JPH08261237A - ガスタービンエンジン - Google Patents
ガスタービンエンジンInfo
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- JPH08261237A JPH08261237A JP8061175A JP6117596A JPH08261237A JP H08261237 A JPH08261237 A JP H08261237A JP 8061175 A JP8061175 A JP 8061175A JP 6117596 A JP6117596 A JP 6117596A JP H08261237 A JPH08261237 A JP H08261237A
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- Japan
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- shaft
- magnetic
- bearing
- thrust load
- gas turbine
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/051—Axial thrust balancing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
- F01D25/166—Sliding contact bearing
- F01D25/168—Sliding contact bearing for axial load mainly
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C39/00—Relieving load on bearings
- F16C39/06—Relieving load on bearings using magnetic means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/23—Gas turbine engines
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸受の寿命を延ばすことができるガスタービ
ンエンジンを提供すること。 【解決手段】 磁性体からなるシャフト２に固定される
タービン３と、該シャフトに固定されるコンプレッサ４
と、前記シャフトを回転可能に支持する軸受１ａ、１ｂ
と、磁性体から成り、スラスト荷重に対抗するように配
設されるボデー１１及び該ボデー内に巻回され、その励
磁時に前記スラスト荷重に対抗する軸力として磁力を前
記シャフトに作用させるように前記ボデーと前記シャフ
ト間に磁路を生じせしめる磁気コイル１２を有する磁気
軸受１０と、前記シャフトの軸方向の位置を検出する検
出手段１３と、前記シャフトの所望の軸方向位置を維持
するように、該検出手段の出力に応じて前記磁気コイル
への励磁電流を調整する調整手段１４、１６とを備えて
なる構成とした。
ンエンジンを提供すること。 【解決手段】 磁性体からなるシャフト２に固定される
タービン３と、該シャフトに固定されるコンプレッサ４
と、前記シャフトを回転可能に支持する軸受１ａ、１ｂ
と、磁性体から成り、スラスト荷重に対抗するように配
設されるボデー１１及び該ボデー内に巻回され、その励
磁時に前記スラスト荷重に対抗する軸力として磁力を前
記シャフトに作用させるように前記ボデーと前記シャフ
ト間に磁路を生じせしめる磁気コイル１２を有する磁気
軸受１０と、前記シャフトの軸方向の位置を検出する検
出手段１３と、前記シャフトの所望の軸方向位置を維持
するように、該検出手段の出力に応じて前記磁気コイル
への励磁電流を調整する調整手段１４、１６とを備えて
なる構成とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンに関し、更に詳細にはシャフトに作用するスラスト
荷重を受ける磁気軸受を有するガスタービンエンジンに
関する。
ジンに関し、更に詳細にはシャフトに作用するスラスト
荷重を受ける磁気軸受を有するガスタービンエンジンに
関する。
【０００２】
【従来の技術】スラスト荷重を受ける回転シャフトで
は、通常、アンギュラボール軸受或いは、高速及び高荷
重のためにオイルで潤滑されるテーパーローラ軸受又は
プレインスラスト軸受のような回転部材スラスト軸受が
用いられる。一般に、機械器具のための最適軸受配置Ｓ
ＫＦ２１（発行番号３１３９、発行１９８１年９月）に
示されるように、オイル潤滑されたプレインスラスト軸
受は、同等のアンギュラ軸受よりも効果的ではないの
で、厳しい精度がシャフトの位置に関して要求され、且
つシャフトに高荷重が作用するガスタービンエンジンに
は、アンギュラ軸受が用いられる。
は、通常、アンギュラボール軸受或いは、高速及び高荷
重のためにオイルで潤滑されるテーパーローラ軸受又は
プレインスラスト軸受のような回転部材スラスト軸受が
用いられる。一般に、機械器具のための最適軸受配置Ｓ
ＫＦ２１（発行番号３１３９、発行１９８１年９月）に
示されるように、オイル潤滑されたプレインスラスト軸
受は、同等のアンギュラ軸受よりも効果的ではないの
で、厳しい精度がシャフトの位置に関して要求され、且
つシャフトに高荷重が作用するガスタービンエンジンに
は、アンギュラ軸受が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】アンギュラ軸受及び回
転部材スラスト軸受は、回転部材の滑りの防止、振動の
低減及び正規のシャフト位置の維持のために予荷重を要
する。ガスタービンエンジンのシャフトは、コンプレッ
サ及びタービンを有し、通常、コンプレッサ及びタービ
