可倾瓦块轴承用的轴瓦、可倾瓦块轴承及旋转机械的制作方法

本发明涉及可倾瓦块(tiltingpad)轴承用的轴瓦、可倾瓦块轴承及旋转机械。

背景技术：

通常，蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械具备用于将转子轴支承为旋转自如的轴承装置。作为该轴承装置，已知有从转子轴的周向上的一个或多个角度方向通过能够倾转的轴瓦对至少转子载荷的负载方向进行支承的结构。

例如，在专利文献1中记载了作为轴颈轴承使用的轴承装置。在该专利文献1的轴承装置中，向转子轴与将该转子轴支承为能够滑动的轴瓦之间供给润滑油从而形成油膜，经由该油膜对转子轴进行支承，从而防止转子轴与轴瓦的直接的金属接触。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-203481号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，在采用通过配置在该轴瓦的背面侧(与轴承面相反的一侧)的枢轴来实现轴瓦的倾转的结构的情况下，在轴承面会出现局部的面压(局部面压)高于周围的部分。因此，当未在轴承面形成充分厚度的油膜的低速旋转时，以该部位为中心局部地出现以高载荷条件发生金属接触的部位，轴瓦的表面温度由于转子轴与轴承面的摩擦而上升，因此存在有可能产生表层金属熔融即所谓塑性流动这样的问题。

鉴于上述情况，本发明的至少一个实施方式的目的在于防止可倾瓦块轴承的轴承面的塑性流动。

用于解决课题的方案

(1)本发明的至少一个实施方式的可倾瓦块轴承用的轴瓦的特征在于，

所述可倾瓦块轴承用的轴瓦具备：

具有轴承面的第一构件、以及

设置在所述第一构件的背面侧的第二构件，

所述第一构件的背面以及与所述第一构件的所述背面对置的所述第二构件的表面中的至少一方具有用于在所述第一构件与所述第二构件之间形成空洞的凹部。

根据上述(1)的结构，通过在第一构件与第二构件之间形成空洞，在对轴承面施加载荷时，第一构件中的与空洞相邻的部分能够向第二构件侧、即远离转子轴的方向挠曲变形。因此，能够抑制在轴承面上产生局部面压高于周围的部分的情况。另外，即使在第一构件的轴承面产生局部面压较高的部分的情况下，也能够缓和对轴承面施加的局部面压的峰值。因此，特别是在低速旋转时，能够抑制由转子轴与第一构件的摩擦而引起的温度上升，因此能够防止轴承面的塑性流动。

(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，

所述可倾瓦块轴承用的轴瓦还具备支承构件，其设置在所述第二构件的背面侧，且将所述第一构件以及所述第二构件支承为能够倾转，

在俯视观察所述轴瓦时，所述凹部形成在所述支承构件的设置范围的至少一部分。

在能够倾转的轴瓦中，在背面被支承构件支承的支承构件的设置范围内，局部面压容易变高。关于这一点，根据上述(2)的结构，在俯视观察轴瓦时，以在支承构件的设置范围的至少一部分的方式形成凹部，因此第一构件中的轴承面的面压容易变高的部分中的至少一部分能够向远离转子轴的方向挠曲。因此，能够释放面压，防止在轴承面上产生局部面压高于周围的部分，或者，即使产生局部面压较高的部分，也能够缓和该面压的峰值。因此，能够降低对轴承面施加的面压，从而防止在轴承面产生塑性流动的情况。

(3)在一个实施方式中，在上述(2)的结构的基础上，

在俯视观察所述轴瓦时，所述凹部形成在所述支承构件的整个所述设置范围内。

根据上述(3)的结构，通过在俯视观察轴瓦时，在支承构件的整个设置范围内形成的凹部，能够更可靠地分散向轴承面与支承构件之间施加的负载，从而防止在轴承面上产生局部面压高于周围的部分的情况。由此，能够更可靠地防止在第一构件的轴承面产生塑性流动的情况。

