JP2000120687A - Static pressure bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は回転機械の静圧軸受
装置に係り、特に回転軸の外周に配置された軸受から供
給される流体の静圧力により、該回転軸を支持する静圧
軸受装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrostatic bearing device for a rotary machine, and more particularly to a hydrostatic bearing device for supporting the rotary shaft by a static pressure of a fluid supplied from a bearing disposed on the outer periphery of the rotary shaft. About.
【0002】[0002]
【従来の技術】静圧軸受装置は、流体を軸受部材に設け
た複数のポケットから回転軸側に導き、基本的にその静
圧力を利用して回転軸を支持する非接触の形式の軸受で
ある。このため、摩擦が小さく、高速回転する回転軸の
支持に好適であり、又、軸受の摩耗等の問題も生じな
い。係る静圧軸受装置を、ポンプ等のターボ機械の回転
軸の支持に用いる場合には、ポンプの吐出側から取扱液
の一部を軸受に供給することにより、回転軸を自液によ
り非接触支持することができる。2. Description of the Related Art A hydrostatic bearing device is a non-contact type bearing in which a fluid is guided to a rotating shaft side from a plurality of pockets provided in a bearing member and the rotating shaft is basically supported by utilizing the static pressure. is there. For this reason, the friction is small, and it is suitable for supporting a rotating shaft that rotates at high speed, and there is no problem such as wear of the bearing. When such a hydrostatic bearing device is used to support a rotating shaft of a turbo machine such as a pump, a part of the liquid to be handled is supplied to the bearing from the discharge side of the pump, so that the rotating shaft is non-contact supported by its own liquid. can do.
【0003】このような静圧軸受の特性は、設計、加
工、組立時等に決まる軸受径、軸受幅、ポケット形状、
絞り形状等の軸受形状と、軸受の取付位置等により決ま
ってくる。又、運転時の潤滑流体の供給圧力、排出圧力
等によっても静圧軸受の動作特性が変化する。[0003] The characteristics of such a hydrostatic bearing include a bearing diameter, a bearing width, a pocket shape, determined at the time of design, processing, assembly, and the like.
It is determined by the shape of the bearing, such as the aperture shape, and the mounting position of the bearing. The operating characteristics of the hydrostatic bearing also change depending on the supply pressure and discharge pressure of the lubricating fluid during operation.
【0004】しかしながら、静圧軸受装置により回転軸
が支持されたターボ機械等においては、実際に現場に据
え付けて運転を始めると、設計時に考慮しなかった予想
外の外力が加わることがあり、軸振動が許容値を超える
ような事態が発生する場合もある。このような場合に
は、静圧軸受装置の再度の設計、加工、組立調整等の対
応が必要となり、余計な時間及びコストが必要となる。However, in a turbomachine or the like in which a rotating shaft is supported by a hydrostatic bearing device, when the machine is actually installed on the site and started to operate, unexpected external forces not taken into consideration at the time of design may be applied. A situation where the vibration exceeds the allowable value may occur. In such a case, it is necessary to re-design, process, adjust the assembly, etc. of the hydrostatic bearing device, which requires extra time and cost.
【0005】又、従来の静圧軸受装置においては、軸受
性能を決定する諸パラメータが固定されているため、回
転軸に振動等が生じてもこれに減衰力を付与することが
出来なかった。Further, in the conventional hydrostatic bearing device, since various parameters for determining the bearing performance are fixed, even if vibration or the like is generated on the rotating shaft, it is not possible to apply a damping force thereto.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、軸受の再加工、再組立を行う
ことなく予想に反した外力や、性能不足にも対応が可能
な静圧軸受装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and can cope with unexpected external forces and lack of performance without reworking and reassembling the bearing. An object of the present invention is to provide a hydrostatic bearing device.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、軸受に設けた複数のポケットから供給される流体の
圧力により回転軸を支持する静圧軸受装置において、前
記静圧軸受の特性を変化させる機構と、前記機構を動作
させる制御装置とを備えたことを特徴とする静圧軸受装
置である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a hydrostatic bearing device for supporting a rotating shaft by the pressure of fluid supplied from a plurality of pockets provided in a bearing. And a control device for operating the mechanism.
【0008】これにより、アクチュエータを作動させ、
静圧軸受の特性を変化させることにより、回転軸の振動
を抑制できる状態にすることが出来る。これにより軸受
の再加工、再組立を行うことなく、予想に反した外力や
性能不足にも対応することが出来、静圧軸受の経済性及
び作業効率の向上を図ることが出来る。Thus, the actuator is operated,
By changing the characteristics of the hydrostatic bearing, it is possible to reduce the vibration of the rotating shaft. Accordingly, it is possible to cope with unexpected external force and lack of performance without reworking and reassembling the bearing, thereby improving the economics and working efficiency of the hydrostatic bearing.
【0009】請求項2に記載の発明は、前記機構は、前
記軸受の取付位置をアクチュエータで変化させることに
より、前記静圧軸受の特性を変化させるものであること
を特徴とする請求項1に記載の静圧軸受装置である。こ
れにより、軸受の取付位置をアクチュエータに供給する
制御信号によって変化させることが出来、回転軸の軸受
に対する相対位置(偏心位置)を変化させることができ
る。回転軸の軸受に対する相対位置の変化により、軸受
反力、軸受剛性、減衰係数等の諸パラメータが変化する
ので、最適な軸受特性を得ることが可能である。The invention according to claim 2 is characterized in that the mechanism changes the characteristics of the hydrostatic bearing by changing the mounting position of the bearing with an actuator. It is a hydrostatic bearing device of the description. Thus, the mounting position of the bearing can be changed by the control signal supplied to the actuator, and the relative position (eccentric position) of the rotating shaft to the bearing can be changed. Various parameters such as a bearing reaction force, a bearing stiffness, and a damping coefficient change due to a change in the relative position of the rotating shaft with respect to the bearing, so that optimum bearing characteristics can be obtained.