ンによって生じるスラスト荷重に完全に合わせることは
不可能である。これは、しばしば、コンプレッサ側への
スラスト荷重を生ぜしめ、このスラスト荷重が予荷重に
加えてシャフトに作用し得る。このスラスト荷重が予荷
重よりたいへん大きいと、軸受の寿命短縮を招く回転部
材の疲労、摩擦による損失の増大、摩耗の増大が生じ
る。そのため、アンギュラ軸受及び回転部材スラスト軸
受の交換が比較的しばしば必要となっていた。
転部材スラスト軸受は、回転部材の滑りの防止、振動の
低減及び正規のシャフト位置の維持のために予荷重を要
する。ガスタービンエンジンのシャフトは、コンプレッ
サ及びタービンを有し、通常、コンプレッサ及びタービ
ンによって生じるスラスト荷重に完全に合わせることは
不可能である。これは、しばしば、コンプレッサ側への
スラスト荷重を生ぜしめ、このスラスト荷重が予荷重に
加えてシャフトに作用し得る。このスラスト荷重が予荷
重よりたいへん大きいと、軸受の寿命短縮を招く回転部
材の疲労、摩擦による損失の増大、摩耗の増大が生じ
る。そのため、アンギュラ軸受及び回転部材スラスト軸
受の交換が比較的しばしば必要となっていた。
【０００４】それゆえ、本発明は軸受の寿命を延ばすこ
とができるガスタービンエンジンを提供することを、そ
の課題とする。
とができるガスタービンエンジンを提供することを、そ
の課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に講じた本発明の技術的手段は、当該ガスタービンエン
ジンを、磁性体からなるシャフトに固定されるタービン
と、該シャフトに固定されるコンプレッサと、前記シャ
フトを回転可能に支持する軸受と、磁性体から成り、ス
ラスト荷重に対抗するように配設されるボデー及び該ボ
デー内に巻回され、その励磁時に前記スラスト荷重に対
抗する軸力として磁力を前記シャフトに作用させるよう
に前記ボデーと前記シャフト間に磁路を生じせしめる磁
気コイルを有する磁気軸受と、前記シャフトの軸方向の
位置を検出する検出手段と、前記シャフトの所望の軸方
向位置を維持するように、該検出手段の出力に応じて前
記磁気コイルへの励磁電流を調整する調整手段とを備え
てなる構成とすることである。
に講じた本発明の技術的手段は、当該ガスタービンエン
ジンを、磁性体からなるシャフトに固定されるタービン
と、該シャフトに固定されるコンプレッサと、前記シャ
フトを回転可能に支持する軸受と、磁性体から成り、ス
ラスト荷重に対抗するように配設されるボデー及び該ボ
デー内に巻回され、その励磁時に前記スラスト荷重に対
抗する軸力として磁力を前記シャフトに作用させるよう
に前記ボデーと前記シャフト間に磁路を生じせしめる磁
気コイルを有する磁気軸受と、前記シャフトの軸方向の
位置を検出する検出手段と、前記シャフトの所望の軸方
向位置を維持するように、該検出手段の出力に応じて前
記磁気コイルへの励磁電流を調整する調整手段とを備え
てなる構成とすることである。
【０００６】上記した手段において、前記シャフトは、
その軸方向に対して垂直面を有し、該垂直面は前記磁気
軸受のボデーに対向していることが望ましい。
その軸方向に対して垂直面を有し、該垂直面は前記磁気
軸受のボデーに対向していることが望ましい。
【０００７】また、前記検出手段は、前記シャフトの軸
方向位置を検出する位置センサであったり、前記シャフ
トに作用され、前記シャフトの軸方向位置に対応するス
ラスト荷重を検出するトランスデューサーであっても良
い。
方向位置を検出する位置センサであったり、前記シャフ
トに作用され、前記シャフトの軸方向位置に対応するス
ラスト荷重を検出するトランスデューサーであっても良
い。
【０００８】或いは、前記検出手段は、前記シャフトの
軸方向位置に対応する前記シャフトの回転速度を検出し
ても良い。
軸方向位置に対応する前記シャフトの回転速度を検出し
ても良い。
【０００９】上記した手段によれば、シャフトに作用す
るスラスト荷重に対抗するように、検出手段に応じて磁
気軸受による軸力がシャフトに作用し、シャフトが常に
所望の軸方向位置に維持される。
るスラスト荷重に対抗するように、検出手段に応じて磁
気軸受による軸力がシャフトに作用し、シャフトが常に
所望の軸方向位置に維持される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従ったガスタービ
ンエンジンの実施の形態を図面に基づき、説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す。図１において、
２つのアンギュラボール軸受１ａ、１ｂが磁性体からな
るシャフト２上に嵌合固定されている。アンギュラボー
ル軸受１ｂのインナーレースは、シャフト２に形成され
た段部２ｂに当接するようにシャフト２の一端側に圧入
され、アンギュラボール軸受１ｂのアウターレースはエ
ンジンハウジング１７に固定される円筒状のケース６の
内孔内に圧入されている。ケース６は、内方フランジ部
６ａを有し、スプリング９がフランジ部６ａとアンギュ
ラボール軸受１ｂのアウターレース間に、アウターレー
スを段部２ｂ及びアンギュラボール軸受１ａに向けて付
勢するように介装されている。アンギュラボール軸受１
ａのインナーレースは、シャフト２に形成される段部２
ａに当接するようにシャフト２の他端側に圧入され、ア
ンギュラボール軸受１ａのアウターレースは、外方フラ
ンジ部７ａを有する円筒状の軸受キャリア７に固定され
ている。軸受キャリア７は、エンジンハウジング１７に
固定される円筒状のケース５の段付孔内に嵌合されてい
る。ケース５は、軸受キャリア７のフランジ部７ａに対
向する内方フランジ部５ａを有し、スプリング８が両フ
ランジ部５ａ、７ａ間に、アウターレースを段部２ａ及
