特許 5839893 ジャーナル軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5839893

(24)【登録日】2015年11月20日

(45)【発行日】2016年1月6日

(54)【発明の名称】ジャーナル軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 17/03 20060101AFI20151210BHJP

   F16C 32/00 20060101ALI20151210BHJP

   F16C 32/06 20060101ALI20151210BHJP

   F16C 33/10 20060101ALI20151210BHJP

   F16C 33/20 20060101ALI20151210BHJP

【ＦＩ】

   F16C17/03

   F16C32/00 C

   F16C32/06 Z

   F16C33/10 Z

   F16C33/20 Z

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2011-187501(P2011-187501)

(22)【出願日】2011年8月30日

(65)【公開番号】特開2013-50142(P2013-50142A)

(43)【公開日】2013年3月14日

【審査請求日】2014年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】古峰 千尋

(72)【発明者】

【氏名】山下 一彦

(72)【発明者】

【氏名】貝漕 高明

(72)【発明者】

【氏名】川下 倫平

(72)【発明者】

【氏名】岡本 直也

(72)【発明者】

【氏名】西岡 忠相

【審査官】 小川 克久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１２０６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２０５０２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｃ １７／００−１７／２６

Ｆ１６Ｃ ３３／００−３３／２８

Ｆ１６Ｃ ３２／００−３２／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸の外周側に周方向に間隔をあけて複数が設置され、前記回転軸を外周側から支持する軸受パッドと、
互いに周方向に隣り合う前記軸受パッドの間にそれぞれ設けられ、前記回転軸の外周面に対して潤滑油を供給する給油ノズルとを備えるジャーナル軸受において、
前記複数の給油ノズルのうち前記回転軸の下方に位置する少なくとも一の給油ノズルに、前記潤滑油を前記回転軸の外周面に対して供給する給油穴が設けられていると共に、前記回転軸の停止時に該回転軸の外周面に接触する接触面が設けられ、前記給油ノズルの内側に穿設された高圧油供給孔を介して前記潤滑油よりも圧力の大きい高圧油を前記接触面に供給する高圧油供給手段を備えることを特徴とするジャーナル軸受。

【請求項2】

前記接触面は軟質金属又は樹脂材料によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受。

【請求項3】

前記高圧油供給手段は、前記複数の給油ノズルのうち前記回転軸の側方に位置する少なくとも二つの給油ノズルにも設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のジャーナル軸受。

【請求項4】

前記給油ノズルを前記回転軸から待避する方向に移動可能とする移動機構が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気タービンやガスタービン等の大型回転機械のロータ（回転軸）を回転自在に支持するジャーナル軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、蒸気タービンやガスタービン等の大型回転機械においては、ロータを回転可能に支持するために、ジャーナル（ティルティングパッド）軸受が多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。ジャーナル軸受はロータの周方向に複数配置され、揺動可能な軸受パッドが軸受ハウジングに収容された構成である。

【0003】

図５に、大型回転機械に使用される従来のジャーナル軸受１０１の軸方向から見た概略構成図を示す。図５に示すように、ロータＲを支持する各軸受パッド１０４は、軸受ハウジング２の内面に設けられ軸受パッド１０４の背面に当接するピボット１０３によって支持されている。

【0004】

また、大型回転機械用のジャーナル軸受においては機械の安全な運転を可能にするため、油により潤滑され、近年低損失、低油量を指向した直接潤滑型（ノズル等を介して軸受面に直接給油する型）の軸受が多く用いられてきている。
直接潤滑型のティルティングパッド軸受では、各軸受パッド１０４間には、給油ノズル１０６が設けられており、潤滑油供給用ポンプ１０を駆動させることで給油ノズル１０６から潤滑油が供給される。そして、ロータＲの回転により潤滑油をロータＲの外周面と軸受パッド１０４の支持面１０５との間に供給するようにしている。これにより、ロータＲと軸受パッド１０４の支持面１０５との間に、動圧発生に必要なくさび状油膜が形成されるため、回転中にロータ荷重を油膜を介して支持することができる。

【0005】

また、ジャッキング・オイル・ポンプ（Ｊａｃｋｉｎｇ Ｏｉｌ Ｐｕｍｐ，以下ＪＯＰ機構と称す）と呼ばれるオイルリフト機構により、ロータＲの回転開始時や低速回転時にロータＲを浮上させるジャーナル軸受も提供されている。図６に示すように、ＪＯＰ機構は、軸受パッド１０４の支持面１０５に形成されたＪＯＰ溝１１２（給油孔）から強制的に高圧油を供給することで、軸受パッド１０４の支持面１０５とロータＲとの間に油膜を形成する機構である。ＪＯＰ溝１１２には、給油通路１１４を介して高圧油供給用ポンプ１５から高圧油が供給されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１−１２４０６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、発電用タービンには高効率、大容量化が求められており、これに伴い発電用タービンの回転軸を支持するのに用いられているジャーナル軸受にかかるロータ荷重も増大している。そのため、条件によっては、ロータが浮上しない、または片側の軸受パッドでのみが浮上して、反対側の軸受パッドでは浮上しないなどの不具合が生じている。

