JP2825271B2 - 回転機械用ロータ支持装置 - Google Patents
回転機械用ロータ支持装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
- F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
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-
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
- F16C32/0681—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load
- F16C32/0696—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load for both radial and axial load
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回転機械用ロータ支持装置に関し、特に、
高速回転機械のロータを径方向及び軸方向で支持する気
体軸受式のロータ支持装置に関する。
高速回転機械のロータを径方向及び軸方向で支持する気
体軸受式のロータ支持装置に関する。
［従来の技術］ ころがり軸受あるいは流体軸受に関する現在の技術に
は、ロータとステータとの間の相対周速度が約100m/s、
すなわち、軸受の径Ｄ（mm）とロータの回転速度Ｎ（rp
m）との積が、Ｄ・Ｎ＜２×106（mm・rpm）という限界
が存在する。
は、ロータとステータとの間の相対周速度が約100m/s、
すなわち、軸受の径Ｄ（mm）とロータの回転速度Ｎ（rp
m）との積が、Ｄ・Ｎ＜２×106（mm・rpm）という限界
が存在する。
［発明が解決しようとする課題］ 磁気軸受という新たな技術によって回転速度の限界を
超えることは可能であるが、大型で複雑な制御装置が必
要になる。
超えることは可能であるが、大型で複雑な制御装置が必
要になる。
加えて、これまでに提案された気体軸受は、ロータに
形成された支承面の表面に面して規則正しく分布する複
数のキャビティがステータに設けられており、これらの
キャビティには所定の径を有するオリフィスから加圧気
体が供給される。このような装置においては、各キャビ
ティ内の圧力が支承面と軸受面との間の間隙に依存して
変動するため、振動を発生あるいは不安定になり易いと
いう危険性があり、これらの危険は運転速度範囲内でも
現れるであろう。
形成された支承面の表面に面して規則正しく分布する複
数のキャビティがステータに設けられており、これらの
キャビティには所定の径を有するオリフィスから加圧気
体が供給される。このような装置においては、各キャビ
ティ内の圧力が支承面と軸受面との間の間隙に依存して
変動するため、振動を発生あるいは不安定になり易いと
いう危険性があり、これらの危険は運転速度範囲内でも
現れるであろう。
本発明の目的は、回転機械の運転速度範囲内における
振動発生等の不安定状態を確実に防止し得、又、従来の
気体軸受において存在したロータ及びステータ間の相対
周速度の限界を超えることが可能になり、気体軸受の適
用分野あるいは適用条件を大幅に拡張することができる
回転機械用ロータ支持装置を提供することにある。
振動発生等の不安定状態を確実に防止し得、又、従来の
気体軸受において存在したロータ及びステータ間の相対
周速度の限界を超えることが可能になり、気体軸受の適
用分野あるいは適用条件を大幅に拡張することができる
回転機械用ロータ支持装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、前述の目的は、複数のキャビティ
が、ロータに形成される支承面に面して均等な間隔をあ
けてステータに形成されており、キャビティの夫々には
加圧気体がブリード穴を介して供給されるタイプの少な
くとも一つの気体軸受を備えている回転機械用ロータ支
持装置であって、支持装置の端部において閉鎖された環
状空間を気体軸受との間に画定すべく封止装置がステー
タとロータのシャフトとの間で気体軸受に隣接して配設
されており、封止装置は、環状空間内の圧力を支持装置
の外部よりも高く維持すべく調節された気体の漏れを与
えるように構成されており、環状空間内に導かれた気体
が、封止装置からの漏れによってのみ支持装置の外部に
排出される回転機械用ロータ支持装置によって達成され
る。
が、ロータに形成される支承面に面して均等な間隔をあ
けてステータに形成されており、キャビティの夫々には
加圧気体がブリード穴を介して供給されるタイプの少な
くとも一つの気体軸受を備えている回転機械用ロータ支
持装置であって、支持装置の端部において閉鎖された環
状空間を気体軸受との間に画定すべく封止装置がステー
タとロータのシャフトとの間で気体軸受に隣接して配設
されており、封止装置は、環状空間内の圧力を支持装置
の外部よりも高く維持すべく調節された気体の漏れを与
