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JP7482000B2 - Tilting pad journal bearing and rotating machine equipped with same - Google Patents

Tilting pad journal bearing and rotating machine equipped with same Download PDF

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JP7482000B2
JP7482000B2 JP2020186115A JP2020186115A JP7482000B2 JP 7482000 B2 JP7482000 B2 JP 7482000B2 JP 2020186115 A JP2020186115 A JP 2020186115A JP 2020186115 A JP2020186115 A JP 2020186115A JP 7482000 B2 JP7482000 B2 JP 7482000B2
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cleat
housing
liner
rotor
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直彦 高橋
真 辺見
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Hitachi Industrial Products Ltd
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    • F01D25/16Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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Description

本発明は、ティルティングパッド式ジャーナル軸受およびそれを備える回転機械に関する。 The present invention relates to a tilting pad journal bearing and a rotating machine equipped with the same.

一般に、回転機械は、回転するロータと、当該ロータを回転自在に支持するジャーナル軸受と、当該ジャーナル軸受を固定するケーシング等のステータとを備えて構成されている。 Generally, a rotating machine is composed of a rotating rotor, a journal bearing that supports the rotor so that it can rotate freely, and a stator such as a casing that fixes the journal bearing.

例えば、遠心圧縮機やタービン等の高速、大型の回転機械において、比較的軸受面圧が低い場合にはティルティングパッド式のジャーナル軸受が用いられることが多い。これは、真円軸受や楕円軸受といった他の形式の軸受と比較し、軸受の油膜圧力により生じる、ロータの振れ回り振動を不安定化する力が小さくなり、ロータの不安定振動が発生しにくいためである。 For example, in high-speed, large rotating machinery such as centrifugal compressors and turbines, tilting pad journal bearings are often used when the bearing surface pressure is relatively low. This is because, compared to other types of bearings such as circular bearings and elliptical bearings, the force that destabilizes the whirling vibration of the rotor caused by the oil film pressure in the bearing is smaller, making unstable vibration of the rotor less likely to occur.

ティルティングパッド式ジャーナル軸受は、例えば特許文献1の図1に開示されているように、ロータを支持する複数のパッドをロータの周方向に配置した構造となっている。当該パッドは、パッドの背面に設けられたピボットを介して、ハウジングによって支持されている。パッドは、ピボットを中心に周方向に対して傾くことが可能となっており、ロータの振れ回り振動を不安定化する力を抑制することが可能である。 As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, for example, a tilting pad journal bearing has a structure in which multiple pads that support a rotor are arranged in the circumferential direction of the rotor. The pads are supported by the housing via pivots provided on the back surfaces of the pads. The pads can tilt in the circumferential direction around the pivots, making it possible to suppress the forces that destabilize the whirling vibration of the rotor.

また、ロータのたわみや軸受のミスアライメント等でロータと軸受によって形成される隙間が軸方向で不均一になると、軸方向において油膜厚さが不均一となり局所的に油膜の温度が上昇する場合がある。ここで、一般に、ロータには不釣り合いが存在し、当該不釣り合いによる不釣り合い振動が生じる。軸方向において油膜厚さが不均一の場合に、ロータが不釣り合い振動すると、ロータの軸受部の周方向に不均一な温度分布が生じ、ロータに熱曲がりが発生する場合がある。このロータの熱曲がりはさらなる不釣り合いとなるため、振動が徐々に増大していく現象が起きる。これは、非特許文献1において報告されているモートン(Morton)効果と呼ばれる熱曲がり振動現象である。 In addition, if the gap formed by the rotor and the bearing becomes uneven in the axial direction due to rotor deflection or bearing misalignment, the oil film thickness becomes uneven in the axial direction, and the temperature of the oil film may rise locally. Generally, the rotor is unbalanced, and this unbalance causes unbalanced vibration. If the oil film thickness is uneven in the axial direction and the rotor vibrates unbalanced, an uneven temperature distribution occurs in the circumferential direction of the rotor's bearing part, and thermal bending may occur in the rotor. This thermal bending of the rotor causes further unbalance, and the vibration gradually increases. This is the thermal bending vibration phenomenon called the Morton effect, reported in Non-Patent Document 1.

熱曲がり振動を防止するためには、軸方向において油膜厚さを均一にすることが有効である。例えば、特許文献2の図1に開示されているように、ティルティングパッドのピボットを球面ピボットとして、周方向だけではなく軸方向に対しても傾くようにする方法が知られている。これにより、パッドがロータに沿って傾き、油膜厚さが軸方向において不均一になることを防止している。
また、例えば特許文献2の図2に開示されているように、ティルティングパッドを支えるハウジング全体を球面ライナーによって傾けることで、軸方向において油膜厚さを均一に保つ方法が知られている。
In order to prevent thermal bending vibration, it is effective to make the oil film thickness uniform in the axial direction. For example, as disclosed in Fig. 1 of Patent Document 2, a method is known in which the pivot of the tilting pad is made a spherical pivot so that it tilts not only in the circumferential direction but also in the axial direction. This prevents the pad from tilting along the rotor, which would cause the oil film thickness to become non-uniform in the axial direction.
Also, as disclosed in FIG. 2 of Patent Document 2, for example, a method is known in which the entire housing supporting the tilting pad is tilted by a spherical liner to keep the oil film thickness uniform in the axial direction.

