专利名称：轴承装置、轴承单元及旋转机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴承装置、轴承单元及旋转机械。本申请基于2009年7月6日向日本申请的特愿2009-159852号而主张优先权，在此援引其内容。
背景技术：
一直以来，为了支承汽轮机或燃气轮机、压缩机等大型的旋转机械的旋转轴(转子轴)，在各处配置有推力轴承或径向轴承等轴承装置。近年来，为了实现涡轮的高输出化，倾向于使在涡轮转子设置的转子叶片(动叶片)长尺寸化(大径化)，另外，使叶片数增加。伴随于此，旋转轴变成长轴，重量也增加。 于是，涡轮转子的重量增加，或者旋转轴的长度长轴化，由此有可能在旋转轴产生挠曲。在此，现有的推力轴承的构成如图9所示。如图9所示，推力轴承510具有对在旋转轴511上形成的推力环512进行支承的多个轴承垫513和形成有收容轴承垫513的收容部514的承载圈515。多个轴承垫513中的若干个垫面对推力环512的一端面而配置，剩余的垫面对推力环512的另一端面而配置。在从旋转轴511的轴向观察的情况下，各个轴承垫513呈大致扇形状。另外，在轴承垫513和承载圈515之间设有枢轴516，当在旋转轴 511上产生了些许的挠曲等时，轴承垫513能够追随推力环512的倾斜(例如，参照专利文献1)。还有，能够向收容部514供给油。专利文献1特开2002-310142号公报另外，在现有的推力轴承510中，如图10所示，若旋转轴511的挠曲(倾斜)变大， 则轴承垫513变得无法追随推力环512的倾斜，从而推力环512和轴承垫513的间隙有可能变得不均勻。另外，若这样伴随着涡轮转子的重量增加，旋转轴511较大地挠曲，在旋转轴511的倾斜大的状态下使旋转轴511旋转，则推力环512有可能过度地压紧于轴承垫513 上。因而，在这样的构成中，在涡轮的高输出化上存在限度。另外，通常具有下述结构在涡轮转子上沿着轴向形成有多个涡轮动叶片，在邻接的涡轮动叶片间配置有形成于涡轮的壳体等上的涡轮静叶片。因而，当在旋转轴上产生了挠曲等而使旋转轴的轴中心O倾斜时，在图9的推力轴承510中推力环512的重心在轴向上偏离，从而有可能无法充分发挥轴承的功能。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种即使旋转轴倾斜也能够发挥轴承功能的轴承装置、轴承单元及旋转机械。为了解决上述的课题，本发明提供一种轴承装置，其中，具有轴承垫，其绕旋转轴配置且支承推力环；承载圈，其收容该轴承垫，并且支承于壳体，所述承载圈中的支承于所述壳体的被支承面是以将所述推力环的重心作为中心的大致一定的曲率沿着与所述旋转轴正交的至少一方向呈凸状的曲面。
在本发明的轴承装置中，即使在旋转轴上产生挠曲等，旋转轴的轴中心倾斜，由于承载圈以推力环的重心为中心转动，因此也能够防止推力环的重心的位置偏离。因而，通过使涡轮转子大径化·长轴化，即使在旋转轴上产生挠曲，旋转轴倾斜，也能够使承载圈追随该倾斜，从而能够发挥作为轴承的功能。另外，在涡轮中，由于推力环的重心的位置不偏离，因此能够充分发挥涡轮的能力。因而，能够实现涡轮的高输出化。在本发明的轴承装置中，优选，所述承载圈能够分割为形成有收容所述轴承垫的收容部的第一构件和形成有所述被支承面的第二构件。在本发明的轴承装置中，承载圈的制造性·组装性·维修性提高。于是通过分割为第一构件和第二构件，能够不使用大型的加工装置而分别制造各构件。另外，通过分割为多个构件，能够容易地搬运·组装各构件，也能够独立地进行更换。本发明的轴承单元的第一方式是，具有上述本发明的轴承装置；壳体，其具有对所述被支承面进行支承的支承面，能够向所述承载圈的被支承面和所述壳体的支承面之间供给润滑油。在本发明的轴承单元的第一方式中，能够使承载圈的被支承面和壳体的支承面之间的摩擦系数减少。因而，在旋转轴倾斜的情况下，能够使承载圈(轴承装置)的追随性提
