JP6541946B2 - Foil bearing and foil provided thereto - Google Patents

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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/024Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. radial foil bearings

Description

本発明は、フォイル軸受に関する。   The present invention relates to a foil bearing.

ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械の主軸を支持する軸受として、フォイル軸受が着目されている。フォイル軸受は、曲げに対して剛性の低い可撓性を有する薄膜(フォイル)で軸受面を構成し、軸受面のたわみを許容することで荷重を支持するものである。軸の回転時には、軸の外周面とフォイルの軸受面との間に流体膜(例えば空気膜)が形成され、軸が非接触支持される。この場合、フォイルの可撓性により、軸の回転速度や荷重、周囲温度等の運転条件に応じた適切な軸受隙間が自動的に形成されるため、安定性に優れ、一般的な空気動圧軸受と比べて高速での使用が可能となる。   Foil bearings have attracted attention as bearings for supporting the main shaft of turbomachines such as gas turbines and turbochargers. A foil bearing constitutes a bearing surface with a thin film (foil) having low rigidity and flexibility for bending, and supports a load by allowing deflection of the bearing surface. During rotation of the shaft, a fluid film (for example, an air film) is formed between the outer peripheral surface of the shaft and the bearing surface of the foil, and the shaft is supported in a noncontact manner. In this case, the flexibility of the foil automatically forms an appropriate bearing gap according to the operating conditions such as the rotational speed and load of the shaft, ambient temperature, etc., resulting in excellent stability and general air dynamic pressure. It can be used at high speed compared to bearings.

例えば下記の特許文献1には、円筒状のフォイルホルダの内周面に、複数のフォイルの周方向両端を接触した状態で保持させた、いわゆる多円弧型のフォイル軸受が示されている。このフォイル軸受では、軸の回転時に、各フォイルとフォイルホルダとが微小摺動することにより、軸の振動を減衰する効果が得られる。   For example, Patent Document 1 below shows a so-called multi-arc type foil bearing in which both circumferential ends of a plurality of foils are held in contact with each other on the inner peripheral surface of a cylindrical foil holder. In this foil bearing, the effect of damping the vibration of the shaft is obtained by micro-sliding between each foil and the foil holder during rotation of the shaft.

特開2014−119094号公報JP 2014-119094 A

しかし、上記のようなフォイル軸受でも、軸の振動減衰効果が十分でないことがある。   However, even with the above foil bearings, the vibration damping effect of the shaft may not be sufficient.

そこで、本発明が解決すべき課題は、多円弧型のフォイル軸受における軸の振動減衰効果をさらに高めることにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to further enhance the vibration damping effect of the shaft in the multi-arc type foil bearing.

前記課題を解決するために、本発明は、フォイルホルダと、フォイルホルダの内周面に取り付けられた複数のフォイルとを備え、各フォイルの周方向両端が前記フォイルホルダに接触した状態で保持されたフォイル軸受であって、各フォイルに、軸方向に隣接した第1領域及び第2領域を設け、両領域の境界の一部を分断すると共に、両領域の境界の他の部分を連結したフォイル軸受を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention comprises a foil holder and a plurality of foils attached to the inner circumferential surface of the foil holder, and the circumferential ends of each foil are held in contact with the foil holder A plurality of first regions and second regions axially adjacent to each of the foils, wherein a part of the boundaries between the two regions is divided and another part of the boundaries between the two regions is connected Provide a bearing.

このように、各フォイルの第1領域と第2領域との境界の一部を分断することで、各フォイルの剛性が低下する。これにより、各フォイルの変形の自由度が高められ、各フォイルが変形しやすくなるため、各フォイルとフォイルホルダとの摺動量が大きくなり、軸の不安定な振動に対し高い減衰効果を発揮することができる。一方、上記のフォイル軸受では、各フォイルの第1領域と第2領域が完全には分断されておらず、両領域の境界の他の部分(分断部以外の領域)が連結されている。これにより、例えば軸にコニカルモードの振動が生じたときのように、各フォイルの一方の領域のみに負荷が発生した場合でも、連結部を介して他方の領域にも負荷が伝わって変形・摺動することで、完全に分断された2枚のフォイルを複列に並べた場合よりも高い振動減衰効果が得られる。   Thus, the rigidity of each foil is reduced by dividing a part of the boundary between the first region and the second region of each foil. As a result, the freedom of deformation of each foil is increased, and each foil is easily deformed, so that the amount of sliding between each foil and the foil holder is increased, and a high damping effect is exerted against unstable vibration of the shaft. be able to. On the other hand, in the above-described foil bearing, the first region and the second region of each foil are not completely separated, and the other portion (region other than the divided portion) of the boundary between the two regions is connected. As a result, even when a load is generated only in one of the regions of each foil, for example, as when a vibration in the conical mode occurs in the shaft, the load is also transmitted to the other region through the connecting portion to deform and slide. By moving, a higher vibration damping effect can be obtained than when two completely separated foils are arranged in a double row.

