JP2017026089A - ティルティングパッドジャーナル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】給油手段から給油された潤滑油のうち、油膜に入らずに排出される量を低減させることにより、給油効率を向上させ、少ない給油量でも油膜温度が高くならない、信頼性の高いティルティングパッドジャーナル軸受を提供すること。
【解決手段】回転軸の外周側に配置され、揺動可能に設けられた複数のパッド２と、複数のパッド２の間に設けられ、前記回転軸の外周面とパッド２の内周面との間に油を直接供給する複数の給油手段３とを備えたティルティングパッドジャーナル軸受において、パッド２のしゅう動面７の前縁の周方向位置が、軸方向の中央から軸端部に向かうにつれて後退する部分を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠心圧縮機等の高速回転機械に用いるティルティングパッドジャーナル軸受に関する。

遠心圧縮機等の高速回転機械においては、例えば、非特許文献１に示されるようなティルティングパッドジャーナル軸受が使用される。このティルティングパッドジャーナル軸受は、回転軸の外周側に配置され揺動可能に設けられた複数のパッドを有している。そして、複数パッドの内周面との間（以降、摺動部と称す）に油膜を形成することにより、回転軸とパッドとの接触を防止しつつ、回転軸の径方向荷重を負担するようになっている。

ティルティングパッドジャーナル軸受は、給油方式によって、２つに大別することができる。一方は、油浴方式と呼ばれており、ハウジングのパッド収納空間内に潤滑油を満たし、摺動部を浸漬する方式である。他方は、直接潤滑方式と呼ばれており、ハウジングのパッド収納空間内に潤滑油を満たさず、複数のパッドの間に配置された複数のノズルにより、摺動部に潤滑油を直接供給する方式である（例えば、特許文献１参照）。この直接潤滑方式は、油浴方式と比べ、摺動部に比較的低温な油を供給することができ、摺動部の温度を下げやすいため油の供給量も比較的少なくすることができる、等のメリットがある。

特開２００４−１９７８９０号公報

（社）日本トライボロジー学会編、トライボロジーハンドブック、養賢堂（２００１）、ｐ５３−５７

直接潤滑式ティルティングパッド軸受においては、給油手段から給油された潤滑油のすべてが油膜まで導かれることが理想であるが、実際には油膜に流入する潤滑油は一部であり、残りの部分は、油膜に入らずに排出されてしまうという問題があった。

本発明の目的は、給油手段から給油された潤滑油のうち、油膜に入らずに排出される量を低減させることにより、給油効率を向上させ、少ない給油量でも油膜温度が高くならない、信頼性の高いティルティングパッドジャーナル軸受を提供することにある。

ティルティングパッドジャーナル軸受は、回転軸の外周側に配置され、揺動可能に設けられた複数のパッドと、前記複数のパッドの間に設けられ、前記回転軸の外周面と前記パッドの内周面との間に油を直接供給する複数の給油手段とを備えたティルティングパッドジャーナル軸受において、前記パッドのしゅう動面前縁の周方向位置が、軸方向の中央から軸端部に向かうにつれて後退する部分を有することを特徴とする。

本発明によれば、ノズルからの油供給量を増大させなくとも、摺動面温度を低減することができる。

本発明の第１の実施形態におけるティルティングパッドジャーナル軸受の構造を表す断面図である。 本発明の第１の実施形態におけるパッドの構造を、給油手段とともに表す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における油の流れを、パッドの構造と給油手段とともに表す斜視図である。 本発明の第２の実施形態におけるパッド２の構造を、給油手段とともに表す斜視図である。 本発明の第３の実施形態におけるパッドの構造を、給油手段とともに表す斜視図である。

以下、本発明を説明する。
（１）本発明は、回転軸の外周側に配置され、揺動可能に設けられた複数のパッドと、前記複数のパッドの間に設けられ、前記回転軸の外周面と前記パッドの内周面との間に油を直接供給する複数の給油手段とを備えたティルティングパッドジャーナル軸受において、前記パッドのしゅう動面前縁の周方向位置が、軸方向の中央から軸端部に向かうにつれて後退する部分を有している。