えるように構成されており、環状空間内に導かれた気体
が、封止装置からの漏れによってのみ支持装置の外部に
排出される回転機械用ロータ支持装置によって達成され
る。
［作用］ 本発明の回転機械用ロータ支持装置によれば、ステー
タとロータのシャフトとの間で気体軸受に隣接して配設
された封止装置が、閉鎖された環状空間を支持装置の端
部において気体軸受との間に画定している。この封止装
置は、調節された気体の漏れを与え、又、環状空間内に
導かれた気体がそのような封止装置からの漏れによって
のみ支持装置の外部に排出されるため、環状空間内の圧
力が支持装置の外部よりも高く維持され、すなわち、ブ
リード穴を介して各キャビティに供給された加圧気体が
排出される気体軸受の出口における圧力を比較的高い値
に維持することが可能になる。従って、各キャビティへ
加圧気体を供給するための通路である導管内の気体密度
が高くなり、乱流が生じるため、軸受の剛性を著しく増
大させることができる。その結果、回転機械の運転速度
範囲内における振動発生等の不安定状態を回避し得るの
はもちろんのこと、複雑かつ大型の制御装置が必要な磁
気軸受等を使用することなく従来の気体軸受において存
在したロータ及びステータ間の相対周速度の限界を超え
ることが可能になり、これにより、気体軸受の適用分野
あるいは適用条件を大幅に拡張することができ、計測装
置のような小型精密機器のみならず、ターボ機械等の大
型装置への適用をも可能にする。
タとロータのシャフトとの間で気体軸受に隣接して配設
された封止装置が、閉鎖された環状空間を支持装置の端
部において気体軸受との間に画定している。この封止装
置は、調節された気体の漏れを与え、又、環状空間内に
導かれた気体がそのような封止装置からの漏れによって
のみ支持装置の外部に排出されるため、環状空間内の圧
力が支持装置の外部よりも高く維持され、すなわち、ブ
リード穴を介して各キャビティに供給された加圧気体が
排出される気体軸受の出口における圧力を比較的高い値
に維持することが可能になる。従って、各キャビティへ
加圧気体を供給するための通路である導管内の気体密度
が高くなり、乱流が生じるため、軸受の剛性を著しく増
大させることができる。その結果、回転機械の運転速度
範囲内における振動発生等の不安定状態を回避し得るの
はもちろんのこと、複雑かつ大型の制御装置が必要な磁
気軸受等を使用することなく従来の気体軸受において存
在したロータ及びステータ間の相対周速度の限界を超え
ることが可能になり、これにより、気体軸受の適用分野
あるいは適用条件を大幅に拡張することができ、計測装
置のような小型精密機器のみならず、ターボ機械等の大
型装置への適用をも可能にする。
本発明のよるロータ支持装置の好ましい特徴によれ
ば、調節された気体の漏れを与える封止装置がラビリン
ス装置であるのがよい 本発明によるロータ支持装置の他の好ましい特徴によ
れば、複数の気体軸受を有しており、支承面に面してス
テータに形成された各気体軸受のキャビティの全部に対
して単一の回路から加圧気体が供給されるのがよい。
ば、調節された気体の漏れを与える封止装置がラビリン
ス装置であるのがよい 本発明によるロータ支持装置の他の好ましい特徴によ
れば、複数の気体軸受を有しており、支承面に面してス
テータに形成された各気体軸受のキャビティの全部に対
して単一の回路から加圧気体が供給されるのがよい。
本発明によるロータ支持装置の更に他の好ましい特徴
によれば、封止装置が、支持装置の両端に夫々配設され
た二つのみであるのがよい。
によれば、封止装置が、支持装置の両端に夫々配設され
た二つのみであるのがよい。
本発明によるロータ支持装置の更に他の好ましい特徴
によれば、気体軸受がアキシャルスラスト気体軸受であ
り、アキシャルスラスト気体軸受のステータが弾性装置
を介して回転機械のハウジングに取り付けられるのがよ
い。
によれば、気体軸受がアキシャルスラスト気体軸受であ
り、アキシャルスラスト気体軸受のステータが弾性装置
を介して回転機械のハウジングに取り付けられるのがよ
い。
［実施例］ 以下、本発明を図面に示す好ましいい実施例を用いて
詳述する。
詳述する。
第１図は、シャフトを径方向に関して支持する公知の
タイプの気体軸受部品を示している。この部品はフラン
ジ１を介して機械のハウジングに固定されるものであ
り、このフランジ１には取付ねじ用の通路２が設けてあ
る。この部品の内面には二列のキャビティ３が存在す
る。この軸受部品の縦断図を第２図に示す。
タイプの気体軸受部品を示している。この部品はフラン
ジ１を介して機械のハウジングに固定されるものであ
り、このフランジ１には取付ねじ用の通路２が設けてあ
る。この部品の内面には二列のキャビティ３が存在す
る。この軸受部品の縦断図を第２図に示す。
第２図及び第３図（拡大された径方向断面図）に示さ
れているように、各キャビティ３は、所定の径を有する
ブリード穴としてのオリフィス４を介して径方向の導管
５と連通しており、これらの導管及びオリフィスを通っ
て各圧気体が供給される。
れているように、各キャビティ３は、所定の径を有する
