JPH11504417A - シャフト支承装置のための吊り下げ式ばね支持スクイズフィルムダンピングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ターボ機械の回転シャフト（１１）を支持するためのダンパーフィルムベアリングアッセンブリ（１０）は、ベアリング部材を受け入れる大きさの中央ボアを持つハウジング（２２）と、ハウジング内で中央ボアの周りに形成された環状キャビティ（３４）とを有する。環状キャビティ（３４）は、中央ボアと同心の外壁（３６）を含む。環状の外面及び内ベアリング面を持つベアリング部材（３５）がキャビティ内に取り付けられており且つシャフト（１１）と係合し、シャフトをハウジング内で支持する。流体フィルムダンパー機構（５５）は環状外面（３９）とキャビティ（３６）の内壁との間で作用し、キャビティ内でのベアリング部材の半径方向移動を抑制する。弾性的に調節自在の吊り下げ式静荷重ばね支持システム（６１、６２）は、ハウジングとベアリング部材との間で作用し、シャフトの静荷重を中央ボア内の垂直方向中央位置で支持し、その結果、流体フィルムダンパー手段は、シャフトの回転中に振動が発生した場合にシャフトをボア内の中央に維持するように機能する。

Description

【発明の詳細な説明】 シャフト支承装置のための 吊り下げ式ばね支持スクイズフィルムダンピングシステム 発明の分野 本発明は、全体として、シャフトを回転自在に支持するための支持構造に関す る。更に詳細には、本発明は、ターボ機械のシャフトの静荷重を支持するために 少なくとも一つの吊り下げ式ばねアッセンブリを使用するスクイズフィルムダン パーベアリング支持システムに関する。 発明の背景 ターボ機械の高速回転シャフトで流体フィルムダンピングを使用することは当 該技術分野で周知である。一般的には、このようなダンピングシステムは、シャ フトとほぼ同軸に位置決めされた半径方向に移動自在の非回転ベアリング支持部 材、この移動自在のベアリング支持部材と回転シャフトとの間に位置決めされた ベアリング、及び移動自在のベアリング支持部材と固定ハウジングとの間に環状 流体フィルムチャンバを構成する軸線方向に離間された一対のＯ−リングを含む 。移動自在のベアリング支持部材は、ローラーベアリングエレメントの環状外レ ースであるか或いはチルトパッドベアリングのケージであるのがよい。環状流体 フィルムチャンバを使用して加圧オイルフィルムを閉じ込める。移動自在のベア リング支持部材と固定ハウジングとの間の隙間は非常に小さく、そのため、互い に向き合った二つの表面間でオイルフィルムを圧縮できる。高速回転中、シャフ トは振動し、横方向、半径方向、楕円軌道をなして移動し、移動自在のベアリン グ支持部材を同じ方向に移動する。このような移動は、オイルフィルムの一部に 圧縮力を及ぼしてオイルフィルムの環状セグメントを圧縮するように作用し、こ れによって、オイルの粘性流及び移動自在のベアリング支持部材の移動に対する 抵抗を生じる。 スクイズフィルムダンピングアッセンブリから十分なダンピングを得るため、 非回転ベアリング支持部材は、ハウジング内で移動できなければならない。これ を行うのは困難である。というのは、移動自在のベアリング支持部材を水平方向 中心に置く上でＯ−リングが適切であったとしても、Ｏ−リングがシャフト及び ベアリングの重量を支持できず、かくして移動自在のベアリング支持部材をハウ ジングボアの底部上に載止させるためである。 ストライファートの米国特許第４，０２７，９３１号では、流体フィルムダン パーを備えた移動自在の非回転環状ベアリング支持部材が回転シャフトと定置の ベアリングハウジングとの間に位置決めされている。移動自在のベアリング支持 部材は、シャフトをハウジング内で支持するように作用するベアリングを支持す る。移動自在のベアリング支持部材は、シャフトを中央に置くためのかご型ばね によって支持されている。かご型ばねはシャフトと同軸に取り付けられており、 移動自在のベアリング支持部材に対して軸線方向に延びている。その結果、かご 型ばねの一端は定置ベアリングハウジングに固定されており、かご型ばねの他端 は移動自在のベアリング支持部材に取り付けられており、片持ち梁式の支持体を 形成する。