びアンギュラボール軸受１ｂに向けて付勢するように介
装されている。上記したように、シャフト２は軸受１
ａ、１ｂによって半径方向に支持され、軸受１ａ、１ｂ
は、静止時においてシャフト２の正規の軸方向の位置が
維持されるように、スプリング８、９によって夫々予め
荷重を受けている。 シャフト２の一端には、タービン
３が固定されており、シャフト２の他端にはコンプレッ
サ４が固定されている。本実施例においては、シャフト
２は、段部２ａ、２ｂ間で外側に突出された２つの円錐
状のフィン２ｃ、２ｄを備えている。フィン２ｃ、２ｄ
は、軸方向に配列されており、各フィン２ｃ、２ｄの垂
直面は、シャフト２の一端側を向いている。
ンエンジンの実施の形態を図面に基づき、説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す。図１において、
２つのアンギュラボール軸受１ａ、１ｂが磁性体からな
るシャフト２上に嵌合固定されている。アンギュラボー
ル軸受１ｂのインナーレースは、シャフト２に形成され
た段部２ｂに当接するようにシャフト２の一端側に圧入
され、アンギュラボール軸受１ｂのアウターレースはエ
ンジンハウジング１７に固定される円筒状のケース６の
内孔内に圧入されている。ケース６は、内方フランジ部
６ａを有し、スプリング９がフランジ部６ａとアンギュ
ラボール軸受１ｂのアウターレース間に、アウターレー
スを段部２ｂ及びアンギュラボール軸受１ａに向けて付
勢するように介装されている。アンギュラボール軸受１
ａのインナーレースは、シャフト２に形成される段部２
ａに当接するようにシャフト２の他端側に圧入され、ア
ンギュラボール軸受１ａのアウターレースは、外方フラ
ンジ部７ａを有する円筒状の軸受キャリア７に固定され
ている。軸受キャリア７は、エンジンハウジング１７に
固定される円筒状のケース５の段付孔内に嵌合されてい
る。ケース５は、軸受キャリア７のフランジ部７ａに対
向する内方フランジ部５ａを有し、スプリング８が両フ
ランジ部５ａ、７ａ間に、アウターレースを段部２ａ及
びアンギュラボール軸受１ｂに向けて付勢するように介
装されている。上記したように、シャフト２は軸受１
ａ、１ｂによって半径方向に支持され、軸受１ａ、１ｂ
は、静止時においてシャフト２の正規の軸方向の位置が
維持されるように、スプリング８、９によって夫々予め
荷重を受けている。 シャフト２の一端には、タービン
３が固定されており、シャフト２の他端にはコンプレッ
サ４が固定されている。本実施例においては、シャフト
２は、段部２ａ、２ｂ間で外側に突出された２つの円錐
状のフィン２ｃ、２ｄを備えている。フィン２ｃ、２ｄ
は、軸方向に配列されており、各フィン２ｃ、２ｄの垂
直面は、シャフト２の一端側を向いている。
【００１１】磁気軸受１０は、フィン２ｃ、２ｄの半径
方向外側に配設されている。磁気受１０は、円筒状のボ
デー１１と磁気コイル１２とを有する。ボデー１１は、
磁性体からなり、それらの中に環状空間１１ａを形成す
るように４つのピースからなっている。ボデー１１は、
ケース５、６間に配設され、ケース５、６及びエンジン
ハウジング１７に固定されている。ボデー１１は、内方
に突出した２つの円錐状のフィン１１ｂ、１１ｃを備え
ている。フィン１１ｂ、１１ｃは、軸方向に配列されて
おり、各フィン１１ｂ、１１ｃの垂直面は各フィン２
ｃ、２ｄの垂直面に軸方向において夫々対向している。
磁気コイル１２は、ボデー１１の環状空間１１ａ内に巻
回されている。これにより、磁気コイル１２が励磁さ
れ、ボデー１１が磁化されると、磁束経路がボデー１１
とシャフト２間に互いに対向しているフィン２ｃ、２
ｄ、１１ｂ、１１ｃを介して形成される。尚、上記した
ケース５、６は、特に、通常磁性材料からなるアンギュ
ラボール軸受１ａ、１ｂを介した磁束漏れを防ぐため
に、非磁性である或いは非磁性バリアを有することが望
ましい。
方向外側に配設されている。磁気受１０は、円筒状のボ
デー１１と磁気コイル１２とを有する。ボデー１１は、
磁性体からなり、それらの中に環状空間１１ａを形成す
るように４つのピースからなっている。ボデー１１は、
ケース５、６間に配設され、ケース５、６及びエンジン
ハウジング１７に固定されている。ボデー１１は、内方
に突出した２つの円錐状のフィン１１ｂ、１１ｃを備え
ている。フィン１１ｂ、１１ｃは、軸方向に配列されて
おり、各フィン１１ｂ、１１ｃの垂直面は各フィン２
ｃ、２ｄの垂直面に軸方向において夫々対向している。
磁気コイル１２は、ボデー１１の環状空間１１ａ内に巻
回されている。これにより、磁気コイル１２が励磁さ
れ、ボデー１１が磁化されると、磁束経路がボデー１１
とシャフト２間に互いに対向しているフィン２ｃ、２
ｄ、１１ｂ、１１ｃを介して形成される。尚、上記した
ケース５、６は、特に、通常磁性材料からなるアンギュ
ラボール軸受１ａ、１ｂを介した磁束漏れを防ぐため
に、非磁性である或いは非磁性バリアを有することが望
ましい。
【００１２】エディ電流装置或いは静電容量プローベの
ような位置センサ１３は、コンプレッサチップクリアラ
ンスを検出するために、軸方向においてコンプレッサ４
に対向するようにエンジンハウジング１７上に配設され
ている。尚、軸方向におけるシャフト２の位置は、都合
のよい場所から検出され得る。位置センサ１３は、検出
された軸方向位置が比較器１４の設定値１５と比較され
るように、比較器１４に接続されている。比較器１４
は、補償回路（補整器）及び、磁気コイル１２に接続さ
れ且つ、設定値１５を維持するために必要なコイル電流
を算出するコイル電流アンプリファイアー１６に接続さ
れている。
ような位置センサ１３は、コンプレッサチップクリアラ
ンスを検出するために、軸方向においてコンプレッサ４
に対向するようにエンジンハウジング１７上に配設され
