JPH0637891B2 - ロータの心出し装置及びジャーナル軸受の支持方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、両端を１対のジャーナル軸受によって支持さ
れたロータを有する蒸気タービン及び発電機に関し、特
に該ロータを心出しもしくは整列させる方法及び装置に
関するものである。

【従来の技術】

蒸気タービン及び発電機のロータ用のジャーナル軸受
は、ロータの振動特性に影響しないように、しかもロー
タを支持するための適切な水平方向及び垂直方向の位置
にジャーナル軸受を整列させるに足る可動性を与えるよ
うに、十分な剛性を備えた軸受支持構造によって、軸受
ハウジング内に支持されていなければならない。この軸
受支持構造が十分に剛でなかったり、装着手順次第で剛
性に変化があると、ロータの振動特性が望ましくない影
響を受け、横方向の臨界速度が回転速度と共振する結果
になる。ロータは、心狂いによる軸の曲げ応力と軸受圧
とを減少させるために正確に心出しせねばならないの
で、軸受支持構造は、適切な心出しを実現すべく垂直及
び水平方向の運動能力のある手段でなければならない。 本出願人がBB73型として製造しているような大型蒸気タ
ービンは、ロータと、このロータの両端を支持する１対
のジャーナル軸受とを含むのが典型的であり、各ジャー
ナル軸受は、軸受台即ち軸受支持体の球形開口内に装着
される軸受ハウジングを形成するように一緒に結合され
る上半部と下半部とを備えている。これ等のタービンの
ロータは、当然のことながら、心出しされた状態で作動
しなければならないため、ジャーナル軸受を軸受支持体
内に支持するための種々の手段がこれまでに提供されて
きた。このように支持する先行技術の試みの１つは、キ
ー３個式軸受支持構造と一般に呼ばれている。 この広く用いられているキー３個式軸受支持構造におい
て、各ジャーナル軸受の上半部は、第１キー溝を含み、
この第１キー溝は、軸受支持体内の球形開口に一致する
雄形形状になっている球形外面を備えた軸受支持パッド
又はキーを含むように、ロータに関して長手方向に内部
に形成されている。第２及び第３のキー溝は、それぞれ
第２及び第３の軸受支持パッド又はキーを収容するため
にジャーナル支持軸受パッドの下半部に長手方向に形成
されている。この等の第２及び第３のキー溝は、軸受の
下半部を半径方向に２等分する平面から実質的に等距離
に、相互から90゜半径方向に屡々隔てられている。第２
及び第３の軸受支持パッド又はキーは、第１の軸受支持
パッド又はキーと同様に、軸受支持体内の球形開口に実
質的に一致する雄形形状になっている球形外面を備えて
いる。 ３つの軸受支持パッド又はキーの各々は、従来は、組立
前に、それそれのキー溝内に強固に取着されていた。通
常、この強固な取着は、軸受支持パッド又はキーをそれ
ぞれのキー溝にねじ結合することによって行われる。し
かし、ロータを心出しするために、軸受支持パッド又は
キーの間に必要に応じて心出しシム又はライナーを最初
に挿入するので、キー溝内において調節が必要であっ
た。その後、各軸受支持パッド又はキーの他の球形外面
のやすりがけ又はきさげ仕上げによる手作業によって、
軸受台又は軸受支持体の球形開口と前記球形外面との間
の所定の接触率を得るようにしている。各ジャーナル軸
受の上半部内に取り付けられる軸受支持パッド又はキー
は、ロータの重量を実質的に受けないので、ジャーナル
軸受の上半部内の軸受支持パッド又はキーの嵌め合い
は、臨界的ではなく、多くの場合、球形開口とジャーナ
ル軸受の上半部内に装着される軸受支持パッド又はキー
との間の10％の接触が適切である。他方、ジヤーナル軸
受の下半部内に装着される軸受支持パツド又はキーにつ
いては、少なくとも75％の接触が屡々必要とされる。従
って、容易に理解されるように、この少なくとも75％の
接触を保つためには、心出しシム又はライナーを変更し
