JP2004116314A - 高速回転機械及び静圧軸受を備えた流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチダウン時の回転軸のふれまわりを防止して補助軸受の長寿命化を図ることができる高速回転機械を提供する。
【解決手段】高速で回転する回転軸５０と、回転軸５０を支持する非接触型軸受６１，６２と、タッチダウン時に回転軸５０を支持する補助軸受７１，７２とを備えた高速回転機械において、補助軸受７１，７２の内周側にテーパ面７１ａ，７２ａを形成し、補助軸受７１，７２のテーパ面７１ａ，７２ａに嵌合可能なテーパ面９１ａ，９２ａを外周に有する軸スリーブ９１，９２を回転軸５０に取り付けた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転機械に係り、特に磁気軸受などの非接触型軸受を備え、高速で回転するターボ分子ポンプなどの真空回転機械や、石油精製、石油化学、液化天然ガス（ＬＮＧ）プラント、液体水素（ＬＨ_２）プラント、その他一般産業において使用される高速回転機械に関するものである。また、本発明は、静圧軸受を備えた流体機械に係り、特に石油精製や石油化学で取り扱われる液体や、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）などの低温液化ガスに使用される静圧軸受を備えた流体機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高速回転機械では回転軸を支持する軸受の寿命が問題となる。最適な潤滑方法により潤滑油を軸受に供給できれば、軸受の寿命を比較的長くすることができる。しかしながら、真空中や低温液体中で作動する回転機械の場合には、軸受として非接触型軸受が用いられることが多く、上述した潤滑方法を使用することができない。
【０００３】
上述した非接触型軸受としては、現在、磁気軸受が最も広く用いられており、その他の非接触型軸受としては、定常運転中に非接触で回転軸を支持することができる静圧軸受がある。このような非接触型軸受を用いた場合には、停電や回路の故障、その他の故障などにより軸受の作用が生じなくなることを考慮して、非接触型軸受に加えて接触型の補助軸受、いわゆるタッチダウン軸受が少なくとも２つ設けられる。
【０００４】
特に、真空回転機械においては、予期せぬ真空破壊等のトラブルによって、回転機械の内部に大気が入り、回転翼に対する負荷が急激に上昇して回転翼が損傷してしまうことがあり、このとき回転軸が激しい振動状態に陥ってしまうことがある。このような状態になると、一般的に磁気軸受は負荷を支えきれずに制御不能に陥ってしまう。このような観点からも、上述したタッチダウン軸受が必要不可欠となっている。
【０００５】
図５は、このような従来の高速回転機械の構成を示す模式図である。図５に示すように、従来の高速回転機械は、高速で回転する回転軸１００と、回転軸１００を回転駆動するモータ１１０と、回転軸１００を支持する例えば磁気軸受などの非接触型軸受１２０，１２０と、タッチダウン時に回転軸１００を支持する補助軸受（タッチダウン軸受）１３０，１３０とを備えている。ここで、タッチダウン軸受１３０の内径と回転軸１００との間の間隙をｃ、非接触型軸受１２０の回転体１２０ａと静止体１２０ｂとの間の間隙をｄとすると、非接触型軸受１２０が作用しなくなった場合に回転体１２０ａを保護するために、通常、ｃ＜ｄとなるように設定されている。
【０００６】
ここで、定常運転中の磁気軸受１２０による回転軸１００のふれまわり範囲は、タッチダウン軸受１３０の内周側の間隙ｃよりも小さいことが要求され、小さなふれまわりしか許されない。一方、タッチダウン軸受１３０の内周側の間隙ｃが大きすぎると、タッチダウン後の高速回転中における回転軸１００の振動が大きくなる原因となってしまう。このように、タッチダウン軸受１３０の内周側の間隙ｃを適切に設定することは難しい。また、タッチダウン軸受１３０の内周側に間隙ｃが設けられている限り、タッチダウン時に回転軸１００がふれまわりにより振動し、タッチダウン軸受１３０に大きなダメージを与え、これがタッチダウン軸受１３０の寿命を短くする原因となっている。
