JP6257965B2 - Foil bearing unit - Google Patents

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本発明はフォイル軸受ユニットに関する。   The present invention relates to a foil bearing unit.

ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械の主軸を支持する軸受には、高温・高速回転といった過酷な環境に耐え得ることが要求される。このような条件下での使用に適合する軸受として、フォイル軸受が着目されている。フォイル軸受は、曲げに対して剛性の低い可撓性を有する薄膜(フォイル)で軸受面を構成し、軸受面のたわみを許容することで荷重を支持するものである。軸の回転時には、軸の外周面とフォイルの軸受面との間に流体膜(例えば空気膜)が形成され、軸が非接触支持される。   A bearing that supports a main shaft of a turbo machine such as a gas turbine or a turbocharger is required to withstand a severe environment such as high temperature and high speed rotation. As a bearing suitable for use under such conditions, a foil bearing has attracted attention. In the foil bearing, a bearing surface is constituted by a thin film (foil) having low rigidity with respect to bending, and the load is supported by allowing the bearing surface to bend. When the shaft rotates, a fluid film (for example, an air film) is formed between the outer peripheral surface of the shaft and the bearing surface of the foil, and the shaft is supported in a non-contact manner.

例えば、下記の特許文献1及び特許文献2には、フォイル軸受を適用したターボ機械が示されている。   For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below show a turbo machine to which a foil bearing is applied.

特表平9−510522号公報JP 9-510522 A 特表平10−511446号公報Japanese National Patent Publication No. 10-511446

上記のようなターボ機械において、ターボ機械に設けられたハウジングの内周面に直接フォイルを固定する作業は難しい。このため、通常、上記特許文献1及び2のように、円筒状のケースの内周にフォイルを固定したフォイル軸受カートリッジを予め形成し、このフォイル軸受カートリッジをハウジングの内周面に固定することで、組立作業の容易化を図っている。一方ハウジングの端面にフォイルを固定する作業は比較的容易であるため、上記特許文献1及び2では、ハウジングの端面にスラストフォイルが直接固定されている。   In the turbo machine as described above, it is difficult to fix the foil directly on the inner peripheral surface of the housing provided in the turbo machine. For this reason, normally, as in Patent Documents 1 and 2, a foil bearing cartridge in which a foil is fixed to the inner periphery of a cylindrical case is formed in advance, and the foil bearing cartridge is fixed to the inner peripheral surface of the housing. The assembly work is facilitated. On the other hand, since the operation of fixing the foil to the end surface of the housing is relatively easy, in Patent Documents 1 and 2, the thrust foil is directly fixed to the end surface of the housing.

ところで、上記のようにラジアル方向及びスラスト方向に軸を支持するフォイル軸受において、回転軸を高精度に支持するためには、ラジアル方向の支持を行うフォイル(ラジアル軸受フォイル)とスラスト方向の支持を行うフォイル(スラスト軸受フォイル)との相対的な位置関係が重要となる。このため、ラジアル軸受フォイルを取り付ける取付面とスラスト軸受フォイルを取り付ける取付面との相対的な位置精度(例えば直角度)を高精度に設定する必要がある。しかし、上記のような構成では、ラジアル軸受フォイルの取付面が軸受カートリッジのケースの内周面に設けられる一方で、スラスト軸受フォイルの取付面がハウジングの端面に設けられるため、これらの取付面の相対的な位置精度を高めるためには、各部材の高精度な加工及び組み付けが必要となり、製造コストが高くなってしまう。   By the way, in the foil bearing that supports the shaft in the radial direction and the thrust direction as described above, in order to support the rotating shaft with high accuracy, a foil (radial bearing foil) that supports the radial direction and a support in the thrust direction are provided. The relative positional relationship with the foil to be performed (thrust bearing foil) is important. For this reason, it is necessary to set the relative positional accuracy (for example, perpendicularity) of the attachment surface to which the radial bearing foil is attached and the attachment surface to which the thrust bearing foil is attached with high accuracy. However, in the configuration as described above, the mounting surface of the radial bearing foil is provided on the inner peripheral surface of the case of the bearing cartridge, while the mounting surface of the thrust bearing foil is provided on the end surface of the housing. In order to increase the relative positional accuracy, it is necessary to process and assemble each member with high accuracy, resulting in an increase in manufacturing cost.

本発明は、製造コストの高騰を招くことなく、回転軸を高精度に支持可能なフォイル軸受ユニットを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the foil bearing unit which can support a rotating shaft with high precision, without causing the manufacturing cost to rise.

上記目的を達成するため、本発明は、円筒部及び該円筒部から外径に延びる平板部を一体に有する第1ケース部材と、前記第1ケース部材の円筒部の内周面に取り付けられたラジアル軸受フォイルと、前記第1ケース部材の平板部の端面に取り付けられたスラスト軸受フォイルと、前記第1ケース部材の円筒部の内周に挿入される軸部、及び、前記軸部から外径に突出したフランジ部を有する内方部材とを備え、前記ラジアル軸受フォイルの軸受面と前記軸部の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体圧で前記内方部材をラジアル方向に支持すると共に、前記スラスト軸受フォイルの軸受面と前記フランジ部の一端面との間のスラスト軸受隙間に生じる流体圧で前記内方部材をスラスト方向に支持するものである。   In order to achieve the above object, the present invention is attached to a first case member integrally having a cylindrical portion and a flat plate portion extending from the cylindrical portion to an outer diameter, and an inner peripheral surface of the cylindrical portion of the first case member. A radial bearing foil, a thrust bearing foil attached to an end surface of the flat plate portion of the first case member, a shaft portion inserted into the inner periphery of the cylindrical portion of the first case member, and an outer diameter from the shaft portion And an inner member having a flange portion projecting to the inner surface, and the inner member is supported in the radial direction by fluid pressure generated in a radial bearing gap between a bearing surface of the radial bearing foil and an outer peripheral surface of the shaft portion. At the same time, the inner member is supported in the thrust direction by the fluid pressure generated in the thrust bearing gap between the bearing surface of the thrust bearing foil and one end surface of the flange portion.

このように、円筒部及び平板部を一体に有する第1ケース部材に、ラジアル軸受フォイル及びスラスト軸受フォイルを取り付けることで、両軸受フォイルの取付面の相対的な位置精度、ひいては、ラジアル軸受フォイルの軸受面(ラジアル軸受面)とスラスト軸受フォイルの軸受面(スラスト軸受面)の相対的な位置精度を、各部材の加工精度や組み付け精度によらず高精度に設定することが可能となる。こうして、ラジアル軸受面及びスラスト軸受面の相対的な位置精度が高精度に設定されたフォイル軸受ユニットを作成し、このユニットをターボ機械等に組み込むことで、内方部材、ひいてはターボ機械等の回転軸を高精度に支持することができる。   In this way, by attaching the radial bearing foil and the thrust bearing foil to the first case member integrally having the cylindrical portion and the flat plate portion, the relative positional accuracy of the mounting surfaces of the two bearing foils, and consequently the radial bearing foil, The relative positional accuracy of the bearing surface (radial bearing surface) and the bearing surface (thrust bearing surface) of the thrust bearing foil can be set with high accuracy regardless of the processing accuracy and assembly accuracy of each member. In this way, a foil bearing unit in which the relative positional accuracy of the radial bearing surface and the thrust bearing surface is set to a high accuracy is created, and this unit is incorporated into a turbo machine or the like, so that the inner member, and eventually the turbo machine or the like can be rotated. The shaft can be supported with high accuracy.

