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浙江BHSジャーナルベアリング株式会社 上海の奉賢区にある同社のブレット「BHS」は、専門的なサービスを提供しています。 ティルティングパッドスラストベアリングメーカー と ティルティングパッドベアリング工場...
タービン、コンプレッサー、ポンプなどの回転機器は、ローターが機械のケーシング内でどのように支持されるかに大きく依存します。選択したベアリングのタイプは、ローターの安定性、振動挙動、および機械が安全に到達できる最大速度に直接影響します。産業用回転機械は 2 つの大きなカテゴリに支配されています。1 つは固定ジオメトリ ベアリングで、ベアリング表面は単一の剛性の円弧です。 ティルティングパッドベアリング 、耐荷重面がいくつかの独立して移動可能なパッドに分割されています。
この違いは設計上の小さな詳細ではありません。それは、負荷下での油膜の挙動、ローターが外乱にどのように反応するか、不安定性を避けるためにエンジニアが設計にどの程度のクリアランスを組み込む必要があるかを変化させます。これらの違いを理解することは、エンジニアが新しい機器を指定したり、再発する振動の問題をトラブルシューティングしたりするときに、正しいベアリング タイプを選択するのに役立ちます。
ティルティング パッド ベアリングは、固定ベアリングの単一の連続ボアを、シャフトの周囲に配置された一連の個別のパッドに置き換えます。各パッドはピボット ポイント上にあり、回転シャフトによって生成される力に応じてわずかに揺れることがあります。この枢動動作により、各パッドが他のパッドから独立して独自の収束オイルウェッジを形成することができます。
この設計は、サポートされている荷重の方向に応じて 2 つの主要な構成で表示されます。
軸軸に直角なラジアル荷重を負荷します。複数のパッドがシャフトを囲み、それぞれがシャフトの位置にリアルタイムで反応する局所的な流体力学的膜を生成します。
シャフト軸に沿ってアキシアル荷重を支えます。パッドはスラストカラーに面して円形に配置されており、負荷や速度の変化に応じて最適な油膜厚さを維持するためにそれぞれが傾いています。
動作原理は流体潤滑に依存しており、これは流体膜ベアリングを支配するのと同じ物理現象です。シャフトが回転すると、シャフトとベアリング表面の間の狭くなる隙間にオイルが引き込まれ、金属同士が接触することなくシャフトを持ち上げて中心に置く圧力が発生します。
固定ベアリングでは、このウェッジは単一の固定円弧に沿って形成されます。つまり、圧力分布は完全にボアの形状によって決まります。ティルティング パッド ジャーナル ベアリングでは、各パッドが局所的な膜圧力に基づいてシャフト表面に対する独自の角度を調整するため、パッドの位置や動作条件ごとにウェッジの形状が自己最適化されます。
各パッドは独立して反応するため、ティルティング パッド ベアリングは、1 つの連続した剛体表面ではなく、複数の小さなベアリングが連携して動作するように効果的に動作します。
下の図は、固定ベアリングが単一の連続したオイル ウェッジを形成する様子を、ティルティング パッド ベアリングがシャフトの周囲に複数の独立したウェッジを形成する様子と比較して示しています。
固定ベアリングは多くの汎用用途でうまく機能しますが、ローターの速度が増加すると、一般にオイルワールとして知られる自励振動現象、より深刻な場合にはオイルホイップとして知られる自励振動現象が発生しやすくなります。この不安定性は、固定ベアリング内の油膜が相互結合した剛性を発生させ、ローターの動きを減衰させるのではなく、エネルギーをローターの動きに供給するために発生します。
ティルティングパッドベアリングは、このクロスカップリング効果を大幅に排除します。各パッドは自由に回転できるため、剛性ボアのように持続的な接線方向の力をシャフトに伝達することはできません。これが、ティルティング パッド ジャーナル ベアリングが高速ターボ機械のデフォルトの選択肢である主な理由です。
| 特徴 | 固定ベアリング | ティルティングパッドベアリング |
|---|---|---|
| 高速での油膜安定性 | 特定の速度閾値を超えるとオイル渦が発生しやすくなります | 独立したパッドの応答により本質的に安定性が向上 |
| クロスカップル剛性 | 存在し、不安定性を引き起こす可能性がある | パッドは接線方向の結合を維持できないため、最小限に抑えます。 |
| 機械的な複雑さ | シンプルで可動部品が少ない | より複雑で、ピボットと個別のパッドが必要 |
| 単位面積あたりの耐荷重 | 中等度 | パッド数と設計に応じて同等以上 |
| 一般的な適用範囲 | 汎用ポンプおよびファン | タービン、コンプレッサー、高速ポンプ |
| 保守・点検 | 点検と交換が簡単になります | ピボットの摩耗とパッドの位置合わせに注意が必要 |
回転機械のアキシャル荷重は、インペラ間の圧力差、はすば歯車の力、または垂直方向に向けられたローターの重量によって発生します。ティルティング パッド スラスト ベアリングは、ジャーナル ベアリングに適用されるのと同じ自動調心原理でこれらの負荷に対処しますが、シャフト軸に沿った動きに抵抗するように配向されています。
