JPH04351318A - 気体軸受の給気制御方法及び装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速回転体、たとえば
圧縮機、タービン、真空ポンプ、ガスタービン、ヘリウ
ム膨張機などに適用される気体軸受の給気制御に関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来の気体軸受の給気制御系統を図３に
示す。図中、実線は圧縮気体用の配管、破線は制御信号
用の配線を示している。

【０００３】図３において、１は回転体２を支持する気
体軸受であり、静圧型スラスト気体軸受、静圧型上部ラ
ジアル気体軸受、及び静圧型下部ラジアル気体軸受より
構成される。これらの各静圧型気体軸受には圧縮気体を
供給する配管３，４，５が接続されている。各配管３，
４，５は集合され、流量調節弁６を介して三方電磁弁７
へ接続されている。この三方電磁弁７には、圧縮気体給
気源８と、この圧縮気体給気源８が使用不可能な緊急時
の給気源としての圧縮気体大型ボンベ９とが接続されて
いる。圧縮気体給気源８の出口側の配管には圧力スイッ
チ１０が設置されている。

【０００４】気体軸受支持回転体２には、駆動用タービ
ン給気用の配管１１が接続され、この配管１１には流量
調節弁１２、電磁弁１３及び圧縮気体大容量給気源１４
を直列に接続している。

【０００５】気体軸受支持回転体２は更に、回転検出器
１５及びモニタ用回転計１６が設置されており、回転体
２の昇降速状態を確認できるようにしている。

【０００６】上記構成において、気体軸受支持回転体２
を昇降速する場合、圧縮気体給気源８の気体圧力を静圧
型気体軸受１が負荷能力を有する必要圧力まで上昇させ
る。気体圧力がその必要圧力まで上昇すると、圧力スイ
ッチ１０が作動し、三方電磁弁７が開となる。ここで、
流量調節弁６を手動で徐々に開き、各静圧型気体軸受１
に圧縮気体を供給し、回転体２を浮上させて支持する。

【０００７】圧力スイッチ１０が作動すると同時に、電
磁弁１３が開となり、流量調節弁１２を手動で徐々に開
いて駆動用タービン給気を行うと、回転体２は徐々に昇
速していく。そして、上述の操作を逆に行うことにより
、回転体２は徐々に降速される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、気体軸
受に静圧型気体軸受を用いた場合には、常時、圧縮気体
を供給する必要があるが、圧縮気体供給源が、必要な圧
力、流量が供給できなくなった場合、各静圧型気体軸受
の負荷能力は消失し、回転体は、高速で静止部材と接触
し、焼き付いてしまうという危険性が常に存在する。

【０００９】一方、気体軸受に静圧型及び動圧型を組み
合わせた複合型気体軸受を用いた場合には、回転体の回
転数が一定回転数以上であれば、動圧型気体軸受の動圧
効果が大きくなり、静圧用圧縮気体の給気を電磁弁で遮
断しても、回転体を浮上・支持することが可能となるが
、気体軸受本体と電磁弁との配管の長さが長いと、動圧
効果により昇圧している気体が、静圧用の多数給気口か
ら給気配管の方向に逆流する場合に、軸受内部と給気配
管内部でのバランスする圧力が一時的に低下し、さらに
、圧力がバランスする時間が長くかかり、逆流する気体
流量が増大する。そのため、気体軸受の負荷能力が著し
く低下してしまう。

【００１０】また、複合型気体軸受に静圧用圧縮気体を
供給している状態で、圧縮気体給気源が作動しなくなっ
て供給圧力、流量が低下した場合、気体軸受給気側に設
置した電磁弁が開の状態であると、動圧型気体軸受で発
生した圧力により給気配管内の圧力が低いために、多量
の逆流が生じて、気体軸受の負荷能力が急激に低下して
しまう。

【００１１】さらに、一定回転数以上で静圧給気を遮断
し、動圧型気体軸受でのみ回転体を浮上・支持している
場合、外部からの振動・衝撃などで回転体の回転振動が
大きくなり、回転安定性が低下して気体軸受の負荷能力
を越えてしまい、回転体が静止部材と接触して焼き付く
危険性がある。

