JP2012149697A

JP2012149697A - ジャーナル軸受装置

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Publication number: JP2012149697A
Application number: JP2011008744A
Authority: JP
Inventors: Kingo Handa; 金吾半田; Shingo Fukuda; 真吾福田; Yukio Ueno; 幸雄上野
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: JP5295276B2

Abstract

【課題】回転軸の滑り面から排出された潤滑油の温度を高い精度で検出し、潤滑油の温度管理を適切に行うことが可能なジャーナル軸受装置を提供する。
【解決手段】ジャーナル軸受装置１は、回転軸５２の滑り面５２ａから排出された潤滑油５６を貯留可能に、排油受槽２が油槽５３ａ,５３ｂ内の上部にそれぞれ設置され、排油受槽２の下部に導油管３が設けられるとともに、排油受槽２内に検温部（図示せず）が配置されるように棒状の温度計４が設置されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、横軸水車や発電機等の回転軸を支承するジャーナル軸受装置に係り、特に、潤滑油の温度を正確に検出することが可能なジャーナル軸受装置に関する。

発電機や蒸気タービンなどの大型回転機の回転軸を支承するものとしてジャーナル軸受が知られている。ジャーナル軸受の内周面には、通常、ホワイトメタル等の軸受合金からなる軸受メタルが溶着されており、軸受メタルと回転軸の間には潤滑油が供給される。そして、ジャーナル軸受を用いた軸受装置（以下、ジャーナル軸受装置という。）では、軸受箱内の下部に設けられた油槽から潤滑油が軸受内に供給され、軸受メタルと回転軸との間で発生する摩擦熱によって昇温した潤滑油は、軸受内から排出されて油槽に戻される構造となっている。

ここで、ジャーナル軸受装置の構造について図３を参照しながら簡単に説明する。
図３（ａ）は従来のジャーナル軸受装置の外観を示した正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ_１−Ｘ_１線矢視断面図である。なお、図３（ｂ）では回転軸とオイルリング以外の構成要素を断面表示としている。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ジャーナル軸受装置５０は、水平断面で２分割される軸受台金５１ａ，５１ｂにより回転軸５２を回転自在に支承するものであり、軸受台金５１ａ，５１ｂを内蔵する軸受箱５９の下部には油槽５３ａ，５３ｂが設けられている。そして、油槽５３ａ，５３ｂを２分する隔壁は上部が側面視半円状をなしており、軸受台５４として軸受台金５１ｂを支持している。また、軸受台５４に設けられた図示しない貫通孔により、油槽５３ａ，５３ｂは連通されている。一方、軸受台金５１ａは、下部が側面視半円状をなし，軸受台５４と対向する軸受押さえ５５によって押圧されている。

油槽５３ａ，５３ｂには潤滑油５６が貯留されており、軸受台金５１ａの内面の円周方向に設けられた溝６１ａ，６１ｂには、内周面が回転軸５２の滑り面５２ａに支持されるとともに，下端部が油槽５３ａ，５３ｂの油面に浸漬されたオイルリング５７ａ，５７ｂの上部がそれぞれ挿通されている。また、軸受台金５１ｂに設けられた温度計挿入孔５８ａには、軸受箱５９の側板５９ａに設けられた温度計挿入孔５８ｂから棒状の温度計６０が水平に挿入されている。

ジャーナル軸受装置５０において、回転軸５２の回転に伴ってオイルリング５７ａ，５７ｂが回転すると、オイルリング５７ａ，５７ｂの下端部に付着した潤滑油５６は、油槽５３ａ，５３ｂから順次汲み上げられて回転軸５２の滑り面５２ａに供給される。そして、回転軸５２の滑り面５２ａとの間で発生する摩擦熱によって昇温した潤滑油５６の温度は、軸受台金５１ｂの温度計挿入孔５８ａに挿入配置された温度計６０によって測定される。また、回転軸５２の滑り面５２ａに供給された潤滑油５６は、軸方向に拡がって油膜を形成した後、滑り面５２ａの両端部から油槽５３ａ，５３ｂへと戻る。

