JPH03121306A - Tilting pad shaped dynamic pressure gas bearing - Google Patents
Tilting pad shaped dynamic pressure gas bearingInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
この発明は、高温下で超高速回転するロータを支承する
ティルティングパッド形動圧気体軸受に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a tilting pad type hydrodynamic gas bearing that supports a rotor that rotates at an extremely high speed under high temperatures.
(従来の技術)
近年、超高速で回転するロータを油や水等を使用せず、
周辺の気体を使って支持するティルティングパッド形動
圧気体軸受が採用されつつある。(Conventional technology) In recent years, rotors that rotate at extremely high speeds have been developed without using oil or water.
Tilting pad type hydrodynamic gas bearings, which use surrounding gas for support, are being adopted.
第3図(A)および(B)は、この従来のティルティン
グパッド形動圧気体軸受の構造を示す断面図である。軸
受ブラケット1の外部にはピボット2を介してパッド3
が支持される。このパッド3は、周方向にたとえば三分
割され、この分割された各パッド基台4がそれぞれ1本
のピボット2によって軸受ブラケット1に支持される。FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing the structure of this conventional tilting pad type dynamic pressure gas bearing. A pad 3 is connected to the outside of the bearing bracket 1 via a pivot 2.
is supported. This pad 3 is circumferentially divided into, for example, three parts, and each of the divided pad bases 4 is supported by the bearing bracket 1 by one pivot 2, respectively.
ピボット2には、ロックナツト5によって直接軸受ブラ
ケット1に固定されるものと、板ばね6を介して軸受ブ
ラケット1に弾性支持されるものとがある。The pivot 2 includes one that is directly fixed to the bearing bracket 1 with a lock nut 5, and one that is elastically supported by the bearing bracket 1 via a leaf spring 6.
ロータ7は、このパッド3の各パッド基台4の内周面に
気体膜を介して支持され、超高速回転する。The rotor 7 is supported on the inner peripheral surface of each pad base 4 of this pad 3 via a gas film, and rotates at an extremely high speed.
ところで、上述のようなティルティングパッド形動圧気
体軸受の動圧潤滑方式では、発進及び停正時にロータ7
とパッド3の内周面とが直接接触せざるを得ない。この
時、気体が浦等の液体のような境界潤滑性を有していな
いので、ロータ7とパッド3の内周面とが焼付く恐れが
ある。そこで、パッド3にセラミックのような硬い材料
が選択される。By the way, in the dynamic pressure lubrication system of the tilting pad type hydrodynamic gas bearing as described above, the rotor 7 is
and the inner circumferential surface of the pad 3 must come into direct contact with each other. At this time, since the gas does not have boundary lubricity unlike liquids such as ura, there is a risk that the rotor 7 and the inner circumferential surface of the pad 3 may seize. Therefore, a hard material such as ceramic is selected for the pad 3.
第2図(A)および(B)は、従来の他のティルティン
グパッド形動圧気体軸受の要部を示す構成図である。こ
の従来の他のティルティングパッド形動圧気体軸受では
、鋼材のロータ10を、セラミック単一材で形成された
パッド基台11からなるパッド12によって支持してい
る。この従来例の利点はパッド12がセラミック製であ
るため、耐摩耗性が優れていること、また、パッド12
の材料の比重が小さいことから、パッド12の慣性モー
メントが小さくなり、その結果パッド12の追従性が良
好になって振動安定性が優れている点である。FIGS. 2(A) and 2(B) are configuration diagrams showing essential parts of another conventional tilting pad type hydrodynamic gas bearing. In this other conventional tilting pad type hydrodynamic gas bearing, a rotor 10 made of steel is supported by a pad 12 made of a pad base 11 made of a single ceramic material. The advantage of this conventional example is that the pad 12 is made of ceramic, so it has excellent wear resistance.
Since the specific gravity of the material is small, the moment of inertia of the pad 12 is small, and as a result, the followability of the pad 12 is good, resulting in excellent vibration stability.