た場合、ジヤーナル軸受の下半部に装着された軸受支持
パッド又はの球面外面を再加工する必要がある。 心出しシム又はライナーの上述したような変更は、ター
ビン又は発電機の基礎の沈下のような条件の変化がある
と、基礎上の隣接した軸受によって、即ちタービンもし
くは発電機全体の歪みによつてロータの心が狂うので、
ロータを心出するために必要である。ロータを保守のた
めにタービン又は発電機から取り外した際に必要となる
心出しシム又はライナーの変更によっても、ロータの心
狂いを検査しなければならない。先行技術の軸受支持パ
ッド又はキーは、ジャーナル軸受に強固に取着されてい
たので、心出しシム又はライナーの厚みの増減の変化
は、その変化前の半径よりも大きいか又は小さい半径を
生じさせる。即ち、ロータの中心から軸受支持パッド又
はキーの球形外面までの真の半径は、心出しシム又はラ
イナーを付加するか又は除去する際に、増大するか又は
減少する。これ等の付加又は除去された心出しシム又は
ライナーは、そのキー溝内における軸受支持パツド又は
キーの位置の変化を生じさせるので、軸受支持パッド又
はキーの球形外面と球形開口との間の接触率が変化す
る。そのため、心出しシム又はライナーを変更した場
合、少なくとも75％の接触率を保つために、特にジャー
ナル軸受の下半部に取り付けられたものについて、軸受
支持パッド又はキーの球形外面の手作業による加工を反
復して行なうことが時々必要となる。大型蒸気タービン
又は発電機の場合、このような手作業による加工を反復
して実施しようとすると、数時間、時には数日の作業が
必要となる。 最近になって、ティルティングパッドジャーナル軸受を
支持するための新しい方法及び装置が考え出されてき
た。この考えによれば、球形のパッド及び組み合う円周
溝（即ち、球形開口）の代わりに、１対の３角形のキー
と、これと組み合うＶ溝とが用いられる。この考えの原
理は、３角形のキーを一旦その溝に嵌め合わせた後は、
心出し又は再心出しのために接触面を後から再び嵌め合
わせる必要はないであろうということにある。心出しの
ためのどんな運動も、複雑なテーパーを有する矩形のシ
ムによって行なわせる。

【発明が解決しようとする課題】

それにも拘わらず、３角形のキーを装着し整列させる間
に、従来は、正確に直交する平面を有するＶ溝を現場で
軸受支持体に機械加工によって形成することが困難なた
め、３角形のキーとそれに組み合うＶ溝との間の適正な
接触を得ることは、非常に困難であり、適正な接触を得
るために合わせ面の手作業によるきさげ仕上げに、多く
の時間を要していた。更に、その後の心出し運動の間に
３角形のキーが不適切なテーパーをもったシムのため
に、その溝内において移動するため、３角形のキーとＶ
溝との間に許容されない接触間隙を生ずる。ロータを取
り外し、軸受を上動させて、軸受支持体内にキーを再び
嵌め合わせることが、屡々必要となる。従つて、３角形
のキーをそのＶ溝内に嵌め合わせるために、非常に多く
の時間を要していた。その結果、キーとＶ溝との間の接
触不良によって、ロータの心出しが一層困難となり、心
出しのための反復可能な運動を得ることができなかっ
た。 従って、本発明の目的は、軸受支持パッド即ちキーと、
それに組み合うように軸受支持体に形成された溝との間
の所望の接触率を保つために軸受支持パッド即ちキーの
手作業による加工を反復実施する必要性を実質的に排除
する、ロータの心出し方法及び装置を提供することにあ
る。

【課題を解決するための手段、作用効果】

上述の目的を達成するため、本発明は、軸受台内に装着
するために軸受ハウジングによって一緒に結合された上
半部と下半部とを含むジャーナル軸受によって両端が支
持されているロータを、基準孔内の中心位置に心出しす
る装置であって、前記軸受ハウジングの下半部に、前記
ロータの軸線を通る垂直平面に関して対称な箇所におい
て、円筒状面を有するように軸方向に形成された１対の