上記のフォイル軸受は、各フォイルの前記第1領域及び前記第2領域に、それぞれ、軸受面を有するトップフォイル部と、前記トップフォイル部の周方向一端側に設けられ、フォイルホルダの内周面に設けられた凹部に差し込まれる差込部と、前記トップフォイル部の周方向他端側に設けられ、隣接するフォイルと前記フォイルホルダの内周面との間に配されるアンダーフォイル部とを設けることが好ましい。   The above-mentioned foil bearing is provided on a top foil portion having a bearing surface and one circumferential end side of the top foil portion in each of the first area and the second area of each foil, and the inner peripheral surface of the foil holder And an under-foil portion provided on the other end side in the circumferential direction of the top foil portion and disposed between an adjacent foil and the inner circumferential surface of the foil holder. It is preferable to provide.

また、上記のフォイル軸受において、各フォイルの前記第1領域及び前記第2領域に設けられた前記差込部同士を連結し、両領域のトップフォイル部同士及びアンダーフォイル部同士を周方向全域にわたって分断すれば、トップフォイル部及びアンダーフォイル部の剛性を低下させてこれらをフォイルホルダの内周面と摺動させやすくなるため、振動抑制効果が高められる。   Further, in the above-described foil bearing, the insertion portions provided in the first area and the second area of each foil are connected to each other, and the top foil parts and the under foil parts of both areas are circumferentially extended all over The division reduces the rigidity of the top foil portion and the under foil portion and makes them easy to slide on the inner peripheral surface of the foil holder, thereby enhancing the vibration suppression effect.

また、上記のフォイル軸受は、各フォイルの前記第1領域及び前記第2領域に設けられた前記アンダーフォイル部の周方向他端に、それぞれ周方向一方側へ向けて軸方向幅を徐々に狭めた切り欠き部を設けることができる。これにより、各フォイルのアンダーフォイル部の内周側に重ねられた隣接するフォイルのトップフォイル部に、切り欠き部に沿った段差が形成されるため、この段差により流体が各切り欠き部の軸方向中央側に集められ、流体の圧力が高められて軸受剛性が向上する。   In addition, the above-mentioned foil bearing gradually narrows the axial width toward one circumferential side at the other circumferential end of the under foil portion provided in the first area and the second area of each foil. A notch can be provided. As a result, a step is formed along the notched portion on the top foil portion of the adjacent foil overlapped on the inner circumferential side of the under-foiled portion of each foil, and the step causes the fluid to flow along the axis of each notched portion Collected in the center of the direction, the pressure of the fluid is increased to improve the bearing rigidity.

以上のように、本発明のフォイル軸受によれば、多円弧型のフォイル軸受における軸の振動減衰効果を高めることができる。   As described above, according to the foil bearing of the present invention, the vibration damping effect of the shaft in the multi-arc type foil bearing can be enhanced.

ガスタービンの構成を概念的に示す図である。It is a figure which shows the structure of a gas turbine notionally. 上記ガスタービンにおけるロータの支持構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the support structure of the rotor in the said gas turbine. 上記支持構造に組み込まれた、本発明の一実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a foil bearing according to an embodiment of the present invention incorporated into the support structure. 上記フォイル軸受に設けられるフォイルの平面図である。It is a top view of the foil provided in the above-mentioned foil bearing. 複数のフォイルを連結した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which connected the several foil. 図3のフォイル軸受の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the foil bearing of FIG. 3; フォイルの他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of a foil.

図1に、ターボ機械の一種であるガスタービンの構成を概念的に示す。このガスタービンは、翼列を形成したタービン1および圧縮機2と、発電機3と、燃焼器4と、再生器5とを主に備える。タービン1、圧縮機2、および発電機3には、水平方向に延びる共通の主軸6が設けられ、この主軸6と、タービン1および圧縮機2とで一体回転可能のロータが構成される。吸気口7から吸入された空気は、圧縮機2で圧縮され、再生器5で加熱された上で燃焼器4に送り込まれる。この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温、高圧のガスでタービン1を回転させる。タービン1の回転力が主軸6を介して発電機3に伝達され、発電機3が回転することにより発電し、この電力がインバータ8を介して出力される。タービン1を回転させた後のガスは比較的高温であるため、このガスを再生器5に送り込んで燃焼前の圧縮空気との間で熱交換を行うことで、燃焼後のガスの熱を再利用する。再生器5で熱交換を終えたガスは、排熱回収装置9を通ってから排ガスとして排出される。   FIG. 1 conceptually shows the configuration of a gas turbine which is a type of turbomachine. This gas turbine mainly includes a turbine 1 and a compressor 2 forming a cascade, a generator 3, a combustor 4 and a regenerator 5. The turbine 1, the compressor 2, and the generator 3 are provided with a common main shaft 6 extending in the horizontal direction, and the main shaft 6 and the turbine 1 and the compressor 2 constitute an integrally rotatable rotor. The air taken in from the air inlet 7 is compressed by the compressor 2, heated by the regenerator 5, and fed to the combustor 4. The compressed air is mixed with fuel and burned, and the turbine 1 is rotated by the high temperature, high pressure gas. The rotational force of the turbine 1 is transmitted to the generator 3 via the main shaft 6 to generate electricity as the generator 3 rotates, and this electric power is output via the inverter 8. Since the gas after rotating the turbine 1 is at a relatively high temperature, this gas is sent to the regenerator 5 to exchange heat with the compressed air before combustion to reheat the heat of the gas after combustion. Use The gas whose heat exchange has been completed by the regenerator 5 is discharged as exhaust gas after passing through the exhaust heat recovery device 9.