(発明が解決しようとする課題)
ところが、第2図に示す他の従来のティルティングパッ
ド形動圧気体軸受では、パッド12が全てセラミックス
材で形成されているため、パッド12の破壊靭性値が極
めて低く、割れ易い。また、鋼材のロータ10に比ベパ
ッド12の線膨張係数が約1/3と極めて小さいので、
温度変化が大きい場合に、ロータ10の半径(Rr)よ
りもパッド12の半径(Rp)が小さくなり、軸受クリ
アランスC(C=Rp−Rr)がなくなって、軸受性能
が著しく低下する恐れがある。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the other conventional tilting pad type hydrodynamic gas bearing shown in FIG. Extremely low and easy to break. In addition, the coefficient of linear expansion of the pad 12 is extremely small, about 1/3 compared to the rotor 10 made of steel.
When the temperature change is large, the radius (Rp) of the pad 12 becomes smaller than the radius (Rr) of the rotor 10, and the bearing clearance C (C=Rp-Rr) is lost, which may significantly reduce bearing performance. .
この発明は上記事情を考慮してなされたものであり、耐
摩耗性および振動安定性を良好に確保しつつ、破壊靭性
値が高く、また高温時でも軸受性能を向上させることが
できるティルティングパッド形動圧気体軸受を提供する
ことを目的とする。This invention was made in consideration of the above circumstances, and provides a tilting pad that ensures good wear resistance and vibration stability, has a high fracture toughness value, and can improve bearing performance even at high temperatures. The purpose of the present invention is to provide a shaped dynamic pressure gas bearing.
(課題を解決するための手段)
この発明は、軸受ブラケット内にパッドが支持され、こ
のパッドの内周面にて気体膜を介してロータを支持する
ティルティングパッド形動圧気体軸受において、上記パ
ッドは、上記ロータと同一材質で形成され、その内周面
にセラミックコーティングが施され、このセラミックコ
ーティングの内周面に固体潤滑剤が被覆されるとともに
、パッド外周に減肉加工が施されたことを特徴とするも
のである。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a tilting pad type hydrodynamic gas bearing in which a pad is supported within a bearing bracket and a rotor is supported via a gas film on the inner peripheral surface of the pad. The pad is made of the same material as the rotor, its inner circumferential surface is coated with a ceramic coating, the inner circumferential surface of the ceramic coating is coated with a solid lubricant, and the outer circumference of the pad is thinned. It is characterized by this.
(作用)
従って、この発明に係るティルティングパッド形動圧気
体軸受によれば、パッドがロータと同一材質で形成され
たので、パッドがセラミック単一材の場合に比べ、パッ
ドの破壊靭性値を高くすることができる。また、パッド
がロータと同一材質で形成されたので、パッドがロータ
と同程度の熱膨張を呈し、幅広い温度変化に対しても軸
受クリアランスを良好に維持でき、高温時における軸受
性能を向上させることができる。(Function) Therefore, according to the tilting pad type hydrodynamic gas bearing according to the present invention, since the pad is made of the same material as the rotor, the fracture toughness value of the pad is lower than when the pad is made of a single ceramic material. It can be made higher. In addition, since the pad is made of the same material as the rotor, the pad exhibits the same degree of thermal expansion as the rotor, allowing good bearing clearance to be maintained even under wide temperature changes, improving bearing performance at high temperatures. I can do it.
さらに、パッド内周面にセラミックコーティングが施さ
れたので、パッドの耐摩耗性も良好に維持できる。Furthermore, since the inner peripheral surface of the pad is coated with a ceramic coating, the wear resistance of the pad can also be maintained well.
また、パッド外周に減肉加工が施されたので、パッドの
慣性モーメントを低下させることができ、その結果パッ
ドの追従性がよくなって、振動安定性も良好に維持させ
ることができる。Furthermore, since the outer periphery of the pad is thinned, the moment of inertia of the pad can be lowered, and as a result, the followability of the pad is improved, and vibration stability can also be maintained favorably.
