(57)【要約】      （修正有）【課題】回転軸からの荷重方向に応じて回転軸を適切に支持しながら軸受損失を低減可能な軸受装置を提供する。【解決手段】回転機械の回転軸２を支持するための軸受装置１０は、筒形状の空間を存して回転軸２を囲むキャリアリング４と、回転軸の周方向に沿って空間に配列され、回転軸２に対向する対向面をそれぞれ有する複数の軸受パッド９と、を備え、回転軸２と軸受パッド９の対向面との間に潤滑油が供給されるように構成され、複数の軸受パッドは、回転機械の運転時における回転軸の荷重方向である運転時荷重方向に位置する少なくとも一つの負荷側パッド１２と、回転機械の停止時における回転軸の荷重方向である静止荷重方向に位置し且つ運転時荷重方向とは異なる方向に位置する少なくとも一つの反負荷側パッド１４と、を含み、反負荷側パッド１４の対向面１５の面積は、負荷側パッド１２の対向面１３の面積よりも小さい。【選択図】図１
2017096301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の回転軸を支持するための軸受装置において、
筒形状の空間を存して前記回転軸を囲むキャリアリングと、
前記回転軸の周方向に沿って前記空間に配列され、前記回転軸に対向する対向面をそれぞれ有する複数の軸受パッドと、を備え、
前記回転軸と前記軸受パッドの対向面との間に潤滑油が供給されるように構成され、
前記複数の軸受パッドは、
前記回転機械の運転時における前記回転軸の荷重方向である運転時荷重方向に位置する少なくとも一つの負荷側パッドと、
前記回転機械の停止時における前記回転軸の荷重方向である静止荷重方向に位置し且つ前記運転時荷重方向とは異なる方向に位置する少なくとも一つの反負荷側パッドと、を含み、
前記反負荷側パッドの前記対向面の面積は、前記負荷側パッドの前記対向面の面積よりも小さい
ことを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記キャリアリングと前記回転軸との間の空間に潤滑油が満たされるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記回転軸に直交する面において、前記運転時荷重方向と前記静止荷重方向との間の角度は９０度以上であることを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記反負荷側パッドの前記回転軸の周方向における張角は、前記負荷側パッドの前記回転軸の周方向における張角に比べて５０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記反負荷側パッドの前記回転軸の方向における幅は、前記負荷側パッドの前記回転軸の方向における幅に比べて５０％以下であることを特徴とする請求項４に記載の軸受装置。
【請求項６】
前記反負荷側パッドの前記対向面は、ＰＥＥＫ樹脂を含む材料により構成されたことを特徴とする請求項５に記載の軸受装置。
【請求項７】
前記潤滑油を前記回転軸に向かって噴出するためのノズルをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の軸受装置。
【請求項８】
前記複数の軸受パッドの各々は、各軸受パッド毎に設けられた支持部を支点として傾動可能であり、
前記負荷側パッドの前記支持部は、前記回転軸の周方向にて前記負荷側パッドの中心から前記回転軸の回転方向の後方側に離れて位置し、
前記反負荷側パッドの前記支持部は、前記回転軸の周方向にて前記反負荷側パッドの中心に位置する
ことを特徴とする請求項７に記載の軸受装置。
【請求項９】
少なくとも１つの回転軸と、
前記少なくとも１つの回転軸に取り付けられた少なくとも１つのインペラと、
前記少なくとも１つの回転軸に取り付けられた少なくとも１つの従動歯車と、
前記少なくとも１つの従動歯車を回転駆動可能な駆動歯車と、
前記少なくとも１つの回転軸を支持するための請求項１に記載の軸受装置と、
を備えることを特徴とする回転機械。
【請求項１０】
ハウジングと、
前記ハウジング内を延び、前記ハウジングとの間に蒸気流路を規定する回転軸と、
前記蒸気流路に配置され、前記ハウジングに取り付けられた複数の静翼と、
前記蒸気流路に配置され、前記回転軸に取り付けられた複数の動翼と、
前記回転軸を支持するための請求項１に記載の軸受装置と、
を備え、
前記蒸気流路の入口が前記回転軸の周方向にて複数に分割されている
ことを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は軸受装置及び回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、タービン、発電機、電動機等の回転機械の回転軸を支持する軸受として、軸受パッドを用いたパッド型の軸受装置が使用されることがある。
例えば、特許文献１には、キャリアリングの内部において周方向に沿って配置される複数のパッドを備えたジャーナル軸受装置が開示されている。このようなパッド型のジャーナル軸受装置では、回転機械の回転軸と複数のパッドの各々との間において、潤滑油が巻き込まれてくさび膜効果で油膜圧力が発生して、複数のパッドによって回転軸の荷重を分担して支持するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５６７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなパッド型軸受においては、安定して回転軸を支持するために、各パッドと回転軸との間に潤滑油が供給されるが、潤滑油のせん断抵抗等に起因して軸受損失が発生する。軸受損失が大きいほど回転機械の効率が低下したり、軸受に対する潤滑油の供給量が増大したりするため、軸受損失を低減させることが望まれる。
