(57)【要約】【課題】低速回転時の摩擦損失とともに、高速回転時の潤滑油による攪拌損失を有効に低減することができる軸受装置及び回転機械を提供する。【解決手段】軸受装置１００は、パッド収納部５３を内部に形成する軸受ハウジング５１の縁部５１Ａでかつ回転軸１０の被支持面である外周面１０Ａに対向する側の少なくとも下側に設けられて該回転軸１０の外周面１０Ａとの間の間隙５４を封止するシール部材５５と、パッド収納部５３内の潤滑油の保持量を回転軸１０の回転数に応じて調整可能な保持手段６０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油で満たされる油槽内にて、回転軸の被支持面に対向配置されるとともに、該回転軸の回転方向に間隔を有して配列された複数の軸受パッドによって該回転軸を支持する軸受装置であって、
前記パッド収納部を内部に形成する軸受ハウジングの縁部で、かつ前記回転軸の被支持面に対向する側の少なくとも下側に設けられて、該回転軸の前記被支持面との間の間隙を封止するシール部材と、
前記パッド収納部内の潤滑油の保持量を、前記回転軸の回転数に応じて調整可能な保持手段と、を備えることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記軸受ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給部と、前記軸受ハウジング内から潤滑油を排出する潤滑油排出部と、を具備し、
前記保持手段は、前記潤滑油供給部からの潤滑油供給、又は前記潤滑油排出部からの潤滑油排出の少なくとも一方を調整する制御部を有することを特徴とする請求項１に記載される軸受装置。
【請求項３】
前記潤滑油排出部は、前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の被支持面との間に形成されて、前記パッド収納部内の潤滑油を排出する間隙であり、
前記保持手段は、前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の被支持面との間隙を開閉するように前記シール部材を移動させる駆動部を有し、
前記制御部は、前記回転軸の回転数に応じて前記シール部材を移動させて前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の前記被支持面との間を開放することを特徴とする請求項２に記載される軸受装置。
【請求項４】
前記シール部材は、前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の被支持面との間隙内に、該回転軸の軸回りに沿うように設けられており、
前記保持手段の駆動部は、該シール部材に対する作動油の供給圧を調整することにより、該シール部材が間隙を閉鎖する封止位置と、該シール部材が間隙を開口する開放位置との間で、該シール部材を移動させることを特徴とする請求項３に記載される軸受装置。
【請求項５】
前記シール部材は、前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の被支持面との間隙内に、該回転軸の軸回りに沿うように設けられるとともに、該間隙の一部を封止するシール材により形成されており、
前記保持手段の駆動部は、該シール材が間隙下部を閉鎖する回転軸下方位置と、該シール材が間隙下部を開口する回転軸上方位置との間で、該シール材を移動させることを特徴とする請求項３に記載される軸受装置。
【請求項６】
前記潤滑油排出部は、前記軸受ハウジングの内周側から外周側まで連通されて、該軸受ハウジング内の潤滑油を排出する潤滑油排出孔からなり、
前記保持手段は、前記潤滑油排出孔に設けられて該潤滑油排出孔を開閉する排油調整弁を有し、
前記制御部は、前記排油調整弁を制御して、前記回転軸の回転数に応じて前記排油調整弁を開閉することを特徴とする請求項２に記載される軸受装置。
【請求項７】
前記潤滑油供給部は、前記軸受ハウジングの外周側から内周側まで連通されて、該軸受ハウジングに対して潤滑油を供給する潤滑油供給孔からなり
前記保持手段は、前記潤滑油供給孔に設けられて該潤滑油供給孔を開閉する給油調整弁を有し、
前記制御部は、前記給油調整弁を制御して、前記回転軸の回転数に応じて前記給油調整弁を開閉することを特徴とする請求項２に記載される軸受装置。
【請求項８】
回転軸の回転数と対応する状態量を検出し検出信号を出力する検出手段を備え、
前記制御部は、該検出手段からの検出信号に基づき、潤滑油給油または潤滑油排出を調整することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載される軸受装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載されている軸受装置によって回転軸を軸支す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】
本発明は、低速回転時の摩擦損失、及び高速回転時の攪拌損失を低減することができる滑り軸受装置及び回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の滑り軸受装置として、特許文献１〜３に示されるジャーナル軸受が知られている。これら特許文献に示されるジャーナル軸受は、被支持体となる回転軸が中央部を貫通するように設けられた軸受ハウジングと、該軸受ハウジング内にて該回転軸の軸回りに沿うように配置された複数のパッドと、を具備するものであって、これらパッドは、内部に潤滑油が充填される軸受ハウジング内のパッド収納部内に収容されている。そして、このようなジャーナル軸受では、パッドと回転軸の外周面との間に潤滑油を介在させることで、該回転軸をパッドに対して滑らせつつ回転自在に軸支する。
【０００３】