以上説明したように、オイルリング５７ａ，５７ｂによって油槽５３ａ，５３ｂから供給される潤滑油５６は、回転軸５２の滑り面５２ａの潤滑に加え、摩擦によって発熱した回転軸５２を冷却するという作用を有している。しかしながら、上述のジャーナル軸受装置５０では、回転軸５２との熱交換によって昇温した潤滑油５６の温度を軸受台金５１ｂに設置された温度計６０によって測定する構造となっているため、故障等による急激な温度上昇に追随できず、測定誤差が生じるという課題があった。また、軸受台金５１ｂの熱伝導率が低いと、測定精度が甚だしく低下してしまうおそれがあった。さらに、滑り面５２ａから排出された潤滑油５６が油槽５３ａ，５３ｂで十分に冷却されることなく、すぐに回転軸５２の滑り面５２ａへ供給されてしまうという課題もあった。

潤滑油５６の温度が上昇すると、粘度が低下し、回転軸５２の滑り面５２ａに形成される油膜が薄くなる。これにより、回転軸５２が焼損したり、小さな異物によって滑り面５２ａが損傷したりする危険性が高まる。このような課題に対処するため、近年、軸受装置の潤滑油について温度管理をする技術について盛んに研究が行われている。そして、それに関して、既に幾つかの発明や考案が開示されている。

例えば、特許文献１には、「横軸型すべり軸受装置」という名称で、オイルディスクによる自己給油式軸受を備えた軸受装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、下部が潤滑油に浸った状態で回転軸に固着されるオイルディスクと、オイルディスクの外周を覆うように回転軸に固着され，上部に油かきを有するとともに，軸受の給油口に連通する連通孔が設けられた油案内カバーと、オイルディスクによって潤滑油が飛散して落下する槽とオイルディスクが浸る槽とを分割する仕切板とを備えたことを特徴とする。
このような構造によれば、回転軸と軸受との摺動面を潤滑して高温となった潤滑油が軸受箱表面側の油と十分に混合されることで冷却される。従って、低温の潤滑油を軸受と回転軸の摺動面に供給して、軸受温度の上昇を抑えることができる。

特許文献２には、「すべり軸受装置」という名称で、すべり軸受に供給した後の潤滑油を冷却する技術の改良に関する考案が開示されている。
特許文献２に開示された考案は、軸受箱内に水冷管が設置されるとともに、オイルリングを備えたすべり軸受装置において、潤滑油の低温部と高温部を区別する仕切板を軸受箱内に設けたことを特徴とする。
このような構造によれば、すべり軸受から排出された直後の高温の潤滑油が、すぐにオイルリングで汲み上げられることなく、軸受箱内で冷却されるという作用を有する。これにより、回転軸とすべり軸受の冷却を良好に行うことができる。

また、特許文献３には、「横軸回転機の軸受装置」という名称で、横軸回転機に使用される円筒すべり軸受装置の改良に関する考案が開示されている。
特許文献３に開示された考案は、下部に連通孔を有する仕切板により，潤滑油の供給側となる第１の油槽と，潤滑油の戻り側となる第２の油槽とに区分される油槽と、第１の油槽に下端部が浸漬され，回転軸の上部外周面に支持されるオイルリングと、第２の油槽内に挿通される冷却管を備えた円筒すべり軸受装置において、断面がＺ字条をなし，軸受下面の略１／３に沿うとともに，オイルリングを貫通するように第１の油槽の上部から第２の油槽の上部にかけて設置され，第２の油槽に開口する小孔を有する漏油受を備えたことを特徴とする。
このような構造の軸受装置においては、オイルリングによる潤滑油の供給量が適量を超えてしまい、余分な潤滑油が回転軸と軸受との間を潤滑することなく溢れ落ちた場合でも、その潤滑油が漏油受で受け止められて第２の油槽へ戻され、第１の油槽内には冷却されて低温になった潤滑油のみが還流するという作用を有する。従って、低温の潤滑油によって軸受を潤滑することができる。