一方、本発明者らの知見によれば、回転機械の回転数が大きくなるのに従って、軸受が負担する回転軸の荷重の方向が、その大きさとともに変化することがある。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、回転機械の運転中において回転軸からの荷重方向に応じて回転軸を適切に支持しながら、軸受損失を低減可能な軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る軸受装置は、回転機械の回転軸を支持するための軸受装置であって、
筒形状の空間を存して前記回転軸を囲むキャリアリングと、
前記回転軸の周方向に沿って前記空間に配列され、前記回転軸に対向する対向面をそれぞれ有する複数の軸受パッドと、を備え、
前記回転軸と前記軸受パッドの対向面との間に潤滑油が供給されるように構成され、
前記複数の軸受パッドは、
前記回転機械の運転時における前記回転軸の荷重方向である運転時荷重方向に位置する少なくとも一つの負荷側パッドと、
前記回転機械の停止時における前記回転軸の荷重方向である静止荷重方向に位置し且つ前記運転時荷重方向とは異なる方向に位置する少なくとも一つの反負荷側パッドと、を含み、
前記反負荷側パッドの前記対向面の面積は、前記負荷側パッドの前記対向面の面積よりも小さい。
【０００７】
上記（１）の構成では、回転機械の運転時における回転軸の荷重方向（運転時荷重方向）に位置する負荷側パッドの対向面の面積を比較的大きくしたので、回転機械の運転時において回転軸の荷重を適切に支持することができる。また、上記（１）の構成では、回転機械の停止時における回転軸の荷重方向（静止荷重方向）に位置し、かつ運転時荷重方向とは異なる方向に位置する反負荷側パッドの対向面の面積を比較的小さくしたので、回転機械の運転時に、軸受装置の荷重負担能力を低下させることなく、反負荷側パッドと回転軸との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができる。よって、上記（１）の構成によれば、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記キャリアリングと前記回転軸との間の空間に潤滑油が満たされるように構成される。
上記（２）のように、キャリアリングと回転軸との間の空間に潤滑油が満たされることにより、回転軸と全ての軸受パッドとの間に潤滑油を確実に供給することができる。このため、回転軸の荷重方向が変化しても、回転軸を適切に支持することができる。
一方、上記（２）のように、キャリアリングと回転軸との間の空間に潤滑油が満たされることにより回転軸と軸受パッドの対向面との間が潤滑される構成を有する軸受装置では、該空間内にて潤滑油が撹拌される状態となるため、潤滑油の撹拌抵抗が生じやすい。この点、上記（１）の構成によれば、上記（２）のように潤滑油の撹拌抵抗が生じやすい構成であっても、反負荷側パッドと回転軸との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができる。このため、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【０００９】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記回転軸に直交する面において、前記運転時荷重方向と前記静止荷重方向との間の角度は９０度以上である。
回転機械の中には、運転時荷重方向と正荷重方向との間の角度が９０度以上であるものが存在する。上記（３）の構成によれば、運転時荷重方向と静止荷重方向との間の角度が９０度以上である回転機械において、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００１０】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れかの構成において、前記反負荷側パッドの前記回転軸の周方向における張角は、前記負荷側パッドの前記回転軸の周方向における張角に比べて５０％以下である。
上記（４）の構成では、反負荷側パッドの回転軸の周方向における張角を負荷側パッドの回転軸の周方向における張角に比べて５０％以下とすることで、反負荷側パッドの対向面の面積を負荷側パッドの対向面の面積よりも小さくした。よって、反負荷側パッドと回転軸との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができ、これにより、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００１１】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れかの構成において、前記反負荷側パッドの前記回転軸の方向における幅は、前記負荷側パッドの前記回転軸の方向における幅に比べて５０％以下である。
上記（５）の構成では、反負荷側パッドの回転軸方向における幅を負荷側パッドの回転軸方向における幅に比べて５０％以下とすることで、反負荷側パッドの対向面の面積を負荷側パッドの対向面の面積よりも小さくした。よって、反負荷側パッドと回転軸との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができ、これにより、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００１２】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れかの構成において、前記反負荷側パッドの前記対向面は、ＰＥＥＫ樹脂を含む材料により構成される。