図2に、上記ガスタービンにおけるロータの支持構造の一例を示す。この支持構造では、軸方向の2箇所にラジアル軸受10が配置され、主軸6に設けられたフランジ部6bの軸方向両側にスラスト軸受20、20が配置される。このラジアル軸受10およびスラスト軸受20により、主軸6がラジアル方向及び両スラスト方向に回転自在に支持される。   FIG. 2 shows an example of the support structure of the rotor in the gas turbine. In this support structure, the radial bearings 10 are disposed at two places in the axial direction, and the thrust bearings 20, 20 are disposed on both sides in the axial direction of the flange portion 6 b provided on the main shaft 6. The main shaft 6 is rotatably supported in the radial direction and in both thrust directions by the radial bearing 10 and the thrust bearing 20.

この支持構造において、タービン1と圧縮機2の間の領域は、高温、高圧のガスで回転されるタービン1に隣接しているために高温雰囲気となる。この高温雰囲気では、潤滑油やグリース等からなる潤滑剤が変質・蒸発してしまうため、これらの潤滑剤を使用する通常の軸受(転がり軸受等)を適用することは難しい。そのため、この種の支持構造で使用される軸受10、20としては、空気動圧軸受、特にフォイル軸受が適合する。   In this support structure, the area between the turbine 1 and the compressor 2 is a high temperature atmosphere because it is adjacent to the turbine 1 rotated with a high temperature, high pressure gas. In this high-temperature atmosphere, since a lubricant composed of a lubricant and grease is degraded and evaporated, it is difficult to apply a normal bearing (rolling bearing or the like) using such a lubricant. Therefore, air dynamic bearings, in particular foil bearings, are suitable as the bearings 10, 20 used in this type of support structure.

以下、上記ガスタービン用のラジアル軸受に適合するフォイル軸受10の構成を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, the configuration of the foil bearing 10 compatible with the radial bearing for the gas turbine will be described based on the drawings.

フォイル軸受10は、図3に示すように、筒状(図示例では円筒状)のフォイルホルダ11と、フォイルホルダ11の内周面に取り付けられた複数(図示例では3枚)のフォイル12とを有する。フォイルホルダ11の外周面は、ガスタービンのハウジング30の内周面31に固定される。   As shown in FIG. 3, the foil bearing 10 has a cylindrical (cylindrical in the illustrated example) foil holder 11 and a plurality of (three in the illustrated example) foils 12 attached to the inner peripheral surface of the foil holder 11. Have. The outer peripheral surface of the foil holder 11 is fixed to the inner peripheral surface 31 of the housing 30 of the gas turbine.

フォイルホルダ11は、例えば焼結金属や溶製材等の金属で形成される。図示例のフォイルホルダ11は、円筒面状の内周面11a及び外周面11bを有する。内周面11aのうち、周方向に離隔した複数箇所(図示例では3箇所)には、凹部としての軸方向溝11cが形成される。各軸方向溝11cの軸方向両端は、それぞれフォイルホルダ11の端面に開口している。   The foil holder 11 is formed of, for example, a metal such as a sintered metal or a molten material. The illustrated foil holder 11 has a cylindrical inner peripheral surface 11 a and an outer peripheral surface 11 b. The axial direction groove | channel 11c as a recessed part is formed in the multiple places (3 places in the example of illustration) spaced apart to the circumferential direction among the internal peripheral surfaces 11a. Both axial ends of each axial groove 11 c are open to the end face of the foil holder 11.

フォイル12は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属、例えば鋼材料や銅合金からなる厚さ20μm〜200μm程度の金属フォイルにプレス加工や放電加工を施すことで形成される。本実施形態のように流体膜として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、金属フォイルとしてステンレス鋼もしくは青銅製のものを使用するのが好ましい。   The foil 12 is formed by pressing or electric discharge machining on a metal foil which is rich in elasticity and has good workability, such as a steel material or a copper alloy and having a thickness of about 20 μm to 200 μm. In the case of an air dynamic bearing using air as a fluid film as in the present embodiment, it is preferable to use stainless steel or bronze metal foil as no lubricating oil exists in the atmosphere.

