JPS6149896B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は推力部材を取付けた回転軸を有する
発電機のような回転機械に関するもので、特に枢
支パツド型の可逆推力軸受装置に関するものであ
る。

大型の推力軸受装置の一般的型は、作動中にく
さび形の油膜を形成するように僅かに傾くことが
できるように枢支された複数の扇形状の軸受パツ
ドで、回転軸に取付けられている推力カラーを支
持する型である。長年行われて来た方法に於て
は、シユーの軸受面が平らに維持されること、お
よび枢支軸が推力軸受パツドの径方向中心線から
周方向にずれていることを要した。回転軸を枢支
軸をずらした枢支パツド推力軸受で支承する場合
には、ずれた枢支軸は一方向の回転に対してだけ
流体力学的に適切である。揚水発電所の発電電動
機の場合の如く両方向回転できることが設計上の
要求である場合、平面状の枢支パツドの代替パツ
ドが必要である。

これに対して提案されている解決策の一つが米
国特許第3784266号に記載されていて、この装置
では軸受パツド内の溝装置に加圧潤滑流体を選択
的に供給して、中心で支持された軸受パツドに対
してオフセツト支持と同様の作用を与えるように
なつている。さらに他の例は米国特許第3398996
号に記載されていて、これは中心で枢支された軸
受パツドに２つのサーボ機構を設けて傾いた軸受
パツドの形状を軸の回転のどちらの方向に対して
も適合するようにしている。しかし、以上の２つ
の米国特許は共に附加的な潤滑系統と作動機構と
を設けることおよびこれらの保守が必要である。
更に潤滑系統又はサーボ機構が短寿命であると、
軸受寿命もまた短かくなり、交換のために運転停
止が必要となる。このように中心枢支型推力軸受
パツドは多方向回転軸用に望ましいものである
が、軸受の寿命を長くし、負荷容量を高めるため
には軸受の水力学的特性を改良することが必要で
ある。

この発明による回転機械は、推力部材を有して
軸方向の変位が推力軸受装置によつて制限される
回転軸を備え、推力軸受装置は回転軸のまわりに
設けられた複数の軸受パツドを具え、各軸受パツ
ドは前記推力部材に係合する表面と、各軸受パツ
ドの径方向中心線に関する曲げ剛性を径方向に変
えて各軸受パツドの径方向中心線のための弾性的
基礎部を与える装置とを備え、前記弾性的基礎部
は円周方向において幅せまくかつ軸受パツドが作
動負荷を受けたとき前記径方向中心線に沿つて均
等に変位するように径方向に変化した弾性を有
し、前記推力軸受装置は更に、各々が所定位置に
固定されて前記弾性的基礎部を支持する複数の固
定枢支部材を具え、前記表面は負荷されたとき径
方向の軸を有する複数の実質的に円筒形の中高表
面となるように変形する。

軸受パツドと支持構造体とが設けられており、
支持構造体は、軸受パツドが負荷されたとき軸受
パツドが多方向に回転可能な回転軸に掛る推力荷
重を支持しうる円筒形中高形状となるようにす
る。中高形状の軸心は回転軸から径方向に延びる
ものである。この構成により、回転軸がいずれの
方向に回転しても推力軸受装置の推力部材と軸受
パツドとの間に充分な潤滑油膜が形成される。更
に円筒形中高形状軸受パツドの負荷特性は平担表
面軸受パツドよりすぐれている。要約するに、軸
受パツドは回転軸に取付けられた推力部材に係合
する表面を持ち、この表面は回転軸から径方向に
は変化するが、回転軸まわりの円周方向には実質
的に定常な曲げ剛性を持つ。軸受パツドの支持構
造体は各軸受パツドの径方向中心線の下に弾性的
基礎部を与える。支持構造体は径方向に変化する
弾性を持つていてそれは荷重を受けた時、弾性的
基礎部が軸受パツドの径方向中心線に沿つて一様
に変位するようなものである。弾性的基礎部は所
定位置に固定された複数の固定の枢支部材によつ
て支持される。

このように、この発明によれば可逆回転軸の推
力負荷を流体力学的に支持するのに附加的機構を
必要としないが、それは軸受パツドがその構造に
よつて推力負荷を受けた時直ちに流体力学的に最
良の円筒形中高形状となり、回転方向に拘らず潤
滑油膜を形成できるからである。