特開２０００−３０４０５１号公報実開平５−１２７４０号公報実開平５−７９０５１号公報

上述の従来技術である特許文献１に開示された発明においては、軸受箱内の潤滑油の循環を効果的に行って、回転軸の摺動面に供給する潤滑油の温度を下げることができるものの、回転軸の摺動面から排出された潤滑油の温度を正確に測定することができないという課題があった。

また、特許文献２に開示された考案においては、低温部からオイルリングへの循環路を仕切板に形成することで、低温の潤滑油がオイルリングで汲み上げられるようにすることができるものの、すべり軸受から排出された直後の潤滑油の温度を測定する構成となっていないため、潤滑油の温度を正確に検出できないという課題があった。

さらに、特許文献３に開示された考案においては、潤滑油を良好に循環させることができるものの、潤滑油の温度を適切に検出できる構造となっていないため、軸受の故障等により潤滑油の温度が急激に上昇した場合には追随できず、潤滑油の温度管理を適切に行うことができないという課題があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであって、回転軸の滑り面から排出された潤滑油の温度を高い精度で検出し、潤滑油の温度管理を適切に行うことが可能なジャーナル軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明であるジャーナル軸受装置は、回転機の回転軸を支承する軸受台金と、この軸受台金を支持する軸受箱と、この軸受箱の下部に形成され，回転軸を潤滑するための潤滑油が貯留される油槽と、回転軸の上部外周面によって上部内周面が支持されるとともに，下端部が油槽内の潤滑油に浸漬され，回転軸の回転に伴って回転して油槽内の潤滑油を回転軸に供給するオイルリングと、を備えたジャーナル軸受装置において、底面に排油孔を有し，回転軸から排出された潤滑油を貯留可能に油槽内の上部に設置される排油受槽と、この排油受槽内に検温部が配置される温度計と、を備え、排油受槽は軸受箱の側板とオイルリングの間に設置されることを特徴とするものである。
このような構造のジャーナル軸受装置においては、回転軸から熱を奪った後、油槽に戻された高温の潤滑油が排油受槽に一旦貯留され、オイルリングに汲み上げられる低温の潤滑油と分離されるという作用を有する。また、排油受槽内では潤滑油の温度が変動し難いため、温度計によって潤滑油の温度が安定して検出されるという作用を有する。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のジャーナル軸受装置において、排油孔に連通するとともに，油槽の底面との間に潤滑油の流路を形成可能に，導油管が排油受槽の底板の外面に下方へ向かって延設されることを特徴とするものである。
このような構造のジャーナル軸受装置においては、請求項１に記載の発明の作用に加えて、排油受槽内の潤滑油が導油管によって油槽の底部に導かれるという作用を有する。そして、排油受槽に貯留された高温の潤滑油は、導油管から油槽の底部に流出した後、油槽内を上昇する間に、周囲の低温の潤滑油と熱交換を行って、温度が低下するという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のジャーナル軸受装置において、潤滑油に含まれる異物を除去可能に，油槽内を上昇する潤滑油の流路にメッシュ部材が設置されることを特徴とするものである。
このような構造のジャーナル軸受装置においては、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、軸受台金等との接触によってオイルリングが削られるなどして発生した異物が、潤滑油とともに導油管の下端から排出された場合に、油槽の上部へ移動しないようにメッシュ部材によって阻止されるという作用を有する。これにより、異物がオイルリングに付着して、回転軸に供給されるという事態が防止される。

