JPH03265708A - 気体軸受装置 - Google Patents

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（ラジアル気体軸受装置）に係り
、特に、この気体軸受装置の与圧装置に関する。

（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稲のティルティングパット式の
気体軸受装置は、第４図及び第５図に示されるように構
成されている。

即ち、第４図及び第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ｂＳｃＳｄ
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、ｃ、ｄの各球部ｂ１、ｃｌ、ｄｌには、
各パット部材ｅが、例えば、タービン、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ｆを支承するに
して設けられている。又、上記各パット部材ｅと上記ロ
ータｅｌｆ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ｆは上記各パット部材ｅ
に気体膜を介して支承されている。

特に、上記ピボット支杆すは上記軸受座ａの上部ａｌに
取付はボルトｇで固定された板バネ部材りに挿着されて
いる。

従って、上述した気体軸受装置は、ロータ軸ｆの超高速
の回転時、三方より軸心方向へ向けて設けられた各ピボ
ット支杆す、ｃ、ｄで上記各パット部材ｅ及び気体膜（
軸受クリヤランス）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、上述した気体軸受装置は、上記ロータ軸
ｆが超高速回転すると、軸受損失、ロータ軸ｆ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、軸受各部の熱膨脹を生じ、上記各パット部伺
ｅと上記ロータ軸ｆ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ｅと上記ロータ軸ｆ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ｅと上記ロータ軸ｆ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ｆの振動、パット部材ｅの振動も極端に大
きくなり、軸受性能が著しく低下するおそれがある。

このような気体膜（軸受クリヤランス）の変化を吸収す
るために、従来は、板バネ部材りを使用しているが、気
体膜の変化を回転速度全域で吸収するためには、上記板
バネ部材りの剛性を充分に柔らかくする必要があり、こ
れに起因して、ロータ軸ｆの支持剛性が極端に小さくな
り、このロータ軸ｆに外力の加わる回転体には適用する
ことが困難である。

他方、上記各パット部材ｅと上記ロータ軸ｆとが接触し
て軸受を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ｆ
の下位に位置する２個の各パット部材ｃ、ｄ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、ｄは安定した状態に保持されるけれども、上記ロ
ータ軸ｆの上位に位置する１個のパット部材すには、与
圧がないために、不安定に状態になり、これに起因して
、振動が発生して、上記ロータ軸ｆ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
間の気体膜（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
た超高速回転を確保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部材を摺動自
在に嵌装し、この上位ピボット部材内に冷却器へ連通す
るようにキャビンを形成し、上記上位ピボット部材の弾
性部の直上に変位センサを付設し、上記軸受座の上部に
保持体を上記上位ピボット部材を固定して設け、この保
持体にヒータを備えたバイメタルばね板を固着し、上記
保持体に油溜り部を上記キャビンへ連通するように形成
したものである。

（作　用） 本発明は、上記軸受座の上位ピボット部材を上記バイメ
タルばね板のヒータによる加熱作用と油溜り部の油によ
る冷却作用を上記変位センサて検出して制御し、上記各
パット部材へ均等な与圧をすることにより、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確保して信頼性や安
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（Ａ）（Ｂ）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）のピボット部材２．３．４が三方より軸心
方向へ向けて設けられており、この各ピボット部材２．
３．４の各球部２　ａ　％３　ａ　ｓ　４　ａには、各
パット部材５．６．７が、例えば、タービンやコンプレ
ッサーの超高速回転のロータ軸８を支承するにして設け
られている。又、上記各パット部材５．６．７と上記ロ
ータ軸８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８は上記各パット部材５．
６．７に気体膜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、上位ピボット部材
２が摺動自在に緩く嵌装されており、この上位ピボット
部材２の球部２ａには、弾性部２ｂが形成されている。

又、この弾性部２ｂの近傍の上記上位ピボット部材２内
には、キャビン９が給油通路１０を通して冷却器１１及
び給油装置１２へ連通するように形成されており、上記
上位ピボット部材２の弾性部２ｂの直上には、例えば、
荷重検出センサのような変位センサ１３が弾性部２ｂの
距離の変位を検出するように付設されている。さらに、
上記軸受座１の上部１ａには、保持体１４が上記上位ピ
ボット部材２を螺装して設けられており、この保持体１
４の上部には、ヒータ１５を備えたバイメタルばね板１
６が固着されており、このヒータ１５はリード線１７を
介して可変電源１８及び制御装置１つへ接続されている
。

さらに又、この制御装置１つには、上記変位センサ１３
が増幅器２０を介して接続されている。又、上記保持体
１４内には、油溜り部２１が上記キャビン９へ給油孔２
２を通して連通ずるように形成されている。