この発明を例示のため添付図面に関して以下に
説明する。

第１図は回転時に推力ランナ即ち推力部材２４
を回転させるように推力部材２４を結合した推力
カラー２２を具えた堅形機械の回転軸２０を示し
ている。数個の軸受パツド２６が回転軸２０のま
わりに設けられ、回転軸２０が回転していないと
きはその一表面は推力部材２４と係合している。
推力部材２４が省略された場合には軸受パツド２
６は回転軸２０が回転していないときには推力カ
ラー２２と接触するであろう。回転軸２０が回転
している間は、軸受パツド２６は潤滑流体の薄い
膜によつて推力ランナ２４から隔てられる。各軸
受パツド２６は棒状の支持体２８で支承される支
持体２８は枢支軸即ち枢支部材３０上に保持され
ている。枢支部材３０は回転軸２０を中心とする
円に沿つて等間隔で回転機械の外函３２によつて
所定位置に固着されている。第１図に示した構造
は従来の推力軸受に於けると同様にこの発明に於
ても典型的なものである。

第２図は、回転軸２０を取囲んでいる８個の典
型的な軸受パツド２６の平面図で、各軸受パツド
２６は回転軸２０の近に内縁３４を持ち外縁３６
と側縁３８とを有している。軸受パツド２６はそ
の側縁３８の間に小間隙を持つように互に分離さ
れている。

第３図は外縁３６から見た中心で枢支された軸
受パツド２６上の油圧負荷の状態を示している。
第３図の円周方向の圧力負荷分布４０は放物線状
で、軸受パツド２６の径方向中心線４２に関し大
体対称である。軸受作用中に軸受パツド２６上に
作用する圧力の径方向中心線４２に沿つた圧力分
布４４は第４図に示されている。圧力分布４４は
大体径方向の内縁３４から最大値に達しながら外
縁に至る。

第５Ａ図及び第５Ｂ図は、推力部材２４の反対
方向の回転についての軸受パツド２６の流体力学
的に最良の円周方向枢支位置を示している。負荷
の下で円筒形中高形状となる軸受パツドが第５Ａ
図及び第５Ｂ図に示すずれた枢支軸を持つ平担な
軸受パツドよりすぐれた負荷容量を持ちうること
が示されうる。

第６Ａ図および第６Ｂ図に示す軸受パツド２６
Ａは、負荷状態に置かれた時推力軸受の周方向か
ら見て円筒形中高形となるであろう。軸受パツド
２６Ａは内縁３４Ａから外縁３６Ａにまで延長す
るキー４６Ａを具えている。キー４６Ａは軸受パ
ツド２６Ａの径方向中心線に沿つて位置し、ビー
ム４８Ａ及び短軸５０Ａからなる弾性的基部によ
つて支持されている。短軸５０Ａは半径方向に幅
が変化し、円周方向には一定の厚さを有し、一定
の長さを有している。変化する横断面積を持つた
短軸５０Ａを使用することにより、キー４６Ａ
は、軸受パツド２６Ａが負荷状態下にある時その
長さ方向に一様に変位する。即ち、径方向に配列
された短軸５０Ａの軸方向弾性は、その配列の中
央部で比較的小さくその両端部で比較的大きくさ
れている。軸受パツド２６Ａの厚さを半径方向に
おいて変えることによつて、表面５２Ａは推力部
材２４に関して円筒形中高形状の凸形となること
ができ、円筒形の軸は半径方向である。その上、
円筒形中高形状の表面はその中心線において支持
された場合、推力部材２４のいずれの方向の回転
に対しても流体力学的に最良のものとなりうる。
第７Ａ図及び第７Ｂ図は軸受パツド２６Ｂ、短軸
５０Ｂ、及びビーム４８Ｂを有する別の実施例を
示している。軸受パツド２６Ｂはその半径方向に
沿つてその厚さが段階的に変化している。短軸５
０Ｂは半径方向においてその長さが変化してい
て、ビーム４８Ｂと共働して、キー４６Ｂ及び軸
受パツド２６Ｂの表面５２Ｂが作動負荷を受けた
時一様に変位できるようにする所望の効果を生ず
るようになつている。第７Ｃ図は、第７Ａ図及び
第７Ｂ図に示す軸受装置の分解斜視図である。こ
の図では、軸受パツド２６Ｂが荷重を受けて撓ん
でいる状態を誇張して示してある。第８Ａ図及び
第８Ｂ図は軸受パツド２６Ｃのビーム４８Ｃ及び
直径の変化する短軸５０Ｃの構造を示している。
短軸５０Ｃの直径を半径方向に変えることによつ
て、短軸の軸の方向の弾性（軸方向弾性）即ち圧
縮剛性弾性を半径方向の位置に応じて変えること
ができ、キー４６Ｃの一様な変位ができるように
しうる。そしてまた、軸受パツド２６Ｃの半径方
向の厚さを変えることによつて、軸受パツド２６
Ｃの表面５２Ｃはほぼ完全に円筒形中高形状表面
を形成するようになり、この円筒形表面の軸は半
径方向である。

