軸受試験装置
【課題】軸受試験装置において、軸受の動特性を高精度に取得可能とする。
【解決手段】試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受１０が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、この試験用回転系を弾性支持するばね３４と、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ３５と、試験用回転軸３１の変位を計測する変位計測センサ３７と、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める評価装置４１とを設ける。
【解決手段】試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受１０が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、この試験用回転系を弾性支持するばね３４と、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ３５と、試験用回転軸３１の変位を計測する変位計測センサ３７と、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める評価装置４１とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンや発電機などの回転機械において、その回転軸を支持する軸受の動特性を評価するための軸受試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転機械は、回転軸とこの回転軸に装着される羽根車や歯車などからなる回転体が軸受により回転自在に支持された構造であり、このような回転機械では、作動時に振動が発生する。この振動は、回転体を支持する軸受の静的特性や動的特性に大きく影響を受けるものである。この回転機械における回転体の振動特性は、実際の回転機械の作動を模擬した試験により調べることができる。
【０００３】
従来の軸受試験装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された軸受試験装置は、供試軸受が嵌め合わされて試験用回転系を形成する試験用回転軸、試験用回転系に荷重を負荷する荷重負荷手段、試験用回転系に負荷された荷重を計測する荷重計測手段、試験用回転系の変位を計測する変位計測手段を備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０５０８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受試験装置は、一般に、供試軸受における回転軸を支持するための油膜剛性が、周囲の支持（補助）軸受で回転軸を支持する剛性に対して十分に小さく、装置の剛性が油膜と比較して十分に大きいことを前提としている。近年、例えば、発電用蒸気タービンは、高効率、大容量化が求められており、それに伴い軸受性能への要求も厳しいものになってきている。特に、回転軸の大型化、大重量化により荷重条件が厳しい軸受は、油膜の剛性が非常に大きくなり、評価試験装置の剛性を上回ってくるようなケースが発生する。すると、計測結果に装置自体の構造変形等が大きく影響することになり、その結果、高精度な軸動特性を取得することが困難となる。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、軸受の動特性を高精度に取得可能な軸受試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の軸受試験装置は、試験用回転軸に供試軸受が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、前記試験用回転系を弾性支持する弾性支持装置と、前記試験用回転系に荷重を負荷する荷重負荷装置と、前記試験用回転軸の変位を計測する軸変位計測装置と、前記試験用回転系への負荷荷重と前記試験用回転軸の変位と前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重とから前記供試軸受の動特性を求める評価装置と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、評価装置は、試験用回転系への負荷荷重と、試験用回転軸の変位と、弾性支持装置の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とから供試軸受の動特性を求めることから、弾性支持装置の弾性支持特性を除去して試験用回転系における動剛性を求めることで、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【０００９】
本発明の軸受試験装置では、前記試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、前記試験用回転軸の変位Δｄ１、前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３とするとき、前記評価装置は、前記供試軸受の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価することを特徴としている。
【００１０】
従って、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１から弾性支持装置の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を減算して供試軸受の動剛性Ｚ１を算出することで、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【００１１】
本発明の軸受試験装置では、前記試験用回転軸の慣性力を計測する慣性力計測装置を設け、前記評価装置は、前記試験用回転系への負荷荷重と前記試験用回転軸の変位と前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重と前記試験用回転軸の慣性力とから前記供試軸受の動特性を求めることを特徴としている。
【００１２】
従って、弾性支持装置の弾性支持特性と試験用回転軸の慣性力とを除去して試験用回転系における動剛性を求めることで、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【００１３】
本発明の軸受試験装置では、前記試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、前記試験用回転軸の変位Δｄ１、前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３、前記試験用回転軸の慣性力Ｆ２とするとき、前記評価装置は、前記供試軸受の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価することを特徴としている。
【００１４】
従って、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１から、弾性支持装置の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３と、試験用回転軸の慣性力Ｆ２とを減算して供試軸受の動剛性Ｚ１を算出することで、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【００１５】
本発明の軸受試験装置では、前記試験用回転系は、前記供試軸受の両側で前記試験用回転軸を回転自在に支持する一対の支持軸受を有し、前記弾性支持装置は、前記一対の支持軸受を弾性支持することを特徴としている。
【００１６】
従って、簡単な構成で容易に弾性支持装置の弾性支持特性を除去して試験用回転系における動剛性を求めることができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００１７】
本発明の軸受試験装置では、前記供試軸受は、軸受台に支持される軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングの内面に装着されて油膜を介して前記試験用回転軸を支持するティルティングパッドとを有するティルティングパッド型軸受であることを特徴としている。