特開2011-256773号公報JP 2011-256773 A 特開平5-332355号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-332355

deJongh, F. M., and Morton, P. G.著 “The synchronous instability of a compressor rotor due to bearing journal differential heating.” ASME Paper 94-GT-35 1-13. 1994年deJongh, F. M., and Morton, P. G. “The synchronous instability of a compressor rotor due to bearing journal differential heating.” ASME Paper 94-GT-35 1-13. 1994

パッドが周方向に対してのみ傾く1軸ピボットが使用される場合、荷重を支える部分は線接触となる。しかしながら、特許文献2の図1に記載の球面ピボットが使用される場合、荷重を支える部分が点接触となる。このため、球面ピボットは、構造上、接触部の面圧が大きくなり、設計上の制約となる場合がある。したがって、熱曲がり振動を抑制するために、線接触となる1軸ピボットのティルティングパッド式ジャーナル軸受を球面ピボットのティルティングパッド式ジャーナル軸受に変更しようとした場合、設計を大きく見直す必要が生じるおそれがある。 When a single-axis pivot is used in which the pads are tilted only in the circumferential direction, the portion supporting the load is in line contact. However, when a spherical pivot as shown in FIG. 1 of Patent Document 2 is used, the portion supporting the load is in point contact. For this reason, the spherical pivot's structure means that the surface pressure at the contact portion is large, which can be a design constraint. Therefore, if an attempt is made to change a tilting pad journal bearing with a single-axis pivot that is in line contact to a tilting pad journal bearing with a spherical pivot in order to suppress thermal bending vibration, it may become necessary to significantly reconsider the design.

また、特許文献2の図2に記載の球面ライナーを使用する構造は、ロータの初期たわみや軸受のミスアライメントといった静的な不均一性には有効であると考えられる。しかしながら、この構造は、可動範囲がハウジング全体となって比較的大きくその質量も大きいため、ロータへの追従性に劣り、振動によって動的に生じる軸方向における油膜不均一性には対応できないおそれがある。 The structure using a spherical liner as shown in Figure 2 of Patent Document 2 is considered to be effective against static non-uniformity such as initial deflection of the rotor and misalignment of the bearings. However, this structure has a relatively large movable range that covers the entire housing, and its mass is also large, so it has poor follow-up ability to the rotor and may not be able to deal with oil film non-uniformity in the axial direction that occurs dynamically due to vibration.

本発明の目的は、ロータの振れ回り振動を不安定化する力を抑制しつつ、簡便に軸方向における軸受油膜の不均一を抑制して熱曲がり振動の発生を防止するティルティングパッド式ジャーナル軸受およびそれを備える回転機械を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a tilting pad journal bearing and a rotating machine equipped with the same that easily suppresses unevenness in the bearing oil film in the axial direction while suppressing the forces that destabilize the whirling vibration of the rotor, thereby preventing the occurrence of thermal bending vibration.

前記した目的を達成するために、本発明は、ロータが内部を挿通するハウジングと、前記ロータと前記ハウジングとの間に配置された傾動可能な複数のパッドと、前記パッドの外面と前記ハウジングの内面との間に存在する互いに接しない2つの面と、を備え、2つの前記面は、それぞれ、傾動中心となる軸の向きが互いに異なる1軸ピボットを有し、前記パッドと前記ハウジングとの間に径方向内側から順に配置されたライナと内側クリートと外側クリートを備え、2つの前記面は、前記内側クリートの外面と前記外側クリートの外面であることを特徴とするティルティングパッド式ジャーナル軸受である。
また、本発明は、前記ティルティングパッド式ジャーナル軸受と、前記ロータと、を備える回転機械である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a tilting pad type journal bearing comprising: a housing through which a rotor passes; a plurality of tiltable pads arranged between the rotor and the housing; and two non-contacting surfaces existing between the outer surfaces of the pads and the inner surface of the housing, wherein the two surfaces each have a single-axis pivot with an axis that serves as the tilt center oriented in a different direction from each other, and comprising a liner, an inner cleat, and an outer cleat arranged between the pads and the housing in that order from the radially inside, and the two surfaces being the outer surface of the inner cleat and the outer surface of the outer cleat .
The present invention also relates to a rotary machine including the tilting pad journal bearing and the rotor.

本発明によれば、ロータの振れ回り振動を不安定化する力を抑制しつつ、簡便に軸方向における軸受油膜の不均一を抑制して熱曲がり振動の発生を防止するティルティングパッド式ジャーナル軸受およびそれを備える回転機械を提供できる。 The present invention provides a tilting pad journal bearing and a rotating machine equipped with the same that easily suppresses unevenness in the bearing oil film in the axial direction while suppressing the forces that destabilize the whirling vibration of the rotor, thereby preventing the occurrence of thermal bending vibration.