第１０Ａ図及び第１０Ｂ図は第８Ａ図及び第８
Ｂ図に示す軸受パツド２６Ｃが作動荷重を受けた
時の軸受パツド２６Ｃ、キー４６Ｃビーム４８Ｃ
及び短軸５０Ｃのそれぞれ円周方向及び径方向の
側面図である。軸受パツドの支持弾力性を制御す
るために、短軸５０の断面積、長さ又は断面積と
長さの双方を変えることによつて多くの様々な構
成が可能である。キー４６は必らずしも必要では
ないが、軸受パツド２６の半径方向中心線４２の
方向の剛性を増すのに有効であり、軸受パツド２
６の製作に関する問題を減ずるのに有用である。
第９Ａ図及び第９Ｂ図は半径方向中心線に沿うキ
ーを持たない軸受パツド２６Ｄのそれぞれ周方向
及び径方向から見た側面図である。この構造にお
いては、ビーム４８Ｄから延長する短軸５０Ｄが
軸受パツド２６Ｄの曲面となつた裏面に接触して
いる。

作動荷重は、軸受パツドを変位させるような流
体力学的圧力、発熱及び種々の力を生ずる。表面
５２を円筒形中高形状となるようにすることによ
つて、推力軸受の流体力学的作用が回転軸のいず
れの方向の回転に対しても適切になるようにさ
れ、平担な軸受パツドをずらした枢軸で支持する
場合よりも負荷容量が大きくなる。

以上を要約すると、本発明の回転機械は、支持
装置が、枢支部材上に枢支された剛体のビーム
と、このビーム上で推力軸受装置の径方向に略々
等ピツチで配列され、各々の軸方向弾性が径方向
の配列の中央部で両端部に比較して小さくされた
複数の短軸とを有している。また、軸受パツド
は、推力部材に対面して無荷重時に略々平坦な軸
受表面と、軸受表面の反対側にあつて軸受パツド
の厚さを径方向中央部で両端部に比較して大きく
する凸表面とを有する弾性体であつて、軸受表面
に軸受荷重が掛かつたとき、軸受表面が径方向に
延びた軸心を有する略々円筒形の中高形状表面と
なるように構成されている。