請求項４に記載の発明は、請求項３記載のジャーナル軸受装置において、メッシュ部材は、排油孔を覆うように排油受槽の底板に設置されることを特徴とするものである。
このような構造のジャーナル軸受装置においては、請求項３に記載の発明の作用に加えて、メッシュ部材が排油受槽の外へ異物が排出されないように阻止するという作用を有する。また、排油受槽に導油管が接続されている場合には、メッシュ部材が導油管への異物の侵入を阻止するという作用を有する。

本発明の請求項１に記載のジャーナル軸受装置によれば、回転軸から排出された高温の潤滑油がすぐに回転軸へ供給されるおそれがないため、潤滑油による回転軸の冷却効率が高まる。また、回転軸から排出された直後の潤滑油の温度を高い精度で検出することができる。これにより、潤滑油の適切な温度管理が可能となる。

本発明の請求項２に記載のジャーナル軸受装置によれば、回転軸から排出された直後の高温の潤滑油を導油管によって十分に冷却し、請求項１に記載の発明の効果をさらに効率よく発揮させることができる。

本発明の請求項３に記載のジャーナル軸受装置によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果が発揮されることに加えて、軸受台金の故障や回転軸の損傷を防止して、装置の長寿命化を図ることができる。

本発明の請求項４に記載のジャーナル軸受装置によれば、請求項３に記載の発明の効果がより一層発揮される。

（ａ）は本発明の実施の形態に係るジャーナル軸受装置の実施例の外観を示した正面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＸ_２−Ｘ_２線矢視断面図である。本実施例のジャーナル軸受装置の動作を説明するための断面図である。（ａ）は従来のジャーナル軸受装置の外観を示した正面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＸ_１−Ｘ_１線矢視断面図である。

本発明のジャーナル軸受装置の実施例について、図１及び図２を参照しながら具体的に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施の形態に係るジャーナル軸受装置の実施例の外観を示した正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ_２−Ｘ_２線矢視断面図である。図２は本実施例のジャーナル軸受装置の動作を説明するための断面図である。なお、図１（ｂ）では回転軸とオイルリング以外の構成要素を断面表示としている。また、図２は図１（ｂ）を拡大した図である。さらに、図３に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施例のジャーナル軸受装置１は、従来のジャーナル軸受装置５０において、回転軸５２の滑り面５２ａから排出された潤滑油５６を貯留可能に、排油受槽２が油槽５３ａ,５３ｂ内の上部にそれぞれ設置され、排油受槽２の下部に導油管３が設けられるとともに、軸受台金５１ｂに設けられた温度計挿入孔５８ａに温度計６０を挿設する代わりに、排油受槽２内に検温部（図示せず）が配置されるように棒状の温度計４が設置されたことを特徴とする。
排油受槽２は軸受箱５９の側板５９ａとオイルリング５７ａ，５７ｂの間にそれぞれ設置されており、排油受槽２の側板２ａの上端は潤滑油５６の油面上方に略突出しており、排油受槽２の底板２ｂには排油孔３ａが設けられている。なお、「油面上方に略突出」とは、側板２ａの上端と潤滑油５６の油面の高さが等しい場合も含んだ状態を意味している。また、「排油受槽２が潤滑油５６を貯留する」とは、回転軸５２の滑り面５２ａから排出された直後の潤滑油５６と、オイルリング５７ａ，５７ｂによって油槽５３ａ，５３ｂから汲み上げられる潤滑油５６とが短時間では混ざり合わない状態を意味している。

底板２ｂの外面には、排油孔３ａに連通する導油管３が油槽５３ａ，５３ｂの底面との間に潤滑油５６の流路を形成可能に、下方へ向かって延設されている。また、底板２ｂには、排油孔３ａを覆うようにメッシュ部材５が設置されている。さらに、温度計４は、排油受槽２内に検温部（図示せず）が配置されるように、軸受箱５９の側板５９ａに設けられた温度計挿入孔４ａから排油受槽２へ向けて略水平に挿入されている。

