JPH02138520A - 軸受支持体 - Google Patents

軸受支持体

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JPH02138520A
JPH02138520A JP1208025A JP20802589A JPH02138520A JP H02138520 A JPH02138520 A JP H02138520A JP 1208025 A JP1208025 A JP 1208025A JP 20802589 A JP20802589 A JP 20802589A JP H02138520 A JPH02138520 A JP H02138520A
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bearing support
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レスリー・チャールズ・クン
Neno T Nenov
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は一般に高速回転装置に関し、詳しくはそこに使
用される軸受けの為の支持システムに関する。本発明は
また、ロータに作用する流体力および加速度によって軸
受けに付与される軸スラストの制御及び調整にも関する
[従来技術の説明] 高速回転装置に於てはロータはしばしば玉軸受或はころ
がり軸受によって支持される。この場合アウターレース
は半径方向に弾性保持され該弾性方向と平行方向の制動
が与えられる。これは軸受を半径方向の高負荷から保護
する一方で、仮に動的状況が出現した場合の軸方向支承
力の低減或はそれらのピーク値の維持の為の改良は何ら
もたらさない、多くの用途例、特にタービン駆動される
半径方向流れ形式のコンプレッサ用途に於ては通常は軸
荷重が軸受寿命を支配する。従って、必要な軸受寿命を
達成する為には軸受に作用する作動スラスト負荷を制御
するべきであり且つ軸受に対する動的負荷の影響を有意
に低減すべきである。
所定方向に作用する軸荷重を設計段階に於て計算するこ
と及びそれを低い値に保持することはしばしば非常に困
難であることが知られている。これは例えば、半径方向
にタービン駆動される遠心コンプレッサについて言える
ことである。何故ならそこではロータの正味のスラスト
フォースが、軸方向におけるインペラへの圧力を統合す
ることによって概略判断され得るだけの比較的大きな2
つの力の差だからである。更には、もしタービン及び或
はその付随するコンプレッサの入力及び出力状況が計画
的或は非計画的理由によって変化されると、軸スラスト
荷重の大きさ或はその方向さえも変化され得る。そうし
た非計画的な理由には例えば、タービンユニット自身の
外的要因に依存してのタービンユニットの緊急停止が含
まれる。
そうした停止中には、レースは軸方向に固定されている
ことから軸受ボール及びレース間の応力は容易にピーク
値へと上昇して降伏点を越え、従って深刻な寿命短縮を
引き起こす。高速玉軸受或は高速ころがり軸受における
軸荷重の方向を変化させることは、ロータ及び軸受の軸
方向無負荷位置或はそこに十分接近した位置では通常チ
ャタ−と称される複合衝撃が玉軸受或はころがり軸受と
レース化の間に発生し得、それがかなりの表面損傷を引
き起こすことから、ロータ及び軸受双方にとって直ちに
致命的なものと成り得る。
軸受の寿命を延ばす為に取分は重要な要件は、軸スラス
トを所定の低い値に設定し、その変動をこの設計予圧付
近に制御することである。種々の力の大きさを比率的に
例示する為には、軸受に作用する所望の設計軸荷重は実
際の非制御の軸方向液圧負荷の僅か175から1/10
となるであろう。軸受に作用する軸荷重は、安全運転及
び最大軸受寿命の為に、軸受に作用する設計軸荷重の2
0から30%とすべきである。タービン或はコンプレッ
サホイールのスカラップはスラスト荷重の大きさ及び或
は方向を制御する為の従来からの一方法である。しかし
ながらこの方法は一般に効率低下と関連し、特にコンプ
レッサの場合には著しいものとなり得る。スラスト制御
のその他方法には適宜の寸法のスラストチャンバが関与
される。該スラストチャンバ内には最もしばしば気体状