上記のフォイル軸受ユニットは、例えば、内方部材の軸部を中空のスリーブ部で構成し、このスリーブ部とフランジ部とを一体に形成することができる。このように、内方部材のスリーブ部とフランジ部とを一体に形成することにより、各軸受面と対向するスリーブ部の外周面とフランジ部の端面との相対的な位置精度が高精度に設定される。また、スリーブ部の内周面を、ターボ機械等の回転軸の外周面に嵌合固定することで、例えばフランジ部単体を回転軸の外周面に嵌合固定する場合と比べて、固定領域の軸方向寸法が大きくなる。従って、回転軸に対する内方部材の相対的な位置精度(回転軸に対するスリーブ部の同軸度やフランジ部の直角度等)を高精度に設定できる。   In the foil bearing unit described above, for example, the shaft portion of the inner member can be constituted by a hollow sleeve portion, and the sleeve portion and the flange portion can be integrally formed. In this way, by forming the sleeve portion and the flange portion of the inner member integrally, the relative positional accuracy between the outer peripheral surface of the sleeve portion facing each bearing surface and the end surface of the flange portion is set with high accuracy. Is done. Further, the inner peripheral surface of the sleeve portion is fitted and fixed to the outer peripheral surface of the rotary shaft of a turbo machine or the like, for example, compared to the case where the flange portion alone is fitted and fixed to the outer peripheral surface of the rotary shaft. Axial dimension increases. Therefore, the relative positional accuracy of the inner member with respect to the rotating shaft (such as the coaxiality of the sleeve portion with respect to the rotating shaft and the perpendicularity of the flange portion) can be set with high accuracy.

上記のフォイル軸受ユニットは、例えば、前記第1ケース部材に取り付けられた平板部を有する第2ケース部材と、前記第2ケース部材の平板部の端面に取り付けられた他のスラスト軸受フォイルとをさらに備え、前記内方部材のフランジ部の他端面と前記他のスラスト軸受フォイルの軸受面との間のスラスト軸受隙間に生じる流体圧で前記内方部材をスラスト方向に支持する構成とすることができる。これにより、内方部材の回転に伴って、フランジ部の一端面と第1ケース部材に取り付けたスラスト軸受フォイルの軸受面との間、及び、フランジ部の他端面と第2ケース部材に取り付けたスラスト軸受フォイルの軸受面との間にそれぞれスラスト軸受隙間が形成され、これらのスラスト軸受隙間に生じる流体圧で、内方部材を両スラスト方向に支持することができる。また、この場合、第1及び第2ケース部材がフランジ部に軸方向両側から係合することで、第1及び第2ケース部材(軸受ケース)からの内方部材の抜けを規制できるため、軸受ケース及び内方部材を一体的に取り扱うことが可能となり、フォイル軸受ユニットのターボ機械等への組み付け性が向上する。   The foil bearing unit further includes, for example, a second case member having a flat plate portion attached to the first case member, and another thrust bearing foil attached to an end surface of the flat plate portion of the second case member. And the inner member is supported in the thrust direction by a fluid pressure generated in a thrust bearing gap between the other end surface of the flange portion of the inner member and the bearing surface of the other thrust bearing foil. . Thereby, with the rotation of the inward member, the flange portion is attached to one end surface of the flange portion and the bearing surface of the thrust bearing foil attached to the first case member, and the other end surface of the flange portion is attached to the second case member. Thrust bearing gaps are formed between the bearing surfaces of the thrust bearing foils, and the inner member can be supported in both thrust directions by the fluid pressure generated in these thrust bearing gaps. Further, in this case, since the first and second case members are engaged with the flange portion from both sides in the axial direction, it is possible to regulate the slipping of the inner member from the first and second case members (bearing cases). The case and the inward member can be handled integrally, and the ease of assembling the foil bearing unit to a turbomachine or the like is improved.

前記第1ケース部材と前記第2ケース部材との軸方向間にスペーサを設ければ、両ケース部材の軸方向距離をスペーサで高精度に設定することができる。これにより、各ケース部材に取り付けられたスラスト軸受フォイルの軸受面とフランジ部の端面との間のスラスト軸受隙間の大きさを高精度に設定でき、スラスト方向の支持精度を高めることができる。   If a spacer is provided between the first case member and the second case member in the axial direction, the axial distance between the two case members can be set with high accuracy by the spacer. Thereby, the magnitude | size of the thrust bearing clearance gap between the bearing surface of the thrust bearing foil attached to each case member and the end surface of a flange part can be set with high precision, and the support precision of a thrust direction can be improved.

例えば、上記のフォイル軸受ユニットが、高温のガスでタービンが駆動されるターボ機械に組み込まれる場合、タービン付近に配されたフォイル軸受ユニットが高温となる。この場合、上記のスペーサの内周と外周とを連通する連通孔を設ければ、フランジ部の回転に伴う遠心力により、軸受ケースの内部の流体を連通孔を介して外部に排出することができる。これにより、軸受ケースの内部の高温の空気を排出すると共に、外部から低温の空気を導入することができるため、軸受ケース内部の空気、ひいてはフォイル軸受ユニット自体を冷却することができる。特に、前記スリーブ部の内周面と、この内周面に固定される回転軸の外周面との間に、前記ラジアル軸受隙間と外部とを連通する連通路を形成すれば、外部の空気をラジアル軸受隙間に積極的に導入することができ、冷却効果が高まる。   For example, when the above-described foil bearing unit is incorporated in a turbo machine in which a turbine is driven by high-temperature gas, the foil bearing unit disposed near the turbine becomes high temperature. In this case, if a communication hole is provided to communicate the inner periphery and the outer periphery of the spacer, the fluid inside the bearing case can be discharged to the outside through the communication hole by centrifugal force accompanying the rotation of the flange portion. it can. As a result, high-temperature air inside the bearing case can be discharged and low-temperature air can be introduced from the outside, so that the air inside the bearing case, and thus the foil bearing unit itself can be cooled. In particular, if a communication path that connects the radial bearing gap and the outside is formed between the inner peripheral surface of the sleeve portion and the outer peripheral surface of the rotary shaft fixed to the inner peripheral surface, the external air is It can be positively introduced into the radial bearing gap, increasing the cooling effect.

上記のフォイル軸受ユニットは、第2ケース部材の内周面に他のラジアル軸受フォイルを取り付け、前記軸部の外周面と前記他のラジアル軸受フォイルの軸受面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体圧で前記内方部材をラジアル方向に支持する構成とすることができる。これにより、フランジ部の軸方向両側にラジアル軸受隙間が設けられるため、フランジ部が大径である場合であっても内方部材を安定的に支持することができる。   In the foil bearing unit described above, another radial bearing foil is attached to the inner peripheral surface of the second case member, and a fluid generated in a radial bearing gap between the outer peripheral surface of the shaft portion and the bearing surface of the other radial bearing foil. The inner member can be supported in the radial direction by pressure. Thereby, since the radial bearing gap is provided on both axial sides of the flange portion, the inner member can be stably supported even when the flange portion has a large diameter.

前記第1ケース部材の外周に設けられた取付部材と、前記第1ケース部材と前記取付部材とを連結する減衰材とを備え、前記減衰材の変形により、前記取付部材に対する前記第1ケース部材の移動を許容した構成とすれば、フォイル軸受ユニットの振動を減衰材の変形により吸収することができる。   An attachment member provided on an outer periphery of the first case member; and an attenuation member that connects the first case member and the attachment member. The deformation of the attenuation member causes the first case member to be attached to the attachment member. If the structure is allowed to move, vibration of the foil bearing unit can be absorbed by deformation of the damping material.

以上のように、本発明のフォイル軸受ユニットによれば、製造コストの高騰を招くことなく、回転軸を高精度に支持することができる。   As described above, according to the foil bearing unit of the present invention, the rotating shaft can be supported with high accuracy without causing an increase in manufacturing cost.

