JP6582431B2 - スラスト軸受 - Google Patents
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Description
このようにすれば、バックフォイル片の周方向の一方の側を径方向にて複数に分割しているので、内周側の分割された片と外周側の分割された片とがそれぞれ独立して動作するようになり、従って、トップフォイル片がバックフォイル片側へ押し込まれたときに生じるバックフォイル片の変形が径方向において滑らかになる。よって、バックフォイル片による支持力も内周側から外周側に向けてより滑らかに変化する。また、分割片のうちの最内周側の分割片が内周側凹み部内に配置されているので、バックフォイル片の内周端側が上記内周側凹み部内に確実に沈み込み、従ってトップフォイル片の内周端側で該トップフォイル片とバックフォイル片との間に確実に隙間が形成される。
このようにすれば、バックフォイル片の分割された各片が連続辺によって一体化されているため、バックフォイル片の取り扱いが容易になるとともに、バックフォイル片のベースプレート上への固定が容易になる。
一般にスラスト軸受においては、トップフォイル片の外周端で流体潤滑膜の圧力が周囲圧(例えば大気圧)と同じになるため、上記外周端の膜圧は、その他の外周側、すなわち外周端より内周側に入ったところに比べて低くなっている。従って、トップフォイル片の外周端も内周端側と同様に、スラストカラー側へ起き上がり易くなっている。
そこで、バックフォイルを支持する側の面の、バックフォイル片の外周側端部を支持する部位に外周側凹み部を形成しているので、トップフォイル片の外周端がスラストカラー側へ起き上がろうとしても、バックフォイル片の外周側端部が上記外周側凹み部内に沈んでいることでトップフォイル片とバックフォイル片との間に隙間が生じているため、この隙間が無くなるまではトップフォイル片の外周端側をスラストカラー側へ押し返す力がバックフォイル片に生じず、トップフォイル片の外周端側の起き上がりが起こらない。従って、トップフォイルの下流側端辺側では、外周端側における流体潤滑膜の膜厚が極端に薄くなることも防止される。
このようにすれば、バックフォイル片の周方向の一方の側を径方向にて複数に分割しているので、内周側の分割された片と外周側の分割された片とがそれぞれ独立して動作するようになり、従って、トップフォイル片がバックフォイル片側へ押し込まれたときに生じるバックフォイル片の変形が径方向において滑らかになる。よって、バックフォイル片による支持力も内周側から外周側に向けてより滑らかに変化する。また、分割片のうちの最内周側の分割片が内周側凹み部内に配置されているので、バックフォイル片の内周端側が上記内周側凹み部内に確実に沈み込み、従ってトップフォイル片の内周端側で該トップフォイル片とバックフォイル片との間に確実に隙間が形成される。同様に、分割片のうちの最外周側の分割片が外周側凹み部内に配置されているので、バックフォイル片の外周端側が上記外周側凹み部内に確実に沈み込み、従ってトップフォイル片の外周端側で該トップフォイル片とバックフォイル片との間に確実に隙間が形成される。
このようにすれば、バックフォイル片の分割された各片が連続辺によって一体化されているため、バックフォイル片の取り扱いが容易になるとともに、バックフォイル片のベースプレート上への固定が容易になる。
スラスト軸受の内周端側でのスラストカラーの周速が外周端側での周速に比べて遅いことによる、スラストカラー側へ起き上がり易くなるトップフォイルの内周端側の部位は、トップフォイルの外周端で流体潤滑膜の圧力が周囲圧(例えば大気圧)と同じになることによる、スラストカラー側へ起き上がり易くなるトップフォイルの外周端側の部位より広い。従って、内周側凹み部の深さを外周側凹み部の深さより深く形成することで、内周側凹み部上でのトップフォイル片とバックフォイル片との間の隙間が外周側凹み部上での隙間より大きくなるため、トップフォイル片がスラストカラーに近づいてこれに接触することがより効果的に防止される。
図1は、本発明のスラスト軸受が適用されるターボ機械の一例を模式的に示す側面図であり、図1中符号1は回転軸、2は回転軸の先端部に設けられたインペラ、3は本発明に係るスラスト軸受である。
また、インペラ2は静止側となるハウジング5内に配置されており、ハウジング5との間にチップクリアランス6を有している。
また、回転軸1には、スラストカラー4より中央側に、ラジアル軸受7が設けられている。