尚ο本发明的轴承单元的第一方式中，优选，所述润滑油能够从向所述轴承垫供给润滑油的润滑油供给机构分支而供给。在本发明的轴承单元的第一方式中，能够共用已设的润滑油供给机构，能够使润滑油的供给系统简略化。在本发明的轴承单元的第一方式中，优选，还具有能够向所述承载圈的被支承面和所述壳体的支承面之间供给高压润滑油的高压泵，在所述被支承面形成有能够使所述高压润滑油流通的油槽。在本发明的轴承单元的第一方式中，能够有效地利用静压效果使承载圈的被支承面相对于壳体的支承面浮起。因而，能够使承载圈的被支承面和壳体的支承面之间的摩擦系数进一步变小，从而使旋转轴(推力环)倾斜时的承载圈的追随性进一步提高。在本发明的轴承单元的第一方式中，优选，所述被支承面形成为球面状，所述油槽沿着周向形成为距所述旋转轴中心大致等距离。在本发明的轴承单元的第一方式中，由于沿着被支承面的周向大致均勻地供给高压润滑油，因此能够使油压在整体上大致均勻，从而能够使承载圈相对于壳体平衡性良好地浮起。本发明的轴承单元的第二方式是，具有上述本发明的轴承装置；壳体，其具有对所述被支承面进行支承的支承面；球轴承，其设置在所述承载圈的被支承面和所述壳体的支承面之间。在本发明的轴承单元的第二方式中，能够使承载圈的被支承面和壳体的支承面之间滚动接触，从而能够减少被支承面和支承面之间的摩擦系数。因而，在旋转轴倾斜的情况下，能够使承载圈(轴承装置)的追随性提高。另外，本发明的旋转机械具有上述本发明的轴承单元；旋转轴，其配置于该轴承单元的轴中心；推力环，其以向径向外方突出的方式形成于该旋转轴，限制所述旋转轴的轴向上的移动。在本发明的旋转机械中，即使在旋转轴上产生挠曲等，旋转轴的轴中心倾斜，由于承载圈以推力环的重心为中心转动，因此也能够防止推力环的重心的位置偏离。因而，通过使涡轮转子大径化·长轴化，即使在旋转轴上产生挠曲，旋转轴倾斜，也能够使承载圈追随该倾斜，从而能够发挥作为轴承的功能。(发明效果)根据本发明，即使在旋转轴上产生挠曲等，旋转轴的轴中心倾斜，由于承载圈以推力环的重心为中心转动，因此也能够防止推力环的重心的位置偏离。因而，通过使涡轮转子大径化 长轴化，即使在旋转轴上产生挠曲，旋转轴倾斜，也能够使承载圈追随该倾斜，从而能够发挥作为轴承的功能。
图1是示意地表示本发明的第一实施方式的汽轮机的图。图2是本发明的第一实施方式的推力轴承装置的剖面图。
图3是沿着图2的A-A线的剖面图。图4是本发明的第二实施方式的推力轴承装置的剖面图。图5是本发明的第三实施方式的推力轴承装置的剖面图。图6是本发明的第四实施方式的推力轴承装置的剖面图。图7是从本发明的第四实施方式的承载圈的轴向观察到的主视图。图8是本发明的第五实施方式的推力轴承装置的剖面图。图9是现有的推力轴承装置的剖面图。图10是表示现有的推力轴承装置的旋转轴倾斜时的状态的剖面图。