ガスタービンの構成を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the structure of a gas turbine. 上記ガスタービンにおけるロータの支持構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the support structure of the rotor in the said gas turbine. 上記支持構造に組み込まれた、本発明の一実施形態に係るフォイル軸受ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing unit which concerns on one Embodiment of this invention integrated in the said support structure. 上記フォイル軸受ユニットを軸方向に分解した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which decomposed | disassembled the said foil bearing unit to the axial direction. 図3のA−A線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. (A)は、ラジアル軸受フォイルを構成するフォイルの斜視図であり、(B)は3枚のフォイルを仮組みしてラジアル軸受フォイルを形成した状態の斜視図である。(A) is a perspective view of the foil which comprises a radial bearing foil, (B) is a perspective view of the state which formed the radial bearing foil by temporarily assembling three foils. スラスト軸受フォイルを構成するフォイルの平面図である。It is a top view of the foil which comprises a thrust bearing foil. (A)は第1ケース部材の端面の平面図であり、(B)は第2ケース部材の端面の平面図である。(A) is a top view of the end surface of a 1st case member, (B) is a top view of the end surface of a 2nd case member. 図3のB線における断面図である。It is sectional drawing in the B line | wire of FIG. (A)は、スラスト軸受フォイルを構成する2組のフォイル群を示す平面図であり、(B)はスラスト軸受フォイルの平面図である。(A) is a top view which shows two sets of foil groups which comprise a thrust bearing foil, (B) is a top view of a thrust bearing foil. 図5のC部の拡大図である。It is an enlarged view of the C section of FIG. 他の実施形態に係るフォイル軸受ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing unit which concerns on other embodiment. さらに他の実施形態に係るフォイル軸受ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing unit which concerns on other embodiment. さらに他の実施形態に係るフォイル軸受ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing unit which concerns on other embodiment. 過給機の構成を概念的に示す側面図である。It is a side view which shows notionally the structure of a supercharger.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に、ターボ機械の一種であるガスタービンの構成を概念的に示す。このガスタービンは、翼列を形成したタービン1および圧縮機2と、発電機3と、燃焼器4と、再生器5とを主に備える。タービン1、圧縮機2、および発電機3には、水平方向に延びる共通の回転軸6が設けられ、この回転軸6と、タービン1および圧縮機2とで一体回転可能のロータが構成される。吸気口7から吸入された空気は、圧縮機2で圧縮され、再生器5で加熱された上で燃焼器4に送り込まれる。この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温、高圧のガスでタービン1を回転させる。タービン1の回転力が回転軸6を介して発電機3に伝達され、発電機3が回転することにより発電し、この電力がインバータ8を介して出力される。タービン1を回転させた後のガスは比較的高温であるため、このガスを再生器5に送り込んで燃焼前の圧縮空気との間で熱交換を行うことで、燃焼後のガスの熱を再利用する。再生器5で熱交換を終えたガスは、排熱回収装置9を通ってから排ガスとして排出される。   FIG. 1 conceptually shows the configuration of a gas turbine that is a kind of turbomachine. This gas turbine mainly includes a turbine 1 and a compressor 2 that form blade cascades, a generator 3, a combustor 4, and a regenerator 5. The turbine 1, the compressor 2, and the generator 3 are provided with a common rotating shaft 6 that extends in the horizontal direction, and the rotating shaft 6 and the turbine 1 and the compressor 2 constitute a rotor that can rotate integrally. . Air sucked from the intake port 7 is compressed by the compressor 2, heated by the regenerator 5, and then sent to the combustor 4. Fuel is mixed with this compressed air and burned, and the turbine 1 is rotated by high-temperature and high-pressure gas. The rotational force of the turbine 1 is transmitted to the generator 3 via the rotating shaft 6, and the generator 3 rotates to generate electric power, and this electric power is output via the inverter 8. Since the gas after rotating the turbine 1 is at a relatively high temperature, the heat of the gas after combustion is regenerated by sending this gas to the regenerator 5 and exchanging heat with the compressed air before combustion. Use. The gas that has been subjected to heat exchange in the regenerator 5 is discharged as exhaust gas after passing through the exhaust heat recovery device 9.

図2〜図4に、上記ガスタービンにおけるロータの回転軸6を支持するフォイル軸受ユニット100を示す。フォイル軸受ユニット100は、ガスタービンのハウジング10の内周に固定される。フォイル軸受ユニット100は、回転軸6に固定された内方部材20と、内方部材20を収容する軸受ケース30と、軸受ケース30に取り付けられたラジアル軸受フォイル40及びスラスト軸受フォイル50とを備える。   2 to 4 show a foil bearing unit 100 that supports the rotating shaft 6 of the rotor in the gas turbine. The foil bearing unit 100 is fixed to the inner periphery of the housing 10 of the gas turbine. The foil bearing unit 100 includes an inner member 20 fixed to the rotary shaft 6, a bearing case 30 that houses the inner member 20, a radial bearing foil 40 and a thrust bearing foil 50 that are attached to the bearing case 30. .

内方部材20は、軸部(本実施形態では、中空のスリーブ部21)と、スリーブ部21の円筒面状の外周面21aから外径に突出した円盤状のフランジ部22とを備える。本実施形態では、スリーブ部21及びフランジ部22が一体に形成され、例えば、溶製材に切削加工や鍛造加工を施すことにより、あるいは、焼結金属で一体成形することにより形成される。図示例では、スリーブ部21の圧縮機2側(図3の左側)の軸方向端部にフランジ部22が設けられる。スリーブ部21の内周面21bには、回転軸6の外周面が嵌合固定される。   The inner member 20 includes a shaft portion (in this embodiment, a hollow sleeve portion 21) and a disk-like flange portion 22 that protrudes from the cylindrical outer peripheral surface 21a of the sleeve portion 21 to the outer diameter. In the present embodiment, the sleeve portion 21 and the flange portion 22 are integrally formed. For example, the sleeve portion 21 and the flange portion 22 are formed by cutting or forging the molten material, or by integrally forming with a sintered metal. In the example of illustration, the flange part 22 is provided in the axial direction edge part by the side of the compressor 2 of the sleeve part 21 (left side of FIG. 3). The outer peripheral surface of the rotating shaft 6 is fitted and fixed to the inner peripheral surface 21 b of the sleeve portion 21.

軸受ケース30は、第1ケース部材31と、第2ケース部材32とを備える。第1ケース部材31は、円筒部31aと、円筒部31aの圧縮機2側(図3の左側)の軸方向端部から外径に延びる平板部31bとを一体に備える。図示例では、軸方向と直交する円盤で第1ケース部材31の平板部31bが構成される。第2ケース部材32は平板部を備え、図示例では軸方向と直交する円盤で第2ケース部材32が構成される。第1ケース部材31は、溶製材に切削加工や鍛造加工を施すことにより、あるいは、焼結金属で一体成形することにより形成される。第1ケース部材31の円筒部31aの内周面31cには、ラジアル軸受フォイル40(図3では点線で示す)が取り付けられる。第1ケース部材31の平板部31bの端面31d及び第2ケース部材32の端面32aには、それぞれスラスト軸受フォイル50(図3では点線で示す)が取り付けられる。   The bearing case 30 includes a first case member 31 and a second case member 32. The first case member 31 is integrally provided with a cylindrical portion 31a and a flat plate portion 31b extending from the axial end of the cylindrical portion 31a on the compressor 2 side (left side in FIG. 3) to the outer diameter. In the example of illustration, the flat plate part 31b of the 1st case member 31 is comprised with the disk orthogonal to an axial direction. The second case member 32 includes a flat plate portion, and in the illustrated example, the second case member 32 is configured by a disk orthogonal to the axial direction. The first case member 31 is formed by cutting or forging the molten material, or by integrally forming with a sintered metal. A radial bearing foil 40 (indicated by a dotted line in FIG. 3) is attached to the inner peripheral surface 31c of the cylindrical portion 31a of the first case member 31. Thrust bearing foils 50 (shown by dotted lines in FIG. 3) are attached to the end surface 31d of the flat plate portion 31b of the first case member 31 and the end surface 32a of the second case member 32, respectively.