各フォイル12は、図4に示すように、軸方向に並べられた第1領域12aと第2領域12bとからなる。   Each foil 12 consists of the 1st area | region 12a and the 2nd area | region 12b which were arranged in axial direction, as shown in FIG.

第1領域12aは、軸受面を有するトップフォイル部12a1と、トップフォイル部12a1の周方向一端側に設けられた差込部12a2と、トップフォイル部12a1の周方向他端側に設けられたアンダーフォイル部12a3とを有する。図示例では、差込部12a2が、トップフォイル部12a1の周方向一端部の軸方向両端に設けられる。アンダーフォイル部12a3には、周方向一端側に向けて軸方向幅を徐々に狭めた切り欠き部12a4が設けられる。図示例では、切り欠き部12a4が、略円弧状に形成される。このほか、切り欠き部12a4を、直線を軸方向中央で折り曲げた略V字形状としてもよい。トップフォイル部12a1の周方向一端部のうち、差込部12a2に近接した位置には、周方向の微小な切り込み12a5が設けられる。トップフォイル部12a1とアンダーフォイル部12a3との境界には、隣接するフォイル12の差込部12a2が差し込まれる軸方向のスリット12a6が形成される。図示例では、トップフォイル部12a1とアンダーフォイル部12a3との境界の軸方向両端にスリット12a6が形成される。   The first region 12a includes a top foil portion 12a1 having a bearing surface, an insertion portion 12a2 provided on one circumferential end of the top foil portion 12a1, and an under provided on the other circumferential end of the top foil portion 12a1. And a foil portion 12a3. In the example of illustration, the insertion part 12a2 is provided in the axial direction both ends of the circumferential direction one end part of the top foil part 12a1. The under foil portion 12a3 is provided with a notch 12a4 whose axial width is gradually narrowed toward one circumferential end. In the illustrated example, the notch 12a4 is formed in a substantially arc shape. Besides, the notch 12a4 may be substantially V-shaped by bending a straight line at the center in the axial direction. In the circumferential direction one end of the top foil portion 12a1, a minute notch 12a5 in the circumferential direction is provided at a position close to the insertion portion 12a2. At the boundary between the top foil portion 12a1 and the under foil portion 12a3, an axial slit 12a6 into which the insertion portion 12a2 of the adjacent foil 12 is inserted is formed. In the illustrated example, slits 12a6 are formed at both axial ends of the boundary between the top foil portion 12a1 and the under foil portion 12a3.

第2領域12bは、第1領域12aと同様の形状を成し、トップフォイル部12b1、差込部12b2、アンダーフォイル部12b3、切り欠き部12b4、切り込み12b5、スリット12b6等を有する(重複説明は省略する)。   The second region 12b has a shape similar to that of the first region 12a, and has a top foil portion 12b1, an insertion portion 12b2, an under foil portion 12b3, a notch portion 12b4, a notch 12b5, a slit 12b6, etc. Omitted).

各フォイルは、第1領域12aと第2領域12bの境界の一部が分断されると共に、両領域12a,12bの境界の他の部分が連結されている。例えば、両領域12a,12bのうち、軸受面を有さない領域(差込部12a2,12b2、及びアンダーフォイル部12a3,12b3)同士が連結され、軸受面を有する領域(トップフォイル部12a1,12b1)同士が周方向全域にわたって分断される。本実施形態では、両領域12a,12bの差込部12a2,12b2同士が連結され、両領域12a,12bのトップフォイル部12a1,12b1の間、及びアンダーフォイル部12a3,12b3の間に、これらを周方向全域にわたって分断する周方向のスリット12cが形成される。   In each foil, a part of the boundary between the first area 12a and the second area 12b is divided, and the other part of the boundary between both areas 12a and 12b is connected. For example, of the two regions 12a and 12b, regions having no bearing surface (the insertion portions 12a2 and 12b2 and the under foil portions 12a3 and 12b3) are connected to each other and a region having a bearing surface (top foil portions 12a1 and 12b1 ) Are divided all over the circumferential direction. In the present embodiment, the insertion portions 12a2 and 12b2 of the two regions 12a and 12b are connected to each other, and between the top foil portions 12a1 and 12b1 of the two regions 12a and 12b and between the underfoil portions 12a3 and 12b3. A circumferential slit 12c is formed to divide the entire circumferential direction.