【０００７】
また、上述した非接触型軸受として、加圧流体の圧力で負荷容量を得る静圧軸受がある。この静圧軸受は、通常ポケットと呼ばれる小室の流体の静圧を利用して回転軸を非接触で支持するものである。このような静圧軸受の加圧流体として移送される取扱液を用いる流体機械においては、流体機械の停止中、起動時や停止時等の過渡運転時には、吐出圧力が十分ではなく、静圧軸受の機能発揮に必要な圧力液が得られず、静圧軸受が十分に機能しない運転状態の領域が存在する。
【０００８】
このような過渡運転時において回転軸を支持する補助軸受として、通常、静圧軸受とは別に補助軸受としてボール軸受が設けられる。このボール軸受の機能は、流体機械の停止中、起動時や停止等の過渡運転時においてだけ回転軸を支持することであり、吐出圧力が十分に得られる定常運転時においては、軸方向荷重、すなわち軸推力は、スラストバランス機構の作用により平衡し、また、静圧軸受が回転軸を支持するため、ボール軸受には回転軸支持の機能は要求されず、むしろ荷重が負荷されないような工夫がなされている。
【０００９】
しかしながら、上述した流体機械において、２つ以上の補助軸受がある場合、各補助軸受と回転軸に取り付けられた軸スリーブとがうまく嵌り合わないことがあり、各補助軸受で均等に回転軸を支持できず、回転軸を安定的に支持できない場合があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、タッチダウン時の回転軸のふれまわりを防止して補助軸受の長寿命化を図ることができる高速回転機械を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
また、本発明は、過渡運転時にも回転軸を安定的に支持することができる静圧軸受を備えた流体機械を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した第１の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、高速で回転する回転軸と、上記回転軸を支持する非接触型軸受と、タッチダウン時に上記回転軸を支持する補助軸受とを備えた高速回転機械において、上記補助軸受の内周側にテーパ面を形成し、上記補助軸受のテーパ面に嵌合可能なテーパ面を外周に有する軸スリーブを上記回転軸に取り付けたことを特徴としている。
【００１３】
このような構成により、タッチダウン時に補助軸受が大きくふれまわりながら回転することがないため、補助軸受の寿命を飛躍的に延ばすことができる。また、激しいタッチダウン時のふれまわりによる補助軸受の損傷によって回転軸の２次損傷が生じる危険を少なくすることができる。また、非接触型軸受の径方向間隙及び補助軸受と回転軸の径方向間隙を設定することに関して大幅な自由度ができ、設計上の制約がなくなる。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、上記補助軸受に加わる軸方向荷重を吸収する弾性体を上記補助軸受に取り付けたことを特徴としている。このような構成により、タッチダウン時における軸方向荷重は、弾性体が取り付けられた補助軸受から他の補助軸受に滑らかに負荷移動することとなる。すなわち、タッチダウン時における軸方向荷重は、１つの補助軸受でのみ支持されるのではなく、すべての補助軸受でほぼ均等に支持することができるので、タッチダウン時においても回転軸を安定的に支持することができる。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、上記非接触型軸受が磁気軸受であることを特徴としている。
【００１６】