(4)在几个实施方式中，在上述(1)～(3)中任一项所述的结构的基础上，

所述空洞与所述轴瓦的外部空间连通。

根据上述(4)的结构，润滑油能够在由凹部形成的空洞的内部与外部之间进出。由此，例如，相对于输入轴瓦的轴振动等，可以使轴瓦具有衰减功能。

(5)在几个实施方式中，在上述(1)～(4)中任一项所述的结构的基础上，

所述可倾瓦块轴承包括直接润滑方式的轴承，其具备用于向所述轴承面供给润滑油的喷嘴。

根据上述(5)的结构，在直接润滑方式的可倾瓦块轴承中，能够得到上述(1)中所述的效果。

(6)在几个实施方式中，在上述(1)～(5)中任一项所述的结构的基础上，

所述第一构件由铜或铜合金形成，

所述第二构件由钢形成。

根据上述(6)的结构，除了能够通过凹部降低局部面压以外，能够通过由铜或铜合金形成的第一构件提高散热性从而防止热变形，并且能够通过由钢形成的第二构件抑制压力变形。由此，能够抑制在轴承面上产生局部面压高于周围的部分的情况，或者，即使在产生局部面压较高的部分的情况下，也能够缓和其峰值。另外，通过利用铜提高散热性，从而在高速旋转时，能够以相同的油膜厚度负载的轴承载荷增加，由此能够实现轴承的小型化。

(7)本发明的至少一个实施方式的可倾瓦块轴承的特征在于，具备：

至少一个上述(1)～(6)中任一项所述的轴瓦；以及

承载圈，其设置在所述至少一个轴瓦的外周侧，且构成为保持所述至少一个轴瓦。

根据上述(7)的结构，能够得到具备通过承载圈支承能够抑制塑性流动的轴瓦的结构的可倾瓦块轴承。

(8)本发明的至少一个实施方式的可倾瓦块轴承的特征在于，

所述可倾瓦块轴承具备：

至少一个轴瓦；以及

承载圈，其设置在所述至少一个轴瓦的外周侧，且构成为保持所述至少一个轴瓦，

各所述轴瓦包括：

第一构件，其具有轴承面，且由铜或铜合金形成；以及

第二构件，其设置在所述第一构件的背面侧，且由钢形成，

所述承载圈包括至少一个用于向所述轴承面供给润滑油的供油喷嘴。

根据上述(8)的结构，能够通过由铜或铜合金形成的第一构件提高轴瓦的散热性从而减少热变形，并且通过钢制的第二构件提高轴瓦的刚性从而抑制压力变形。由此，能够降低作用于轴承面的局部面压，另外，能够防止低速旋转时的轴承面的塑性流动。另外，通过铜或铜合金制的第一构件提高散热性，从而在高速旋转时，能够以相同的油膜厚度负载的轴承载荷增加，因此能够将轴承小型化。

(9)本发明的至少一个实施方式的旋转机械的特征在于，具备：

上述(7)或(8)所述的可倾瓦块轴承、以及

被所述可倾瓦块轴承支承为旋转自如的转子轴。

根据上述(9)的结构，能够得到具备通过能够防止损伤的可倾瓦块轴承来支承转子轴的结构的旋转机械。

发明效果

根据本发明的至少一个实施方式，能够防止可倾瓦块轴承的损伤。

附图说明

图1是沿着一个实施方式的可倾瓦块轴承的轴向的剖视图。

图2是图1的a-a线剖视图。

图3是一个实施方式的可倾瓦块轴承的局部放大图。

图4是其他实施方式的可倾瓦块轴承的局部放大图。

图5是其他实施方式的可倾瓦块轴承的局部放大图。

图6是一个实施方式的轴瓦的局部放大图。

图7是示出一个实施方式的轴瓦的变形例的图。

图8是示出一个实施方式的轴瓦的变形例的图。

图9是从与轴向垂直的方向观察第二实施方式的可倾瓦块轴承的剖视图。

图10是从轴向观察第二实施方式的可倾瓦块轴承的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式而记载或附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并非意在将本发明的范围限定于此，仅仅是说明例而已。

