(57)【要約】【課題】ミスアライメント状態下にあっても、周方向に加えて軸方向にも油膜厚さを均一に調整・保持して軸受パッドの軸方向温度を均一にすることができるティルティングパッド軸受を提供する。【解決手段】ロータ１０を回転自在に支持するティルティングパッド軸受１１において、前記ロータ１０の外周面に沿って複数個配設される軸受パッド１２の背面を凸状形状として周方向に加えて軸方向にも曲率を持たせる一方、該軸受パッド背面に対向する軸受ハウジング１３の内周面を凹状形状として少なくとも周方向に曲率を持たせた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を回転自在に支持するティルティングパッド軸受において、
前記回転軸の外周面に沿って複数個配設される軸受パッドの背面を凸状形状として周方向に加えて軸方向にも曲率を持たせる一方、該軸受パッド背面に対向する軸受ハウジングの内周面を凹状形状として少なくとも周方向に曲率を持たせたことを特徴とするティルティングパッド軸受。
【請求項２】
前記軸受パッド背面の曲率半径Ｒｂと前記軸受ハウジング内周面の曲率半径Ｒｈとの間には、Ｒｂ＜Ｒｈの関係が設定され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。
【請求項３】
前記軸受パッド背面と前記軸受ハウジング内周面との少なくとも何れか一方の接触部分を本体部分と異なった低摩耗摺動材料で形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のティルティングパッド軸受。
【請求項４】
前記接触部分は前記本体部分に交換可能に埋設されることを特徴とする請求項３に記載のティルティングパッド軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン等のロータ（回転軸）を回転自在に支持するティルティングパッド（ジャーナル）軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば蒸気タービン等においては、図６に示すように、ロータ（回転軸）１００は図示しないタービンケーシングに対してティルティングパッド軸受１０１を介して回転自在に支持される（図６Ａの断面図参照）。
【０００３】
このティルティングパッド軸受１０１は、ロータ１００の外周面に沿って複数個（図６Ｂの断面図では五つ）配設された軸受パッド１０２が軸受ハウジング１０３に収装されてなり、軸受パッド背面のピボット点（図６Ｂ中白抜き三角形で示した支持点参照）を中心に各軸受パッド１０３が周方向に揺動することで、ロータ外周面と軸受パッド潤滑面との間に形成される油膜の厚さを周方向に均一に調整・保持し得るようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２７８２２号公報（第３頁，図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図６に示したようなティルティングパッド軸受１０１において、ロータ１００とティルティングパッド軸受１０１との間にミスアライメント（ロータ外周面と軸受パッド内周面との軸方向隙間が不均一になる）が発生した場合には、軸受パッド１０２がロータ１００に追従する（上記軸方向隙間を均一にする）ことができず、軸方向に対し油膜厚さが不均一となるという不具合を生じる。
【０００６】
即ち、油膜厚さの不均一化により、軸受パッド１０２の軸方向に温度差が生じ、油膜が薄く、温度が高い方（図６Ａ中の破線で示した潤滑面の軸方向温度プロファイル参照）は軸受パッド１０２が熱膨張し、油膜の薄膜化が助長されるのである。また、油膜厚さの不均一化により軸受剛性・減衰性の低下も招来される。
【０００７】
尚、特許文献１では、すべり軸受の軸受面が端縁に向かいテーパが取られ、相手面は端縁に向って小径化することで、クラウニングと同様に機能して、負荷状態においても軸受メタルの端部近傍における油膜厚さを確保して強当たりによる障害を回避するようにした技術が開示されているが、このすべり軸受の軸受メタルはティルティングパッド軸受の軸受パッドとは構造が異なり、周方向における油膜厚さの調整機能は全く有していない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ミスアライメント状態下にあっても、周方向に加えて軸方向にも油膜厚さを均一に調整・保持して軸受パッドの軸方向温度を均一にすることができるティルティングパッド軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための本発明に係るティルティングパッド軸受は、