また、上述した第２の目的を達成するために、本発明の第２の態様は、回転軸と、定常運転中に上記回転軸を支持する静圧軸受と、過渡運転中に上記回転軸を支持する２つ以上の補助軸受とを備えた流体機械において、上記補助軸受の内周にテーパ面を形成し、上記補助軸受のテーパ面に嵌合可能なテーパ面を外周に有する軸スリーブを上記回転軸に取り付け、上記補助軸受に加わる軸方向荷重を吸収する弾性体を少なくとも１つの補助軸受に取り付けたことを特徴としている。
【００１７】
本発明の好ましい一態様は、上記弾性体が取り付けられた補助軸受のテーパ面が上記軸スリーブのテーパ面に接触したときに、他の補助軸受のテーパ面と上記軸スリーブのテーパ面との間に所定の間隙が形成されることを特徴としている。
【００１８】
このように、弾性体を少なくとも１つの補助軸受に取り付けたので、過渡運転時における軸方向荷重は、弾性体が取り付けられた補助軸受から他の補助軸受に滑らかに負荷移動することとなる。すなわち、過渡運転時における軸方向荷重は、１つの補助軸受でのみ支持されるのではなく、すべての補助軸受でほぼ均等に支持することができるので、過渡運転時においても回転軸を安定的に支持することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高速回転機械の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態における高速回転機械を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態における高速回転機械は、上下に延びる回転軸５０と、回転軸５０を支持する２つの非接触型軸受６１，６２と、回転軸５０を補助的に支持する２つの補助軸受７１，７２とを備えている。補助軸受７１，７２は、タッチダウン時や過渡運転中に回転軸５０を支持するものであり、補助軸受７１，７２の位置は、回転軸５０の固有振動数などを考慮して決定される。
【００２０】
図１に示すように、各補助軸受７１，７２のアウタレース７１ａ，７２ａはケーシング８０に取り付けられており、インナレース７１ｂ，７２ｂには、テーパ面８１ａ，８２ａを有する軸受スリーブ８１，８２がそれぞれ取り付けられている。これらの軸受スリーブ８１，８２のテーパ面（内周面）８１ａ，８２ａは、下方に向かって徐々に内径が小さくなっている。また、回転軸５０には、軸受スリーブ８１，８２のテーパ面８１ａ，８２ａに嵌合可能なテーパ面９１ａ，９２ａを有する軸スリーブ９１，９２が取り付けられている。これらの軸スリーブ９１，９２のテーパ面（外周面）９１ａ，９２ａは、軸受スリーブ８１，８２のテーパ面８１ａ，８２ａに対応して下方に向かって外径が小さくなっている。
【００２１】
ここで、上述した軸受スリーブ８１，８２のテーパ面８１ａ，８２ａ及び軸スリーブ９１，９２のテーパ面９１ａ，９２ａは、それぞれ適当な表面処理を施すことが好ましく、これにより十分な耐久性を得ることができる。
【００２２】
補助軸受７１，７２のうち、下部補助軸受７２のアウタレース７２ａの下方には、下部補助軸受７２に加わる軸方向荷重を吸収する弾性体８５が取り付けられている。この弾性体８５は、軸方向の荷重に対して弾性を有し、十分な耐久性を有する材質から形成され、例えば皿ばねやスプリングなどが弾性体８５として用いられる。
【００２３】
次に、上述のように構成された高速回転機械の作用について説明する。図１は、高速回転機械の定常運転時の状態を示しており、この状態では、回転軸５０は、例えば磁気軸受などの非接触型軸受６１，６２の作用により非接触の状態で径方向（及び軸方向）に安定的に支持されている。すなわち、定常運転時においては、回転軸５０に取り付けられた上部軸スリーブ９１のテーパ面９１ａと上部軸受スリーブ８１のテーパ面８１ａとの間、及び下部軸スリーブ９２のテーパ面９２ａと下部軸受スリーブ８２のテーパ面８２ａとの間には軸方向（及び径方向）に十分な間隙が形成されている。このように、上部軸スリーブ９１と上部軸受スリーブ８１、下部軸スリーブ９２と下部軸受スリーブ８２とがそれぞれ互いに接触しないようになっている。このとき、下部補助軸受７２の下方に配置された弾性体８５には、下部補助軸受７２の自重のみがかかっており、回転軸５０の荷重はかかっていない。なお、定常運転時においては、補助軸受７１，７２の内周側の径方向の間隙が非接触型軸受６１，６２の回転体と静止体との間の径方向の間隙よりも小さくなるようになっている。