[第一实施方式]

图1是沿着一个实施方式的可倾瓦块轴承10的轴向的剖视图。图2是图1的a-a线剖面，是与轴向正交的剖视图。另外，本实施方式中的轴向是指被可倾瓦块轴承10支承的转子轴2的中心轴线o的方向，径向是指转子轴2的半径方向，周向是指转子轴2的周向。

首先，对应用几个实施方式的可倾瓦块轴承10的旋转机械1的整体结构进行说明，然后对可倾瓦块轴承10以及轴瓦30的结构进行详细说明。

作为几个实施方式的旋转机械1，可以列举燃气轮机、蒸汽轮机(例如原子能电站的蒸汽轮机)、机械驱动用轮机等轮机、风力发电装置等风力机械、以及增压机等。

一个实施方式的旋转机械1可以具备：作为轴承装置的可倾瓦块轴承(轴颈轴承)10、被可倾瓦块轴承10支承为旋转自如的转子轴2、以及收容转子轴2和可倾瓦块轴承10的轴承壳体3。轴承壳体3可以包括上半部轴承壳体4以及下半部轴承壳体5，上半部轴承壳体4以及下半部轴承壳体5可以分别具有与轴向正交的剖面成为半圆弧状这样的内周面(参照图2)。

可倾瓦块轴承10的润滑方式(供油方式)没有特别限定，例如，可以采用直接润滑方式。其中，其他实施方式的可倾瓦块轴承10可以是推力轴承，可以采用油浴方式、其他润滑方式作为润滑方式。另外，在其他实施方式中，可以是在上半区域还配置1个以上的轴瓦30，且在下半区域安装3个以上的轴瓦30的结构。

如图1以及图2所示，几个实施方式的可倾瓦块轴承10可以具备：至少一个作为轴承部的轴瓦30；以及承载圈11，其设置在该轴瓦30的外周侧，且构成为保持至少一个轴瓦30。在几个实施方式中，可倾瓦块轴承10可以具有在下半区域配置两个轴瓦30的结构。

如图1以及图2所示，承载圈11可以包括上半部承载圈12以及下半部承载圈13。上半部承载圈12以及下半部承载圈13可以分别具有与轴向正交的剖面成为半圆弧状这样的内周面12a、13a以及外周面12b、13b(参照图2)。需要说明的是，其他实施方式中的承载圈11也可以是一体结构。

如图1所示，在承载圈11的轴向的两端侧，沿着转子轴2的外周配置有一对侧板17、18。侧板17、18形成为圆板状，且在侧板17、18中央分别形成有供转子轴2贯穿的孔17a、18a。通过上述的侧板17、18来适度地抑制润滑油向外部的漏出。

在上半部承载圈12的内周面12a安装有导引金属(半圆环轴承部)20、21，以主要从上方按压转子轴2的弹起。例如，如图1所示，在上半部承载圈12的轴向的两端侧且比侧板17、18更靠轴向的内侧的位置安装有一对导引金属20、21。

在几个实施方式中，可以在可倾瓦块轴承10的承载圈11设置至少一个用于向轴承面30a供给润滑油的供油喷嘴25～29(参照图2)。

在图2所示的例子中，在转子轴2如图中箭头s所示那样顺时针地旋转的情况下，在转子轴2的旋转方向s上从上游侧起设置包括第一供油喷嘴25、第二供油喷嘴26、第三供油喷嘴27、第四供油喷嘴28、第五供油喷嘴29在内的合计5个供油喷嘴。需要说明的是，供油喷嘴的配置结构并不局限于此。

可以在承载圈1l的内部形成润滑油供给路(未图示)。供给到润滑油供给路的润滑油被送至各供油喷嘴25～29，并从各供油喷嘴25～29向轴瓦30的附近喷出。

在上半部承载圈12与上半部轴承壳体4之间，可以配置有至少一个上侧楔子40以及至少一片上侧填隙片41。同样地，在下半部承载圈13与下半部轴承壳体5之间，可以配置有至少一个下侧楔子50以及至少一片下侧填隙片51。