溝と、該溝の各々の前記円筒状面に適合する形状になっ
ている円筒状上面と、該円筒状上面に対し直角に形成さ
れた円筒状下面とを有して、前記溝の各々内に挿入され
た頂部着座パッドと、該頂部着座パッドの各々と組み合
うと共に、組み合った前記頂部着座パッドの前記円筒状
下面に適合する形状になっている円筒状上面と、平らな
底面とを有する、底部着座パッドと、該底部着座パッド
の各々を前記軸受台に対して保持する保持手段と、前記
ロータに関して軸方向に前記軸受台に形成され、前記底
部着座パッドの前記平らな底面に適合するようになって
いる平らな表面をそれぞれ含む１対のキー溝と、前記底
部着座パッドの前記平らな底面と前記キー溝の前記平ら
な表面との間で前記キー溝内に挿入された少なくとも１
つのシムと、を有するロータの心出し装置を提供する。 また、上述の目的を達成するために、本発明は、ロータ
を内部に支持するようになっているジヤーナル軸受を軸
受ハウジング内において軸受台上に支持する、該ジャー
ナル軸受の支持方法であつて、第１に、前記軸受ハウジ
ングの前記軸受台に前記ロータの軸線を通る垂直平面に
関して対称に１対の溝を軸方向に形成し、第２に、前記
溝に適合する形状になっている第１表面と、第２表面と
をそれぞれ有する１対の頂部着座パッドを形成し、第３
に、前記第２表面に適合する形状になっている上面と、
下面とをそれぞれ有する１対の底部着座パッドを形成
し、第４に、前記溝に対応した位置において前記軸受台
に、前記下面に適合する形状になっている底面をそれぞ
れ有する１対のキー溝を形成し、前記底部着座パッドと
前記底面との間で各キー溝に所定厚さのシムを挿入し、
前記頂部着座パッドと前記底部着座パッドとを相互に合
わせ、合わされた前記頂部着座パッド及び前記底部着座
パッドを前記溝及び前記キー溝内に挿入し、前記底部着
座パッドをそれぞれの前記キー溝内に拘束する、諸ステ
ップからなるジャーナル軸受の支持方法を提供する。 心出しに必要な運動は、軸受支持体と頂部及び底部着座
パッドとの間で平らな矩形のシムを用いることによっ
て、接触面積を失なうことなく行われる。この心出し装
置やジャーナル軸受の支持方法によると、現場での円筒
状面の機械加工や、現場での円筒状面の嵌め合わせや、
慣用の複雑なテーパー付きシムの使用が避けられる。そ
のため、現場における軸受の組立及び整列が簡略化さ
れ、現場での作業時間が短縮されるので、心出しのため
に必要な運転停止時間を最小とすることができる。 本発明の好適な実施例によれば、ジャーナル軸受の心出
し装置は、総括的に述べると、３つの部材からなってい
る。上方の部材（頂部着座パツド）は、長さに沿つて頂
部に機械加工された円筒状上面と、該頂部に直角に底部
上に機械加工した円筒状下面とを有する矩形のキーであ
る。頂部の円筒状上面は、軸受ハウジングとの接触を保
つために、軸受ハウジングの外径部に軸方向に機械加工
された円筒状合わせ面と嵌め合うように機械加工され
る。中間の部材（底部着座パッド）は、上方の部材より
も長さ及び幅の少し大きな矩形のキーであり、このキー
は、平らな底面と、上方の部材の円筒状下面と合うよう
に機械加工された円筒状上面とを備えている。底部の部
材（シム）は、中間の部材とほぼ等しい幅及び長さの可
変厚さの矩形の平らなシムである。 これ等の３つの部材は一緒に嵌め合わされ、通常のよう
に軸受支持体に対して底部の45゜の箇所において軸受ハ
ウジングを支持する。軸受支持体は、このキー構造を受
け入れるために底部の45゜の箇所において機械加工され
た平らな面を備えている。軸受支持体に対する底部の部
材を除いた全部の合わせ面は、工場で機械加工され、嵌
め合わされているので、現場での組立前に各合わせ面間
に十分な接触が既に実現されている。このように予め工
場で嵌め合わされることと、従来の技術による球形又は
３角形のキー・テーパー付きシムの組み合わせに比べて
円筒状面が簡単なことによつて、嵌め合わされた面は、