ブリード穴としてのオリフィス４を介して径方向の導管
５と連通しており、これらの導管及びオリフィスを通っ
て各圧気体が供給される。
このような気体軸受の挙動はよく知られている。ラジ
アル荷重を受けることなく動作するとき、機械のシャフ
トは軸受のほぼ中心で回転し、各キャビティがシャフト
からの距離をほぼ等しく保つため、各キャビティ内の圧
力も等しくなる。
アル荷重を受けることなく動作するとき、機械のシャフ
トは軸受のほぼ中心で回転し、各キャビティがシャフト
からの距離をほぼ等しく保つため、各キャビティ内の圧
力も等しくなる。
負荷時、シャフトは軸受に対して偏心する。従って、
シャフトの支承面から最も近くに位置するキャビティ内
の圧力が上昇し、荷重に抗してシャフトを安定した平衡
位置に戻そうとする、力の増大を生じる。一方、シャフ
トから遠く位置するキャビティにおいては圧力が低下
し、同じくシャフトを平衡位置に戻そうとする、力の低
減を生じる。この圧力低下はオリフィス４内の流速が音
速に近づくにつれて大きくなり、気体の流れが制限され
る。
シャフトの支承面から最も近くに位置するキャビティ内
の圧力が上昇し、荷重に抗してシャフトを安定した平衡
位置に戻そうとする、力の増大を生じる。一方、シャフ
トから遠く位置するキャビティにおいては圧力が低下
し、同じくシャフトを平衡位置に戻そうとする、力の低
減を生じる。この圧力低下はオリフィス４内の流速が音
速に近づくにつれて大きくなり、気体の流れが制限され
る。
本実施例では、軸受がその内周面に位置する互いに平
行な二つの円状列上に分配されたキャビティ３を備えて
いる。この配置によって、シャフトを径方向に持するだ
けでなく、曲げに対する剛性も得ることができる。
行な二つの円状列上に分配されたキャビティ３を備えて
いる。この配置によって、シャフトを径方向に持するだ
けでなく、曲げに対する剛性も得ることができる。
第４図、第５図及び第６図に示された気体軸受は、第
１図、第２図及び第３図と同様に公知のタイプである
が、アキシャルスラスト軸受を形成することを目的とす
るものである。この特別な配置においては、図示された
ステータ軸受部品はこの部品の回転を許容する装置６を
介して機械のハウジングに接続されている。この装置６
はエラストマー製のワッシャであり、スラスト軸受部品
の支承面がシャフトのスラスト軸受面に対して完全に平
行にされる。
１図、第２図及び第３図と同様に公知のタイプである
が、アキシャルスラスト軸受を形成することを目的とす
るものである。この特別な配置においては、図示された
ステータ軸受部品はこの部品の回転を許容する装置６を
介して機械のハウジングに接続されている。この装置６
はエラストマー製のワッシャであり、スラスト軸受部品
の支承面がシャフトのスラスト軸受面に対して完全に平
行にされる。
前述した公知の部品を使用するところの本発明による
気体軸受式のロータ支持装置を第７図に示す。この装置
は、低温技術のシステムの軸組して使用され、圧力源９
から供給を受けるエアタービン８によって駆動されるロ
ータ７と、二つのラジアル気体軸受10及び二つのアキシ
ャルスラスト気体軸受11によって支持されるロータシャ
フトとを備えている。
気体軸受式のロータ支持装置を第７図に示す。この装置
は、低温技術のシステムの軸組して使用され、圧力源９
から供給を受けるエアタービン８によって駆動されるロ
ータ７と、二つのラジアル気体軸受10及び二つのアキシ
ャルスラスト気体軸受11によって支持されるロータシャ
フトとを備えている。
調節された気体の漏れを与える封止装置が、ステータ
及びロータのシャフト間において軸受10の支承面の両側
に夫々設けられている。このような封止装置としては、
例えばラビリンスタイプのパッキン12等がある。
及びロータのシャフト間において軸受10の支承面の両側
に夫々設けられている。このような封止装置としては、
例えばラビリンスタイプのパッキン12等がある。
機械のステータには、ラジアル軸受10及びアキシャル
軸受11への各供給回路が単一の回路として組み込まれて
いる。
軸受11への各供給回路が単一の回路として組み込まれて
いる。
このような非制限的で特別な配置によって、ハウジン
グ内部及びシャフト両端部間における封止装置12の数を
制限することができる。尚、各圧気体の供給源９の出口
にコック13を装備することにより気体の流量を、従って
供給圧レベルを所望の値に調整し得る。
グ内部及びシャフト両端部間における封止装置12の数を
制限することができる。尚、各圧気体の供給源９の出口
にコック13を装備することにより気体の流量を、従って
供給圧レベルを所望の値に調整し得る。
本発明の封止装置12によれば、ラジアル軸受及びアキ
シャル軸受の出口圧力を比較的高い値に維持できる。こ
の高い圧力レベルによって導管内の気体の密度が高くな
り、乱流作用が生じる。その結果、軸受剛性が著しく増
大して機械の運転範囲内における不安定状態を回避する
ことができる。
シャル軸受の出口圧力を比較的高い値に維持できる。こ
の高い圧力レベルによって導管内の気体の密度が高くな
り、乱流作用が生じる。その結果、軸受剛性が著しく増