第1ケース部材31の円筒部31aの内周面31cには、図5に示すように、ラジアル軸受フォイル40を取り付けるための溝31eが形成される。溝31eは、円筒部31aの内周面31cの軸方向全長にわたって延び、円周方向等間隔の複数箇所(図示例では3箇所)に設けられる。   As shown in FIG. 5, a groove 31 e for attaching the radial bearing foil 40 is formed on the inner peripheral surface 31 c of the cylindrical portion 31 a of the first case member 31. The grooves 31e extend over the entire length in the axial direction of the inner peripheral surface 31c of the cylindrical portion 31a, and are provided at a plurality of locations (three locations in the illustrated example) at equal intervals in the circumferential direction.

ラジアル軸受フォイル40は、例えば、複数枚(図示例では3枚)のフォイル41で構成される。これらのフォイル41は、第1ケース部材31の内周面31cに円周方向に並べた状態で取り付けられる。各フォイル41の内径側の面は、ラジアル軸受面41aとして機能する。図示例では、3枚のフォイル41で多円弧型のラジアル軸受面を形成している。第1ケース部材31の内周面31cと各フォイル41との間には、フォイル41に弾性を付与するための部材(例えばバックフォイル)は設けられておらず、フォイル41の外径面41bと第1ケース部材31の内周面31cとが半径方向で直接対向している。   The radial bearing foil 40 is composed of, for example, a plurality of (three in the illustrated example) foils 41. These foils 41 are attached to the inner peripheral surface 31c of the first case member 31 in a state of being arranged in the circumferential direction. The surface on the inner diameter side of each foil 41 functions as a radial bearing surface 41a. In the illustrated example, a multi-arc radial bearing surface is formed by three foils 41. A member (for example, a back foil) for imparting elasticity to the foil 41 is not provided between the inner peripheral surface 31c of the first case member 31 and each foil 41, and the outer diameter surface 41b of the foil 41 and The inner peripheral surface 31c of the first case member 31 directly faces in the radial direction.

各フォイル41は、一枚の金属フォイルにプレス加工を施すことにより一体に形成される。各フォイル41は、図6(A)に示すように、周方向一端に設けられた凸部41cと、周方向他端に設けられた凹部41dとを備える。各フォイル41の凸部41cと凹部41dとは、軸方向で同じ位置に設けられる。これにより、図6(B)に示すように、各フォイル41の凸部41cを、隣接するフォイル41の凹部41dに嵌め込むことで、3枚のフォイル41を筒状に仮組みすることができる。図5に示すように、各フォイル41の周方向他端の凸部41eは、第1ケース部材31の内周面31cに設けられた溝31eに差し込まれる。各フォイル41の周方向一端の凸部41cは、隣接するフォイル41の外径面41bと第1ケース部材31の内周面31cとの間に配される。以上により、各フォイル41の周方向両端が、第1ケース部材31に接触した状態で保持される。   Each foil 41 is integrally formed by pressing one metal foil. As shown in FIG. 6A, each foil 41 includes a convex portion 41c provided at one end in the circumferential direction and a concave portion 41d provided at the other circumferential end. The convex portion 41c and the concave portion 41d of each foil 41 are provided at the same position in the axial direction. Thus, as shown in FIG. 6B, the three foils 41 can be temporarily assembled into a cylindrical shape by fitting the convex portions 41c of the foils 41 into the concave portions 41d of the adjacent foils 41. . As shown in FIG. 5, the convex portion 41 e at the other circumferential end of each foil 41 is inserted into a groove 31 e provided on the inner peripheral surface 31 c of the first case member 31. The convex portion 41 c at one circumferential end of each foil 41 is disposed between the outer diameter surface 41 b of the adjacent foil 41 and the inner peripheral surface 31 c of the first case member 31. As described above, both ends in the circumferential direction of each foil 41 are held in contact with the first case member 31.

スラスト軸受フォイル50は、例えば、複数枚のフォイル51で構成され、第1ケース部材31の平板部31bの端面31d、及び、第2ケース部材32の端面32aにそれぞれリング状の固定部材33により取り付けられる(図3及び図4参照)。各フォイル51は、図7に示すように、本体部51aと、各ケース31,32の端面31d,32aに固定される固定部51bとを一体に備える。本体部51aの回転方向先行側の縁51c及び回転方向後方側の縁51dは、何れも中央部を回転方向先行側へ突出した略V字形状を成している。各縁51c,51dの中央部は、円弧状に丸まっている。各フォイル51の固定部51bは、外径側を回転方向後方側(図8の矢印と反対側)に傾斜させた方向へ延びている。各スラスト軸受フォイル50において、複数のフォイル51の固定部51bは同一円周上に配され、リング状の固定部材33と各ケース部材31,32の端面31d,32aとで挟持固定される。   The thrust bearing foil 50 is composed of, for example, a plurality of foils 51, and is attached to the end surface 31d of the flat plate portion 31b of the first case member 31 and the end surface 32a of the second case member 32 by ring-shaped fixing members 33, respectively. (See FIGS. 3 and 4). As shown in FIG. 7, each foil 51 is integrally provided with a main body portion 51 a and a fixing portion 51 b that is fixed to the end surfaces 31 d and 32 a of the cases 31 and 32. The edge 51c on the rotation direction leading side and the edge 51d on the rear side in the rotation direction of the main body 51a are both substantially V-shaped with the central portion protruding toward the rotation direction leading side. The central part of each edge 51c, 51d is rounded in an arc shape. The fixing portion 51b of each foil 51 extends in a direction in which the outer diameter side is inclined rearward in the rotational direction (opposite to the arrow in FIG. 8). In each thrust bearing foil 50, the fixing portions 51 b of the plurality of foils 51 are arranged on the same circumference, and are sandwiched and fixed by the ring-shaped fixing member 33 and the end surfaces 31 d and 32 a of the case members 31 and 32.

スラスト軸受フォイル50を構成する複数のフォイル51は、図8(A)(B)に示すように、第1ケース部材31の端面31d、及び、第2ケース部材32の端面32aに円周方向等ピッチで配される。図9に示すように、各フォイル51の回転方向先行側の縁51cは、隣接するフォイル51の上(フランジ部22側)に配される。すなわち、各フォイル51の回転方向先行側部分は、隣接するフォイル51の回転方向後方側部分に乗り上げている。各フォイル51のうち、フランジ部22の端面22a,22bと直接対向している部分(図8で見えている部分)は、スラスト軸受面51eとして機能する。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the plurality of foils 51 constituting the thrust bearing foil 50 are arranged on the end surface 31d of the first case member 31 and the end surface 32a of the second case member 32 in the circumferential direction or the like. Arranged on the pitch. As shown in FIG. 9, the edge 51 c on the rotation direction leading side of each foil 51 is arranged on the adjacent foil 51 (on the flange portion 22 side). That is, the rotation direction leading side portion of each foil 51 rides on the rotation direction rear side portion of the adjacent foil 51. Of each of the foils 51, a portion (a portion visible in FIG. 8) that directly faces the end surfaces 22a and 22b of the flange portion 22 functions as a thrust bearing surface 51e.

フォイル41,51は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属、例えば鋼材料や銅合金からなる厚さ20μm〜200μm程度の金属フォイルで形成される。本実施形態のように流体膜として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、油による防錆効果は期待できない。鋼材料や銅合金の代表例として、炭素鋼や黄銅を挙げることができるが、一般的な炭素鋼では錆による腐食が発生し易く、黄銅では加工ひずみによる置き割れを生じることがある(黄銅中のZnの含有量が多いほどこの傾向が強まる)。そのため、金属フォイルとしては、ステンレス鋼もしくは青銅製のものを使用するのが好ましい。   The foils 41 and 51 are formed of a metal foil having a thickness of approximately 20 μm to 200 μm made of a metal having a high spring property and good workability, such as a steel material or a copper alloy. In an air dynamic pressure bearing using air as a fluid film as in the present embodiment, since no lubricating oil exists in the atmosphere, the antirust effect by the oil cannot be expected. Typical examples of steel materials and copper alloys include carbon steel and brass, but general carbon steel is susceptible to corrosion due to rust, and brass may cause cracks due to processing strain (in brass) This tendency increases as the Zn content increases.) Therefore, it is preferable to use a metal foil made of stainless steel or bronze.