ている。尚、軸方向におけるシャフト２の位置は、都合
のよい場所から検出され得る。位置センサ１３は、検出
された軸方向位置が比較器１４の設定値１５と比較され
るように、比較器１４に接続されている。比較器１４
は、補償回路（補整器）及び、磁気コイル１２に接続さ
れ且つ、設定値１５を維持するために必要なコイル電流
を算出するコイル電流アンプリファイアー１６に接続さ
れている。
【００１３】以上の構成から成る本第１実施形態の作用
を説明する。
を説明する。
【００１４】図１において、ガスタービンエンジンが始
動されると、矢印で示されるスラスト荷重（空気力学
力）Ｆが、シャフト２のフィン２ｃ、２ｄを磁気軸受１
０のボデー１１のフィン１１ｂ、１１ｃから離すように
作用する。ここで、シャフト２がこのスラスト荷重によ
りコンプレッサ４側に移動すると、シャフト２の軸方向
位置が位置センサ１３によってコンプレッサチップクリ
アランスとして検出され、検出された軸方向位置が比較
器１４にて設定値１５と比較される。その結果のエラー
信号が、補償回路及びコイル電流アンプリファイアー１
６に送られる。補償回路及びコイル電流アンプリファイ
アー１６は、設定値１５を維持するために必要なコイル
電流を算出し、必要コイル電流が磁気軸受１０の磁気コ
イル１２に供給される。これにより、磁気軸受１０のボ
デー１１が磁化され、フィン２ｃ、２ｄがフィン１１
ｂ、１１ｃに吸引されて、シャフト２の正規の軸方向位
置が維持されるように、磁力がスラスト荷重に抗して作
用する。
動されると、矢印で示されるスラスト荷重（空気力学
力）Ｆが、シャフト２のフィン２ｃ、２ｄを磁気軸受１
０のボデー１１のフィン１１ｂ、１１ｃから離すように
作用する。ここで、シャフト２がこのスラスト荷重によ
りコンプレッサ４側に移動すると、シャフト２の軸方向
位置が位置センサ１３によってコンプレッサチップクリ
アランスとして検出され、検出された軸方向位置が比較
器１４にて設定値１５と比較される。その結果のエラー
信号が、補償回路及びコイル電流アンプリファイアー１
６に送られる。補償回路及びコイル電流アンプリファイ
アー１６は、設定値１５を維持するために必要なコイル
電流を算出し、必要コイル電流が磁気軸受１０の磁気コ
イル１２に供給される。これにより、磁気軸受１０のボ
デー１１が磁化され、フィン２ｃ、２ｄがフィン１１
ｂ、１１ｃに吸引されて、シャフト２の正規の軸方向位
置が維持されるように、磁力がスラスト荷重に抗して作
用する。
【００１５】上記したように、本第１実施形態によれ
ば、シャフト２の正規の軸方向位置が磁気軸受１０によ
り維持されるので、たとえ大きなスラスト荷重がシャフ
ト２に作用しても、アンギュラボール軸受１ａ、１ｂの
寿命は劇的に延び、損失が低減されて、より効率のよい
機械（ガスタービンエンジン）を提供する。
ば、シャフト２の正規の軸方向位置が磁気軸受１０によ
り維持されるので、たとえ大きなスラスト荷重がシャフ
ト２に作用しても、アンギュラボール軸受１ａ、１ｂの
寿命は劇的に延び、損失が低減されて、より効率のよい
機械（ガスタービンエンジン）を提供する。
【００１６】例として、軸受の寿命の向上が、以下に示
されるよく知られたＬ１０寿命計算方法を用いる簡単な
式により算出され得る。
されるよく知られたＬ１０寿命計算方法を用いる簡単な
式により算出され得る。
【００１７】Ｌ10＝（Ｃ／Ｐ）3 Ｌ10＝基準評価寿命（数百万回転） Ｃ＝基準動的荷重（Ｎ） Ｐ＝同等な動的軸受荷重（Ｎ） ここで、Ｃ＝６０００Ｎ、Ｐ＝２０００Ｎ（ここで、２
００Ｎは要求される予荷重）と仮定すると、軸受がスラ
スト荷重のすべてを受ける場合１では、Ｌ10＝２７百万
回転である。予荷重を除き、スラスト荷重が磁気軸受に
より受けられる場合２では、Ｌ10＝２７０００百万回転
となる。この場合、５００００回転で回転する軸受にと
って、寿命の向上は、９時間から９０００時間になる。
００Ｎは要求される予荷重）と仮定すると、軸受がスラ
スト荷重のすべてを受ける場合１では、Ｌ10＝２７百万
回転である。予荷重を除き、スラスト荷重が磁気軸受に
より受けられる場合２では、Ｌ10＝２７０００百万回転
となる。この場合、５００００回転で回転する軸受にと
って、寿命の向上は、９時間から９０００時間になる。
【００１８】上記した実施形態では、閉ループ制御装置
が用いられたが、固定電流作動或いは開ループ作動を用
いることは可能である。固定電流作動の場合、ガスター
ビンエンジンが始動する、或いは、シャフトの回転速度
が所定値に達する、或いは、コンプレッサの圧力比が所
定値に達する、或いは、ある処理変数がある状況に達す
ると、リレー回路が簡単にコイルを励磁させ、軸受荷重
が調整される。開ループ作動の場合では、シャフトの回
転速度が検出され、制御回路が論理的或いは経験的な結
果から得られる関数にしたがい、増加されたシャフトの
回転速度に対してコイル電流を増加する。これに代え
て、圧力比も関数或いはある他の関連した処理関数であ
り得る。もしも、これらの固定電流作動或いは開ループ
作動が用いられたならば、これは本実施形態において、
軸受キャリア７を軸方向においてロックすることにより
達成されうる。
が用いられたが、固定電流作動或いは開ループ作動を用
いることは可能である。固定電流作動の場合、ガスター
ビンエンジンが始動する、或いは、シャフトの回転速度
が所定値に達する、或いは、コンプレッサの圧力比が所
定値に達する、或いは、ある処理変数がある状況に達す
ると、リレー回路が簡単にコイルを励磁させ、軸受荷重
が調整される。開ループ作動の場合では、シャフトの回
転速度が検出され、制御回路が論理的或いは経験的な結
果から得られる関数にしたがい、増加されたシャフトの
回転速度に対してコイル電流を増加する。これに代え
て、圧力比も関数或いはある他の関連した処理関数であ