具体实施例方式(第一实施方式)接着，基于图1 图3说明本发明的第一实施方式的汽轮机(旋转机械)。如图1所示，汽轮机1具有蒸汽所作用的涡轮转子2 ；配置为将该涡轮转子2的轴中心贯通的旋转轴3 ；将该旋转轴3支承为能够沿径向旋转的径向轴承装置4 ；将旋转轴 3支承为能够沿轴向Dl旋转的推力轴承装置10。还有，将旋转轴3的轴中心作为轴线0。涡轮转子2收容于涡轮壳体(未图示)中，在涡轮转子2的旋转轴3的外周面沿着轴向Dl空开间隔朝向径向外侧地突设有多个涡轮动叶片(未图示)。多个涡轮静叶片 (未图示)以在轴向Dl上与涡轮动叶片交替配置的方式从涡轮壳体朝向旋转轴3配置。径向轴承装置4分别设置于旋转轴3的处于涡轮转子2的轴向两端部位置的外方。另外，推力轴承装置10设置于一径向轴承装置4的附近。根据如此构成的汽轮机1，从蒸汽源(未图示)经由蒸汽管(未图示)向涡轮壳体内导入的蒸汽沿着轴向Dl在涡轮转子2的涡轮动叶片和涡轮静叶片之间流动，由此旋转轴 3以轴线0为中心被驱动而旋转，从而能够输出旋转动力。接着，说明该汽轮机1所具有的推力轴承装置10。
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如图2所示，在推力轴承装置10中插通有旋转轴3，且具有与在旋转轴3上形成的推力环12的轴向两端面12a、12b对置配置的主视图呈大致扇形状的多个轴承垫13和形成有收容轴承垫13的收容部14的2个承载圈15。另外，在轴承垫13和承载圈15之间设有枢轴16，当在旋转轴3上产生了些许的挠曲时，轴承垫13能够追随推力环12的倾斜。艮口， 推力环12的端面1 和轴承垫13隔开规定距离而大致平行地配置。向该推力环12的端面12a、12b和轴承垫13之间供给润滑油。换言之，推力轴承装置10具有对形成于旋转轴3上的推力环12进行支承的多个轴承垫(在本实施方式中12个)13和收容轴承垫13的承载圈15。多个轴承垫13中的半数的轴承垫13面对推力环12的一端面1 而配置，剩余的半数的轴承垫13面对推力环12 的另一端面12b而配置。还有，轴承垫13的数量并不限定于本实施方式，可以对应于实施的规模而适当设定。如图2、图3所示，轴承垫13配置于在承载圈15的轴向一端侧形成为环状槽状的收容部14内。在从轴向Dl观察时，轴承垫13沿着旋转轴3的周向配置多个。进而，轴承垫13由在收容部14的朝向轴向Dl的面14a的径向大致中央配置的枢轴16支承。S卩，轴承垫13经由枢轴16相对于承载圈15被定位。换言之，收容部14是在朝向推力环12的端面12a (12b)的承载圈15的端面形成的凹部。在从旋转轴3的轴向观察的情况下，各轴承垫13呈大致扇形状。在本实施方式中， 在收容部14内侧绕旋转轴3配置有6个轴承垫13。轴承垫13由在收容部14的底面1 配置为距旋转轴3且距收容部14的内周面大致等距离的枢轴16支承。收容部14的内部成为充满润滑油的油槽，在润滑油充满于该油槽中的状态下，各轴承垫13经由润滑油对推力环12进行支承，由此能够将旋转轴3支承为能够沿轴向Dl旋转。承载圈15在轴向一端侧形成有收容部14，轴向另一端面1 侧形成为相对于推力环12向轴向外侧突出的球面状。在承载圈15的另一端面1 侧设有壳体20。壳体20的轴向一端面20a形成为与承载圈15的另一端面1 大致抵接的凹状的球面状。即，承载圈 15的另一端面1 能够沿着壳体20的一端面20a滑动。因而，壳体20的一端面20a成为支承面，承载圈15的另一端面1 成为被支承面。还有，由推力轴承装置10和壳体20构成轴承单元30。另外，承载圈15例如由SC(铸造钢)或SF(锻造钢)等形成。换言之，朝向旋转轴3的轴端的承载圈15的面1 在旋转轴3的轴向上形成为向外侧突出的球面状。壳体20设于承载圈15的外侧。壳体20的朝向承载圈15的面20a形成为与承载圈15的球状的面1 对应的凹面状。即，作为支承面的壳体20的面20a与作为被支承面的承载圈15的面1 大致抵接。在此，承载圈15的另一端面1 及壳体20的一端面20a形成为以推力环12的重心G为中心的大致一定的曲率半径的球面状。