上記（６）の構成によれば、反負荷側パッドの対向面を、耐熱性及び摺動性に優れるＰＥＥＫ樹脂を含む材料により構成したので、反負荷側パッドをより小型化することができる。これにより、反負荷側パッドと回転軸との間で生じる潤滑油のせん断抵抗をより低減することができ、これにより、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失をより低減することができる。
【００１３】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れかの構成において、前記軸受装置は、前記潤滑油を前記回転軸に向かって噴出するためのノズルをさらに備える。
上記（７）の構成によれば、比較的低温の潤滑油を回転軸に向かって噴出させるので、回転軸及び軸受パッドの温度上昇を抑制することができるため、反負荷側パッドをより小型化することができる。これにより、反負荷側パッドと回転軸との間で生じる潤滑油のせん断抵抗をより低減することができ、これにより、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失をより低減することができる。
【００１４】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記複数の軸受パッドの各々は、各軸受パッド毎に設けられた支持部を支点として傾動可能であり、
前記負荷側パッドの前記支持部は、前記回転軸の周方向にて前記負荷側パッドの中心から前記回転軸の回転方向の後方側に離れて位置し、
前記反負荷側パッドの前記支持部は、前記回転軸の周方向にて前記反負荷側パッドの中心に位置する。
上記（８）の構成では、負荷側パッドの支持部を、回転軸の周方向における負荷側パッドの中心から回転軸の回転方向の後方側に離れて位置させた（すなわちオフセットさせた）ので、負荷側パッドの負荷能力を向上させることができる。一方、上記（８）の構成では、静止荷重方向に位置する反負荷側パッドの支持部を、回転軸の周方向における反負荷側パッドの中心に位置させた（すなわちオフセットさせない）ので、回転軸が逆回転するような運転条件のときに、回転軸の荷重を主に負担する反負荷側パッドの損傷を防止することができる。したがって、上記（８）の構成によれば、回転軸が逆回転する際の反負荷側パッドの損傷を防止しながら、回転機械運転時において軸受装置の負荷能力を向上させながら軸受損失を低減することができる。
【００１５】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、
少なくとも１つの回転軸と、
前記少なくとも１つの回転軸に取り付けられた少なくとも１つのインペラと、
前記少なくとも１つの回転軸に取り付けられた少なくとも１つの従動歯車と、
前記少なくとも１つの従動歯車を回転駆動可能な駆動歯車と、
前記少なくとも１つの回転軸を支持するための上記（１）〜（８）の何れかに記載の軸受装置と、
を備える。
【００１６】
上記（９）の構成では、回転機械の運転時における回転軸の荷重方向（運転時荷重方向）に位置する負荷側パッドの対向面の面積を比較的大きくしたので、回転機械の運転時において回転軸の荷重を適切に支持することができる。また、上記（９）の構成では、回転機械の停止時における回転軸の荷重方向（静止荷重方向）に位置し、かつ運転時荷重方向とは異なる方向に位置する反負荷側パッドの対向面の面積を比較的小さくしたので、回転機械の運転時に、軸受装置の荷重負担能力を低下させることなく、反負荷側パッドと回転軸との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができる。よって、上記（９）の構成によれば、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００１７】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、
ハウジングと、
前記ハウジング内を延び、前記ハウジングとの間に蒸気流路を規定する回転軸と、
前記蒸気流路に配置され、前記ハウジングに取り付けられた複数の静翼と、
前記蒸気流路に配置され、前記回転軸に取り付けられた複数の動翼と、
前記回転軸を支持するための上記（１）〜（８）の何れかに記載の軸受装置と、
を備え、
前記蒸気流路の入口が前記回転軸の周方向にて複数に分割されている。
【００１８】
上記（１０）の構成では、回転機械の運転時における回転軸の荷重方向（運転時荷重方向）に位置する負荷側パッドの対向面の面積を比較的大きくしたので、回転機械の運転時において回転軸の荷重を適切に支持することができる。また、上記（１０）の構成では、回転機械の停止時における回転軸の荷重方向（静止荷重方向）に位置し、かつ運転時荷重方向とは異なる方向に位置する反負荷側パッドの対向面の面積を比較的小さくしたので、回転機械の運転時に、軸受装置の荷重負担能力を低下させることなく、反負荷側パッドと回転軸との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができる。よって、上記（１０）の構成によれば、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転機械の運転中において回転軸からの荷重方向に応じて回転軸を適切に支持しながら、軸受損失を低減可能な軸受装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸受装置の軸方向に沿ってみた断面図である。
【図２】図１に示す軸受装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】一実施形態に係る軸受装置の軸方向に沿ってみた断面図である。
【図４】一実施形態に係る回転機械の概略的な構成を示す部分分解図である。
【図５】一実施形態に係る回転機械における回転軸の荷重方向を説明するための図である。
【図６】一実施形態に係る回転機械の概略的な構成を示す断面図である。