【0008】

また、軸受パッド１０４の支持面１０５上に形成されるＪＯＰ溝１１２は、回転機械が定常回転している状態では軸受本来の性能を損なうものとなるため、軸受パッド１０４に対するＪＯＰ溝１１２の加工は最小限に留める必要がある。しかしながら、増大するロータ荷重に対応する為に、ＪＯＰ溝１１２の加工範囲も大きくなる傾向にある。

【0009】

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、大型回転機械に適用されるジャーナル軸受において、ジャーナル軸受の性能を低下させることなくＪＯＰ機構を備えたジャーナル軸受を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るジャーナル軸受は、回転軸の外周側に周方向に間隔をあけて複数が設置され、前記回転軸を外周側から支持する軸受パッドと、互いに周方向に隣り合う前記軸受パッドの間にそれぞれ設けられ、前記回転軸の外周面に対して潤滑油を供給する給油ノズルとを備えるジャーナル軸受において、前記複数の給油ノズルのうち前記回転軸の下方に位置する少なくとも一の給油ノズルに、前記潤滑油を前記回転軸の外周面に対して供給する給油穴が設けられていると共に、前記回転軸の停止時に該回転軸の外周面に接触する接触面が設けられ、前記給油ノズルの内側に穿設された高圧油供給孔を介して前記潤滑油よりも圧力の大きい高圧油を前記接触面に供給する高圧油供給手段を備えることを特徴とする。

【0011】

上記構成によれば、給油ノズルに高圧油供給手段が設けられているため、従来軸受パッドにのみ設けられていた回転軸のオイルリフト機構を構成する高圧油供給溝を省略するか、あるいは縮小することができるため、ジャーナル軸受の性能を低下させることなく、ジャーナル軸受に回転軸のオイルリフト機構を設けることができる。

【0012】

また、本発明に係るジャーナル軸受において、前記接触面は軟質金属又は樹脂材料によって形成されていることが好ましい。
上記構成によれば、回転軸の停止時において回転軸と接触する給油ノズルの接触面が軟質材とされるため、回転軸に傷が発生することを防止することができる。

【0013】

また、本発明に係るジャーナル軸受において、前記高圧油供給手段は、前記複数の給油ノズルのうち前記回転軸の側方に位置する少なくとも二つの給油ノズルにも設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、回転軸の回転中に、回転軸の側方に位置する給油ノズルから高圧油を噴射することにより、運転中において回転軸の位置の微調整を行うことができ、ジャーナル軸受が使用される回転機械全体の回転振動特性を向上させることができる。

【0014】

さらに、本発明に係るジャーナル軸受において、前記給油ノズルを前記回転軸から待避する方向に移動可能とする移動機構が設けられていること好ましい。
上記構成によれば、回転軸の回転中に給油ノズルの接触面を待避させることによって、回転軸の振動等の要因による給油ノズルの接触面の損傷を防止することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ジャーナル軸受の性能を低下させることなく、ジャーナル軸受に回転軸のオイルリフト機構を設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第一の実施形態に係るジャーナル軸受の概略構成図である。

【図2】本発明の第一の実施形態に係るジャーナル軸受を構成する軸受パッドの拡大斜視図である。

【図3】本発明の第二の実施形態に係るジャーナル軸受を構成する軸受パッドの拡大斜視図である。

【図4】本発明の第三の実施形態に係るジャーナル軸受を構成する軸受パッドの概略構成図である。

【図5】従来のジャーナル軸受の軸方向から見た概略構成図である。

【図6】従来のジャーナル軸受の軸受パッドを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（第一の実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態のジャーナル軸受１には、タービンのロータＲが回転可能に支持されている。また、本実施形態においては、ロータＲの軸方向に離間して設けられた２つのジャーナル軸受１によってロータＲを支持している。

【0018】

図１に示すように、ジャーナル軸受１は、環状の軸受ハウジング２と、軸受ハウジング２の内周面に等角度間隔で設けられたピボット３と、各々のピボット３に揺動可能に支持された軸受パッド４とを有する。即ち、ピボット３は、軸受パッド４と軸受ハウジング２との間に介在している。軸受パッド４は、周方向に分割されている。本実施形態では、軸受パッド４は４個に分割されており、各軸受パッド４がピボット３によって支持されている。