図2、図3、図4(a)〜(d)は、このような構成のターボ機械に適用されたスラスト軸受3の第1実施形態を示す図であり、図2はスラストカラー4を挟んだ状態の要部を断面視したスラスト軸受3の側面図である。また、図3はスラスト軸受3A(3)の平面図、図4(a)は図3のA−A線矢視断面図、図4(b)はベースプレートの支持領域31の平面図、図4(c)はバンプフォイル片21の平面図、図4(d)はバンプフォイル片21及びベースプレートの支持領域31を説明するためにその平面図と側面図を対応させた説明図である。
図3に示すようにバックフォイル20は、ベースプレート30の周方向に配列された6枚のバックフォイル片21によって形成されている。これらバックフォイル片21は、ベースプレート30の各支持領域31上にそれぞれ配置され、これによってベースプレート30の周方向に配列されている。また、これらバックフォイル片21は、後述するトップフォイル片11より僅かに小さく形成され、従って図3に示すようにベースプレート30上にてスラストカラー4側に露出することなく、トップフォイル片11に覆われている。
ただし、ベースプレート30への端辺24aや端辺25aの固定については、スポット溶接以外にも、例えばネジ止めなどによって行うことができる。
本実施形態では、図2に示したようにスラスト軸受3Aをスラストカラー4の両側に設けている。このようにスラストカラー4の両側に設けることにより、スラスト方向の移動量を極力抑えることができる。すなわち、スラスト移動量を小さくすることにより、図1に示したチップクリアランス6を狭くすることができ、これによってターボ機械としての流体性能を向上することができる。
よって、スラスト荷重がさらに増して流体潤滑膜の膜厚がさらに薄くなったとしても、トップフォイル片11はスラストカラー4に接触し難くなり、結果としてより高いスラスト荷重を受けることが可能になる。
次に、本発明のスラスト軸受の第2実施形態について、図5(a)、(b)を参照して説明する。なお、図5(a)はバンプフォイル片50の平面図、図5(b)はバンプフォイル片50及びベースプレートの支持領域31を説明するため平面図である。第2実施形態のスラスト軸受が第1実施形態のスラスト軸受3A(3)と主に異なるところは、図5(a)、(b)に示すように、バンプフォイル片50として、第1パーツ24と第2パーツ25とからなることなく、単一のパーツからなるものを用いている点である。
次に、本発明のスラスト軸受の第3実施形態について説明する。
第3実施形態のスラスト軸受3B(3)が第2実施形態のスラスト軸受と主に異なるところは、図6(a)〜(c)に示すように、ベースプレート30の支持領域31に傾斜面32を形成した点と、バンプフォイル片50の山部23の高さを全て同一にした点である。なお、図6(a)はスラスト軸受3B(3)の平面図、図6(b)はベースプレートの支持領域31の平面図、図6(c)はバンプフォイル片50及びベースプレートの支持領域31を説明するためにその平面図と側面図を対応させた説明図である。
次に、本発明のスラスト軸受の第4実施形態について説明する。
第4実施形態のスラスト軸受3C(3)が第1実施形態のスラスト軸受3A(3)と主に異なるところは、図7、図8(a)〜(d)に示すように、ベースプレート30のバンプフォイル片60を支持する側の面の、バンプフォイル片60の外周側端部を支持する部位に外周側凹み部36が形成されている点と、バンプフォイル片60が3つのパーツからなっている点である。なお、図7はスラスト軸受3C(3)の平面図、図8(a)は図7のC−C線矢視断面図、図8(b)はベースプレートの支持領域31の平面図と側面図とを対応させた説明図、図8(c)はバンプフォイル片60の平面図、図8(d)はバンプフォイル片60及びベースプレートの支持領域31を説明するためにその平面図と側面図を対応させた説明図である。
トップフォイル10(トップフォイル片11)の外周側では、その外周端で流体潤滑膜の圧力が周囲圧(例えば大気圧)と同じになるため、この外周側端部での流体潤滑膜の膜圧は、その他の外周側(外周端から内寄りに入ったところ)に比べて低くなる。このため、トップフォイル10(トップフォイル片11)はその内周端だけでなく、外周端でも起き上がりが生じ、この外周端も局所的に摩耗するおそれがある。
なお、本実施形態でも、バンプフォイル片60には谷部22及び山部23が、第1実施形態のバンプフォイル片21と同様に形成されている。
第4実施形態ではバンプフォイル片60の第1パーツ61と第2パーツ62とを、その径方向の幅が同じになるように形成したが、例えば図9(a)、(b)に示すように、第1パーツ61と第2パーツ62とを異なる形状に形成してもよい。図9(a)に示しように本例のバンプフォイル片60は、第1パーツ64が第3パーツ63と同様に、2つの分割片64bとこれらを連続させる端辺64aとによって形成されている。
