JPH03255213A

JPH03255213A - 気体軸受装置

Info

Publication number: JPH03255213A
Application number: JP5446590A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Ide; 勝記井手; Makoto Mikami; 誠三上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-06
Filing date: 1990-03-06
Publication date: 1991-11-14

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、例えば、発電プラントにおけるタービン、ニ
アコンプレッサー（空気圧縮機）やターボ機械等の超高
速回転のロータ軸を支承する動圧形のティルティングパ
ット式の気体軸受装置に関する。

（従来の技術）最近、超高速回転のロータ軸を支承するティルティング
パット式の気体軸受装置が提案されている。

既に提案されているこの種のティルティングパット式の
気体軸受装置は、第５図に示されるように構成されてい
る。

即ち、第５図において、円筒状をなす軸受座ａには、複
数（図では３個）のピボット支杆すが三方より軸心方向
へ向けて設けられており、この各ピボット支杆すの各球
部ｂｉには、各パット部材Ｃが、例えば、タービン、ニ
アコンプレッサーやターボ機械等の超高速回転のロータ
軸ｄを支承するにして設けられている。又、上記各パッ
ト部材Ｃと上記ロータ軸ｄとの間には、気体膜（軸受ク
リヤランス）が形成されており、このロータ軸ｄは上記
各パット部材Ｃに気体膜を介して支承されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述したティルティングパット式の気体
軸受装置は、上記ロータ軸ｄが超高速回転すると、軸受
損失、ロータ軸ｄの摺動面の攪拌損失等により、軸受各
部の温度が上昇し、これに起因して、軸受各部が熱膨脹
を生じ、上記各パット部材Ｃと上記ロータ軸ｄとの間の
気体膜（軸受クリヤランス）が変化して小さくなり過ぎ
ると、気体膜がなくなり、上記各パット部材Ｃと上記ロ
ータ軸ｄとが接触して軸受を焼損するおそれがある。

一方、上記各パット部材Ｃと上記ロータ軸ｄとの間の気
体膜（軸受クリヤランス）が変化して大きくなり過ぎる
と、ロータ軸ｄの振動、パット部材Ｃの振動とも極端に
大きくなり、軸受性能が著しく低下するおそれがある。

他方、上記各パット部材Ｃと上記ロータ軸ｄとが接触し
て軸受の熱膨脹を生じないときでも、第５図において、
荷重方向が下向きに作用している場合、上記ロータ軸ｄ
の下位に位置する２個の各パット部材Ｃには、負荷があ
るために、圧力が気体膜に発生し、この両パット部材Ｃ
は安定した状態に保持されるけれども、上記ロータ軸ｄ
の上位に位置する１個のパット部材Ｃには、予圧がない
ために、不安定な状態になり、これに起因して、振動が
発生して、上記ロータ軸ｄの振動を誘発し、軸系の安定
した超高速回転を損なうおそれがある等の問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、ロータ軸の熱膨脹による各パット部材とロータ軸との
間の気体ＩＩＩ（軸受クリヤランス）の変化を低減し、
上記ロータ軸の上位に位置するパット部材を安定状態に
保持して、上記ロータ軸の振動を防止して、ロータ軸の
安定した超高速回転を保持して信頼性や安全性の向上を
図るようにした気体軸受装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、軸受座に複数のピボット支杆を三方より軸心
方向へ向けて設け、この各ピボット支杆に各パット部材
をロータ軸を支承するように設けられた気体軸受装置に
おいて、上記軸受座の上部に上位ピボット支杆を上下動
するように軸装し、この上位ピボット支杆に荷重変換器
を付設し、上記軸受座にダンパー装置を上記荷重変換器
を予圧できるように設けたものである。

（作　用）本発明は、上記軸受座の上部の上下動する上位ピボット
支杆に上記ダンパー装置を上記荷重変換器と上記各パッ
ト部材へ予圧することにより、ロータ軸の熱膨脹による
各パット部材とロータ軸との間の気体膜の変化を低減し
、上記ロータ軸の上位に位置するパット部材を安定状態
に保持して、上記ロータ軸の振動を防止してロータ軸の
安定した超高速回転を保持して信頼性や安全性の向上を
図るようにしたものである。

（実施例）以下、本発明を図示の一実施例について説明する。

第１図及び第２図において、符号１は、円筒状をなす軸
受座であって、この軸受座１には、複数（図では３個）
のピボット支杆２．３．４が三方より軸心方向へ向けて
設けられており、この各ピボット支杆２．３．４の各球
部２ａ、３ａ、４ａには、各パット部材５．６．７が、
例えば、タービン８やニアコンプレッサー９の超高速回
転のロータ軸１０を支承するにして設けられている（第
２図参照）。又、上記各パット部材５．６．７と上記ロ
ータ軸１０との間には、第２図に誇張して示されるよう
に気体膜（軸受クリヤランス）１１が形成されており、
このロータ軸１０は上記各パット部材５．６．７に気体
ａｌｌを介して支承されている。