【0010】請求項3に記載の発明は、前記機構は、前
記軸受の絞り径をアクチュエータで変化させることによ
り、前記静圧軸受の特性を変化させるものであることを
特徴とする請求項1に記載の静圧軸受装置である。これ
により、回転軸に作用する軸受反力、軸受剛性又は減衰
力を変化させることができる。請求項4に記載の発明
は、前記機構は、軸受の潤滑材である流体の供給元圧力
を変化させることにより、前記静圧軸受の特性を変化さ
せるものであることを特徴とする請求項1に記載の静圧
軸受装置である。According to a third aspect of the present invention, the mechanism changes the characteristic of the hydrostatic bearing by changing an aperture diameter of the bearing by an actuator. It is a hydrostatic bearing device of the description. Thereby, the bearing reaction force, the bearing rigidity, or the damping force acting on the rotating shaft can be changed. The invention according to claim 4 is characterized in that the mechanism changes a characteristic of the hydrostatic bearing by changing a supply source pressure of a fluid as a lubricant of the bearing. A hydrostatic bearing device according to (1).
【0011】これにより、軸振動に対応して流体の供給
元圧力を変化させることが出来る。従って、例えば軸振
動の生じない定常状態での運転時には流体圧力を低減す
ることも可能であり、これにより流体の漏れ量を低減
し、静圧軸受の効率を良好に保つことができる。[0011] Thus, the supply pressure of the fluid can be changed corresponding to the shaft vibration. Therefore, for example, during operation in a steady state in which shaft vibration does not occur, it is possible to reduce the fluid pressure, thereby reducing the amount of fluid leakage and maintaining good efficiency of the hydrostatic bearing.
【0012】請求項5に記載の発明は、前記静圧軸受装
置は、軸方向に沿って異なる位置に少なくとも3組以上
を配置することで、各組の軸受装置においてそれぞれ異
なる半径方向の力を付与することを可能としたことを特
徴とする請求項1に記載の静圧軸受装置である。According to a fifth aspect of the present invention, in the hydrostatic bearing device, at least three or more sets are arranged at different positions along the axial direction, so that different radial forces are applied to the bearing devices of each set. The hydrostatic bearing device according to claim 1, wherein the hydrostatic bearing device can be provided.
【0013】これにより、軸方向に沿って異なる位置に
配置された少なくとも3組の静圧軸受装置のそれぞれ
に、異なる半径方向のバイアス静圧力を付与して、且つ
バイアス静圧力のベクトル和をゼロとすることができ
る。各組の静圧軸受装置には、それぞれバイアス静圧力
が付与されるので、全体としての軸受剛性を高めること
ができる。又、各組のバイアス静圧力のベクトル和をゼ
ロとすることで、全体としての回転軸に作用する静圧力
がバランスして、回転軸位置の移動は伴わない。従っ
て、回転軸位置の移動を伴うことなく、全体としての軸
受剛性を高めることができ、これにより絞り開度の調
整、或いは軸受取付位置の変位に対応して、良好な制御
感度を与えることができる。[0013] Thus, different radial bias static pressures are applied to each of at least three sets of hydrostatic bearing devices arranged at different positions along the axial direction, and the vector sum of the bias static pressures is reduced to zero. It can be. A bias static pressure is applied to each set of hydrostatic bearing devices, so that the overall bearing rigidity can be increased. Further, by setting the vector sum of the bias static pressures of each set to zero, the static pressures acting on the rotating shaft as a whole are balanced, and the movement of the rotating shaft position is not accompanied. Therefore, it is possible to increase the bearing rigidity as a whole without involving the movement of the position of the rotary shaft, thereby providing good control sensitivity in accordance with the adjustment of the throttle opening or the displacement of the bearing mounting position. it can.
【0014】請求項6に記載の発明は、前記静圧軸受装
置は、前記回転軸の振動の検出手段と、該検出結果に基
づいて前記軸受の特性を変化させる機構とを更に備えた
ものであることを特徴とする請求項1に記載の静圧軸受
装置である。従って、制御装置を適当に設計することに
より、軸振動に対して減衰力を付与して、軸振動を能動
的に減衰させることが可能となる。これにより、回転軸
に何らかの原因で軸振動が生じても、これを速やかに自
動的に低減することが可能となり、軸受性能を格段に向
上させることができる。According to a sixth aspect of the present invention, the hydrostatic bearing device further comprises means for detecting the vibration of the rotating shaft, and a mechanism for changing the characteristics of the bearing based on the detection result. The hydrostatic bearing device according to claim 1, wherein: Therefore, by appropriately designing the control device, it is possible to apply a damping force to the shaft vibration and actively dampen the shaft vibration. Thus, even if the shaft vibration is generated on the rotating shaft for some reason, this can be quickly and automatically reduced, and the bearing performance can be remarkably improved.