【００１２】本発明は上記事情にかんがみてなされたも
ので、上述の欠点を解消した気体軸受の給気制御を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的に対し、本発明
によれば、回転体の静止状態から設定回転数までの間は
気体軸受に圧縮気体を給気してその気体軸受を静圧型で
運用し、前記回転体が前記設定回転数以上になったとき
及び前記圧縮気体が設定圧力以下になったときは前記圧
縮気体の給気を停止して前記気体軸受を動圧型で運用す
るとともに、前記回転体の回転時振幅を計測してその計
測値が許容値以上になつたとき前記気体軸受に圧縮気体
を給気して前記軸受を静圧型及び動圧型で併用運用する
ようにした気体軸受の給気制御方法が提供される。

【００１４】また、本発明によれば、圧縮気体給気用の
多数の給気口を有する静圧型気体軸受とスパイラル状の
溝を有する動圧型気体軸受とを組み合わせて複合型とし
た気体軸受において、これら複合型気体軸受に圧縮気体
を給気する各配管の回転体本体にできるだけ近い位置に
設置されて励磁用電源の供給が遮断されたとき弁閉とな
る電磁弁と、これら電磁弁の圧縮気体流入側の配管に設
置されて圧縮気体の圧力が設定圧力以下のとき前記電磁
弁に対し弁閉信号を発信する圧力スイッチと、回転体の
回転数を計測する回転数検出器と、前記回転体の回転時
振幅を計測する回転体振動検出器と、前記回転数検出器
及び回転体振動検出器の出力を受けて前記回転体が静止
状態から設定回転数までの間にあるとき及び回転体の振
動値が許容値以上になったとき前記電磁弁に対し弁開信
号を発信しかつ回転体が前記設定回転数以上にあるとき
前記電磁弁に対し弁閉信号を発信する制御装置とを備え
た気体軸受の給気制御装置が提供される。

【００１５】

【作用】圧縮気体給気源が必要な圧力、流量が供給でき
なくなった場合、電磁弁を遮断して、気体軸受を動圧型
として維持させ、回転体の回転振動が大きくなった場合
、気体軸受に給気して静圧型気体軸受の作用を併用させ
ることで、軸受負荷能力を向上させ、回転体の浮上及び
支持を安定させる。また、各電磁弁を回転体本体にでき
るだけ近い位置に設置したことで、弁閉時における動圧
型気体軸受の動圧効果が給気配管内に及ぼすことがなく
なり、さらに、各電磁弁を励磁用電源の供給遮断時に弁
閉となるものにしたことで、電源断のときに気体軸受内
で動圧効果により昇圧している気体の給気配管への逆流
が防止される。

【００１６】

【実施例】図１は本発明による気体軸受の給気制御系統
を示し、図２には図１の給気制御系統を適用した気体軸
受を有する真空ポンプの構造を断面にて例示している。 なお、これらの図において、図３に示したものと同一の
要素には同一の符号を付してある。

【００１７】図１に示した気体軸受の給気制御系統を説
明する前に、図２の真空ポンプについて説明する。図２
において、回転体２は動翼１７を有する回転ディスク１
８を多段に重ね合わせて回転軸１９に接合しており、す
べて高強度セラミックスにより構成されている。回転軸
１９には、高周波モータロータ２０が焼き嵌めにより固
定されており、ハウジング２１側のモータステータ２２
とにより回転体２を高速回転させるようになっている。 なお、２３は吸気口、２４は排気口、２５は静翼、２６
はスペーサリングを示している。

【００１８】また、回転体２は、静圧型気体軸受と動圧
型軸受とを組み合わせて得た複合型スラスト気体軸受と
、静圧型気体軸受と動圧型軸受とを組み合わせて得た複
合型上部ラジアル気体軸受と、静圧型気体軸受と動圧型
軸受とを組み合わせて得た複合型下部ラジアル気体軸受
とよりなる気体軸受１により、非接触の状態でしかもオ
イル不要の状態で回転可能に支持されている。