現場における組立及び軸受の整列の間その嵌め合いを保
つことができる。その後の現場での唯一の要求は、軸受
支持体に機械加工によって形成した平面が実際に扁平に
なることである。ロータの仮想中心線に対して平行に表
面を現場で機械加工することの困難さは、機械加工され
た表面に対するキー構造の自動調心性によつて抑制され
る。水平及び／又は垂直の心出し運動は、底部の部材の
位置におけるシムの計算された１ステップの変更によっ
て有利に行なわれる。 また、本発明の好適な実施例によれば、ロータの心出し
装置は、軸受支持体にボルト締めされた保持板によっ
て、軸受支持体中に保持される。この保持板は、中間の
部材及び底部の部材が軸受支持体に対して軸方向に移動
することを防止する。上方の部材の不要な運動は、上方
の部材が伝達する圧縮荷重と滑り出しを阻止する幾何学
的形状との組み合わせによって拘束される。従って、こ
の上方の部材は、中間の部材及び軸受ハウジングに対し
て調心性であり、それにより接触面間の間隙を除去す
る。心出し中にシムの厚さを測定するアクセスを可能に
するために、保持板にはその２つの隅部に逃げ部が形成
されていて、この逃げ部から底部の部材の隅部を露出さ
せる。保持板のボルト締めを解除し、３つの部材を、あ
たかも１つの部材であるかのように、軸方向に滑り出さ
せることにより、装置全体を取り出すことができる。そ
の場合、ロータがそのロータジャッキ上に支持された状
態で、軸受の上下半部のボルト締めを解除して軸受の下
半部を出すことによって、軸受を取り出すことができ
る。 本発明の前述した目的、利点及び新規な特徴並びにその
他の目的等は、図面に示した本発明の好適な実施例につ
いての以下の詳細な説明を参照することによって一層明
らかとなるであろう。

【実施例】

同一の部分又は対応した部分は同一の符号によつて表わ
した図面を参照して説明すると、第1A図に図示されたロ
ータ２は、上半部６及び下半部８を含むジャーナル軸受
４によって、端部が支持されている。ジャーナル軸受４
の上半部６及び下半部８は、通常のように、適宜の取付
手段10によって互いに結合されるようになっており、そ
れにより、軸受台即ち軸受支持体14上に装着される軸受
ハウジング12を形成する。 蒸気タービン又は発電機において慣用されるように、ジ
ャーナル軸受４の下半部８は、軸受支持体14のＶ溝18内
に嵌め合わされた３角形のキー16によって支持しうる
が、その場合、複雑なテーパー付きのシム20は、ロータ
２を心出しするために、３角形のキー16と軸受ハウジン
グ12との間に配設される。しかし、前述したように、３
角形のキー16とＶ溝18とテーパー付きシム20とを使用す
る先行技術の軸受支持装置には、製造と現場で調節とが
困難であるという欠点があった。 これ等の困難を克服するために、３部材からなる新規な
ジャーナル軸受の支持・心出し装置が符号22によつて総
括的に表わされている。説明の便宜上、第1A図には、右
側に先行技術の軸受支持装置が、左側に本発明の支持・
心出し装置22がそれぞれ１個ずつ示されているが、実際
には、先行技術の軸受支持装置の位置にも本発明の支持
・心出し装置22がロータ２の軸線を通る垂直平面に関し
て対称に設けられる。先行技術によるものと同様に、こ
の支持・心出し装置22は、軸受ハウジング12の（鎖線で
表わした）底部45゜の箇所に取り付けられるようになっ
ている。第２図及び第３図に示されているように、支持
・心出し装置22は、一般に、上部もしくは頂部着座パッ
ド24と、底部着座パッド26と、シム28とを備えている。
本発明の重要な特徴によれば、頂部着座パッド24は、そ
の頂部に長手方向に機械加工された第１表面即ち円筒上
面(円筒状上面)30と、該円筒上面30の円筒状表面の母線
に対してほぼ垂直に母線が延在するように頂部着座パツ
ド24の底部に機械加工された第２表面即ち円筒下面(円
筒状下面)32とを有する、全体としてほぼ矩形のキーで