【００２４】
停電や回路の故障、その他の故障などにより非接触型軸受６１，６２の作用が低下すると、回転軸５０は自重により下降し始め、下部軸スリーブ９２のテーパ面９２ａが下部軸受スリーブ８２のテーパ面８２ａと接触し始める。そして、下部補助軸受７２の下方に配置された弾性体８５には、回転軸５０の荷重が徐々に加わり始める。図２（ａ）はこのようなタッチダウン時の状態を示す図である。この状態においては、上部軸スリーブ９１のテーパ面９１ａと上部軸受スリーブ８１のテーパ面８１ａとの間には軸方向に間隙ａが形成されており、上部軸スリーブ９１と上部軸受スリーブ８１とは互いに接触していない。
【００２５】
図２（ａ）に示す状態から回転軸５０が更に下降すると、上部軸スリーブ９１のテーパ面９１ａが上部軸受スリーブ８１のテーパ面８１ａと接触し始め、上部補助軸受７１にも回転軸５０の荷重が加わり始める。図２（ｂ）はこのときの状態を示す図である。図２（ａ）に示す状態から図２（ｂ）に示す状態までの弾性体８５の圧縮量ｂは上述した間隙ａとほぼ等しくなる。この状態では、回転軸５０は、軸方向及び径方向に２つの補助軸受７１，７２で支持される。このとき、軸受スリーブ８１，８２のテーパ面（内周面）８１ａ，８２ａと軸スリーブ９１，９２のテーパ面（外周面）９１ａ，９２ａとが嵌り合うことで回転軸５０の芯出しが行われ、回転軸５０の軸芯が非接触型軸受６１，６２の軸芯とほぼ一致した状態となる。したがって、回転軸５０によって非接触型軸受６１，６２の内周部が傷つけられたり、摩耗されたりすることがない。このように、回転軸５０が軸スリーブ９１，９２を介して完全に補助軸受７１，７２の軸受スリーブ８１，８２にほぼ隙間なく嵌り込み、回転軸５０のふれまわりによる異常な振動が生じることがない。
【００２６】
すなわち、本発明によれば、タッチダウン時に補助軸受７１，７２が大きくふれまわりながら回転することがないため、補助軸受７１，７２の寿命を飛躍的に延ばすことができる。また、激しいタッチダウン時のふれまわりによる補助軸受７１，７２の損傷によって回転軸５０の２次損傷が生じる危険を少なくすることができる。また、非接触型軸受６１，６２の径方向間隙及び補助軸受７１，７２と回転軸５０の径方向間隙を設定することに関して大幅な自由度ができ、設計上の制約がなくなる。
【００２７】
また、弾性体８５を下部補助軸受７２の下方に取り付けたので、タッチダウン時における軸方向荷重は、下部補助軸受７２から上部補助軸受７１に滑らかに負荷移動することとなる。すなわち、タッチダウン時における軸方向荷重は、一方のタッチダウン軸受（補助軸受）でのみ支持されるのではなく、２つのタッチダウン軸受（補助軸受）でほぼ均等に支持することができるので、タッチダウン時においても回転軸を安定的に支持することができる。
【００２８】
なお、上述した実施形態では、下部補助軸受７２の下方に弾性体８５を取り付けた例を説明したが、上部補助軸受７１の下方に弾性体を取り付けてもよい。この場合には、上部補助軸受７１の軸受スリーブ８１と上部軸スリーブ９１とが最初に嵌合する。
【００２９】
ここで、上述した高速回転機械の構成は、静圧軸受を備えた流体機械に適用することができる。すなわち、非接触型軸受６１，６２として静圧軸受を用い、定常運転中にはこれらの静圧軸受６１，６２により回転軸５０を支持し、また、補助軸受７１，７２としてボール軸受などを用い、過渡運転中にはこれらのボール軸受７１，７２により回転軸５０を支持する。このような流体機械においては、図示しないスラストバランス機構が設けられ、このスラストバランス機構の自動平衡機能により運転中の軸スラスト力がバランスされる。
【００３０】