【図７Ａ】一実施形態に係る回転機械における回転軸の荷重方向を説明するための図である。
【図７Ｂ】一実施形態に係る回転機械における回転軸の荷重方向を説明するための図である。
【図８】運転時荷重方向及び静止荷重方向を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
まず、図１〜図３を参照して、幾つかの実施形態に係る軸受装置１０の構成について説明する。
図１及び図３は、それぞれ、一実施形態に係る軸受装置１０の軸方向に沿ってみた横断面図である。図２は、図１に示す軸受装置１０のＡ−Ａ断面図である。なお、図２は軸方向に直交する方向に沿ってみた縦断面図である。また、本明細書において軸方向とは、軸受装置１０に支持される回転軸２の中心軸Ｏの方向であり、径方向とは、回転軸２の半径方向である。
【００２３】
なお、幾つかの実施形態に係る軸受装置１０が適用される回転機械１の例として、例えば、圧縮機や、ガスタービン、蒸気タービン等のタービンが挙げられる。回転機械１は、回転駆動される回転軸２と、回転軸２を支持するための軸受装置１０と、を備える。
【００２４】
図１〜図３に示すように、軸受装置１０は、筒形状の空間３を存して回転軸２を囲むキャリアリング４と、回転軸２の周方向に沿って該空間３に配列された複数の軸受パッド９と、を備える。
【００２５】
キャリアリング４は円筒形状を有し、該円筒形状の内周面と、回転軸２の外周面との間に筒形状の空間３を形成するように設けられる。
キャリアリング４は、図１〜図３に示すように一体構造を有していてもよい。あるいは、キャリアリング４は、分割された構造を有していてもよく、例えば、上下に分割された上半部キャリアリングと下半部キャリアリングにより一つのキャリアリング４が構成されていてもよい。
【００２６】
キャリアリング４は、軸受ハウジング（不図示）に対して、固定手段によって周方向位置及び軸方向位置が固定されている。
キャリアリング４の軸方向の両端側には、サイドプレート４１，４２が配置されている。サイドプレート４１，４２は、円環形状に形成されており、中央に回転軸２が貫通する孔４１ａ，４２ａが形成されている。これらのサイドプレート４１，４２によって、キャリアリング４の内側の潤滑油が外部へ漏出するのを抑制するようになっている。
【００２７】
軸受装置１０において、軸受パッド９の各々は、各軸受パッド９毎に設けられた支持部を支点として傾動可能である。すなわち、軸受装置１０は、傾動可能な軸受パッド９を備えたティルティングパッド式の軸受装置である。
図１〜図３に示す軸受装置１０では、軸受パッド９には支持部としてピボット１６が設けられている。ピボット１６は、軸受パッド９とキャリアリング４との間に配置され、軸受パッド９は、該ピボット１６を支点として、キャリアリング４によって傾動可能に支持される。
【００２８】
幾つかの実施形態では、軸受パッド９の支持部は、軸受パッド９又はキャリアリング４に一体的に形成されてもよい。
例えば、幾つかの実施形態では、軸受パッド９の外周面１７のうち、回転軸２の周方向における一部（典型的には軸受パッド９のうち回転軸２の周方向における中央部）において他の部分に比べて曲率を大きくすることによって、該一部に支持部を形成してもよい。
あるいは、幾つかの実施形態では、キャリアリング４の内周面５のうち、回転軸２の周方向における一部（典型的には、軸受パッド９のうち回転軸２の周方向における中央部に対向する部分）において他の部分に比べて曲率を小さくすることによって、該一部に支持部を形成してもよい。
【００２９】
軸受パッド９は、回転軸２に対向する対向面１１をそれぞれ有する。軸受パッド９の対向面１１と回転軸２との間に潤滑油が巻き込まれることにより、くさび膜効果で油膜圧力が発生して、これにより軸受パッド９によって回転軸２の荷重を負担して回転軸２を回転可能に支持するようになっている。
【００３０】
軸受パッド９と回転軸２との間には、くさび型油膜を形成するための潤滑油が供給されるようになっている。
図１〜図３に示す軸受装置１０は、潤滑方式として全浴方式（油浴方式）を採用した軸受装置であり、潤滑油は、キャリアリング４に設けられたノズル８を介して、キャリアリング４の内周面５と回転軸２の外周面の間に形成される筒状の空間３に供給されるようになっており、該空間３は、潤滑油で満たされている。幾つかの実施形態では、潤滑油は、キャリアリング４に設けられた供給孔（不図示）を介して空間３に供給されるようになっていてもよい。なお、サイドプレート４１，４２と回転軸２との間には、潤滑油を循環させるため又は過剰な潤滑油を空間３から漏出させるための隙間が設けられていてもよい。あるいは、サイドプレート４１，４２やキャリアリング４に、潤滑油の排出孔（不図示）が設けられていてもよい。
【００３１】
幾つかの実施形態では、軸受装置１０の潤滑方式として全浴方式（油浴方式）以外の潤滑方式を採用してもよい。例えば、軸受装置１０の潤滑方式として直接潤滑方式を採用してもよく、この場合、キャリアリング４に設けられたノズルから回転軸２の外周面に潤滑油を噴射して、回転軸２と軸受パッド９との摺動面を潤滑するようにしてもよい。
【００３２】
複数の軸受パッド９は、運転時荷重方向に位置する少なくとも一つの負荷側パッド１２と、静止荷重方向に位置し、かつ、運転時荷重方向とは異なる方向に位置する少なくとも一つの反負荷側パッド１４と、を含む。負荷側パッド１２は回転軸２に対向する対向面１３を有し、反負荷側パッド１４は回転軸２に対向する対向面１５を有する。
【００３３】
ここで、運転時荷重方向とは、回転機械１の運転時（例えば定格運転時）における回転軸２の荷重方向である。また、静止荷重方向とは、回転機械１の停止時における回転軸２の荷重方向であり、典型的には、鉛直下向き方向である。
【００３４】