本発明の第1実施形態に係るティルティングパッド式ジャーナル軸受におけるロータの中心軸に垂直な断面図である。1 is a cross-sectional view perpendicular to the central axis of a rotor in a tilting pad journal bearing according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第1実施形態に係るティルティングパッド式ジャーナル軸受におけるティルティング構造部とハウジングの詳細を示した図であり、ロータの中心軸に平行な拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view parallel to the central axis of the rotor, showing details of the tilting structure and the housing in the tilting pad journal bearing according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るティルティングパッド式ジャーナル軸受におけるティルティング構造部の詳細を示した図であり、ロータの中心軸に垂直な拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view perpendicular to the central axis of the rotor, showing details of a tilting structure in the tilting pad journal bearing according to the first embodiment of the present invention. 本発明の回転機械の一例として代表的な回転機械である遠心圧縮機に適用した場合の縦断面図であり、回転機械としての遠心圧縮機の全体構造を示す図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a case where the present invention is applied to a centrifugal compressor, which is a representative rotary machine, as an example of a rotary machine of the present invention, and is a diagram showing an overall structure of a centrifugal compressor as a rotary machine. 本発明の第2実施形態に係るティルティングパッド式ジャーナル軸受におけるロータの中心軸に平行な要部拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of a tilting pad journal bearing according to a second embodiment of the present invention, taken along a line parallel to the central axis of a rotor.

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、共通する部材や同種の部材については、同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the drawings shown below, the same reference numerals are used to refer to common or similar components, and duplicated explanations will be omitted as appropriate. Furthermore, the size and shape of the components may be exaggerated or distorted for ease of explanation.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るティルティングパッド式ジャーナル軸受1におけるロータ2の中心軸CL(図4参照)に垂直な断面図である。
First Embodiment
FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the central axis CL (see FIG. 4) of a rotor 2 in a tilting pad journal bearing 1 according to a first embodiment of the present invention.

図1に示すように、ティルティングパッド式ジャーナル軸受1は、ロータ2が内部を挿通するハウジング7と、ロータ2とハウジング7との間に配置された傾動可能な複数のパッド3とを備えている。ハウジング7は環状を呈している。ロータ2とハウジング7とは、共通の中心軸CL(図4参照)を有している。以下、中心軸CLに沿う方向を「軸方向」、中心軸CL上の点から中心軸CLに直交して延びる方向を「径方向」、中心軸CL上の点を中心とした円周方向を「周方向」と呼ぶ。 As shown in Figure 1, the tilting pad journal bearing 1 comprises a housing 7 through which the rotor 2 passes, and a number of tiltable pads 3 arranged between the rotor 2 and the housing 7. The housing 7 is annular. The rotor 2 and the housing 7 share a common central axis CL (see Figure 4). Hereinafter, the direction along the central axis CL will be referred to as the "axial direction", the direction extending perpendicular to the central axis CL from a point on the central axis CL as the "radial direction", and the circumferential direction centered on a point on the central axis CL as the "circumferential direction".

ティルティングパッド式ジャーナル軸受1は、パッド3とハウジング7との間に径方向内側から順に配置されたライナ4とクリート5を備えている。パッド3は、油膜を介してロータ2を支持する。パッド3と、ライナ4と、クリート5とからティルティング構造部6が構成されている。 The tilting pad journal bearing 1 has a liner 4 and a cleat 5 arranged between the pad 3 and the housing 7, in that order from the inside in the radial direction. The pad 3 supports the rotor 2 via an oil film. The pad 3, the liner 4, and the cleat 5 constitute the tilting structure 6.

ティルティング構造部6は、ロータ2のまわりに周方向に、例えば図1では5か所配置されている。図1に示すティルティングパッド式ジャーナル軸受1は、パッド3の1つをWで示したロータ2の荷重方向に設置したロードオンパッド(Load on Pad)構造の軸受である。 The tilting structure 6 is arranged in the circumferential direction around the rotor 2, for example, five places in FIG. 1. The tilting pad journal bearing 1 shown in FIG. 1 is a bearing with a load on pad structure in which one of the pads 3 is installed in the load direction of the rotor 2, indicated by W.

ティルティング構造部6は、ティルティング構造部6の径方向外側に配置されたハウジング7に対して、クリート5の外面5aに設けられた凸形状の1軸ピボットP1を介して支持されている。ここで、外面とは、径方向外側に向く面をいう。また、1軸ピボットとは、傾動中心となる軸を1つのみ有し、線接触となるピボットをいう。1軸ピボットP1は、パッド3が周方向に対して傾くことを可能にする。つまり、1軸ピボットP1の傾動中心となる軸は、中心軸CLと平行な直線方向の軸である。 The tilting structure 6 is supported by a housing 7 arranged radially outward of the tilting structure 6 via a convex 1-axis pivot P1 provided on the outer surface 5a of the cleat 5. Here, the outer surface refers to the surface facing radially outward. The 1-axis pivot refers to a pivot that has only one axis that serves as the center of tilting and forms a line contact. The 1-axis pivot P1 allows the pad 3 to tilt in the circumferential direction. In other words, the axis that serves as the center of tilting of the 1-axis pivot P1 is a linear axis that is parallel to the central axis CL.