【００１８】
従って、試験用回転系の振動に応じてティルティングパッドが変形しても、供試軸受としてのティルティングパッド型軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の軸受試験装置によれば、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸の変位と弾性支持装置の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とから供試軸受の動特性を求める評価装置を設けるので、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る軸受試験装置を表す概略図である。
【図２】図２は、実施例１の軸受試験装置における試験方法を表すブロック図である。
【図３】図３は、ティルティングパッド型軸受の断面図である。
【図４】図４は、図３のIV-IV断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る軸受試験装置を表す概略図である。
【図６】図６は、実施例２の軸受試験装置における試験方法を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る軸受試験装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係る軸受試験装置を表す概略図、図２は、実施例１の軸受試験装置における試験方法を表すブロック図、図３は、ティルティングパッド型軸受の断面図、図４は、図３のIV-IV断面図である。
【００２３】
実施例１の軸受試験装置は、ティルティングパッド型軸受に適用している。まず、このティルティングパッド型軸受について説明する。図３及び図４に示すように、ティルティングパッド型軸受１０は、回転軸１１を回転自在に支持している。この回転軸１１は、例えば、蒸気タービンのロータである。
【００２４】
このティルティングパッド型軸受１０は、軸受台１２と、この軸受台１２に固定支持される軸受ハウジング１３と、軸受ハウジング１３の内面に装着されて油膜を介して回転軸１１を支持するティルティングパッド１４により構成されている。
【００２５】
軸受台１２は、断面が半円状の凹部１２ａを有している。一方、軸受ハウジング１３は、半円リング形状をなす上下一対の軸受ハウジング１３ａ，１３ｂが図示しない位置決めピン及び結合ボルトにより結合されて構成されている。ティルティングパッド１４は、ほぼ同形状をなす４個のティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄより構成されている。そして、この軸受ハウジング１３は、その内側に周方向に沿ってこのティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが配置されている。この場合、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、隣接するもの同士の間に所定の隙間が確保されている。
【００２６】
また、軸受ハウジング１３は、その内面に４個の球面ピボット２１が周方向にほぼ均等間隔で装着され、一方、ティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）は、その背面にそれぞれ調整ライナ２２が装着されている。そして、軸受ハウジング１３の各球面ピボット２１とティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）の調整ライナ２２とが対向して配置されている。この球面ピボット２１は、表面が球面状に形成され、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、この球面ピボット２１に沿って回転軸１１の周方向及び軸方向に揺動可能となっている。
【００２７】
軸受ハウジング１３及びティルティングパッド１４は、回転軸１０の軸方向における両側が全周にわたってリング形状をなす一対のサイドプレート２３により支持されている。
サイドプレート２３は、周方向に所定間隔で複数配置されたボルト２４により軸受ハウジング１３に結合されている。なお、サイドプレート２３は、内周面と回転軸１１の外周面との間に所定の隙間が確保されている。
【００２８】
軸受ハウジング１３は、その外周面に各球面ピボット２１に対応してアウタライナ２５が設けられている。このアウタライナ２５は、図示しない結合ボルトにより軸受ハウジング１３の外周面に結合されており、外周面が軸受ハウジング１３の外周面よりわずかに外方へ突出している。そのため、軸受ハウジング１３が軸受台１２の凹部１２ａに入り込んだとき、アウタライナ２５が軸受台１２に接触し、軸受ハウジング１３は、アウタライナ２５を介して軸受台１２に固定支持されることとなる。
【００２９】
複数の給油ノズル２６は、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを挟むように配置されている。給油ノズル２６は、同形状をなし、主ケーシング２６ａが軸受ハウジング１３に固定され、２つの腕部２６ｂが回転軸１１の軸方向に延設され、内部に潤滑油供給孔（図示略）が形成されている。そのため、各給油ノズル２６は、腕部２６ｂの先端から潤滑油を吐出し、回転軸１１の回転力によりティルティングパッド１４の内周面と回転軸１１の外周面との間に入りこみ、ここに油膜を形成することができる。
【００３０】
従って、ティルティングパッド型軸受１０は、ティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が油膜を介して回転する回転軸１１を支持することができ、このとき、回転軸１１の振動に応じてティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が揺動することで、回転軸１１を適正に支持することができる。
【００３１】
ところで、回転軸１１は、この回転軸１１に作用する各種の応力により振動が発生する。この振動は、回転軸１１を支持するティルティングパッド型軸受１０の静的特性や動的特性に大きく影響を受けるものであることから、回転軸１１の振動特性を模擬した試験により調べることが必要となる。
【００３２】
実施例１において、図１に示すように、軸受試験装置３０は、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めて評価するものである。この軸受試験装置３０において、試験用回転軸３１は、ティルティングパッド型軸受１０により回転自在に支持されると共に、このティルティングパッド型軸受１０の両側で、一対の支持軸受３２により回転自在に支持されている。なお、各軸受１０，３２は、図示しない潤滑油供給装置により潤滑油が供給されており、潤滑油、つまり、軸受油膜部１０ａ，３２ａにより試験用回転軸３１を支持している。この場合、試験用回転軸３１は、軸方向に並んで配置された支持軸受３２、ティルティングパッド型軸受１０、支持軸受３２により回転自在に支持されることとなり、各軸受１０，３２の間隔は同間隔となっている。
【００３３】
ここで、試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受（供試軸受）１０が嵌め合わされることで、試験用回転系が構成される。つまり、本発明の試験用回転系は、試験用回転軸３１と一対の支持軸受３２により構成される。
【００３４】
各支持軸受３２は、軸受台３３に対してそれぞればね（弾性支持装置）３４により弾性支持されている。即ち、軸受台３３は、各ばね３４により各支持軸受３２を介して試験用回転軸３１を弾性支持することで、各ばね３４が試験用回転系を弾性支持することとなる。
【００３５】
ティルティングパッド型軸受１０と各支持軸受３２との間には、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ（荷重負荷装置）３５が設けられている。即ち、中央のティルティングパッド型軸受１０は、軸受台３３に載置され、油圧シリンダ３５の一端部が連結され、この油圧シリンダ３５が載置台３３の貫通孔３３ａ内に挿通されている。一方、両側にある２つの支持軸受３２は、それぞれ連結ロッド３９が連結され、各連結ロッド３９同士が連結アーム４０により回動自在に連結されている。そして、油圧シリンダ３５は、他端部がこの連結アーム４０における長さ方向の中間部に回動自在に連結されている。ここで、連結アーム４０は、油圧シリンダ３５との連結部を支点として、その端部、つまり、各連結ロッド３９との連結部側が天秤のように上下移動するリンク機構を形成している。