また、上述した文献の中の特許文献２に示されるパッド型ジャーナル軸受では、パッド収納部を内部に形成する軸受ハウジングの端部先端で、かつ回転軸の外周面に対向する側にはオイルシールが設けられており、該オイルシールによってパッド収納部内の潤滑油が流れ出さないように保持している。
【特許文献１】特開昭６３‐２６４１６号公報
【特許文献２】特開昭５７‐１０７４２８号公報
【特許文献３】特開昭５８‐１８０８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような軸受装置では、オイルシールによって軸受ハウジング内のパッド収納部からの潤滑油の排出を防止するようにしているが、回転軸が高速で駆動される場合には、反対に潤滑油が抵抗となって攪拌損失が生じるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、低速回転時の摩擦損失とともに、高速回転時の潤滑油による攪拌損失を有効に低減することができる軸受装置及び回転機械の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、潤滑油で満たされる油槽内にて、回転軸の被支持面に対向配置されるとともに、該回転軸の回転方向に間隔を有して配列された複数の軸受パッドによって該回転軸を支持する軸受装置であって、前記パッド収納部を内部に形成する軸受ハウジングの縁部で、かつ前記回転軸の被支持面に対向する側の少なくとも下側に設けられて、該回転軸の前記被支持面との間の間隙を封止するシール部材と、前記パッド収納部内の潤滑油の保持量を、前記回転軸の回転数に応じて調整可能な保持手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成では、保持手段によって、シール部材で封止されたパッド収納部内の潤滑油の保持量を、回転軸の回転数に応じて調整するようにした。このため、例えば、回転軸が始動された際の低速回転時において、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以上に保持することにより摩擦損失の低減を図ることができる。また、回転軸の駆動が定常化した際の高速回転時において、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以下にまで減少させることができ、潤滑油による攪拌損失を低減することができる。
【０００８】
また、本発明では、前記軸受ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給部と、前記軸受ハウジング内から潤滑油を排出する潤滑油排出部と、を具備し、前記保持手段は、前記潤滑油供給部からの潤滑油供給、又は前記潤滑油排出部からの潤滑油排出の少なくとも一方を調整する制御部を有することが好ましい。
【０００９】
上記構成では、軸受ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給部と、前記軸受ハウジング内から潤滑油を排出する潤滑油排出部と、を具備し、これら潤滑油供給部からの供給、潤滑油排出部からの排出の少なくとも一方を保持手段の制御部によって制御している。このため、例えば、回転軸が始動された際の低速回転時において、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以上に保持し、また、回転軸の駆動が定常化した際の高速回転時において、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以下にまで減少させるといった調整も可能となり、これによって低速回転時の摩擦損失、及び高速回転時の潤滑油による攪拌損失を低減することができる。
【００１０】
また、本発明では、前記潤滑油排出部を、前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の被支持面との間に形成されて前記パッド収納部内の潤滑油を排出する間隙とし、前記保持手段に、前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の被支持面との間隙を開閉するように前記シール部材を移動させる駆動部を有し、前記制御部により、前記回転軸の回転数に応じて前記シール部材を移動させて前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の前記被支持面との間を開放するように構成することが好ましい。
【００１１】
上記構成では、保持手段の駆動部及び制御部によって、潤滑油の潤滑油排出部となる軸受ハウジングの縁部と回転軸の被支持面との間隙が開閉するようにシール部材を移動させることができ、このようなシール部材の開閉制御によって、例えば、回転軸が始動された際の低速回転時において、該シール部材で間隙を閉鎖することにより軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以上に保持し、また、回転軸の駆動が定常化した際の高速回転時において、該シール部材の間隙を開口することにより軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以下にまで減少させる調整ができる。
【００１２】
また、本発明では、前記シール部材を、前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の被支持面との間隙内に、該回転軸の軸回りに沿うように設け、前記保持手段の駆動部にて、該シール部材に対する作動油の供給圧を調整することにより、該シール部材が間隙を閉鎖する封止位置と、該シール部材が間隙を開口する開放位置との間で、該シール部材を移動させることが好ましい。
【００１３】