ハウジング7は、半割れ構造となっており、半割れ面7a,7aで分割された一対の部材が接合されて構成されている。 The housing 7 has a split structure and is made up of a pair of members that are split at the split surfaces 7a, 7a and joined together.

図2は、ティルティング構造部6とハウジング7の詳細を示した図であり、ロータ2の中心軸CL(図4参照)に平行な拡大断面図である。
なお、図2のティルティング構造部は、図1のティルティング構造部とは寸法関係が多少異なって描かれているが、原理的には同じものである。したがって、図1と対応する符号を付した図2を参照してティルティング構造部6とハウジング7の詳細を説明する。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the tilting structure 6 and the housing 7 in detail, taken along a line parallel to the central axis CL of the rotor 2 (see FIG. 4).
The tilting structure in Fig. 2 is drawn with a slightly different dimensional relationship from the tilting structure in Fig. 1, but is essentially the same. Therefore, the tilting structure 6 and the housing 7 will be described in detail with reference to Fig. 2, which has the same reference numerals as those in Fig. 1.

図2に示すように、組立時には、まずハウジング7の半割れ面7a(図1参照)から、ハウジング7に設けられた溝8,8にティルティング構造部6のクリート5の軸方向両側に設けられた張り出し部9,9をそれぞれ挿入する。そして、ティルティング構造部6を周方向の所定の位置まで移動させる。移動させた後、ハウジング7の径方向外側からピン10を挿入し、ティルティング構造部6のクリート5に設けられた穴11にピン10の先端を挿入することで、ティルティング構造部6の周方向位置がずれることを防ぐ。ピン10は、ハウジング7に例えばねじ締結によって固定される。溝8と穴11は、どちらもティルティング構造部6が傾くことを許容する隙間が形成されるような寸法を有している。これらにより、ティルティング構造部6が周方向に対して傾く(揺動する)ことを可能にしつつ、ティルティング構造部6の周方向位置、径方向位置を保持している。 As shown in FIG. 2, when assembling, first, the protruding parts 9, 9 provided on both axial sides of the cleat 5 of the tilting structure 6 are inserted into the grooves 8, 8 provided in the housing 7 from the half-split surface 7a of the housing 7 (see FIG. 1). Then, the tilting structure 6 is moved to a predetermined position in the circumferential direction. After moving, a pin 10 is inserted from the radial outside of the housing 7, and the tip of the pin 10 is inserted into a hole 11 provided in the cleat 5 of the tilting structure 6, thereby preventing the circumferential position of the tilting structure 6 from shifting. The pin 10 is fixed to the housing 7, for example, by screw fastening. Both the groove 8 and the hole 11 have dimensions such that a gap is formed that allows the tilting structure 6 to tilt. As a result, the circumferential position and radial position of the tilting structure 6 are maintained while allowing the tilting structure 6 to tilt (swing) in the circumferential direction.

ライナ4とクリート5は、例えばボルト(図示せず)でねじ締結されて一体となっている。パッド3の外面3aは、ライナ4の内面4bに設けられた凸形状の1軸ピボットP2を介して、ライナ4に接触している。ここで、内面とは、径方向内側に向く面をいう。1軸ピボットP2は、パッド3が軸方向に対して傾くことを可能にしている。つまり、1軸ピボットP2の傾動中心となる軸は、中心軸CL上の点を中心とした円の接線方向の軸である。 The liner 4 and the cleat 5 are integrated together, for example by screwing them together with bolts (not shown). The outer surface 3a of the pad 3 contacts the liner 4 via a convex uniaxial pivot P2 provided on the inner surface 4b of the liner 4. Here, the inner surface refers to the surface facing radially inward. The uniaxial pivot P2 allows the pad 3 to tilt in the axial direction. In other words, the axis that is the center of tilting of the uniaxial pivot P2 is the axis tangential to a circle centered on a point on the central axis CL.