り得る。もしも、これらの固定電流作動或いは開ループ
作動が用いられたならば、これは本実施形態において、
軸受キャリア７を軸方向においてロックすることにより
達成されうる。
【００１９】図２は、本発明の第２実施形態を示す。図
２において、２つのアンギュラボール軸受２１ａ、２１
ｂが磁性体からなるシャフト２２上に嵌合固定されてい
る。アンギュラボール軸受２１ａのインナーレースは、
シャフト２２に形成された段部２２ａに当接するように
シャフト２２の一端側に圧入され、アンギュラボール軸
受２１ａのアウターレースはエンジンハウジング４０に
固定される円筒状のケース２５の第１段付孔内に圧入さ
れている。ケース２５は、内方フランジ部２５ａを有
し、スプリング２６がフランジ部２５ａとアンギュラボ
ール軸受２１ａのアウターレース間に、アウターレース
をシャフト２２の一端に向けて付勢するように介装され
ている。アンギュラボール軸受２１ｂのインナーレース
は、シャフト２２に形成される段部２２ｂに当接するよ
うにシャフト２２の他端側に圧入され、アンギュラボー
ル軸受２１ｂのアウターレースは、外方フランジ部２７
ａを有する円筒状の軸受キャリア２７に固定されてい
る。軸受キャリア２７は、エンジンハウジング４０に固
定される円筒状のケース２５の第２段付孔内に嵌合され
ている。ケース２５は、軸受キャリア２７のフランジ部
２７ａに対向する内方フランジ部２５ｂを有し、トラン
スデューサー２８が両フランジ部２５ｂ、２７ａ間に、
接続されている。上記したように、シャフト２２は軸受
２１ａ、２１ｂによって半径方向に支持され、軸受２１
ａは、静止時においてシャフト２２の正規の軸方向の位
置が維持されるように、スプリング２６によって予め荷
重を受けている。更に、シャフト２２はトランスデュー
サー２８によって、軸方向に拘束されている。
２において、２つのアンギュラボール軸受２１ａ、２１
ｂが磁性体からなるシャフト２２上に嵌合固定されてい
る。アンギュラボール軸受２１ａのインナーレースは、
シャフト２２に形成された段部２２ａに当接するように
シャフト２２の一端側に圧入され、アンギュラボール軸
受２１ａのアウターレースはエンジンハウジング４０に
固定される円筒状のケース２５の第１段付孔内に圧入さ
れている。ケース２５は、内方フランジ部２５ａを有
し、スプリング２６がフランジ部２５ａとアンギュラボ
ール軸受２１ａのアウターレース間に、アウターレース
をシャフト２２の一端に向けて付勢するように介装され
ている。アンギュラボール軸受２１ｂのインナーレース
は、シャフト２２に形成される段部２２ｂに当接するよ
うにシャフト２２の他端側に圧入され、アンギュラボー
ル軸受２１ｂのアウターレースは、外方フランジ部２７
ａを有する円筒状の軸受キャリア２７に固定されてい
る。軸受キャリア２７は、エンジンハウジング４０に固
定される円筒状のケース２５の第２段付孔内に嵌合され
ている。ケース２５は、軸受キャリア２７のフランジ部
２７ａに対向する内方フランジ部２５ｂを有し、トラン
スデューサー２８が両フランジ部２５ｂ、２７ａ間に、
接続されている。上記したように、シャフト２２は軸受
２１ａ、２１ｂによって半径方向に支持され、軸受２１
ａは、静止時においてシャフト２２の正規の軸方向の位
置が維持されるように、スプリング２６によって予め荷
重を受けている。更に、シャフト２２はトランスデュー
サー２８によって、軸方向に拘束されている。
【００２０】トランスデューサー２８は、歪ゲージ装置
或いはピエゾ或いはある適したセンサに基づき得る荷重
素子或いは力センサシャフトであり、シャフト２２の軸
方向位置に対応するスラスト荷重を検出する。本実施形
態では、トランスデューサー２８は、スラスト荷重は引
張型、圧縮型或いは引張・圧縮結合型トランスデューサ
ーを用いて都合のよい場所にて検出され得るけれども、
主に引張モードで働くように形づけられている。
或いはピエゾ或いはある適したセンサに基づき得る荷重
素子或いは力センサシャフトであり、シャフト２２の軸
方向位置に対応するスラスト荷重を検出する。本実施形
態では、トランスデューサー２８は、スラスト荷重は引
張型、圧縮型或いは引張・圧縮結合型トランスデューサ
ーを用いて都合のよい場所にて検出され得るけれども、
主に引張モードで働くように形づけられている。
【００２１】シャフト２２の一端には、半径方向におい
て外側に突出されたフランジ部２２ｃが形成されてお
り、フランジ部２２ｃはケース２５の第１段付孔の外側
に位置されている。タービン２３及びコンプレッサ２４
は、シャフト２２の他端にが固定されている。本実施形
態では、磁気ロータ２９ａがシャフト２２上に形成され
ており、磁気ステータ２９ｂが、ロータ２９ａを包囲す
るように、ケース２５の第１及び第２段付孔間の大径孔
部に固定されている。これらの磁気ロータ２９ａ及び磁
気ステータ２９ｂは、負荷を代表して示す。しかしなが
ら、負荷は、外部の歯車装置、ターボプロペラ或いは他
の処理であっても良い。
て外側に突出されたフランジ部２２ｃが形成されてお
り、フランジ部２２ｃはケース２５の第１段付孔の外側
に位置されている。タービン２３及びコンプレッサ２４
は、シャフト２２の他端にが固定されている。本実施形
態では、磁気ロータ２９ａがシャフト２２上に形成され
ており、磁気ステータ２９ｂが、ロータ２９ａを包囲す
るように、ケース２５の第１及び第２段付孔間の大径孔
部に固定されている。これらの磁気ロータ２９ａ及び磁
気ステータ２９ｂは、負荷を代表して示す。しかしなが
ら、負荷は、外部の歯車装置、ターボプロペラ或いは他
の処理であっても良い。
【００２２】磁気軸受３０は、ケース２５の第１段付孔
の開口端部に配設されている。磁気軸受３０は、円筒状
のボデー３１と磁気コイル３２とを有する。ボデー３１