液体が、通常は作動流体が導入されそしてその移動表面
間にラビリンスシールな使用することによってその圧力
が一定に維持される。適宜の圧力の流体源を使用するそ
うした装置は、非制御のスラスト荷重範囲及び運転スラ
スト荷重範囲間の値を著しく低減し得る。しかしながら
軸荷重の計算が困難であることから、最適スラストチャ
ンバ圧の設定は難かしい。更には、そうした受動的なシ
ステムは設計軸荷重範囲を受は入れ得ない。
そして更には、流体力学的或は流体静力学的に作動され
るジャーナル軸受及びスラスト軸受の如き非転がり軸受
に関する軸受支持及びスラスト制御の問題もまた生じる
。後者を考慮するに、その荷重担持能力は作動寿命を通
じてシステムに生じる最大スラスト荷重を担持するべく
設計されるべきである。これもやはり定常設計荷重より
も高いものとなり得る。好ましい一定荷重対変形特性状
態で弾性制動された軸懸架は最適様式で動荷重を減少し
、そして積極的なスラスト制御は設計荷重を低減させる
。これから、多くの用途例に於てはスラスト軸受におけ
る最大スラスト荷重及び重要なことには、エネルギー損
失がジャーナル軸受のそれの数倍となり得ることから、
スラスト軸受をより小さくすることが重要であるという
ことが結論される。ジャーナル軸受に関してはそれを弾
性の且つ制動された支持体に取付けることでその安定限
界を著(向上させることが認識されて来た。
しかしながら、軸受取付は体の制動の改良が所望される
〔発明の目的1 従って、本発明の目的は高速回転装置の回転要素を支持
する軸受の為の支持システムにして、制動された半径方
向力のみならず軸方向支承力を低減しそれによって軸受
寿命を伸ばす作用を為す前記支持システムを提供するこ
とにある。
〔発明の概要] 本発明によれば、高速回転装置の為の軸受支持システム
であって、 前記高速回転装置の回転要素の支持に於て1つ以上の軸
受を保持する為のインナーリングにして、半径方向に離
間した少くとも2つの長孔をその内部に具備するインナ
ーリングと、 該インナーリングから半径方向に離間され、前記高速回
転装置の回転要素に着脱自在のアウターリングと、 インナーリング及びアウターリング間でこれらインナー
リング及びアウターリングと接触状態とされ円周方向に
離間された少くとも2つの構造部材にして、インナーリ
ングなアウターリング上に支持する作用を為し、半径方
向に於て剛性を有するが軸方向に於ては柔軟性を有する
前記構造部材と を包含する高速回転装置の為の軸受支持システムが提供
される。
【実施例の説明] 本発明の軸受支持システムを図面を参照して詳細に説明
する。
第1図を参照するに、インナーリング1は好ましくはマ
ンガン合金鋼の如き構造制動特性を具備する金属合金か
ら成立ち、半径方向の柔軟性及び制動を付与する為の、
半径方向に離間された少くとも2つの長孔2が設けられ
ている。長孔が設けられたインナーリング1は、軸の如
き回転要素を空間52内で支持する1つ以上の軸受を空
間51内で保持する作用を為す。軸受は適正なはめあい
或は保持リングによりインナーリングによって保持され
る。
長孔2は約0.058 ++uaから2.54 mm 
(0,0021nから0.1in )の範囲内の半径方
向幅を有し、半径方向に一般に約0.762 mm (
0,030in ) 1llff間される。長孔2はジ
ャーナル軸受或は転がり軸受の幅の1乃至2倍の範囲内
の深さを有し、空洞のままか或は高制動特性を有する可
撓性ゴム或はプラスチックの如き制動材料で充填される
。こうした材料は制動の増長のため、適合する粘性流体
をその空隙に充填し得る場合には、もし連続気泡形式で
あればフオーム形状を有し得る。制動流体をそれらの毛
管作用によって保持し得る繊維或はフェルト状インサー
トもまた使用し得る。別様には、制動流体を有する或は
有さない薄肉の可撓性金属インサートもまた制動増長の
為に有益である。例えばニドリットゴム或はネオブレン
ゴム、エポキシそしてポリウレタンコンパウンドを鉱物
油潤滑軸受と共に使用し得る。充填材料は単に長孔に挿
入し得或は液体形態に於て消費されそして然るべき位置
に於て硬化される。粘性流体で充填した連続気泡弾性フ
オームもまた使用し得る。そうした流体はそれ自体が潤
滑材となり得、その場合は毛管作用によって制動流体が