S卩，在推力环12的两侧配置的承载圈15的端面15a分别形成为以推力环12的重心G为中心的大致一定的曲率半径的凸曲面状。在承载圈15、15的外侧配置的壳体20的端面20a分别形成为以推力环12的重心G为中心的大致一定的曲率半径的凹曲面状。承载圈15的另一端面1 能够以推力环12的重心G为中心沿着壳体20的一端面20a滑动。根据本实施方式，即使伴随着汽轮机1的高输出化 大型化，在涡轮转子2的长轴化·大径化作用下在旋转轴3上产生挠曲等，旋转轴3的轴线0倾斜，由于承载圈15以推力环12的重心G为中心转动，因此也能够防止推力环12的重心G的位置偏离。因而，即使旋转轴3的轴线0倾斜，承载圈15也能够追随该倾斜，从而能够防止推力环12和轴承垫13 接触即过度压紧。因而，即使旋转轴3的轴线0倾斜，推力轴承装置10也能够发挥作为轴承的功能。另外，能够实现推力轴承装置10的长寿命化。另外，在汽轮机1中，由于推力环12的重心G的位置不偏离，因此即使在旋转轴3 上产生挠曲等，也能够充分发挥汽轮机1的能力。因而，能够实现汽轮机1的高输出化。(第二实施方式)接着，基于图4说明本发明的第二实施方式的汽轮机(旋转机械)。还有，本实施方式仅仅是承载圈的构成第一实施方式不同，其他构成大致相同，因此对相同部位标注相同符号，省略详细的说明。另外，推力轴承装置在推力环的轴向两端侧配置大致相同构成的轴承装置，不过在第二实施方式 第五实施方式的附图中仅图示了其一方。如图4所示，在推力轴承装置110中，承载圈115能够分割为形成有收容轴承垫13 的收容部14的第一构件131及形成有承载圈115的球面状的另一端面11 的第二构件 132。还有，第一构件131和第二构件132例如通过形成螺栓接合或嵌合结构而被连结。另外，第一构件131及第二构件132的材质例如由SC(铸造钢)或SF(锻造钢)等形成，第一构件131和第二构件132由相同材质形成，不过也可以对应于材料的性状、制造成本等情况而由不同材料构成。根据本实施方式，具有与第一实施方式相同的作用效果，并且承载圈115的制造性·组装性·维修性提高。例如，通过将承载圈115分割为第一构件131和第二构件132， 能够不使用大型的加工装置而容易地加工各构件。与一体构成的情况相比，各构件变得小型，搬运·安装等组装变得容易。另外，能够在维修时仅更换第一构件131及第二构件132 的任意之(第三实施方式)接着，基于图5说明本发明的第三实施方式的汽轮机(旋转机械)。还有，本实施方式仅仅是轴承单元的构成与第一实施方式不同，其他构成大致相同，因此对相同部位标注相同符号，省略详细的说明。如图5所示，轴承单元230具有推力轴承装置210和壳体20，该壳体20具有对承载圈215的被支承面21 进行支承的支承面20a。在此，能够向承载圈215的被支承面21 和壳体20的支承面20a之间供给润滑油。还有，润滑油例如能够以0. IMPa的压力供给。具体地，设有润滑油供给机构40，该润滑油供给机构40具有用于向承载圈215的收容部14内供给润滑油的油泵41和将该油泵41和收容部14之间连结的油配管42。进而，在本实施方式中，油配管42在途中分支，分支的油配管43贯通承载圈215的内部，向承载圈215的被支承面21 开口。即，能够将润滑油向承载圈215的被支承面21 和壳体 20的支承面20a之间供给。根据本实施方式，具有与第一实施方式相同的作用效果，并且通过向承载圈215 的被支承面21 和壳体20的支承面20a之间供给润滑油，能够使被支承面21 和支承面 20a之间的摩擦系数减少。因而，当在旋转轴3上产生挠曲，旋转轴3的轴线0倾斜时，能够使承载圈215相对于壳体20平滑地转动。即，能够使承载圈215的追随性提高。