は、磁性体からなり、その一端面がシャフト２２のフラ
ンジ部２２ｃに対向するように、ケース２５の第１段付
孔内に圧入されている。ボデー３１の他端には、半径方
向内方に突出したフランジ部３１ａが形成されている。
磁気コイル３２は、ボデー３１の内周面に巻回されてい
る。これにより、磁気コイル３２が励磁され、ボデー３
１が磁化されると、磁束経路がボデー３１とシャフト２
２間にフランジ部２２ｃ、３１ａを介して形成される。
尚、上記したケース２５は、特に、通常磁性材料からな
るアンギュラボール軸受２１ａを介した磁束漏れを防ぐ
ために、非磁性である或いは非磁性バリアを有すること
が望ましい。 トランスデューサー２８は、検出された
スラスト荷重が比較器３３の設定値３４と比較されるよ
うに比較器３３に接続されている。比較器３３は、補償
回路（補整器）及び、磁気コイル３２に接続され且つ、
設定値３４を維持するために必要なコイル電流を算出す
るコイル電流アンプリファイアー３５に接続されてい
る。
の開口端部に配設されている。磁気軸受３０は、円筒状
のボデー３１と磁気コイル３２とを有する。ボデー３１
は、磁性体からなり、その一端面がシャフト２２のフラ
ンジ部２２ｃに対向するように、ケース２５の第１段付
孔内に圧入されている。ボデー３１の他端には、半径方
向内方に突出したフランジ部３１ａが形成されている。
磁気コイル３２は、ボデー３１の内周面に巻回されてい
る。これにより、磁気コイル３２が励磁され、ボデー３
１が磁化されると、磁束経路がボデー３１とシャフト２
２間にフランジ部２２ｃ、３１ａを介して形成される。
尚、上記したケース２５は、特に、通常磁性材料からな
るアンギュラボール軸受２１ａを介した磁束漏れを防ぐ
ために、非磁性である或いは非磁性バリアを有すること
が望ましい。 トランスデューサー２８は、検出された
スラスト荷重が比較器３３の設定値３４と比較されるよ
うに比較器３３に接続されている。比較器３３は、補償
回路（補整器）及び、磁気コイル３２に接続され且つ、
設定値３４を維持するために必要なコイル電流を算出す
るコイル電流アンプリファイアー３５に接続されてい
る。
【００２３】以上の構成から成る本第２実施形態の作用
を説明する。
を説明する。
【００２４】図２において、ガスタービンエンジンが始
動されると、矢印で示されるスラスト荷重（空気力学
力）Ｆが、シャフト２２のフランジ部２２ｃを磁気軸受
３０のボデー３１の一端面から離すように作用する。こ
こで、シャフト２２がこのスラスト荷重により図２にお
いて左側に軸方向に移動すると、トランスデューサー２
８が軸受キャリア２７の移動によって引っ張られ、スラ
スト荷重を検出する。検出されたスラスト荷重は、比較
器３３にて設定値３４と比較される。その結果のエラー
信号は、補償回路及びコイル電流アンプリファイアー３
５に送られる。補償回路及びコイル電流アンプリファイ
アー３５は、設定値３４を維持するために必要なコイル
電流を算出し、必要コイル電流が磁気軸受３０の磁気コ
イル３２に供給される。これにより、磁気軸受３０のボ
デー３１が磁化され、シャフト２２のフランジ部２２ｃ
がボデー３１に吸引されて、シャフト２２の正規の軸方
向位置が維持されるように、磁力がスラスト荷重に抗し
て作用する。この第２実施形態によれば、上記した第１
実施形態と同じ作用効果を得ることができる。
動されると、矢印で示されるスラスト荷重（空気力学
力）Ｆが、シャフト２２のフランジ部２２ｃを磁気軸受
３０のボデー３１の一端面から離すように作用する。こ
こで、シャフト２２がこのスラスト荷重により図２にお
いて左側に軸方向に移動すると、トランスデューサー２
８が軸受キャリア２７の移動によって引っ張られ、スラ
スト荷重を検出する。検出されたスラスト荷重は、比較
器３３にて設定値３４と比較される。その結果のエラー
信号は、補償回路及びコイル電流アンプリファイアー３
５に送られる。補償回路及びコイル電流アンプリファイ
アー３５は、設定値３４を維持するために必要なコイル
電流を算出し、必要コイル電流が磁気軸受３０の磁気コ
イル３２に供給される。これにより、磁気軸受３０のボ
デー３１が磁化され、シャフト２２のフランジ部２２ｃ
がボデー３１に吸引されて、シャフト２２の正規の軸方
向位置が維持されるように、磁力がスラスト荷重に抗し
て作用する。この第２実施形態によれば、上記した第１
実施形態と同じ作用効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、スラスト
荷重が磁気軸受により受けられ、シャフトの正規の軸方
向位置が磁気軸受により維持されるので、たとえ、大き
なスラスト荷重がシャフトに作用しても、軸受の寿命が
劇的に延び、損失が低減されて、より効率のよい機械を
提供することができる。これにより、軸受のための保守
作業に要する時間及びコストを減少させることが可能で
ある。 更に、軸受に作用する荷重を減少せしめる磁気
軸受は容易に制御され得るので、複雑化を招くことな
く、上記した効果を得ることができる。
荷重が磁気軸受により受けられ、シャフトの正規の軸方
向位置が磁気軸受により維持されるので、たとえ、大き
なスラスト荷重がシャフトに作用しても、軸受の寿命が
劇的に延び、損失が低減されて、より効率のよい機械を
提供することができる。これにより、軸受のための保守
作業に要する時間及びコストを減少させることが可能で
ある。 更に、軸受に作用する荷重を減少せしめる磁気
軸受は容易に制御され得るので、複雑化を招くことな
く、上記した効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったガスタービンエンジンの第１実
施形態の概略図である。
施形態の概略図である。
【図２】本発明に従ったガスタービンエンジンの第２実
施形態の概略図である。