【００３６】
従って、油圧シリンダ３５は、油圧が供給されることで、ティルティングパッド型軸受１０に対して試験用回転軸３１の径方向に向けて荷重を負荷することができ、その結果、ティルティングパッド型軸受１０と各支持軸受３２との各支持位置で、試験用回転軸３１の径方向に対して逆方向で動荷重を作用させることができる。
【００３７】
この場合、試験用回転軸３１は、荷重負荷装置の一部として、軸中心からずれた位置に重り３６が装着されており、試験用回転軸３１の回転時に各軸受１０，３２に動荷重を作用させることができる。
【００３８】
また、ティルティングパッド型軸受１０は、試験用回転軸３１の変位、つまり、ティルティングパッド１４（図３参照）と試験用回転軸３１との距離を計測する変位計測センサ（軸変位計測装置）３７が設けられている。具体的に、この変位計測センサ３７は、ティルティングパッド１４に設けられており、ティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測する。
【００３９】
そして、図１及び図２に示すように、評価装置４１は、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める。
【００４０】
具体的に説明すると、評価装置４１は、変位計測センサ３７がティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測することで、ティルティングパッド型軸受１０の軸受油膜部１０ａの振幅（相対変位）Δｄ１を取得する。また、評価装置４１は、油圧シリンダ３５がティルティングパッド型軸受１０に対して負荷した荷重、つまり、加振力Ｆ１を取得する。この場合、評価装置４１は、油圧シリンダ３５に供給する油圧から加振力Ｆ１を推定してもよいし、また、図示しない計測器（ロードセルなど）を用いて加振力Ｆ１を計測してもよい。
【００４１】
また、評価装置４１は、各支持軸受３２に作用するばね３４の変位Δｄ３を取得する。この場合、評価装置４１は、図示しない計測器によりばね３４の変位Δｄ３を直接計測してもよいし、また、軸受台３３に対する各支持軸受３２の変位Δｄ３を計測してもよい。そして、評価装置４１は、ばね３４の変位Δｄ３と、事前に取得した各支持軸受３２に作用するばね３４のばね特性Ｚ３とに基づいて、下記数式によりばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を算出する。
Ｆ３＝Ｚ３×Δｄ３
【００４２】
このように評価装置４１は、加振力Ｆ１と負荷荷重Ｆ３が求められたら、下記数式によりティルティングパッド型軸受１０に実際に作用する負荷荷重Ｆ１１を算出する。
Ｆ１１＝Ｆ１−Ｆ３
そして、評価装置４１は、負荷荷重Ｆ１１とティルティングパッド型軸受１０（ティルティングパッド１４）の相対変位Δｄ１に基づいて下記数式によりティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、ティルティングパッド型軸受１０の動特性として算出して評価する。
Ｚ１＝（Ｆ１１）／Δｄ１
【００４３】
即ち、ティルティングパッド型軸受１０の動特性、つまり、軸受油膜部１０ａの動剛性Ｚ１を取得することで、ティルティングパッド型軸受１０が特定の回転機械に対して適用可能かどうかを評価する。
【００４４】
このように実施例１の軸受試験装置にあっては、試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受１０が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、この試験用回転系を弾性支持するばね３４と、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ３５と、試験用回転軸３１の変位を計測する変位計測センサ３７と、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める評価装置４１とを設けている。
【００４５】
従って、評価装置４１は、試験用回転系への負荷荷重と、試験用回転軸３１の変位と、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めることから、ばね３４の弾性支持特性を除去して試験用回転系における動剛性を求めることで、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【００４６】
また、実施例１の軸受試験装置では、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、試験用回転軸３１の変位Δｄ１、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３とするとき、評価装置４１は、ティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価している。
【００４７】
従って、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１からばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を減算して供試軸受の動剛性Ｚ１を算出することで、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【００４８】
また、実施例１の軸受試験装置では、試験用回転系として、ティルティングパッド型軸受１０の両側で試験用回転軸３１を回転自在に支持する一対の支持軸受３２を設け、ばね３４が支持軸受３２を弾性支持している。従って、簡単な構成で、容易にばね３４の弾性支持特性を除去して試験用回転系における動剛性を求めることができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００４９】
また、実施例１の軸受試験装置では、供試軸受としてティルティングパッド型軸受１０を適用している。従って、試験用回転系の振動に応じてティルティングパッド１４が変形しても、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【実施例２】
【００５０】
図５は、本発明の実施例２に係る軸受試験装置を表す概略図、図６は、実施例２の軸受試験装置における試験方法を表すブロック図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５１】
実施例２において、図５に示すように、軸受試験装置３０は、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めて評価するものである。この軸受試験装置３０において、試験用回転軸３１は、ティルティングパッド型軸受１０により回転自在に支持されると共に、このティルティングパッド型軸受１０の両側で、一対の支持軸受３２により回転自在に支持されており、各軸受１０，３２は、潤滑油、つまり、軸受油膜部１０ａ，３２ａにより試験用回転軸３１を支持している。
【００５２】
また、ティルティングパッド型軸受１０は、試験用回転軸３１の変位、つまり、ティルティングパッド１４（図３参照）と試験用回転軸３１との距離を計測する変位計測センサ（軸変位計測装置）３７が設けられている。具体的に、この変位計測センサ３７は、ティルティングパッド１４に設けられており、ティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測する。また、ティルティングパッド型軸受１０は、試験用回転軸３１の絶対振動（絶対変位）、つまり、軸受台３３（または、軸受ハウジング１３など、図３参照）と試験用回転軸３１との距離を計測する変位計測センサ３８が設けられている。具体的に、この変位計測センサ３８は、軸受台３３に設けられており、軸受台３３の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測する。
【００５３】
そして、図５及び図６に示すように、評価装置４１は、試験用回転軸３１の変位に基づいてこの試験用回転軸３１の慣性力を計測（慣性力計測装置）する。評価装置４１は、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重と試験用回転軸３１の慣性力とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める。