大して機械の運転範囲内における不安定状態を回避する
ことができる。
例えば供給圧力が6MPaの場合、本発明により軸受出口
での残留圧力を約1.5MPaにすることができる。
での残留圧力を約1.5MPaにすることができる。
この例においては、シャフトの周速度がラジアル軸受
の支承面で160m/sに達し、アキシャル軸受の支承面では
220m/Sを超えた。ただし、これらの値は本発明を何ら制
限するものではない。
の支承面で160m/sに達し、アキシャル軸受の支承面では
220m/Sを超えた。ただし、これらの値は本発明を何ら制
限するものではない。
気体軸受は今日まで、摩擦の小さいことが要求される
もの（例えば計測装置）、又は汚染のないことが要求さ
れるもの（例えば原子炉）等に使用されてきたが、本発
明の気体軸受は高い剛性特性を有しているため、より広
い分野で使用することが可能になり、特に、例えば宇宙
産業における航空機エンジン、試験台及びターボポンプ
の気体軸受として使用することもできる。
もの（例えば計測装置）、又は汚染のないことが要求さ
れるもの（例えば原子炉）等に使用されてきたが、本発
明の気体軸受は高い剛性特性を有しているため、より広
い分野で使用することが可能になり、特に、例えば宇宙
産業における航空機エンジン、試験台及びターボポンプ
の気体軸受として使用することもできる。
［発明の効果］ 上述したように本発明の回転機械用ロータ支持装置に
よれば、回転機械の運転速度範囲内における振動発生等
の不安定状態を回避し得るのはもちろんのこと、従来の
気体軸受において存在したロータ及びステータ間の相対
速度の限界を超えることが可能になり、気体軸受の適用
分野あるいはい適用条件を大幅に拡張することができ
る。
よれば、回転機械の運転速度範囲内における振動発生等
の不安定状態を回避し得るのはもちろんのこと、従来の
気体軸受において存在したロータ及びステータ間の相対
速度の限界を超えることが可能になり、気体軸受の適用
分野あるいはい適用条件を大幅に拡張することができ
る。
第１図から第６図は公知タイプの気体軸受を示す図、第
７図は本発明による気体軸受式のロータ支持装置を示す
組立図である。 １……フランジ、２……取付ねじ用通路、３……キャビ
ティ、４……オリフィス、５……導管、７……ロータ、
８……エアタービン、９……圧力源、10……ラジアル軸
受、11……アキシャルラスト軸受、12……ラビリンスパ
ッキン。
７図は本発明による気体軸受式のロータ支持装置を示す
組立図である。 １……フランジ、２……取付ねじ用通路、３……キャビ
ティ、４……オリフィス、５……導管、７……ロータ、
８……エアタービン、９……圧力源、10……ラジアル軸
受、11……アキシャルラスト軸受、12……ラビリンスパ
ッキン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−63118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−35555（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−112319（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−1746（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−51930（ＪＰ，Ｕ) 実公 平７−20399（ＪＰ，Ｙ２) 特公 昭48−33296（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16C 32/06
Claims (5)
- 【請求項１】複数のキャビティ（３）が、ロータ（７）
に形成される支承面に面して均等な間隔をあけてステー
タに形成されており、該キャビティの夫々には加圧気体
がブリード穴（４）を介して供給されるタイプの少なく
とも一つの気体軸受（10、11）を備えている回転機械用
ロータ支持装置であって、 前記支持装置の端部において閉鎖された環状空間を前記
気体軸受との間に画定すべく封止装置（12）が前記ステ
ータと前記ロータのシャフトとの間で該気体軸受に隣接
して配設されており、 前記封止装置は、前記環状空間内の圧力を前記支持装置
の外部よりも高く維持すべく調節された気体の漏れを与
えるように構成されており、該環状空間内に導かれた気
体が、該封止装置からの漏れによってのみ該支持装置の
外部に排出されることを特徴とする回転機械用ロータ支
持装置。 - 【請求項２】前記調節された気体の漏れを与える封止装
置（12）がラビリンス装置であることを特徴とする請求
項１に記載のロータ支持装置。 - 【請求項３】複数の気体軸受（10、11）を有しており、
前記支承面に面して前記ステータに形成された各気体軸
受のキャビティ（３）の全部に対して単一の回路（９）
から加圧気体が供給されることを特徴とする請求項１又
は２に記載のロータ支持装置。 - 【請求項４】前記封止装置（12）が、前記支持装置の両