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基いて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図(A)はこの発明に係るティルティングパッド形
動圧気体軸受の要部正面図、第1図(B)は第1図(A
)のIB−IB線に沿う断面図である。この一実施例に
おいて、従来例と同様な部分は同一の符号を付す。FIG. 1(A) is a front view of main parts of a tilting pad type hydrodynamic gas bearing according to the present invention, and FIG.
) is a sectional view taken along line IB-IB of FIG. In this embodiment, parts similar to those in the conventional example are given the same reference numerals.
パッド21は、周方向に例えば三分割されたパッド基台
22から構成される。各パッド基台21の各外周にはピ
ボット穴23が形成され、このピボット穴23にピボッ
ト2の先端が嵌合される。The pad 21 is composed of a pad base 22 divided into, for example, three parts in the circumferential direction. A pivot hole 23 is formed in each outer periphery of each pad base 21, and the tip of the pivot 2 is fitted into this pivot hole 23.
パッド21の各パッド基台22は、それぞれピボット2
によって軸受ブラケット1に直接リジットにあるいは板
ばね6によって弾性的に支持される。Each pad base 22 of the pad 21 has a pivot 2
The bearing bracket 1 is directly rigidly supported by the bearing bracket 1 or elastically supported by a leaf spring 6.
このようなパッド21のパッド基台22における内周面
にて、ロータ7が支持される。ロータ7は鋼材から作成
される。また、パッド21の各バラド基台22も鋼材か
ら形成される。The rotor 7 is supported on the inner peripheral surface of the pad base 22 of the pad 21 as described above. The rotor 7 is made of steel. Further, each ballad base 22 of the pad 21 is also formed from steel.
各パッド基台22の内周面には金属と比較的接合性の強
い窒化チタン(T i N)が気相蒸着によってセラミ
ックコーティング24される。更に、このセラミックコ
ーティング24の内面に、二硫化モリブデン等の固体潤
滑剤25が被覆される。The inner circumferential surface of each pad base 22 is coated with a ceramic coating 24 of titanium nitride (T i N), which has a relatively strong bonding property with metal, by vapor deposition. Furthermore, the inner surface of this ceramic coating 24 is coated with a solid lubricant 25 such as molybdenum disulfide.
セラミックコーティング24及び固体潤滑剤25のそれ
ぞれの膜厚はパッド基台22の肉厚が10−程度である
のに対し、数ミクロン程度である。The thickness of each of the ceramic coating 24 and the solid lubricant 25 is about several microns, whereas the thickness of the pad base 22 is about 10-.
上記ロータ7は、気体膜を介し、この固体潤滑剤25に
接触する。The rotor 7 contacts this solid lubricant 25 via a gas film.
また、パッド21の各パッド基台22の外周面には、第
1図(B)に示すように、パッド基台22の周方向に沿
う溝26が複数本、例えば2本形成される。さらに、各
パッド基台22の外周は第1図(A)で示すように、両
角内部がカット27して加工される。これらの溝26お
よびカット27が、パッド21の減肉加工である。Further, on the outer peripheral surface of each pad base 22 of the pad 21, a plurality of, for example two, grooves 26 are formed along the circumferential direction of the pad base 22, as shown in FIG. 1(B). Furthermore, the outer periphery of each pad base 22 is processed by cutting 27 inside both corners, as shown in FIG. 1(A). These grooves 26 and cuts 27 are the thickness reduction processing of the pad 21.
ここで、パッド21の慣性モーメントをI、パッド21
(パッド基台22)の微小部分の質量をdm、この微小
部分の質点位置とパッド21の重心との距離をRとする
と、
■=ΣR2dm
の関係がある。上述のようなパッド基台22の溝26は
、パッド21の質量を小さくシ、またパッド27は、距
離Rを小さくするので、これら溝26およびカット27
によってパッド21の慣性モーメントIが小さくなる。Here, the moment of inertia of the pad 21 is I, and the pad 21
Assuming that the mass of the minute portion of the (pad base 22) is dm, and the distance between the mass point position of this minute portion and the center of gravity of the pad 21 is R, then there is the following relationship: (1)=ΣR2dm. The grooves 26 of the pad base 22 as described above reduce the mass of the pad 21, and the pad 27 reduces the distance R, so these grooves 26 and cuts 27
This reduces the moment of inertia I of the pad 21.