定常運転時（図１）においては、回転軸５０は、静圧軸受６１，６２の作用により非接触の状態で径方向に支持され、かつ、スラストバランス機構の作用により上下方向に安定して支持されている。すなわち、定常運転時においては、スラストバランス機構の作用により回転軸５０が上方に浮上し、回転軸５０に取り付けられた上部軸スリーブ９１のテーパ面９１ａと上部軸受スリーブ８１のテーパ面８１ａとの間、及び下部軸スリーブ９２のテーパ面９２ａと下部軸受スリーブ８２のテーパ面８２ａとの間には軸方向（及び径方向）に十分な間隙が形成される。このように、上部軸スリーブ９１と上部軸受スリーブ８１、下部軸スリーブ９２と下部軸受スリーブ８２とがそれぞれ互いに接触しない。このとき、下部ボール軸受７２の下方に配置された弾性体８５には、下部ボール軸受７２の自重のみがかかっており、回転軸５０の荷重はかかっていない。
【００３１】
図１に示す状態から流体機械が停止し、回転数が低くなると、上述したスラストバランス機構の作用が次第に弱くなる。このため、回転軸５０は自重により下降し始め、下部軸スリーブ９２のテーパ面９２ａが下部軸受スリーブ８２のテーパ面８２ａと接触し始める。そして、下部ボール軸受７２の下方に配置された弾性体８５には、回転軸５０の荷重が徐々に加わり始める。このような過渡運転時の状態は図２（ａ）に対応する。この状態においては、上部軸スリーブ９１のテーパ面９１ａと上部軸受スリーブ８１のテーパ面８１ａとの間には軸方向に間隙ａが形成されており、上部軸スリーブ９１と上部軸受スリーブ８１とは互いに接触していない。
【００３２】
上述した状態から回転軸５０が更に下降すると、上部軸スリーブ９１のテーパ面９１ａが上部軸受スリーブ８１のテーパ面８１ａと接触し始め、上部ボール軸受７１にも回転軸５０の荷重が加わり始める。このときの状態は図２（ｂ）に対応する。図２（ａ）に示す状態から図２（ｂ）に示す状態までの弾性体８５の圧縮量ｂは上述した間隙ａとほぼ等しくなる。この状態では、回転軸５０は、軸方向及び径方向に２つのボール軸受７１，７２で支持される。このとき、軸受スリーブ８１，８２のテーパ面（内周面）８１ａ，８２ａと軸スリーブ９１，９２のテーパ面（外周面）９１ａ，９２ａとが嵌り合うことで回転軸５０の芯出しが行われ、回転軸５０の軸芯が静圧軸受６１，６２の軸芯とほぼ一致した状態となる。したがって、回転軸５０によって静圧軸受６１，６２の内周部が傷つけられたり、摩耗されたりすることがない。このように、回転軸５０が軸スリーブ９１，９２を介して完全にボール軸受７１，７２の軸受スリーブ８１，８２にほぼ隙間なく嵌り込み、回転軸５０のふれまわりによる異常な振動が生じることがない。
【００３３】
流体機械の停止状態、すなわち図２（ｂ）に示す状態から流体機械を始動する場合には、上述したように軸受スリーブ８１，８２のテーパ面８１ａ，８２ａと軸スリーブ９１，９２のテーパ面９１ａ，９２ａとが嵌り合い、回転軸５０がボール軸受７１，７２に支持された状態で回転し始める。そして、回転数の上昇に伴い、上述したスラストバランス機構が作用し始めるようになると、回転軸５０は徐々に上昇し始める。図３（ａ）は、図２（ｂ）に示す状態から回転軸５０が上昇した過渡運転時の状態を示す図である。回転軸５０の上昇に伴って弾性体８５は圧縮状態から徐々に復元していき、図３（ａ）に示すように、下部ボール軸受７２の自重のみがかかった状態（すなわち回転軸５０の荷重がかかっていない状態）に復帰する。このとき、上述したように、上部軸スリーブ９１のテーパ面９１ａと上部軸受スリーブ８１のテーパ面８１ａとの間には軸方向に十分な間隙が形成される。
【００３４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す状態から更にスラストバランス機構の作用により回転軸５０が定常運転時の位置まで上昇した状態を示している。このとき、上述したように、回転軸５０に取り付けられた上部軸スリーブ９１のテーパ面９１ａと上部軸受スリーブ８１のテーパ面８１ａとの間、及び下部軸スリーブ９２のテーパ面９２ａと下部軸受スリーブ８２のテーパ面８２ａとの間には軸方向（及び径方向）に十分な間隙が形成される。また、弾性体８５には、下部ボール軸受７２の自重のみがかかるようになっている。