このように本発明においては、給油手段より供給された潤滑油の一部は、同じ軸方向位置において油膜へ供給される。給油手段と同じ軸方向位置において油膜に入りきらなかった潤滑油には、軸方向端部に向かうにつれて後退しているしゅう動面前縁に沿って軸方向へ流れたのちに、油膜へ供給される。これにより、給油手段より供給された低温の潤滑油を、外部へ流出させずに軸方向の広い範囲の油膜へ導入することができ、摺動面温度を低減することが可能となる。

以上のように、本発明においては、ノズルからの油供給量を増大させなくとも、摺動面温度を低減することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記パッドの摺動面前縁の上流側に入口溝を設けており、前記入口溝は上流側および軸方向側に開放されている。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記入口溝は、前記パッドの摺動面前縁の最も上流となる部分よりも上流側にも設けられている。

（４）上記（１）ないし（３）のいずれかにおいて、好ましくは、前記パッドの摺動面前縁の最も上流となる部分が部分的に軸方向に直線状になっている。

（５）上記（２）ないし（４）のいずれかにおいて、好ましくは、前記入口溝の深さが、下流に向かうにつれて浅くなっている。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１〜図３により説明する。

図１は、本実施形態におけるティルティングパッドジャーナル軸受の構造を表す断面図である。図２は、本実施形態におけるパッドの構造を、給油手段とともに表す斜視図である。

これら図１と図２において、ティルティングパッドジャーナル軸受は、回転軸１の外周側に配置され、ピボッド４を介し揺動可能に支持された例えば５つのパッド２ａ〜２ｅ（以降、適宜、代表して「パッド２」と称す）と、これらパッド２ａ〜２ｅの間に設けられた５つの給油手段３ａ〜３ｅ（以降、適宜、代表して「給油手段３」と称す）と、パッド２ａ〜２ｅ及びノズル３ａ〜３ｅ等を収納するケーシング５とを備えている。なお、本実施形態では、回転軸１が水平方向に延在しており、パッド２ａ，２ｅが回転軸１の上側に位置するようになっている。また、回転軸１は、図１の矢印Ｒで示す回転方向に回転している。

ハウジング５のパッド収納空間内には潤滑油が満たされておらず、ハウジング５の外周側に形成された環状の給油流路（図示せず）を介し給油手段３ａ〜３ｅに潤滑油が供給される。そして、給油手段３ａの先端の給油口からの油が回転軸１の外周面とパッド２ａの内周面との間に直接供給され、給油手段３ｂの先端の給油口からの油が回転軸１の外周面とパッド２ｂの内周面との間に直接供給され、給油手段３ｃの先端の給油口からの油が回転軸１の外周面とパッド２ｃの内周面との間に直接供給され、給油手段３ｄの先端の給油口からの油が回転軸１の外周面とパッド２ｄの内周面との間に直接供給され、給油手段３ｅの先端の給油口からの油が回転軸１の外周面とパッド２ｅの内周面との間に直接供給されるようになっている。これにより、回転軸１の外周面とパッド２の内周面との間に比較的低温な油を供給することができ、油の供給量も比較的少なくすることが可能になっている。

そして、回転軸１が回転すると、回転軸１の外周面とパッド２の内周面との間に油が巻き込まれて油膜が形成される。回転軸１は、この油膜中に発生する圧力によって持ち上げられ、パッド２ａ〜２ｅと直接接触することなく支持されるようになっている。

ここで本実施形態の大きな特徴として、しゅう動面の入口側（回転軸１の回転方向とは反対側）の入口側縁８は、給油手段３が設けられている軸方向位置（図２中のA）よりも、パッドの軸方向端部（図２中のBとB'）に向かうにつれて周方向位置が回転軸１の回転方向に後退している。また、本実施形態では、各パッド２には、例えば切削加工又は成形により、入口溝６が形成されている。この入口溝６は、パッド２のしゅう動面７上に、回転軸１の入口側の端部に設けられている。

次に、本実施形態の作用効果を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１の実施形態における油の流れを、パッドの構造と給油手段とともに表す斜視図である。図３で示すように、給油手段３より供給された潤滑油は同じ軸方向位置においてXで示すように油膜へ供給される。給油手段３と同じ軸方向位置において油膜に入りきらなかった潤滑油については、図３のYとY'に示すように、しゅう動面前縁８に沿って軸方向へ流れたのちに、油膜へ供給される。本実施形態においては、しゅう動面前縁８は軸方向端部に向かうにつれて後退しているため、回転軸１に連れて流れる潤滑油に軸方向の流れが生じるため、YやY'のような流れとなる。これにより、給油手段３より供給された低温の潤滑油を、外部への流出させずに軸方向の広い範囲の油膜へ導入することができ、摺動面温度を低減することが可能となる。