【００５４】
具体的に説明すると、評価装置４１は、変位計測センサ３７がティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測することで、ティルティングパッド型軸受１０の軸受油膜部１０ａの振幅（相対変位）Δｄ１を取得する。評価装置４１は、油圧シリンダ３５がティルティングパッド型軸受１０に対して負荷した荷重、つまり、加振力Ｆ１を取得する。評価装置４１は、変位計測センサ３８が軸受台３３の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測することで、軸受油膜部１０ａの振動（絶対変位）ｄ２を取得する。そして、評価装置４１は、軸受油膜部１０ａの振動（絶対変位）ｄ２と、試験用回転軸３１の質量（重量）ｍと、試験用回転軸３１の角速度ωとに基づいて、下記数式により試験用回転軸３１の慣性力（ロータ慣性力）Ｆ２を算出する。
Ｆ２＝ｍω２×ｄ２
【００５５】
また、評価装置４１は、各支持軸受３２に作用するばね３４の変位Δｄ３を取得する。そして、評価装置４１は、ばね３４の変位Δｄ３と、事前に取得した各支持軸受３２に作用するばね３４のばね特性Ｚ３とに基づいて、下記数式によりばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を算出する。
Ｆ３＝Ｚ３×Δｄ３
【００５６】
このように評価装置４１は、加振力Ｆ１と慣性力Ｆ２と負荷荷重Ｆ３が求められたら、下記数式によりティルティングパッド型軸受１０に実際に作用する負荷荷重Ｆ１１を算出する。
Ｆ１１＝Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３
【００５７】
そして、評価装置４１は、負荷荷重Ｆ１１とティルティングパッド型軸受１０（ティルティングパッド１４）の相対変位Δｄ１に基づいて下記数式によりティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、ティルティングパッド型軸受１０の動特性として算出して評価する。
Ｚ１＝（Ｆ１１）／Δｄ１
【００５８】
即ち、ティルティングパッド型軸受１０の動特性、つまり、軸受油膜部１０ａの動剛性Ｚ１を取得することで、ティルティングパッド型軸受１０が特定の回転機械に対して適用可能かどうかを評価する。
【００５９】
このように実施例２の軸受試験装置にあっては、試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受１０が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、この試験用回転系を弾性支持するばね３４と、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ３５と、試験用回転軸３１の変位を計測する変位計測センサ３７と、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重と試験用回転軸３１の慣性力からティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める評価装置４１とを設けている。
【００６０】
従って、評価装置４１は、試験用回転系への負荷荷重と、試験用回転軸３１の変位と、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重と、試験用回転軸３１の慣性力とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めることから、ばね３４の弾性支持特性と試験用回転軸３１の慣性力を除去して試験用回転系における動剛性を求めることで、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【００６１】
また、実施例２の軸受試験装置では、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、試験用回転軸３１の変位Δｄ１、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３、試験用回転軸３１の慣性力Ｆ２とするとき、評価装置４１は、ティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価している。
【００６２】
従って、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１から、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３と、試験用回転軸３１の慣性力Ｆ２とを減算してティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を算出することで、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【００６３】
なお、上述した各実施例では、本発明の供試軸受をティルティングパッド型軸受として説明したが、この形式の軸受に限るものではない。例えば、スリーブなどを用いたすべり軸受や玉やころを用いた転がり軸受に適用してもよいものである。
【符号の説明】
【００６４】
１０ ティルティングパッド型軸受（供試軸受）
１１ 回転軸
１２ 軸受台
１３ 軸受ハウジング
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ ティルティングパッド
３０ 軸受試験装置
３１ 試験用回転軸（試験用回転系）
３２ 支持軸受（試験用回転系）
３３ 軸受台
３４ ばね（弾性支持装置）
３５ 油圧シリンダ（荷重負荷装置）
３６ 重り
３７ 変位計測センサ（軸変位計測装置）
３８ 変位計測センサ
４１ 評価装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンや発電機などの回転機械において、その回転軸を支持する軸受の動特性を評価するための軸受試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転機械は、回転軸とこの回転軸に装着される羽根車や歯車などからなる回転体が軸受により回転自在に支持された構造であり、このような回転機械では、作動時に振動が発生する。この振動は、回転体を支持する軸受の静的特性や動的特性に大きく影響を受けるものである。この回転機械における回転体の振動特性は、実際の回転機械の作動を模擬した試験により調べることができる。
【０００３】
従来の軸受試験装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された軸受試験装置は、供試軸受が嵌め合わされて試験用回転系を形成する試験用回転軸、試験用回転系に荷重を負荷する荷重負荷手段、試験用回転系に負荷された荷重を計測する荷重計測手段、試験用回転系の変位を計測する変位計測手段を備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０５０８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受試験装置は、一般に、供試軸受における回転軸を支持するための油膜剛性が、周囲の支持（補助）軸受で回転軸を支持する剛性に対して十分に小さく、装置の剛性が油膜と比較して十分に大きいことを前提としている。近年、例えば、発電用蒸気タービンは、高効率、大容量化が求められており、それに伴い軸受性能への要求も厳しいものになってきている。特に、回転軸の大型化、大重量化により荷重条件が厳しい軸受は、油膜の剛性が非常に大きくなり、評価試験装置の剛性を上回ってくるようなケースが発生する。すると、計測結果に装置自体の構造変形等が大きく影響することになり、その結果、高精度な軸動特性を取得することが困難となる。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、軸受の動特性を高精度に取得可能な軸受試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の軸受試験装置は、試験用回転軸に供試軸受が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、前記試験用回転系を弾性支持する弾性支持装置と、前記試験用回転系に荷重を負荷する荷重負荷装置と、前記試験用回転軸の変位を計測する軸変位計測装置と、前記試験用回転系への負荷荷重と前記試験用回転軸の変位と前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重とから前記供試軸受の動特性を求める評価装置と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、評価装置は、試験用回転系への負荷荷重と、試験用回転軸の変位と、弾性支持装置の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とから供試軸受の動特性を求めることから、弾性支持装置の弾性支持特性を除去して試験用回転系における動剛性を求めることで、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【０００９】