図3は、ティルティング構造部6の詳細を示した図であり、ロータ2の中心軸CLに垂直な拡大断面図である。
図3に示すように、パッド3は、径方向外側に向けて凹となる凹形状を呈しており、当該凹形状の内面における当該パッド3の周方向の両側に、互いに対向する溝14,14を有している。ねじ締結したライナ4とクリート5において、ライナ4の幅がクリート5の幅よりも長くしてある。組立時には、溝14,14にライナ4の周方向の両側の端部13,13がそれぞれ挿入される。パッド3に設けられた溝14とライナ4の周方向の両側の端部13によって、パッド3に対するライナ4およびクリート5の径方向の位置が保持される。そして、パッド3の軸方向端面から、ねじ締結したライナ4とクリート5をスライドさせてパッド3の軸方向中央位置まで移動させる。移動させた後、クリート5側からピン15を挿入し、パッド3の外面3aに設けられた穴16にピン15の先端が挿入されることで、パッド3と、ライナ4およびクリート5との位置がずれることを防ぐ。ピン15は、クリート5またはライナ4に例えばねじ締結によって固定される。溝14と穴16は、どちらもパッド3が軸方向に対して傾くことを許容する隙間が形成されるような寸法を有している。例えば、溝14は、ライナ4が溝14内で軸方向に対して傾くことを許容する溝幅を有している。これらにより、パッド3が軸方向に対して傾く(揺動する)ことを可能にしつつ、パッド3の軸方向位置を保持する。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the tilting structure 6 in detail, taken along a line perpendicular to the central axis CL of the rotor 2. As shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the pad 3 has a concave shape that is concave toward the outside in the radial direction, and has grooves 14, 14 facing each other on both sides in the circumferential direction of the pad 3 on the inner surface of the concave shape. In the liner 4 and the cleat 5 that are screwed together, the width of the liner 4 is longer than the width of the cleat 5. During assembly, both ends 13, 13 in the circumferential direction of the liner 4 are inserted into the grooves 14, 14. The grooves 14 provided in the pad 3 and the both ends 13 in the circumferential direction of the liner 4 hold the radial positions of the liner 4 and the cleat 5 relative to the pad 3. Then, the screwed liner 4 and the cleat 5 are slid from the axial end face of the pad 3 to the axial center position of the pad 3. After the movement, a pin 15 is inserted from the cleat 5 side, and the tip of the pin 15 is inserted into a hole 16 provided in the outer surface 3a of the pad 3, thereby preventing the pad 3 from being misaligned with the liner 4 and the cleat 5. The pin 15 is fixed to the cleat 5 or the liner 4 by, for example, screw fastening. Both the groove 14 and the hole 16 have dimensions such that a gap is formed that allows the pad 3 to tilt in the axial direction. For example, the groove 14 has a groove width that allows the liner 4 to tilt in the axial direction within the groove 14. These allow the pad 3 to tilt (swing) in the axial direction while maintaining the axial position of the pad 3.

周方向に対して傾くことを可能にする1軸ピボットP1と、軸方向に対して傾くことを可能にする1軸ピボットP2は、どちらも1軸ピボットであり線接触によって荷重を支える。したがって、点接触である球面ピボットに比べ、ピボットにおける接触面圧を小さくすることができる。また、これにより、大幅な設計変更をすることなく、既設の周方向に対してのみ傾動(揺動)可能な1軸ピボットを用いたジャーナル軸受と置換することが可能となる。また、ティルティング構造部6はパッド3、ライナ4、クリート5に分解可能であるので、軸受焼損などの不具合が発生した場合には、交換する部品を最小限の範囲にすることができる。 The single-axis pivot P1, which allows tilting in the circumferential direction, and the single-axis pivot P2, which allows tilting in the axial direction, are both single-axis pivots that support loads through line contact. Therefore, the contact surface pressure at the pivot can be reduced compared to a spherical pivot, which is a point contact. This also makes it possible to replace existing journal bearings that use single-axis pivots that can tilt (swing) only in the circumferential direction without making major design changes. In addition, because the tilting structure 6 can be disassembled into the pad 3, liner 4, and cleat 5, in the event of a malfunction such as bearing burnout, the number of parts that need to be replaced can be minimized.

前記したように本実施形態に係るティルティングパッド式ジャーナル軸受1は、パッド3とハウジング7との間に径方向内側から順に配置されたライナ4とクリート5を備える。クリート5の外面5aとライナ4の内面4bとは、それぞれ、傾動中心となる軸の向きが互いに異なる1軸ピボットP1,P2を有する。 As described above, the tilting pad journal bearing 1 according to this embodiment includes a liner 4 and a cleat 5 arranged between the pad 3 and the housing 7 in that order from the inside in the radial direction. The outer surface 5a of the cleat 5 and the inner surface 4b of the liner 4 each have one-axis pivots P1 and P2 whose axes serving as the tilting centers are oriented in different directions.

このような本実施形態では、2つの1軸ピボットP1,P2を、それぞれパッド3が周方向に対して傾くことが可能なピボット、およびパッド3が軸方向に対して傾くことが可能なピボットとすることができる。したがって、周方向に対して傾動可能な1軸ピボットP1によって振れ回り振動を不安定化する力を抑制しつつ、軸方向に対して傾動可能な1軸ピボットP2によって軸方向において油膜が不均一となることを抑制できる。さらに、1軸ピボットP1,P2と1軸ピボットP1,P2を支える面とは線接触となり、接触面圧を低減することができる。また、1軸ピボットP1,P2による可動範囲はハウジング7の内側の各パッド3近傍のみとなるため、動的な軸方向における油膜不均一性にも追従し、熱曲がり振動を防止することができる。
したがって、本実施形態によれば、ロータ2の振れ回り振動を不安定化する力を抑制しつつ、簡便に軸方向における軸受油膜の不均一を抑制して熱曲がり振動の発生を防止するティルティングパッド式ジャーナル軸受1を提供できる。
In this embodiment, the two single-axis pivots P1 and P2 can be pivots on which the pad 3 can tilt in the circumferential direction and pivots on which the pad 3 can tilt in the axial direction, respectively. Therefore, the single-axis pivot P1 that can tilt in the circumferential direction can suppress the force that destabilizes the whirling vibration, while the single-axis pivot P2 that can tilt in the axial direction can suppress the oil film from becoming uneven in the axial direction. Furthermore, the single-axis pivots P1 and P2 and the surfaces that support the single-axis pivots P1 and P2 are in line contact, so that the contact surface pressure can be reduced. In addition, the movable range of the single-axis pivots P1 and P2 is limited to the vicinity of each pad 3 inside the housing 7, so that it is possible to follow the dynamic oil film unevenness in the axial direction and prevent thermal bending vibration.
Therefore, according to this embodiment, a tilting pad type journal bearing 1 can be provided that suppresses the forces that destabilize the whirling vibration of the rotor 2 while simply suppressing unevenness in the bearing oil film in the axial direction, thereby preventing the occurrence of thermal bending vibration.

