JP2005121036A - Gas bearing, bearing device, compressor, and method of controlling behavior of gas bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス軸受、ガス軸受を用いた軸受装置、圧縮機、及びガス軸受の動作制御方法に関するものである。 The present invention relates to a gas bearing, a bearing device using the gas bearing, a compressor, and an operation control method for the gas bearing.
ガス軸受は、回転軸が挿通される軸受本体を有し、この軸受本体と回転軸との間に気体層を形成して、軸受本体と回転軸との間に生じる摩擦抵抗を低減した状態で、回転軸の支持を行うものである。
ここで、気体層は、軸受本体外から供給されたガスや周辺雰囲気が、回転軸の回転に伴って回転軸の周囲に巻き込まれることで、回転軸の全周にわたって形成される。
このようなガス軸受としては、例えば、後記の特許文献1に記載されているようなガス軸受がある。
The gas bearing has a bearing main body through which the rotating shaft is inserted, and a gas layer is formed between the bearing main body and the rotating shaft to reduce the frictional resistance generated between the bearing main body and the rotating shaft. The rotary shaft is supported.
Here, the gas layer is formed over the entire circumference of the rotating shaft by the gas and the surrounding atmosphere supplied from outside the bearing body being wound around the rotating shaft as the rotating shaft rotates.
As such a gas bearing, for example, there is a gas bearing described in
しかし、ガス軸受は、気体によって流体潤滑を行うものであるので、液体によって流体潤滑を行う油軸受よりも負荷能力が低い。特に、回転軸が静止状態から回転し始める際など、回転軸の回転速度が低い場合には、回転軸と軸受本体との間に気体が回り込みにくいので、この傾向はより顕著となる。
このため、回転軸の回転速度が低い場合にも軸受本体の損傷が生じないように、ガス軸受には、定格速度で回転する回転軸を支持するのに要求される負荷能力よりもさらに大きな負荷能力が求められる。そして、負荷能力を大きくするためには、軸受径を大きくする必要がある。
すなわち、ガス軸受は、同等の負荷能力を有する油軸受に比べて大型となってしまう。
However, since the gas bearing performs fluid lubrication with gas, it has a lower load capacity than an oil bearing that performs fluid lubrication with a liquid. In particular, when the rotation speed of the rotation shaft is low, such as when the rotation shaft starts rotating from a stationary state, this tendency becomes more prominent because gas does not easily flow between the rotation shaft and the bearing body.
For this reason, in order to prevent damage to the bearing body even when the rotational speed of the rotating shaft is low, the gas bearing has a load larger than the load capacity required to support the rotating shaft rotating at the rated speed. Ability is required. In order to increase the load capacity, it is necessary to increase the bearing diameter.
That is, the gas bearing becomes larger than an oil bearing having an equivalent load capacity.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、軸受径を最小限に抑えながら、回転軸の支持を良好に行うことができるガス軸受、ガス軸受を用いた軸受装置、圧縮機、及びガス軸受の動作制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of satisfactorily supporting the rotating shaft while minimizing the bearing diameter, a bearing device using the gas bearing, and a compression device. It is an object of the present invention to provide an operation control method for a machine and a gas bearing.
上記課題を解決するために、本発明にかかるガス軸受は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるガス軸受は、回転軸が挿通される軸受本体と前記回転軸との間に気体層を形成することで前記回転軸のラジアル方向の支持を行うガス軸受であって、前記軸受本体の上部には、該軸受本体内の気体を外部に排出する排出口が設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the gas bearing according to the present invention employs the following means.
That is, the gas bearing according to the present invention is a gas bearing that supports the rotating shaft in the radial direction by forming a gas layer between the rotating shaft and a bearing body through which the rotating shaft is inserted. In the upper part of the bearing body, a discharge port for discharging the gas in the bearing body to the outside is provided.
このように構成されるガス軸受は、軸受本体において回転軸の上方位置に設けられた排出口を通じて、軸受本体内の気体が排出される。
これにより、軸受本体内の、回転軸の上方の領域と下方の領域との間(排出口の近傍とそれ以外の領域との間)で圧力差が生じ、この圧力差によって回転軸が吸い上げられる(または押し上げられる)。
このガス軸受では、このように回転軸を持ち上げる力が発生するために、軸受本体が回転軸から受ける面圧が少なくなる。
In the gas bearing configured as described above, the gas in the bearing body is discharged through a discharge port provided at a position above the rotation shaft in the bearing body.
As a result, a pressure difference is generated between the region above and below the rotation shaft in the bearing body (between the vicinity of the discharge port and the other region), and the rotation shaft is sucked up by this pressure difference. (Or pushed up).
In this gas bearing, since the force for lifting the rotating shaft is generated in this way, the surface pressure that the bearing body receives from the rotating shaft is reduced.
また、本発明にかかるガス軸受は、請求項1記載のガス軸受であって、前記軸受本体の内面は、前記排出口の近傍が、他の領域に比べて径方向内側に突出する突出部とされていることを特徴とする。
Moreover, the gas bearing according to the present invention is the gas bearing according to
このように構成されるガス軸受は、軸受本体の内面のうち、排出口近傍が突出部とされていて、他の領域に比べて回転軸との間の距離が狭められているので、軸受本体内で、他の領域と突出部との境界では、気体の流れが絞られる。
このため、軸受本体内の、突出部近傍の領域と他の領域との間(すなわち、回転軸の上方の領域と下方の領域との間)に、確実に差圧を生じさせることができる。また、この構成によって、回転軸の上方の領域と下方の領域との間に生じる差圧がより大きくなり、回転軸を持ち上げる力がより大きくなる。
The gas bearing configured in this manner has a protruding portion in the vicinity of the discharge port on the inner surface of the bearing body, and the distance from the rotating shaft is narrower than in other regions. The gas flow is restricted at the boundary between the other region and the protrusion.
For this reason, it is possible to reliably generate a differential pressure between a region in the vicinity of the protruding portion in the bearing body and another region (that is, between the region above and below the rotation shaft). Also, with this configuration, the differential pressure generated between the upper region and the lower region of the rotating shaft is increased, and the force for lifting the rotating shaft is increased.
また、本発明にかかるガス軸受は、請求項1または2に記載のガス軸受であって、前記軸受本体は、その上部が、前記排出口を有しかつ上下方向に移動可能な昇降部材によって構成されており、前記軸受本体には、前記昇降部材を昇降させる昇降装置が設けられていることを特徴とする。
Moreover, the gas bearing according to the present invention is the gas bearing according to
このように構成されるガス軸受は、昇降装置によって昇降部材を昇降させることで、昇降部材と回転軸との間に形成される空間の大きさを調整することができる。
例えば、昇降部材を下降させて回転軸に近接させることで、昇降部材と回転軸との間に形成される空間が小さくなるので、軸受本体内の、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との境界で、気体の流れが絞られる。すなわち、軸受本体内で、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との間で生じる差圧が大きくなり、回転軸を持ち上げる力が大きくなる。
一方、昇降部材を上昇させて回転軸から離間させることで、昇降部材と回転軸との間に形成される空間が大きくなるので、軸受本体内の、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との境界で、気体の流れが絞られなくなるか、または絞り量が小さくなる。すなわち、軸受本体内で、昇降部材の近傍とそれ以外の領域との間で生じる差圧が小さくなり、回転軸を持ち上げる力が小さくなる。
The gas bearing configured as described above can adjust the size of the space formed between the elevating member and the rotating shaft by elevating the elevating member with the elevating device.
For example, by lowering the elevating member and bringing it close to the rotating shaft, the space formed between the elevating member and the rotating shaft is reduced, so the vicinity of the elevating member and other regions in the bearing body At the boundary, the gas flow is throttled. That is, in the bearing body, the differential pressure generated between the vicinity of the elevating member and the other region is increased, and the force for lifting the rotating shaft is increased.
On the other hand, the space formed between the elevating member and the rotating shaft is increased by raising the elevating member and separating it from the rotating shaft, so that the vicinity of the elevating member and other regions in the bearing body At the boundary, the gas flow is not restricted or the amount of restriction is reduced. That is, the differential pressure generated between the vicinity of the elevating member and the other region in the bearing body is reduced, and the force for lifting the rotating shaft is reduced.