本発明の軸受試験装置では、前記試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、前記試験用回転軸の変位Δｄ１、前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３とするとき、前記評価装置は、前記供試軸受の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価することを特徴としている。
【００１０】
従って、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１から弾性支持装置の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を減算して供試軸受の動剛性Ｚ１を算出することで、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【００１１】
本発明の軸受試験装置では、前記試験用回転軸の慣性力を計測する慣性力計測装置を設け、前記評価装置は、前記試験用回転系への負荷荷重と前記試験用回転軸の変位と前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重と前記試験用回転軸の慣性力とから前記供試軸受の動特性を求めることを特徴としている。
【００１２】
従って、弾性支持装置の弾性支持特性と試験用回転軸の慣性力とを除去して試験用回転系における動剛性を求めることで、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【００１３】
本発明の軸受試験装置では、前記試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、前記試験用回転軸の変位Δｄ１、前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３、前記試験用回転軸の慣性力Ｆ２とするとき、前記評価装置は、前記供試軸受の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価することを特徴としている。
【００１４】
従って、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１から、弾性支持装置の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３と、試験用回転軸の慣性力Ｆ２とを減算して供試軸受の動剛性Ｚ１を算出することで、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【００１５】
本発明の軸受試験装置では、前記試験用回転系は、前記供試軸受の両側で前記試験用回転軸を回転自在に支持する一対の支持軸受を有し、前記弾性支持装置は、前記一対の支持軸受を弾性支持することを特徴としている。
【００１６】
従って、簡単な構成で容易に弾性支持装置の弾性支持特性を除去して試験用回転系における動剛性を求めることができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００１７】
本発明の軸受試験装置では、前記供試軸受は、軸受台に支持される軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングの内面に装着されて油膜を介して前記試験用回転軸を支持するティルティングパッドとを有するティルティングパッド型軸受であることを特徴としている。
【００１８】
従って、試験用回転系の振動に応じてティルティングパッドが変形しても、供試軸受としてのティルティングパッド型軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の軸受試験装置によれば、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸の変位と弾性支持装置の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とから供試軸受の動特性を求める評価装置を設けるので、供試軸受の動特性を高精度に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る軸受試験装置を表す概略図である。
【図２】図２は、実施例１の軸受試験装置における試験方法を表すブロック図である。
【図３】図３は、ティルティングパッド型軸受の断面図である。
【図４】図４は、図３のIV-IV断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る軸受試験装置を表す概略図である。
【図６】図６は、実施例２の軸受試験装置における試験方法を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る軸受試験装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係る軸受試験装置を表す概略図、図２は、実施例１の軸受試験装置における試験方法を表すブロック図、図３は、ティルティングパッド型軸受の断面図、図４は、図３のIV-IV断面図である。
【００２３】
実施例１の軸受試験装置は、ティルティングパッド型軸受に適用している。まず、このティルティングパッド型軸受について説明する。図３及び図４に示すように、ティルティングパッド型軸受１０は、回転軸１１を回転自在に支持している。この回転軸１１は、例えば、蒸気タービンのロータである。
【００２４】
このティルティングパッド型軸受１０は、軸受台１２と、この軸受台１２に固定支持される軸受ハウジング１３と、軸受ハウジング１３の内面に装着されて油膜を介して回転軸１１を支持するティルティングパッド１４により構成されている。
【００２５】
軸受台１２は、断面が半円状の凹部１２ａを有している。一方、軸受ハウジング１３は、半円リング形状をなす上下一対の軸受ハウジング１３ａ，１３ｂが図示しない位置決めピン及び結合ボルトにより結合されて構成されている。ティルティングパッド１４は、ほぼ同形状をなす４個のティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄより構成されている。そして、この軸受ハウジング１３は、その内側に周方向に沿ってこのティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが配置されている。この場合、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、隣接するもの同士の間に所定の隙間が確保されている。
【００２６】
また、軸受ハウジング１３は、その内面に４個の球面ピボット２１が周方向にほぼ均等間隔で装着され、一方、ティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）は、その背面にそれぞれ調整ライナ２２が装着されている。そして、軸受ハウジング１３の各球面ピボット２１とティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）の調整ライナ２２とが対向して配置されている。この球面ピボット２１は、表面が球面状に形成され、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、この球面ピボット２１に沿って回転軸１１の周方向及び軸方向に揺動可能となっている。