【0019】

また、各軸受パッド４間には、１つの高圧油供給手段１１が設けられた第一給油ノズル６と、３つの第二給油ノズル７とからなる給油ノズルがロータＲに向けて設けられている。第一給油ノズル６は、ロータＲの直下に設けられた給油ノズルであり、第二給油ノズル７は、ロータＲの側方及び、直上に設けられた給油ノズルである。第一給油ノズル６及び第二給油ノズル７は、はジャーナル軸受１の径方向内周側に向けて突出して設けられている。また、第一給油ノズル６及び第二給油ノズル７は、それぞれ潤滑油供給用ポンプ１０と接続されており、潤滑油供給用ポンプ１０を駆動することにより、ロータＲの回転方向下流側に隣接する軸受パッド４の支持面５に向けて潤滑油が供給されることになる。

【0020】

第一給油ノズル６の突出方向の先端の面を構成する接触面８は、ロータＲ停止時においてロータＲの外周面に接触する位置に設定されている。即ち、接触面８は、ロータＲの中心軸からの距離が、軸受パッド４の支持面５と略同一となるように設定されている。
一方、第二給油ノズル７の突出方向の先端の面は、ロータＲ回転時においてロータＲの外周面からやや離間する位置に設定されている。

【0021】

図２に示すように、第一給油ノズル６の接触面８を構成する四辺のうち、ジャーナル軸受１の軸方向に沿う二辺には、潤滑油を供給するための複数の給油穴９が形成されている。詳しくは、給油穴９は円形の穴であって、各辺に６つずつ列状に配置されている。これら給油穴９には、潤滑油供給用ポンプ１０が接続されている。

【0022】

また、第一給油ノズル６には、ＪＯＰ溝１２、凹溝１３、給油通路１４、及び高圧油供給用ポンプ１５からなる、高圧油供給手段１１（ＪＯＰ機構）を備えている。
ＪＯＰ溝１２は、第一給油ノズル６の接触面８に形成されている高圧油を供給するための孔である。詳しくは、接触面８には、接触面８の外径に沿う矩形形状の凹溝１３が形成されており、ＪＯＰ溝１２は、凹溝１３の略中央部に形成されている。凹溝１３の深さは、ロータＲの直径等、適用される大型回転機械の仕様に応じて適宜設定される。ＪＯＰ溝１２は、給油穴９と比較して、やや大なる直径を有する円形の孔であり、このＪＯＰ溝１２からロータＲを浮上させるための高圧油が供給される。高圧油は給油穴９より供給される潤滑油よりも圧力が大きくされている。

【0023】

ＪＯＰ溝１２は、第一給油ノズル６の内部に形成された給油通路１４と連通しており、給油通路１４は高圧油供給用ポンプ１５と接続されている。高圧油供給用ポンプ１５は潤滑油よりも圧力が大きくされている高圧油を供給することが可能なポンプである。

【0024】

各軸受パッド４は、ロータＲの軸線に平行な視線で見た場合に円弧状をなし、かつ、軸線方向に幅広な湾曲板形状をなしている。軸受パッド４の支持面５の曲率半径は、ロータＲの外周面の曲率半径よりやや大きく形成されている。即ち、軸受パッド４の支持面５全面がロータＲと接触することはない。また、軸受パッド４の支持面５は、ホワイトメタル（バビットメタル）などの軟質金属又は樹脂等の軸受材によって形成されている。

【0025】

ピボット３は、軸受ハウジング２よりロータＲの径方向に突出して形成され、軸受パッド４の背面中央において軸受パッド４を支持している。

【0026】

次に、上記実施形態に係るジャーナル軸受１の作用について説明する。
ロータＲを回転させる場合には、まず、ロータＲを停止させた状態で高圧油供給用ポンプ１５を駆動させ、給油通路１４を介して高圧油をＪＯＰ溝１２に供給する。この高圧油がＪＯＰ溝１２を介して凹溝１３に供給されることによりロータＲが浮上（オイルリフト）する。

【0027】

次いで、ロータＲを回転させる。高圧油供給手段１１によるロータＲの浮上により、ロータＲの外周面と軸受パッド４の支持面５との密着が解消されるため、第一給油ノズル６及び第二給油ノズル７から供給される潤滑油を受け入れ可能となる。

【0028】

上記実施形態によれば、第一給油ノズル６にＪＯＰ溝１２、凹溝１３、給油通路１４、及び高圧油供給用ポンプ１５からなる高圧油供給手段１１を設け、オイルリフト機能をもたせたことにより、軸受パッド４の支持面５にＪＯＰ溝を加工する必要がなくなるため、ジャーナル軸受１の性能低下を防止することができる。

【0029】

なお、上記実施形態においては、軸受パッド４にＪＯＰ溝等からなるＪＯＰ機構を設けない構成としたが、これに限ることはなく、第一給油ノズル６のオイルリフトを補助する目的で軸受パッド４にＪＯＰ溝等からなるＪＯＰ機構を設ける構成としてもよい。