【0015】請求項7に記載の発明は、前記請求項1乃
至6のいずれか1項に記載の静圧軸受装置を備えたこと
を特徴とする回転機械である。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a rotary machine including the hydrostatic bearing device according to any one of the first to sixth aspects.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0017】図1は、本発明の実施の形態の静圧軸受装
置の回転軸に沿った断面を示し、図2(a)はそのA−
A線に沿った断面を示し、図2(b)はそのB−B線に
沿った断面を示す。FIG. 1 shows a cross section along a rotation axis of a hydrostatic bearing device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2B shows a cross section along the line BB.
【0018】回転軸11は、静圧軸受装置10により半
径方向に支持されている。静圧軸受装置10は、この実
施の形態の場合には円周方向に等間隔に回転軸を取り囲
むように配置された4個のポケット21を備え、回転軸
11を軸受の略中央部に支持するように流体静圧力分布
が形成されている。ポケット21は、二重円筒状の軸受
部材23の内周面に形成された略矩形状の凹部であり、
この部分を通過する潤滑流体の静圧力により、回転軸1
1を支持するものである。軸受部材23の二重円筒間の
中空部23aは、潤滑流体の貯留部となっており、ここ
で均圧化された潤滑流体は絞り部25を通り、ポケット
21に供給される。中空部23aには、潤滑流体は配管
29の一部である供給孔29aから供給される。尚、1
組の静圧軸受装置においては、図示の例ではポケット2
1は4個であるが、6個又は8個のポケットを配置する
ようにしても勿論よい。The rotating shaft 11 is supported by a hydrostatic bearing device 10 in the radial direction. In the case of this embodiment, the hydrostatic bearing device 10 includes four pockets 21 arranged so as to surround the rotating shaft at equal intervals in the circumferential direction, and supports the rotating shaft 11 at substantially the center of the bearing. A static fluid pressure distribution is formed. The pocket 21 is a substantially rectangular concave portion formed on the inner peripheral surface of the double cylindrical bearing member 23,
Due to the static pressure of the lubricating fluid passing through this part, the rotating shaft 1
1 is supported. The hollow portion 23a between the double cylinders of the bearing member 23 is a reservoir for the lubricating fluid, and the lubricating fluid equalized here is supplied to the pocket 21 through the throttle unit 25. The lubricating fluid is supplied to the hollow portion 23a from a supply hole 29a which is a part of the pipe 29. In addition, 1
In the set of hydrostatic bearing devices, in the illustrated example, the pocket 2
Although 1 is four, six or eight pockets may of course be arranged.
【0019】ケーシング24の内周面にアクチュエータ
22を介して軸受部材23が固着されている。ここでア
クチュエータ22としては、圧電素子が採用され、電気
信号を供給することにより軸受部材23の取付位置を半
径方向に変化させ、これにより回転軸11と軸受部材2
3との間のクリアランスを制御する。絞り部25は、電
気的に変位可能なアクチュエータ26を備え、これに電
気的な信号を入力することにより、絞り度を調整可能と
なっている。潤滑流体は、供給元の供給口16から、元
圧調整バルブ17により供給圧力が制御され、配管2
9、フレキシブル管28を通り、供給孔29aから二重
円筒型の軸受部材23a内で均圧化される。そして、絞
り部25,26を通り各個別のポケット毎に流体圧力が
調整され、ポケット21を通り、回転軸11に流体静圧
を作用させる。ポケット21では、その矩形状凹部で供
給される潤滑流体の圧力が均一となり、回転軸11に均
一な静圧力を供給して、これにより回転軸11を軸受部
材23から非接触で保持する。A bearing member 23 is fixed to the inner peripheral surface of the casing 24 via an actuator 22. Here, a piezoelectric element is employed as the actuator 22, and the mounting position of the bearing member 23 is changed in the radial direction by supplying an electric signal, whereby the rotating shaft 11 and the bearing member 2 are changed.
3 is controlled. The diaphragm unit 25 includes an actuator 26 that can be electrically displaced, and the degree of diaphragm can be adjusted by inputting an electric signal to the actuator 26. The supply pressure of the lubricating fluid is controlled from a supply port 16 of the supply source by a source pressure adjusting valve 17,
9. After passing through the flexible pipe 28, the pressure is equalized from the supply hole 29a in the double cylindrical bearing member 23a. The fluid pressure is adjusted for each individual pocket through the throttle portions 25 and 26, and the fluid pressure is applied to the rotating shaft 11 through the pocket 21. In the pocket 21, the pressure of the lubricating fluid supplied in the rectangular recess becomes uniform, and a uniform static pressure is supplied to the rotating shaft 11, thereby holding the rotating shaft 11 from the bearing member 23 in a non-contact manner.
【0020】従って、一組の静圧軸受装置10において
は、円周上に4カ所それぞれ90°の間隔で軸受部材2
3を配置することにより、回転軸11には4方向から静
圧が加わり、これにより、回転軸11の自重を含めて軸
受の略中心部に回転軸11が位置するように支持する。
回転軸11に印加される静圧力は、絞り25,26及び
レギュレータ17を用いて、個々にその圧力分布が調整
される。Therefore, in one set of the hydrostatic bearing device 10, the bearing members 2 are provided at four locations on the circumference at 90 ° intervals.
By arranging 3, static pressure is applied to the rotating shaft 11 from four directions, thereby supporting the rotating shaft 11 so as to be positioned substantially at the center of the bearing including its own weight.