なお、本実施形態では、クリート5の外面5aとライナ4の内面4bとが、それぞれ、傾動中心となる軸の向きが互いに異なる1軸ピボットP1,P2を有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、ティルティングパッド式ジャーナル軸受1が、パッド3の外面3aとハウジング7の内面7bとの間に存在する互いに接しない2つの面(図1~図3では、4b,5aで示す)を備え、2つの前記面が、それぞれ、傾動中心となる軸の向きが互いに異なる1軸ピボットP1,P2を有する構成であればよい。2つの前記面は、ティルティングパッド式ジャーナル軸受1を構成する複数の部材の表面である。例えばティルティングパッド式ジャーナル軸受1がライナ4とクリート5を備える構成の場合、2つの前記面は、ライナ4の内面4b、ライナ4の外面4a、クリート5の内面5bおよびクリート5の外面5aのうちのいずれかであり得る。このような構成によっても、前記した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
In this embodiment, the outer surface 5a of the cleat 5 and the inner surface 4b of the liner 4 each have one-axis pivots P1, P2 whose axes serving as the center of tilting have different orientations, but the present invention is not limited to this.
That is, the tilting pad journal bearing 1 may have two surfaces (indicated as 4b and 5a in Figs. 1 to 3) that are not in contact with each other and are present between the outer surface 3a of the pad 3 and the inner surface 7b of the housing 7, and the two surfaces each have one-axis pivots P1 and P2 whose axes serving as the tilting centers are oriented in different directions. The two surfaces are surfaces of a plurality of members that constitute the tilting pad journal bearing 1. For example, in the case where the tilting pad journal bearing 1 is configured to include a liner 4 and a cleat 5, the two surfaces may be any one of the inner surface 4b of the liner 4, the outer surface 4a of the liner 4, the inner surface 5b of the cleat 5, and the outer surface 5a of the cleat 5. With such a configuration, the same effects as those of the above-mentioned embodiment can be achieved.

また、1軸ピボットP1をパッド3が軸方向に対して傾くことが可能なピボット、1軸ピボットP2をパッド3が周方向に対して傾くことが可能なピボットに変更することも可能である。 It is also possible to change the single-axis pivot P1 to a pivot that allows the pad 3 to tilt in the axial direction, and the single-axis pivot P2 to a pivot that allows the pad 3 to tilt in the circumferential direction.

図4は、本発明の回転機械の一例として代表的な回転機械である遠心圧縮機101に適用した場合の縦断面図であり、回転機械としての遠心圧縮機101の全体構造を示す図である。
図4に示すように、遠心圧縮機101は、円筒状などに形成され静止部(ステータ)となるケーシング102を備えている。このケーシング102内に、本実施形態のティルティングパッド式ジャーナル軸受1およびスラスト軸受103を介して、ロータ2が回転可能に支持されている。駆動機(図示せず)の作動により、ロータ2が回転駆動される。遠心圧縮機101は、ガスを吸い込む吸込口104と、圧縮されたガスを吐出する吐出口105とを備えている。
FIG. 4 is a vertical sectional view of a centrifugal compressor 101, which is a representative rotary machine, as an example of the rotary machine of the present invention, and shows the overall structure of the centrifugal compressor 101 as a rotary machine.
As shown in Fig. 4, the centrifugal compressor 101 includes a casing 102 formed into a cylindrical shape or the like and serving as a stationary part (stator). A rotor 2 is rotatably supported within the casing 102 via the tilting pad journal bearing 1 of this embodiment and a thrust bearing 103. The rotor 2 is driven to rotate by the operation of a driver (not shown). The centrifugal compressor 101 includes a suction port 104 for sucking in gas and a discharge port 105 for discharging compressed gas.