【００３５】
上述した構成の流体機械によれば、過渡運転時においては、軸受スリーブ８１，８２のテーパ面（内周面）８１ａ，８２ａと軸スリーブ９１，９２のテーパ面（外周面）９１ａ，９２ａとが嵌り合うことで回転軸５０の芯出しを行い、回転軸５０の軸芯を静圧軸受６１，６２の軸芯とほぼ一致させることができる。したがって、回転軸５０によって静圧軸受６１，６２の内周部が傷つけられたり、摩耗されたりすることがなく、静圧軸受の長寿命化を図ることができる。また、部品構成が簡単なため、信頼性が向上し、品質管理がしやすくなる。
【００３６】
また、弾性体８５を下部ボール軸受７２の下方に取り付けたので、過渡運転時における軸方向荷重は、下部ボール軸受７２から上部ボール軸受７１に滑らかに負荷移動することとなる。すなわち、過渡運転時における軸方向荷重は、一方のボール軸受でのみ支持されるのではなく、２つのボール軸受でほぼ均等に支持することができるので、過渡運転時においても回転軸を安定的に支持することができる。
【００３７】
上述した流体機械の構成は、例えば図４に示すようなサブマージドモータポンプに適用することができる。このサブマージドモータポンプは、吸込ケーシング１と、複数のポンプケーシング２と、モータケーシング３とを備えており、これらの吸込ケーシング１、ポンプケーシング２、及びモータケーシング３は、円筒状のポンプコラム４の内部に収容されている。この円筒状のポンプコラム４は、例えば液化ガスタンクの内部にワイヤ等を介して垂下される。
【００３８】
ケーシング１，２，３の内部には、回転軸５が上部ボール軸受６、上部静圧軸受７、中間静圧軸受８、中間ボール軸受９、下部静圧軸受１０を介して回転自在に収容されている。吸込ケーシング１及びポンプケーシング２の内部には、回転軸５に固定された複数（図４では６つ）の羽根車１１ａ〜１１ｆが配置されている。モータケーシング３の内部にはモータステータ１２が配置されており、このモータステータ１２に対向して回転軸５にモータロータ１３が固定されている。
【００３９】
最終段の羽根車１１ｆの背面側には、スラストバランス機構１４が設けられている。図４に示すスラストバランス機構１４は、モータケーシング３に固定された静止板１５と、静止板１５の端面と対向する羽根車１１ｆの背面と、モータケーシング３に固定された上部ウェアリング１６と、ポンプケーシング２に固定された下部ウェアリング１７と、羽根車１１ｆの背面と静止板１５とモータケーシング３によって形成されたバランス室１８とから構成されている。上部ウェアリング１６と下部ウェアリング１７により固定絞り部を、羽根車１１ｆの背面と静止板１５とバランス室１８とにより可変絞り部をそれぞれ形成して、この自動平衡機能で運転中の軸スラスト力をバランスさせるようになっている。
【００４０】
このような構成のサブマージドモータポンプにおいて、吸込ケーシング１から吸い込まれた流体は、各段の羽根車１１ａ〜１１ｆによって順次昇圧された後、ポンプコラム４の内部に形成された排出流路に流れ込み、この排出流路に接続された吐出管（図示せず）から外部に吐出される。ここで、補助軸受としての上部ボール軸受６又は中間ボール軸受９に軸方向加重を吸収する弾性体を取り付けることにより、過渡運転時において回転軸５を安定的に支持することが可能となる。
【００４１】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
上述したように、本発明に係る高速回転機械によれば、タッチダウン時に補助軸受が大きくふれまわりながら回転することがないため、補助軸受の寿命を飛躍的に延ばすことができる。また、激しいタッチダウン時のふれまわりによる補助軸受の損傷によって回転軸の２次損傷が生じる危険を少なくすることができる。また、非接触型軸受の径方向間隙及び補助軸受と回転軸の径方向間隙を設定することに関して大幅な自由度ができ、設計上の制約がなくなる。
【００４３】