上記構成のフォイル軸受ユニット100は、以下のような手順で組み立てられる。   The foil bearing unit 100 having the above configuration is assembled in the following procedure.

まず、ラジアル軸受フォイル40を仮組みし{図6(B)参照}、これを第1ケース部材31の内周面31cに取り付ける。具体的には、仮組みしたラジアル軸受フォイル40の各フォイル41の凸部41eを、第1ケース部材31の内周面31cに設けられた溝31eに軸方向一方側から差し込みながら、ラジアル軸受フォイル40を第1ケース部材31の内周に挿入する。   First, the radial bearing foil 40 is temporarily assembled {see FIG. 6 (B)} and attached to the inner peripheral surface 31 c of the first case member 31. Specifically, the radial bearing foil 40 is inserted into the groove 31e provided on the inner peripheral surface 31c of the first case member 31 from one side in the axial direction while inserting the projection 41e of each foil 41 of the temporarily assembled radial bearing foil 40. 40 is inserted into the inner periphery of the first case member 31.

そして、スラスト軸受フォイル50を、第1ケース部材31の端面31d、及び、第2ケース部材32の端面32aに取り付ける。具体的には、まず、図10(A)に示すように、1枚の金属フォイルを切断して得られた複数のフォイル51からなるフォイル群を2組用意する(図10では、理解しやすいように、一方のフォイル群に散点を付している。)。この2組のフォイル群を、各フォイルの半分だけ位相をずらして重ね合わせ{図10(B)参照}、各フォイル51の回転方向先行側の縁51cを、隣接するフォイル51の上に重ねる。この状態で、各フォイル51の固定部51bを、第1ケース部材31の平板部31bの端面31dとリング状の固定部材33とで挟持することで、スラスト軸受フォイル50が第1ケース部材31に取り付けられる{図8(A)参照}。同様に、各フォイル51の固定部51bを、第2ケース部材32の端面32aとリング状の固定部材33とで挟持することで、スラスト軸受フォイル50が第2ケース部材32に取り付けられる{図8(B)参照}。尚、フォイル51の固定部51bを、第1ケース部材31の平板部31bの端面31dや第2ケース部材32の端面32a、あるいはリング状の固定部材33に、接着もしくは溶接してもよい。   Then, the thrust bearing foil 50 is attached to the end surface 31 d of the first case member 31 and the end surface 32 a of the second case member 32. Specifically, first, as shown in FIG. 10 (A), two sets of foil groups composed of a plurality of foils 51 obtained by cutting one metal foil are prepared (in FIG. 10, easy to understand). As you can see, one foil group is dotted.) The two sets of foils are overlapped by shifting the phase by half of each foil {see FIG. 10B}, and the leading edge 51c of each foil 51 is overlapped on the adjacent foil 51. In this state, the thrust bearing foil 50 is fixed to the first case member 31 by sandwiching the fixing portion 51b of each foil 51 between the end surface 31d of the flat plate portion 31b of the first case member 31 and the ring-shaped fixing member 33. It is attached {see FIG. 8 (A)}. Similarly, the thrust bearing foil 50 is attached to the second case member 32 by sandwiching the fixing portion 51b of each foil 51 between the end surface 32a of the second case member 32 and the ring-shaped fixing member 33 {FIG. (See (B)). The fixing portion 51b of the foil 51 may be bonded or welded to the end surface 31d of the flat plate portion 31b of the first case member 31, the end surface 32a of the second case member 32, or the ring-shaped fixing member 33.

次に、第1ケース部材31に取り付けたラジアル軸受フォイル40の内周に、内方部材20のスリーブ部21を挿入する。その後、内方部材20のフランジ部22を軸方向両側から挟み込むように、第2ケース部材32を第1ケース部材31に取り付ける。具体的に、第1ケース部材31に取り付けた固定部材33と、第2ケース部材32に取り付けた固定部材33とを当接させ、この状態で、図示しないボルト等で両ケース部材31,32を軸方向に固定する。このとき、図3に示すように、両固定部材33に設けた軸方向穴に、共通の位置決めピン34を嵌合させることで、両固定部材33の軸直交方向の位置決め、ひいては、両ケース部材31,32の軸直交方向の位置決めが行われる。   Next, the sleeve portion 21 of the inner member 20 is inserted into the inner periphery of the radial bearing foil 40 attached to the first case member 31. Thereafter, the second case member 32 is attached to the first case member 31 so as to sandwich the flange portion 22 of the inner member 20 from both sides in the axial direction. Specifically, the fixing member 33 attached to the first case member 31 and the fixing member 33 attached to the second case member 32 are brought into contact with each other, and in this state, the case members 31 and 32 are connected with bolts (not shown). Fix in the axial direction. At this time, as shown in FIG. 3, the common positioning pins 34 are fitted into the axial holes provided in the both fixing members 33, thereby positioning the both fixing members 33 in the direction perpendicular to the axis, and thus both the case members. Positioning in the direction orthogonal to the axes 31 and 32 is performed.

以上により、フォイル軸受ユニット100が完成する。このフォイル軸受ユニット100は、軸受ケース30の内部に内方部材20が収容され、且つ、第1ケース部材31及び第2ケース部材32とフランジ部22とが軸方向で係合することで、軸受ケース30からの内方部材20の抜け止めが行われる。これにより、フォイル軸受ユニット100を一体的に取り扱うことができるため、ガスタービンへのハウジング10への組み付け性が向上する。   Thus, the foil bearing unit 100 is completed. The foil bearing unit 100 has a bearing case 30 in which the inner member 20 is housed, and the first case member 31, the second case member 32, and the flange portion 22 are engaged in the axial direction, thereby bearings. The inner member 20 is prevented from coming off from the case 30. Thereby, since the foil bearing unit 100 can be handled integrally, the assembly property to the housing 10 to a gas turbine improves.

以上の構成において、回転軸6を円周方向一方(図5及び図8の矢印方向)に回転させると、ラジアル軸受フォイル40の軸受面41aと内方部材20のスリーブ部21の外周面21aとの間のラジアル軸受隙間に空気膜が形成され、この空気膜の圧力により内方部材20及び回転軸6がラジアル方向に支持される。これと同時に、第1ケース部材31に取り付けられたスラスト軸受フォイル50の軸受面51eと内方部材20のフランジ部22の一方の端面22aとの間のスラスト軸受隙間、及び、第2ケース部材32に取り付けられたスラスト軸受フォイル50の軸受面51eと内方部材20のフランジ部22の他方の端面22bとの間のスラスト軸受隙間に、それぞれ空気膜が形成される。この空気膜の圧力により、内方部材20及び回転軸6が両スラスト方向に支持される。   In the above configuration, when the rotary shaft 6 is rotated in one circumferential direction (the arrow direction in FIGS. 5 and 8), the bearing surface 41a of the radial bearing foil 40 and the outer peripheral surface 21a of the sleeve portion 21 of the inner member 20 An air film is formed in the gap between the radial bearings, and the inner member 20 and the rotating shaft 6 are supported in the radial direction by the pressure of the air film. At the same time, the thrust bearing gap between the bearing surface 51e of the thrust bearing foil 50 attached to the first case member 31 and the one end surface 22a of the flange portion 22 of the inner member 20, and the second case member 32 An air film is formed in each of the thrust bearing gaps between the bearing surface 51e of the thrust bearing foil 50 attached to the inner surface 20 and the other end surface 22b of the flange portion 22 of the inner member 20. The inner member 20 and the rotating shaft 6 are supported in both thrust directions by the pressure of the air film.

