JP2009257445A

JP2009257445A - ティルティングパッドスラスト軸受

Info

Publication number: JP2009257445A
Application number: JP2008106294A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nishida; 英朗西田; Isao Saito; 勲斉藤; Kyoichi Ikeno; 恭一池野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】軸受（厳密にはパッド）サイズを大きくしないと共にピボットのオフセット率も増加させないで軸受温度の上昇を効果的に回避しつつ負荷能力の増大が図れるティルティングパッドスラスト軸受を提供する。
【解決手段】ロータ１１に鍔状に固定されたスラストカラー１３の両面を周方向へ並んで摺接する複数のパッド１４で挟みロータ１１に作用する軸方向推力を支持するティルティングパッドスラスト軸受１０Ａ，１０Ｂにおいて、前記パッド１４のスラストカラー１３との摺接面に潤滑油が導かれる螺旋状の溝２０を複数本刻設した。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気タービン、ガスタービンなどに適用されるティルティングパッドスラスト軸受に関するものである。

蒸気タービン、ガスタービンなどの高速回転体であるロータ（回転軸）のスラスト荷重（軸方向推力）を支持するために、一般的に、ティルティングパッドスラスト軸受が使用されることは良く知られている（特許文献１参照）。

このティルティングパッドスラスト軸受は、ピボットで支持された複数のパッドを有しており、これらのパッドに相対するスラストカラーがロータと一体回転するとパッドは適正な角度で傾き、流体（油膜）圧力を発生することでスラスト荷重を支持する。また、複数のパッドの背面にはベースリングに組み込まれたレベリングプレート（パッド受座金）がピボットを介してフレキシブルに当接し、片当りを防止する、即ちそれぞれのパッドが受けるスラスト荷重の分布が平均化されるようになっている。

特開平７−３１０７３８号公報

ところで、上述したティルティングパッドスラスト軸受にあっては、一般に、回転方向の如何を問わず使用することができるように正転、逆転が可能に所謂センターピボットタイプのパッドを用いたスラスト軸受として造られている。

そのため、スラスト荷重が増加し、軸受面圧が増加すると、軸受温度が上昇するという問題点があった。即ち、軸受温度の上昇により潤滑油の粘度が下がり油膜が薄くなってパッドとスラストカラーとがメタル接触する虞れが生じると共に潤滑油の劣化を招来するのである。

これらの対策として、軸受（厳密にはパッド）サイズを大きくすることとピボットのオフセット率を増加することが考えられる。しかしながら、前者の場合は、軸受面積の増大で軸受温度は低下するが、軸受損失は周速の２乗に比例し、軸受（厳密にはパッド）サイズに比例するため、大幅に増加するという問題がある。一方、後者の場合は、図６に示すように、オフセット（くさび）効果により油膜厚さの増大が図れると共に潤滑油のチャージ量が増加して軸受温度も低下するが逆回転に対して弱い軸受となる問題がある。

そこで、本発明の目的は、軸受（厳密にはパッド）サイズを大きくしないと共にピボットのオフセット率も増加させないで軸受温度の上昇を効果的に回避しつつ負荷能力の増大が図れるティルティングパッドスラスト軸受を提供することにある。

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スラスト軸受は、
回転軸に鍔状に固定されたスラストカラーの両面を周方向へ並んで摺接する複数のパッドで挟み前記回転軸に作用する軸方向推力を支持するティルティングパッドスラスト軸受において、
前記パッドのスラストカラーとの摺接面に潤滑油が導かれる螺旋状の溝を複数本刻設したことを特徴とする。

また、
前記溝は、パッドの内周側から外周側へスラストカラーの回転方向へ延びると共にその先端が閉塞されていることを特徴とする。

また、
前記溝は、パッドの外周側から内周側へスラストカラーの回転方向へ延びると共にその先端が閉塞されていることを特徴とする。

また、
前記溝は、前記パッドの内周側から外周側へスラストカラーの回転方向へ延びる溝と前記パッドの外周側から内周側へスラストカラーの回転方向へ延びる溝とでヘリングボーン状に刻設されていることを特徴とする。