これにより、回転軸が静止している状態から回転し始める際や回転軸が低速で回転している場合など、回転軸の周囲に気体が十分に回り込んでいない場合には、昇降部材を下降させることで、回転軸を持ち上げる力を大きくして、軸受本体が回転軸から受ける面圧を低減することができる。
一方、回転軸が高速で回転していて、回転軸の周囲に気体が十分に回り込んでいる場合には、昇降部材を上昇させることで、回転軸を持ち上げる力を小さくして、回転軸が持ち上げられすぎて軸受本体の上部内面(昇降部材下面)に接触してしまうことを防止することができる。
As a result, when the rotating shaft starts rotating from a stationary state or when the rotating shaft is rotating at a low speed, if the gas does not sufficiently circulate around the rotating shaft, the lifting member is lowered. By doing so, the force for lifting the rotating shaft can be increased, and the surface pressure that the bearing body receives from the rotating shaft can be reduced.
On the other hand, when the rotating shaft is rotating at a high speed and the gas is sufficiently encircling around the rotating shaft, the lifting member is lifted to reduce the force to lift the rotating shaft, and the rotating shaft It can be prevented that the bearing body is too lifted and comes into contact with the upper inner surface (lower surface of the elevating member) of the bearing body.
本発明にかかるガス軸受は、請求項1から3のいずれかに記載のガス軸受であって、前記排気口には、気体の流通量の制御を行う弁が設けられていることを特徴とする。
A gas bearing according to the present invention is the gas bearing according to any one of
このように構成されるガス軸受は、弁を操作して排気口を通じた気体の流通量を調整することで、軸受本体内で、回転軸の上方の領域と下方の領域との間(排出口の近傍とそれ以外の領域との間)で生じる圧力差を調節することができる。
例えば、弁を開いて排気口を流通する気体の流通量を確保することで、回転軸の上方の領域の内圧を低減することができる。すなわち、回転軸の上方の領域と下方の領域との間の差圧を大きくして、回転軸を持ち上げる力を大きくすることができる。
また、弁を閉じて排気口を流通する気体の流通量を低減、または流通を遮断することで、回転軸の上方の領域の内圧低下を抑制することができる。すなわち、回転軸の上方の領域と下方の領域との間の差圧を小さくするかまたはなくして、回転軸を持ち上げる力を小さくするかまたはなくすことができる。
The gas bearing configured as described above operates between a region above the rotating shaft and a region below the rotation shaft in the bearing body by adjusting the amount of gas flowing through the exhaust port by operating the valve (discharge port). The pressure difference that occurs between the vicinity of and the other region can be adjusted.
For example, the internal pressure in the region above the rotating shaft can be reduced by opening the valve and ensuring the amount of gas flowing through the exhaust port. That is, it is possible to increase the differential pressure between the upper region and the lower region of the rotating shaft and increase the force for lifting the rotating shaft.
Moreover, the fall of the internal pressure of the area | region above a rotating shaft can be suppressed by closing the valve | bulb and reducing the distribution | circulation amount of the gas which distribute | circulates an exhaust port, or interrupt | blocking a distribution | circulation. That is, it is possible to reduce or eliminate the pressure difference between the upper region and the lower region of the rotating shaft, and to reduce or eliminate the force for lifting the rotating shaft.
ここで、この弁は、開状態と閉状態のどちらか一方の状態のみ取りうる構成であってもよい。
また、この弁は、開度を連続的または段階的に調整可能な構成としてもよい。この場合には、弁の開度を調整することで、排気口における気体の流通量を適宜調整して、回転軸を持ち上げる力を最適な大きさにすることができる。
Here, this valve may have a configuration that can take only one of the open state and the closed state.
Further, this valve may be configured such that the opening degree can be adjusted continuously or stepwise. In this case, by adjusting the opening degree of the valve, the amount of gas flowing in the exhaust port can be adjusted as appropriate, and the force for lifting the rotating shaft can be set to an optimum magnitude.
本発明にかかる軸受装置は、請求項3に記載のガス軸受を用いて回転軸の支持を行う軸受装置であって、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出装置と、該回転速度検出装置によって検出された前記回転軸の回転速度に基づいて、前記昇降装置の動作を制御する制御装置とを有していることを特徴とする。
A bearing device according to the present invention is a bearing device that supports a rotating shaft using the gas bearing according to
このように構成される軸受装置では、ガス軸受に支持される回転軸の回転速度が、回転速度検出装置によって検出される。
このように検出された回転軸の回転速度に基づいて、制御装置による昇降装置の昇降動作の制御が行われる。
具体的には、回転軸の回転速度が予め定めた基準回転速度よりも低い場合には、制御装置は、昇降装置を動作させて、昇降部材を下降させる。すると、昇降部材と回転軸との間に形成される空間が小さくなるので、軸受本体内で、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との間で生じる差圧が大きくなる。これにより、回転軸を持ち上げる力が大きくなって、軸受本体に加わる面圧が低減される。
一方、回転軸の回転速度が基準回転速度以上である場合には、制御装置は、昇降装置を動作させて、昇降部材を上昇させる。すると、昇降部材と回転軸との間に形成される空間が大きくなるので、軸受本体内で、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との間で生じる差圧が小さくなる。これにより、回転軸を持ち上げる力が小さくなって、回転軸が持ち上げられすぎて軸受本体の上部内面(昇降部材下面)に接触してしまうことを防止することができる。
In the bearing device configured as described above, the rotational speed of the rotary shaft supported by the gas bearing is detected by the rotational speed detection device.
Based on the detected rotational speed of the rotating shaft, the control device controls the lifting operation of the lifting device.
Specifically, when the rotational speed of the rotating shaft is lower than a predetermined reference rotational speed, the control device operates the lifting device to lower the lifting member. Then, since the space formed between the elevating member and the rotating shaft is reduced, the differential pressure generated between the vicinity of the elevating member and the other region is increased in the bearing body. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes large, and the surface pressure added to a bearing main body is reduced.
On the other hand, when the rotational speed of the rotating shaft is equal to or higher than the reference rotational speed, the control device operates the lifting device to raise the lifting member. Then, since the space formed between the raising / lowering member and the rotating shaft is increased, the differential pressure generated between the vicinity of the raising / lowering member and the other region is reduced in the bearing body. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes small, and it can prevent that a rotating shaft is lifted too much and contacts the upper inner surface (lowering member lower surface) of a bearing main body.
本発明にかかる軸受装置は、請求項4に記載のガス軸受を用いて回転軸の支持を行う軸受装置であって、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出装置と、該回転速度検出装置によって検出された前記回転軸の回転速度に基づいて、前記弁の開閉動作を制御する制御装置とを有していることを特徴とする。 A bearing device according to the present invention is a bearing device that supports a rotary shaft using the gas bearing according to claim 4, and includes a rotational speed detection device that detects a rotational speed of the rotary shaft, and the rotational speed detection And a control device for controlling the opening / closing operation of the valve based on the rotational speed of the rotating shaft detected by the device.
このように構成される軸受装置では、ガス軸受に支持される回転軸の回転速度が、回転速度検出装置によって検出される。
このように検出された回転軸の回転速度に基づいて、制御装置による弁の開閉動作の制御が行われる。
具体的には、回転軸の回転速度が予め定めた基準回転速度よりも低い場合(すなわち、回転軸の周囲に気体が十分に回り込んでいない場合)には、制御装置は、弁を開放して、軸受本体の上部に設けられた排気口から回転軸の上方より空気を排出させる。
すると、軸受本体内で、回転軸の上部とそれ以外の領域との間で生じる差圧が大きくなる。これにより、回転軸を持ち上げる力を大きくして、軸受本体が回転軸から受ける面圧を低減することができる。
一方、前記回転軸の回転速度が基準回転速度以上である場合(すなわち、回転軸の周囲に気体が十分に回り込んでいる場合)には、制御装置は、弁を閉じて排気口からの気体の排出を停止させるか、または排出量を低減させることで、軸受本体内で、回転軸の上部とそれ以外の領域との間で生じる差圧を小さくする。これにより、回転軸を持ち上げる力が小さくなって、回転軸が持ち上げられすぎて軸受本体の上部内面に接触してしまうことが防止される。
In the bearing device configured as described above, the rotational speed of the rotary shaft supported by the gas bearing is detected by the rotational speed detection device.