図２に示すように、ジャーナル軸受装置１において、回転軸５２が回転状態にある場合、オイルリング５７ａ，５７ｂが回転し、矢印Ａの向きに潤滑油５６が油槽５３ａ，５３ｂから汲み上げられて、回転軸５２の滑り面５２ａに順次供給される。そして、回転軸５２から熱を奪って昇温した潤滑油５６は、矢印Ｂで示すように、排油受槽２に戻される。このとき、回転軸５２から排出された直後の潤滑油５６と、オイルリング５７ａ，５７ｂに汲み上げられて回転軸５２に供給される潤滑油５６は、排油受槽２の側板２ａによって分離される。すなわち、排油受槽２は、回転軸５２に供給される低温の潤滑油５６と混ざらないように、回転軸５２から排出された直後の高温の潤滑油５６を貯留するという作用を有する。この場合、排油受槽２内では潤滑油５６の温度の変動が少ない。従って、温度計４による潤滑油５６の温度の測定値が安定する。

また、オイルリング５７ａ，５７ｂによって矢印Ａで示すように油槽５３ａ，５３ｂの上部から潤滑油５６が汲み上げられると、矢印Ｄで示すように油槽５３ａ，５３ｂの底部の潤滑油５６が上昇する。さらに、これを補うべく、排油受槽２に貯留された潤滑油５６が排油孔３ａから排出され、導油管３内を下降した後、矢印Ｃで示すように導油管３の下端から油槽５３ａ，５３ｂの底部へ流出する。このように、導油管３は排油受槽２の潤滑油５６を油槽５３ａ，５３ｂの底部に導くという作用を有する。そして、排油受槽２に貯留された高温の潤滑油５６は導油管３の下端から油槽５３ａ，５３ｂの底部に流出した後、油槽５３ａ，５３ｂ内を上昇する際に、周囲の低温の潤滑油５６と熱交換を行うことにより、温度が低下するという作用を有する。

オイルリング５７ａ，５７ｂが溝６１ａ，６１ｂの内部で摺動する際に、軸受台金５１ａとの接触により、オイルリング５７ａ，５７ｂが削られるなどして異物が発生し、潤滑油５６に混入する場合がある。排油受槽２の底部に設置されたメッシュ部材５は、このような異物が排油孔３ａから排出されないように阻止するという作用を有する。従って、異物が導油管３に詰まるおそれがない。また、異物がオイルリング５７ａ，５７ｂに付着して、回転軸５２の滑り面５２ａに供給されることもない。なお、メッシュ部材５は排油受槽２の外部、例えば、矢印Ｄで示すように潤滑油５６が上昇する流路、すなわち軸受台５４と導油管３の間の途中に設けることもできる。この場合、潤滑油５６とともに導油管３の下端から排出された異物の上方への移動がメッシュ部材５によって阻止される。また、図１（ａ）及び図１（ｂ）や図２に示す本実施例の場合よりも流路を広くすることができるため、メッシュ部材５による圧力損失を低減することができる。

以上説明したように、本実施例のジャーナル軸受装置１によれば、回転軸５２の滑り面５２ａから排出された高温の潤滑油５６を油槽５３ａ，５３ｂの内部で十分に冷却した後、再び回転軸５２の滑り面５２ａへ供給することができる。これにより、回転軸５２が潤滑油５６で効率よく冷却される。また、回転軸５２の滑り面５２ａから排出された直後の潤滑油５６の温度を高い精度で検出することができる。従って、潤滑油５６の適切な温度管理が可能である。さらに、回転軸５２の滑り面５２ａに供給される潤滑油５６への異物の混入を阻止することにより、軸受台金５１ａ，５１ｂの故障や回転軸５２の損傷を防止し、装置の長寿命化を図ることができる。