なお、軸方向の広い範囲で低温の給油を供給する方法として、給油手段３を軸方向に複数設けるという方法も考えられるが、この場合、給油手段から流出する潤滑油の速度は遅くなってしまう。ところで、給油手段からの潤滑油の流出速度が速いほうが、上流側のパッド（たとえば、パッド２ｂに対するパッド２ａ）から流出し回転軸１の表面に付着したまま油膜へ流出する高温の潤滑油（ホットオイルキャリーオーバーと呼ばれる）を排除することができることを考慮すると、給油手段３の数は少ない方が好ましい。また、油膜の圧力は軸方向中央で高くなるため、損傷を回避するには軸方向中央での油膜温度を低減することに効果がある。したがって、本実施例のような構成とするほうが、軸方向に複数の給油手段を設けるよりも、軸受の信頼性を高める効果は大きい。軸方向に複数の給油手段を設ける場合でも、軸方向中央の給油手段と比較し、それ以外の給油手段は補助的なものでよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を、図４により説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図４は、本実施形態におけるパッド２の構造を、給油手段３とともに表す斜視図である。

本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、給油手段３より供給された低温の潤滑油を、外部へ流出させずに軸方向の広い範囲の油膜へ導入することができ、摺動面温度を低減することが可能となる。本実施形態では、パッド２のしゅう動面前縁８よりも上流側（回転軸１の回転方向とは反対側）にも開放溝６が設けられている。このように構成することにより、給油手段から供給された潤滑油は入口溝にて集められてから油膜へと導かれることになり、油膜外へと流出する潤滑油の量をさらに低減することが可能となる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を、図５により説明する。なお、本実施形態において、上記第２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図５は、本実施形態におけるパッド２の構造を、給油手段３とともに表す斜視図である。

本実施形態では、しゅう動面前縁８の最も上流となる部分が部分的に軸方向に直線状になっている。また、入口溝６の深さが下流に向かうにつれて浅くなっている。

このような本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、給油手段３より供給された低温の潤滑油を、外部へ流出させずに軸方向の広い範囲の油膜へ導入することができ、摺動面温度を低減することが可能となる。本実施形態では、しゅう動面前縁８の最も上流となる部分が部分的に軸方向に直線状になっている。これにより、直線状になっている位置において、給油手段３より供給された潤滑油は軸方向の流れが誘起されにくくなるため、確実にその下流の油膜へと導入されるようになる。また、本実施形態では入口溝６の深さが下流に向かうにつれて浅くなっている。このように構成することにより、入口溝から油膜への潤滑油が流入しやすくなるため、給油手段３より供給された潤滑油を効率よく油膜へ導入することが可能となる。

１ 回転軸
２，２ａ〜２ｅ パッド
３，３ａ〜３ｅ 給油手段
４ ピボット
５ ハウジング
６ 入口溝
７ しゅう動面
８ しゅう動面前縁

Claims (6)

1. 回転軸の外周側に配置され、揺動可能に設けられた複数のパッドと、
   前記複数のパッドの間に設けられ、前記回転軸の外周面と前記パッドの内周面との間に油を直接供給する複数の給油手段とを備えたティルティングパッドジャーナル軸受において、
   前記パッドのしゅう動面前縁の周方向位置が、軸方向の中央から軸端部に向かうにつれて後退する部分を有することを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
2. 請求項１において、前記パッドの摺動面前縁の上流側に入口溝を設けており、前記入口溝は上流側および軸方向側に開放されていることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
3. 請求項２において、前記入口溝は、前記パッドの摺動面前縁の最も上流となる部分よりも上流側にも設けられていることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記パッドの摺動面前縁の最も上流となる部分が部分的に軸方向に直線状になっていることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
5. 請求項２ないし４のいずれかにおいて、前記入口溝の深さが、下流に向かうにつれて浅くなることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記給油手段が摺動面の最も上流となる部分と同じ軸方向位置のみに配設されていることを特徴とするティルティングパッドジャーナル軸受。

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