The distribution of the static pressure applied to the rotating shaft 11 is individually adjusted using the throttles 25 and 26 and the regulator 17.
【0021】図3は、絞り径の違いをパラメータとし
た、偏心率と軸受反力との関係を示す。ここで、ラジア
ル静圧軸受の絞り径を Φ=2.0mm とすると、軸受反力の偏心量による変化は、図3の点線
で示すようになる。しかしながら、ここで絞り径を Φ=0.5mm にした軸受反力の偏心量による変化は、図3の実線で示
すようになる。ここで軸受に加わる静荷重の変化がない
場合として、点線上のA点は、実線上のB点に対応す
る。従って、絞り径を、2.0mmから0.5mmに変
化させることで、回転軸の動作点をA点からB点に移動
することが可能である。FIG. 3 shows the relationship between the eccentricity and the bearing reaction force with the difference in the aperture diameter as a parameter. Here, assuming that the contraction diameter of the radial hydrostatic bearing is Φ = 2.0 mm, the change in the bearing reaction force due to the amount of eccentricity is shown by the dotted line in FIG. However, the change in the bearing reaction force due to the amount of eccentricity when the drawing diameter is Φ = 0.5 mm is shown by the solid line in FIG. Here, assuming that there is no change in the static load applied to the bearing, point A on the dotted line corresponds to point B on the solid line. Therefore, by changing the aperture diameter from 2.0 mm to 0.5 mm, the operating point of the rotating shaft can be moved from the point A to the point B.
【0022】図4は、偏心率に対する軸受剛性の関係を
示す。図中の点線は絞り径を Φ=2.0mm とした場合である。又、図中の実線は Φ=0.5mm とした場合である。Kxx,Kxy等は、x方向の変位に対
するそれぞれx方向及びy方向の剛性を示している。FIG. 4 shows the relationship between the eccentricity and the bearing rigidity. The dotted line in the figure is the case where the aperture diameter is Φ = 2.0 mm. Further, the solid line in the figure is the case where Φ = 0.5 mm. Kxx, Kxy, etc. indicate the stiffness in the x and y directions with respect to the displacement in the x direction, respectively.
【0023】図5は、同様に偏心率に対する減衰係数の
関係を示す。図中の点線は絞り径を Φ=2.0mm とした場合であり、図中の実線は Φ=0.5mm とした場合である。同様に、Cxx,Cxy等は、それぞれ
x方向速度に対するx方向及びy方向の減衰係数を示し
ている。FIG. 5 similarly shows the relationship between the eccentricity and the damping coefficient. The dotted line in the figure shows the case where the aperture diameter is Φ = 2.0 mm, and the solid line in the figure shows the case where Φ = 0.5 mm. Similarly, Cxx, Cxy, etc. indicate the x-direction and y-direction damping coefficients for the x-direction speed, respectively.
【0024】従って、絞り径及び偏心率を変化させるこ
とにより、様々な軸受反力、軸受剛性、減衰係数等の特
性が得られることが判る。又、図3に示すように、回転
軸の軸受に対する相対的な位置である偏心率を変化させ
ることにより、絞り径に対応したバイアス静圧力が回転
軸に印加されることが判る。Accordingly, it is understood that various characteristics such as bearing reaction force, bearing rigidity, and damping coefficient can be obtained by changing the diameter of the throttle and the eccentricity. Also, as shown in FIG. 3, it can be seen that by changing the eccentricity, which is the relative position of the rotary shaft to the bearing, a bias static pressure corresponding to the aperture diameter is applied to the rotary shaft.
【0025】従って、静圧軸受装置11において、それ
ぞれA点又はB点となるように絞り径等のパラメータを
設定することで、図4及び図5においてそれぞれ、C点
及びD点における剛性又は減衰係数を利用することがで
きる。Therefore, in the hydrostatic bearing device 11, by setting the parameters such as the aperture diameter so as to be at the point A or the point B, respectively, the rigidity or the damping at the point C and the point D in FIGS. Coefficients can be used.
【0026】この実施の形態の静圧軸受装置において
は、図1に示すように回転軸11の振動を検出する変位
センサ31が軸の近傍に配置され、これにより回転軸1
1の変位信号を出力する。そして変位センサ31の出力
は振動計32に入力され、変位信号、及びこれを微分し
た速度信号、及びこれを更に微分した加速度信号等が形
成され、制御装置33に入力される。制御装置33で
は、回転軸11の振動信号に基づいて、この振動を抑制
するための制御力を発生する信号電流を、アクチュエー
タ22に供給する。アクチュエータ22は、上述したよ
うに例えば圧電素子であり、これに供給される電気信号
に応じて、軸受部材23の半径方向の位置を変位させ
る。これにより、回転軸11に印加される半径方向の静
圧力を変化させることが出来、制御装置33の適切な設
計により回転軸11の振動に対して減衰力を付与するこ
とも可能である。In the hydrostatic bearing device according to this embodiment, as shown in FIG. 1, a displacement sensor 31 for detecting the vibration of the rotating shaft 11 is arranged near the shaft, whereby the rotating shaft 1
1 is output. The output of the displacement sensor 31 is input to the vibrometer 32, where a displacement signal, a speed signal obtained by differentiating the displacement signal, an acceleration signal obtained by further differentiating the speed signal, and the like are formed and input to the control device 33. The control device 33 supplies a signal current for generating a control force for suppressing the vibration to the actuator 22 based on the vibration signal of the rotating shaft 11. The actuator 22 is, for example, a piezoelectric element as described above, and displaces the position of the bearing member 23 in the radial direction according to an electric signal supplied thereto. Thus, the radial static pressure applied to the rotating shaft 11 can be changed, and a damping force can be applied to the vibration of the rotating shaft 11 by an appropriate design of the control device 33.