上記構成では、潤滑油排出部を形成している軸受ハウジングの縁部と回転軸の被支持面との間隙内に、該回転軸の軸回りに沿うようにシール部材を設け、保持手段の駆動部によって、該シール部材に対する作動油の供給圧を調整することにより、該シール部材が間隙を閉鎖する封止位置と、該シール部材が間隙を開口する開放位置との間で、該シール部材を移動させるようにした。このため、回転軸が始動された際の低速回転時において、シール部材が間隙を閉鎖する封止位置に配置することで、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以上に保持することができる。また、回転軸の駆動が定常化した際の高速回転時において、シール部材が間隙を開口する開放位置に配置することで、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以下に減少させる調整ができる。
【００１４】
また、本発明では、前記シール部材を、前記軸受ハウジングの縁部と前記回転軸の被支持面との間隙内に、該回転軸の軸回りに沿うように設けられるとともに、該間隙の一部を封止するシール材により形成し、前記保持手段の駆動部により、該シール材が間隙下部を閉鎖する回転軸下方位置と、該シール材が間隙下部を開口する回転軸上方位置との間で、該シール材を移動させることが好ましい。
【００１５】
上記構成では、軸受ハウジングの縁部と回転軸の被支持面との間隙内に、該回転軸の軸回りに沿うようにかつ該間隙の一部を封止するシール材を設け、保持手段の駆動部により、該シール材が間隙下部を閉鎖する回転軸下方位置と、該シール材が間隙下部を開口する回転軸上方位置との間で、該シール材を移動させるようにした。このため、回転軸が始動された際の低速回転時において、間隙下部を閉鎖する回転軸下方位置に該シール材を配置することで、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以上に保持することができる。また、回転軸の駆動が定常化した際の高速回転時において、間隙下部を開口する回転軸上方位置に該シール材を配置することで、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以下に減少させる調整ができる。
【００１６】
また、本発明では、前記潤滑油排出部を、前記軸受ハウジングの内周側から外周側まで連通されて、該軸受ハウジング内の潤滑油を排出する潤滑油排出孔から構成し、前記保持手段に、前記潤滑油排出孔に設けられて該潤滑油排出孔を開閉する排油調整弁を有し、前記制御部により、前記排油調整弁を制御して、前記回転軸の回転数に応じて前記排油調整弁を開閉するように構成することが好ましい。
【００１７】
上記構成では、潤滑油排出部として、軸受ハウジングの内周側から外周側まで連通されて、該軸受ハウジング内の潤滑油を排出する潤滑油排出孔を設け、保持手段の排油調整弁と制御部によって、回転軸の回転数に応じて該排油調整弁を開閉制御するようにしたので、軸受ハウジング内の潤滑油を常時最適な油量とすることができる。
【００１８】
また、本発明では、前記潤滑油供給部を、前記軸受ハウジングの外周側から内周側まで連通されて、該軸受ハウジングに対して潤滑油を供給する潤滑油供給孔から構成し、前記保持手段に、前記潤滑油供給孔に設けられて該潤滑油供給孔を開閉する給油調整弁を有し、前記制御部により、前記給油調整弁を制御して、前記回転軸の回転数に応じて前記給油調整弁を開閉するように構成することが好ましい。
【００１９】
上記構成では、潤滑油供給部として、軸受ハウジングの外周側から内周側まで連通されて、該軸受ハウジング内の潤滑油を供給する潤滑油供給孔を設け、保持手段の給油調整弁と制御部によって、回転軸の回転数に応じて該給油調整弁を開閉制御したので、軸受ハウジング内の潤滑油を常時最適な油量とすることができる。
【００２０】
また、本発明では、前記制御部にて、前記回転軸の回転速度を検出する検出手段からの信号に基づき、前記排油調整弁、給油調整弁を開閉操作することが好ましい。
【００２１】
上記構成では、前記保持手段の制御部にて、回転軸の回転数と対応する状態量を検出する検出手段からの検出信号に基づいて潤滑油給油または潤滑油排出を調整するようにした。このため、回転軸の回転数に応じた給油量または排出量制御により、軸受ハウジング内の潤滑油を常時最適な油量とすることができる。
【００２２】
また、本発明では、上述した軸受装置で回転軸を軸支することにより回転機械を構成することを特徴とする。
【００２３】
上記の構成では、ガスタービン、圧縮機、過給機などの回転機械の回転軸を上記軸受装置によって軸支することで、低速回転時の摩擦損失、及び高速回転時の潤滑油による攪拌損失を低減することができるので、回転機器内の効率良い駆動を行うことができ、運転コストを低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以上に保持し、また、回転軸の駆動が定常化した際の高速回転時において、軸受ハウジング内の潤滑油を一定値以下にまで減少させることができ、これによって低速回転時の摩擦損失、及び高速回転時の潤滑油による攪拌損失を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係わる軸受装置が搭載される回転機械の一例として、蒸気タービン１が示されている。蒸気タービン１は、蒸気タービン１に流入する蒸気（作動流体）の量と圧力を調整する調整弁２と、圧力を保持するケーシング３と、動力を発生する動力発生部４と、動力をコンプレッサー等の機械に伝達するロータ５とを主たる構成としている。
【００２６】
調整弁２は、ケーシング３の内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気が流入する調整弁室６と、弁体７と、弁座８とを備えている。弁座８は、略円筒形状をし、その軸心はロータ５の軸心と直交している。また、ロータ５はその回転軸１０が、軸受装置１００、１０３によって軸支されているが、これら軸受装置１００、１０３については後述する。
【００２７】