可以在承载圈11的外周面13b设置向径向外侧突出的止转用凸部15。止转用凸部15在转子轴2的旋转方向s上设置在下半部承载圈13的上游侧端部。另一方面，可以在下半部轴承壳体5形成止转用凹部5b。止转用凹部5b以与止转用凸部15对应的方式，在转子轴2的旋转方向s上设置在下半部轴承壳体5的上游侧端部。这样，能够通过止转用凸部15与止转用凹部5b卡合来防止承载圈11与转子轴2一同旋转的情况。

在此，对第一实施方式的轴瓦30的结构进行详细说明。

例如，如图3所示，一个实施方式的可倾瓦块轴承10用的轴瓦30具备：具有轴承面30a的第一构件32、以及设置在第一构件32的背面侧的第二构件34。

在几个实施方式中，轴瓦30可以以如下方式构成：在承载圈11的内周侧，在转子轴2的旋转方向s上的不同位置设置有多个，并从下方支承转子轴2。

除了与转子轴2对置且作为内周面的上述轴承面30a以外，轴瓦30还具有与承载圈11对置的外周面。轴承面30a以及外周面分别在周向上具有以有与转子轴2对应的曲率的方式弯曲的形状。

在几个实施方式中，第一构件32的背面以及与第一构件32的背面对置的第二构件34的表面中的至少一方具有用于在第一构件32与第二构件34之间形成空洞的凹部60。在几个实施方式中，例如，如图3所示，可以在第一构件32的背面、即第一构件32中的与轴承面30a相反一侧的、与第二构件34对置的面形成凹部60。

若设置这样的凹部60，则在第一构件32与第二构件34之间形成空洞，从而在对轴承面30a施加载荷时，第一构件32中的与空洞相邻的部分能够向第二构件34侧、即远离转子轴2的方向挠曲变形。因此，能够抑制在轴承面30a上产生局部面压高于周围的部分的情况。另外，即使在第一构件32的轴承面30a产生局部面压较高的部分的情况下，也能够缓和对轴承面30a施加的局部面压的峰值。因此，特别是在低速旋转时，能够防止在用于抑制因转子轴2与第一构件32的摩擦而引起的温度上升的轴承面30a产生塑性流动的情况。

例如，如图4所示，在另一例子中，可以在第二构件34的表面、即第二构件34中的与第一构件32对置的面形成凹部60a。另外，例如，如图5所示，在又一例子中，可以在第一构件32的背面形成凹部60，并且在第二构件34的表面形成凹部60a。在采用均设置有凹部60以及凹部60a的结构的情况下，能够将第一构件32用于向远离转子轴2的方向挠曲的行程(退让行程)确保得较大。

在几个实施方式中，第二构件34可以构成为能够相对于承载圈11倾转。由此，包括该第二构件34和第一构件32的轴瓦30在承载圈11上被支承为能够倾转。例如，相当于轴瓦30的外周面的第二构件34的背面的曲率可以比与该背面对置的承载圈11的内周面的曲率大。

在几个实施方式中，轴瓦30还可以具备支承构件70，其设置在第二构件34的背面侧且将第一构件32以及第二构件34支承为能够倾转。在该情况下，对于第二构件34与支承构件70的接触，可以是彼此的对置面中的任一方是曲面而另一方是平面，也可以是两者分别具有朝向对方凸出的曲面。另外，也可以是在各曲率中心相对于彼此的接触部分而位于相同一侧的情况下，与对方内切的任一方具有比另一方大的曲率。这样，可以成为第二构件34的背面与支承构件70以能够倾转的方式接触的结构。

在几个实施方式中，例如，如图3～5所示，支承构件70可以配置在第二构件34的背面侧，且包括朝向该第二构件34形成为凸状的凸部74。

在几个实施方式中，凸部74可以构成为与第二构件34进行点接触。在该情况下，凸部74可以是与第二构件34对置的面成为球面的所谓球面枢轴。在其他实施方式中，凸部74例如可以构成为与第二构件34进行线接触的形状，或者也可以构成为与第二构件34进行面接触的形状。