回転軸を回転自在に支持するティルティングパッド軸受において、
前記回転軸の外周面に沿って複数個配設される軸受パッドの背面を凸状形状として周方向に加えて軸方向にも曲率を持たせる一方、該軸受パッド背面に対向する軸受ハウジングの内周面を凹状形状として少なくとも周方向に曲率を持たせたことを特徴とする。
【００１０】
また、
前記軸受パッド背面の曲率半径Ｒｂと前記軸受ハウジング内周面の曲率半径Ｒｈとの間には、Ｒｂ＜Ｒｈの関係が設定されることを特徴とする。
【００１１】
また、
前記軸受パッド背面と前記軸受ハウジング内周面との少なくとも何れか一方の接触部分を本体部分と異なった低摩耗摺動材料で形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、
前記接触部分は前記本体部分に交換可能に埋設されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るティルティングパッド軸受によれば、軸受パッドの背面を凸状形状として周方向に加えて軸方向にも曲率を持たせる一方、該軸受パッド背面に対向する軸受ハウジングの内周面を凹状形状として少なくとも周方向に曲率を持たせたので、軸受パッドはピボット点回りに周方向に加えて軸方向にも揺動可能となる。
【００１４】
これにより、軸受パッドの潤滑面と回転軸の外周面との間に形成される油膜が周方向に加えて軸方向にも均一となり、ミスアライメント状態下にあっても周方向に加えて軸方向にも回転軸外周面と軸受パッド潤滑面との間に形成される油膜厚さを均一に調整・保持して軸受パッドの軸方向温度を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るティルティングパッド軸受を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の実施例１を示すティルティングパッド軸受の要部断面図、図２は軸受パッドと軸受ハウジングの斜視図、図３は軸受パッドの組み付け状態の説明図で、図３Ａは軸方向断面図，図３Ｂは軸受パッド中央位置周方向断面図、図４はミスアライメントの説明図で、図４Ａは軸受ハウジングのミスアライメント無しの軸方向断面図，図４Ｂは軸受ハウジングのミスアライメント有りの軸方向断面図である。
【００１７】
図１に示すように、蒸気タービン等のロータ（回転軸）１０は図示しないタービンケーシングに対しティルティングパッド軸受１１を介して回転自在に支持される。
【００１８】
前記ティルティングパッド軸受１１は、前記ロータ１０の外周面に沿って複数個配設される軸受パッド１２が軸受ハウジング１３に収装されてなる（図６Ｂ参照）と共に、図２及び図３に示すように、軸受パッド１２の背面を凸状形状として周方向に加えて軸方向にも曲率を持たせる一方、該軸受パッド背面に対向する軸受ハウジング１３の内周面を凹状形状として周方向に加えて軸方向にも曲率を持たせている。
【００１９】
即ち、軸受パッド１２の背面と軸受ハウジング１３の内周面には、周方向クラウニング加工と軸方向クラウニング加工が施されるのである。尚、軸受ハウジング１３の内周面においては、周方向にのみ曲率を持たせても良い。
【００２０】
また、前記軸受パッド背面の曲率半径Ｒｂと前記軸受ハウジング内周面の曲率半径Ｒｈとの間には、Ｒｂ＜Ｒｈの関係が設定される。
【００２１】
このように構成されるため、本ティルティングパッド軸受１１において、軸受パッド１２はピボット点（図１〜図３中白抜き三角形で示した支持点参照）回りに周方向に加えて軸方向にも揺動可能となる。
【００２２】
これにより、軸受パッド１２の潤滑面とロータ１０の外周面との間に形成される油膜厚さが周方向に加えて軸方向にも均一となり、ミスアライメント状態下にあっても周方向に加えて軸方向にもロータ外周面と軸受パッド潤滑面との間に形成される油膜厚さを均一に調整・保持して軸受パッド１２の軸方向温度を均一にすることができる（図１中の破線で示す潤滑面の軸方向温度プロファイル参照）。