ティルティングパッド式ジャーナル軸受1において、ロータ2とティルティングパッド式ジャーナル軸受1のパッド3との間の油膜厚さが軸方向において不均一となると、熱曲がり振動が発生しやすい。本実施形態のティルティングパッド式ジャーナル軸受1では、パッド3が軸方向に対して傾動(揺動)することにより、油膜厚さを軸方向において均一に保ち、熱曲がり振動の発生を防止することができる。
すなわち、本実施形態によれば、ロータ2の振れ回り振動を不安定化する力を抑制しつつ、簡便に軸方向における軸受油膜の不均一を抑制して熱曲がり振動の発生を防止するティルティングパッド式ジャーナル軸受1を備える回転機械を提供できる。
In the tilting pad journal bearing 1, thermal bending vibration is likely to occur if the oil film thickness between the rotor 2 and the pads 3 of the tilting pad journal bearing 1 becomes non-uniform in the axial direction. In the tilting pad journal bearing 1 of this embodiment, the pads 3 tilt (swing) in the axial direction, thereby keeping the oil film thickness uniform in the axial direction and preventing the occurrence of thermal bending vibration.
In other words, according to this embodiment, it is possible to provide a rotating machine equipped with a tilting pad type journal bearing 1 that suppresses the forces that destabilize the whirling vibration of the rotor 2 while easily suppressing unevenness in the bearing oil film in the axial direction, thereby preventing the occurrence of thermal bending vibration.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について、前記した第1実施形態のティルティングパッド式ジャーナル軸受1と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図5は、本発明の第2実施形態に係るティルティングパッド式ジャーナル軸受1におけるロータ2の中心軸CL(図4参照)に平行な要部拡大断面図である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described, focusing on the differences from the tilting pad type journal bearing 1 of the first embodiment described above, and a description of common points will be omitted as appropriate.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of a tilting pad journal bearing 1 according to a second embodiment of the present invention, taken along a line parallel to the central axis CL (see FIG. 4) of the rotor 2.

図5に示すように、第2実施形態は、パッド3とハウジング7との間に径方向内側から順に配置されたライナ4と内側クリート201と外側クリート202を備えている。パッド3とライナ4と内側クリート201は、例えばボルト(図示せず)でねじ締結されて、パッド構造部203を構成している。なお、ライナ4は省略可能である。 As shown in FIG. 5, the second embodiment includes a liner 4, an inner cleat 201, and an outer cleat 202, which are arranged between the pad 3 and the housing 7 in this order from the inside in the radial direction. The pad 3, the liner 4, and the inner cleat 201 are fastened together, for example, by bolts (not shown), to form a pad structure 203. The liner 4 can be omitted.

内側クリート201の外面201aには、内側クリート201の外面201aを凸形状とした、1軸ピボットP3が設けられている。1軸ピボットP3は、パッド3が周方向に対して傾くことを可能にする。一方、外側クリート202の外面202aには、外側クリート202の外面202aを凸形状とした、1軸ピボットP4が設けられている。1軸ピボットP4は、パッド3が軸方向に対して傾くことを可能にする。 The outer surface 201a of the inner cleat 201 is provided with a single-axis pivot P3 that makes the outer surface 201a of the inner cleat 201 convex. The single-axis pivot P3 allows the pad 3 to tilt in the circumferential direction. On the other hand, the outer surface 202a of the outer cleat 202 is provided with a single-axis pivot P4 that makes the outer surface 202a of the outer cleat 202 convex. The single-axis pivot P4 allows the pad 3 to tilt in the axial direction.

第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、ハウジング7に設けられた溝8と内側クリート201の軸方向両側に設けられた張り出し部9によって、パッド構造部203の径方向の位置が保持される。また、外側クリート202を貫通し、内側クリート201に設けられた穴204に挿入された、ハウジング7に固定されたピン205によって、周方向の位置が保持される。これにより、パッド3が、周方向に対してだけではなく軸方向に対しても傾動(揺動)することが可能となり、軸方向において油膜厚さを均一に保ち、熱曲がり振動の発生を防止することができる。
したがって、第2実施形態によっても、第1実施形態と同様に、ロータ2の振れ回り振動を不安定化する力を抑制しつつ、簡便に軸方向における軸受油膜の不均一を抑制して熱曲がり振動の発生を防止するティルティングパッド式ジャーナル軸受1を提供できる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the radial position of the pad structure 203 is maintained by a groove 8 provided in the housing 7 and protrusions 9 provided on both axial sides of the inner cleat 201. The circumferential position is maintained by a pin 205 fixed to the housing 7 that penetrates the outer cleat 202 and is inserted into a hole 204 provided in the inner cleat 201. This allows the pad 3 to tilt (swing) not only in the circumferential direction but also in the axial direction, making it possible to keep the oil film thickness uniform in the axial direction and prevent the occurrence of thermal bending vibration.
Therefore, like the first embodiment, the second embodiment also makes it possible to provide a tilting pad type journal bearing 1 that suppresses the forces that destabilize the whirling vibration of the rotor 2, while simply suppressing unevenness in the bearing oil film in the axial direction, thereby preventing the occurrence of thermal bending vibration.

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and includes various modified examples. For example, the above-mentioned embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.

1 ティルティングパッド式ジャーナル軸受
2 ロータ
3 パッド
3a 外面
4 ライナ
4a 外面
4b 内面
5 クリート
5a 外面
5b 内面
7 ハウジング
7b 内面
13 端部
14 溝
15 ピン
16 穴
CL 中心軸
P1 1軸ピボット
P2 1軸ピボット
101 遠心圧縮機
201 内側クリート
201a 外面
202 外側クリート
202a 外面
P3 1軸ピボット
P4 1軸ピボット
REFERENCE SIGNS LIST 1 tilting pad journal bearing 2 rotor 3 pad 3a outer surface 4 liner 4a outer surface 4b inner surface 5 cleat 5a outer surface 5b inner surface 7 housing 7b inner surface 13 end 14 groove 15 pin 16 hole CL central axis P1 1-axis pivot P2 1-axis pivot 101 centrifugal compressor 201 inner cleat 201a outer surface 202 outer cleat 202a outer surface P3 1-axis pivot P4 1-axis pivot