在几个实施方式中，可以在第二构件34的背面、即第二构件34中的面向半径方向外侧的承载圈11侧的面形成凹部34a，且可以在该凹部34a内收容有凸部74的至少一部分。

在几个实施方式中，支承构件70可以包括配置在凸部74与第二构件34之间的衬垫72。衬垫72例如可以形成为大致平板状。在几个实施方式中，可以以与凹部34a的底面接触的方式配置衬垫72，并以隔着该衬垫72将第一构件32以及第二构件34支承为能够倾转的方式配置凸部74。

在几个实施方式中，在俯视观察轴瓦30时，凹部60可以形成在支承构件70的设置范围的至少一部分。即，在俯视观察轴瓦30时，凹部60可以不必以将支承构件70的设置范围的整体覆盖的方式设置，也可以形成在小于支承构件70的范围。在该情况下，在俯视观察轴瓦30时，作为“支承构件70的设置范围的至少一部分”，凹部60可以形成在包括支承构件70的凸部74与第二构件34(或衬垫72)的接触部分(接触点、接触线或接触面)的范围。

具体而言，如图6所示，在凸部74例如是球面枢轴的情况下，在俯视观察轴瓦30时，凹部60可以形成在支承构件70(具体而言，凸部74)的设置范围中的、包括至少一部分的范围。

在此，对于能够倾转的轴瓦30，在背面被支承构件70支承的轴承面30a上的部分中，局部面压容易变高。关于这一点，如上所述，根据在俯视观察轴瓦30时，在支承构件70的设置范围的至少一部分形成凹部60的结构，第一构件32中的轴承面30a的面压容易变高的部分中的至少一部分能够向远离转子轴2的方向挠曲。因此，能够释放面压，防止在轴承面30a上产生局部面压高于周围的部分，或者，即使产生局部面压较高的部分，也能够缓和该面压的峰值。因此，能够降低对轴承面30a施加的面压，从而防止在轴承面30a产生塑性流动。

在一个实施方式中，在俯视观察轴瓦30时，可以在支承构件70的整个设置范围内形成凹部60。例如，如图7所示，在俯视观察轴瓦30时，凹部60可以形成在包括支承构件70(具体而言，凸部74)的设置范围整体在内的、该支承构件70的设置范围以上的范围。

根据上述的结构，通过在俯视观察轴瓦30时在支承构件70的整个设置范围内形成的凹部60，能够更可靠地分散向轴承面30a与支承构件70之间施加的负载，从而防止在轴承面30a上产生局部面压高于周围的部分的情况。

在几个实施方式中，由于凹部60而形成的空洞可以与轴瓦30的外部空间连通。例如，如图8所示，凹部60可以形成为沿着转子轴2的轴向贯穿轴瓦30的槽状。通过这样构成，润滑油能够在由凹部60形成的空洞的内部与外部之间进出。由此，例如，相对于输入轴瓦30的转子轴2的轴振动等，可以使该轴瓦30具有衰减功能。

在其他实施方式中，凹部60可以形成为沿着与转子轴2的轴向以及径向均正交的方向贯穿轴瓦30的槽状。

需要说明的是，对于轴瓦30与其外部空间的连通部(开口部)，考虑到相对于轴振动等的衰减性能，能够将其剖面积任意地设定为适当的大小。

在几个实施方式中，第一构件32可以由铜、铜合金或钢形成。另外，在几个实施方式中，第二构件34可以由钢形成。

第一构件32包括：由铜或铜合金形成的铜系金属层32a；以及白合金层32b，其形成在该铜系金属层32a的内周面侧(转子轴2的径向上的内侧)，且成为上述的轴承面30a(例如，参照图3～5)。第二构件34构成轴瓦30的钢层。