また、本発明に係る静圧軸受を備えた流体機械によれば、弾性体を少なくとも１つの補助軸受に取り付けたので、過渡運転時における軸方向荷重は、弾性体が取り付けられた補助軸受から他の補助軸受に滑らかに負荷移動することとなる。すなわち、過渡運転時における軸方向荷重は、１つの補助軸受でのみ支持されるのではなく、すべての補助軸受でほぼ均等に支持することができるので、過渡運転時においても回転軸を安定的に支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における高速回転機械の定常運転時の状態を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示す高速回転機械のタッチダウン時の状態を示す模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す高速回転機械のその後の状態を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）は図２（ｂ）に示す高速回転機械を流体機械に適用した場合の過渡運転時の状態を示す模式図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す高速回転機械を流体機械に適用した場合の定常運転時の状態を示す模式図である。
【図４】本発明を適用したサブマージドモータポンプを示す縦断面図である。
【図５】従来の高速回転機械の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　吸込ケーシング
２　　ポンプケーシング
３　　モータケーシング
４　　ポンプコラム
５　　回転軸
６　　上部ボール軸受
７　　上部静圧軸受
８　　中間静圧軸受
９　　中間ボール軸受
１０　　下部静圧軸受
１１ａ〜１１ｆ　羽根車
１２　　モータステータ
１３　　モータロータ
１４　　スラストバランス機構
１５　　静止板
１６　　上部ウェアリング
１７　　下部ウェアリング
１８　　バランス室
５０　　回転軸
６１，６２　　非接触型軸受
７１，７２　　補助軸受
７１ａ，７２ａ　アウタレース
７１ｂ，７２ｂ　インナレース
８０　　ケーシング
８１，８２　　軸受スリーブ
８１ａ，８２ａ　テーパ面
８５　　弾性体
９１，９２　　スリーブ
９１ａ，９２ａ　テーパ面

Claims (5)

1. 高速で回転する回転軸と、前記回転軸を支持する非接触型軸受と、タッチダウン時に前記回転軸を支持する補助軸受とを備えた高速回転機械において、
   前記補助軸受の内周側にテーパ面を形成し、
   前記補助軸受のテーパ面に嵌合可能なテーパ面を外周に有する軸スリーブを前記回転軸に取り付けたことを特徴とする高速回転機械。
2. 前記補助軸受に加わる軸方向荷重を吸収する弾性体を前記補助軸受に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の高速回転機械。
3. 前記非接触型軸受が磁気軸受であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高速回転機械。
4. 回転軸と、定常運転中に前記回転軸を支持する静圧軸受と、過渡運転中に前記回転軸を支持する２つ以上の補助軸受とを備えた流体機械において、
   前記補助軸受の内周にテーパ面を形成し、
   前記補助軸受のテーパ面に嵌合可能なテーパ面を外周に有する軸スリーブを前記回転軸に取り付け、
   前記補助軸受に加わる軸方向荷重を吸収する弾性体を少なくとも１つの補助軸受に取り付けたことを特徴とする静圧軸受を備えた流体機械。
5. 前記弾性体が取り付けられた補助軸受のテーパ面が前記軸スリーブのテーパ面に接触したときに、他の補助軸受のテーパ面と前記軸スリーブのテーパ面との間に所定の間隙が形成されることを特徴とする請求項４に記載の静圧軸受を備えた流体機械。

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