【0027】このように軸受部材23の取付位置が変化
するため、フレキシブル配管28が設けられ、又、配管
部とケーシング21に対して軸封するシール27が設け
られている。同様に、絞り部25,26も圧電素子等の
アクチュエータを備え、制御装置33からの信号によっ
て絞り度の調整が可能である。従って、変位センサの信
号に応答して絞り度を制御することにより、回転軸11
に印加される静圧力を変化させることができる。これに
よって回転軸11の振動に対して減衰力を付与すること
ができ、又、回転軸11を所定の目標位置に保持するこ
とも可能である。As described above, since the mounting position of the bearing member 23 changes, a flexible pipe 28 is provided, and a seal 27 for sealing the pipe and the casing 21 is provided. Similarly, the diaphragm units 25 and 26 also include an actuator such as a piezoelectric element, and the degree of diaphragm can be adjusted by a signal from the control device 33. Therefore, by controlling the aperture in response to the signal of the displacement sensor, the rotation axis 11
Can be changed. As a result, it is possible to apply a damping force to the vibration of the rotating shaft 11, and it is also possible to hold the rotating shaft 11 at a predetermined target position.
【0028】このようにこれらの制御特性を制御装置3
3に記憶しておき、振動計32で検出された、回転軸の
変位、速度、加速度等に応じてアクチュエータ又は可変
絞り径を制御するにより、回転軸に生じた振動を減衰さ
せるように能動的に制御することが可能となる。As described above, these control characteristics are controlled by the control device 3
3, the actuator or the variable throttle diameter is controlled in accordance with the displacement, speed, acceleration, and the like of the rotating shaft detected by the vibrometer 32, so that the vibration generated on the rotating shaft is attenuated. Can be controlled.
【0029】又、上述の特性例は偏心率及び絞り径と軸
受反力等のパラメータとの関連について述べたが、潤滑
流体供給口29aの元圧との関係についても同様な特性
曲線が存在し、これを利用して潤滑流体の供給圧力を制
御するようにしても良い。即ち、潤滑流体供給口29a
にコントロールバルブを挿入し、制御装置33の出力に
応答してコントロールバルブの開度を調整するようにす
る。これにより振動計32で検出された回転軸の振動に
応答して、コントロールバルブをフィードバック制御す
ることにより、回転軸の振動を低減することも可能とな
る。In the above-described characteristic examples, the relationship between the eccentricity and the throttle diameter and the parameters such as the reaction force of the bearing has been described. However, a similar characteristic curve exists for the relationship between the lubricating fluid supply port 29a and the original pressure. By using this, the supply pressure of the lubricating fluid may be controlled. That is, the lubricating fluid supply port 29a
The control valve is inserted into the control valve 33, and the opening of the control valve is adjusted in response to the output of the control device 33. Thus, the feedback control of the control valve in response to the vibration of the rotating shaft detected by the vibration meter 32 makes it possible to reduce the vibration of the rotating shaft.
【0030】又、潤滑流体の供給口における元圧が高い
と、静圧軸受装置の潤滑流体の漏れ量が増大し、軸受の
効率が低下する。従って、回転軸に振動が生じていない
場合には、潤滑流体の供給元圧をなるべく低減し、これ
により軸受の漏れ量を低減することで、静圧軸受の効率
を高めることもできる。又、このような静圧軸受におい
ては、回転軸11の回転に伴い回転軸11が偏心する
と、これに対して復元するような動的な力が生じ、この
動圧力によっても回転軸11は軸受部材23に対して非
接触で保持される。If the source pressure at the lubricating fluid supply port is high, the amount of leakage of the lubricating fluid of the hydrostatic bearing device increases, and the efficiency of the bearing decreases. Therefore, when vibration does not occur in the rotating shaft, the supply pressure of the lubricating fluid is reduced as much as possible, thereby reducing the amount of leakage of the bearing, thereby increasing the efficiency of the hydrostatic bearing. Further, in such a hydrostatic bearing, when the rotating shaft 11 is eccentric with the rotation of the rotating shaft 11, a dynamic force is generated which restores the eccentricity. It is held in non-contact with the member 23.
【0031】図6及び図7は、回転軸を支持する複数の
ポケットからなる軸受装置を、軸方向に沿って異なる位
置に3組以上配置した例を示す。各組の軸受装置におい
ては、それぞれが異なる半径方向に力を付与することを
可能としたものである。FIGS. 6 and 7 show examples in which three or more sets of bearing devices each comprising a plurality of pockets for supporting a rotating shaft are arranged at different positions along the axial direction. In each set of bearing devices, it is possible to apply a force in a different radial direction.
【0032】図6に示す各静圧軸受装置12,13,1
4においては、それぞれ円周方向に配置された各軸受部
材23の絞り25の開度は、一様ではなく、各単位とな
る静圧軸受装置12,13,14には、それぞれ異なる
半径方向のバイアス静圧力が回転軸11に付与され、そ
のベクトル和がゼロとなるように調整されている。Each of the hydrostatic bearing devices 12, 13, 1 shown in FIG.