【００２７】
軸受ハウジング１３及びティルティングパッド１４は、回転軸１０の軸方向における両側が全周にわたってリング形状をなす一対のサイドプレート２３により支持されている。
サイドプレート２３は、周方向に所定間隔で複数配置されたボルト２４により軸受ハウジング１３に結合されている。なお、サイドプレート２３は、内周面と回転軸１１の外周面との間に所定の隙間が確保されている。
【００２８】
軸受ハウジング１３は、その外周面に各球面ピボット２１に対応してアウタライナ２５が設けられている。このアウタライナ２５は、図示しない結合ボルトにより軸受ハウジング１３の外周面に結合されており、外周面が軸受ハウジング１３の外周面よりわずかに外方へ突出している。そのため、軸受ハウジング１３が軸受台１２の凹部１２ａに入り込んだとき、アウタライナ２５が軸受台１２に接触し、軸受ハウジング１３は、アウタライナ２５を介して軸受台１２に固定支持されることとなる。
【００２９】
複数の給油ノズル２６は、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを挟むように配置されている。給油ノズル２６は、同形状をなし、主ケーシング２６ａが軸受ハウジング１３に固定され、２つの腕部２６ｂが回転軸１１の軸方向に延設され、内部に潤滑油供給孔（図示略）が形成されている。そのため、各給油ノズル２６は、腕部２６ｂの先端から潤滑油を吐出し、回転軸１１の回転力によりティルティングパッド１４の内周面と回転軸１１の外周面との間に入りこみ、ここに油膜を形成することができる。
【００３０】
従って、ティルティングパッド型軸受１０は、ティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が油膜を介して回転する回転軸１１を支持することができ、このとき、回転軸１１の振動に応じてティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が揺動することで、回転軸１１を適正に支持することができる。
【００３１】
ところで、回転軸１１は、この回転軸１１に作用する各種の応力により振動が発生する。この振動は、回転軸１１を支持するティルティングパッド型軸受１０の静的特性や動的特性に大きく影響を受けるものであることから、回転軸１１の振動特性を模擬した試験により調べることが必要となる。
【００３２】
実施例１において、図１に示すように、軸受試験装置３０は、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めて評価するものである。この軸受試験装置３０において、試験用回転軸３１は、ティルティングパッド型軸受１０により回転自在に支持されると共に、このティルティングパッド型軸受１０の両側で、一対の支持軸受３２により回転自在に支持されている。なお、各軸受１０，３２は、図示しない潤滑油供給装置により潤滑油が供給されており、潤滑油、つまり、軸受油膜部１０ａ，３２ａにより試験用回転軸３１を支持している。この場合、試験用回転軸３１は、軸方向に並んで配置された支持軸受３２、ティルティングパッド型軸受１０、支持軸受３２により回転自在に支持されることとなり、各軸受１０，３２の間隔は同間隔となっている。
【００３３】
ここで、試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受（供試軸受）１０が嵌め合わされることで、試験用回転系が構成される。つまり、本発明の試験用回転系は、試験用回転軸３１と一対の支持軸受３２により構成される。
【００３４】
各支持軸受３２は、軸受台３３に対してそれぞればね（弾性支持装置）３４により弾性支持されている。即ち、軸受台３３は、各ばね３４により各支持軸受３２を介して試験用回転軸３１を弾性支持することで、各ばね３４が試験用回転系を弾性支持することとなる。
【００３５】
ティルティングパッド型軸受１０と各支持軸受３２との間には、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ（荷重負荷装置）３５が設けられている。即ち、中央のティルティングパッド型軸受１０は、軸受台３３に載置され、油圧シリンダ３５の一端部が連結され、この油圧シリンダ３５が載置台３３の貫通孔３３ａ内に挿通されている。一方、両側にある２つの支持軸受３２は、それぞれ連結ロッド３９が連結され、各連結ロッド３９同士が連結アーム４０により回動自在に連結されている。そして、油圧シリンダ３５は、他端部がこの連結アーム４０における長さ方向の中間部に回動自在に連結されている。ここで、連結アーム４０は、油圧シリンダ３５との連結部を支点として、その端部、つまり、各連結ロッド３９との連結部側が天秤のように上下移動するリンク機構を形成している。
【００３６】
従って、油圧シリンダ３５は、油圧が供給されることで、ティルティングパッド型軸受１０に対して試験用回転軸３１の径方向に向けて荷重を負荷することができ、その結果、ティルティングパッド型軸受１０と各支持軸受３２との各支持位置で、試験用回転軸３１の径方向に対して逆方向で動荷重を作用させることができる。
【００３７】
この場合、試験用回転軸３１は、荷重負荷装置の一部として、軸中心からずれた位置に重り３６が装着されており、試験用回転軸３１の回転時に各軸受１０，３２に動荷重を作用させることができる。
【００３８】
また、ティルティングパッド型軸受１０は、試験用回転軸３１の変位、つまり、ティルティングパッド１４（図３参照）と試験用回転軸３１との距離を計測する変位計測センサ（軸変位計測装置）３７が設けられている。具体的に、この変位計測センサ３７は、ティルティングパッド１４に設けられており、ティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測する。
【００３９】
そして、図１及び図２に示すように、評価装置４１は、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める。
【００４０】
具体的に説明すると、評価装置４１は、変位計測センサ３７がティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測することで、ティルティングパッド型軸受１０の軸受油膜部１０ａの振幅（相対変位）Δｄ１を取得する。また、評価装置４１は、油圧シリンダ３５がティルティングパッド型軸受１０に対して負荷した荷重、つまり、加振力Ｆ１を取得する。この場合、評価装置４１は、油圧シリンダ３５に供給する油圧から加振力Ｆ１を推定してもよいし、また、図示しない計測器（ロードセルなど）を用いて加振力Ｆ１を計測してもよい。
【００４１】
また、評価装置４１は、各支持軸受３２に作用するばね３４の変位Δｄ３を取得する。この場合、評価装置４１は、図示しない計測器によりばね３４の変位Δｄ３を直接計測してもよいし、また、軸受台３３に対する各支持軸受３２の変位Δｄ３を計測してもよい。そして、評価装置４１は、ばね３４の変位Δｄ３と、事前に取得した各支持軸受３２に作用するばね３４のばね特性Ｚ３とに基づいて、下記数式によりばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を算出する。
Ｆ３＝Ｚ３×Δｄ３
【００４２】
このように評価装置４１は、加振力Ｆ１と負荷荷重Ｆ３が求められたら、下記数式によりティルティングパッド型軸受１０に実際に作用する負荷荷重Ｆ１１を算出する。
Ｆ１１＝Ｆ１−Ｆ３
そして、評価装置４１は、負荷荷重Ｆ１１とティルティングパッド型軸受１０（ティルティングパッド１４）の相対変位Δｄ１に基づいて下記数式によりティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、ティルティングパッド型軸受１０の動特性として算出して評価する。
Ｚ１＝（Ｆ１１）／Δｄ１
【００４３】
即ち、ティルティングパッド型軸受１０の動特性、つまり、軸受油膜部１０ａの動剛性Ｚ１を取得することで、ティルティングパッド型軸受１０が特定の回転機械に対して適用可能かどうかを評価する。
【００４４】
このように実施例１の軸受試験装置にあっては、試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受１０が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、この試験用回転系を弾性支持するばね３４と、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ３５と、試験用回転軸３１の変位を計測する変位計測センサ３７と、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める評価装置４１とを設けている。