発明者らの知見によれば、回転機械１の回転数が大きくなるのに従って、軸受が負担する回転軸２の荷重の方向が、その大きさとともに変化することがある。例えば、ある種の圧縮機では、回転機械１の静止荷重方向は鉛直下向きであり、回転軸２の回転数の増加に伴い、回転軸２の荷重の大きさが大きくなるとともに、該荷重の方向が変化して、該荷重の方向（運転時荷重方向）と静止荷重方向との間の角度θが大きくなる。そして、回転機械１が定格運転の状態となったときには、そのときの回転軸２の荷重の方向（運転時荷重方向）と静止荷重方向との間の角度はθｓとなる。
【００３５】
運転時荷重方向に位置する負荷側パッド１２は、回転機械１の運転時における回転軸２の比較的大きな荷重を主に負担し、一方、静止荷重方向に位置する反負荷側パッド１４は、回転機械１の静止時における回転軸２の比較的小さな荷重を主に負担する。
なお、図８は、運転時荷重方向及び静止荷重方向を説明するための図である。図８に示されるように、「運転時荷重方向に位置する」とは、必ずしも運転時荷重方向と同一の方向に位置することを意味するものではなく、回転軸２の周方向位置を運転時荷重方向側と静止荷重方向側の２つに分割した時に、運転時荷重方向側に位置することを意味する。同様に、「静止荷重方向に位置する」とは、必ずしも静止荷重方向と同一の方向に位置することを意味するものではなく、回転軸２の周方向位置を運転時荷重方向側と静止荷重方向側の２つに分割した時に、静止荷重方向側に位置することを意味する。
例えば、図８において、回転軸２の軸中心Ｏ周りの領域は、運転時荷重方向と静止荷重方向との間の角度θを二等分する直線Ｍによって、運転時荷重方向側の領域と静止荷重方向側の領域に分割される。ここで、図８に示される軸受パッド９Ａ及び９Ｂは運転時荷重方向側の領域に位置するため負荷側パッド１２であり、軸受パッド９Ｄ及び９Ｅは静止荷重方向側の領域に位置するため反負荷側パッド１４である。軸受パッド９Ｃは、その一部が運転時荷重方向側の領域に位置し、他の一部が静止荷重方向側の領域に位置する。この場合、軸受パッド９Ｃは、負荷側パッド１２であってもよく、反負荷側パッド１４であってもよい。
【００３６】
図１〜図３に示す軸受装置１０において、反負荷側パッド１４の対向面１５の面積は、負荷側パッドの対向面１３の面積よりも小さい。すなわち、反負荷側パッド１４の回転軸２の周方向における張角β（図１参照）は、負荷側パッド１２の回転軸２の周方向における張角α（図１参照）よりも小さく、及び／又は、反負荷側パッド１４の軸方向における幅ＷＢ（図２参照）は、負荷側パッド１２の軸方向における幅ＷＡ（図２参照）よりも小さい。
ここで、軸受パッド９（負荷側パッド１２及び反負荷側パッド１４）の回転軸２の周方向における張角とは、回転軸２に直交する面において、回転軸２を中心とし、軸受パッド９の対向面１１（負荷側パッド１２の対向面１３及び反負荷側パッド１４の対向面１５）を弧とする扇形の中心角のことを意味する。
【００３７】
このように、運転時荷重方向に位置する負荷側パッド１２の対向面１３の面積を比較的大きくしたので、回転機械１の運転時において回転軸２の荷重を適切に支持することができる。また、静止荷重方向に位置し、かつ運転時荷重方向とは異なる方向に位置する反負荷側パッド１４の対向面１５の面積を比較的小さくしたので、回転機械１の運転時に、軸受装置１０の荷重負担能力を低下させることなく、反負荷側パッド１４と回転軸２との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができる。よって、軸受装置１０によれば、回転機械１の運転中において適切に回転軸２を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、反負荷側パッド１４の回転軸２の周方向における張角βは、負荷側パッド１２の回転軸２の周方向における張角αに比べて５０％以下である。この場合、反負荷側パッド１４と回転軸２との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を大幅に低減することができ、これにより、回転機械１の運転中において適切に回転軸２を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００３９】
また、幾つかの実施形態では、反負荷側パッド１４の軸方向における幅ＷＢは、負荷側パッド１２の軸方向における幅ＷＡに比べて５０％以下である。この場合、反負荷側パッド１４と回転軸２との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を大幅に低減することができ、これにより、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００４０】
また、幾つかの実施形態では、反負荷側パッド１４の回転軸２の周方向における張角βは、負荷側パッド１２の回転軸２の周方向における張角αに比べて５０％以下であるとともに、反負荷側パッド１４の軸方向における幅ＷＢは、負荷側パッド１２の軸方向における幅ＷＡに比べて５０％以下である。この場合、反負荷側パッド１４と回転軸２との間で生じる潤滑油のせん断抵抗をより低減することができ、これにより、回転機械１の運転中において適切に回転軸２を支持しながら、軸受損失をより低減することができる。
【００４１】
幾つかの実施形態では、回転軸２に直交する面において、運転時荷重方向と静止荷重方向との間の角度θは９０度以上である。この場合、運転時荷重方向と静止荷重方向との間の角度θが９０度以上である回転機械において、回転機械の運転中において適切に回転軸を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００４２】
図１〜図３に示す軸受装置１０では、上述したように、キャリアリング４と回転軸２との間の空間３に潤滑油が満たされている。これにより、回転軸２と全ての軸受パッド９との間に潤滑油を確実に供給することができるため、回転軸２の荷重方向が変化しても、回転軸２を適切に支持することができる。