另外，由于构成为从向收容有轴承垫13的收容部14供给润滑油的润滑油供给机构40使油配管分支而向承载圈215的被支承面21 和壳体20的支承面20a之间供给润滑油，因此，能够共用润滑油供给机构40，从而能够使润滑油的供给系统简略化。(第四实施方式)接着，基于图6 图7说明本发明的第四实施方式的汽轮机(旋转机械)。还有， 本实施方式仅仅是轴承单元的构成与第一实施方式不同，其他构成大致相同，因此对相同部位标注相同符号，省略详细的说明。如图6所示，轴承单元330具有推力轴承装置310和壳体20，该壳体20具有对承载圈315的被支承面31 进行支承的支承面20a。在此，能够向承载圈315的被支承面31 和壳体20的支承面20a之间供给高压润滑油。还有，高压润滑油例如能够以IMPa的压力供给。具体地，设有高压润滑油供给机构340，该高压润滑油供给机构340具有用于向承载圈315的被支承面31 和壳体20的支承面20a之间供给高压润滑油的高压油泵341和将高压油泵341和承载圈315之间连结的油配管343。还有，该高压润滑油供给机构340与上述第三实施方式的润滑油供给机构40另行设置。另外，油配管343贯通承载圈315的内部，向承载圈315的被支承面31 开口。进而，如图7所示，在承载圈315的被支承面31 沿着周向在整周上形成有距旋转轴3的轴线0的距离大致等距离的油槽345。而且，油配管343的开口部343a形成于油槽345内。即，能够以大致均勻的压力将高压润滑油向承载圈315的被支承面31 和壳体 20的支承面20a之间供给。根据本实施方式，具有与第一实施方式相同的作用效果，并且通过向承载圈315 的被支承面31 和壳体20的支承面20a之间供给高压润滑油，能够更有效地利用静压效果使承载圈315的被支承面31 相对于壳体20的支承面20a浮起。因而，能够进一步减小承载圈315的被支承面31 和壳体20的支承面20a之间的摩擦系数，从而能够进一步提高旋转轴3倾斜时的承载圈315的追随性。另外，由于在承载圈315的被支承面31 形成有油槽345，因此能够沿着被支承面31 的周向大致均勻地供给高压润滑油，能够使油压在整体上大致均勻，从而能够使承载圈315相对于壳体20平衡性良好地浮起。(第五实施方式)接着，基于图8说明本发明的第五实施方式的汽轮机(旋转机械)。还有，本实施方式仅仅是轴承单元的构成与第一实施方式不同，其他构成大致相同，因此对相同部位标注相同符号，省略详细的说明。如图8所示，轴承单元430具有推力轴承装置10和壳体20，该壳体20具有对承载圈15的被支承面1 进行支承的支承面20a。在此，在承载圈15的被支承面1 和壳体 20的支承面20a之间设有球轴承450。球轴承450具有分别沿着周向配置于壳体20的支承面20a的径向内侧端部及外侧端部的保持器451、452和能够滚动地配置于该保持器451、 452之间的多个球体453。S卩，在旋转轴3的轴线0倾斜的情况下，承载圈15能够经由球轴承450相对于壳体20转动。根据本实施方式，能够使承载圈15的被支承面1 和壳体20的支承面20a之间滚动接触，从而能够减少被支承面1 和支承面20a之间的摩擦系数。因而，在旋转轴3的轴线0倾斜时，能够使承载圈15的追随性提高。还有，本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的中心思想的范围内对上述实施方式进行各种变更。