パッドへの給油量を運転中に調整できる構造が記載されている。これより、運転中の各軸受パッドにかかる荷重データを元に、各パッドに対して適量の潤滑油を与えることを可能としている。
【０００７】
特許文献２には、各軸受パッドに温度センサを取り付け、また各軸受パッドへの給油量を運転中に調整できる構造が記載されている。これより、運転中の各軸受パッドの温度データを元に、各パッドに対して適量の潤滑油を与えることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１４７４５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで給油量を減じていくと、各軸受パッドに分配された油量では、回転軸と各軸受パッドの隙間を満たすことのできないスターブ領域が形成される。スターブ領域は、形成と崩壊を繰り返すような不安定な状態であり、油膜圧力に変動が生じる。その変動が大きい場合、回転軸を振動させるおそれがある。
【００１０】
スターブ領域１３の発生に関して図７および図８を用いて説明する。図８は、従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置において、スターブ領域が形成した時の油膜状態を示した含軸断面拡大図である。各軸受パッド２に入る油量は、軸受パッド２の周方向前方に設けられた給油ノズル９（給油溝）から供給される油量Qsupと、その軸受パッド２に対して回転方向上流側に位置する軸受パッド２’からの排出油量Qcarry（キャリーオーバ）の足し合わせである。この足し合わせた値が、軸受パッド２と回転軸１との隙間１１を満たすために必要な油量Qfill以下である場合、スターブ領域１３が形成する。
【００１１】
図９は、従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置における、各軸受パッドへの分配給油量とキャリーオーバの関係を、各軸受パッドと回転軸との隙間を満たすために必要な油量とを比較した図である。Qsup+Qcarry＜Qfillとなる軸受パッド２は、回転軸１に対して鉛直方向上側に位置する軸受パッド２d、２e及び、回転軸の荷重を最も支持する軸受パッド２ｂに対して回転方向後流側に位置する軸受パッド２ｃである。軸受パッド２ｄ、２eは、回転軸1が軸荷重方向に偏心するため隙間が大きく、その結果Qfillが大きいため、スターブが生じやすくなる。一方、軸受パッド２ｃは、回転方向前流側に位置する回転軸の荷重を最も支持する軸受パッド２ｂの隙間１１が小さいため、パッド２ｂからのQcarryが小さくなり、また回転軸の荷重も比較的かかるため油量Qfillが比較的大きくなり、スターブが生じやすくなる。以上の図7〜９は、5枚軸受パッドのLOP対象としているが、軸受パッドの個数は必ずしもその個数である必要はなく、またLBPでもその傾向は同様である。
【００１２】
次に、スターブ領域１３の形成と回転軸1の振動に関して説明する。
【００１３】
図１０は、従来の各軸受パッドに発生する油膜圧力の分布図である。回転軸1に対して、鉛直下方向に位置する軸受パッド２a、２b、２cの油膜圧力は大きい。一方、回転軸１に対して鉛直方向上側に位置する軸受パッド２d、２eの油膜圧力は小さい。そのため、軸受パッド２ｄ、２eにスターブ領域１３が発生したとしても、圧力変動の振幅自体は大きくならないため、回転軸１を振動させる可能性は低い。一方軸受パッド２ｃの油膜圧力は大きいため、軸受パッド２ｃにスターブ領域１３が形成した場合は、圧力変動振幅が大きくなり、回転軸１を振動させる可能性は高い。
【００１４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されたティルティングパッドジャーナル軸受装置の構成は、運転時の各軸受パッドにかかる荷重及び温度情報を元に、給油量を調整・制御可能であるものであり、上記のようなスターブ領域の発生を考慮して給油量を調整・制御することに関する開示はない。また、センサや調整・制御機能などを多く必要とするといった問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、回転軸の振動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、例えば、回転軸と、複数の軸受パッドと、複数の軸受パッドを支える軸受ハウジングと、回転軸と複数の軸受パッドとの間に潤滑剤膜を形成し、潤滑剤膜によって回転軸を支持するティルティングパッドジャーナル軸受装置において、回転軸と軸受パッドの隙間に潤滑剤を供給する供給部が設けられており、軸受パッドのうち支持する回転軸の荷重が最も大きい軸受パッドである最荷重軸受パッドに対して、回転軸の回転方向後流側に隣接して位置する軸受パッドへの潤滑剤供給量が、他の軸受パッドへの給油量に対して多いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、軸受全体への給油量を小さくした場合においても、油膜圧力の大きい軸受パッドにはスターブ領域が形成しないため、回転軸の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す含軸断面図である。