Based on the detected rotational speed of the rotating shaft, the control device controls the valve opening / closing operation.
Specifically, when the rotation speed of the rotation shaft is lower than a predetermined reference rotation speed (that is, when the gas does not sufficiently circulate around the rotation shaft), the control device opens the valve. Thus, air is discharged from above the rotating shaft through an exhaust port provided in the upper part of the bearing body.
Then, the differential pressure generated between the upper portion of the rotating shaft and the other region is increased in the bearing body. Thereby, the force which lifts a rotating shaft can be enlarged, and the surface pressure which a bearing main body receives from a rotating shaft can be reduced.
On the other hand, when the rotational speed of the rotary shaft is equal to or higher than the reference rotational speed (that is, when the gas is sufficiently around the rotary shaft), the control device closes the valve and gas from the exhaust port. The pressure difference generated between the upper portion of the rotating shaft and the other region in the bearing body is reduced by stopping the discharge of the shaft or reducing the discharge amount. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes small, and it prevents that a rotating shaft is lifted too much and contacts the upper inner surface of a bearing main body.
本発明にかかる圧縮機は、ケーシング内に設けられた羽根車を駆動装置によって回転駆動することで、前記ケーシング内に取り入れた気体を前記羽根車によって圧縮して送出する圧縮機であって、前記羽根車と前記駆動装置の出力軸とを接続する回転軸が、請求項1から4のいずれかに記載のガス軸受を介して、前記ケーシングに支持されていることを特徴とする。
The compressor according to the present invention is a compressor that compresses and sends out the gas taken into the casing by the impeller by rotationally driving the impeller provided in the casing by a driving device, The rotating shaft which connects an impeller and the output shaft of the said drive device is supported by the said casing via the gas bearing in any one of
このように構成される圧縮機では、回転軸が請求項1から4のいずれかに記載のガス軸受によって支持されている。すなわち、軸受本体が回転軸から受ける面圧が小さいガス軸受を用いているので、従来のガス軸受よりも小型のガス軸受を採用することができる。
In the compressor configured as described above, the rotating shaft is supported by the gas bearing according to any one of
本発明にかかる圧縮機は、ケーシング内に設けられた羽根車を駆動装置によって回転駆動することで、前記ケーシング内に取り入れた気体を前記羽根車によって圧縮して送出する圧縮機であって、前記羽根車と前記駆動装置の出力軸とを接続する回転軸が、請求項3に記載のガス軸受を介して、前記ケーシングに支持されており、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出装置と、該回転速度検出装置によって検出された前記回転軸の回転速度に基づいて、前記昇降装置の昇降動作を制御する制御装置とを有していることを特徴とする。
The compressor according to the present invention is a compressor that compresses and sends out the gas taken into the casing by the impeller by rotationally driving the impeller provided in the casing by a driving device, A rotational speed detection device for detecting a rotational speed of the rotary shaft, wherein a rotary shaft connecting the impeller and the output shaft of the drive device is supported by the casing via the gas bearing according to
このように構成される圧縮機では、ガス軸受に支持される回転軸の回転速度が、回転速度検出装置によって検出される。
このように検出された回転軸の回転速度に基づいて、制御装置による昇降装置の昇降動作の制御が行われる。
具体的には、回転軸の回転速度が予め定めた基準回転速度よりも低い場合には、制御装置は、昇降装置を動作させて、昇降部材を下降させる。すると、昇降部材と回転軸との間に形成される空間が小さくなるので、軸受本体内で、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との間で生じる差圧が大きくなる。これにより、回転軸を持ち上げる力が大きくなって、軸受本体に加わる面圧が低減される。
一方、回転軸の回転速度が基準回転速度以上である場合には、制御装置は、昇降装置を動作させて、昇降部材を上昇させる。すると、昇降部材と回転軸との間に形成される空間が大きくなるので、軸受本体内で、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との間で生じる差圧が小さくなる。これにより、回転軸を持ち上げる力が小さくなって、回転軸が持ち上げられすぎて軸受本体の上部内面(昇降部材下面)に接触してしまうことを防止することができる。
In the compressor configured as described above, the rotational speed of the rotary shaft supported by the gas bearing is detected by the rotational speed detection device.
Based on the detected rotational speed of the rotating shaft, the control device controls the lifting operation of the lifting device.
Specifically, when the rotational speed of the rotating shaft is lower than a predetermined reference rotational speed, the control device operates the lifting device to lower the lifting member. Then, since the space formed between the elevating member and the rotating shaft is reduced, the differential pressure generated between the vicinity of the elevating member and the other region is increased in the bearing body. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes large, and the surface pressure added to a bearing main body is reduced.
On the other hand, when the rotational speed of the rotating shaft is equal to or higher than the reference rotational speed, the control device operates the lifting device to raise the lifting member. Then, since the space formed between the raising / lowering member and the rotating shaft is increased, the differential pressure generated between the vicinity of the raising / lowering member and the other region is reduced in the bearing body. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes small, and it can prevent that a rotating shaft is lifted too much and contacts the upper inner surface (lowering member lower surface) of a bearing main body.
本発明にかかる圧縮機は、ケーシング内に設けられた羽根車を駆動装置によって回転駆動することで、前記ケーシング内に取り入れた気体を前記羽根車によって圧縮して送出する圧縮機であって、前記羽根車と前記駆動装置の出力軸とを接続する回転軸が、請求項4に記載のガス軸受を介して、前記ケーシングに支持されており、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出装置と、該回転速度検出装置によって検出された前記回転軸の回転速度に基づいて、前記弁の開閉動作を制御する制御装置とを有していることを特徴とする。 The compressor according to the present invention is a compressor that compresses and sends out the gas taken into the casing by the impeller by rotationally driving the impeller provided in the casing by a driving device, A rotational speed detection device for detecting a rotational speed of the rotary shaft, wherein a rotary shaft connecting the impeller and the output shaft of the drive device is supported by the casing via the gas bearing according to claim 4. And a control device for controlling the opening / closing operation of the valve based on the rotational speed of the rotating shaft detected by the rotational speed detecting device.
このように構成される圧縮機では、ガス軸受に支持される回転軸の回転速度が、回転速度検出装置によって検出される。
このように検出された回転軸の回転速度に基づいて、制御装置による弁の開閉動作の制御が行われる。
具体的には、回転軸の回転速度が予め定めた基準回転速度よりも低い場合(すなわち、回転軸の周囲に気体が十分に回り込んでいない場合)には、制御装置は、弁を開放して、軸受本体の上部に設けられた排気口から回転軸の上方より空気を排出させる。
すると、軸受本体内で、回転軸の上部とそれ以外の領域との間で生じる差圧が大きくなる。これにより、回転軸を持ち上げる力を大きくして、軸受本体が回転軸から受ける面圧を低減することができる。
一方、前記回転軸の回転速度が基準回転速度以上である場合(すなわち、回転軸の周囲に気体が十分に回り込んでいる場合)には、制御装置は、弁を閉じて排気口からの気体の排出を停止させるか、または排出量を低減させることで、軸受本体内で、回転軸の上部とそれ以外の領域との間で生じる差圧を小さくする。これにより、回転軸を持ち上げる力が小さくなって、回転軸が持ち上げられすぎて軸受本体の上部内面に接触してしまうことが防止される。
In the compressor configured as described above, the rotational speed of the rotary shaft supported by the gas bearing is detected by the rotational speed detection device.
Based on the detected rotational speed of the rotating shaft, the control device controls the valve opening / closing operation.
Specifically, when the rotation speed of the rotation shaft is lower than a predetermined reference rotation speed (that is, when the gas does not sufficiently circulate around the rotation shaft), the control device opens the valve. Thus, air is discharged from above the rotating shaft through an exhaust port provided in the upper part of the bearing body.
Then, the differential pressure generated between the upper portion of the rotating shaft and the other region is increased in the bearing body. Thereby, the force which lifts a rotating shaft can be enlarged, and the surface pressure which a bearing main body receives from a rotating shaft can be reduced.
On the other hand, when the rotational speed of the rotary shaft is equal to or higher than the reference rotational speed (that is, when the gas is sufficiently around the rotary shaft), the control device closes the valve and gas from the exhaust port. The pressure difference generated between the upper portion of the rotating shaft and the other region in the bearing body is reduced by stopping the discharge of the shaft or reducing the discharge amount. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes small, and it prevents that a rotating shaft is lifted too much and contacts the upper inner surface of a bearing main body.