即，实施方式中列举的具体的结构或构成等只不过是一例，能够进行适当变更。例如，在本实施方式中，说明了使承载圈的被支承面形成为球面状的情况，不过也可以只考虑一方向的挠曲，例如，将承载圈的被支承面形成为圆柱状。此时，配置为圆柱状的圆弧部能够在铅直方向上转动，由此能够追随转子的挠曲。另外，在将承载圈形成为圆柱状，且向承载圈的被支承面和壳体的支承面之间供给高压润滑油的情况下，若形成环状的油槽而以使高压润滑油成为大致均勻的压力的方式供给，则能够有效地利用静压效果使承载圈的被支承面相对于壳体的支承面浮起。另外，在本实施方式中，作为旋转机械说明了汽轮机的情况，不过并不限定于汽轮机，也能够采用于燃气轮机和压缩机的推力轴承装置。产业上的可利用性本发明涉及轴承装置、轴承单元及旋转机械。根据本发明的轴承装置、轴承单元及旋转机械，即使在旋转轴上产生挠曲而使旋转轴倾斜，也能够发挥作为轴承的功能。符号说明1...汽轮机(旋转机械)3. · ·旋转轴10、110、210、310···推力轴承装置(轴承装置)12. · ·推力环13. · ·轴承垫14···收容部15、115、215、315· · ·承载圈15a、115a、215a、315a. · ·被支7 面20···壳体20a...支承面30、230、330、430· · ·轴承单元40...润滑油供给机构131...第一构件132...第二构件341...高压泵345. · ·油槽450. · ·球轴承G...重心0...轴线(轴中心)
权利要求
1.一种轴承装置，其中，具有轴承垫，其绕旋转轴配置且支承推力环； 承载圈，其收容该轴承垫，并且支承于壳体，所述承载圈中的支承于所述壳体的被支承面是以将所述推力环的重心作为中心的大致一定的曲率沿着与所述旋转轴正交的至少一方向呈凸状的曲面。
2.如权利要求1所述的轴承装置，其中，所述承载圈能够分割为形成有收容所述轴承垫的收容部的第一构件和形成有所述被支承面的第二构件。
3.一种轴承单元，具有权利要求1或2所述的轴承装置；壳体，其具有对所述被支承面进行支承的支承面，其中，能够向所述承载圈的被支承面和所述壳体的支承面之间供给润滑油。
4.如权利要求3所述的轴承单元，其中，所述润滑油能够从向所述轴承垫供给润滑油的润滑油供给机构分支而供给。
5.如权利要求3所述的轴承单元，其中，具有能够向所述承载圈的被支承面和所述壳体的支承面之间供给高压润滑油的高压泵，在所述被支承面形成有能够使所述高压润滑油流通的油槽。
6.如权利要求5所述的轴承单元，其中， 所述被支承面形成为球面状，所述油槽沿着周向形成为距所述旋转轴中心大致等距离。
7.一种轴承单元，其中，具有权利要求1或2所述的轴承装置；壳体，其具有对所述被支承面进行支承的支承面；球轴承，其设置在所述承载圈的被支承面和所述壳体的支承面之间。
8.一种旋转机械，其中，具有权利要求3 7中任一项所述的轴承单元； 旋转轴，其配置于该轴承单元的轴中心；推力环，其以向径向外方突出的方式形成于该旋转轴，并限制所述旋转轴的轴向上的移动。
全文摘要
该轴承装置(10)具有绕旋转轴(3)配置且支承推力环(12)的轴承垫(13)和收容轴承垫并且支承于壳体(20)的承载圈(15)，承载圈中的支承于壳体的被支承面(15a)是以将推力环的重心(G)作为中心的大致一定的曲率沿着与旋转轴正交的至少一方向呈凸状的曲面。
文档编号F02C7/06GK102362086SQ201080013179
公开日2012年2月22日 申请日期2010年6月29日 优先权日2009年7月6日
发明者中野隆, 胁勇一朗, 贝漕高明 申请人:三菱重工业株式会社