Claims (5)

ロータが内部を挿通するハウジングと、
前記ロータと前記ハウジングとの間に配置された傾動可能な複数のパッドと、
前記パッドの外面と前記ハウジングの内面との間に存在する互いに接しない2つの面と、を備え、
2つの前記面は、それぞれ、傾動中心となる軸の向きが互いに異なる1軸ピボットを有し、
前記パッドと前記ハウジングとの間に径方向内側から順に配置されたライナと内側クリートと外側クリートを備え、
2つの前記面は、前記内側クリートの外面と前記外側クリートの外面であることを特徴とするティルティングパッド式ジャーナル軸受。
a housing through which the rotor passes;
a plurality of tiltable pads disposed between the rotor and the housing;
two non-contacting surfaces present between an outer surface of the pad and an inner surface of the housing;
The two surfaces each have a single-axis pivot whose axis serving as a tilt center is oriented in a different direction from each other,
a liner, an inner cleat, and an outer cleat arranged between the pad and the housing in this order from the inside in the radial direction;
2. A tilting pad journal bearing comprising: a first cleat member and a second cleat member; a second cleat member and a second cleat member;
前記内側クリートの外面の前記1軸ピボットは、前記パッドが前記ハウジングの周方向に対して傾くことを可能にし、
前記外側クリートの外面の前記1軸ピボットは、前記パッドが前記ハウジングの軸方向に対して傾くことを可能にすることを特徴とする請求項に記載のティルティングパッド式ジャーナル軸受。
the single pivot on the outer surface of the inner cleat allows the pad to tilt relative to a circumferential direction of the housing;
2. The tilting pad journal bearing of claim 1 , wherein the single pivot on the outer surface of the outer cleat allows the pad to tilt relative to an axial direction of the housing.
ロータが内部を挿通するハウジングと、
前記ロータと前記ハウジングとの間に配置された傾動可能な複数のパッドと、
前記パッドの外面と前記ハウジングの内面との間に存在する互いに接しない2つの面と、を備え、
2つの前記面は、それぞれ、傾動中心となる軸の向きが互いに異なる1軸ピボットを有し、
前記パッドと前記ハウジングとの間に径方向内側から順に配置されたライナとクリートを備え、
2つの前記面は、前記ライナの内面、前記ライナの外面、前記クリートの内面および前記クリートの外面のうちのいずれかであり、
2つの前記面は、前記ライナの内面と前記クリートの外面であり、
前記ライナの内面の前記1軸ピボットは、前記パッドが前記ハウジングの軸方向に対して傾くことを可能にし、
前記クリートの外面の前記1軸ピボットは、前記パッドが前記ハウジングの周方向に対して傾くことを可能にし、
前記パッドは、径方向外側に向けて凹となる凹形状を呈しており、当該凹形状の内面における当該パッドの周方向の両側に、互いに対向する溝を有し、
前記ライナの周方向の両側の端部が前記溝にそれぞれ挿入されており、
前記溝は、前記ライナが前記溝内で傾くことを許容する溝幅を有することを特徴とするティルティングパッド式ジャーナル軸受。
a housing through which the rotor passes;
a plurality of tiltable pads disposed between the rotor and the housing;
two non-contacting surfaces present between an outer surface of the pad and an inner surface of the housing;
The two surfaces each have a single-axis pivot whose axis serving as a tilt center is oriented in a different direction from each other,
a liner and a cleat disposed between the pad and the housing in this order from the inside in a radial direction;
the two surfaces being any one of an inner surface of the liner, an outer surface of the liner, an inner surface of the cleat, and an outer surface of the cleat;
the two surfaces being an inner surface of the liner and an outer surface of the cleat;
the single axis pivot on the inner surface of the liner allows the pad to tilt relative to an axial direction of the housing;
the single pivot on the outer surface of the cleat allows the pad to tilt relative to a circumferential direction of the housing;
The pad has a concave shape that is concave toward the outside in the radial direction, and has grooves facing each other on both sides in the circumferential direction of the pad on the inner surface of the concave shape,
The liner has both end portions on both sides in the circumferential direction inserted into the grooves,
A tilting pad journal bearing, wherein the groove has a groove width that allows the liner to tilt within the groove.
前記ライナと前記クリートとは互いに固定されており、
前記パッドは、当該パッドの外面に設けられた穴を有し、
前記クリートまたは前記ライナに固定されたピンが前記穴に挿入されていることを特徴とする請求項に記載のティルティングパッド式ジャーナル軸受。
The liner and the cleat are fixed to each other,
the pad has a hole disposed in an outer surface of the pad;
4. A tilting pad journal bearing as claimed in claim 3 , wherein a pin fixed to said cleat or said liner is inserted into said hole.
請求項1から請求項のいずれか一項に記載のティルティングパッド式ジャーナル軸受と、前記ロータと、を備える回転機械。 A rotary machine comprising: the tilting pad journal bearing according to any one of claims 1 to 4 ; and the rotor.
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