本発明にかかるガス軸受の動作制御方法は、軸受本体と該軸受本体に挿通される回転軸との間に気体層を形成することで、前記軸受本体と前記回転軸との間に生じる摩擦抵抗を低減した状態で回転軸の支持を行うガス軸受の動作制御方法であって、前記軸受本体に、該軸受本体内の気体を上部から外部に排出する排出口が設けられたガス軸受を用いて、前記回転軸の回転速度が、予め定めた基準回転速度よりも低い場合には、前記排気口から前記軸受本体内の気体を排出させ、前記回転軸の回転速度が前記基準回転速度以上である場合には、前記排気口からの前記軸受本体内の気体の排出を停止させるか、または排出量を低減させることを特徴とする。 The operation control method for a gas bearing according to the present invention includes a frictional resistance generated between the bearing body and the rotating shaft by forming a gas layer between the bearing body and the rotating shaft inserted through the bearing body. A gas bearing operation control method for supporting a rotating shaft in a reduced state using a gas bearing in which the bearing body is provided with a discharge port for discharging the gas in the bearing body from the top to the outside. When the rotation speed of the rotation shaft is lower than a predetermined reference rotation speed, the gas in the bearing body is discharged from the exhaust port, and the rotation speed of the rotation shaft is equal to or higher than the reference rotation speed. In this case, the discharge of the gas in the bearing body from the exhaust port is stopped or the discharge amount is reduced.
このガス軸受の動作制御方法では、回転軸の回転速度が予め定めた基準回転速度よりも低い場合には、軸受本体の上部に設けられた排気口から回転軸の上方より空気を排出させることで、軸受本体内で、回転軸の上部とそれ以外の領域との間で生じる差圧を大きくする。これにより、回転軸を持ち上げる力を大きくして、軸受本体が回転軸から受ける面圧を低減することができる。
一方、回転軸の回転速度が基準回転速度以上である場合には、前記気体の排出を停止させるか、または排出量を低減させることで、軸受本体内で、回転軸の上部とそれ以外の領域との間で生じる差圧を小さくする。これにより、回転軸を持ち上げる力が小さくなって、回転軸が持ち上げられすぎて軸受本体の上部内面に接触してしまうことが防止される。
In this gas bearing operation control method, when the rotational speed of the rotating shaft is lower than a predetermined reference rotating speed, air is exhausted from above the rotating shaft through an exhaust port provided in the upper part of the bearing body. In the bearing body, the differential pressure generated between the upper part of the rotating shaft and the other region is increased. Thereby, the force which lifts a rotating shaft can be enlarged, and the surface pressure which a bearing main body receives from a rotating shaft can be reduced.
On the other hand, when the rotation speed of the rotation shaft is equal to or higher than the reference rotation speed, the gas discharge is stopped or the discharge amount is reduced, so that the upper portion of the rotation shaft and the other region in the bearing body. Reduce the differential pressure between the two. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes small, and it prevents that a rotating shaft is lifted too much and contacts the upper inner surface of a bearing main body.
本発明にかかるガス軸受の動作制御方法は、軸受本体と該軸受本体に挿通される回転軸との間に気体層を形成することで、前記軸受本体と前記回転軸との間に生じる摩擦抵抗を低減した状態で回転軸の支持を行うガス軸受の動作制御方法であって、前記ガス軸受として、前記軸受本体の内面の上部が、該軸受本体内の気体を上部から外部に排出する排出口を有しかつ上下方向に移動可能な昇降部材によって構成され、該昇降部材を昇降させる昇降装置が設けられたガス軸受を用いて、前記回転軸の回転速度が、予め定めた基準回転速度よりも低い場合には、前記昇降装置を操作して前記昇降部材を下降させて前記回転軸に近接させ、前記回転軸の回転速度が前記基準回転速度以上である場合には、前記昇降装置を操作して前記昇降部材を上昇させて前記回転軸から離間させることを特徴とする。 The operation control method for a gas bearing according to the present invention includes a frictional resistance generated between the bearing body and the rotating shaft by forming a gas layer between the bearing body and the rotating shaft inserted through the bearing body. A gas bearing operation control method for supporting a rotating shaft in a reduced state, wherein the upper part of the inner surface of the bearing body as the gas bearing discharges the gas in the bearing body from the upper part to the outside. And a rotational speed of the rotary shaft is higher than a predetermined reference rotational speed using a gas bearing provided with a lifting device for moving the lifting member up and down. When it is low, the lifting device is operated to lower the lifting member so as to be close to the rotation shaft. When the rotation speed of the rotation shaft is equal to or higher than the reference rotation speed, the lifting device is operated. Lift the lifting member Was characterized be spaced from the axis of rotation.
このガス軸受の動作制御方法では、回転軸の回転速度が予め定めた基準回転速度よりも低い場合には、昇降装置を動作させて、昇降部材を下降させる。すると、昇降部材と回転軸との間に形成される空間が小さくなるので、軸受本体内で、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との間で生じる差圧が大きくなる。これにより、回転軸を持ち上げる力が大きくなって、軸受本体に加わる面圧が低減される。
一方、回転軸の回転速度が基準回転速度以上である場合には、制御装置は、昇降装置を動作させて、昇降部材を上昇させる。すると、昇降部材と回転軸との間に形成される空間が大きくなるので、軸受本体内で、昇降部材の近傍部分とそれ以外の領域との間で生じる差圧が小さくなる。これにより、回転軸を持ち上げる力が小さくなって、回転軸が持ち上げられすぎて軸受本体の上部内面(昇降部材下面)に接触してしまうことを防止することができる。
In this gas bearing operation control method, when the rotational speed of the rotating shaft is lower than a predetermined reference rotational speed, the lifting device is operated to lower the lifting member. Then, since the space formed between the elevating member and the rotating shaft is reduced, the differential pressure generated between the vicinity of the elevating member and the other region is increased in the bearing body. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes large, and the surface pressure added to a bearing main body is reduced.
On the other hand, when the rotational speed of the rotating shaft is equal to or higher than the reference rotational speed, the control device operates the lifting device to raise the lifting member. Then, since the space formed between the raising / lowering member and the rotating shaft is increased, the differential pressure generated between the vicinity of the raising / lowering member and the other region is reduced in the bearing body. Thereby, the force which lifts a rotating shaft becomes small, and it can prevent that a rotating shaft is lifted too much and contacts the upper inner surface (lowering member lower surface) of a bearing main body.
ここで、上記の本発明にかかる軸受装置、圧縮機、及びガス軸受の動作制御方法において、基準回転速度とは、回転軸の周囲に、回転軸の支持に十分なだけの気体層が形成されているであろう回転速度範囲の下限値であって、この値は、実験やシミュレーション等によって求められる。
また、回転軸の回転速度の指標としては、例えば、角速度や回転数などが用いられる。
Here, in the operation control method of the bearing device, the compressor, and the gas bearing according to the present invention described above, the reference rotational speed means that a gas layer sufficient to support the rotating shaft is formed around the rotating shaft. This is the lower limit value of the rotational speed range that may be obtained, and this value is obtained by experiment, simulation, or the like.
In addition, as an index of the rotation speed of the rotation shaft, for example, an angular speed or a rotation speed is used.
本発明にかかるガス軸受によれば、軸受本体内に圧力差が生じて、回転軸を持ち上げる力が発生するために、軸受本体が回転軸から受ける面圧が少なくなる。
これにより、このガス軸受では、回転軸が静止している状態から回転し始める際や回転軸が低速で回転している場合にも、軸受本体に損傷が生じにくく、回転軸の支持を良好に行うことができる。これにより、軸受径を必要最小限にすることができる。
According to the gas bearing of the present invention, a pressure difference is generated in the bearing body, and a force for lifting the rotating shaft is generated, so that the surface pressure that the bearing body receives from the rotating shaft is reduced.
As a result, in this gas bearing, even when the rotating shaft starts rotating from a stationary state or when the rotating shaft rotates at a low speed, the bearing body is not easily damaged, and the rotating shaft is well supported. It can be carried out. As a result, the bearing diameter can be minimized.