流体フィルムダンピングは、定置のベアリングハウジングの内壁と移 動自在のベアリング支持部材の外壁との間の環状空間内で軸線方向に離間された 位置に二つのＯ−リングシールを位置決めし、スクイズフィルムキャビティを形 成し、オイルを圧力下でスクイズフィルムキャビティに導入し、オイルフィルム ダンパーを形成することによって行われる。このような圧力は通常のオイル供給 圧力であるのがよく、一般的には約１．０５５kg/cm²乃至約１．４０６kg/cm²（ 約１５psig乃至約２０psig）である。 オイルフィルムダンピングシステムの有効性を改善するため、シャフトを中央 に置くためのばねを含む様々な機構が使用されてきた。ロータシャフトの静荷重 を補償する問題に向けたこのような従来技術の機構の一つがストライファートの 米国特許第４，０２７，９３１号に開示されており、この機構では、シャフトの 水平方向中心線よりも下にある環状スクイズフィルムキャビティの部分内に少な くとも一つのヘルパーばねを取り付け、シャフトの静荷重を支持し、及びかくし てかご型ばね及びスクイズフィルムキャビティ上の重量のあるシャフトに及ぼさ れる有害な作用をなくす。各ヘルパーばねは長さ方向に延びるビームであり、半 径方向外方に延びる支持パッドをその半径方向外面の軸線方向端部に有し、半径 方向内方に延びるパッドをその半径方向内面の中心に有する。 同様に、マーモル等の米国特許第４，９８１，４１５号には、固定支持部材と 移動自在の非回転ベアリング支持部材との間に取り付けられた一つ又は二つのセ グメント分けされた円弧状ばねを使用することが開示されている。ダンパーフィ ルムは移動自在のベアリング支持部材と固定支持部材との間に形成され、ローラ ーベアリングが移動自在のベアリング支持部材とシャフトとの間に位置決めされ ている。セグメント分けされた円弧状ばねの各々は、シャフトとほぼ同軸の環状 リングを形成するように位置決めされており、各セグメントは、半径方向外方に 差し向けられたランドをその半径方向外面の各端に有し、内方に差し向けられた ランドをその半径方向内面の中央に有し、これによって、内方に差し向けられた ランドがシャフトと接触したとき、セグメントの中央部分が半径方向外方に撓ま される。セグメント分けされた円弧状ばねは、作動中のシャフトの振動に伴うエ ネルギを吸収するように機能する。静的な状態では、ばねは、シャフトを中央に 置くのにも役立つ。 以上説明した流体フィルムダンパーシステムを適正に機能する上で、システム の剛性及びダンピングに適正に係わることが重要である。ターボ機械のシャフト の振動移動の効果的なダンピングは、移動自在のベアリング支持部材と固定ハウ ジングとの間でダンパーフィルムの均等性が保存されている場合に高められる。 ダンパーフィルムの均等性は、水平方向に延びるシャフト用のスクイズフィルム ベアリング支持システムでは達成するのが困難である。これは、シャフトの重量 が移動自在のベアリング支持部材上に大きな単方向荷重を加えるためである。こ の荷重により、ハウジング内で垂直方向に移動できるという移動自在のベアリン グ支持部材の性能が損なわれ、従って、シャフトの垂直方向振動に自由に応答す るのに使用できない。移動自在のベアリング支持部材をその半径方向移動と関連 した剛性を減少するように支持することによって、移動自在のベアリング支持部 材は、シャフトの垂直方向振動並びに水平方向振動に自由に応答でき、ダンパー フィルムの均等性を更に効果的に移動自在できる。 発明の概要 本発明の目的は、静荷重が大きいローラー負荷を支持する上で使用するのに特 に適した新規であり且つ改良されたダンパーフィルムベアリングアッセンブリを 提供することである。本発明の別の目的は、特定の静荷重負荷について最適レベ ルの剛性及びダンピングが得られるように所定範囲の様々な大きな静荷重負荷に 亘って調節自在のダンパーフィルムベアリングアッセンブリを提供することであ る。更に詳細には、本発明の目的は、ダンパーベアリング機構に及ぼされるロー タアッセンブリの静荷重負荷の効果を最小にするか或いはなくすため、吊り下げ 式ばね支持アッセンブリを流体ダンピング機構と関連して使用することによって 上述の目的を達成することである。 本発明によれば、ターボ機械の回転シャフトを支持するためのダンパーフィル ムベアリングアッセンブリは、シャフトを受け入れる大きさの貫通ボアを有する 固定ハウジングを有する。シャフトの長さ方向軸線は、ボアを通って少なくとも ほぼ水平方向に延びている。固定ハウジングは、ボアの周囲に亘ってボアの周り に開放した環状キャビティを有する。