シール或は0−リングなしで移動面間に保持される利益
が生ずる。本発明の軸受支持システムはフェルトと共に
も使用し得る。この場合は−Hオイルが充填されると、
玉軸受の噴霧給油がフェルト材料を飽和させ且つ長孔2
を充填状態に維持し得る。
アウターリング5はインナーリングlから半径方向に離
間され、装置ハウジングその他フレームの如き静止要素
に着脱自在でありそれにより装置内部への軸受支持体の
取付けを可能とする。
インナーリング1及びアウターリング5の間には、イン
ナーリングlをアウターリング5内で支持する円周方向
に離間された少くとも2つの構造部材3が接触状態で配
設される。構造部材3はその断面に対する適切なアスペ
クト比を選択することで、半径方向に剛性であるがしか
し軸方向に柔軟性を持たせ得る。構造部材3の為の軸方
向柔軟性の値を選択する為の適宜の基準は、予想最大軸
荷重の下で、最少ロータアキシャルすきまの20乃至8
0%の、好ましくは50乃至70%の振れを可能とする
ものである。好ましくは構造部材3は円周方向に等間隔
に離間される。
構造部材3は、環境に適合し且つ高制動特性を有する可
撓性ゴム或はプラスチックコンパウンドでコーティング
することによって制動し得る。別様にはインナーリング
1の一方或は両面に流体薄膜制動体が設けられる。或は
そこに、インナーリング1の最大軸方向移動を制限する
為に適宜のエラストマを使用し得る。好ましくはロータ
に作用する軸力を検出し得るセンサを具備する少くとも
1つの構造部材3が装備される。
機械設計技術者には、インナーリング1は半径方向の柔
軟性及び制動を提供するよう設計されてはいるが、同様
に軸方向の柔軟性及び制動にも貢献することを認識され
よう。同様に、構造部材3はある程度半径方向の弾性に
貢献し得る。しかしながら本発明の構造は半径方向及び
軸方向自由度を提供する2つの部材が本来分離している
ことから設計の自由度が増大される。
第2図は第1図を4mA −Aで切断した断面図であり
、回転要素軸受53を支持する軸受支持体が示される。
ロータの最大軸方向移動を制限する外部ストッパ6もま
た示される。外部ストッパ6及びインナーリング1間の
間隙7は、各個に於て異なり得るものであるが、ターボ
スーパーチャージャー或は膨張タービンの如き過給機の
為の装置の回転部品及び静止部品間の最少アキシャルす
きまの20乃至80%、好ましくは50乃至70%の範
囲内にある。軸方向移動を制限するため及び軸受への動
的軸荷重の影響を最小限とする為、間隙7には制動材料
もまた設けられ得る。別様には制動材料を構造部材3の
外面に適用し得る。
第3図は第1図を線B−Bに沿って切断した断面図であ
り、ジャーナル軸受54を支持する軸受支持体が示され
る。
本発明は、作業者をしてロータ重量及びロータに付与さ
れる動的軸荷重状況に基いての軸方向剛性及び制動の最
適化を可能ならしめる。そうした最適化を達成する為の
柔軟性は、使用される構造部材3の数、その半径長さ及
び軸方向寸法を別個に変化させる能力から引出される。
第4図は軸受に作用する軸スラストフォースを制御し且
つ調整する為に使用し得るlシステムの概略図である。
第4図を参照するに、1つの軸受工1はローター53に
対する不均衡な軸スラスト荷重の全てを受ける。この軸
受はローターの軸スラスト荷重を検出する為のフォース
センサを装着した軸方向ばねに懸架される。フォースセ
ンサ12は応力(応力ゲージ)、直線運動(インダクタ
ンス、キャパシタンス、或は光学偏倚プローブ)、直接
力(トランストランスデエーサ)その他に応答し得る。
インダクタンス、キャパシタンス或は光学偏倚プローブ
はインナーリング或は軸受の動きを直接検出し得る。軸
方向ローター偏倚/フォースセンサの出力は次いで、信
号調整装置に伝送される。調整された信号はコントロー
ルパネル或はフォースインジケータ14上でロータフォ
ース読出しとして表示される。閉ループ制御運転の為に
は信号はコントローラ15(電気的或は空気的に)及び
−般には制御弁である制御装置16へと送給される。
制御装置16は、適宜の供給ラインを介して軸スラスト
均衡用圧力チャンバ17を制御装置上流の、より高圧の
流体源55に結合する。ラビリンスシールが参照番号5
6によって示される。前記軸スラスト均衡用圧力チャン