4, the degree of opening of the throttle 25 of each bearing member 23 arranged in the circumferential direction is not uniform, and different hydrostatic bearing devices 12, 13 and 14 are provided in different units in radial directions. A bias static pressure is applied to the rotating shaft 11, and the adjustment is performed so that the vector sum thereof becomes zero.
【0033】図7は、他の形態の静圧軸受装置を示す。
この実施の形態においては、基本的な構成は図6に示す
実施の形態と同様である。相違する点は、制御装置の制
御対象が絞り25の開度であり、この絞りは圧電素子を
アクチュエータとして用いた可変絞り機構となってい
る。このような圧電素子による可変機構を設けた絞りに
より、高速の応答性が得られ、且つ小型にして安定な動
作が期待される。又、第2の相違点は単位となる静圧軸
受装置12,13,14を回転軸の軸方向に沿って隣接
して集中的に配置している。これにより、軸受剛性の高
い、全体としてコンパクトな構造の静圧軸受装置を構成
することができる。FIG. 7 shows another type of hydrostatic bearing device.
In this embodiment, the basic configuration is the same as the embodiment shown in FIG. The difference is that the control target of the control device is the opening degree of the aperture 25, which is a variable aperture mechanism using a piezoelectric element as an actuator. With the diaphragm provided with such a variable mechanism using the piezoelectric element, a high-speed response is obtained, and a small and stable operation is expected. The second difference is that the hydrostatic bearing devices 12, 13, and 14 as a unit are arranged adjacently and intensively along the axial direction of the rotating shaft. This makes it possible to configure a hydrostatic bearing device having a high bearing rigidity and a compact structure as a whole.
【0034】図8(a)(b)(c)は、それぞれ回転
軸の触れ回りについてのシミュレーション結果を示す。
上述した静圧軸受における軸受流体力の基本式は、[数
1]、[数2]、[数3]、の各式で表される。ここで
[数1]の基本式は回転方向流れを示し、[数2]の基
本式は軸方向流れを示し、[数3]の基本式は流量の連
続性を示す。FIGS. 8 (a), 8 (b) and 8 (c) show the results of simulations about the rotation of the rotating shaft.
The basic formula of the bearing fluid force in the above-described hydrostatic bearing is represented by each of [Equation 1], [Equation 2], and [Equation 3]. Here, the basic expression of [Expression 1] indicates the flow in the rotational direction, the basic expression of [Expression 2] indicates the axial flow, and the basic expression of [Expression 3] indicates the continuity of the flow rate.
【0035】[0035]
【数1】 (Equation 1)
【数2】 (Equation 2)
【数3】 (Equation 3)
【数4】 (Equation 4)
【数5】 (Equation 5)
【数6】 (Equation 6)
【数7】 (Equation 7)
【0036】ここで、各符号は図9及び図10に示すよ
うに、 θ:周方向変位 z:軸方向変位 e:偏心量 P:圧力 Ps:流体の供給圧 μ:流体の粘性係数 r:軸半径 c:軸受の半径クリアランス(軸が軸受中央に位置する
時の軸と軸受間の隙間) L:軸受幅 ω:回転角速度 ε:偏心率(e/c) Q:静圧軸受の供給流量 である。Here, as shown in FIGS. 9 and 10, the symbols are as follows: θ: circumferential displacement z: axial displacement e: eccentricity P: pressure P s : supply pressure of fluid μ: viscosity coefficient r of fluid : Shaft radius c: Bearing radius clearance (gap between shaft and bearing when the shaft is located at the center of the bearing) L: Bearing width ω: Rotational angular velocity ε: Eccentricity (e / c) Q: Supply of hydrostatic bearing Flow rate.
【0037】この軸受流体力の基本式を差分法により計
算すると、図3のA点における回転軸の触れ回り状態
は、図8(a)に示すようになる。この場合は、絞り
2.0mmφ、5000rpm、偏心率30%としてい
る。尚、この時の軸受剛性は、 Kxx=6.59×107(N/m) Kxy=1.51×107(N/m) Kyx=−2.46×107(N/m) Kyy=5.09×107(N/m) また、減衰係数は、 Cxx=9.53×104(N・s/m) Cxy=4.39×103(N・s/m) Cyx=4.33×103(N・s/m) Cyy=8.03×104(N・s/m) この時の回転軸の荷重は120kgである。When the basic formula of the bearing fluid force is calculated by the difference method, the rotating state of the rotating shaft at the point A in FIG. 3 is as shown in FIG. 8A. In this case, the aperture is 2.0 mmφ, 5000 rpm, and the eccentricity is 30%. The bearing rigidity at this time is as follows: Kxx = 6.59 × 10 7 (N / m) Kxy = 1.51 × 10 7 (N / m) Kyx = −2.46 × 10 7 (N / m) Kyy = 5.09 × 10 7 (N / m) Further, the attenuation coefficient is Cxx = 9.53 × 10 4 (Ns / m) Cxy = 4.39 × 10 3 (Ns / m) Cyx = 4.33 × 10 3 (N · s / m) Cyy = 8.03 × 10 4 (N · s / m) At this time, the load on the rotating shaft is 120 kg.