特に、上記軸受座１の上部１ａには、上位ビボソト支杆
２が上下動するように緩く軸装されており、この上位ピ
ボット支杆２の中程には、鍔部２ｂが上記軸受座１の一
部に当接するようにして形成されている。又、上位ピボ
ット支杆２の上部には、例えば、荷重検出センサーのよ
うな荷重変換器１２が受は座１３を介して付設されてお
り、この荷重変換器１２の近傍の上記軸受座１には、空
気圧によるダンパー装置１４が上記荷重変換器１２を空
気圧により押圧して予圧できるように設けられている。

即ち、このダンパー装置１４は上記軸受座１の上部１ａ
に密閉されたシリンダー１５を立設し、このシリンダー
１５内にＯリング１６ａでシールしたピストン１６を上
記荷重変換器１２をコイルばね１７の弾力に抗して押動
し得るように摺動自在に嵌装して構成してものである。

又、上記シリンダー１５の上部には、給気口１５ａが付
設されており、この給気口１５ａには、給気管１８が接
続されている。さらに、この給気管１８は上記ニアコン
プレッサー９に圧力調整弁１９を介して接続されており
、この圧力調整弁１９は遠隔操作袋ｆｔ（遠隔制御装置
）２０にリード線２１を通して連結されている。さらに
又、上記荷重変換器１２には、上記遠隔操作装置２０が
リード線２３を通して連結されており、このリード線２
３には、増幅器２２が設けられている。

従って、今、上記ダンパー装置１４が上記圧力調整弁１
９からの高圧空気により上記ピストン１６を押下するこ
とにより、このピストン１６が荷重変換器１２へ加圧し
て予圧することにより、この荷重変換器１２が予圧荷重
を検出し、この検出信号を上記増幅器２２を介して上記
遠隔操作装置２０にリード線２２を通して送信し、予め
、入力して設定された予圧力（予圧設定値）と比較して
上記圧力調整弁１９を開閉制御すると同時に、上記ピス
トン１６が荷重変換器１２へ加圧して予圧することによ
り、上位ピボット支杆２を上下動し、上記パット部材５
を適正な圧力で押圧し、これにより、各パット部材５．
６．７が上記ロータ軸１０を気体膜１１を形成して支承
するようになっでいる。

このようにして、上記ロータ軸１０は上記各パット部材
５．６．７を安定状態に保持して、上記ロータ軸１０の
振動を防止してロータ軸１０の安定した超高速回転を保
持して信頼性や安全性の向上を図るようにしている。

又一方、上記ダンパー装置１４が上記圧力調整弁１９か
らの高圧空気により上記ピストン１６を押下することに
より、このピストン１６が荷重変換器１２へ加圧する押
圧力は軸受平均面圧に対して、約２０〜４０％程度にと
ると、上記各パット部材５．６．７が安定状態に保持さ
れることが、実験の結果、確認されている。

従って、上記押圧力の値を荷重に換算して制御する必要
がある。

即ち、押圧力が軸受平均面圧に対して、例えば、３０±
５％に設定した場合、ロータ軸１０の熱膨脹若しくは軸
の浮上により、上記荷重変換器１２により検出される信
号が上記設定値の範囲を越えたら、上記遠隔操作装置２
０により開度制御する信号を上記圧力調整弁１９へ送信
され、圧力調整が許容範囲に達するまで反復継続して繰
返される。

なお、上記ダンパー装置］４に組込まれたコイルばね１
７は、上位ピボット支杆２の鍔部２ｂが上記軸受座１の
一部に当接したとき、自然長になるようにして介装され
ているので、このコイルばね１７の弾力は、上記ダンパ
ー装置１４のピストン１６を戻すようにしている。又、
上記給気口１５ａは絞り機構を備えており、この絞り機
構は給気管１８とシリンダー１５内の気体との連成振動
を防止するようになっている。

次に、第３図及び第４図に示される本発明の他の実施例
は、空気圧によるダンパー装置１４を油圧によるダンパ
ー装Ｗ２６にすると共に、軸受座１内に位置する上位ピ
ボット支杆２に弾性体２４を設け、この弾性体２４の両
端部に各永久磁石２５を上位パット部材５へ吸着するよ
うに付設したものである。