また、
前記パッドはセンターピボットタイプであることを特徴とする。

本発明に係るティルティングパッドスラスト軸受によれば、螺旋状の溝に導かれる潤滑油により、従来のくさび効果による圧力発生と異なり、パッド上の圧力分布に偏りが小さくなる。従って、センターピボットタイプでも負荷能力が大きくなると共に逆回転にも強い効果を発揮する。また、溝内を潤滑油が通過するので冷却効果も大きく、軸受温度が低減できる。言い換えれば、軸受（厳密にはパッド）サイズを大きくしないと共にピボットのオフセット率も増加させないで軸受温度の上昇を効果的に回避しつつ負荷能力の増大が図れるのである。

以下、本発明に係るティルティングパッドスラスト軸受を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示すティルティングパッドスラスト軸受におけるパッド単体の表面図、図２はティルティングパッドスラスト軸受の全体斜視図、図３はティルティングパッドスラスト軸受の組付状態図である。

図３に示すように、本実施例におけるティルティングパッドスラスト軸受１０Ａ，１０Ｂは、蒸気タービンやガスタービンなどにおけるロータ（回転軸）１１の図示しない軸受台内に支持板１２Ａ，１２Ｂを介して設置されて、ロータ１１に鍔状に固定されたスラストカラー１３の両面を周方向へ並んで摺接する複数のパッド１４で挟み前記ロータ１１に作用する軸方向推力（スラスト荷重）を支持するようになっている。

そして、前記パッド１４の背面には、筺体状のベースリング１５に組み込まれたレベリングプレート（パッド受座金）１６がピボット１７を介してフレキシブルに当接している。ピボット１７はパッド１４の中心に位置してパッド１４を支え、それぞれのパッド１４が受けるスラスト荷重の分布が平均するようになっている。尚、図３中１８Ａ，１８Ｂはオイルシールである。

また、図２に示すように、前記パッド１４は、相互に隣接するパッド間に給油ノズル１９を介装して図示例では周方向に８個配置され、その扇形をした表面（スラストカラー１３との摺接面）には、所定の厚さでホワイトメタル１４ａが溶着されている。尚、図２中１９ａは図外の潤滑油供給源からの潤滑油が供給される潤滑油入口で、１９ｂは潤滑油出口である。

また、図１に示すように、前記パッド１４（厳密にはホワイトメタル１４ａ）の表面には、パッド１４の内周側から外周側へスラストカラー１３の回転方向（図１中矢印方向）へ延びると共にその先端が閉塞されている螺旋状の溝２０が複数本（図示例では７本）刻設される。これらの溝２０には、前記給油ノズル１９の潤滑油出口１９ｂから吐出した潤滑油がパッド１４の内周面や側面を経て導かれる。また、各溝２０の長さは、パッド１４表面の外周側に略１／３の領域（溝を形成しない）を残す長さにそれぞれ設定される。

このように構成されるため、スラストカラー１３の回転に伴って、ティルティングパッドスラスト軸受１０Ａ，１０Ｂにおいては、パッド１４（厳密にはホワイトメタル１４ａ）の表面に、給油ノズル１９の潤滑油出口１９ｂを介して潤滑油が供給されると共に、各溝２０には、前記給油ノズル１９の潤滑油出口１９ｂから吐出した潤滑油がパッド１４の内周面や側面を経て導かれる。

そして、パッド１４の内周側から各溝２０に導かれた潤滑油は途中で行き止まりとなることで圧力を発生する。また、各溝２０の最外径部にて圧力を発生するため、ピボット１７の位置はパッド幅中心部より外側に設けることになる。また、ピボット１７のパッド１４の周方向の位置においてはセンターとなる（センターピボットタイプ）。