【0038】図8(b)は、図3におけるB点に近い状
態を示す。即ち、絞り0.5mmφ、5000rpm、
偏心率90%とした場合である。この場合には、X方向
の触れ回りが解消し、Y方向の振れ回りのみが存在して
いることが解る。尚、この時の剛性は、 Kxx=1.77×108(N/m) Kxy=1.07×108(N/m) Kyx=−3.61×107(N/m) Kyy=6.65×106(N/m) 又、この時の減衰係数は、 Cxx=5.82×105(N・s/m) Cxy=−6.55×104(N・s/m) Cyx=−7.16×104(N・s/m) Cyy=9.80×104(N・s/m)FIG. 8B shows a state close to the point B in FIG. That is, an aperture of 0.5 mmφ, 5000 rpm,
The eccentricity is 90%. In this case, it can be seen that the touch around in the X direction is eliminated and only the whirling in the Y direction exists. The rigidity at this time is as follows: Kxx = 1.77 × 10 8 (N / m) Kxy = 1.07 × 10 8 (N / m) Kyx = −3.61 × 10 7 (N / m) Kyy = 6.65 × 10 6 (N / m) Further, the attenuation coefficient at this time is as follows: Cxx = 5.82 × 10 5 (Ns / m) Cxy = −6.55 × 10 4 (Ns / m ) Cyx = −7.16 × 10 4 (N · s / m) Cyy = 9.80 × 10 4 (N · s / m)
【0039】図8(c)は、図6又は図7に示すように
3個の軸受を用いて中央の軸受に40kgのプリロード
を、Y方向に対して45°の角度で図示するように与え
た場合である。即ち、絞り0.5mmφ、5000rp
m、偏心率95%とした場合である。この場合には、X
方向及びY方向の触れ回りがすべて解消していることが
解る。尚、この時の剛性は、 Kxx=4.05×108(N/m) Kxy=2.72×108(N/m) Kyx=3.30×107(N/m) Kyy=9.01×108(N/m) 又、この時の減衰係数は、 Cxx=8.11×105(N・s/m) Cxy=1.96×105(N・s/m) Cyx=1.80×105(N・s/m) Cyy=2.20×105(N・s/m) 図示するようにプリロードを付与することにより、回転
軸の触れ回りが格段に改善されることが解る。FIG. 8 (c) shows a preload of 40 kg applied to the center bearing using three bearings as shown in FIG. 6 or 7 at an angle of 45 ° with respect to the Y direction. Is the case. That is, the aperture is 0.5 mmφ, 5000 rpm
m and eccentricity of 95%. In this case, X
It can be seen that all the touches in the direction and the Y direction have been eliminated. The rigidity at this time is as follows: Kxx = 4.05 × 10 8 (N / m) Kxy = 2.72 × 10 8 (N / m) Kyx = 3.30 × 10 7 (N / m) Kyy = 9 0.01 × 10 8 (N / m) Further, the attenuation coefficient at this time is as follows: Cxx = 8.11 × 10 5 (N · s / m) Cxy = 1.96 × 10 5 (N · s / m) Cyx = 1.80 × 10 5 (N · s / m) Cyy = 2.20 × 10 5 (N · s / m) By applying a preload as shown in FIG. You can see that
【0040】尚、上述の実施の形態においては、アクチ
ュエータを圧電素子で形成する例について示したが、油
圧装置等を用いて構成するようにしても勿論良い。又、
制御パラメータとしても、絞り径、軸受の取付位置等に
限らず、その他の静圧軸受特性に関連する各種のパラメ
ータについても、同様に適用が可能である。更に又、上
述の実施の形態は、ラジアル静圧軸受の例についてのも
のであるが、アキシャル静圧軸受にも本発明の趣旨を同
様に適用可能である。In the above-described embodiment, an example has been described in which the actuator is formed by a piezoelectric element. However, the actuator may be formed by using a hydraulic device or the like. or,
The control parameters are not limited to the throttle diameter, the mounting position of the bearing, and the like, but can be similarly applied to various other parameters related to the hydrostatic bearing characteristics. Furthermore, although the above-described embodiment is directed to an example of a radial hydrostatic bearing, the gist of the present invention can be similarly applied to an axial hydrostatic bearing.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
静圧軸受の軸受特性を、回転軸の振動の状況に合わせて
最適となるように制御することができる。これにより静
圧軸受の性能が向上すると共に、軸受の再加工、再組立
等を行うことなく、設計時に予想されなかった外力や、
使用状態に遭遇しても、このような軸受特性の制御によ
りカバーすることが可能で、静圧軸受の経済性及び作業
効率の向上を図ることができる。これにより、静圧軸受
で回転軸を支持した回転機械の運転を安定に、且つ経済
的に行える。According to the present invention as described above,
The bearing characteristics of the hydrostatic bearing can be controlled to be optimal according to the state of vibration of the rotating shaft. As a result, the performance of the hydrostatic bearing is improved, and without reworking and reassembling the bearing, external forces not expected at the time of design,
Even if a use condition is encountered, the bearing can be covered by such control of the bearing characteristics, and the economic efficiency and the working efficiency of the hydrostatic bearing can be improved. Thus, the operation of the rotating machine that supports the rotating shaft with the hydrostatic bearing can be stably and economically performed.
【図1】本発明の実施の形態の静圧軸受装置の説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram of a hydrostatic bearing device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の(a)A−A線に沿った断面図であり、
(b)B−B線に沿った断面図である。FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
(B) It is sectional drawing which followed the BB line.
【図3】偏心率と軸受反力との関係を示すグラフであ
る。FIG. 3 is a graph showing a relationship between an eccentricity and a bearing reaction force.