弁座８の内径は、ロータ５に向かう方向に徐々に拡大し、先端部は蒸気室１１に連通している。弁座８の蒸気室１１に対して反対側端部の内面は内側に凸な曲率を持つ曲面９を形成している。弁体７の下部形状は、球体の一部分を形成しており、弁座８の曲面９に接離可能に設けられている。弁体７が、弁座８から離れると蒸気流路が開き、弁座８に接触すると蒸気流路が閉じられることになる。調整弁２は、弁体７の開け閉めにより蒸気流量を制御する。さらに、複数の調整弁２の開閉タイミングを調整して蒸気タービンの出力を制御する。
【００２８】
蒸気室１１は、調整弁２から流入する蒸気を動力発生部４に案内するものであり、略ドーナツ型形状をしている。蒸気室１１の蒸気流路は内側に向かって行くに従って狭くなり、かつロータ５の軸心と平行する向きに偏向する。
【００２９】
動力発生部４は、ケーシング３に固定されたノズル２０と、ロータ５に取り付けられた動翼２１とを備えている。ノズル２０と動翼２１との１組を段落といい、本実施形態では６段落備えている。ノズル２０は、蒸気通路内で蒸気を膨張させて速度エネルギーを生み、流れの向きを変えて軸の回転方向の運動量を作る作用をする。動翼２１は、ノズル２０で速度エネルギーに変換された蒸気のエネルギーを吸収して、ロータ５の回転エネルギーに変換する作用をする。
【００３０】
ノズル２０は、放射状に多数配置され、ケーシング３に強固に固定されたリング状の仕切板外輪２２と、リング状の仕切板内輪２３とで保持されている。仕切板内輪２３のロータ５側端部とロータ５との間には、蒸気漏れを防止するシール構造となっている。蒸気圧力の高い段落では、シール構造としてラビリンス構造を採用している。
【００３１】
動翼２１は、放射状に多数配置され、ロータ５に突出して円筒状に設けられたディスク２４の外周部に強固に取り付けられている。最終段の動翼２１の先端には、シュラウド２５が取り付けられ、仕切板外輪２２側のシュラウド２５に対向する位置には、蒸気漏れを防止するためのフィンが取り付けられている。
【００３２】
ロータ５は、軸受装置１００、１０３（後述する）により回転自在に支持されている。ロータ５は、動力発生部４で発生した動力をコンプレッサー等の機械に伝達する作用をする。ロータ５とケーシング３の間には、蒸気等の漏れを防止するシール構造が設けられている。蒸気タービン１を作動させて仕事を終えた排気蒸気は、排気室２６を通って図示しない復水器に送られる。なお、蒸気タービン１には駆動制御部３０が設けられており、該駆動制御部３０からの信号に基づき、蒸気タービン１内に作動流体となる蒸気の供給が制御されている。
【００３３】
次に、図２〜図５を参照して、ロータ５の回転軸１０に組み付けられたジャーナル軸受装置１００について説明する。このジャーナル軸受装置１００は、図２及び図３に示されるように、装置本体（図示略）に固定された軸受架台５０と、軸受架台５０に支持されて被支持体となる回転軸１０が中央部を貫通する軸受ハウジング５１と、該軸受ハウジング５１内にて該回転軸１０の軸回り（矢印（イ）方向）に沿うように配置されて該回転軸１０の外周面１０Ａを回転自在に支持する複数の軸受パッド５２と、を具備するものであって、軸受ハウジング５１内は、潤滑油が満たされる油槽となっている。軸受ハウジング５１は全体として円筒形状に形成されており、軸受架台５０に嵌合、支持されている。また、軸受ハウジング５１の内周側には、回転軸１０の軸回り（矢印（イ）で示す）に沿うように複数の軸受パッド５２が配置されている。
【００３４】
軸受ハウジング５１には、軸受パッド５２が収納される凹状のパッド収納部５３が形成されており、このパッド収納部５３を内部に形成する軸受ハウジング５１の縁部５１Ａで、かつ回転軸１０の被支持面１０Ａに対向する側には、該被支持面１０Ａとの間の間隙５４を封止するシール部材５５が設けられている。該シール部材５５は、回転軸１０の軸回り（矢印（イ）で示す）に沿うように円弧状に形成された上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂを一組として設けられている。該シール部材５５を形成する上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂは、弾性体により形成されたものであって、それぞれ間隙５４を開口する上方向、下方向に向けて常時付勢されている。また、軸受ハウジング５１にはパッド収納部５３に潤滑油を供給して回転軸１０の外周面に至らせるための潤滑油供給路５６Ａ・５６Ｂが設けられ、軸受ハウジング５１と軸受パッド５２との間には、軸受パッド５２を軸受ハウジング５１に位置決め保持するためのピポット５７が設けられている。
【００３５】
前記軸受ハウジング５１には、パッド収納部５３内の潤滑油の保持量を回転軸１０の回転数に応じて調整可能な保持手段６０が設けられる。この保持手段６０は、シール部材５５を駆動する駆動部６１と、該駆動部６１を制御するための制御部６２とからなるものである。また、駆動部６１は、シール部材５５を形成する上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂを近接させるための油圧シリンダ６３と、該油圧シリンダ６３に対して作動油を供給するためのポンプ６４とから構成され、該ポンプ６４には、制御部６２からの制御信号が入力される。制御部６２は、回転軸１０の回転数と対応する状態量を検出する検出手段６５から出力される検出信号に基づき、該シール部材５５に対するポンプ６４の作動油供給圧を調整するものであって、該作動油の供給圧調整によって、該シール部材５５が間隙５４を閉鎖する封止位置と、該シール部材５５が間隙５４を開口する開放位置との間で、該シール部材５５を移動させる。
【００３６】
なお、シール部材５５の上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂは、間隙５４を開口する上方向、下方向に向けてそれぞれ付勢された弾性体であり、油圧シリンダ６３が作動油を供給した場合に、これら上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂがその付勢力に抗して互いに近接する側に弾性変形することで、間隙５４が閉鎖される。また、油圧シリンダ６３への作動油供給を停止した場合には、該シール部材５５の上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂの弾性力により元の形状に戻って、間隙５４が開口されることになる。