また、本発明にかかる軸受装置によれば、回転軸の回転速度に応じて、回転軸を持ち上げる力を制御することができるので、回転軸の支持を良好に行うことができる。 Further, according to the bearing device of the present invention, the force for lifting the rotating shaft can be controlled according to the rotational speed of the rotating shaft, so that the rotating shaft can be favorably supported.
また、本発明にかかる圧縮機によれば、ガス軸受として従来のガス軸受よりも小型のガス軸受を採用することができるので、圧縮機を小型化することができる。
また、本発明にかかる圧縮機によれば、回転軸の回転速度に応じて、回転軸を持ち上げる力を制御することができるので、回転軸の支持を良好に行うことができる。
Moreover, according to the compressor concerning this invention, since a gas bearing smaller than the conventional gas bearing can be employ | adopted as a gas bearing, a compressor can be reduced in size.
Moreover, according to the compressor concerning this invention, since the force which lifts a rotating shaft can be controlled according to the rotational speed of a rotating shaft, a rotating shaft can be supported favorably.
また、本発明にかかるガス軸受の動作制御方法によれば、回転軸の回転速度に応じて、回転軸を持ち上げる力を制御することができるので、回転軸の支持を良好に行うことができる。 Further, according to the operation control method of the gas bearing according to the present invention, the force for lifting the rotating shaft can be controlled according to the rotational speed of the rotating shaft, so that the rotating shaft can be favorably supported.
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態について、図1から図3を用いて説明する。
本実施形態に示す圧縮機1は、図1に示すように、ケーシング2と、ケーシング2内に設けられて図示せぬ駆動装置によって回転駆動される回転軸3と、回転軸3に対して同軸にしてかつ相対回転を規制して設けられる羽根車4とを有する遠心圧縮機である。
この圧縮機1は、駆動装置によって回転軸3を回転駆動して、羽根車4を回転させることで、ケーシング2に設けられた吸入部6から圧縮対象のガスを取り入れるとともに、このガスを圧縮して、ケーシング2に設けられた吐出部7から吐出するものである。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
As shown in FIG. 1, the
The
回転軸3は、本発明にかかるガス軸受11を介して、軸線回りの回転を許容した状態にして支持されている。
このように回転軸3のラジアル方向を支持するガス軸受11は、図2に示すように、回転軸3が挿通される軸受本体12を有している。
この軸受本体12の上部には、軸受本体12内の作動ガスを外部に排出する排出口13が設けられている。排出口13は、軸受本体12の内面のうち、上半分の領域に開口していれば、その開口位置は任意である。本実施の形態では、排出口13は、軸受本体12の内面のうち、頂点部分に開口させている。
また、この軸受本体12と回転軸3との間には、図示せぬ作動ガス供給源から作動ガスが供給されている。
The
The
A
A working gas is supplied between the bearing
このように構成される圧縮機1では、回転軸3は、ガス軸受11による流体潤滑によって軸線回りの回転を許容されている。
以下、ガス軸受11による回転軸3の支持の詳細について説明する。
In the
Hereinafter, details of the support of the
軸受本体12内には、作動ガス供給源から、作動ガスが高圧で供給されている。一方、軸受本体12において回転軸3の上方位置には、排出口13が設けられており、軸受本体12内に供給された作動ガスは、排出口13を通じて、軸受本体12外に排出される。
これにより、軸受本体12内の、回転軸3の上方の領域Suと下方の領域Sdとの間(排出口13の近傍とそれ以外の領域との間)で圧力差が生じ、この圧力差によって回転軸3が吸い上げられる(または押し上げられる)。
A working gas is supplied into the bearing
As a result, a pressure difference is generated between the area Su above the
言い換えれば、図3に示すように、回転軸3には、軸受本体12内に供給される作動ガスの圧力を受けることによって生じる力のうち、回転軸3を下方に向けて押し下げる力Fdが、回転軸3を上方に向けて押し上げる力Fuに対して、相対的に小さくなる。これにより、回転軸3は、力Fuから力Fdを差し引いた分の力Fで、上方に向けて押し上げられる。
In other words, as shown in FIG. 3, among the forces generated by receiving the pressure of the working gas supplied into the bearing
このガス軸受11では、このように回転軸3を持ち上げる力Fが発生するために、軸受本体12が回転軸3から受ける面圧が少なくなる。
これにより、このガス軸受11では、回転軸3が静止している状態から回転し始める際や回転軸3が低速で回転している場合にも、軸受本体12に損傷が生じにくく、回転軸3の支持を良好に行うことができる。このため、このガス軸受11は、ガス軸受でありながらも、軸受径を必要最小限にすることができる。
In the
Thereby, in this
そして、本実施形態にかかる圧縮機1では、回転軸3をこのように小型のガス軸受11によって支持しているので、圧縮機1を小型化することができる。
And in the
以下に、このガス軸受11によって得られる効果について、図3を用いて具体的に説明する。
ガス軸受11に作動ガスを供給した際に回転軸3に加わる押し上げ力Fu〔N〕は、次式(1)で表される。
Fu=Ps×DL (1)
なお、式(1)中において、Psはガス軸受11への作動ガスの供給圧〔Pa〕、Dは軸受本体12の内径〔m〕、Lは軸受本体12の有効軸受長〔m〕である。
Below, the effect obtained by this gas bearing 11 is demonstrated concretely using FIG.
The push-up force Fu [N] applied to the
Fu = Ps × DL (1)
In the equation (1), Ps is the working gas supply pressure [Pa] to the
一方、回転軸3に加わる押し下げ力Fd〔N〕は、Su部圧力が排気口13の効果で低減され、Fuのα倍に低減されたと仮定すると、次式(2)で表される。
Fd=αFu=α×Ps×DL (2)
すなわち、Su部とSd部との間の差圧によって生じる正味の押し上げ力F〔N〕は、次式(3)で表される。
F=Fu−Fd=(1−α)×Ps×DL (3)
On the other hand, the push-down force Fd [N] applied to the
Fd = αFu = α × Ps × DL (2)
That is, the net pushing force F [N] generated by the differential pressure between the Su part and the Sd part is expressed by the following equation (3).
F = Fu−Fd = (1−α) × Ps × DL (3)
従って、本実施形態にかかるガス軸受11の構成を採用することによって低減できる軸受面圧ΔPは、次式(4)で表される。
ΔP=F/DL=(1−α)×Ps (4)
Therefore, the bearing surface pressure ΔP that can be reduced by adopting the configuration of the
ΔP = F / DL = (1-α) × Ps (4)
ここで、式(4)において、Psを100kPa(ゲージ圧)、α=0.7と仮定すると、ΔP=30kPaとなる。
このことから、従来構成のガス軸受(以下「従来例」とする)の設計面圧を30kPaとすると、このガス軸受に本実施形態に示す構成を適用したガス軸受(以下「実施例」とする)場合には、上記の面圧低減作用により、実質的に60kPaまで設計面圧をあげることができることになる。
Here, in Equation (4), assuming that Ps is 100 kPa (gauge pressure) and α = 0.7, ΔP = 30 kPa.
Therefore, assuming that the design surface pressure of a gas bearing having a conventional configuration (hereinafter referred to as “conventional example”) is 30 kPa, a gas bearing (hereinafter referred to as “example”) in which the configuration shown in the present embodiment is applied to this gas bearing. ), The design surface pressure can be substantially increased up to 60 kPa by the above-described surface pressure reducing action.
また、このことは、実施例は、その実質的な設計面圧を従来例と同一とした場合には、従来例よりも小型化が可能であるということも意味している。
ガス軸受において、軸受本体が受ける面圧P〔Pa〕は、次式(5)で表される。
P=W/DL (5)
従来例の軸受本体の内径をD1〔m〕、軸受本体の有効軸受長をL1〔m〕とし、実施例の軸受本体の内径をD2〔m〕、軸受本体の有効軸受長をL2〔m〕とすると、これらの設計面圧をそれぞれ30kPaとした場合、従来例の軸受本体が受ける面圧P1〔Pa〕、実施例の軸受本体が受ける面圧P2〔Pa〕は、次式(6)で表される。
P1=W/D1L1=30〔kPa〕、P2=W/D2L2=60〔kPa〕 (6)
W=30D1L1=60D2L2
従って、D2L2=0.5D1L1
ここで、ガス軸受において、軸受本体の内径D〔m〕と有効軸長L〔m〕との比率は一定値βに設定されている。すなわち、ガス軸受では、DL=βD2の関係が成り立っている。
この関係を式(6)に適用すると、次式(7)が得られる。
βD2 2=0.5βD1 2 (7)
これを整理して、次式(8)を得る。
D2 2=0.5D1 2 (8)
式(8)を解くと、D2=0.7D1となる。
すなわち、実施例では、従来例と実質的な設計面圧が同一である場合には、従来例に比べて軸受径を70%にまで低減することができる。
This also means that the embodiment can be made smaller than the conventional example when the substantial design surface pressure is the same as that of the conventional example.