【図4】偏心率と軸受剛性との関係を示すグラフであ
る。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the eccentricity and the bearing stiffness.
【図5】偏心率と減衰係数との関係を示すグラフであ
る。FIG. 5 is a graph showing a relationship between an eccentricity and a damping coefficient.
【図6】図1に示す静圧軸受装置を軸方向に沿って複数
組配置した例を示す図である。FIG. 6 is a view showing an example in which a plurality of sets of the hydrostatic bearing device shown in FIG. 1 are arranged along the axial direction.
【図7】図6の変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a modification of FIG. 6;
【図8】回転軸の振れ回りのシミュレーション結果(左
側)と、プリロードの付与状況(右側)を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram illustrating a simulation result (left side) of whirling of a rotating shaft and a preload application state (right side).
【図9】軸受流体力の基本式の諸パラメータを定義した
図であり、(a)は回転軸に垂直な面の断面図であり、
(b)は回転軸に沿った面の断面図である。FIG. 9 is a diagram in which various parameters of a basic formula of a bearing fluid force are defined, and (a) is a cross-sectional view of a plane perpendicular to a rotation axis;
(B) is a sectional view of a plane along the rotation axis.
【図10】軸受流体力の基本式の諸パラメータを定義し
た図であり、(a)は図9のA−A線に沿った軸受面の
展開図であり、(b)はそのエレメントについての拡大
図である。10A and 10B are diagrams in which various parameters of a basic formula of a bearing fluid force are defined, FIG. 10A is a developed view of a bearing surface along a line AA in FIG. 9, and FIG. It is an enlarged view.
10 静圧軸受装置 11 回転軸 12,13,14 単位となる静圧軸受装置 16 潤滑流体供給口 21 ポケット 22 アクチュエータ 23 軸受 24 ケーシング 25 絞り 26 レギュレータ 27 シ−ル部 28 フレキシブル配管 31 変位センサ 32 振動計 33 制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Static pressure bearing device 11 Rotary shaft 12, 13, 14 Static pressure bearing device as a unit 16 Lubricating fluid supply port 21 Pocket 22 Actuator 23 Bearing 24 Casing 25 Throttle 26 Regulator 27 Seal part 28 Flexible piping 31 Displacement sensor 32 Vibration 33 controllers in total
Claims (7)
れる流体の圧力により回転軸を支持する静圧軸受装置に
おいて、前記静圧軸受の特性を変化させる機構と、前記
機構を動作させる制御装置とを備えたことを特徴とする
静圧軸受装置。1. A hydrostatic bearing device for supporting a rotating shaft by pressure of fluid supplied from a plurality of pockets provided in a bearing, a mechanism for changing characteristics of the hydrostatic bearing, and a control device for operating the mechanism. And a hydrostatic bearing device.
チュエータで変化させることにより、前記静圧軸受の特
性を変化させるものであることを特徴とする請求項1に
記載の静圧軸受装置。2. The hydrostatic bearing device according to claim 1, wherein the mechanism changes a characteristic of the hydrostatic bearing by changing a mounting position of the bearing with an actuator.
ュエータで変化させることにより、前記静圧軸受の特性
を変化させるものであることを特徴とする請求項1に記
載の静圧軸受装置。3. The hydrostatic bearing device according to claim 1, wherein the mechanism changes a characteristic of the hydrostatic bearing by changing a throttle diameter of the bearing with an actuator.
供給圧力を変化させることにより、前記静圧軸受の特性
を変化させるものであることを特徴とする請求項1に記
載の静圧軸受装置。4. The static pressure according to claim 1, wherein the mechanism changes a characteristic of the hydrostatic bearing by changing a supply pressure of a fluid as a lubricant for the bearing. Bearing device.
なくとも3組以上を配置することで、各組の軸受装置に
おいてそれぞれ異なる半径方向に力を付与することを可
能としたことを特徴とする請求項1に記載の静圧軸受装
置。5. The hydrostatic bearing device is characterized in that by arranging at least three or more sets along the axial direction, it is possible to apply forces in different radial directions in each set of bearing devices. The hydrostatic bearing device according to claim 1, wherein
の検出手段と、該検出結果に基づいて前記軸受の特性を
変化させる機構とを更に備えたものであることを特徴と
する請求項1に記載の静圧軸受装置。6. The hydrostatic bearing device according to claim 1, further comprising: means for detecting vibration of the rotating shaft; and a mechanism for changing a characteristic of the bearing based on a result of the detection. Item 2. The hydrostatic bearing device according to item 1.
載の静圧軸受装置を備えたことを特徴とする回転機械。7. A rotary machine comprising the hydrostatic bearing device according to claim 1. Description:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10285743A JP2000120687A (en) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | Static pressure bearing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10285743A JP2000120687A (en) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | Static pressure bearing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000120687A true JP2000120687A (en) | 2000-04-25 |
Family
ID=17695484
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10285743A Pending JP2000120687A (en) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | Static pressure bearing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000120687A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002089562A (en) * | 2000-09-18 | 2002-03-27 | Toyoda Mach Works Ltd | Fluid bearing device |
JP2016146691A (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Rotary electric machine system |
-
1998
- 1998-10-07 JP JP10285743A patent/JP2000120687A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002089562A (en) * | 2000-09-18 | 2002-03-27 | Toyoda Mach Works Ltd | Fluid bearing device |
JP2016146691A (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Rotary electric machine system |
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