図5に示すように、各フォイル12の差込部12a2,12b2を、隣接するフォイルのスリット12a6,12b6に差し込むことにより、3枚のフォイル12を筒状に仮組みすることができる。この仮組体を、フォイルホルダ11の内周に挿入することで、フォイル軸受10が組み立てられる。具体的には、3枚のフォイル12の仮組体をフォイルホルダ11の内周に挿入しながら、各フォイル12の差込部12a2,12b2をフォイルホルダ11の軸方向溝11cに軸方向一端側から差し込む。以上により、3枚のフォイル12が、フォイルホルダ11の内周面11aに周方向に並べた状態で取り付けられる。   As shown in FIG. 5, the three foils 12 can be temporarily assembled in a tubular shape by inserting the insertion portions 12a2 and 12b2 of the respective foils 12 into the slits 12a6 and 12b6 of the adjacent foils. By inserting this temporary assembly into the inner periphery of the foil holder 11, the foil bearing 10 is assembled. Specifically, inserting the temporary assembly of the three foils 12 into the inner periphery of the foil holder 11, while inserting the insertion portions 12a2 and 12b2 of the respective foils 12 into the axial grooves 11c of the foil holder 11, one end side in the axial direction Plug in from As described above, the three foils 12 are attached to the inner circumferential surface 11 a of the foil holder 11 in the circumferential direction.

3枚のフォイル12をフォイルホルダ11に組み付けた状態で、各フォイル12の周方向両端は、フォイルホルダ11に接触した状態で保持される。図示例では、各フォイル12の周方向両端が、それぞれ隣接するフォイル12の背後(外径側)に配されている。具体的に、各フォイル12の周方向一端に設けられた差込部12a2,12b2は、隣接するフォイル12のスリット12a6,12b6を介して、フォイルホルダ11の内周面11aの軸方向溝11cに差し込まれる。一方、各フォイル12の周方向他端に設けられたアンダーフォイル部12a3,12b3は、隣接するフォイル12のトップフォイル部12a1,12b1とフォイルホルダ11の内周面11aとの間に配され、隣接するフォイル12のトップフォイル部12a1,12b1を背後から支持する(図6参照)。尚、隣接するフォイル12同士は、周方向で係合して互いに突っ張り合っている。これにより、各フォイル12のトップフォイル部12a1,12b1が外径側に張り出し、フォイルホルダ11の内周面11aに沿った形状に湾曲する。   With the three foils 12 assembled to the foil holder 11, both circumferential ends of each foil 12 are held in contact with the foil holder 11. In the example of illustration, the circumferential direction both ends of each foil 12 are distribute | arranged to the back (outer diameter side) of the adjacent foil 12, respectively. Specifically, the insertion portions 12a2 and 12b2 provided at one circumferential end of each foil 12 are inserted into the axial grooves 11c of the inner circumferential surface 11a of the foil holder 11 via the slits 12a6 and 12b6 of the adjacent foils 12, respectively. Inserted. On the other hand, the under foil portions 12a3 and 12b3 provided at the other circumferential end of each foil 12 are disposed between the top foil portions 12a1 and 12b1 of the adjacent foil 12 and the inner circumferential surface 11a of the foil holder 11 The top foil portions 12a1 and 12b1 of the foil 12 are supported from behind (see FIG. 6). Adjacent foils 12 engage with each other in the circumferential direction and are in tension with each other. As a result, the top foil portions 12a1 and 12b1 of the respective foils 12 project to the outer diameter side, and are curved in a shape along the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11.

主軸6が図3の矢印方向に回転すると、フォイル軸受10の各フォイル12のトップフォイル部12a1,12b1の内径面(軸受面)と主軸6の外周面6aとの間のラジアル軸受隙間の空気膜の圧力が高められる。図6に示すように、トップフォイル部12a1,12b1の周方向一端(回転方向先行側の端部)を含む領域は、隣接するフォイルのアンダーフォイル部12a3,12b3に乗り上げているため、軸受面が、回転方向先行側へ向けて主軸6の外周面6aに徐々に接近する。これにより、各フォイル12の軸受面と主軸6の外周面6aとの間に、回転方向先行側へ向けて徐々に狭くなったラジアル軸受隙間が形成され、ラジアル軸受隙間の幅狭側に空気が押し込まれる。これにより、ラジアル軸受隙間の空気膜の圧力が高められ、この圧力により主軸6がラジアル方向に非接触支持される。   When the main shaft 6 rotates in the direction of the arrow in FIG. 3, the air film in the radial bearing gap between the inner diameter surface (bearing surface) of the top foil portions 12a1 and 12b1 of each foil 12 of the foil bearing 10 and the outer peripheral surface 6a of the main shaft 6 Pressure is increased. As shown in FIG. 6, the area including the circumferential direction one end (end on the leading side in the rotational direction) of the top foil portions 12a1 and 12b1 runs on the underfoil portions 12a3 and 12b3 of the adjacent foils, so the bearing surface is And gradually approach the outer peripheral surface 6 a of the main shaft 6 toward the leading side in the rotational direction. Thus, a radial bearing gap gradually narrowed toward the leading side in the rotational direction is formed between the bearing surface of each foil 12 and the outer peripheral surface 6a of the main shaft 6, and air flows on the narrow side of the radial bearing gap. Pushed in. As a result, the pressure of the air film in the radial bearing gap is increased, and the main shaft 6 is supported in a non-contact manner in the radial direction by this pressure.