In the gas bearing, the surface pressure P [Pa] received by the bearing body is expressed by the following equation (5).
P = W / DL (5)
The inner diameter of the conventional bearing body is D 1 [m], the effective bearing length of the bearing body is L 1 [m], the inner diameter of the bearing body of the embodiment is D 2 [m], and the effective bearing length of the bearing body is L Assuming 2 [m], when the design surface pressure is 30 kPa, the surface pressure P 1 [Pa] received by the bearing body of the conventional example and the surface pressure P 2 [Pa] received by the bearing body of the example are: It is represented by the following formula (6).
P 1 = W / D 1 L 1 = 30 [kPa], P 2 = W / D 2 L 2 = 60 [kPa] (6)
W = 30D 1 L 1 = 60D 2 L 2
Therefore, D 2 L 2 = 0.5D 1 L 1
Here, in the gas bearing, the ratio between the inner diameter D [m] of the bearing body and the effective shaft length L [m] is set to a constant value β. That is, in the gas bearing, the relationship DL = βD 2 is established.
When this relationship is applied to the equation (6), the following equation (7) is obtained.
βD 2 2 = 0.5βD 1 2 (7)
By arranging this, the following equation (8) is obtained.
D 2 2 = 0.5D 1 2 (8)
Solving equation (8) yields D 2 = 0.7D 1 .
That is, in the embodiment, when the substantial design surface pressure is the same as that of the conventional example, the bearing diameter can be reduced to 70% as compared with the conventional example.
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について、図4を用いて説明する。
本実施形態に示す圧縮機は、回転軸3を支持する軸受として、ガス軸受21を用いたものである。以下、第一実施形態に示した圧縮機1と同様または同一の構成については、同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。
このガス軸受21は、第一実施形態で示したガス軸受11の軸受本体12の構成を変更したものである。
具体的には、ガス軸受21で用いる軸受本体21は、軸受本体12において、その内面の排出口13の近傍を、他の領域に比べて径方向内側に突出する突出部22aとした軸受本体22を有するものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The compressor shown in the present embodiment uses a
This gas bearing 21 is obtained by changing the configuration of the bearing
Specifically, the bearing
このように構成されるガス軸受21は、軸受本体22の内面のうち、排出口13近傍が突出部22aとされていて、他の領域に比べて回転軸3との間の距離が狭められているので、軸受本体22内で、他の領域と突出部22aとの境界では、作動ガスの流れが絞られる。
このため、軸受本体22内の、突出部22a近傍の領域と他の領域との間(すなわち、回転軸3の上方の領域Suと下方の領域Sdとの間)に、確実に差圧を生じさせることができる。
また、この構成によって、回転軸3の上方の領域Suと下方の領域Sdとの間に生じる差圧がより大きくなり、回転軸3を持ち上げる力がより大きくなる。
これにより、軸受本体22に加わる面圧を確実かつ効果的に低減して、軸受径を最小限にしながら、回転軸3の支持を良好に行うことができる。
The
For this reason, a differential pressure is reliably generated between the region in the vicinity of the
Further, with this configuration, the differential pressure generated between the upper region Su and the lower region Sd of the
Thereby, the surface pressure applied to the bearing
そして、本実施形態にかかる圧縮機では、回転軸3をこのように小型で高性能なガス軸受21によって支持しているので、圧縮機を小型化することができる。
And in the compressor concerning this embodiment, since the
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について、図5を用いて説明する。
本実施形態に示す圧縮機は、第一実施形態で示した圧縮機1において、回転軸3を、軸受装置31を用いて支持する構成としたことを主たる特徴とするものである。
以下、第一実施形態に示した圧縮機1と同様または同一の構成については、同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The compressor shown in the present embodiment is mainly characterized in that the
Hereinafter, the same or the same configuration as that of the
軸受装置31は、第一実施形態で示したガス軸受11を用いて回転軸3の支持を行うものである。また、ガス軸受11の排気口13には、直接、または配管を介して、排気口13を通じた作動ガスの流通量の制御を行う弁32が設けられている。
さらに、軸受装置31は、回転軸3の回転速度を検出する回転速度検出装置33と、回転速度検出装置33によって検出された回転軸3の回転速度に基づいて、弁32の開閉動作を制御する制御装置34とを有している。
The bearing
Further, the bearing
このように構成される軸受装置31では、弁32の開閉を制御することで、排気口13を通じた作動ガスの流通を制御して、軸受本体12内で、回転軸3の上方の領域と下方の領域との間(排出口13の近傍とそれ以外の領域との間)で生じる圧力差を調節することができる。
In the
具体的には、弁32を開いて排気口13を流通する作動ガスの流通量を確保することで、回転軸3の上方の領域の内圧を低減することができる。すなわち、回転軸3の上方の領域と下方の領域との間の差圧を大きくして、回転軸3を持ち上げる力を大きくすることができる。
また、弁32を閉じて排気口13を流通する作動ガスの流通量を低減、または流通を遮断することで、回転軸3の上方の領域の内圧低下を抑制することができる。すなわち、回転軸3の上方の領域と下方の領域との間の差圧を小さくするかまたはなくして、回転軸3を持ち上げる力を小さくするかまたはなくすことができる。
Specifically, the internal pressure in the region above the
Further, by reducing the flow amount of the working gas flowing through the
また、この軸受装置31では、弁32の開閉は、制御装置34によって制御されている。制御装置34は、回転速度検出装置33によって検出された回転軸3の回転速度の情報に基づいて、弁32の開閉を制御するものである。ここで、回転軸3の回転速度の指標としては、例えば、角速度や回転数などが用いられる。
In the
具体的には、回転軸3の回転速度が予め定めた基準回転速度よりも低い場合(すなわち、回転軸3の周囲に作動ガスが十分に回り込んでいない場合)には、制御装置34は、弁32を開放して、回転軸を持ち上げる力を生じさせ、軸受本体12が回転軸3から受ける面圧を低減する。
一方、回転軸3の回転速度が基準回転速度以上である場合(すなわち、回転軸3の周囲に作動ガスが十分に回り込んでいる場合)には、制御装置34は、弁32を閉じて排気口13からの作動ガスの排出を停止させるか、または排出量を低減させて、回転軸3を持ち上げる力を小さくして、回転軸3が持ち上げられすぎて軸受本体12の上部内面に接触してしまうことを防止することができる。
すなわち、本実施形態にかかる圧縮機では、回転軸3の回転数に応じて、回転軸3の支持状態を調整して、常に最適な支持を行うことができる。
Specifically, when the rotation speed of the
On the other hand, when the rotational speed of the
In other words, in the compressor according to the present embodiment, the support state of the
ここで、基準回転速度とは、回転軸3の周囲に、回転軸3の支持に十分なだけの作動ガス層が形成されているであろう回転速度範囲の下限値であって、この値は、実験やシミュレーション等によって求められる。
Here, the reference rotation speed is a lower limit value of a rotation speed range in which a working gas layer sufficient for supporting the
また、弁32は、開状態と閉状態のどちらか一方の状態のみ取りうる構成であってもよく、開度を連続的または段階的に調整可能な構成としてもよい。
弁32を、その開度を連続的または段階的に調整可能な構成とした場合には、弁32の開度を調整することで、排気口13における作動ガスの流通量を適宜調整して、回転軸3を持ち上げる力を最適な大きさにすることができる。
Further, the
When the
ここで、本実施の形態では、軸受装置31を、第一実施形態で示したガス軸受11によって回転軸3を支持する構成とした例を示したが、これに限られることなく、例えば第二実施形態で示したガス軸受21によって回転軸3を支持する構成としてもよい。
Here, in the present embodiment, an example in which the
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について、図6を用いて説明する。
本実施形態に示す圧縮機は、第一実施形態で示した圧縮機1において、回転軸3を、軸受装置41を用いて支持する構成としたことを主たる特徴とするものである。
以下、第一実施形態に示した圧縮機1と同様または同一の構成については、同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The compressor shown in this embodiment is mainly characterized in that the