ある。頂部着座パッド24に組み合うために、軸受ハウジ
ング12の外径部には、円筒合わせ面(円筒状合わせ面)34
を有する溝が軸方向に機械加工されている。この円筒合
わせ面34は、第1A図は概要図であるため円筒形には示さ
れていないが、実際には、第３図に示された頂部着座パ
ッド24の円筒上面30に嵌まり合う円筒形を有している。
底部着座パッド26は、頂部着座パツド24に比べて長さ及
び幅の少し大きな全体としてほぼ矩形のキーであり、頂
部着座パッド24の円筒下面32に組み合うように機械加工
された円筒上面(円筒状上面)38と平坦な下面もしくは底
面36とを有する。前述した底部の部材であるシム28は、
底部着座パツド26とほぼ同じ幅及び長さを有する平坦な
可変厚さの矩形のシムである。ジャーナル軸受４を支持
するように支持・心出し装置22を取り付けるために、軸
受支持体14には、その底部の45゜の箇所に、45゜の線に
対して直角に機械加工された平面42(第1B図)を備えた１
対の溝40が形成されている。全部の面30、32、34、36、
38(合わせ面)は、現場におけるジャーナル軸受の組立前
に前述した円筒状の面30、32、34及び38間の十分な接触
が既に確保されているように、工場において機械加工さ
れ、嵌め合わされている。 支持・心出し装置22は、１対のボルト46のような適宜の
手段によって軸受支持体14に連結された保持手段44によ
って、軸受支持体14の前記溝40内に保持されている。即
ち、保持手段44は、特に第２図から諒解されるように、
軸受支持体14の側辺にボルト46により取り付けられた１
対の保持板45からなり、該１対の保持板45が前述した溝
40（第1B図）の両端を実質的にふさぐことにより、該溝
40内で自由に配置されている底部略座パッド26及びシム
28が軸受支持体14に関して移動することを防止してい
る。 頂部着座パッド24は、底部着座パッド26に比べて長さ及
び幅が小さいためと、その円筒上面30及び円筒下面32の
ために、軸受ハウジング12の軸方向の円筒合わせ面34を
有する溝内に単に配置され、軸受ハウジング12、軸受支
持体14又は底部着座パツド26のどれとも結合することな
く自動調心することが可能となっている。更に詳しく述
べると、底部着座パッド26及びシム28は、保持手段44に
より軸方向の移動を拘束されており、頂部着座パッド24
は、軸受ハウジング12の運動に倣うようにその円筒上面
30が軸受ハウジング12の円筒合わせ面34に嵌合すると共
に、その円筒下面32が底部着座パッド26の円筒上面38に
面接触して、底部着座パツド26に関してその円筒上面38
に沿って同円筒上面の軸方向にも円周方向にも若干の移
動を許容されているため、頂部着座パッド24は上述した
自動調心性を発揮する。水平及び／又は垂直の心出しは
シム28の交換によつて行われる。 前述したように、面30、32、34、42の一様な接触は、ロ
ータ２から軸受支持体14に伝達される圧縮負荷によって
保たれる。また、保持板45は、第1A図から諒解されるよ
うに、底面の各隅部に１つずつ、合計２つの逃げ部もし
くは凹凸部48を備えていて、該逃げ部48からシム28の端
面を露出させ、ロータ２の心出し中にシム28の厚みを測
定しうるようになっている。 支持・心出し装置22は、ジャーナル軸受４内に一旦取着
された後、保持板45のボルト締めを解除し、頂部着座パ
ッド24と底部着座パッド26とシム28とを一体として軸方
向に滑らせることによって、簡単に取り外すことができ
る。次に、上半部６及び下半部８のボルト締めを解除
し、下半部８を取り出すことによってジャーナル軸受４
を、そのロータジャッキ(図示せず)上にロータ２を支持
した状態で取り外すことができる。その後、水平方向及
び／又は垂直方向の心出し運動をシム28の計算された１
ステップの変化によって行なわせることができる。尚、
心出し運動はジャーナル軸受４を取り外さずに行なうこ
とができる。頂部着座パッド24、底部着座パッド26及び