【００４５】
従って、評価装置４１は、試験用回転系への負荷荷重と、試験用回転軸３１の変位と、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めることから、ばね３４の弾性支持特性を除去して試験用回転系における動剛性を求めることで、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【００４６】
また、実施例１の軸受試験装置では、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、試験用回転軸３１の変位Δｄ１、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３とするとき、評価装置４１は、ティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価している。
【００４７】
従って、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１からばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を減算して供試軸受の動剛性Ｚ１を算出することで、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【００４８】
また、実施例１の軸受試験装置では、試験用回転系として、ティルティングパッド型軸受１０の両側で試験用回転軸３１を回転自在に支持する一対の支持軸受３２を設け、ばね３４が支持軸受３２を弾性支持している。従って、簡単な構成で、容易にばね３４の弾性支持特性を除去して試験用回転系における動剛性を求めることができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００４９】
また、実施例１の軸受試験装置では、供試軸受としてティルティングパッド型軸受１０を適用している。従って、試験用回転系の振動に応じてティルティングパッド１４が変形しても、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【実施例２】
【００５０】
図５は、本発明の実施例２に係る軸受試験装置を表す概略図、図６は、実施例２の軸受試験装置における試験方法を表すブロック図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５１】
実施例２において、図５に示すように、軸受試験装置３０は、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めて評価するものである。この軸受試験装置３０において、試験用回転軸３１は、ティルティングパッド型軸受１０により回転自在に支持されると共に、このティルティングパッド型軸受１０の両側で、一対の支持軸受３２により回転自在に支持されており、各軸受１０，３２は、潤滑油、つまり、軸受油膜部１０ａ，３２ａにより試験用回転軸３１を支持している。
【００５２】
また、ティルティングパッド型軸受１０は、試験用回転軸３１の変位、つまり、ティルティングパッド１４（図３参照）と試験用回転軸３１との距離を計測する変位計測センサ（軸変位計測装置）３７が設けられている。具体的に、この変位計測センサ３７は、ティルティングパッド１４に設けられており、ティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測する。また、ティルティングパッド型軸受１０は、試験用回転軸３１の絶対振動（絶対変位）、つまり、軸受台３３（または、軸受ハウジング１３など、図３参照）と試験用回転軸３１との距離を計測する変位計測センサ３８が設けられている。具体的に、この変位計測センサ３８は、軸受台３３に設けられており、軸受台３３の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測する。
【００５３】
そして、図５及び図６に示すように、評価装置４１は、試験用回転軸３１の変位に基づいてこの試験用回転軸３１の慣性力を計測（慣性力計測装置）する。評価装置４１は、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重と試験用回転軸３１の慣性力とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める。
【００５４】
具体的に説明すると、評価装置４１は、変位計測センサ３７がティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測することで、ティルティングパッド型軸受１０の軸受油膜部１０ａの振幅（相対変位）Δｄ１を取得する。評価装置４１は、油圧シリンダ３５がティルティングパッド型軸受１０に対して負荷した荷重、つまり、加振力Ｆ１を取得する。評価装置４１は、変位計測センサ３８が軸受台３３の内面と試験用回転軸３１の外面との距離を計測することで、軸受油膜部１０ａの振動（絶対変位）ｄ２を取得する。そして、評価装置４１は、軸受油膜部１０ａの振動（絶対変位）ｄ２と、試験用回転軸３１の質量（重量）ｍと、試験用回転軸３１の角速度ωとに基づいて、下記数式により試験用回転軸３１の慣性力（ロータ慣性力）Ｆ２を算出する。
Ｆ２＝ｍω２×ｄ２
【００５５】
また、評価装置４１は、各支持軸受３２に作用するばね３４の変位Δｄ３を取得する。そして、評価装置４１は、ばね３４の変位Δｄ３と、事前に取得した各支持軸受３２に作用するばね３４のばね特性Ｚ３とに基づいて、下記数式によりばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を算出する。
Ｆ３＝Ｚ３×Δｄ３
【００５６】
このように評価装置４１は、加振力Ｆ１と慣性力Ｆ２と負荷荷重Ｆ３が求められたら、下記数式によりティルティングパッド型軸受１０に実際に作用する負荷荷重Ｆ１１を算出する。
Ｆ１１＝Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３
【００５７】
そして、評価装置４１は、負荷荷重Ｆ１１とティルティングパッド型軸受１０（ティルティングパッド１４）の相対変位Δｄ１に基づいて下記数式によりティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、ティルティングパッド型軸受１０の動特性として算出して評価する。
Ｚ１＝（Ｆ１１）／Δｄ１
【００５８】
即ち、ティルティングパッド型軸受１０の動特性、つまり、軸受油膜部１０ａの動剛性Ｚ１を取得することで、ティルティングパッド型軸受１０が特定の回転機械に対して適用可能かどうかを評価する。
【００５９】
このように実施例２の軸受試験装置にあっては、試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受１０が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、この試験用回転系を弾性支持するばね３４と、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ３５と、試験用回転軸３１の変位を計測する変位計測センサ３７と、試験用回転系への負荷荷重と試験用回転軸３１の変位とばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重と試験用回転軸３１の慣性力からティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める評価装置４１とを設けている。
【００６０】
従って、評価装置４１は、試験用回転系への負荷荷重と、試験用回転軸３１の変位と、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重と、試験用回転軸３１の慣性力とからティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めることから、ばね３４の弾性支持特性と試験用回転軸３１の慣性力を除去して試験用回転系における動剛性を求めることで、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【００６１】