このとき、フォイル12が有する可撓性により、各フォイル12の軸受面が、荷重や主軸6の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、ラジアル軸受隙間は運転条件に応じた適切幅に自動調整される。そのため、高温・高速回転といった過酷な条件下でも、ラジアル軸受隙間を最適幅に管理することができ、主軸6を安定して支持することが可能となる。尚、主軸6が回転している時は、主軸6の回転に伴って流動する流体(空気)との摩擦により、各フォイル12が回転方向先行側に押し込まれ、フォイルホルダ11の軸方向溝11cの角部11c1に突き当たっている。   At this time, due to the flexibility of the foil 12, the bearing surface of each foil 12 is arbitrarily deformed according to the operating conditions such as the load, the rotational speed of the main shaft 6, the ambient temperature, etc. Automatically adjusted to the appropriate width according to. Therefore, even under severe conditions such as high temperature and high speed rotation, the radial bearing gap can be managed to the optimum width, and the main shaft 6 can be supported stably. When the main shaft 6 is rotating, each foil 12 is pushed forward in the rotational direction by friction with fluid (air) flowing as the main shaft 6 rotates, and the axial groove 11 c of the foil holder 11 Butt against corner 11c1 of

本実施形態では、図4に示すように、アンダーフォイル部12a3,12b3に切り欠き部12a4,12b4を設けることで、これに乗り上げるトップフォイル部12a1,12b1に、切り欠き部12a4,12b4に沿った段差が形成される。これにより、トップフォイル部12a1,12b1に沿って流れる流体が、上記の段差に沿って流れて軸方向中央側に集められるため、圧力向上効果が高められる(図5の矢印参照)。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the under foil portions 12a3 and 12b3 are provided with the notch portions 12a4 and 12b4, respectively, and the top foil portions 12a1 and 12b1 that ride on the under foil portions 12a4 and 12b4 are provided A step is formed. As a result, the fluid flowing along the top foil portions 12a1 and 12b1 flows along the steps and is collected at the axial center side, thereby enhancing the pressure improvement effect (see the arrow in FIG. 5).

このとき、トップフォイル部12a1,12b1の周方向一端部のうち、差込部12a2,12b2の近傍に、微小な切り込み12a5,12b5を設けることで、この部分の剛性が低下する。これにより、トップフォイル部12a1,12b1を、その背後に配されたアンダーフォイル部12a3,12b3の切り欠き部12a4,12b4に沿って変形させやすくなる。   At this time, by providing minute notches 12a5 and 12b5 in the vicinity of the insertion portions 12a2 and 12b2 in one circumferential end of the top foil portions 12a1 and 12b1, the rigidity of this portion is reduced. As a result, the top foil portions 12a1 and 12b1 can be easily deformed along the notch portions 12a4 and 12b4 of the under foil portions 12a3 and 12b3 disposed behind the top foil portions 12a1 and 12b1.

また、各フォイル12は、フォイルホルダ11に完全に固定されておらず、フォイルホルダ11に対して移動可能とされる。従って、主軸6の回転中は、ラジアル軸受隙間に形成された空気膜の影響でフォイル12がフォイルホルダ11に押し付けられ、これに伴って各フォイル12とフォイルホルダ11、特に、各フォイル12のトップフォイル部12a1,12b1及びアンダーフォイル部12a3,12b3の外径面とフォイルホルダ11の内周面11aとの間に微小摺動が生じる。この微小摺動による摩擦エネルギーにより、主軸6の振動を減衰させることができる。   Also, each foil 12 is not completely fixed to the foil holder 11, and can be moved relative to the foil holder 11. Therefore, while the main shaft 6 is rotating, the foil 12 is pressed against the foil holder 11 by the influence of the air film formed in the radial bearing gap, and accordingly, each foil 12 and the foil holder 11, in particular, the top of each foil 12 Minute sliding occurs between the outer diameter surfaces of the foil portions 12a1 and 12b1 and the under foil portions 12a3 and 12b3 and the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11. The vibration energy of the main shaft 6 can be damped by the frictional energy due to the minute sliding.

本実施形態では、図4に示すように、各フォイル12の第1領域12aと第2領域12bとの境界にスリット12cを設け、両領域12a,12bを分断していることで、フォイル12の剛性が低下する。これにより、フォイル12の変形の自由度が高められ、フォイル12が変形しやすくなり、主軸6の振動を減衰する効果が高められる。特に、図示例では、フォイルホルダ11の内周面11aと面接触したトップフォイル部12a1,12b1及びアンダーフォイル部12a3,12b3の間に、周方向全域にわたってスリット12cを形成しているため、振動減衰効果がさらに高められる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, slits 12 c are provided at the boundary between the first region 12 a and the second region 12 b of each foil 12 to divide the two regions 12 a and 12 b. Stiffness decreases. Thereby, the freedom of deformation of the foil 12 is enhanced, the foil 12 is easily deformed, and the effect of damping the vibration of the main shaft 6 is enhanced. In particular, in the illustrated example, since the slits 12c are formed over the entire circumferential direction between the top foil portions 12a1 and 12b1 and the under foil portions 12a3 and 12b3 in surface contact with the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11, vibration damping The effect is further enhanced.