【００２３】
ところで、軸受パッド１２と軸受ハウジング１３の接触圧力をHertz（ヘルツ）の接触圧力で評価する場合、
（１）軸受パッド１２と軸受ハウジング１３が共に周方向・軸方向に曲率を有する（本実施例のように内接する球対球）、
（２）軸受パッド１２に周方向・軸方向に曲率を有し、軸受ハウジング１３に周方向に曲率を有する（内接する球対円筒）、
（３）軸受パッド１２に周方向に曲率を有し、軸受ハウジング１３に周方向・軸方向に曲率を有する（外接する円筒対球）、
三つの構造が考えられるが、前記（１）の構造が最も圧力を低く抑える曲率半径の設計が容易であると言える。
【００２４】
因みに、図４に示すように、前記（３）の構造において、軸受ハウジング１３自体にミスアライメントが生じた場合（図４Ｂ参照）、ピボット点（図４中白抜き三角形で示した支持点参照）の位置が軸方向に中心から移動する（図４Ａの軸受ハウジング１３にミスアライメントが生じてない場合を比較参照）。ピボット点の位置が偏心すれば、軸方向圧力分布が非対称になることで、油膜厚さ分布も非対称になり、軸受パッド１２に軸方向温度差が生じる。これに対して、前記（１）の構造のように軸受パッド１２と軸受ハウジング１３の両方にクラウニングを設けた場合、ピボット点の位置は軸方向にずれることはない。
【実施例２】
【００２５】
図５は本発明の実施例２を示すティルティングパッド軸受の説明図で、図４Ａは組み付け状態要部断面図，図４Ｂは図４ＡのＡ−Ａ矢視断面図である。
【００２６】
これは、実施例１における軸受パッド１２の背面と軸受ハウジング１３の内周面との両方の接触部分１２ｂ，１３ｂを本体部分１２ａ，１３ａと異なった低摩耗摺動材料（例えば窒化珪素等のセラミックス）で形成すると共に、前記接触部分１２ｂ，１３ｂを矩形断面のキー状に形成して前記本体部分１２ａ，１３ａに形成した矩形断面の溝部に交換可能に埋設した例である。
【００２７】
これによれば、実施例１と同様の作用・効果に加えて、ピボット点近傍にフレッチング等の損傷が発生した場合、軸受パッド１２・軸受ハウジング１３ごと交換せずに各々の接触部分１２ｂ，１３ｂのみ交換すれば良く、容易に交換可能となると共に、軸受パッド１２・軸受ハウジング１３全体を高価な低摩耗摺動材料で形成するより低コストを実現できる利点が得られる。
【００２８】
尚、上記実施例において、軸受パッド１２の背面と軸受ハウジング１３の内周面との何れか一方の接触部分１２ｂ又は１３ｂを本体部分１２ａ又は１３ａと異なった低摩耗摺動材料で形成しても良い。
【００２９】
また、本願発明は上記各実施例に限定されず、軸受パッド１２や軸受ハウジング１３の形状・寸法変更等各種変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１を示すティルティングパッド軸受の要部断面図である。
【図２】軸受パッドと軸受ハウジングの斜視図である。
【図３】軸受パッドの組み付け状態の説明図で、図３Ａは軸方向断面図，図３Ｂは軸受パッド中央位置周方向断面図である。
【図４】ミスアライメントの説明図で、図４Ａは軸受ハウジングのミスアライメント無しの軸方向断面図，図４Ｂは軸受ハウジングのミスアライメント有りの軸方向断面図である。
【図５】本発明の実施例２を示すティルティングパッド軸受の説明図で、図４Ａは組み付け状態要部断面図，図４Ｂは図４ＡのＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】従来のティルティングパッド軸受の説明図で、図６Ａは軸方向断面図，図６Ｂは周方向断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ロータ
１１  ティルティングパッド軸受
１２  軸受パッド
１２ａ  本体部分
１２ｂ  接触部分
１３  軸受ハウジング
１３ａ  本体部分
１３ｂ  接触部分
【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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【図６】
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