シム28を取り外し、シム28を交換することのみが必要で
ある。 本発明の特定の実施例について以上に説明すると共に、
種々の改変について示唆してきたが、当業者なら、本発
明の真の精神及び範囲に入るその他種々の実施例及び改
変を創出しうるであろう。

【図面の簡単な説明】

第1A図は、先行技術による３角形のキー及び本発明によ
るジャーナル軸受の支持・心出し装置を示す、ジャーナ
ル軸受によって支持されたロータの端面図、第1B図は、
本発明によりジャーナル軸受を支持するために形成され
た溝を示す、第1A図において円で囲まれた領域IＢの拡
大図、第２図は、第1A図のII−II線断面図、第３図は、
第1A図及び第２図に示したジャーナル軸受の支持・心出
し装置の分解斜視図である。 ２……ロータ、４……ジャーナル軸受 ６……上半部、８……下半部 12……軸受ハウジング、14……軸受支持体(軸受台) 22……支持・心出し装置（心出し装置） 24……頂部着座パッド、26……底部着座パッド 28……シム 30……頂部着座パッドの円筒上面（第１表面） 32……頂部着座パッドの円筒下面（第２表面） 34……円筒合わせ面（円筒面） 36……底部着座パッドの底面（下面） 38……底部着座パッドの円筒上面（上面） 40……キー溝、44……保持手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸受台内に装着するために軸受ハウジング
   によって一緒に結合された上半部と下半部とを含むジャ
   ーナル軸受によって両端が支持されているロータを、基
   準孔内の中心位置に心出しする装置であって、 前記軸受ハウジングの下半部に、前記ロータの軸線を通
   る垂直平面に関して対称な箇所において、円筒状面を有
   するように軸方向に形成された１対の溝と、 該溝の各々の前記円筒状面に適合する形状になつている
   円筒状上面と、該円筒状上面に対し直角に形成された円
   筒状下面とを有して、前記溝の各々内に挿入された頂部
   着座パッドと、 該頂部着座パッドの各々と組み合うと共に、組み合った
   前記頂部着座パッドの前記円筒状下面に適合する形状に
   なっている円筒状上面と、平らな底面とを有する、底部
   着座パッドと、 該底部着座パッドの各々を前記軸受台に対して保持する
   保持手段と、 前記ロータに関して軸方向に前記軸受台に形成され、前
   記底部着座パッドの前記平らな底面に適合するようにな
   っている平らな表面をそれぞれ含む１対のキー溝と、 前記底部着座パッドの前記平らな底面と前記キー溝の前
   記平らな表面との間で前記キー溝内に挿入された少なく
   とも１つのシムと、 を有するロータの心出し装置。
2. 【請求項２】ロータを内部に支持するようになっている
   ジヤーナル軸受を軸受ハウジング内において軸受台上に
   支持する、該ジャーナル軸受の支持方法であつて、 第１に、前記軸受ハウジングの前記軸受台に前記ロータ
   の軸線を通る垂直平面に関して対称に１対の溝を軸方向
   に形成し、 第２に、前記溝に適合する形状になっている第１表面
   と、第２表面とをそれぞれ有する１対の頂部着座パッド
   を形成し、 第３に、前記第２表面に適合する形状になっている上面
   と、下面とをそれぞれ有する１対の底部着座パッドを形
   成し、 第４に、前記溝に対応した位置において前記軸受台に、
   前記下面に適合する形状になっている底面をそれぞれ有
   する１対のキー溝を形成し、 前記底部着座パッドと前記底面との間で各キー溝に所定
   厚さのシムを挿入し、 前記頂部着座パッドと前記底部着座パッドとを相互に合
   わせ、 合わされた前記頂部着座パッド及び前記底部着座パッド
   を前記溝及び前記キー溝内に挿入し、 前記底部着座パッドをそれぞれの前記キー溝内に拘束す
   る、 諸ステップからなるジャーナル軸受の支持方法。