上記実施例によれば、パッド21がロータ7と同一材質
(鋼材)で形成されたので、パッド21がセラミック単
一材の場合に比べ、パッド21の破壊靭性値を高くでき
る。According to the above embodiment, since the pad 21 is made of the same material (steel material) as the rotor 7, the fracture toughness value of the pad 21 can be increased compared to the case where the pad 21 is made of a single ceramic material.
また、パッド21がロータ7と同一材質で形成されたの
で、パッド21がロータ7と同程度の熱膨張を呈し、幅
広い温度変化に対しても軸受クリアランスCを良好に維
持できるので、高温時における軸受性能を向上させるこ
とができる。In addition, since the pad 21 is made of the same material as the rotor 7, the pad 21 exhibits the same degree of thermal expansion as the rotor 7, and the bearing clearance C can be maintained well even under a wide range of temperature changes. Bearing performance can be improved.
さらに、各パッド基台22の内周面にセラミックコーテ
ィング24が施されたので、パッド基台22の耐摩耗性
を良好に維持できる。Furthermore, since the ceramic coating 24 is applied to the inner peripheral surface of each pad base 22, the wear resistance of the pad base 22 can be maintained well.
また、パッド基台22の外周に溝26およびカット27
の減肉加工が施されたので、パッド21の慣性モーメン
ト■を低下させることができる。Additionally, a groove 26 and a cut 27 are provided on the outer periphery of the pad base 22.
Since the thickness reduction process has been performed, the moment of inertia (2) of the pad 21 can be reduced.
その結果パッド21の追従性が良くなって、振動安定性
を良好に維持できる。As a result, the followability of the pad 21 improves, and vibration stability can be maintained favorably.
ところで、一般に、パッド21の慣性モーメントIは、
ロータフの限界速度を左右する。つまり、パッド21の
慣性モーメントIが大きくなると、パッド21の磁励振
動発生回転速度が低くなるので、ロータ7を高速回転さ
せる場合には、パッド21の慣性モーメント■を出来る
だけ小さくする必要がある。この一実施例では、パッド
21の慣性モーメントが小さくなるので、パッド21の
磁励振動発生回転速度を高くでき、高速時の軸受性能を
向上させることができる。By the way, in general, the moment of inertia I of the pad 21 is
Affects the limit speed of the rotor. In other words, as the moment of inertia I of the pad 21 increases, the rotational speed at which magnetically excited vibrations occur in the pad 21 decreases, so when the rotor 7 is rotated at high speed, the moment of inertia (I) of the pad 21 must be made as small as possible. . In this embodiment, since the moment of inertia of the pad 21 is reduced, the rotational speed at which magnetically excited vibrations occur in the pad 21 can be increased, and the bearing performance at high speeds can be improved.
また、パッド基台22の内周面には、固体潤滑剤25が
被覆され、この固体潤滑剤25にロータ7が気体膜を介
して接触するので、この固体潤滑剤25により潤滑性が
向上し、特に、発進および停止時におけるロータ7とパ
ッド21の潤滑性能を向上させることができる。Furthermore, the inner peripheral surface of the pad base 22 is coated with a solid lubricant 25, and the rotor 7 comes into contact with this solid lubricant 25 via a gas film, so that the solid lubricant 25 improves lubricity. In particular, the lubrication performance of the rotor 7 and pad 21 during starting and stopping can be improved.