【図２】図１中のA-A’で切った時の周方向展開図である。
【図３】本発明の第１実施形態を用いた時の、各軸受パッドへの分配給油量とキャリーオーバの関係を、各軸受パッドと回転軸との隙間を満たすために必要な油量と比較した図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受装置の、も最も荷重を支持する軸受パッドに対して回転方向後流側に位置する軸受パッドの油膜状態を示した、含軸断面拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受装置の図１中のA-A’で切った時の周方向展開図である。
【図６（Ａ）】実施例１における給油孔１０ｃおよび軸受パッド２ｃに対して供給される油膜領域およびスターブ領域を示したものである。
【図６（Ｂ）】実施例２における給油孔１０ｃおよび軸受パッド２ｃに対して供給される油膜領域を示したものである。
【図７】従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す含軸断面図である。
【図８】従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置において、スターブ領域が形成した時の油膜状態を示した含軸断面拡大図である。
【図９】従来のティルティングパッドジャーナル軸受装置における、各軸受パッドへの分配給油量とキャリーオーバの関係を、各軸受パッドと回転軸との隙間を満たすために必要な油量とを比較した図である。
【図１０】従来の各軸受パッドに発生する油膜圧力の分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受装置について図面を参照して説明する。以下の実施例では、軸受パッドと回転軸との隙間を満たす潤滑剤として油を用いる場合を例に説明するが、潤滑剤は水等であってもよい。
【実施例１】
【００２０】
図１、図２を参照して第１実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受装置について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受装置を示す含軸断面図である。図１に示すように、本実施例のティルティングパッドジャーナル軸受装置は、回転軸１に複数の軸受パッド２（２a〜２e）が配設されている。各軸受パッド２の背面には、曲率を有するピボット３が取り付けられている。各ピボット３は、軸受ハウジング４と点、線、または面接触しており、軸受パッド２はピボット３介して軸受ハウジング４により支えられている。軸受ハウジング４には、油槽５から主給油管６を通って流れてくる潤滑油を、軸受ハウジング４の周方向に沿って流すための周方向溝７が設けられている。また、軸受ハウジング４には、周方向溝７から各軸受パッド２に対して周方向前方に位置する給油ノズル９（９a〜９ｄ）へと潤滑油を分配するための給油配管８（８a〜８ｄ）が設けられている。給油ノズル９の、回転軸１と軸受パッド２とのしゅう動面側には、給油孔１０が設けられており、給油配管８により分配された潤滑油は、給油ノズル９に設けた給油孔１０より、回転軸１と軸受パッド２とのしゅう動面に直接吐出される。
【００２２】
図２は、図１中のA-A’で切った時の、軸受装置の周方向展開図である。図２に示すように、最も荷重を支持する軸受パッド２bに対して回転方向後流側に位置する軸受パッド２ｃへ潤滑油を供給する給油ノズル９には、他の給油ノズル９に設けた給油孔１０よりも大きい給油孔１０ｃが設けられている。
【００２３】