環状キャビティは、ハウジングのボアの長 さ方向軸線とほぼ平行に延びる環状壁面を有する。ベアリング部材がキャビティ 内に取り付けられる。このベアリング部材は、キャビティの環状壁面に向いた環 状半径方向外面、及びシャフトに向いた半径方向内面を有し、固定ハウジング内 でシャフトに対してベアリング支持を提供する。流体フィルムダンパーがベアリ ング部材の環状半径方向外面とキャビティの環状壁面との間に形成され、キャビ ティ内でのベアリング部材の移動をダンピングする。少なくとも一つの吊り下げ 式支持ばねアッセンブリが設けられている。各吊り下げ式支持ばねアッセンブリ は、ベアリング部材をシャフトの静荷重に抗してボア内で垂直方向中央位置に弾 性的に支持するため、ベアリング部材の上部分から固定ハウジングまで全体に上 方に延びるように取り付けられており、ハウジングのボア内でベアリング部材を 中央に置くように機能でき、流体フィルムダンパーがシャフトの両水平方向及び 垂直方向振動を抑制するように機能できるようにする。 本発明の好ましい実施例では、二つの支持ばねアッセンブリは、シャフトの長 さ方向軸線を含む垂直方向平面の両側に対称に位置決めされている。各支持ばね アッセンブリについて、固定ハウジングは、固定ハウジングの穴と関連した少な くとも一つの外方に面する肩部を有する。各支持ばねアッセンブリは細長いコネ クタを含み、コネクタの第１端部はベアリング部材の上部分に固定されている。 細長いコネクタは、コネクタの第２端部が固定ハウジングの上方に向いた肩部の 上方に位置決めされるように、穴を通って上方に延びている。支持ばねは、コネ クタ及びベアリング部材を上方に弾性的に押圧することによってシャフトをボア 内で垂直方向中央位置に維持するのを補助するように、外方に面した肩部とコネ クタの第２端部との間に位置決めされている。一態様では、細長いコネクタの各 々は、ハウジングのボアの長さ方向軸線に関してほぼ半径方向に延びており、別 の態様では、細長いコネクタの各々は、少なくとも実質的に垂直方向に延びてい る。いずれの態様でも、シャフトの長さ方向軸線を含む垂直方向平面と、シャフ トの長さ方向軸線を通って支持ばねアッセンブリのベアリング部材への取り付け 点まで上方に延びる線との間の角度は、約２５°以下であり、更に好ましくは、 約２０°以下である。 各支持ばねは、少なくとも一つの弾性部材、例えばコイルばね、ベルビルワッ シャ、等を含むが、好ましくは、互いに関して積み重ねた構成をなした複数のベ ルビルワッシャを含み、この積み重ねた構成は、関連した細長いコネクタと同軸 に位置決めされる。 各支持ばねアッセンブリは調節自在である。一実施例では、スペーサが細長い コネクタと同軸に且つこのコネクタを中心として、外方に面した肩部と支持ばね との間に位置決めされており、細長いコネクタの長さ方向軸線に沿って支持ばね 用の所望の長さを提供する。コネクタの第１端部のベアリング部材内に固定され た部分を変化させることによって、ベアリング部材の外面からコネクタの第２端 部まで延びる細長いコネクタの長さ方向部分の調節を行うことができる。 ベアリング部材は、環状リングであるのがよく、このリングは、シャフトを中 心として周方向にシャフトと環状リングの内面との間に位置決めされた複数のベ アリングシューを有する。これらのベアリングシューの各々は、環状リングに緩 く連結されており、固定ハウジング内でシャフトに対してベアリング支持を提供 するためシャフトと向き合う半径方向内面を有する。 流体フィルムダンパーは、ベアリング部材と固定ハウジングとの間に位置決め された第１及び第２のＯ−リングを含む。これらのＯ−リングは、ハウジングの ボアの長さ方向軸線に沿って互いから離間されてスクイズフィルムチャンバを構 成する。加圧オイルをスクイズフィルムダンパーに供給するため、ダンパーは、 ハウジングに設けられた通路を更に有する。 本発明の以上の目的及び他の目的及び利点は、本発明を実施するための最良の 態様についての以下の説明を添付図面と関連して読むことによって更に明らかに なるであろう。 図面の簡単な説明 第１図は、一部を断面で示す回転シャフトの周囲に配置した本発明によるスク イズフィルムベアリング支持システムの端面図である。 第２図は、図面の下側約２／３が、回転シャフトの長さ方向軸線を含む正面図 であり、上側約１／３が第１図のばねアッセンブリを左方から見た断面図である 、第１図の２−２線に沿った第１図のスクイズフィルムベアリング支持システム の断面図である。 