端に夫々配設された二つのみであることを特徴とする請
求項３に記載のロータ支持装置。 - 【請求項５】前記気体軸受がアキシャルスラスト気体軸
受（11）であり、該アキシャルスラスト気体軸受のステ
ータが弾性装置（６）を介して前記回転機械のハウジン
グに取り付けられることを特徴とする請求項１から４の
いずれか一項に記載のロータ支持装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8806589 | 1988-05-17 | ||
| FR8806589A FR2631666A1 (fr) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | Systeme de supportage de rotor par paliers a gaz |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0211922A JPH0211922A (ja) | 1990-01-17 |
| JP2825271B2 true JP2825271B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=9366364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1121289A Expired - Fee Related JP2825271B2 (ja) | 1988-05-17 | 1989-05-15 | 回転機械用ロータ支持装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0343044B1 (ja) |
| JP (1) | JP2825271B2 (ja) |
| DE (1) | DE68905660T2 (ja) |
| FR (1) | FR2631666A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006037821A1 (de) * | 2006-08-12 | 2008-02-14 | Atlas Copco Energas Gmbh | Turbomaschine |
| CN115467896B (zh) * | 2022-08-04 | 2023-04-18 | 宁波亿文特自动化科技有限公司 | 一种气浮轴承支承的转台结构 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1053541A (fr) * | 1951-04-09 | 1954-02-03 | Roulements A Billes Miniatures | Palier |
| US3359613A (en) * | 1965-05-27 | 1967-12-26 | F Jos Lamb Company Inc | Hydrostatic bearing and method of making same |
| GB1291421A (en) * | 1970-01-01 | 1972-10-04 | Balfour & Co Ltd Henry | Improvements in or relating to bearings |
| DE3174120D1 (en) * | 1980-02-19 | 1986-04-24 | Toyota Motor Co Ltd | A rotary type electrostatic spray painting device |
| JPH045772Y2 (ja) * | 1986-01-06 | 1992-02-18 |
-
1988
- 1988-05-17 FR FR8806589A patent/FR2631666A1/fr active Pending
-
1989
- 1989-05-11 EP EP19890401311 patent/EP0343044B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1989-05-11 DE DE1989605660 patent/DE68905660T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-15 JP JP1121289A patent/JP2825271B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0343044B1 (fr) | 1993-03-31 |
| DE68905660T2 (de) | 1993-09-23 |
| EP0343044A1 (fr) | 1989-11-23 |
| DE68905660D1 (de) | 1993-05-06 |
| JPH0211922A (ja) | 1990-01-17 |
| FR2631666A1 (fr) | 1989-11-24 |
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