【００３７】
また、回転軸１０の回転数と対応する状態量を検出する検出手段６５としては、例えば、回転軸１０の回転速度を検出する回転計が使用される。また、回転軸１０がその中心軸線Ｍに対してどれ程、上方側に変位したかを検出することで、該回転軸１０の回転数を間接的に検出しても良い。具体的には、回転静止時には、回転軸１０の自重により、回転軸１０と軸受パッド５２の間隙５４がない位置まで回転軸１０の上下方向の位置は下がっているが、高速回転時には、潤滑油が循環することで、軸受パッド５２下側の油膜厚さが厚くなって油圧が発生して油膜が負荷能力を持つため、くさび膜効果により回転軸１０の上下方向の位置が上昇する。そして、このときの軸浮上量を、渦電流式振動計又はレーザ変位計などの検出手段で測定することで、間接的に回転軸１０の速度が検出される。従って、これら渦電流式振動計又はレーザ変位計などを、回転軸１０の速度を検出する検出手段６５として使用しても良い。
【００３８】
次に、上述したジャーナル軸受装置１００の作用及び制御部６２による制御の詳細について図３〜図５を参照して説明する。なお、以下の各ステップは図５のフローチャートに対応している。まず、駆動制御部３０からの信号に基づき蒸気タービン１内に作動流体となる蒸気の供給が開始されて該蒸気タービン１の運転が開始されると（ステップＳ１）、回転軸１０が矢印（イ）方向に回転され、このときの回転速度が検出手段６５により検出される（ステップＳ２）。回転速度が低速である場合には、制御部６２からは、油圧シリンダ６３を作動させるための信号が出力され続け、油圧シリンダ６３に対して作動圧が掛かった状態となる（図４の範囲ａ）。これによって上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂがその付勢力に抗して互いに近接する側に弾性変形して間隙５４が閉鎖され、その結果、パッド収納部５３内に潤滑油が満たされた状態が保持される。このため、この潤滑油によって回転軸１０の被支持面となる外周面と、回転軸１０を支持するパッド５２との摩擦損失の低減を図ることができる。
【００３９】
また、制御部６２にて、検出手段６５からの検出信号に基づき、回転軸１０の回転速度が予め設定した設定値を超えたか否かを判断し（ステップＳ３）、ＮＯである場合に現状を維持し、また、ＹＥＳである場合に、油圧シリンダ６３への作動油供給を停止する（ステップＳ４〜Ｓ５）（図４の範囲ｂ）。そして、このような油圧シリンダ６３への作動油の供給停止によって、シール部材５５の上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂの弾性力により元の形状に戻って、間隙５４が開口され、パッド収納部５３内の潤滑油が間隙５４を通じて外部に排出される。このため、軸受ハウジング５１内の潤滑油の圧力上昇を抑えることができ、これにより潤滑油による攪拌損失の低減を図ることができる。
【００４０】
その後、検出手段６５の検出信号に基づき、回転軸１０の回転速度が予め定めた設定値を下回ったか否かを判断し（ステップＳ６）、ＮＯの場合に現状の間隙５４を開口した状態を維持し、ＹＥＳの場合に、制御部６２から、油圧シリンダ６３を作動させるための信号を出力して、油圧シリンダ６３に対して作動油を供給する（ステップＳ７）（図４の範囲ｃ）。これによって上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂがその付勢力に抗して互いに近接する側に弾性変形して間隙５４を閉鎖し、パッド収納部５３内に潤滑油を満たすようにする。その後、回転軸１０が低速となって、停止した場合（ステップＳ８〜Ｓ９）には、本フローチャートを終了する。
【００４１】
上記のように構成されたジャーナル軸受装置１００では、軸受ハウジング５１の縁部５１Ａと回転軸１０の外周面１０Ａとの間隙５４内に、該回転軸１０の軸回り（矢印（イ）方向）に沿うようにシール部材５５を設け、保持手段６０の駆動部６１によって、該シール部材５５に対する作動油の供給圧を調整することにより、該シール部材５５が間隙５４を閉鎖する封止位置と、該シール部材５５が間隙を開口する開放位置との間で、該シール部材５５を移動させるようにした。このため、回転軸１０が始動された際の低速回転時において、シール部材５５が間隙５４を閉鎖する封止位置に配置することで、軸受ハウジング５１内の潤滑油量を一定値以上に保持し、また、回転軸１０の駆動が定常化した際の高速回転時において、シール部材５５が間隙５４を開口する開放位置に配置することで、軸受ハウジング５１内の潤滑油量を一定値以下に減少させる調整ができる。これによって低速回転時の摩擦損失、及び高速回転時の潤滑油による攪拌損失を低減できる効果が奏される。
【００４２】
なお、シール部材５５は、潤滑油の潤滑油排出部となる軸受ハウジング５１のほぼ全ての間隙５４に設けられているが、このように軸方向（矢印（イ）方向）の全周に亙って設けることは必須では無く、潤滑油が溜まる少なくとも回転軸１０の下側に設ければ良い。すなわち、シール部材５５の中の下側の下シール材５５Ｂが必須とされる構成で、補助的に設けられる上シール材５５Ａは構成簡素化のために適宜省略することができる。また、該シール部材５５は、ほぼ１８０度の範囲をそれぞれシールする上シール材５５Ａ及び下シール材５５Ｂから構成されているが、これに限定されず、例えば１２０度の範囲をそれぞれシールする３つのシール材、９０度の範囲をそれぞれシールする４つのシール材等、シール部材を３以上に分割しても良い。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明の第２実施形態を図６〜図９を参照して説明する。第２実施形態に示されるジャーナル軸受装置１０１が、第１実施形態のジャーナル軸受装置１００と異なるのは保持手段７０と、シール部材７１との構成についてである。シール部材７１は、回転軸１０の上半分の間隙５４をシールする上シール材７１Ａと、該回転軸１０の下半分の間隙５４をシールする下シール材７１Ｂとからなる。上シール材７１Ａは軸受ハウジング５１の縁部５１Ａ先端に固定されたものであり、また、下シール材７１Ｂは、軸受ハウジング５１の縁部５１Ａ先端にて上シール部材７１Ａと軸方向に位置をずらして設けられており、回転軸１０の中心軸線Ｍ回りに回転することで下半分の間隙５４を開閉可能に設けられている。