Hereinafter, the same or the same configuration as that of the
軸受装置41は、ガス軸受42を用いて回転軸3の支持を行うものである。
ガス軸受42は、第一実施形態で示したガス軸受11において、軸受本体12の代わりに、内面の上部が、排出口13を有しかつ上下方向に移動可能な昇降部材43によって構成された軸受本体44を用いたものである。また、軸受本体44には、昇降部材43を昇降させる昇降装置45が設けられている。
The bearing
In the
軸受本体44には、上部内面に開口する凹部44aが設けられている。また、この凹部44aの上方には、チャンバー44bが設けられている。
昇降部材43は、軸受本体44において凹部44a内からチャンバー44bを通じて軸受本体44の上面まで挿通されたものであって、軸受本体44に対しては、上下方向に摺動可能にして設けられている。
昇降部材43は、下面が軸受本体44の上部内面を構成する下部43aと、下部43aの上方で側方に張り出す張出部43bとを有している。また、昇降部材43には、下端面から上端まで通じる排気口13が設けられている。
昇降部材43は、下部43aを凹部44a内に位置させ、張出部43bをチャンバー44b内に位置させた状態にして、軸受本体44に挿通されている。ここで、張出部43bは、チャンバー44b内を上側空間S1と下側空間S2とに仕切る仕切りを兼ねている。
ここで、下側空間S2内には、軸受本体44と昇降部材43との間の隙間を通じて、軸受本体44内の作動ガスがわずかずつ供給されるようになっていて、その内圧は大気圧以上に確保されている。
The bearing
The elevating member 43 is inserted into the bearing
The elevating member 43 has a
The elevating member 43 is inserted into the bearing
Here, in the lower space S2, the working gas in the bearing
昇降装置45は、下側空間S2内に設けられて昇降部材43の張出部43bを上方に向けて付勢するコイルスプリング46と、下側空間S2内と軸受本体44外とを接続する管路47と、該管路47を通じた作動ガスの流通量を制御する弁48とを有している。
さらに、昇降装置45は、回転軸3の回転速度を検出する回転速度検出装置49と、回転速度検出装置49によって検出された回転軸3の回転速度に基づいて、弁48の開閉動作を制御する制御装置50とを有している。
The elevating
Further, the lifting
このように構成される軸受装置41では、ガス軸受42の軸受本体44に設けられた昇降部材43を昇降させることで、回転軸3の支持状態の調整が行われる。
In the
以下に、昇降部材43の昇降動作について説明する。
軸受本体44のチャンバー44bにおいて、昇降部材43の張出部43bの下方に位置する空間S2には、前記のように軸受本体44内から作動ガスがわずかずつ供給されている。
この空間S2は、管路47を通じて軸受本体44外に連通されており、弁48を開放することで、空間S2内の作動ガスが軸受本体44外に放出されるようになっている。
すなわち、弁48を開放することによって空間S2の内圧が低下し、空間S1と空間S2との間に圧力差が生じる。
この圧力差(空間S1の圧力−空間S2の圧力)は、昇降部材43の張出部43bを下方に押圧するように作用する。そして、この圧力差によって張出部43bに加わった押圧力が、張出部43bを上方に向けて付勢するコイルスプリング46の付勢力に打ち勝つことで、張出部43bが下方に移動することとなって、昇降部材43が下降する。
Below, the raising / lowering operation | movement of the raising / lowering member 43 is demonstrated.
In the
The space S2 communicates with the outside of the bearing
That is, by opening the
This pressure difference (the pressure in the space S1−the pressure in the space S2) acts to press the protruding
このように昇降部材43が下方に移動すると、コイルスプリング46の弾性変形量が大きくなるため、コイルスプリング46の付勢力が大きくなる。そして、昇降部材43は、空間S1、S2間の内圧の差によって生じた力がコイルスプリング46の付勢力と拮抗する位置で停止する。
When the elevating member 43 moves downward as described above, the amount of elastic deformation of the
一方、弁48を閉じることで、この空間S2には、軸受本体44内に供給された作動ガスがわずかずつ流れ込み、その内圧が再び上昇する。すなわち、弁48を閉じることによって空間S2の内圧が再び上昇し、空間S1と空間S2との間の圧力差が小さくなってゆく。すると、コイルスプリング46の付勢力によって、張出部43bが上方に向けて移動することとなって、昇降部材43が上昇する。
すなわち、空間S1、S2間の内圧の差によって生じた力がコイルスプリング46の付勢力よりも小さくなることで、昇降部材43が上方に移動する。
On the other hand, by closing the
That is, when the force generated by the difference in internal pressure between the spaces S1 and S2 becomes smaller than the biasing force of the
このように昇降部材43が上方に移動すると、コイルスプリング46が元の長さに近付くので、コイルスプリング46の付勢力が小さくなる。そして、昇降部材43は、空間S1、S2間の内圧の差によって生じた力がコイルスプリング46の付勢力と拮抗する位置で停止する。
When the elevating member 43 moves upward as described above, the
このように、この軸受装置41では、弁48の開閉を制御することで、昇降部材43の昇降が行われる。
そして、このようにして昇降部材43を下降させて、昇降部材43の下部43aと回転軸3との距離が狭まると、昇降部材43と回転軸3との間に形成される空間が小さくなるので、軸受本体44内の、下部43aの近傍部分とそれ以外の領域との境界で、作動ガスの流れが絞られる。すなわち、軸受本体44内で、下部43aの近傍部分とそれ以外の領域との間で生じる差圧が大きくなり、回転軸3を持ち上げる力が大きくなる。
Thus, in this
When the elevating member 43 is lowered in this manner and the distance between the
一方、昇降部材43を上昇させて、回転軸3から離間させることで、昇降部材43の下部43aと回転軸3との間に形成される空間が大きくなるので、軸受本体44内の、下部43aの近傍部分とそれ以外の領域との境界で、作動ガスの流れが絞られなくなるか、または絞り量が小さくなる。すなわち、軸受本体44内で、下部43aの近傍とそれ以外の領域との間で生じる差圧が小さくなり、回転軸3を持ち上げる力が小さくなる。
On the other hand, the space formed between the
ここで、この軸受装置41では、弁48の開閉は、制御装置50によって制御されている。制御装置50は、回転速度検出装置49によって検出された回転軸3の回転速度の情報に基づいて、弁48の開閉を制御するものである。ここで、回転軸3の回転速度の指標としては、例えば、角速度や回転数などが用いられる。
Here, in the
具体的には、回転軸3の回転速度が予め定めた基準回転速度よりも低い場合(すなわち、回転軸3の周囲に作動ガスが十分に回り込んでいない場合)には、制御装置50は、弁48を開放して、昇降部材43を下降させて回転軸3を持ち上げる力を生じさせ、軸受本体44が回転軸3から受ける面圧を低減する。
一方、回転軸3の回転速度が基準回転速度以上である場合(すなわち、回転軸3の周囲に作動ガスが十分に回り込んでいる場合)には、制御装置50は、弁48を閉じて昇降部材43を上昇させて回転軸3を持ち上げる力を小さくして、回転軸3が持ち上げられすぎて軸受本体44の上部内面に接触してしまうことを防止する。
すなわち、本実施形態にかかる圧縮機では、回転軸3の回転数に応じて、回転軸3の支持状態を調整して、常に最適な支持を行うことができる。
Specifically, when the rotation speed of the
On the other hand, when the rotational speed of the
In other words, in the compressor according to the present embodiment, the support state of the
ここで、基準回転速度とは、回転軸3の周囲に、回転軸3の支持に十分なだけの作動ガス層が形成されているであろう回転速度範囲の下限値であって、この値は、実験やシミュレーション等によって求められる。
Here, the reference rotation speed is a lower limit value of a rotation speed range in which a working gas layer sufficient for supporting the
また、弁48は、開状態と閉状態のどちらか一方の状態のみ取りうる構成であってもよく、開度を連続的または段階的に調整可能な構成としてもよい。
弁48を、その開度を連続的または段階的に調整可能な構成とした場合には、弁48の開度を調整することで、昇降部材43の上下方向位置(すなわち昇降部材43の下部43aと回転軸3との間に形成される空間の大きさ)を適宜調整して、回転軸3を持ち上げる力を最適な大きさにすることができる。
Further, the
When the
ここで、本実施の形態にかかる軸受装置41において、第三の実施の形態に示すように、弁32、回転速度検出装置、33、及び制御装置34を設けて、排出口13からの作動ガスの排出を制御可能な構成としてもよい。
この場合には、昇降部材43の昇降による回転軸3の支持状態の調整に加えて、さらに、排出口13からの作動ガスの排出量の制御による回転軸3の支持状態の調整を行うことができ、回転軸3の支持状態の制御を、より適切に行うことができる。
Here, in the
In this case, in addition to the adjustment of the support state of the
1 圧縮機
2 ケーシング
3 回転軸
4 羽根車
11,21,42 ガス軸受
12,22,44 軸受本体
13 排出口
22a 突出部
31,41 軸受装置
32 弁
33,49 回転速度検出装置
34,50 制御装置
43 昇降部材
45 昇降装置
1 Compressor 2
Claims (11)
前記軸受本体には、該軸受本体内の気体を上部から外部に排出する排出口が設けられていることを特徴とするガス軸受。 A gas bearing that supports a radial direction of the rotary shaft by forming a gas layer between the bearing main body and the rotary shaft inserted through the bearing main body,
A gas bearing according to claim 1, wherein the bearing body is provided with a discharge port for discharging the gas in the bearing body from the top to the outside.