バ17内の圧力の大きさは従って、負荷状態の軸受11
に対する軸荷重を所望の大きさ及び方向に維持するよう
常に連続的に制御される。これは、自動制御体のダイヤ
ルを所望値に設定することによって自動的に為される。
他の軸受18は軸方向に浮動可能とされ得るが、その軸
方向予圧はばねだけによって維持される。 フォースセ
ンサ12はその作動以前に誘起ロータ軸荷重に対し予備
較正される。制御回路が何らかの理由で故障した場合に
軸受を保護する為に、フォースメーターリレーの様な適
宜の保護装置19が使用され、ロータ作動が最大及び最
少許容軸スラスト荷重範囲内に制限される。これは軸受
の寿命及び信頼性を増長する。
閉ループ或はアクティブモード下での軸スラスト荷重制
御回路の為には上記システムはローター軸スラスト荷重
制御の好ましい方法である。しかしながらある種のロー
タ運転状況下に於てはハイブリッド或は半受動システム
もまた軸スラスト荷重制御に適用し得ると共に有益であ
り、そうしたシステムが第5図に概略例示される。該シ
ステムも同様に、フォースセンサ12、信号調整装置1
3、フォースインジケータ14、そして保護装置19が
組み込まれている。本具体例に於ては制御装置、即ち制
御弁は軸スラスト均衡用圧力チャンバ17への供給ライ
ン内の電磁締切弁31と直列に組み込まれた差圧コント
ローラ30である。第5図に例示されるその他要素はこ
こでも共通とされ第4図と同様の番号が付される。
タービン駆動コンプレッサの場合、ロータ上の全軸スラ
スト荷重はその速度の関数であることが見出された。加
つるに、その通常運転速度が明らかに変化しない場合は
、軸スラスト均衡用圧力チャンバ及び、ここではコンプ
レッサー吸引圧力である別のプロセス変数間の圧力差も
また速度の関数である。斯くして、軸スラスト均衡用圧
力チャンバ内の圧力はプロセス状況に追従する差圧レギ
エレータによって制御され得る。
電磁締切弁の作動は適宜の速度メータリレー32によっ
てロータ速度と直結される。このシステムの軸スラスト
荷重制御は簡単ではあるがその長所は僅かに可変のロー
タ軸荷重にある。
本発明の軸受支持システムの使用により、夕一ボコンブ
レッサ及びターボエキスパンダの如き高速回転装置に於
て軸受に付与される軸方向のみならず半径方向のスラス
ト荷重を容易且つ有効に制御し得る。
以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内
で多(の変更を成し得ることを理解されたい。
4、    の   なN 第1図は本発明の高速回転装置の為の軸受支持システム
の好ましい具体例の部分断面正面図である。
第2図は第1図を、そこに使用されるローラベアリング
を明示するべく線A−Aで切断した断面図である。
第3図は第1図を、そこに使用されるジャーナル軸受を
明示するべく線B−Bで切断した断面図である。
第4図は軸受に作用する軸スラストを制御し且つ調整し
得る一つのシステムの概略図である。
第5図は軸受に作用する軸スラストを制御し且つ調整し
得る別のシステムの概略図である。
尚、図中主な部分の名称は以下の通りである。
1:インナーリング 2:長孔 3:構造部材 5:アラクーリング 6:外部ストッパ 12:センサ 13:信号調整装置 14:コントロールパネル 15:コントローラ 16:制御装置 17:スラスト均衡用圧力チャンバ 19:保護装置 30:差圧コントローラ 32:速度メーターリレー 51.52:空間 53:回転要素軸受 54:ジャーナル軸受 56:ラビリンスシール

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、高速回転装置の為の軸受支持システムであって、 前記高速回転装置の回転要素の支持に於て1つ以上の軸
    受を保持する為のインナーリングにして、半径方向に離
    間した少くとも2つの長孔をその内部に具備するインナ
    ーリングと、 該インナーリングから半径方向に離間され、前記高速回
    転装置の回転要素に着脱自在のアウターリングと、 インナーリング及びアウターリング間でこれらインナー
    リング及びアウターリングと接触状態とされ円周方向に
    離間された少くとも2つの構造部材にして、インナーリ
    ングをアウターリング上に支持する作用を為し、半径方
