JP4152965B2 - ターボ機械 - Google Patents

Description

本発明は、液体動力学的なスラスト軸受を有する軸受装置内において軸受けされているローター軸、および、このローター軸の上に設けられた羽根車を備える、ターボ機械に関する。「液体動力学的なスラスト軸受」という表現でもって、市販のスラスト滑り軸受が意味され、これらスラスト滑り軸受は、ターボ機械構造内において頻繁に使用される。
このような様式の装置は、ヨーロッパ特許出願公開第８６１６号明細書（特許文献１）から公知である。

実際上、公知の、冒頭に記載した特徴を有するターボ機械の場合、液体動力学的なスラスト軸受が、静止状態におけるローター軸に生じる軸線方向力の収容のため、および、このターボ機械の作動の間じゅう生じ、且つ、羽根車における圧力諸条件および羽根車タイプ、並びに軸封隙材の幾何学的形状に依存する、軸線方向摺動の収容のために使用される。特に、圧縮機として形成されたターボ機械の場合、圧縮すべき流動体の高い予圧が、静止状態において、および従って同様にこの機械の始動の際にも、高い軸線方向摺動を誘起する。この液体動力学的なスラスト軸受の構成の際に、従って、この液体動力学的なスラスト軸受が、このターボ機械の静止状態、および始動の間じゅう存在する軸線方向力、および、定格回転数における作動の間じゅう生じる軸線方向の力を収容いなければならないという問題が存在する。専ら定格回転数の場合の作動状態に適合される液体動力学的なスラスト軸受の構成だけが従って可能でなく、従って、この軸受の出力損失、それにまたこの軸受の寸法設定に関しての相応する欠点は甘受されねばならない。
ヨーロッパ特許出願公開第８６１６号明細書

従って、本発明の根底をなす課題は、定格回転数における作動諸条件に最適に適合される構成、および、液体動力学的なスラスト軸受の構造を許容する、冒頭に記載した特徴を有するターボ機械を提示することである。

この課題は本発明に従い、液体動力学的なスラスト軸受のすぐ近くに、付加的に、液体静力学的なスラスト軸受が配置されており、この液体静力学的なスラスト軸受が、静止状態においてこのローター軸に対して作用する軸線方向力を、完全に、または少なくとも大部分、収容し、
このローター軸の始動工程の際、この液体動力学的なスラスト軸受を除荷し、且つ、定格回転数における作動状態において作動停止されること、
上記両方のスラスト軸受が、上記ローター軸の一方の自由な端部に設けられていること、
上記液体静力学的なスラスト軸受が、定置の、軸線方向の力を収容する上記ピストンを有し、このピストンの端面が、相応するローター軸端部の端面に整向されており、その際、このローター軸の静止状態および始動工程の間じゅう、これら両方の面の間に、低い圧力の状態にある、これら両方の面を互いに離間する軸受液体が存在するように構成されていること、
上記ピストンが、スリーブ内へと挿入されており、且つ、このスリーブと結合されており、その際、
このスリーブが、このターボ機械のハウジングに固定されており、且つ、このピストンによって収容された軸線方向の力を、このハウジングに対して支持しており、且つその際、
このローター軸の方を向いた、このスリーブの端部が、同時に、このハウジング内への、この液体動力学的なスラスト軸受によって収容された軸線方向の力の導入のために使用されるように構成されていること、
によって解決される。
本発明により、軸線方向摺動を収容する構成要素の分離が、
ターボ機械の静止状態および始動工程の間じゅう、この軸線方向摺動を、完全に、または少なくとも大部分、収容する、静力学的な部分へ、および、
その部分の構成および構造が、最適に、定格回転数における作動の間じゅう存在している諸条件に適合され得る液体動力学的な部分へと行われる。
このことは、特に、定格作動における液体動力学的なスラスト軸受の出力損失の低減、並びに、定格作動の際に生じる軸線方向摺動を、最適に適合される、この液体動力学的なスラスト軸受の寸法設定を許容する。静止状態において、および、始動工程の際に、この液体動力学的なスラスト軸受は、付加的な液体静力学的なスラスト軸受によって十分に除荷される。ローター軸が、このローター軸の定格回転数に到達した場合、この静力学的なスラスト軸受は作動停止され、且つ従って機能しないようにされ、且つ、軸線方向摺動が、完全に、この液体動力学的なスラスト軸受によって収容される。

有利には、両方のスラスト軸受は、ローター軸の一方の自由な端部に設けられている。合目的に、この液体静力学的なスラスト軸受は、定置の、軸線方向の力を収容するピストンを有し、このピストンの端面が、相応するローター軸端部の端面に整向されており、その際、このローター軸の静止状態および始動工程の間じゅう、これら両方の面の間に、低い圧力の状態にある、これら両方の面を互いに離間する軸受液体が存在する。これら両方の面の間の間隔は、有利には、約５０μｍの値であり、その際、下方へと１０μｍに至るまでの差異が許容できる。この挿入体として形成されたピストンは、これら両方の端面の間の中間スペース内へと軸受液体を供給するための穿孔を有している。
有利には、このピストンは、スリーブ内へと挿入されており、且つ、このスリーブと結合されており、その際、
このスリーブが、このターボ機械のハウジングに固定されており、且つ、このピストンによって収容された軸線方向の力を、このハウジングに対して支持しており、且つその際、
このローター軸の方を向いた、このスリーブの端部が、同時に、このハウジング内への、この液体動力学的なスラスト軸受によって支持された軸線方向の力の導入のために使用される。