【００４４】
また、保持手段７０は、図６に示すように下シール部材７１Ｂを駆動する駆動部７２と、該駆動部７２を制御するための制御部７３とからなるものである。駆動部７２は、回転軸１０の中心軸線Ｍと同心となるように図示しない軸受によって軸受ハウジング５１に回転自在に支持されかつその内周側に下シール材７１Ｂが固定されたリング部材７４と、図示しない減速機を備えたステッピングモータ７５と、該ステッピングモータ７５の駆動をリング部材７４に伝達するための歯車機構７６とからなる。また、制御部７３では、回転軸１０の回転速度を検出する検出手段７７からの検出信号に基づき、ステッピングモータ７５を駆動することによって、図７（Ａ）に示されるような、下シール材７１Ｂが回転軸１０の下側位置にあって該下シール材７１Ｂが間隙５４を閉鎖する封止位置と、図７（Ｂ）に示されるような、下シール材７１Ｂが回転軸１０の上側位置にあって該下シール材７１Ｂが間隙５４を開口する開放位置のいずれかに、該下シール材７１Ｂを配置する。
【００４５】
このようなジャーナル軸受装置１０１では制御部７３によって駆動部７２のステッピングモータ７５の駆動が制御されるが、このときの制御フローは、図４の制御フローにおいてステップＳ４及びステップＳ７の処理が異なる以外は同じである。すなわち、ステップ１の運転開始時においては、第１実施形態と同様、まず、軸受ハウジング５１と回転軸１０との間隙５４を閉鎖状態（図７（Ａ）に示される状態）としておき、その後、ステップＳ４ではステップＳ７では該間隙５４を開放状態（図７（Ｂ）に示される状態）とするためにステッピングモータ７５を駆動させる信号を出力し、また、ステップＳ７では該間隙５４を封止状態（図７（Ａ）に示される状態）とするためにステッピングモータ７５を駆動させる信号を出力する。
【００４６】
上記のように構成されたジャーナル軸受装置１０１では、軸受ハウジング５１の縁部５１Ａと回転軸１０の外周面１０Ａとの間隙５４内に、該回転軸１０の軸回り（矢印（イ）方向）に沿うようにかつ該間隙５４を封止するシール部材７１を設け、保持手段７０の駆動部７２により、該シール部材７１の中の下シール材７１Ｂが間隙５４の下部を閉鎖する回転軸下方位置（図７（Ａ））と、該シール材７１Ｂが間隙５４の下部を開口する回転軸上方位置（（図７（Ｂ））との間で、該下シール材７１Ｂを移動させるようにしている。このため、回転軸１０が始動された際の低速回転時において、間隙５４の下部を閉鎖する回転軸下方位置に該シール材７１Ｂを配置しておくことで、軸受ハウジング５１内の潤滑油量を一定値以上に保持し、また、回転軸１０の駆動が定常化した際の高速回転時において、間隙５４の下部を開口する回転軸上方位置に該シール材７１Ｂを配置することで、軸受ハウジング５１内の潤滑油量を一定値以下に減少させる調整ができる。これによって第１実施形態と同様に、低速回転時の摩擦損失、及び高速回転時の潤滑油による攪拌損失を低減できる効果が奏される。
【００４７】
なお、上記第２実施形態では、シール部材７１を軸方向（矢印（イ）方向）の全周に亙って設けているが、全周に設けることは必須では無く、潤滑油が溜まる少なくとも回転軸１０の下側に設ければ良い。すなわち、シール部材７１の中の下側の下シール材７１Ｂが必須とされる構成であり、図８及び図９に示されるように、補助的に設けられる上シール材７１Ａは構成簡素化のために適宜省略し、下シール材７１Ｂによってのみ間隙５４をシールしても良い。
【００４８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図１０〜図１３を参照して説明する。第３実施形態に示されるジャーナル軸受装置１０２が、先の実施形態のジャーナル軸受装置１００・１０１と異なるのは、図１０に示すように、軸受ハウジング５１の外周側から内周側まで連通されて該軸受ハウジング５１に対して潤滑油を供給する潤滑油供給孔８０（潤滑油供給部）、軸受ハウジング５１の内周側から外周側まで連通されて該軸受ハウジング５１内の潤滑油を排出する潤滑油排出孔８１（潤滑油排出部）、及びこれら潤滑油供給孔８０・潤滑油排出孔８１を開閉制御する保持手段８２を設け、これらの構成によって軸受ハウジング５１内の油量を調整するようにした点である。なお、潤滑油を給排出する潤滑油供給孔８０、潤滑油排出孔８１として、軸受ハウジング５１内の油槽に潤滑油を循環させる既存の機構を利用しても良いし、本発明のために専用のものを設けても良く、適宜選択できるものとする。
【００４９】
保持手段８２は、潤滑油供給孔８０に設けられて該潤滑油供給孔８０を開閉する給油調整弁８３と、該潤滑油排出孔８１に設けられて該潤滑油排出孔８１を開閉する排油調整弁８４と、給油調整弁８３に対して潤滑油を供給するためのポンプ８５と、回転軸１０の回転数に応じて給油調整弁８３及び排油調整弁８４の開閉を制御する制御部８６と、から構成されたものである。制御部８６は、回転計などの回転軸１０の回転数と対応する状態量を検出する検出手段８７からの検出信号に基づき、給油調整弁８３、排油調整弁８４の開閉及びポンプ８５の駆動を制御する。また、軸受ハウジング５１の縁部５１Ａと回転軸１０の外周面１０Ａとの間隙５４内に配置されたシール部材８８は、該間隙５４をシールするように軸受ハウジング５１の縁部５１Ａに対して固定されている。