以上のように、この発明に係るティルティングパッド形
動圧気体軸受によれば、ブラケット内に支持され、内周
面にて気体膜を介し、ロータを支持するパッドが、この
ロータと同一材質で形成され、その内周面にセラミック
コーティングが施され、このセラミックコーティングの
内周面に固体潤滑剤が被覆されるとともに、パッド外周
に減肉加工が施されたことから、耐摩耗性および振動安
定性を良好に確保しつつ、破壊靭性値を高く、また、高
温時における軸受性能を向上させることができる。As described above, according to the tilting pad type hydrodynamic gas bearing according to the present invention, the pad that is supported within the bracket and supports the rotor through the gas film on the inner peripheral surface is made of the same material as the rotor. The inner circumferential surface of the ceramic coating is coated with a solid lubricant, and the outer circumference of the pad is thinned to provide wear resistance and vibration stability. It is possible to increase fracture toughness while ensuring good properties, and to improve bearing performance at high temperatures.
第1図(A)はこの発明に係るティルティングパッド形
動圧気体軸受の要部正面図、第1図(B)は、第1図(
A)のIB−IB線に沿う断面図、第2図(A)は従来
の他のティルティングパッド形動圧気体軸受の要部正面
図、第2図(B)は第2図(A)のIIB −IIB線
に沿う断面図、第3図(A)は従来のティルティングパ
ッド形動圧気体軸受の構造を示す断面図、第3図(B)
は第3図(A)のI[IB−IIIB線に沿う断面図で
ある。
1・・・軸受ブラケット、2・・・ピボット、7・・・
ロータ、21・・・パッド、22・・・パッド基台、2
4・・・セラミックコーティング、25・・・固体潤滑
剤、26・・・溝、27・・・カット。FIG. 1(A) is a front view of the main part of the tilting pad type hydrodynamic gas bearing according to the present invention, and FIG. 1(B) is
A) is a sectional view taken along the IB-IB line, FIG. 2(A) is a front view of the main part of another conventional tilting pad type hydrodynamic gas bearing, and FIG. 2(B) is a cross-sectional view of FIG. 2(A). 3(A) is a sectional view taken along line IIB-IIB of FIG. 3(A), and FIG. 3(B) is a sectional view showing the structure of a conventional tilting pad type hydrodynamic gas bearing.
is a sectional view taken along line I[IB-IIIB of FIG. 3(A). 1... Bearing bracket, 2... Pivot, 7...
Rotor, 21... Pad, 22... Pad base, 2
4...Ceramic coating, 25...Solid lubricant, 26...Groove, 27...Cut.
Claims (1)
周面にて気体膜を介してロータを支持するティルティン
グパッド形動圧気体軸受において、上記パッドは、上記
ロータと同一材質で形成され、その内周面にセラミック
コーティングが施され、このセラミックコーティングの
内周面に固体潤滑剤が被覆されるとともに、パッド外周
に減肉加工が施されたことを特徴とするティルティング
パッド形動圧気体軸受。In a tilting pad type hydrodynamic gas bearing in which a pad is supported within a bearing bracket and a rotor is supported via a gas film on the inner peripheral surface of the pad, the pad is made of the same material as the rotor, and the pad is made of the same material as the rotor. A tilting pad type hydrodynamic gas bearing characterized in that a ceramic coating is applied to the inner circumferential surface, a solid lubricant is coated on the inner circumferential surface of the ceramic coating, and a thinning process is applied to the outer circumference of the pad. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25514889A JPH03121306A (en) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | Tilting pad shaped dynamic pressure gas bearing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25514889A JPH03121306A (en) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | Tilting pad shaped dynamic pressure gas bearing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03121306A true JPH03121306A (en) | 1991-05-23 |
Family
ID=17274747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25514889A Pending JPH03121306A (en) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | Tilting pad shaped dynamic pressure gas bearing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03121306A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994005913A1 (en) * | 1992-09-10 | 1994-03-17 | Welsh Innovations Limited | Compressor |
US5795138A (en) * | 1992-09-10 | 1998-08-18 | Gozdawa; Richard | Compressor |
JP2017137960A (en) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | 三菱重工業株式会社 | Tilting pad gas bearing |
US10801544B2 (en) | 2016-12-14 | 2020-10-13 | Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation | Tilting pad journal bearing manufacturing method, tilting pad journal bearing, and compressor |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP25514889A patent/JPH03121306A/en active Pending
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