【0030】

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係るジャーナル軸受について説明する。
図３に示すように、本実施形態のジャーナル軸受を構成する第一給油ノズル６Ｂの接触面８Ｂは、ホワイトメタル等の軟質金属によって形成されている。より詳しくは、接触面８Ｂは、薄板状のホワイトメタルに、凹溝１３に対応する矩形形状の孔を設けた部材が固定されている。

【0031】

上記実施形態によれば、ロータＲの停止時においてロータＲが接触する第一給油ノズル６Ｂの接触面８Ｂが軟質材によって形成されているため、ロータＲが第一給油ノズル６Ｂの接触面８Ｂによって傷が発生することを防止することができる。
なお、接触面８Ｂを形成する材質は、ホワイトメタル等の軟質金属に限ることはなく、ＰＯＭなどの樹脂材料によって形成してもよい。

【0032】

（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態に係るジャーナル軸受について説明する。図４に示すように、本実施形態のジャーナル軸受１Ｃは、ロータＲの直下及び両側方に設けられた３つの第三給油ノズル６Ｃと、ロータＲの直上に設けられた１つの第二給油ノズル７とを備えている。第三給油ノズル６Ｃは、高圧油供給手段１１Ｃが設けられたノズル先端部１７と、ノズル先端部１７を径方向に移動可能とする油圧シリンダ１８とを備えている。

【0033】

油圧シリンダ１８は軸受ハウジング２の内周面に、油圧シリンダ１８のロッド１８ａの進退方向が径方向に沿うように設置されている。ノズル先端部１７は、ロッド１８ａの先端に取り付けられている。ノズル先端部１７には、第一の実施形態の第一給油ノズル６と同様に、潤滑油を供給するための複数の給油穴と、高圧油を供給するためのＪＯＰ溝を備えた高圧油供給手段１１Ｃが設けられている。

【0034】

油圧シリンダ１８は、モータ（図示せず）によって駆動された油圧ポンプ（図示せず）によって作動油が供給されており、制御装置（図示せず）によって電磁切換弁１９を操作することにより、ノズル先端部１７の径方向の移動を制御することができる。なお、電磁切換弁１９は、各第三給油ノズル６Ｃそれぞれに設けられている。

【0035】

上記実施形態の作用について説明すると、まず、ロータＲを回転させる場合には、油圧シリンダ１８を操作してロータＲ直下の第三給油ノズル６Ｃのノズル先端部１７の接触面８ＣをロータＲに略当接させた状態で高圧油をＪＯＰ溝１２に供給する。これにより、ロータＲが浮上（オイルリフト）する。次いで、ロータＲを回転させた後、油圧シリンダ１８を操作してノズル先端部１７を径方向外周側に待避させる。

【0036】

また、ロータＲの回転中において、回転軸の側方に位置する第三給油ノズル６Ｃから高圧油を噴射することにより、運転中においてロータＲの位置の微調整を行うことができる。ロータＲの位置調整は、オイルリフト同様、接触面８ＣをロータＲに略接触させた状態で実施し、実施後はノズル先端部１７を径方向外周側に待避させる。
その他の作用は、第一の実施形態と同様である。

【0037】

上記実施形態によれば、ロータＲの回転中に第三給油ノズル６Ｃの接触面８Ｃを径方向外周側に待避させることによって、ロータＲの振動等の要因による第三給油ノズル６Ｃの接触面８Ｃの損傷を防止することができる。
また、ロータＲの回転中において、ロータＲの位置の微調整を行うことによって、タービン全体の回転振動特性を向上させることができる。

【0038】

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第三の実施形態においては、高圧油供給手段１１ＣをロータＲの直下及び両側方に位置する給油ノズルに設ける構成としたが、第一の実施形態においても同様に、高圧油供給手段をロータＲの直下及び両側方に配置する構成としてもよい。

【0039】

また、第三の実施形態においては、油圧シリンダ１８をロータＲの直下及び両側方に設ける構成としたが、ロータＲの直下の給油ノズルのみに油圧シリンダを設ける構成としてもよい。

【0040】

また、軸受パッド４の数は４つに限らず、適用される回転機械の構成に応じて適宜変更することができる。
さらに、上記各実施形態においては、高圧油供給手段１１を備えた給油ノズルは少なくともロータＲの直下に配置される構成を示したが、ロータＲの直下に軸受パッド４を設置し、その両側に設けた給油ノズルに高圧油供給手段を設ける構成としてもよい。

【符号の説明】

【0041】

Ｒ…ロータ（回転軸）、１…ジャーナル軸受、４…軸受パッド、６…第一給油ノズル（給油ノズル）、７…第二給油ノズル、８…接触面、１１…高圧油供給手段、１２…ＪＯＰ溝（高圧油供給孔）、１８…油圧シリンダ（移動機構）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】