一方、キャリアリング４と回転軸２との間の空間３に潤滑油が満たされていると、該空間３内にて潤滑油が撹拌される状態となるため、潤滑油の撹拌抵抗が生じやすい。この点、上述の軸受装置１０によれば、反負荷側パッド１４の対向面１５の面積を比較的小さくしたので、反負荷側パッド１４と回転軸２との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができ、軸受装置１０における軸受損失を低減することができる。
【００４３】
図１〜図３に示す軸受装置１０において、ノズル８は、潤滑油を回転軸２に向かって噴出するように構成される。この場合、ノズル８により比較的低温の潤滑油を回転軸２に向かって噴出させることにより、回転軸２及び軸受パッド９の温度上昇を抑制することができる。よって、反負荷側パッド１４をより小型化することができ、これにより、反負荷側パッド１４と回転軸２との間で生じる潤滑油のせん断抵抗をより低減することができ、軸受損失をより低減することができる。
【００４４】
図１〜図３に示す軸受装置１０において、反負荷側パッド１４には、対向面１５側の表面に摺動層６が設けられており、該摺動層６が対向面１５を形成している。幾つかの実施形態では、反負荷側パッド１４の摺動層６は、耐熱性及び摺動性に優れる材料により構成される。すなわち、反負荷側パッド１４の対向面１５は、耐熱性及び摺動性に優れる材料により構成される。
幾つかの実施形態では、反負荷側パッド１４の摺動層６及び反負荷側パッド１４の対向面１５は、ＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）を含む材料により構成される。
また、幾つかの実施形態では、反負荷側パッド１４の摺動層６及び反負荷側パッド１４の対向面１５は、耐熱性及び摺動性に優れる他の樹脂（例えば、ポリアミド系樹脂やフッ素系樹脂等）を含む材料により構成されてもよい。
反負荷側パッド１４の対向面１５を、例えばＰＥＥＫ樹脂のような耐熱性及び摺動性に優れる材料により構成したので、反負荷側パッド１４をより小型化することができる。これにより、反負荷側パッド１４と回転軸２との間で生じる潤滑油のせん断抵抗をより低減することができるため、軸受損失をより低減することができる。
【００４５】
図３に示す例示的な実施形態では、負荷側パッド１２の支持部（ピボット１６）であるピボット１８は、回転軸２の周方向にて負荷側パッド１２の中心から回転軸２の回転方向Ｓの後方側に離れて位置し、反負荷側パッド１４の支持部（ピボット１６）であるピボット１９は、回転軸２の周方向にて反負荷側パッド１４の中心に位置する。
【００４６】
ここで、図３において、それぞれの軸受パッド９（負荷側パッド１２及び反負荷側パッド１４）について、軸方向に直交する面において、回転軸２の中心軸Ｏと、回転軸２の周方向における軸受パッド９の中心位置とを結ぶ直線をＣで示し、回転軸２の中心軸Ｏと、回転軸２の周方向における支持部（ピボット１６）の中心位置とを結ぶ直線をＰで示す。
すなわち、負荷側パッド１２のピボット１８の位置（直線Ｐで示される位置）は、回転軸２の周方向における負荷側パッド１２の中心位置（直線Ｃで示される位置）から、回転軸２の回転方向Ｓの後方側にオフセットされている。一方、反負荷側パッド１４のピボット１９の位置位置（直線Ｐで示される位置）は、回転軸２の周方向おける反負荷側パッド１４の中心位置（直線Ｃで示される位置）と同一であり、オフセットされていない。
【００４７】
このように、負荷側パッド１２の支持部（ピボット１８）を、回転軸２の周方向における負荷側パッド１２の中心から回転軸２の回転方向Ｓの後方側に離れて位置させた（すなわちオフセットさせた）ことにより、負荷側パッド１２の負荷能力を向上させることができる。一方、静止荷重方向に位置する反負荷側パッド１４の支持部（ピボット１９）を、回転軸２の周方向における反負荷側パッド１４の中心に位置させた（すなわちオフセットさせない）ので、回転軸２が逆回転（すなわち、通常の運転時の回転方向Ｓと逆方向の回転）をするような運転条件のときに、回転軸２の荷重を主に負担する反負荷側パッド１４の損傷を防止することができる。
よって、このような軸受装置１０によれば、回転軸２が逆回転する際の反負荷側パッド１４の損傷を防止しながら、回転機械運転時において軸受装置１０の負荷能力を向上させながら軸受損失を低減することができる。
【００４８】
次に、図４〜図７を参照して、幾つかの実施形態に係る回転機械１について説明する。
図４は、一実施形態に係る回転機械１である圧縮機２０の概略的な構成を示す部分分解図である。図５は、図４に示す圧縮機２０の回転軸２の荷重方向を説明するための図である。
【００４９】
図４に示すように、一実施形態に係る回転機械１である圧縮機２０は、回転軸２ａ〜２ｃと、回転軸２ａ〜２ｃの両端部に取り付けられたインペラ２２ａ〜２２ｆと、回転軸２ａ〜２ｃに取り付けられたピニオンギア（従動歯車）２４ａ〜２４ｃと、ピニオンギア２４ａ〜２４ｃを回転駆動するためのホイールギア（駆動歯車）２６と、回転軸２ａ〜２ｃを支持するための軸受装置１０ａ〜１０ｆと、を備えるギアド圧縮機である。回転軸２ａ〜２ｃ、インペラ２２ａ〜２２ｆ、ピニオンギア２４ａ〜２４ｃ及びホイールギア２６は、ケーシング２７に収容されている。ここで、軸受装置１０は、上述において説明した軸受装置１０である。
なお、図４は、ケーシング２７の一部が分解された部分分解図である。また、図４において、回転軸２ａに取り付けられたインペラ２２ｂ及び回転軸２ｃに取り付けられたインペラ２２ｆ、及び、回転軸２ｃを支持する軸受装置１０ｅ，１０ｆは、ケーシング２７等他の部材によって見えない状態となっている。
【００５０】