施形態の概略図である。
１ａ、１ｂ、２１ａ、２１ｂ 軸受 ２、２２ シャフト ３、２３ タービン ４、２４ コンプレッサ １０、３０ 磁気軸受 １１、３１ ボデー １２、３２ 磁気コイル １３ 位置センサ（検出手段） １４、３３ 比較器（調整手段） １６、３５ 補償回路、コイル電流アンプリファイアー
（調整手段） ２８ トランスデューサ（検出手段）
（調整手段） ２８ トランスデューサ（検出手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク ジー． ノートン イギリス国 ホーブ ビーエヌ３ ３エイ チエイ サックビル ロード54 エルジー エフエフ (72)発明者 マイケル ジェー． レイン イギリス国 ウォーリックシャー ケニル ワース ウィンディー アーバー84 (72)発明者 グラハム エー． レイノルズ イギリス国 コベントリィ シーブイ３ ６イー２ フィンハム グリーン レイン 469
Claims (5)
- 【請求項１】 磁性体からなるシャフトに固定されるタ
ービンと、該シャフトに固定されるコンプレッサと、前
記シャフトを回転可能に支持する軸受と、磁性体から成
り、スラスト荷重に対抗するように配設されるボデー及
び該ボデー内に巻回され、その励磁時に前記スラスト荷
重に対抗する軸力として磁力を前記シャフトに作用させ
るように前記ボデーと前記シャフト間に磁路を生じせし
める磁気コイルを有する磁気軸受と、前記シャフトの軸
方向の位置を検出する検出手段と、前記シャフトの所望
の軸方向位置を維持するように、該検出手段の出力に応
じて前記磁気コイルへの励磁電流を調整する調整手段と
を備えてなるガスタービンエンジン。 - 【請求項２】 前記シャフトは、その軸方向に対して垂
直面を有し、該垂直面は前記磁気軸受のボデーに対向し
ていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン
エンジン。 - 【請求項３】 前記検出手段は、前記シャフトの軸方向
位置を検出する位置センサであることを特徴とする請求
項２に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項４】 前記検出手段は、前記シャフトに作用さ
れ、前記シャフトの軸方向位置に対応するスラスト荷重
を検出するトランスデューサーであることを特徴とする
請求項２に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項５】 前記検出手段は、前記シャフトの軸方向
位置に対応する前記シャフトの回転速度を検出すること
を特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9505452A GB2298901A (en) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | Gas turbine engine axial thrust balancing |
| GB9505452.4 | 1995-03-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08261237A true JPH08261237A (ja) | 1996-10-08 |
Family
ID=10771402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8061175A Pending JPH08261237A (ja) | 1995-03-17 | 1996-03-18 | ガスタービンエンジン |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08261237A (ja) |
| GB (1) | GB2298901A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007023684A1 (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-01 | Ntn Corporation | 空気サイクル冷凍冷却システムおよびそれに用いられるタービンユニット |
| WO2007023836A1 (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-01 | Ntn Corporation | 空気サイクル冷凍冷却用タービンユニット |
| WO2007023835A1 (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Ntn Corporation | 空気サイクル冷凍冷却システムおよびその空気サイクル冷凍冷却用タービンユニット |
| JP2007057109A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Ntn Corp | 空気サイクル冷凍冷却システム |
| JP2007086060A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-04-05 | Ntn Corp | 空気サイクル冷凍冷却用タービンユニット |
| WO2007066474A1 (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Ntn Corporation | モータ一体型の磁気軸受装置 |
| WO2007066473A1 (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Ntn Corporation | 磁気軸受装置 |