このように螺旋状の各溝２０に導かれる潤滑油により、従来のくさび効果による圧力発生と異なり、パッド１４上の圧力分布に偏りが小さくなる。従って、センターピボットタイプでも負荷能力が大きくなると共に逆回転にも強い効果を発揮する。また、各溝２０内を潤滑油が通過するので冷却効果も大きく、軸受温度が低減できる。

言い換えれば、軸受（厳密にはパッド１４）サイズを大きくしないと共にピボットのオフセット率も増加させないで効果的に軸受温度の上昇を回避しつつ負荷能力の増大が図れるのである。

図４は本発明の実施例２を示すティルティングパッドスラスト軸受におけるパッド単体の表面図である。

これは、実施例１における螺旋状の溝２０を、パッド１４の内周側から外周側へスラストカラー１３の回転方向へ延びることに代えてパッド１４の外周側から内周側へスラストカラー１３の回転方向へ延びるように変更した例である。尚、この場合、ピボット１７の位置はパッド幅中心部より内側に設けることになる。

これによれば、スラストカラー１３の回転に伴って、各溝２０内にパッド１４の外周側から内周側に向けて潤滑油が導かれ、実施例１と同様の作用・効果が得られる。

図５は本発明の実施例３を示すティルティングパッドスラスト軸受におけるパッド単体の表面図である。

これは、実施例１と実施例２における螺旋状の溝２０を併合し、パッド１４の内周側から外周側へスラストカラー１３の回転方向へ延びる溝２０Ａと、パッド１４の外周側から内周側へスラストカラー１３の回転方向へ延びる溝２０Ｂとでヘリングボーン状に形成した例である。尚、この場合、ピボット１７の位置はパッド幅中心部に設けることになる。

これによれば、スラストカラー１３の回転に伴って、各溝２０Ａ内にパッド１４の内周側から外周側に向けて潤滑油が導かれると共に、各溝２０Ｂ内にパッド１４の外周側から内周側に向けて潤滑油が導かれ、実施例１と実施例２との相乗効果が期待できる。

また、本願発明は上記各実施例に限定されず、パッド１４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。

本発明の実施例１を示すティルティングパッドスラスト軸受におけるパッド単体の表面図である。ティルティングパッドスラスト軸受の全体斜視図である。ティルティングパッドスラスト軸受の組付状態図である。本発明の実施例２を示すティルティングパッドスラスト軸受におけるパッド単体の表面図である。本発明の実施例３を示すティルティングパッドスラスト軸受におけるパッド単体の表面図である。パッドにおけるピボットのオフセット率と軸受温度及び油膜の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂティルティングパッドスラスト軸受
１１蒸気タービンやガスタービンなどにおけるロータ
１２Ａ，１２Ｂ支持板
１３スラストカラー
１４パッド
１４ａホワイトメタル
１５ベースリング
１６レベリングプレート（パッド受座金）
１７ピボット
１８Ａ，１８Ｂオイルシール
１９給油ノズル
１９ａ潤滑油入口
１９ｂ潤滑油出口
２０，２０Ａ，２０Ｂ螺旋状の溝

Claims

回転軸に鍔状に固定されたスラストカラーの両面を周方向へ並んで摺接する複数のパッドで挟み前記回転軸に作用する軸方向推力を支持するティルティングパッドスラスト軸受において、
前記パッドのスラストカラーとの摺接面に潤滑油が導かれる螺旋状の溝を複数本刻設したことを特徴とするティルティングパッドスラスト軸受。
前記溝は、パッドの内周側から外周側へスラストカラーの回転方向へ延びると共にその先端が閉塞されてい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スラスト軸受。
前記溝は、パッドの外周側から内周側へスラストカラーの回転方向へ延びると共にその先端が閉塞されてい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スラスト軸受。
前記溝は、請求項２に記載の溝と請求項３に記載の溝とでヘリングボーン状に刻設されてい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スラスト軸受。
前記パッドはセンターピボットタイプであることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載のティルティングパッドスラスト軸受。