通过这样构成，除了能够通过凹部60抑制在轴承面30a上产生局部面压高于周围的部分的情况以外，能够通过由铜或铜合金形成的第一构件32提高散热性从而防止轴瓦30的热变形，并且通过由钢形成的第二构件34抑制轴瓦30的压力变形。因此，能够更可靠地防止在轴承面30a产生局部面压高于周围的部分的情况，或者，即使在产生局部面压高于周围的部分的情况下，也能够缓和其峰值，因此能够防止轴承面30a的塑性流动。另外，通过利用铜提高散热性，从而在高速旋转时，能够以相同的油膜厚度负载的轴承载荷增加，因此能够实现可倾瓦块轴承10的小型化。

根据以上公开的几个实施方式的结构，能够得到旋转机械1，其具备通过能够防止轴承面30a的塑性流动的可倾瓦块轴承10来支持转子轴2的结构。

[第二实施方式]

接下来，对第二实施方式的可倾瓦块轴承110进行说明。需要说明的是，对与上述的几个实施方式的旋转机械1相同的结构标注相同的符号，并省略重复的说明。

图9是从与轴向垂直的方向观察第二实施方式的可倾瓦块轴承110的剖视图。图10是从轴向观察第二实施方式的可倾瓦块轴承110的剖视图。

如图9以及图10所示，第二实施方式中应用于旋转机械100的可倾瓦块轴承110在未设置有凹部60这一点上与上述的几个实施方式不同。另外，第二实施方式的可倾瓦块轴承110是采用直接润滑方式作为润滑方式的轴颈轴承。

上述可倾瓦块轴承110具备：至少一个轴瓦130：以及承载圈11，其设置在至少一个轴瓦130的外周侧，且构成为保持至少一个轴瓦130。承载圈11包括至少一个(在本实施方式中为5个)用于向轴承面130a供给润滑油的供油喷嘴25～29。

例如，如图9以及图10所示，各轴瓦130具有轴承面130a，且包括：由铜、铜合金或钢形成的第一构件132、以及设置在第一构件132的背面侧且由钢形成的第二构件134。

第一构件132包括：由铜或铜合金形成的铜系金属层132a；以及白合金层132b，其形成在该铜系金属层132a的内周面侧(转子轴2的径向上的内侧)，且成为上述的轴承面130a(参照图10)。第二构件134构成轴瓦130的钢层。

根据上述的结构，能够通过由铜或铜合金形成的第一构件132提高轴瓦130的散热性从而减少热变形，并且通过钢制的第二构件134提高轴瓦130的刚性从而抑制压力变形。由此，能够降低作用于轴承面30a的局部面压，并且，能够防止低速旋转时的轴承面130a的塑性流动。另外，通过铜或铜合金制的第一构件132提高散热性，从而在高速旋转时，能够以相同的油膜厚度负载的轴承载荷增加，因此能够将可倾瓦块轴承110小型化。

本发明并不局限于上述实施方式，也包括对上述实施方式加以变形的方式、适当组合这些方式而得到的方式。

例如，“在某方向上”、“沿某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对的配置的表现，严格来说不仅表示这样的配置，还表示在存在公差、或者获得相同功能的程度的角度、距离时相对位移的状态。

例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物相等的状态的表现严格来说不仅表示相等的状态，还表示存在公差、或者获得相同功能的程度的差的状态。

例如，表示四边形状、圆筒形状等形状的表现不仅表示几何学中严格意义上的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在获得相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“具备”、“包含”或者“具有”一个构成要素这样的表现并非排除其他构成要素的存在的排他性表现。

附图标记说明：

1、100旋转机械

2转子轴

3轴承壳体

4上半部轴承壳体

5下半部轴承壳体

10、110可倾瓦块轴承

11承载圈

12上半部承载圈

13下半部承载圈

17、18侧板

17a、18a孔

20、21导引金属

25～29供油喷嘴

30、130轴瓦

30a、130a轴承面

32、132第一构件

32a铜系金属层

32b白合金层

34，134第二构件

34a凹部

40上侧楔子

41上侧填隙片

50下侧楔子

51下侧填隙片

60凹部

70支承构件

72衬垫

74凸部。