ローター軸は、ピニオンとして形成された部分を有しており、この部分が、第２の軸上に配設された歯車と、伝動装置を形成しており、その際、この第２の軸に、電気的な機械が接続されている。選択的に、この目的で、しかしながら、この電気的な機械が、直接的にこのローター軸に接続されていることも可能である。

次に、本発明を、単に１つだけの実施例を図示した図に基づいて、詳しく説明する。

図１は、ローター軸１を有する圧縮機として形成されたターボ機械を示しており、このローター軸が、液体動力学的なスラスト軸受２を有する軸受装置内において軸受けされている。このローター軸１の一方の端部に、圧縮機羽根車３が、片持ち状態で設けられている。この液体動力学的なスラスト軸受２のすぐ近くに、付加的に、液体静力学的なスラスト軸受４が配置されており、この液体静力学的なスラスト軸受が、静止状態においてこのローター軸１に対して作用する軸線方向力を、完全に、または少なくとも大部分、収容する。このローター軸１の始動工程の際、この液体動力学的なスラスト軸受２は、このスラスト軸受４によって除荷され、これに対して、定格回転数における作動状態において、このスラスト軸受４が作動停止される。これら両方のスラスト軸受２、４は、このローター軸１の残っている自由な端部に設けられている。特に、図２から、この液体静力学的なスラスト軸受４が、定置の、軸線方向の力を収容するピストン５を有し、このピストンの端面６が、相応するローター軸端部の端面７に整向されていることは見て取れる。このローター軸１の静止状態および始動工程の間じゅう、これら両方の面６、７の間に、低い圧力の状態にある、これら両方の面６、７を互いに離間する軸受液体が存在する。低格回転数の到達の後、この液体静力学的なスラスト軸受４の作動停止によって、この圧力は取り除かれ、且つ、軸方向摺動が、その場合に完全にこの液体動力学的なスラスト軸受２によって収容される。このピストン５は、これら両方の端面６、７の間の中間スペース内へと軸受液体を供給するための穿孔８を有している。このピストン５は、スリーブ９内へと挿入されており、且つ、このスリーブと結合されている。このスリーブ９は、このターボ機械のハウジング１０に固定されており、且つ、このピストン５によって収容された軸線方向の力を、このハウジング１０に対して支持している。同時に、このローター軸１の方を向いた、このスリーブ９の端部は、このハウジング１０内への、この液体動力学的なスラスト軸受２によって収容された軸線方向の力の導入のために使用される。

図１から、ローター軸１がピニオン１１として形成された部分を有していることが見て取れ、この部分が、第２の軸１２上に配設された歯車１３と、伝動装置を形成している。この第２の軸１２の片持ち状態の端部に、駆動機械のローター１４が設けられている。

断面図における、本発明によるターボ機械の図である。 図1の、拡大された部分図である。

符号の説明

１ ローター軸
２ 液体動力学的なスラスト軸受
３ 圧縮機羽根車
４ 液体静力学的なスラスト軸受
５ ピストン
６ 端面
７ ローター軸端部の端面
８ 穿孔
９ スリーブ
１０ ハウジング
１１ ピニオン
１２ 第２の軸
１３ 歯車
１４ ローター

Claims (3)

1. 液体動力学的なスラスト軸受（２）を有する軸受装置内において軸受けされているローター軸（１）、および、
   このローター軸（１）の上に設けられた羽根車（３）を備える、ターボ機械において、
   液体動力学的なスラスト軸受（２）のすぐ近くに、付加的に、液体静力学的なスラスト軸受（４）が配置されており、この液体静力学的なスラスト軸受が、静止状態においてこのローター軸（１）に対して作用する軸線方向力を収容し、
   このローター軸（１）の始動工程の際、この液体動力学的なスラスト軸受（２）を除荷し、且つ、定格回転数における作動状態において作動停止されるように構成されていること、
   上記両方のスラスト軸受（２、４）が、上記ローター軸（１）の一方の自由な端部に設けられていること、
   上記液体静力学的なスラスト軸受（４）が、定置の、軸線方向の力を収容する上記ピストン（５）を有し、このピストンの端面（６）が、相応するローター軸端部の端面（７）に整向されており、その際、このローター軸（１）の静止状態および始動工程の間じゅう、これら両方の面（６、７）の間に、低い圧力の状態にある、これら両方の面（６、７）を互いに離間する軸受液体が存在するように構成されていること、
   上記ピストン（５）が、スリーブ（９）内へと挿入されており、且つ、このスリーブと結合されており、その際、
   このスリーブ（９）が、このターボ機械のハウジング（１０）に固定されており、且つ、このピストン（５）によって収容された軸線方向の力を、このハウジング（１０）に対して支持しており、且つその際、
   このローター軸（１）の方を向いた、このスリーブ（９）の端部が、同時に、このハウジング（１０）内への、この液体動力学的なスラスト軸受（２）によって収容された軸線方向の力の導入のために使用されるように構成されていること、
   を特徴とするターボ機械。
2. ピストン（５）は、これら両方の端面（６、７）の間の中間スペース内へと軸受液体を供給するための穿孔（８）を有していることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
3. ローター軸（１）は、ピニオン（１１）として形成された部分を有しており、この部分が、第２の軸（１２）上に配設された歯車（１３）と、伝動装置を形成しており、その際、この第２の軸に、駆動機械が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボ機械。

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