また、回転軸6が回転すると、回転軸6との摩擦及び空気の粘性により、ラジアル軸受フォイル40の各フォイル41は回転方向先行側(図5の矢印方向)に回転しようとする。このとき、各フォイルの回転方向先行側の端部(凸部41e)が溝31eの角部に突き当たることで、各フォイル41の移動が規制される。これにより、図11に示すように、各フォイル41の回転方向先行側の端部(凸部41e)が溝31eの内部で湾曲し、軸受面41aが内径側に凸となるように湾曲する。そして、ラジアル軸受隙間の空気膜の圧力が高まると、ラジアル軸受フォイル40の各フォイル41が外径側に押し込まれて弾性変形する。このときのフォイル41の弾性力と、ラジアル軸受隙間に形成される空気膜の圧力とが釣り合う位置で、フォイル41の形状が保持される。また、回転軸6の回転に伴ってスラスト軸受隙間の空気膜の圧力が高まると、スラスト軸受フォイル50の各フォイル51が第1及び第2ケース部材31,32側に押し込まれて弾性変形する(図9参照)。このときのフォイル51の弾性力と、スラスト軸受隙間に形成される空気膜の圧力とが釣り合う位置で、フォイル51の形状が保持される。   Further, when the rotating shaft 6 rotates, the foils 41 of the radial bearing foil 40 try to rotate in the rotation direction leading side (arrow direction in FIG. 5) due to friction with the rotating shaft 6 and air viscosity. At this time, the movement of each foil 41 is restricted by the end portion (convex portion 41e) on the leading side in the rotation direction of each foil striking the corner portion of the groove 31e. As a result, as shown in FIG. 11, the end portion (convex portion 41e) in the rotational direction leading side of each foil 41 is curved inside the groove 31e, and the bearing surface 41a is curved so as to be convex toward the inner diameter side. When the pressure of the air film in the radial bearing gap increases, the foils 41 of the radial bearing foil 40 are pushed into the outer diameter side and elastically deformed. The shape of the foil 41 is maintained at a position where the elastic force of the foil 41 at this time and the pressure of the air film formed in the radial bearing gap are balanced. Further, when the pressure of the air film in the thrust bearing gap increases as the rotating shaft 6 rotates, the foils 51 of the thrust bearing foil 50 are pushed into the first and second case members 31 and 32 and elastically deformed ( (See FIG. 9). The shape of the foil 51 is maintained at a position where the elastic force of the foil 51 at this time and the pressure of the air film formed in the thrust bearing gap are balanced.

このとき、フォイル41,51が有する可撓性により、各フォイル41,51の軸受面41a,51eが、荷重や回転軸6の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間は運転条件に応じた適切幅に自動調整される。そのため、高温・高速回転といった過酷な条件下でも、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間を最適幅に管理することができ、内方部材20及び回転軸6を安定して支持することが可能となる。   At this time, due to the flexibility of the foils 41 and 51, the bearing surfaces 41a and 51e of the foils 41 and 51 are arbitrarily deformed according to the operating conditions such as the load, the rotational speed of the rotary shaft 6, and the ambient temperature. The radial bearing gap and the thrust bearing gap are automatically adjusted to appropriate widths according to the operating conditions. Therefore, the radial bearing gap and the thrust bearing gap can be managed to the optimum width even under severe conditions such as high temperature and high speed rotation, and the inner member 20 and the rotating shaft 6 can be stably supported.

また、一体に形成された第1ケース部材31にラジアル軸受フォイル40及び一方のスラスト軸受フォイル50を取り付けることで、各軸受フォイル40,50が取り付けられる取付面(円筒部31aの内周面31c及び平板部31bの端面31d)の相対的な位置精度(直角度等)を高精度に設定できる。これにより、各軸受フォイル40,50の軸受面41a,51eの相対的な位置精度、ひいてはラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が高精度に設定されるため、内方部材20及び回転軸6を高精度に支持することができる。特に、本実施形態では、内方部材20のスリーブ部21及びフランジ部22が一体に形成されているため、第1ケース部材31に取り付けられた軸受フォイル40,50と対向する面(スリーブ部21の外周面21a及びフランジ部22の一方の端面22a)の相対的な位置精度も高精度に設定される。これにより、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間の精度がさらに高められ、内方部材20及び回転軸6の支持精度がさらに高められる。   Further, by attaching the radial bearing foil 40 and one thrust bearing foil 50 to the integrally formed first case member 31, the mounting surfaces to which the bearing foils 40, 50 are attached (the inner peripheral surface 31c of the cylindrical portion 31a and The relative positional accuracy (perpendicularity etc.) of the end surface 31d) of the flat plate portion 31b can be set with high accuracy. As a result, the relative positional accuracy of the bearing surfaces 41a and 51e of the bearing foils 40 and 50, and consequently the radial bearing gap and the thrust bearing gap are set with high accuracy. Can be supported. In particular, in the present embodiment, since the sleeve portion 21 and the flange portion 22 of the inner member 20 are integrally formed, a surface (the sleeve portion 21) that faces the bearing foils 40 and 50 attached to the first case member 31. The relative positional accuracy of the outer peripheral surface 21a and the one end surface 22a) of the flange portion 22 is also set with high accuracy. Thereby, the precision of a radial bearing gap and a thrust bearing gap is further improved, and the support precision of the inner member 20 and the rotating shaft 6 is further improved.

また、本実施形態では、第1ケース部材31と第2ケース部材32との軸方向間に、固定部材33,33が設けられる。この場合、固定部材33,33が、第1ケース部材31の端面31dと第2ケース部材32の端面32aとの軸方向距離を決定するスペーサとして機能し、これらの軸方向距離が高精度に設定される。これにより、第1ケース部材31の端面31dと内方部材20のフランジ部22の一方の端面22aとの間のスラスト軸受隙間、及び、第2ケース部材32の端面32aと内方部材20のフランジ部22の他方の端面22bとの間のスラスト軸受隙間を高精度に設定することが可能となり、回転軸6のスラスト方向の支持精度を高めることができる。尚、本実施形態では、第1ケース部材31及び第2ケース部材32のそれぞれに固定部材33を設けたが、フォイル51の固定部51bを第1ケース部材31の平板部31bの端面31dおよび第2ケース部材32の端面32aに溶接などの方法でそれぞれ一体に接合した場合は、固定部材33は1個であってもよい。その場合、スラスト軸受すきまは1個の固定部材33の軸方向寸法のみで定めることができる。   In the present embodiment, the fixing members 33 are provided between the first case member 31 and the second case member 32 in the axial direction. In this case, the fixing members 33 and 33 function as spacers that determine the axial distance between the end surface 31d of the first case member 31 and the end surface 32a of the second case member 32, and these axial distances are set with high accuracy. Is done. Thereby, the thrust bearing gap between the end surface 31d of the first case member 31 and one end surface 22a of the flange portion 22 of the inner member 20, and the end surface 32a of the second case member 32 and the flange of the inner member 20 are obtained. It becomes possible to set the thrust bearing gap between the other end surface 22b of the portion 22 with high accuracy, and the support accuracy of the rotating shaft 6 in the thrust direction can be increased. In this embodiment, the fixing member 33 is provided in each of the first case member 31 and the second case member 32. However, the fixing portion 51b of the foil 51 is replaced with the end surface 31d of the flat plate portion 31b of the first case member 31 and the first case member 31. When the end surfaces 32a of the two case members 32 are joined together by a method such as welding, the number of the fixing members 33 may be one. In this case, the thrust bearing clearance can be determined only by the axial dimension of one fixed member 33.

尚、回転軸6の停止直前や起動直後の低速回転時には、各フォイル41,51の軸受面41a,51eと内方部材20が接触摺動するため、これらの何れか一方または双方に、DLC膜、チタンアルミナイトライド膜、あるいは二硫化モリブデン膜等の低摩擦化被膜を形成してもよい。また、軸受の運転中は、フォイル41,51と各ケース部材31,32との間で微小摺動が生じるため、これらの何れか一方または双方に、上記のような低摩擦化被膜を形成してもよい。   It should be noted that the bearing surfaces 41a and 51e of the foils 41 and 51 and the inner member 20 slide in contact with each other at the time of low speed rotation immediately before the rotation shaft 6 is stopped or immediately after starting. Alternatively, a low friction coating such as a titanium aluminum nitride film or a molybdenum disulfide film may be formed. Further, during the operation of the bearing, minute sliding occurs between the foils 41 and 51 and the case members 31 and 32. Therefore, the above-described low friction coating is formed on one or both of them. May be.