また、本例では、図9(b)に示すように内周側凹み部35は第1パーツ64全体が入るように、図8(d)に示した内周側凹み部35に比べて径方向の幅が広くなっている。一方、外周側凹み部36は、図8(d)に示した外周側凹み部36に比べて径方向の幅が狭くなっている。
次に、本発明のスラスト軸受の第5実施形態について、図10(a)、(b)を参照して説明する。なお、図10(a)はバンプフォイル片50の平面図、図10(b)はバンプフォイル片50及びベースプレートの支持領域31を説明するため平面図である。第5実施形態のスラスト軸受が第4実施形態のスラスト軸受3C(3)と主に異なるところは、図10(a)、(b)に示すように、バンプフォイル片として図5(a)に示したバンプフォイル片50を用いている点である。
次に、本発明のスラスト軸受の第6実施形態について説明する。
第6実施形態のスラスト軸受3D(3)が第5実施形態のスラスト軸受と主に異なるところは、図11(a)〜(c)に示すように、ベースプレート30の上記支持領域31に傾斜面32を形成した点と、バンプフォイル片21の山部23の高さを、全て同一にした点である。なお、図11(a)はスラスト軸受3D(3)の平面図、図11(b)はベースプレートの支持領域31の平面図、図11(c)はバンプフォイル50片及びベースプレートの支持領域31を説明するためにその平面図と側面図を対応させた説明図である。
例えば、上記実施形態ではバックフォイル20やトップフォイル10をそれぞれ6つのバックフォイル片21(バンプフォイル片21)、トップフォイル片11で構成し、従ってベースプレート30の支持領域31もこれに合わせて6つ形成(設定)したが、バックフォイル片21(バンプフォイル片21)やトップフォイル片11は、複数であれば5つ以下でも7つ以上であってもよい。その場合に、支持領域31の数についても、バックフォイル片21(バンプフォイル片21)やトップフォイル片11の数に合わせるのはもちろんである。
Claims (6)
- 回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受であって、
前記スラストカラーに対向して配置されるトップフォイルと、
前記トップフォイルの前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該トップフォイルを支持するバックフォイルと、
前記バックフォイルの前記トップフォイル側と反対の側に配置されて、該バックフォイルを支持する円環板状のベースプレートと、を備え、
前記バックフォイルは、前記ベースプレートの周方向に配列された複数のバックフォイル片によって形成され、
前記トップフォイルは、前記バックフォイル片の上にそれぞれ配設された複数のトップフォイル片によって形成され、
前記ベースプレートには、前記バックフォイルを支持する側の面における前記バックフォイル片の内周側端部を支持する部位に内周側凹み部が形成され、
前記バックフォイル片は、少なくとも周方向の一方の側が径方向にて複数の分割片に分割されており、
前記分割片のうちの最内周側に位置し、前記内周側凹み部内に配置されている分割片と、
前記分割片のうち前記最内周側の分割片より外周側に位置し、前記内周側凹み部に支持されていない分割片と、
を備えることを特徴とするスラスト軸受。 - 前記バックフォイル片は、前記バックフォイルを支持する側の面における周方向の他方の側が前記分割片を径方向に一体化する連続辺とされていることを特徴とする請求項1記載のスラスト軸受。
- 前記ベースプレートには、前記バックフォイルを支持する側の面における前記バックフォイル片の外周側端部を支持する部位に外周側凹み部が形成されていることを特徴とする請求項1記載のスラスト軸受。
- 前記バックフォイル片は、少なくとも周方向の一方の側が径方向にて複数の分割片に分割されており、前記分割片のうちの最内周側の分割片が前記内周側凹み部内に配置され、前記分割片のうちの最外周側の分割片が前記外周側凹み部内に配置されていることを特徴とする請求項3記載のスラスト軸受。
- 前記バックフォイル片は、前記バックフォイルを支持する側の面における周方向の他方の側が前記分割片を径方向に一体化する連続辺とされていることを特徴とする請求項4記載のスラスト軸受。
- 前記内周側凹み部の深さが、前記外周側凹み部の深さより深く形成されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
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