なお、図１（ｂ）では排油受槽２が回転軸２に対して直交するように設置されているが、このような構造に限らず、例えば、排油受槽２が回転軸２に対して平行に設置されていても良い。また、油槽５３ａ，５３ｂの底面の近くに底板２ｂが配置されるように、排油受槽２を図１（ｂ）に示される場合よりも深く形成することもできる。ただし、排油受槽２を深く形成し過ぎると、排油受槽２の下部では上部に比べて潤滑油５６に温度が低くなるため、温度計４の設置箇所に注意する必要がある。さらに、温度計４は、検温部を排油受槽２内に配置可能な構造であれば、必ずしも棒状でなくとも良い。また、本実施例では、０．０３ｍｍ以上の大きさの異物を除去可能なメッシュ部材５を使用しているが、メッシュ部材５の目の大きさは、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。
ただし、軸受台金５１ａ，５１ｂの内周面と回転軸５２の滑り面５２ａの間に形成される油膜の厚さよりも異物が大きい場合には、軸受台金５１ａ，５１ｂと回転軸５２との間に異物が引掛ってしまい、油膜の形成が阻害されたり、軸受台金５１ａ，５１ｂの内周面や回転軸５２の滑り面５２ａが傷付いたりするおそれがある。従って、メッシュ部材５は、少なくともこのような異物を除去できるものでなければならない。
一方、上述の油膜の厚さよりも異物が小さい場合には、異物が潤滑油の対流によって押し流され、軸受台金５１ａ，５１ｂの内周面と回転軸５２の滑り面５２ａの間から排出されるため、問題とならない。しかし、メッシュ部材５の目が小さ過ぎる場合には、目詰まりが発生するおそれがある。以上のことから、メッシュ部材５として、軸受台金５１ａ，５１ｂの内周面と回転軸５２の滑り面５２ａの間に形成される油膜の厚さよりも大きな異物を除去可能な範囲内で、できるだけ目の大きなものを選定することが望ましい。

本発明の請求項１乃至請求項４に記載された発明は、潤滑油を用いて回転軸を冷却する構造の軸受装置について適用可能である。

１…ジャーナル軸受装置２…排油受槽２ａ…側板２ｂ…底板３…導油管３ａ…排油孔４…温度計４ａ…温度計挿入孔５…メッシュ部材５０…ジャーナル軸受装置５１ａ，５１ｂ…軸受台金５２…回転軸５２ａ…滑り面５３ａ，５３ｂ…油槽５４…軸受台５５…軸受押さえ５６…潤滑油５７ａ，５７ｂ…オイルリング５８ａ，５８ｂ…温度計挿入孔５９…軸受箱５９ａ…側板６０…温度計６１ａ，６１ｂ…溝

Claims

回転機の回転軸を支承する軸受台金と、
この軸受台金を支持する軸受箱と、
この軸受箱の下部に形成され，前記回転軸を潤滑するための潤滑油が貯留される油槽と、
前記回転軸の上部外周面によって上部内周面が支持されるとともに，下端部が前記油槽内の前記潤滑油に浸漬され，前記回転軸の回転に伴って回転して前記油槽内の前記潤滑油を前記回転軸に供給するオイルリングと、
を備えたジャーナル軸受装置において、
底面に排油孔を有し，前記回転軸から排出された前記潤滑油を貯留可能に前記油槽内の上部に設置される排油受槽と、
この排油受槽内に検温部が配置される温度計と、
を備え、
前記排油受槽は前記軸受箱の側板と前記オイルリングの間に設置されることを特徴とするジャーナル軸受装置。
前記排油孔に連通するとともに，前記油槽の底面との間に前記潤滑油の流路を形成可能に，導油管が前記排油受槽の底板の外面に下方へ向かって延設されることを特徴とする請求項１記載のジャーナル軸受装置。
前記潤滑油に含まれる異物を除去可能に，前記油槽内を上昇する前記潤滑油の流路にメッシュ部材が設置され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装置。
前記メッシュ部材は、前記排油孔を覆うように前記排油受槽の前記底板に設置されることを特徴とする請求項３に記載のジャーナル軸受装置。