【００５０】
給油調整弁８３では、図１１（Ａ）に示されるように、回転軸１０の低速回転時及び回転停止時に「開」として軸受ハウジング５１内に潤滑油を供給し、回転軸１０の高速回転時に「閉」として軸受ハウジング５１のパッド収納部５３内への潤滑油供給を停止する。一方、排油調整弁８４では、図１１（Ｂ）に示されるように、回転軸１０の低速回転時及び回転停止時に「閉」として軸受ハウジング５１内に潤滑油を保持し、回転軸１０の高速回転時に「開」としてパッド収納部５３内の潤滑油を排出する。
【００５１】
上述したジャーナル軸受装置１０２の制御部８６の処理について図１２を参照して説明する。まず、蒸気タービン１が稼動される前の初期状態においては、給油調整弁８３及び排油調整弁８４が共に「閉」であり、かつ油槽となるパッド収納部５３内に潤滑油が満たされた状態となっている。その後、駆動制御部３０からの信号に基づき蒸気タービン１内に作動流体となる蒸気の供給が開始されて該蒸気タービン１の運転が開始されると（ステップＳ１０）、回転軸１０が低速回転され（ステップＳ１１）、このときの回転速度が検出手段８７により検出され、該検出手段８７からの検出信号に基づき、回転軸１０の回転速度が予め設定した設定値を超えたか否かを判断する（ステップＳ１２）。この判断結果に基づき、回転速度が低速である場合（ステップＳ１２のＮＯ）には、制御部８６から、給油調整弁８３を「開」、排油調整弁８４を「閉」とする。これにより、軸受ハウジング５１内に低速回転時において必要とされる量の潤滑油が満たされることとなり、摩擦損失の低減を図ることができる。
【００５２】
その後、検出手段８７の検出信号に基づき、回転軸１０の回転速度が予め設定した設定値を超えた場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）には、給油調整弁８３「閉」、排油調整弁８４は「開」として、油槽となるパッド収納部５３から潤滑油を排出させ（ステップＳ１３）、この状態で、回転軸１０を高速回転させる（ステップＳ１４）。これにより、軸受ハウジング内５１内の潤滑油量を減少させて潤滑油の圧力が低下することとなり、潤滑油による攪拌損失の低減を図ることができる。
【００５３】
その後、検出手段８７の検出信号に基づき、回転軸１０の回転速度が予め定めた設定値を下回ったか否かを判断し（ステップＳ１５）、ＮＯの場合に現状を維持し、ＹＥＳの場合に、給油調整弁８３「開」、排油調整弁８４は「閉」として、パッド収納部５３から潤滑油排出を停止させるとともに、該パッド収納部５３内に潤滑油を貯留する（ステップＳ１６）。これにより潤滑油量を増大させて、再び低速回転時における摩擦損失の低減を図ることが可能となる。その後、運転が停止した場合（ステップＳ１７〜Ｓ１８）には、給油調整弁８３及び排油調整弁８４を共に「閉」として本フローチャートを終了する。
【００５４】
なお、図１２のフローチャートは、回転軸１０の低速回転時、高速回転時の潤滑油の給排出について述べたものであるが、これに加えて図１３に示すように、運転停止時において油槽となるパッド収納部５３内に設定量の潤滑油を供給する処理を行っても良い。具体的には、蒸気タービン１の稼動が停止された後（ステップＳ２０）に、給油調整弁８３を「開」、排油調整弁８４を「閉」として、油槽となるパッド収納部５３への潤滑油供給を開始する（ステップＳ２１）。パッド収納部５３への潤滑油時間を図示しないタイマーによって計測するとともに、この計測時間が予め設定した設定時間以上となったか否かを判断し（ステップＳ２２）、ＮＯの場合に潤滑油供給を継続し、ＹＥＳの場合に、パッド収納部５３内に一定量の潤滑油が満たされたとして、給油調整弁８３及び排油調整弁８４を共に「閉」とする。
【００５５】
上記のように構成されたジャーナル軸受装置１０２では、軸受ハウジング５１内の潤滑油を供給する潤滑油供給孔８０を潤滑油供給部として設け、かつ該軸受ハウジング５１内の潤滑油を排出する潤滑油排出孔８１を潤滑油排出部として設けるとともに、これら潤滑油供給孔８０及び潤滑油排出孔８１をそれぞれ開閉する給油調整弁８３・排油調整弁８４を、保持手段８２の制御部８６によって、回転軸１０の回転数に応じて開閉制御するようにした。これにより回転軸１０が始動された際の低速回転時において、軸受ハウジング５１内の潤滑油を一定値以上に保持し、また、回転軸１０の駆動が定常化した際の高速回転時において、軸受ハウジング５１内の潤滑油を一定値以下に減少させる調整ができる。これによって低速回転時の摩擦損失、及び高速回転時の潤滑油による攪拌損失を低減できる効果が奏される。
【００５６】
なお、本実施形態では、図１２のフローチャートにて給油調整弁８３、排油調整弁８４の開閉制御を同時に行うようにしているが、いずれか一方の調整弁８３・８４の開閉制御だけを行うようにしても良い。すなわち、図１１（Ａ）に示される給油調整弁８３の制御、図１１（Ｂ）に示される排油調整弁８４の制御のいずれかを行うことで、回転軸１０の低速回転時、高速回転時のパッド収納部５３内の潤滑油の油量を調整しても良い。例えば、給油調整弁８３のみを開閉制御するジャーナル軸受装置では、低速回転時に給油調整弁８３を「開」とすることでパッド収納部５３内に潤滑油を貯留し、高速回転時に該給油調整弁８３を「閉」とすることで給油を停止してパッド収納部５３内の潤滑油を排出するのみとするようにしても良い。また、排油調整弁８４のみを開閉制御するジャーナル軸受装置では、低速回転時に排油調整弁８４を「閉」とすることでパッド収納部５３内に潤滑油を貯留し、高速回転時に該排油調整弁８４「開」とすることでパッド収納部５３内の潤滑油を排出するようにしても良い。
【００５７】