また、上記のフォイル軸受10では、各フォイルの第1領域12aと第2領域12bとの境界のうち、スリット12c以外の領域(図示例では、差込部12a2,12b2同士)が連結されている。これにより、例えば主軸6にコニカルモードの振動が生じて第1領域12aのみに負荷が発生した場合でも、連結部を介して第2領域12bにも負荷が伝えられるため、第1領域12aだけでなく第2領域12bも変形させてフォイルホルダ11と摺動させることができ、振動減衰効果がさらに高められる。   Moreover, in said foil bearing 10, area | regions (in the example of illustration, insertion part 12a2, 12b2) are connected among the boundaries of the 1st area | region 12a of each foil, and the 2nd area | region 12b. . Thus, even if, for example, vibration in the conical mode occurs in the main shaft 6 and a load is generated only in the first area 12a, the load is also transmitted to the second area 12b via the coupling portion, so only in the first area 12a Alternatively, the second region 12b can be deformed to slide on the foil holder 11, thereby further enhancing the vibration damping effect.

尚、主軸6の停止直前や起動直後の低速回転時には、各フォイル12の軸受面と主軸6の外周面とが接触摺動するため、これらの何れか一方または双方に、DLC膜、チタンアルミナイトライド膜、二硫化タングステン膜、あるいは二硫化モリブデン膜等の低摩擦化被膜を形成してもよい。また、フォイル12とフォイルホルダ11との間の微小摺動による摩擦力を調整するために、これらの何れか一方または双方に、上記のような低摩擦化被膜を形成してもよい。   At the time of low speed rotation immediately before the main shaft 6 stops or immediately after start-up, the bearing surface of each foil 12 and the outer peripheral surface of the main shaft 6 contact and slide, DLC film, titanium aluminum nitride on one or both of them A low friction film such as a ride film, a tungsten disulfide film, or a molybdenum disulfide film may be formed. Also, in order to adjust the frictional force due to micro-sliding between the foil 12 and the foil holder 11, one or both of these may be provided with the above-described low-friction coating.

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、図7に示す実施形態は、切り欠き部12a4,12b4を省略した点で上記の実施形態と異なる。この場合、アンダーフォイル部12a3,12b3の周方向他端は、軸方向に延びる直線状とされる。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the embodiment shown in FIG. 7 differs from the above embodiment in that the notches 12a4 and 12b4 are omitted. In this case, the other circumferential ends of the under foil portions 12 a 3 and 12 b 3 are in the form of a straight line extending in the axial direction.

また、上記の実施形態では、第1領域12aと第2領域12bとを、軸方向幅を有するスリット12cで分断した場合を示したが、これに限らず、例えば、両領域12a,12bを、軸方向幅を有さない切り込みで分断してもよい。   In the above embodiment, the first area 12a and the second area 12b are divided by the slits 12c having an axial width. However, the present invention is not limited to this. For example, both areas 12a and 12b can be You may divide by the cut which does not have axial width.

また、以上の実施形態では、フォイルホルダ11の内周面11aに形成された溝11cの開口部の周方向幅が比較的大きい場合を示したが、これに限らず、例えば、フォイルホルダの内周面に、開口部の周方向幅が小さいスリット状の溝を形成し、この溝にフォイルの端部を差し込んでもよい。   Moreover, although the case where the circumferential direction width of the opening part of the groove | channel 11c formed in the internal peripheral surface 11a of the foil holder 11 was comparatively large was shown in the above embodiment, it does not restrict to this, For example, the inside of a foil holder A slit-like groove having a small circumferential width of the opening may be formed on the circumferential surface, and the end of the foil may be inserted into this groove.

本発明にかかるフォイル軸受の適用対象は、上述したガスタービンに限られず、例えばターボチャージャ(過給機)のロータを支持する軸受としても使用することができる。また、本発明にかかるフォイル軸受は、ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械に限らず、油の使用が制限される車両用軸受や産業機器用軸受として広く使用することが可能である。   The application object of the foil bearing according to the present invention is not limited to the above-described gas turbine, and can also be used, for example, as a bearing that supports a rotor of a turbocharger (supercharger). In addition, the foil bearing according to the present invention can be widely used not only for gas turbines and turbomachines such as turbochargers, but also for bearings for vehicles and industrial equipment for which use of oil is limited.

また、以上に説明した各フォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受であるが、これに限らず、圧力発生流体としてその他のガスを使用することもでき、あるいは水や油などの液体を使用することもできる。   In addition, each foil bearing described above is an air dynamic bearing using air as a pressure generating fluid, but the invention is not limited to this, it is possible to use other gas as a pressure generating fluid, or water or oil Liquids such as can also be used.