ホイールギア２６は、例えばモータ等の駆動源（不図示）の出力軸に接続されており、該駆動源により回転駆動されるようになっている。回転軸２ａ〜２ｃに取り付けられたピニオンギア２４ａ〜２４ｃの各々は、ホイールギア２６と噛み合うように設けられており、ホイールギア２６によって回転駆動されるようになっている。
ピニオンギア２４ａ〜２４ｃの各々がホイールギア２６により回転駆動されると、ピニオンギア２４ａ〜２４ｃとともに回転軸２ａ〜２ｃが回転駆動される。これにより回転軸２ａ〜２ｃに取り付けられたインペラ２２ａ〜２２ｆが回転することで、流体が圧縮される。
【００５１】
図４に示す圧縮機では、ピニオンギア２４ａ〜２４ｃは、それぞれ異なる位置においてホイールギア２６と噛み合うようになっている。例えば、ピニオンギア２４ａ及び２４ｃは、対応する回転軸２ａ，２ｃの中心軸が、ホイールギア２６の水平方向に伸びる直径上に位置するように配置されており、ホイールギア２６の水平方向に伸びる直径の位置においてホイールギア２６と噛み合うようになっている。また、例えば、ピニオンギア２４ｂは、対応する回転軸２ｂの中心軸が、ホイールギア２６の鉛直方向に伸びる直径上に位置するように配置されており、ホイールギア２６の鉛直方向に伸びる直径の位置においてホイールギア２６と噛み合うようになっている。
このように、ピニオンギア２４ａ〜２４ｃとホイールギア２６との噛み合い位置が異なる場合、各ピニオンギア２４ａ〜２４ｃに対応する回転軸２ａ〜２ｃの運転時における荷重の方向は、ホイールギア２６との噛み合いの位置により異なる。
【００５２】
ここで、図５は、回転軸２の荷重方向の一例として、ピニオンギア２４ａに対応する回転軸２ａの荷重方向を説明するための模式的な図である。ピニオンギア２４ａは、ホイールギア２６の水平方向に伸びる直径の位置Ｑにおいてホイールギア２６と噛み合っている。ピニオンギア２４ａ及びピニオンギア２４ａが取り付けられた回転軸２ａは、ホイールギア２６の中心軸Ｒ周りの回転方向Ｔと逆方向（図中の回転方向Ｓ）に回転するようになっている。
ピニオンギア２４ａ〜２４ｃが取り付けられた回転軸２ａ〜２ｃでは、圧縮機２０が始動してから定格運転に達するまでに、回転数が大きくなるにしたがって回転軸２ａ〜２ｃの荷重の方向及び大きさが変化する。
例えばピニオンギア２４ａに対応する回転軸２ａにおいては、図５に示すように、回転軸２ａの荷重は、圧縮機２０の停止時（始動前）にはＦ０であるが、回転数が大きくなるにしたがって、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３と徐々に変化し、定格運転に達するとＦ４となる。
すなわち、回転軸２ａの荷重の方向は、圧縮機２０の停止時には略鉛直下向き（静止荷重方向）であり、回転数が大きくなるにしたがって、回転軸２ａの荷重方向と静止荷重方向との間の角度θが徐々に大きくなり、定格運転時における角度θｓは９０度よりも大きい値となる。また、回転軸２ａの荷重の大きさは、圧縮機２０の停止時には、主に重力に起因する荷重のみであるため比較的小さいが、回転数が大きくなるにしたがって大きくなり、定格運転時における荷重Ｆ４の大きさは、圧縮機２０の停止時の荷重Ｆ０の１０倍以上となる場合がある。
【００５３】
このように、圧縮機２０においては、回転数が大きくなるにしたがって回転軸２ａ〜２ｃの荷重の方向及び大きさが変化する。この点、圧縮機２０では、上述に説明した軸受装置１０を採用したので、圧縮機２０の運転時における回転軸２ａ〜２ｃの運転時荷重方向に位置する負荷側パッド１２の対向面１３の面積を比較的大きくしたので、圧縮機２０の運転時において回転軸２ａ〜２ｃの荷重を適切に支持することができる。また、圧縮機２０の停止時における回転軸２ａ〜２ｃの静止荷重方向に位置し、かつ運転時荷重方向とは異なる方向に位置する反負荷側パッド１４の対向面１５の面積を比較的小さくしたので、圧縮機２０の運転時に、軸受装置１０の荷重負担能力を低下させることなく、反負荷側パッド１４と回転軸２ａ〜２ｃとの間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができる。よって、圧縮機２０の運転中において適切に回転軸２ａ〜２ｃを支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００５４】
図６は、一実施形態に係る回転機械１であるタービン３０の概略的な構成を示す図である。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、図６に示すタービン３０の回転軸２の荷重方向を説明するための図であり、タービン３０の概略断面図である。
一実施形態に係る回転機械１であるタービン３０は、例えばコンバインドサイクル発電に適用可能な蒸気タービンであり、発電機３６に接続されている。タービン３０は、蒸気を利用してトルクを発生させ、発電機３６はタービン３０が出力したトルクを利用して発電する。
図６に示すように、タービン３０は、ハウジング（車室）２８と、ハウジング２８内を延びる回転軸２と、ハウジング２８に取り付けられた複数の静翼３２と、回転軸２に取り付けられた複数の動翼３４と、回転軸２を回転可能に支持するためのジャーナル軸受装置３８，３９及びスラスト軸受装置４０と、を備える。ここで、ジャーナル軸受装置３８，３９の少なくとも一つは、上述で説明した軸受装置１０である。
【００５５】
回転軸２の少なくとも１部はハウジング２８内を延びており、回転軸２の一端側には発電機３６が接続されている。
回転軸２とハウジング２８との間には筒状の蒸気流路３１が規定されており、複数の静翼３２及び複数の動翼３４は、それぞれ、蒸気流路３１において回転軸２の周方向に配置される。複数の静翼３２により構成される静翼列でタービン３０に流入した蒸気が加速され、複数の動翼３４により構成される動翼列で蒸気のエネルギが回転軸２の回転エネルギに変換される。
【００５６】