また、実施例２の軸受試験装置では、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、試験用回転軸３１の変位Δｄ１、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３、試験用回転軸３１の慣性力Ｆ２とするとき、評価装置４１は、ティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価している。
【００６２】
従って、試験用回転系への負荷荷重Ｆ１から、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３と、試験用回転軸３１の慣性力Ｆ２とを減算してティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を算出することで、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を高精度に取得することができる。
【００６３】
なお、上述した各実施例では、本発明の供試軸受をティルティングパッド型軸受として説明したが、この形式の軸受に限るものではない。例えば、スリーブなどを用いたすべり軸受や玉やころを用いた転がり軸受に適用してもよいものである。
【符号の説明】
【００６４】
１０ ティルティングパッド型軸受（供試軸受）
１１ 回転軸
１２ 軸受台
１３ 軸受ハウジング
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ ティルティングパッド
３０ 軸受試験装置
３１ 試験用回転軸（試験用回転系）
３２ 支持軸受（試験用回転系）
３３ 軸受台
３４ ばね（弾性支持装置）
３５ 油圧シリンダ（荷重負荷装置）
３６ 重り
３７ 変位計測センサ（軸変位計測装置）
３８ 変位計測センサ
４１ 評価装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験用回転軸に供試軸受が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、
前記試験用回転系を弾性支持する弾性支持装置と、
前記試験用回転系に荷重を負荷する荷重負荷装置と、
前記試験用回転軸の変位を計測する軸変位計測装置と
前記試験用回転系への負荷荷重と前記試験用回転軸の変位と前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重とから前記供試軸受の動特性を求める評価装置と、
を備えることを特徴とする軸受試験装置。
【請求項２】
前記試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、前記試験用回転軸の変位Δｄ１、前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３とするとき、前記評価装置は、前記供試軸受の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価することを特徴とする請求項１に記載の軸受試験装置。
【請求項３】
前記試験用回転軸の慣性力を計測する慣性力計測装置を設け、前記評価装置は、前記試験用回転系への負荷荷重と前記試験用回転軸の変位と前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重と前記試験用回転軸の慣性力とから前記供試軸受の動特性を求めることを特徴とする請求項１に記載の軸受試験装置。
【請求項４】
前記試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、前記試験用回転軸の変位Δｄ１、前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３、前記試験用回転軸の慣性力Ｆ２とするとき、前記評価装置は、前記供試軸受の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価することを特徴とする請求項３に記載の軸受試験装置。
【請求項５】
前記試験用回転系は、前記供試軸受の両側で前記試験用回転軸を回転自在に支持する一対の支持軸受を有し、前記弾性支持装置は、前記一対の支持軸受を弾性支持することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の軸受試験装置。
【請求項６】
前記供試軸受は、軸受台に支持される軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングの内面に装着されて油膜を介して前記試験用回転軸を支持するティルティングパッドとを有するティルティングパッド型軸受であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の軸受試験装置。
【請求項１】
試験用回転軸に供試軸受が嵌め合わされて構成される試験用回転系と、
前記試験用回転系を弾性支持する弾性支持装置と、
前記試験用回転系に荷重を負荷する荷重負荷装置と、
前記試験用回転軸の変位を計測する軸変位計測装置と
前記試験用回転系への負荷荷重と前記試験用回転軸の変位と前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重とから前記供試軸受の動特性を求める評価装置と、
を備えることを特徴とする軸受試験装置。
【請求項２】
前記試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、前記試験用回転軸の変位Δｄ１、前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３とするとき、前記評価装置は、前記供試軸受の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価することを特徴とする請求項１に記載の軸受試験装置。
【請求項３】
前記試験用回転軸の慣性力を計測する慣性力計測装置を設け、前記評価装置は、前記試験用回転系への負荷荷重と前記試験用回転軸の変位と前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重と前記試験用回転軸の慣性力とから前記供試軸受の動特性を求めることを特徴とする請求項１に記載の軸受試験装置。
【請求項４】
前記試験用回転系への負荷荷重Ｆ１、前記試験用回転軸の変位Δｄ１、前記弾性支持装置の弾性支持特性に応じて前記試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３、前記試験用回転軸の慣性力Ｆ２とするとき、前記評価装置は、前記供試軸受の動剛性Ｚ１を、
Ｚ１＝（Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３）／Δｄ１
により算出して動特性を評価することを特徴とする請求項３に記載の軸受試験装置。
【請求項５】
前記試験用回転系は、前記供試軸受の両側で前記試験用回転軸を回転自在に支持する一対の支持軸受を有し、前記弾性支持装置は、前記一対の支持軸受を弾性支持することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の軸受試験装置。
【請求項６】
前記供試軸受は、軸受台に支持される軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングの内面に装着されて油膜を介して前記試験用回転軸を支持するティルティングパッドとを有するティルティングパッド型軸受であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の軸受試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２５５６８８（Ｐ２０１２−２５５６８８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８１３８（Ｐ２０１１−１２８１３８）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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