前記軸受本体には、前記昇降部材を昇降させる昇降装置が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のガス軸受。 The upper part of the inner surface of the bearing body is constituted by a lifting member that has the discharge port and is movable in the vertical direction,
The gas bearing according to claim 1, wherein the bearing body is provided with a lifting device that lifts and lowers the lifting member.
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出装置と、
該回転速度検出装置によって検出された前記回転軸の回転速度に基づいて、前記昇降装置の動作を制御する制御装置とを有していることを特徴とする軸受装置。 A bearing device for supporting a rotating shaft using the gas bearing according to claim 3,
A rotational speed detection device for detecting the rotational speed of the rotary shaft;
A bearing device comprising: a control device that controls the operation of the lifting device based on the rotational speed of the rotary shaft detected by the rotational speed detection device.
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出装置と、
該回転速度検出装置によって検出された前記回転軸の回転速度に基づいて、前記弁の開閉動作を制御する制御装置とを有していることを特徴とする軸受装置。 A bearing device for supporting a rotating shaft using the gas bearing according to claim 4,
A rotational speed detection device for detecting the rotational speed of the rotary shaft;
And a control device for controlling the opening / closing operation of the valve based on the rotational speed of the rotating shaft detected by the rotational speed detecting device.
前記羽根車と前記駆動装置の出力軸とを接続する回転軸が、請求項1から4のいずれかに記載のガス軸受を介して、前記ケーシングに支持されていることを特徴とする圧縮機。 A compressor for rotating and driving an impeller provided in a casing by a driving device so that the gas taken into the casing is compressed by the impeller and sent out. The output shaft of the impeller and the driving device The compressor is characterized in that a rotating shaft that connects the two is supported by the casing via the gas bearing according to any one of claims 1 to 4.
前記羽根車と前記駆動装置の出力軸とを接続する回転軸が、請求項3に記載のガス軸受を介して、前記ケーシングに支持されており、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出装置と、
該回転速度検出装置によって検出された前記回転軸の回転速度に基づいて、前記昇降装置の昇降動作を制御する制御装置とを有していることを特徴とする圧縮機。 A compressor that compresses and sends out the gas taken into the casing by the impeller by rotationally driving the impeller provided in the casing by a driving device,
A rotating shaft that connects the impeller and the output shaft of the driving device is supported by the casing via the gas bearing according to claim 3,
A rotational speed detection device for detecting the rotational speed of the rotary shaft;
A compressor comprising: a control device that controls a lifting operation of the lifting device based on a rotational speed of the rotating shaft detected by the rotational speed detection device.
前記羽根車と前記駆動装置の出力軸とを接続する回転軸が、請求項4に記載のガス軸受を介して、前記ケーシングに支持されており、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出装置と、
該回転速度検出装置によって検出された前記回転軸の回転速度に基づいて、前記弁の開閉動作を制御する制御装置とを有していることを特徴とする圧縮機。 A compressor that compresses and sends out the gas taken into the casing by the impeller by rotationally driving the impeller provided in the casing by a driving device,
A rotating shaft that connects the impeller and the output shaft of the driving device is supported by the casing via the gas bearing according to claim 4,
A rotational speed detection device for detecting the rotational speed of the rotary shaft;
And a control device that controls the opening / closing operation of the valve based on the rotation speed of the rotation shaft detected by the rotation speed detection device.
前記ガス軸受として、前記軸受本体の内面の上部が、該軸受本体内の気体を上部から外部に排出する排出口を有しかつ上下方向に移動可能な昇降部材によって構成され、該昇降部材を昇降させる昇降装置が設けられたガス軸受を用いて、
前記回転軸の回転速度が、予め定めた基準回転速度よりも低い場合には、前記昇降装置を操作して前記昇降部材を下降させて前記回転軸に近接させ、
前記回転軸の回転速度が前記基準回転速度以上である場合には、前記昇降装置を操作して前記昇降部材を上昇させて前記回転軸から離間させることを特徴とするガス軸受の動作制御方法。 A gas that supports the rotating shaft in a state where a frictional resistance generated between the bearing body and the rotating shaft is reduced by forming a gas layer between the bearing body and the rotating shaft inserted through the bearing body. A bearing operation control method comprising:
As the gas bearing, the upper part of the inner surface of the bearing body has a discharge port for discharging the gas in the bearing body from the upper part to the outside, and is configured by a lifting member that can move in the vertical direction. Using a gas bearing provided with a lifting device
When the rotational speed of the rotating shaft is lower than a predetermined reference rotating speed, the lifting device is operated to lower the lifting member to approach the rotating shaft,
When the rotational speed of the rotating shaft is equal to or higher than the reference rotational speed, the operation control method for a gas bearing is characterized in that the lifting device is moved up and separated from the rotating shaft by operating the lifting device.
前記軸受本体に、該軸受本体内の気体を上部から外部に排出する排出口が設けられたガス軸受を用いて、
前記回転軸の回転速度が、予め定めた基準回転速度よりも低い場合には、前記排気口から前記軸受本体内の気体を排出させ、
前記回転軸の回転速度が前記基準回転速度以上である場合には、前記排気口からの前記軸受本体内の気体の排出を停止させるか、または排出量を低減させることを特徴とするガス軸受の動作制御方法。 A gas that supports the rotating shaft in a state where a frictional resistance generated between the bearing body and the rotating shaft is reduced by forming a gas layer between the bearing body and the rotating shaft inserted through the bearing body. A bearing operation control method comprising:
In the bearing body, using a gas bearing provided with a discharge port for discharging the gas in the bearing body from the top to the outside,
When the rotational speed of the rotating shaft is lower than a predetermined reference rotational speed, the gas in the bearing body is discharged from the exhaust port,
When the rotational speed of the rotating shaft is equal to or higher than the reference rotational speed, the gas bearing is characterized in that the exhaust of the gas in the bearing body from the exhaust port is stopped or the exhaust amount is reduced. Operation control method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003353055A JP2005121036A (en) | 2003-10-14 | 2003-10-14 | Gas bearing, bearing device, compressor, and method of controlling behavior of gas bearing |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103727043A (en) * | 2014-01-03 | 2014-04-16 | 顾发华 | Two-stage centrifugal compressor and method for providing air for static pressure gas bearings of two-stage centrifugal compressor |
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2003
- 2003-10-14 JP JP2003353055A patent/JP2005121036A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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CN103727043A (en) * | 2014-01-03 | 2014-04-16 | 顾发华 | Two-stage centrifugal compressor and method for providing air for static pressure gas bearings of two-stage centrifugal compressor |
CN103727043B (en) * | 2014-01-03 | 2016-05-04 | 杭州万辰机电科技有限公司 | The method of two stage centrifugal compressor and the static-pressure air bearing air feed to described two stage centrifugal compressor |
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