    向に於て剛性を有するが軸方向に於ては柔軟性を有する
    前記構造部材と を包含する、前記高速回転装置の為の軸受支持システム
    。 2、軸受は転がり要素軸受である特許請求の範囲第1項
    記載の高速回転装置の為の軸受支持システム。 3、軸受はジャーナル軸受である特許請求の範囲第1項
    記載の高速回転装置の為の軸受支持システム。 4、長孔は互いに90°偏倚されている特許請求の範囲
    第1項記載の高速回転装置の為の軸受支持システム。 5、長孔は互いに120°偏倚されている特許請求の範
    囲第1項記載の高速回転装置の為の軸受支持システム。 6、長孔は互いに180°偏倚されている特許請求の範
    囲第1項記載の高速回転装置の為の軸受支持システム。 7、長孔は空洞である特許請求の範囲第1項記載の高速
    回転装置の為の軸受支持システム。 8、長孔は制動材料を含んでいる特許請求の範囲第1項
    記載の高速回転装置の為の軸受支持システム。 9、長孔は約0.058mmから2.54mm(0.0
    02inから0.10in)の範囲内の半径方向幅を有
    し、軸受の幅の1乃至2倍の範囲内の深さを有している
    特許請求の範囲第1項記載の高速回転装置の為の軸受支
    持システム。 10、構造部材は円周方向に等間隔に離間されている特
    許請求の範囲第1項記載の高速回転装置の為の軸受支持
    システム。 11、構造部材は制動材料のコーティングによって制動
    される特許請求の範囲第1項記載の高速回転装置の為の
    軸受支持システム。 12、インナーリングは少くともその一方の表面に制動
    材料を含んでいる特許請求の範囲第1項記載の高速回転
    装置の為の軸受支持システム。 13、少くとも1つの構造部材は該構造部材に対する軸
    力を検出し得るセンサを装備している特許請求の範囲第
    1項記載の高速回転装置の為の軸受支持システム。 14、センサは、軸受に対する軸スラストを補償し且つ
    軸荷重を所望の範囲内に維持する為の高圧流体を送通さ
    せる弁を制御する弁コントローラに電気的に接続される
    特許請求の範囲第13項記載の高速回転装置の為の軸受
    支持システム。 15、軸方向における構造部材の柔軟性が、予想最大軸
    荷重下での最少回転要素すきまの20乃至80%の振れ
    を可能とする特許請求の範囲第1項記載の高速回転装置
    の為の軸受支持システム。
JP1208025A 1988-08-15 1989-08-14 軸受支持体 Expired - Lifetime JPH0781588B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US232173 1988-08-15
US07/232,173 US4900165A (en) 1988-08-15 1988-08-15 Bearing support system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02138520A true JPH02138520A (ja) 1990-05-28
JPH0781588B2 JPH0781588B2 (ja) 1995-08-30

Family

ID=22872150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1208025A Expired - Lifetime JPH0781588B2 (ja) 1988-08-15 1989-08-14 軸受支持体

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4900165A (ja)
EP (1) EP0355656B1 (ja)
JP (1) JPH0781588B2 (ja)
BR (1) BR8904076A (ja)
CA (1) CA1316202C (ja)
DE (1) DE68913098T2 (ja)
ES (1) ES2049284T3 (ja)

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