【００１９】この気体軸受１について更に詳しく説明す
ると、複合型スラスト軸受は、上面ディスク２７と下面
ディスク２８と間座２９と上蓋３０と給気口３１，３２
と回転スラストディスク３３とを有し、上面ディスク２
７及び下面ディスク２８には、静圧型気体軸受として作
用する多数の吸気口３４，３５と動圧型気体軸受として
作用するスパイラル溝３６，３７とが設けられている。 また、複合型上部ラジアル気体軸受は、軸受ダンパ３８
と静圧型気体軸受として作用する二列多数吸気口３９と
動圧型気体軸受として作用するスパイラル溝４０と四列
のＯリング４１とを有している。同様に、複合型下部ラ
ジアル気体軸受は、軸受ダンパ４２と静圧型気体軸受と
して作用する二列多数吸気口４３と動圧型気体軸受とし
て作用するスパイラル溝４４と四列のＯリング４５とを
有している。

【００２０】さて、図１において、回転体２を支持する
気体軸受１は上述のように、複合型スラスト気体軸受、
複合型上部ラジアル気体軸受及び複合型下部ラジアル気
体軸受を使用したものとし、これらの複合型気体軸受に
はこれらに圧縮気体を供給する配管３，４，５が接続さ
れている。各配管３，４，５には、回転体本体の極力近
くに電磁弁４６，４７，４８が設置されており、回転体
本体と電磁弁４６，４７，４８との間の配管３，４，５
の長さを最少限にしている。電磁弁４６，４７，４８の
給気入口側の配管３，４，５は集合されて、圧力スイッ
チ４９、三方電磁弁７、圧力スイッチ１０及び圧縮気体
給気源８へ接続されている。三方電磁弁７には、特に降
速時の静圧用補助給気源として圧縮気体小型ボンベ５０
及び小型コンプレッサ５１が配置されている。圧力スイ
ッチ４９は電磁弁４６，４７，４８の圧縮気体入口側の
圧力が設定値以下で電磁弁４６，４７，４８を弁閉にし
、別の圧力スイッチ１０は圧縮気体給気源８の圧力が設
定値以下で三方電磁弁７を作動させて、給気源を圧縮気
体給気源８から圧縮気体小型ボンベ５０に切換える作用
をする。

【００２１】回転体２には、回転数検出器１５及び回転
体振動検出器５２が接続され、各検出器の出力は回転体
及び給気用の制御装置５３に接続されている。制御装置
５３は更に、回転体駆動用高周波モータを制御するモー
タ駆動用インバータ５４に接続されていて、回転体２の
回転数を制御するようにしている。

【００２２】上記構成において、各電磁弁４６，４７，
４８が圧縮気体の給気用の配管３，４，５の極力、回転
体本体に近い位置に設置したことにより、回転体２の回
転数が一定回転数以上になれば、動圧型気体軸受の動圧
効果が大きくなり、静圧用圧縮気体の給気を電磁弁４６
，４７，４８で遮断しても、回転体２を浮上・支持する
ことが可能となり、更に、気体軸受本体と電磁弁との配
管の長さが短いため、動圧効果により昇圧している気体
が静圧用の多数給気口から給気配管の方向に逆流する量
を小さくすることが可能となって、軸受内部と給気配管
内部でのバランスする圧力が一時的に低下することがな
くなる。

【００２３】各電磁弁４６，４７，４８の圧縮気体流入
口側に圧力の高低により作動する圧力スイッチ４９を設
置し、設定圧力以下になると、電磁弁４６，４７，４８
を遮断するようにしたので、複合型気体軸受に静圧用圧
縮気体を供給している状態で、圧縮気体給気源８に異常
が生じて作動しなくなり、給気の供給圧力、流量が低下
した場合でも、圧力スイッチ４９が作動して電磁弁４６
，４７，４８が弁閉となり、動圧型気体軸受で発生した
圧力を維持させて、給気配管内圧力が低いことによる気
体軸受１からの気体の多量の逆流を防止でき、気体軸受
１の負荷能力が急激に低下することを防ぐことが可能と
なる。

【００２４】また、各電磁弁４６，４７，４８は、励磁
用電源の供給が遮断された場合に弁閉となる機能を有し
ており、電源断時に生じる前述の気体の逆流を防止でき
、気体軸受１の負荷能力が急激に低下することを防ぐこ
とが可能となる。