10 フォイル軸受
11 フォイルホルダ
11c 軸方向溝(凹部)
12 フォイル
12a 第1領域
12b 第2領域
12a1,12b1 トップフォイル部
12a2,12b2 差込部
12a3,12b3 アンダーフォイル部
12a4,12b4 切り欠き部
12a5,12b5 切り込み
12a6,12b6 スリット
12c スリット
10 foil bearing 11 foil holder 11 c axial groove (recess)
12 foil 12a first region 12b second region 12a1, 12b1 top foil portion 12a2, 12b2 insertion portion 12a3, 12b3 under foil portion 12a4, 12b4 notch portion 12a5, 12b5 notch 12a6, 12b6 slit 12c slit

Claims (3)

フォイルホルダと、軸受面を有し、前記フォイルホルダの内周面に取り付けられた複数のフォイルとを備え、各フォイルの周方向両端が、前記フォイルホルダに接触した状態で保持されたフォイル軸受であって、
各フォイルに、軸方向に隣接した第1領域及び第2領域を設け、両領域の境界の一部を分断することにより前記軸受面を分断すると共に、両領域の境界の他の部分を連結し
各フォイルの前記第1領域及び前記第2領域が、それぞれ、前記軸受面を有するトップフォイル部と、前記トップフォイル部の周方向一端側に設けられ、フォイルホルダの内周面に設けられた凹部に差し込まれる差込部と、前記トップフォイル部の周方向他端側に連続して設けられ、隣接するフォイルと前記フォイルホルダの内周面との間に配されるアンダーフォイル部とを有し、
各フォイルの前記第1領域及び前記第2領域の前記差込部同士を連結すると共に、前記トップフォイル部同士及び前記アンダーフォイル部同士を周方向全域にわたって分断したフォイル軸受。
A foil bearing comprising: a foil holder; and a plurality of foils having a bearing surface and attached to an inner circumferential surface of the foil holder, wherein both circumferential ends of each foil are held in contact with the foil holder There,
Each foil is provided with a first area and a second area axially adjacent to each other, and the bearing surface is divided by dividing a part of the boundary of both areas, and the other part of the boundary of both areas is connected ,
The first region and the second region of each foil are respectively provided at the top foil portion having the bearing surface and at one circumferential end side of the top foil portion, and are provided at the inner circumferential surface of the foil holder And an under-foil portion provided continuously on the other end side in the circumferential direction of the top foil portion and disposed between an adjacent foil and an inner peripheral surface of the foil holder. ,
A foil bearing connecting the insertion portions of the first area and the second area of the respective foils, and dividing the top foil portions and the under foil portions over the entire circumferential direction .
前記第1領域及び前記第2領域に設けられた前記アンダーフォイル部の周方向他端に、それぞれ周方向一方側へ向けて軸方向幅を徐々に狭めた切り欠き部を設けた請求項に記載のフォイル軸受。 In the circumferential direction end of the under foil portion provided in the first region and the second region, to claim 1 having a gradually narrowed notched portion in the axial direction width toward the respective one circumferential direction Foil bearing as described. 軸受面を有し、周方向両端をフォイルホルダの内周面に接触した状態で取り付けられるフォイルであって、
軸方向に隣接した第1領域及び第2領域を設け、両領域の境界の一部を分断することにより前記軸受面を分断すると共に、両領域の境界の他の部分を連結し
前記第1領域及び前記第2領域が、それぞれ、前記軸受面を有するトップフォイル部と、前記トップフォイル部の周方向一端側に設けられ、フォイルホルダの内周面に設けられた凹部に差し込まれる差込部と、前記トップフォイル部の周方向他端側に連続して設けられ、隣接するフォイルと前記フォイルホルダの内周面との間に配されるアンダーフォイル部とを有し、
前記第1領域及び前記第2領域の前記差込部同士を連結すると共に、前記トップフォイル部同士及び前記アンダーフォイル部同士を周方向全域にわたって分断したフォイル。
A foil which has a bearing surface and is attached with both circumferential ends in contact with the inner circumferential surface of the foil holder,
An axially adjacent first area and a second area are provided, and the bearing surface is divided by dividing a part of the boundary of both areas, and the other part of the boundary of both areas is connected ,
The first region and the second region are respectively provided on the top foil portion having the bearing surface and one end side in the circumferential direction of the top foil portion, and are inserted into the recess provided on the inner circumferential surface of the foil holder The plug-in portion and the under foil portion provided continuously on the other end side in the circumferential direction of the top foil portion and disposed between the adjacent foil and the inner circumferential surface of the foil holder,
A foil in which the insertion portions of the first region and the second region are connected to each other, and the top foil portions and the under foil portions are divided over the entire circumferential direction .
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