各スラストパッドは傾いて、それ自体と回転するスラストカラーの間に収束膜を形成します。パッドは独立して調整できるため、特に製造公差や熱膨張によりカラーがシャフトに対して完全に垂直でない場合、パッドのリング全体にわたる負荷分布は固定スラスト面で達成できるものよりも均一になる傾向があります。
| 機器の種類 | 一般的なアキシアル荷重源 |
|---|---|
| 遠心圧縮機 | インペラ段間の圧力差 |
| 蒸気タービンとガスタービン | ブレード反力と熱膨張 |
| 縦型ポンプ | 回転アセンブリの重量と油圧推力の合計 |
| ヘリカルギア付きギアボックス | 歯車の歯角によって生じるアキシアル成分 |
回転機器の振動は、多くの場合、ローターのダイナミクスとベアリングの剛性および減衰特性の間の相互作用から発生します。あ ティルティングパッドジャーナルベアリング 単一の機能ではなく、相互に接続された複数のメカニズムを通じて振動を低減します。
パッドは反力を 1 つの円弧に集中させるのではなく、全周にわたって荷重応答を分散させるため、ローターに与えられる全体的な剛性と減衰があらゆる方向でより均一になります。この均一性は、ティルティング パッド ベアリングを備えた機械で測定された振動振幅が、固定ベアリングを備えた機械に比べて広い速度範囲にわたって平坦な傾向にある主な理由の 1 つであり、振幅のピークは特定の臨界速度付近で急激に現れることがあります。
さまざまな高速コンプレッサートレインにわたって収集されたフィールドデータは、ローターダイナミクスの再設計中に固定ベアリングからティルティングパッドベアリングに変換すると、最初の臨界速度での振動振幅を大幅に低減でき、多くの場合、元の固定ベアリング設計が限界値または不合格値であった測定値を標準の許容基準内に十分に収めることができることを示しています。
はい。高速性能が、このタイプのベアリングが存在する主な理由の 1 つです。エンジニアが追跡する関連パラメータは、シャフトの表面速度とベアリング直径の積であり、多くの場合 DN 値として表されます。旋回閾値速度はベアリングの形状とクリアランスの直接的な関数であるため、固定ベアリングは DN 値が低くなると安定性の限界に達する傾向があります。
チルトパッドベアリングは、渦巻きを引き起こす相互結合剛性項がシステムから大幅に除去されるため、このしきい値を大幅に押し上げます。このため、ティルティング パッド ジャーナル ベアリングは、蒸気タービン、ガス タービン発電機セット、高速遠心圧縮機、固定ベアリングが安定する速度範囲をはるかに超えて動作する多段ポンプなどの用途に標準装備されています。
すべてのマシンにティルティング パッド ベアリングが必要なわけではありません。より複雑な設計が常に良い選択であると仮定するのではなく、動作条件に基づいて選択する必要があります。
動作速度は安定性のしきい値を大幅に下回っており、負荷の方向は一定であり、アプリケーションは精密部品の数を減らしてより簡単なメンテナンスに耐えることができます。
機械は高い相対速度で動作し、変動または軽い負荷を受けるか、または以前に動作速度の半分近くの旋回周波数と相関する振動の不安定性を示していました。
ティルティング パッド ベアリングを装備した機械で振動や熱の問題が発生した場合、根本的な原因は多くの場合、基本的なベアリングの設計ではなく、パッドの状態、潤滑剤の供給、またはアライメントに関連しています。
| 症状 | 考えられる原因 |
|---|---|
| ベアリング温度の上昇 | オイル流量が不十分または潤滑剤の粘度が低下している |
| 準同期振動成分 | パッドピボットの摩耗によりセルフアライニング応答が低下します |
| 不均一なパッドの摩耗パターン | シャフトのミスアライメントまたは不均等な荷重分布 |
| 起動時に急激に振動が大きくなる | 低速運転時の油膜不足 |
ベアリングメタルの温度と振動スペクトルを定期的に監視することは、パッドの磨耗の進行を機能的故障に進行する前に把握する最も信頼性の高い方法です。
ティルティング パッド ベアリングは、回転して自動調整油膜を形成する複数の独立したパッドで構成される流体軸受で、回転機器のラジアル荷重またはアキシアル荷重をサポートするために使用されます。
各パッドは局所的な油膜圧力に応じて回転し、シャフト速度と負荷の変化に応じて最適な収束ウェッジを形成し、金属同士が接触することなくシャフトを中心に保ちます。
固定ベアリング内でオイルの渦やオイルホイップを引き起こすクロスカップル剛性を大幅に排除し、機械がより高速で安定して動作できるようにします。
負荷応答をシャフトの周りに均等に分散し、クロスカップリング力を最小限に抑えることで、より均一な剛性と減衰が生成され、動作速度範囲全体で振動応答が平坦になります。
はい、高速用途向けに特別に設計されており、固定ベアリングが不安定になるタービン、コンプレッサー、高速ポンプに標準装備されています。
浙江BHSジャーナルベアリング株式会社 上海の奉賢区にある同社のブレット「BHS」は、専門的なサービスを提供しています。 ティルティングパッドスラストベアリングメーカー と ティルティングパッドベアリング工場...
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