つまり、タービン３０は、大別すると、静止アセンブリ４３と、静止アセンブリ４３に対し相対回転可能な回転アセンブリ４４とを有しており、ハウジング２８及び静翼３２は静止アセンブリ４３の一部を構成し、回転軸２及び動翼３４は回転アセンブリ４４の一部を構成している。
【００５７】
ハウジング２８には、蒸気流路３１に蒸気を導入するための蒸気入口４８が設けられている。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、タービン３０において、蒸気入口４８は、回転軸２の周方向にて４つの蒸気入口４８Ａ〜４８Ｄに分割されており、蒸気の供給手法として部分噴射を採用することができる。
蒸気タービンの部分噴射では、各蒸気入口４８Ａ〜４８Ｄに取り付けられたノズル（不図示）においてバルブの開閉度を調整することによって、各蒸気入口４８Ａ〜４８Ｄからのタービン３０への蒸気流入量を調節する。
なお、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、各蒸気入口４８Ａ〜４８Ｄから供給される蒸気が矢印で示されている。
【００５８】
各蒸気入口４８Ａ〜４８Ｄから同量の蒸気を流入させる場合には、図７Ａに示すように、各蒸気入口４８Ａ〜４８Ｄから流入する蒸気により回転軸２の軸心Ｏに加わる力は、ほぼ釣り合う。すなわち、蒸気入口４８Ａから流入する蒸気により回転軸２に加わる力ｆ１と、蒸気入口４８Ａとは軸心Ｏを挟んで反対側に位置する（即ち軸心Ｏを中心に１８０°回転した場所に位置する）蒸気入口４８Ｃから流入する蒸気により回転軸２に加わる力ｆ３とは、大きさが略同一であり、向きは互いに逆向きである。同様に、蒸気入口４８Ｂから流入する蒸気により回転軸２に加わる力ｆ２と、蒸気入口４８Ｂとは軸心を挟んで反対側に位置する（即ち軸心を中心に１８０°回転した場所に位置する）蒸気入口４８Ｄから流入する蒸気により回転軸２に加わる力ｆ４とは、大きさが略同一であり、向きは互いに逆向きである。
【００５９】
一方、図７Ｂには、蒸気入口４８Ｂに取り付けられたノズルのバルブが閉じられており、蒸気入口４８Ｂからはタービン３０に蒸気は供給されず、それ以外の３か所の蒸気入口４８Ａ，４８Ｃ，４８Ｄからのみタービン３０に蒸気が供給される様子が示されている。
この場合、各方向からの蒸気流入量の違いにより軸に作用する流体力に偏りが生じるため、それに伴い回転軸２をある半径方向へ変化させる力が生じる場合がある。すなわち、蒸気入口４８Ｂから蒸気が供給されないため、蒸気入口４８Ｂとは軸心を挟んで反対側に位置する蒸気入口４８Ｄから流入する蒸気により回転軸２に加わる力ｆ４とは反対向きの力が回転軸２に加わらないため、ｆ４と略同一の向きの力Ｆが回転軸２に加わる。
すなわち、タービン３０の運転時に部分噴射で蒸気を流入させる場合、回転軸２の荷重の方向は上述の力Ｆの方向の成分が大きくなる。また、タービン３０の運転時に部分噴射で蒸気を流入させる場合、蒸気の流入量が大きくなるにしたがって回転軸２の荷重の大きさが大きくなる。
【００６０】
このように、タービン３０においては、部分噴射等の運転条件によって回転軸２の荷重の方向及び大きさが変化する。この点、タービン３０では、回転軸２を支持する軸受装置として上述に説明した軸受装置１０を採用したので、タービン３０の運転時における回転軸２の運転時荷重方向に位置する負荷側パッド１２の対向面１３の面積が比較的大きくしたので、タービン３０の運転時において回転軸２の荷重を適切に支持することができる。また、タービン３０の停止時における回転軸２の静止荷重方向に位置し、かつ運転時荷重方向とは異なる方向に位置する反負荷側パッド１４の対向面１５の面積を比較的小さくしたので、タービン３０の運転時に、軸受装置１０の荷重負担能力を低下させることなく、反負荷側パッド１４と回転軸２との間で生じる潤滑油のせん断抵抗を低減することができる。よって、タービン３０の運転中において適切に回転軸２を支持しながら、軸受損失を低減することができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００６２】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００６３】
１        回転機械
２，２ａ〜２ｃ  回転軸
３        空間
４        キャリアリング
５        内周面
６        摺動層
８        ノズル
９        軸受パッド
１０      軸受装置
１１      対向面
１２      負荷側パッド
１３      対向面
１４      反負荷側パッド
１５      対向面
１６      ピボット
１７      外周面
１８      ピボット
１９      ピボット
２０      圧縮機
２２ａ〜２２ｆ  インペラ
２４ａ〜２４ｃ  ピニオンギア
２６      ホイールギア
２７      ケーシング
２８      ハウジング
３０      タービン
３１      蒸気流路
３２      静翼
３４      動翼
３６      発電機
３８      ジャーナル軸受装置
３９      ジャーナル軸受装置
４０      スラスト軸受装置
４１，４２      サイドプレート
４１ａ，４２ａ  孔
４３      静止アセンブリ
４４      回転アセンブリ
４８，４８Ａ〜４８Ｄ  蒸気入口
【図１】
2017096301.tif 000003
【図２】
2017096301.tif 000004
【図３】
2017096301.tif 000005
【図４】
2017096301.tif 000006
【図５】
2017096301.tif 000007
【図６】
2017096301.tif 000008
【図７Ａ】
2017096301.tif 000009
【図７Ｂ】
2017096301.tif 000010
【図８】
2017096301.tif 000011