即ち、上記軸受座１内に位置する上位ピボット支杆２に
は、板状をなす弾性体２４が設けられており、この弾性
体２４の両端部には、各永久磁石２５と各ヨーク２５ａ
が上位パット部材５へ吸着するように付設されている。

又、上記上位ピボット支杆２の上部には、油圧によるダ
ンパー装置２６が設置されており、このダンパー装置２
６は上記軸受座１にシリンダー２７を立設し、このシリ
ンダー２７内に位置する上記上位ピボット支杆２の上部
にピストン２８を付設し、このピストン２８にコイルば
ね２９を介して受は座３０を設け、この受は座３０を上
記シリンダー２７の頂板に螺装された調整線杆３１て加
減調整するようにしたものである。

なお、上記ダンパー装置２６の圧油は上記シリンダー２
７に穿設された給油口２７ａから給油されるようになっ
ている。

従って、上述した他の実施例の上記コイルばね２９は、
軸受各部の熱変形差を吸収できるように弱いバネ定数と
し、上記調整線杆３１によって上位ピボット支杆２を介
して上位パット部材５へ一定の予圧を加えている。

又一方、上記ロータ軸１０が超高速回転するとき、上記
上位パット部材５は動的に振動し易いが、この振動は上
記油圧によるダンパー装置２６によって吸振される。

次に、上述した他の実施例の作用を第４図について説明
する。

即ち、上記弾性体２４と永久磁石２５の結合は、接着方
向には剛体であり、接着接線方向には滑り易い。

従って、上記弾性体２４と永久磁石２５の組合せによっ
て、上記上位ピボット支杆２と上位パット部材５との間
には、バネ定数とダンパー作用が発生し、この上記上位
ピボット支杆２の球部２ａを中心に上位パット部材５が
回動して振動を抑制する。さらに、上記上位パット部材
５の振動は上記油圧によるダンパー装置２６によって吸
振される。

なお、上記上位ピボット支杆２と上位パット部材５とは
、永久磁石２５によって引張られているから、脱落する
おそれはない。又、上記弾性体２４と永久磁石２５の接
着接線方向に容易に移動できるので、静的な上位パット
部材５の変位を拘束することなく、軸受機能を損なうお
それはない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、軸受座に複数のピボ
ット支杆を三方より軸心方向へ向けて設け、この各ピボ
ット支杆に各パット部材をロータ軸を支承するようにし
て設けた気体軸受装置において、上記軸受座の上部に上
下動するように上位ピボット支杆を軸装し、この上位ピ
ボット支杆に荷重変換器を付設し、上記軸受座にダンパ
ー装置を上記荷重変換器を予圧できるように設け、上記
軸受座の上部の上下動する上位ピボット支杆に上記ダン
パー装置を上記荷重変換器と各パット部材へ予圧するよ
うになっているので、ロータ軸の熱膨脹による各パット
部材とロータ軸との間の気体膜の変化を低減できるばか
りでなく、上記ロータ軸の上位に位置するパット部材を
安定状態に保持できると共に、上記ロータ軸の振動を防
止してロータ軸の安定した超高速回転を保持して信頼性
や安全性の向上を図ることができる等の優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の気体軸受装置の断面図、第２図は、
本発明の適用されるシステム系統図、第３図及び第４図
は、本発明の他の実施例を示す各図、第５図は、従来の
気体軸受装置の断面図である。１・・・軸受座、２．３．４・・・ピボット支杆、５．
６．７・・・パット部材、１０・・・ロータ軸、１２・
・・荷重変換器、１４・・・ダンパー装置、１５・・・
シリンダー、１６・・・ピストン、１つ・・・圧力調整
弁、２０・・・遠隔操作装置、２４・・・弾性体、２５
・・・永久磁石、２６・・・ダンパー装置、２７・・・
シリンダー、２８・・・ピストン、３１・・・調整線杆
。

Claims

【特許請求の範囲】１、軸受座に三方より軸心方向へ向けて設けられた複数
のピボット支杆と、この各ピボット支杆にロータ軸を支
承するように設けられた各パット部材とを備えた気体軸
受装置において、上記軸受座の上部に上下動するように
軸装された上位ピボット支杆と、この上位ピボット支杆
に付設された荷重変換器と、上記軸受座に上記荷重変換
器を予圧できるように設けられたダンパー装置とを具備
したことを特徴とする気体軸受装置。２、軸受座内に位置する上位ピボット支杆に設けられた
弾性体と、この弾性体の両端部に上位パット部材へ吸着
するように付設された各永久磁石とを具備したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の気体軸受装置。