次に、本実施例の効果に関して、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施形態を用いた時の、各軸受パッドへの分配給油量とキャリーオーバの関係を、各軸受パッドと回転軸との隙間を満たすために必要な油量と比較した図である。実線で示した分配給油量Qsupは本発明の実施例１を用いた場合、破線で示した分配給油量Qsupは従来の構成を用いた場合を示している。上述したように、給油量を低減した際、スターブ領域１３が形成されやすい軸受パッドは、回転軸１に対して鉛直方向上側に位置する軸受パッド２d、２e及び、最も荷重を支持する軸受パッド２ｂに対して回転方向後流側に位置する軸受パッド２ｃである。また、図１０に示すように軸受パッド２ｄ、２eに関しては、発生する油膜１２の圧力が小さいため、スターブが生じている状況においてその圧力に変動があったとしても、回転軸１を振動させる可能性は小さい。一方軸受パッド２ｃは、回転軸１の荷重を比較的多く支持するため油膜１２の圧力が大きく、スターブ領域１３が形成した際の圧力変動は大きくなる。そのため、回転軸１を振動させる可能性は高い。そこで本実施例では、軸受パッド２ｃへ潤滑油を供給するための給油ノズル９に設けた給油孔１０ｃの大きさを、他の給油ノズルに設けた給油孔１０よりも大きくし、主給油管６から軸受パッド２ｃへの分配油量を、他の軸受パッド２よりも、多くしている。そのため、図３に示すように、軸受パッド２c以外の軸受パッドに供給される給油量の一部が、軸受パッド２cに供給されることが可能となり、給油量を減じた場合においても、Qsup+Qcarry＞Qfillとなるため、軸受パッド２ｃにおけるスターブ領域１３の形成を抑制することが出来、回転軸１の振動の抑えることができる。
【００２４】
図４は、本発明の第１実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受装置の、最も荷重を支持する軸受パッドに対して回転方向後流側に位置する軸受パッドの油膜状態を示した、含軸断面拡大図である。本実施例では軸受パッド２ｃにおいてQsupが多くなるため、Qsup+Qcarry＞Qfillが成立するため、スターブ領域の形成を防ぐ事が出来る。
【実施例２】
【００２５】
図５を参照して第２実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受装置について説明する。
【００２６】
図５は、本発明の第２実施形態に係るティルティングパッドジャーナル軸受装置の図１中のA-A’で切った時の周方向展開図である。本実施形態が前記第１実施形態と異なるところは、給油ノズル９に設けた給油孔10ｃの数が、他の給油ノズルに設けた給油孔１０の数より多く、かつ軸方向に分布している点である。
【００２７】
実施例２の構成の効果に関して、図６を用いて説明する。
【００２８】
図６（A）は、実施例１における給油孔１０ｃおよび軸受パッド２ｃに対して供給される油膜領域およびスターブ領域を示したものである。図６（B）は、実施例２における給油孔１０ｃおよび軸受パッド２ｃに対して供給される油膜領域を示したものである。図６(A)に示す実施例１の場合は、給油孔10cの穴の径が大きく、他の軸受パッド２よりも給油量を増加させることが可能であるが、給油孔10ｃが一か所であるため、軸受パッド２cの軸受幅方向に潤滑油が広がるのに距離を有する。そのため、軸受パッド２の周方向入口部かつ、軸受パッド２の軸受幅方向の端近傍でスターブ領域13が形成する可能性がある。一方実施例２では、実施例１の給油孔の断面積を維持しつつ、かつ複数の給油孔が回転軸1の軸長手方向に分布していることから、軸受パッド２ｃの軸受幅方向に対して、均一に潤滑油を供給でき、周方向入口部かつ、回転軸幅端近傍におけるスターブ領域１３の形成を抑制することができる。
【００２９】
すなわち、最も回転軸の荷重を支持する最荷重軸受パッドに対して前記回転軸の回転方向後流側に位置する前記軸受パッドへの給油量が、他の軸受パッドへの給油量に対して多くなるように、給油すればよく、そのために最荷重軸受パッドに対して回転軸の回転方向後流側に位置する軸受パッドに潤滑油を供給するための給油孔の穴の総断面積が、それ以外の前記軸受パッドに潤滑油を供給するための給油孔の穴の総断面積よりも大きい構成であればよい。
【符号の説明】
【００３０】
１      回転軸
２      軸受パッド     
３      ピボット
４      軸受ハウジング
５      油槽
６      主給油管
７      周方向溝
８      給油配管
９      給油ノズル  
１０    給油孔
１１    隙間
１２    油膜
１３    スターブ領域
【図１】
2017141882.tif 000003
【図２】
2017141882.tif 000004
【図３】
2017141882.tif 000005
【図４】
2017141882.tif 000006
【図５】
2017141882.tif 000007
【図６（Ａ）】
2017141882.tif 000008
【図６（Ｂ）】
2017141882.tif 000009
【図７】
2017141882.tif 000010
【図８】
2017141882.tif 000011
【図９】
2017141882.tif 000012
【図１０】
2017141882.tif 000013