【００２５】制御装置５３は回転検出器１５から回転体
２の回転数を入力し、回転体２が静止状態から設定回転
数まで昇速する間は、各電磁弁４６，４７，４８を開と
するよう制御することにより気体軸受１に静圧用圧縮気
体を給気して気体軸受１を静圧型で運用させ、設定回転
数以上になると各電磁弁４６，４７，４８を閉として気
体軸受１を動圧型で運用させる。また、定格回転数から
降速し、設定回転数以下となった場合には、各電磁弁４
６，４７，４８を開とし、気体軸受１に静圧用圧縮気体
を給気して気体軸受１を静圧型で運用させ、回転体２を
設定回転数から静止状態まで降速させる。このような動
作機構を有することにより、低速時の動圧型気体軸受の
負荷能力の低下分を静圧型気体軸受で補うことが可能と
なり、静止状態から定格回転数まで安定して回転体２を
支持することが可能となる。

【００２６】制御装置５３はまた回転体振動検出器５２
の出力を受けて、外部から衝撃が加わったり回転体自身
のアンバランスなどにより発生する回転体２の振動をモ
ニタしている。その振動の値が許容値以上となった場合
には、電磁弁４６，４７，４８を開とし、各複合型気体
軸受に圧縮気体を供給する。このような動作機能により
、動圧型気体軸受の負荷能力を越えて回転体２の回転振
動が大きくなってしまう場合には、静圧型気体軸受との
併用により軸受負荷能力を大幅に向上でき、回転体２を
安定して浮上・支持することが可能となる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、低速回転数で回転体を
静圧型気体軸受にて支持し、高速回転数では回転体を動
圧型気体軸受にて支持し、高速回転数にあるときに給気
源等に異常が生じた場合には静圧型軸受と併用するよう
にしたことにより、気体軸受にて浮上・支持される回転
体を、接触することなく、常に安定して静止状態から高
速回転数まで昇降速することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した気体軸受の給気制御
系統図である。

【図２】本発明による給気制御を適用した気体軸受を有
する真空ポンプの構造例を示す図である。

【図３】従来の気体軸受の給気制御系統を例示した図で
ある。

【符号の説明】

１　　　　気体軸受 ２　　　　回転体 ７　　　　三方電磁弁 ８　　　　圧縮気体給気源 １５　　回転数検出器 ４６，４７，４８　　電磁弁 ４９　　圧力スイッチ ５２　　回転体振動検出器 ５３　　制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体の静止状態から設定回転数までの間
   は気体軸受に圧縮気体を給気してその気体軸受を静圧型
   で運用し、前記回転体が前記設定回転数以上になったと
   き及び前記圧縮気体が設定圧力以下になったときは前記
   圧縮気体の給気を停止して前記気体軸受を動圧型で運用
   するとともに、前記回転体の回転時振幅を計測してその
   計測値が許容値以上になつたとき前記気体軸受に圧縮気
   体を給気して前記軸受を静圧型及び動圧型で併用運用す
   るようにした気体軸受の給気制御方法。
2. 【請求項２】圧縮気体給気用の多数の給気口を有する静
   圧型気体軸受とスパイラル状の溝を有する動圧型気体軸
   受とを組み合わせて複合型とした気体軸受において、こ
   れら複合型気体軸受に圧縮気体を給気する各配管の回転
   体本体にできるだけ近い位置に設置されて励磁用電源の
   供給が遮断されたとき弁閉となる電磁弁と、これら電磁
   弁の圧縮気体流入側の配管に設置されて圧縮気体の圧力
   が設定圧力以下のとき前記電磁弁に対し弁閉信号を発信
   する圧力スイッチと、回転体の回転数を計測する回転数
   検出器と、前記回転体の回転時振幅を計測する回転体振
   動検出器と、前記回転数検出器及び回転体振動検出器の
   出力を受けて前記回転体が静止状態から設定回転数まで
   の間にあるとき及び回転体の振動値が許容値以上になっ
   たとき前記電磁弁に対し弁開信号を発信しかつ回転体が
   前記設定回転数以上にあるとき前記電磁弁に対し弁閉信
   号を発信する制御装置とを備えた気体軸受の給気制御装
   置。