| JP2007162727A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Ntn Corp | モータ一体型磁気軸受装置 |
| JP2007162715A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Ntn Corp | 磁気軸受装置 |
| WO2008015776A1 (fr) * | 2006-08-03 | 2008-02-07 | Ntn Corporation | Dispositif de palier magnétique intégral à un moteur |
| WO2008018169A1 (fr) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Ntn Corporation | Dispositif de palier magnétique intégré dans un moteur |
| WO2008032430A1 (fr) * | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Ntn Corporation | Dispositif à coussinet magnétique intégré à un moteur |
| WO2008108063A1 (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-12 | Ntn Corporation | モータ一体型磁気軸受装置 |
| JP2008219988A (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Ntn Corp | モータ一体型磁気軸受装置 |
| US9234522B2 (en) | 2012-01-03 | 2016-01-12 | United Technologies Corporation | Hybrid bearing turbomachine |
| KR20190078090A (ko) * | 2017-12-26 | 2019-07-04 | 현대 파워텍 주식회사 | 로터를 견인 제어하는 차량용 구동 모터 |
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| GB9912108D0 (en) * | 1999-05-25 | 1999-07-28 | Rolls Royce Plc | Bearing load control |
| GB2489456A (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | Rolls Royce Plc | A device for axially loading a rotating shaft with respect to a first component |
| CN109519393B (zh) * | 2018-12-25 | 2020-02-21 | 江苏大学 | 一种斜流泵轴向力的计算方法 |
| DE102020109008A1 (de) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Luftfördervorrichtung mit Axialkraftmessung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1051595A (ja) * | ||||
| FR2528127A1 (fr) * | 1982-06-04 | 1983-12-09 | Creusot Loire | Moto-compresseur centrifuge electrique integre a grande vitesse |
| JPH0646036B2 (ja) * | 1982-11-19 | 1994-06-15 | セイコー電子工業株式会社 | 軸流分子ポンプ |
| CA1326476C (en) * | 1988-09-30 | 1994-01-25 | Vaclav Kulle | Gas compressor having dry gas seals for balancing end thrust |
| US5104284A (en) * | 1990-12-17 | 1992-04-14 | Dresser-Rand Company | Thrust compensating apparatus |
| GB2258699A (en) * | 1991-08-10 | 1993-02-17 | Rolls Royce Business Ventures | Shaft bearing arrangement |
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-
1995
- 1995-03-17 GB GB9505452A patent/GB2298901A/en not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-03-18 JP JP8061175A patent/JPH08261237A/ja active Pending
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|---|---|
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| GB2298901A (en) | 1996-09-18 |
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