本発明は、上記の実施形態に限られない。図12に示す実施形態では、固定部材33に半径方向の連通孔33aが設けられる。これにより、回転軸6及び内方部材20の回転に伴って、スラスト軸受隙間の空気が遠心力で外径側に流動し、連通孔33aから外部に排出される。このとき、第1ケース部材31とフランジ部22との間のスラスト軸受隙間の空気が連通孔33aから外部に排出されることで、これと連通したラジアル軸受隙間の空気がスラスト軸受隙間を介して連通孔33aから外部に排出される。フォイル軸受ユニット100は、タービン1側が高温となるため、タービン1に近接したラジアル軸受隙間の空気を外部に排出することで、軸受ケース30の内部の空気を冷却することができる。   The present invention is not limited to the above embodiment. In the embodiment shown in FIG. 12, the fixing member 33 is provided with a communication hole 33a in the radial direction. Thereby, with rotation of the rotating shaft 6 and the inner member 20, the air in the thrust bearing gap flows toward the outer diameter side by centrifugal force and is discharged to the outside from the communication hole 33a. At this time, the air in the thrust bearing gap between the first case member 31 and the flange portion 22 is discharged to the outside from the communication hole 33a, so that the air in the radial bearing gap communicated with the air passes through the thrust bearing gap. It is discharged to the outside from the communication hole 33a. Since the foil bearing unit 100 has a high temperature on the turbine 1 side, the air inside the bearing case 30 can be cooled by discharging the air in the radial bearing gap close to the turbine 1 to the outside.

また、本実施形態では、ラジアル軸受隙間のタービン側の端部と、フォイル軸受ユニット100の圧縮機2側の空間とを連通する連通路60を設けている。具体的には、内方部材20の内周面21bに軸方向溝21cを設けると共に、内方部材20のタービン1側の端面に半径方向溝21dを設け、これらの軸方向溝21c及び半径方向溝21dで連通路60が形成される。これにより、回転軸6の回転によりスラスト軸受隙間の空気が連通孔33aから外部に排出されることで、連通路60を介して、圧縮機2側の空気がラジアル軸受隙間のタービン1側の端部から導入される。圧縮機2側の空気は、タービン1側の空気と比べてはるかに低温であるため、圧縮機2側の空気をラジアル軸受隙間に導入することで、フォイル軸受ユニット100を効率良く冷却することが可能となる。   In the present embodiment, a communication path 60 is provided that communicates the end of the radial bearing gap on the turbine side with the space on the compressor 2 side of the foil bearing unit 100. Specifically, the axial groove 21c is provided on the inner peripheral surface 21b of the inner member 20, and the radial groove 21d is provided on the end surface of the inner member 20 on the turbine 1 side. The communication path 60 is formed by the groove 21d. As a result, the air in the thrust bearing gap is discharged to the outside through the communication hole 33a due to the rotation of the rotary shaft 6, so that the air on the compressor 2 side becomes the end of the radial bearing gap on the turbine 1 side via the communication path 60. Introduced from the department. Since the air on the compressor 2 side is much lower in temperature than the air on the turbine 1 side, the foil bearing unit 100 can be efficiently cooled by introducing the air on the compressor 2 side into the radial bearing gap. It becomes possible.

図13に示す実施形態では、軸受ケース30の外周に取付部材70が設けられると共に、これらが減衰材80を介して連結される。取付部材70の外周面が、ガスタービンのハウジング10に取り付けられる。図示例では、取付部材70が円筒状とされ、取付部材70の内周面71と軸受ケース30の外周面31fとが減衰材80を介して連結される。減衰材80は、例えばワイヤメッシュ、高粘度油、樹脂、ゴム等を使用できる。取付部材70と軸受ケース30との間にはOリング90が配される。Oリング90により、取付部材70に対する軸受ケース30の半径方向の移動が規制される。軸受ケース30は、減衰材80を変形させることにより、取付部材70に対する周方向及び軸方向の移動が許容される。これにより、軸受ケース30に振動が生じた場合、軸受ケース30の振動を減衰材80の変形で吸収することで、振動を減衰させることができる。   In the embodiment shown in FIG. 13, the attachment member 70 is provided on the outer periphery of the bearing case 30, and these are connected via the damping material 80. The outer peripheral surface of the attachment member 70 is attached to the housing 10 of the gas turbine. In the illustrated example, the mounting member 70 has a cylindrical shape, and the inner peripheral surface 71 of the mounting member 70 and the outer peripheral surface 31 f of the bearing case 30 are connected via a damping material 80. As the damping material 80, for example, a wire mesh, high viscosity oil, resin, rubber, or the like can be used. An O-ring 90 is disposed between the mounting member 70 and the bearing case 30. The O-ring 90 restricts the radial movement of the bearing case 30 with respect to the mounting member 70. The bearing case 30 is allowed to move in the circumferential direction and the axial direction with respect to the mounting member 70 by deforming the damping member 80. Thereby, when vibration occurs in the bearing case 30, the vibration can be damped by absorbing the vibration of the bearing case 30 by the deformation of the damping material 80.

図14に示す実施形態では、内方部材20のスリーブ部21の軸方向中間部(図示例では軸方向中央部)にフランジ部22が設けられると共に、第2ケース部材32に、円筒部32b及び円盤状の平板部32cを一体に設ける。第2ケース部材32の円筒部32bの内周面32dには、ラジアル軸受フォイル40が取り付けられる。これにより、フランジ部22の軸方向両側にラジアル軸受隙間が設けられるため、回転軸6の振れ回りに伴うモーメント力に対する支持力を高めることができる。特に、フランジ部22を大径化した場合(例えば、フランジ部22の直径が、スリーブ部21の軸方向長さよりも大きい場合)、上記のモーメント力が大きくなるため、本実施形態の構成が有効となる。   In the embodiment shown in FIG. 14, the flange portion 22 is provided in the intermediate portion in the axial direction (in the illustrated example, the central portion in the axial direction) of the sleeve portion 21 of the inner member 20, and the cylindrical portion 32 b and the second case member 32 are provided. A disk-shaped flat plate portion 32c is provided integrally. A radial bearing foil 40 is attached to the inner peripheral surface 32 d of the cylindrical portion 32 b of the second case member 32. Thereby, since the radial bearing gap is provided on both axial sides of the flange portion 22, it is possible to increase the support force against the moment force accompanying the swing of the rotating shaft 6. In particular, when the diameter of the flange portion 22 is increased (for example, when the diameter of the flange portion 22 is larger than the length in the axial direction of the sleeve portion 21), the moment force increases, so the configuration of the present embodiment is effective. It becomes.

以上の実施形態では、ラジアル軸受フォイル40を多円弧軸受で構成した場合を示したが、これに限らず、各フォイルの周方向一端を軸受ケース30の内周面に取り付けると共に、各フォイルの周方向他端を自由端とした、いわゆるリーフ型のラジアル軸受フォイルや、円筒状のトップフォイルの外径に波型のバックフォイルを配した、いわゆるバンプフォイル型のラジアル軸受フォイルを使用してもよい。   Although the case where the radial bearing foil 40 is configured by a multi-arc bearing has been described in the above embodiment, the present invention is not limited thereto, and one end in the circumferential direction of each foil is attached to the inner peripheral surface of the bearing case 30, and the circumference of each foil is A so-called leaf-type radial bearing foil having the other end in the direction as a free end, or a so-called bump foil-type radial bearing foil in which a corrugated back foil is arranged on the outer diameter of a cylindrical top foil may be used. .

