JPH086741B2

JPH086741B2 - 気体軸受装置

Info

Publication number: JPH086741B2
Application number: JP6077190A
Authority: JP
Inventors: 勝記井手
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH03265708A

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、
エアコンプレッサー（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種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ｂ、ｃ、
ｄ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ｂ、ｃ、ｄの各球部b1、c1、d1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
軸ｆ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ｂは上記軸受座ａの上部a1に
取付けボルトｇで固定された板バネ部材ｈ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ｂ、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
面の撹拌損失等により、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
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ｈ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ｈ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ｂ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で検出して制御し、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2a、3a、4a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14の上部には、ヒータ15を
備えたバイメタルばね板16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19へ
接続されている。さらに又、この制御装置19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22を通して連通す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ァランスの変化は、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
入力される。この制御装置19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19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に油は、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16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Ｏ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、上位上
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0R/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へ入力電圧は零になるよ
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、本発明の作用を説明するための図、第
３図は、本発明の回転速度とヒータ入力との関係を示す
グラフ、第４図は、従来の気体軸受装置の断面図、第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……油溜り部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。