また、上記各実施形態はジャーナル軸受装置１００〜１０２について述べたものであるが、同様の構成をスラスト軸受装置１０３に適用しても良い。この場合、軸受パッド５２によって支持される被支持面は、回転軸１０の外周面１０Ａではなく、図１に示されるような回転軸１０に一体に固定されたスラストカラー３１の端面３１Ａとなり、該端面３１Ａに沿う回転軸１０の軸回り（矢印（イ）方向）に一定の間隔をおいて該スラスト軸受装置１０３を配置することとなる。このとき、このスラスト軸受装置１０３としては、第１〜第３実施形態のいずれの構成を選択することも可能である。図１４は、第１実施形態に示される構成を具備したスラスト軸受装置１０３の例である。なお、本発明に係わる構成のスラスト軸受装置１０３は、少なくとも回転軸１０と一体なスラストカラー３１の端面３１Ａに対向する側の少なくとも下側（下半分）に位置させることを必須とするが、これに限定されず、回転軸１０の軸回り（矢印（イ）方向）の全周に設けても良い。
【００５８】
また、上記各実施形態において保持手段の制御部は、検出手段による検出結果に基づいて、回転軸１０の回転数が一定値以上となった場合に、潤滑油の保持量を調整する制御を行うものとしたが、これに限るものでは無い。すなわち、回転軸１０の回転数の変化に応じて連続的に潤滑油の保持量を変化させるように制御するものとしても良い。
【００５９】
また、上記の実施形態は、回転機械の一例である蒸気タービン１に適用した場合について述べたものであるが、これに限定されず、上述した軸受装置１００〜１０３を、蒸気タービン１以外の圧縮機、過給機などの回転機械に組み込んでも良い。そして、このような圧縮機、過給機などの回転機械においても、低速回転時の摩擦損失、及び高速回転時の潤滑油による攪拌損失を低減でき、その結果、ガスタービン、圧縮機、過給機などの回転機械の軸受の高寿命化を図り、これら回転機器の軸受部分に係わるメンテナンスコストを低く抑えることができる効果が得られる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明は適用される蒸気タービンの概略を示す側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態として示したジャーナル軸受装置の側方視した断面図である。
【図３】図２に示すジャーナル軸受装置を正面から見た場合の概略構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のジャーナル軸受装置において、軸受ハウジング内の潤滑油量及びシール部材の作動圧と、回転軸の回転速度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態のジャーナル軸受装置において、制御部の制御内容を示すフロー図である。
【図６】本発明の第２実施形態として示したジャーナル軸受装置の側方視した断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のジャーナル軸受装置のシール部材の動作を説明するための概略図であって、（Ａ）はシール部材７１が封止位置にある場合、（Ｂ）はシール部材７１が開放位置にある場合を示している。
【図８】本発明の第２の実施形態のジャーナル軸受装置の変形例を示す側方視した断面図である。
【図９】図８に示すジャーナル軸受装置を正面から見た場合の概略構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態として示したジャーナル軸受装置の側方視した断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態のジャーナル軸受装置において、（Ａ）軸受ハウジング内の潤滑油量及び給油調整弁と、回転軸の回転速度との関係を示すグラフ、（Ｂ）軸受ハウジング内の潤滑油量及び排油調整弁と、回転軸の回転速度との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第３の実施形態のジャーナル軸受装置において、運転時における制御部の制御内容を示すフロー図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態のジャーナル軸受装置において、運転停止直後における制御部の制御内容を示すフロー図である。
【図１４】本発明をスラスト軸受装置に適用した場合の例を示す側方視した断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  蒸気タービン（回転機械）
１０  回転軸（被支持体）
１０Ａ  外周面（被支持面）
３１  スラストカラー（被支持体）
３１Ａ  端面（被支持面）
５１  軸受ハウジング
５２  軸受パッド
５３  パッド収納部
５４  間隙（潤滑油排出部）
５５  シール部材
５６Ａ  潤滑油供給路（潤滑油供給部）
５６Ｂ  潤滑油供給路（潤滑油供給部）
６０  保持手段
６１  駆動部
６２  制御部
７０  保持手段
７１  シール部材
７２  駆動部
７３  制御部
８０  潤滑油供給孔（潤滑油供給部）
８１  潤滑油排出孔（潤滑油排出部）
８２  保持手段
８３  給油調整弁
８４  排油調整弁
８６  制御部
１００  ジャーナル軸受装置
１０１  ジャーナル軸受装置
１０２  ジャーナル軸受装置
１０３  スラスト軸受装置
【図１】
2009185875.tif 000003
【図２】
2009185875.tif 000004
【図３】
2009185875.tif 000005
【図４】
2009185875.tif 000006
【図５】
2009185875.tif 000007
【図６】
2009185875.tif 000008
【図７】
2009185875.tif 000009
【図８】
2009185875.tif 000010
【図９】
2009185875.tif 000011
【図１０】
2009185875.tif 000012
【図１１】
2009185875.tif 000013
【図１２】
2009185875.tif 000014
【図１３】
2009185875.tif 000015
【図１４】
2009185875.tif 000016