このような構成により、軸受パツドの軸受表面
は作動時には円筒形状で中高に変形し、軸受表面
と推力部材との間の間隙は軸受パツドの周方向両
端で大きく中央部で小さくなる。このため、推力
部材の回転方向に拘わらず潤滑油が大きな間隙内
に供給されて適切な潤滑油膜が軸受パツドの軸受
表面と推力部材との間に形成される。従つて、こ
の発明の回転機械はいづれの回転方向の場合にも
使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は推力軸受装置によつて支承されている
回転軸を示す部分断面図、第２は回転軸とこの回
転軸を取囲んで設けられた複数の軸受パツドの平
面図、第３図は中心で支持された軸受パツドの推
力部材によつて作用する作動力の説明図、第４図
は推力部材につて軸受の半径方向において軸受パ
ツドに作用する作動力を説明する図、第５Ａ図及
び第５Ｂ図は矢印のような異なつた軸回転方向に
対して流体力学的に理想的な平面軸受パツドの枢
支位置を示す図、第６Ａ図はこの発明による推力
軸受装置の第１の実施例を示す径方向側面図、第
６Ｂ図は第６Ａ図の軸受の周方向側面図、第７Ａ
図は第２の実施例の径方向側面図、第７Ｂ図は第
７Ａ図の軸受の周方向側面図、第７Ｃ図は第７Ａ
図の軸受の分解斜視図、第８Ａ図は第３の実施例
の径方向側面図、第８Ｂ図は第３の実施例の周方
向側面図、第９Ａ図は第４の実施例の径方向側面
図、第９Ｂ図は第４の実施例の周方向側面図、第
１０Ａ図及び第１０Ｂ図は第３の実施例の荷重下
の状態を示すそれぞれ径方向及び周方向の側面図
である。 ２０……回転軸、３４……推力部材、２６……
軸受パツド、２８……支持体、３０……枢支部
材、３４……内縁、３６……外縁、３８……側
縁、４２……径方向中心線、２６Ａ，２６Ｂ，２
６Ｃ，２６Ｄ……軸受パツド、４６Ａ，４６Ｂ，
４６Ｃ……キー、４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８
Ｄ……ビーム、５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ
……短軸、５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ……
表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 推力部材を有して軸方向移動が推力軸受装置
   によつて制限される回転軸を備えた回転機械であ
   つて、 前記推力軸受装置は、 前記回転軸のまわりに固定された複数の枢支部
   材と、 各々の前記枢支部材上に枢支された支持装置
   と、 各々の前記支持装置上に支持された軸受パツド
   とを備え、 前記支持装置が、前記枢支部材上に枢支された
   剛体のビームと、前記ビーム上で前記推力軸受装
   置の径方向に略々等ピツチで配列され、各々の軸
   方向弾性が前記径方向の配列の中央部で両端部に
   比較して小さくされた複数の短軸とを有し、 前記軸受パツドが、前記推力部材に対面し、無
   荷重時に略々平坦な軸受表面と、前記軸受表面の
   反対側にあつて前記軸受パツドの厚さを前記径方
   向中央部で両端部に比較して大きくする凸表面と
   を有する弾性体であつて、 前記軸受表面に軸受荷重が掛つたとき、前記軸
   受表面が前記径方向に延びた軸心を有する略々円
   筒形の中高形状表面となる回転機械。 ２ 前記軸受パツドの厚さが、前記軸受表面上の
   軸受荷重が最大の位置で最大である特許請求の範
   囲第１項記載の回転機械。 ３ 前記軸受パツドの前記凸表面が階段状表面で
   ある特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の
   回転機械。 ４ 前記軸受パツドの前記凸表面が曲面である特
   許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の回転機
   械。 ５ 推力部材を有して軸方向移動が推力軸受装置
   によつて制限される回転軸を備えた回転機械であ
   つて、 前記推力軸受装置は、 前記回転軸のまわりに固定された複数の枢支部
   材と、 各々の前記枢支部材上に枢支された支持装置
   と、 各々の前記支持装置上に支持された軸受パツド
   とを備え、 前記支持装置が、前記枢支部材上に枢支された
   剛体のビームと、前記ビーム上で前記推力軸受装
   置の径方向に略々等ピツチで配列され、各々の軸
   方向弾性が前記径方向の配列の中央部で両端部に
   比較して小さくされた複数の短軸とを有し、 前記軸受パツドが、前記推力部材に対面し、無
   荷重時に略々平坦な軸受表面と、前記軸受表面の
   反対側にあつて前記軸受パツドの厚さを前記径方
   向中央部で両端部に比較して大ききくする凸表面
   と、前記凸表面に係合して前記径方向に延び、前
   記短軸上に支持され、前記軸受パツドの前記径方
   向の曲げ剛性を高めるキーとを有する弾性体であ
   つて、 前記軸受表面に軸受荷重が掛つたとき、前記軸
   受表面が前記径方向に延びた軸心を有する略々円
   筒形の中高形状表面となる回転機械。 ６ 前記軸受パツドの厚さが、前記軸受表面上の
   軸受荷重が最大の位置で最大である特許請求の範
   囲第５項記載の回転機械。 ７ 前記軸受パツドの前記凸表面が階段状表面で
   ある特許請求の範囲第５項あるいは第６項記載の
   回転機械。 ８ 前記軸受パツドの前記凸表面が曲面である特
   許請求の範囲第５項あるいは第６項記載の回転機
   械。