以下、本発明の作用について説明する。

従って、上位ピボット部材２に対するピボット与圧力は
、第２図（Ａ）（Ｂ）に示されるように、下記のように
して検出される。

即ち、熱変形による軸受クリアランスの変化は、ピボッ
ト押圧力の変化として現れるから、上記上位ピボット部
材２の球部２ａに押圧力が加わると、上記弾性部２ｂが
内方へ変形し、これによって、上記弾性部２ｂと変位セ
ンサ１３との距離が小さくなり、これに起因して、この
変位センサ１３の検出信号が増幅器２０を介して上記制
御装置１９へ人力される。この制御装置１つは、予め、
所定の設定温度を入力されているので、この制御装置１
つは所望のピボット与圧力になるように可変電源１８を
通して上記ヒータ１５に通電する。すると、上記バイメ
タルばね板１６は所定の温度にまで加熱されるので、こ
のバイメタルばね板１６は、第２図（Ａ）（Ｂ）に示さ
れるように、温度変位する。

他方、上記油溜り部２１の油は、上記上位ピボット部材
２の温度が高くなると、給油通路２２を通して上記キャ
ビン９内を冷却するけれども、上記バイメタルばね板１
６が所定の温度に加熱されると、このバイメタルばね板
１６はこの反対側の上記油溜り部２１の油で熱交換して
冷却され、このバイメタルばね板１６は速やかに制御さ
れるから、このバイメタルばね板１６と一体をなす保持
体１４上の上記上位ピボット部材２は上方若しくは下方
へ摺動して上記各パット部材２．３．４へ均等な与圧を
することにより、ロータ軸８の熱膨脹による各パット部
材５．６．７とロータ軸８との間の気体膜の変化を低減
し、上記ロータ軸８を安定状態に保持する。

このようにして、上記ロータ軸８は上記各パット部材５
．６．７で安定状態に保持されて、上記ロータ軸８の振
動を防止してロータ軸８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。

次に、上記上位ピボット部材２に動的な力が伝達された
場合、上記キャビン９と油溜り部２１とを接続する給油
通路２２の油はオイルダンパー機能を発揮して制振する
ようになっている。又、上記上位ピボット部材２の外周
に設けられた０リング２Ｃは横振れによるダンパー効果
を有している。

次に、第２図（Ａ）（Ｂ）に示されるように、上記上位
ピボット部材２の与圧調整は、予め、上記ロータ軸２の
回転速度に対するピボット与圧を入力しておき、上記ヒ
ータ１５の可変電源１８の入力電圧で制御される。

即ち、第３図のグラフに示されるように、ロータ軸８の
回転速度とヒータ入力電圧Ａとの関係は、反比例する関
係にあるけれども、ロータ軸８の回転速度と上記上位ピ
ボット部材２のピボット与圧との関係は、比例する関係
にある。

なお、設定温度で決めていることは、回転速度ＯＲ／Ｍ
のとき、与圧力を零になるようにバイメタルばね板１６
を設け、定格速度では上記ヒータ１５への入力端子は零
になるように設定する。

このようにすることにより、定格速度で電源がＯＦＦ作
動になっても、上記上位ピボット部材２の押圧力が急激
に変化することはなく、信頼性や安全性の向上を図るこ
とができる。

〔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
ット部材を三方より軸心方向へ向けて設け、この各ピボ
ット部材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
位ピボット部材を摺動自在に嵌装し、この上位ピボット
部材内に冷却器へ連通するようにキャビンを形成し、上
記上位ピボット部材の弾性部の直上に変位センサを付設
し、上記軸受座の上部に保持体を上位ピボット部材を固
定して設け、この保持体にヒータを備えたバイメタルば
ね板を固着し、上記保持体に油溜り部を上記キャビンへ
連通するように形成して与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
タ軸を安定状態に保持できると共に、上記ロータ軸の振
動１ ２ を防止してロータ軸の安定した超高速回転を確保して信
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（Ａ
）（Ｂ）は、本発明の詳細な説明するための図、第３図
は、本発明の回転速度とヒータ人力との関係を示すグラ
フ、第４図は、従来の気体軸受装置の断面図、簗５図は
、第４図中の鎖線Ａ−Ａに沿う断面図である。 １・・・軸受座、２．３．４・・・ピボット部材、２ｂ
・・・弾性部、５．６．７・・・パット部材、８・・・
ロータ軸、９・・・キャビン、１３・・・変位センサ、
１４・・・保持体、１５・・・ヒータ、１６・・・バイ
メタルばね板、２１・・・油蒲り部。

Claims (1)

【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
   ボット部材と、この各ピボット部材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摺動自在に嵌装された
   上位ピボット部材と、この上位ピボット部材内に冷却器
   へ連通するように形成されたキャビンと、上記上位ピボ
   ット部材の弾性部の直上に付設された変位センサと、上
   記軸受座の上部に上記上位ピボット部材を固定して設け
   られた保持体と、この保持体に固着されたヒータを備え
   たバイメタルばね板と、上記保持体に上記キャビンへ連
   通するように形成された油溜り部とを具備したことを特
   徴とする気体軸受装置。