また、以上の実施形態では、スラスト軸受フォイル50が、各フォイル51の外径端に設けられた固定部51bを軸受ケース30に固定した場合を示したが、これに限らず、各フォイル51の周方向一端を軸受ケース30に取り付け、周方向他端を自由端としてもよい。   Moreover, although the thrust bearing foil 50 showed the case where the fixing | fixed part 51b provided in the outer-diameter end of each foil 51 was fixed to the bearing case 30 in the above embodiment, it is not restricted to this, Each foil 51 of each foil 51 is shown. One end in the circumferential direction may be attached to the bearing case 30 and the other end in the circumferential direction may be a free end.

本発明にかかるフォイル軸受ユニット100の適用対象は、上述したガスタービンに限られず、例えば過給機のロータを支持する軸受としても使用することができる。過給機は、図15に示すように、エンジン103で生じた排気ガスでタービン101を駆動し、その駆動力で圧縮機102を回転させて吸入エアを圧縮し、エンジン103のトルクアップや効率改善を図るものである。タービン101、圧縮機102、および回転軸6でロータが構成され、回転軸6を支持する軸受として、上記各実施形態のフォイル軸受ユニット100を使用することができる。   The application object of the foil bearing unit 100 according to the present invention is not limited to the gas turbine described above, and can be used as a bearing for supporting a rotor of a supercharger, for example. As shown in FIG. 15, the supercharger drives the turbine 101 with exhaust gas generated in the engine 103, rotates the compressor 102 with the driving force to compress the intake air, and increases the torque and efficiency of the engine 103. It is intended to improve. The turbine 101, the compressor 102, and the rotating shaft 6 constitute a rotor, and the foil bearing unit 100 of each of the above embodiments can be used as a bearing that supports the rotating shaft 6.

本発明にかかるフォイル軸受は、ガスタービンや過給機等のターボ機械に限らず、潤滑油などの液体による潤滑が困難である、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難である、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる等の制限下で使用される自動車等の車両用軸受、さらには産業機器用の軸受として広く使用することが可能である。   The foil bearing according to the present invention is not limited to a turbo machine such as a gas turbine or a supercharger, and a lubricating oil circulation system auxiliary machine is provided separately from the viewpoint of energy efficiency, which is difficult to lubricate with a liquid such as lubricating oil. Therefore, it can be used widely as a bearing for vehicles such as automobiles, which is used under the restriction that resistance due to shearing of liquid becomes a problem, and for industrial equipment.

また、以上に説明した各フォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受であるが、これに限らず、圧力発生流体としてその他のガスを使用することもでき、あるいは水や油などの液体を使用することもできる。   Each of the foil bearings described above is an air dynamic pressure bearing that uses air as a pressure generating fluid. However, the present invention is not limited to this, and other gases can be used as the pressure generating fluid, or water or oil can be used. A liquid such as can also be used.

1 タービン
2 圧縮機
6 回転軸
10 ハウジング
20 内方部材
21 スリーブ部
22 フランジ部
30 軸受ケース
31 第1ケース部材
32 第2ケース部材
33 固定部材
40 ラジアル軸受フォイル
41 フォイル
50 スラスト軸受フォイル
51 フォイル
60 連通路
70 取付部材
80 減衰材
100 フォイル軸受ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 2 Compressor 6 Rotating shaft 10 Housing 20 Inner member 21 Sleeve part 22 Flange part 30 Bearing case 31 First case member 32 Second case member 33 Fixed member 40 Radial bearing foil 41 Foil 50 Thrust bearing foil 51 Foil 60 Continuous Passage 70 Mounting member 80 Damping material 100 Foil bearing unit

Claims (7)

円筒部及び該円筒部から外径に延びる平板部を一体に有する第1ケース部材と、前記第1ケース部材に取り付けられた平板部を有する第2ケース部材と、前記第1ケース部材の円筒部の内周面に直接取り付けられたラジアル軸受フォイルと、前記第1ケース部材の平板部の端面に直接取り付けられたスラスト軸受フォイルと、前記第2ケース部材の平板部の端面に取り付けられた他のスラスト軸受フォイルと、前記第1ケース部材の円筒部の内周に挿入され、内周面に回転軸が嵌合固定される中空のスリーブ部、及び、前記スリーブ部から外径に突出したフランジ部を有する内方部材とを備え、前記ラジアル軸受フォイルの軸受面と前記スリーブ部の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体圧で前記内方部材をラジアル方向に支持すると共に、前記スラスト軸受フォイルの軸受面と前記フランジ部の一端面との間のスラスト軸受隙間、及び、前記他のスラスト軸受フォイルの軸受面と前記フランジ部の他端面との間のスラスト軸受隙間に生じる流体圧で前記内方部材をスラスト方向に支持するフォイル軸受ユニット。 A first case member integrally having a cylindrical portion and a flat plate portion extending from the cylindrical portion to an outer diameter, a second case member having a flat plate portion attached to the first case member, and a cylindrical portion of the first case member A radial bearing foil directly attached to the inner peripheral surface of the first case member, a thrust bearing foil directly attached to the end surface of the flat plate portion of the first case member, and another attached to the end surface of the flat plate portion of the second case member A thrust bearing foil, a hollow sleeve portion that is inserted into the inner periphery of the cylindrical portion of the first case member, and a rotation shaft is fitted and fixed to the inner peripheral surface , and a flange portion that protrudes from the sleeve portion to the outer diameter and a inner member having, for supporting the inner member with a fluid pressure generated in the radial bearing gap between the bearing surface and the outer peripheral surface of the sleeve portion of the radial bearing foil in the radial direction Both thrust bearing gap between the bearing surface and the end surface of the flange portion of the thrust bearing foil, and a thrust bearing gap between the end surface of the flange portion and the bearing surface of the other thrust bearing foil A foil bearing unit that supports the inner member in the thrust direction with the generated fluid pressure. 前記スリーブ部と前記フランジ部とが一体に形成された請求項1記載のフォイル軸受ユニット。   The foil bearing unit according to claim 1, wherein the sleeve portion and the flange portion are integrally formed. 前記第1ケース部材と前記第2ケース部材との軸方向間にスペーサを設けた請求項記載のフォイル軸受ユニット。 Foil bearing unit according to claim 1, wherein the spacer is provided axially between the second casing member and the first case member. 前記スペーサの内周と外周とを連通する連通孔を設けた請求項記載のフォイル軸受ユニット。 The foil bearing unit according to claim 3, wherein a communication hole that communicates the inner periphery and the outer periphery of the spacer is provided. 前記スリーブ部の内周面と、この内周面に固定される回転軸の外周面との間に、前記ラジアル軸受隙間と外部とを連通する連通路が形成された請求項記載のフォイル軸受ユニット。 The foil bearing according to claim 4 , wherein a communication path is formed between the inner peripheral surface of the sleeve portion and the outer peripheral surface of the rotary shaft fixed to the inner peripheral surface to communicate the radial bearing gap with the outside. unit. 前記第2ケース部材が円筒部をさらに備え、前記第2ケース部材の円筒部の内周面に他のラジアル軸受フォイルを取り付け、前記内方部材の軸部の外周面と前記他のラジアル軸受フォイルの軸受面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体圧で前記内方部材をラジアル方向に支持する請求項1〜5の何れかに記載のフォイル軸受ユニット。 The second case member further includes a cylindrical portion, and another radial bearing foil is attached to the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the second case member, and the outer peripheral surface of the shaft portion of the inner member and the other radial bearing foil The foil bearing unit according to any one of claims 1 to 5 , wherein the inner member is supported in a radial direction by a fluid pressure generated in a radial bearing gap between the inner bearing surface and the bearing surface. 前記第1ケース部材の外周に設けられた取付部材と、前記第1ケース部材と前記取付部材とを連結する減衰材とを備え、前記減衰材の変形により、前記取付部材に対する前記第1ケース部材の移動を許容した請求項1〜の何れかに記載のフォイル軸受ユニット。 An attachment member provided on an outer periphery of the first case member; and an attenuation member that connects the first case member and the attachment member. The deformation of the attenuation member causes the first case member to be attached to the attachment member. The foil bearing unit according to any one of claims 1 to 6 , wherein said movement is allowed.
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