発明の詳細な説明 本発明の現在の好ましい実施例を、ターボ機械の回転シャフト１１を支持する ためのダンパースクイズフィルムベアリングアッセンブリとして第１図及び第２ 図に示す。 ダンパースクイズフィルムベアリングアッセンブリ１０を回転シャフト１１の 周囲にこのシャフトと同心に配置された状態で示す。長さ方向中央軸線１２は、 ダンパーフィルムベアリングアッセンブリ１０の長さ方向軸線及び回転シャフト １１の長さ方向中央軸線を構成する。特記されていない限り、半径方向は長さ方 向中央軸線１２に対して半径方向であり、長さ方向は長さ方向中央軸線１２と平 行な方向である。 ダンパースクイズフィルムベアリングアッセンブリ１０は、第１ケーシング構 成要素１４が形成する環状チャンバ１３内に位置決めされており、第２ケーシン グ構成要素１５と軸線方向に隣接している。第１及び第２のケーシング構成要素 １４及び１５の各々は、シャフト１１を同軸に受け入れるための貫通ボアを有す る。第１ケーシング構成要素１４のボアの環状の内面１６の直径は、回転シャフ ト１１の隣接部分の直径よりも僅かに大きく、その間に環状隙間１７を形成する 。第２ケーシング構成要素１５のボアの環状の内面１８の直径は、ダンパースク イズフィルムベアリングアッセンブリ１０の円筒形の外面１９の直径よりもほん の僅かに大きく、ケーシング構成要素１５内にダンパースクイズフィルムベアリ ングアッセンブリ１０をぴったりと収容する。 ダンパースクイズフィルムベアリングアッセンブリ１０は、周方向で連続した 環状ハウジング２２及び環状端カバー２３を有する。環状ハウジング２２及び端 カバー２３の各々は、シャフト１１を実質的に同軸に受け入れるための貫通ボア を有する。ハウジング２２は、ハウジング２２のボアが形成する全体に円筒形の 半径方向内面２４及びダンパースクイズフィルムベアリングアッセンブリ１０の 外面１９として役立つ全体に円筒形の半径方向外面を有する。環状ハウジング２ ２は、中央軸線１２に沿って離間された軸線方向第１端部２５及び軸線方向第２ 端部２６を有する。全体に円筒形の半径方向内面２４の半径は、回転シャフト１ １の隣接部分の半径よりもほんの僅かに大きく、環状ハウジング２２は、シャフ ト１１との間に流体フィルムシール隙間２７を形成するブッシュシールとして役 立つ。一般的には、全体に円筒形の半径方向内面２４とシャフト１１との間の半 径方向隙間２７は、シャフト１１と第１ケーシング構成要素１４との間の半径方 向隙間１７よりもかなり小さい。端カバー２３は、ハウジング２２の端部２６の 凹所に嵌まっている。端カバー２３の全体に円筒形の半径方向内ボア面２９は、 隣接した回転シャフト１１の部分の半径よりもほんの僅かに大きく、そのため、 端カバー２３は、シャフト１１との間に流体フィルムシール隙間３１を形成する ブッシュシールとしても役立つ。第１図に示すように、環状ハウジング２２は、 好ましくは、同心に配置されたボアを持つ円筒体の二つの半部２２ａ及び２２ｂ として形成される。これらの半部２２ａ及び２２ｂをシャフト１１に周りに配置 した後、一つ又はそれ以上のボルト３２によってシャフト１１の各側に固定でき る。所望であれば、端カバー２３もまた、同心に配置されたボアを持つ円筒体の 二つの半部として形成できる。端カバー２３の二つの半部間の分割線の配向は、 環状ハウジング２２の二つの半部の分割線に対してほぼ垂直である。環状ハウジ ング２２及び環状端カバー２３は、長さ方向軸線１２とほぼ平行に延びる複数の ボルト３３によって、互いに及び第１ケーシング構成要素１４に固定できる。こ れによって、環状ハウジング２２及び端カバー２３が全く移動しないようにする 。この構成により、第２ケーシング構成要素１５が一部品である、即ち分かれて いない場合、環状ハウジング２２を第２ケーシング構成要素１５のキャビティ１ ３に軸線方向に挿入できる。 固定環状ハウジング２２には、円筒形ボア表面２７及び軸線方向端部２６に対 して開放した環状チャンバ３４が設けられている。このチャンバは、シャフト１ １を支持する環状ベアリング支持部材３５を受け入れる大きさを備えている。環 状チャンバ３４は、円筒形ボア表面２７、２９と同心であり且つシャフト１１と 実質的に同軸の長さ方向に延びる円筒形壁面３６と、軸線方向端壁面３７を有す る。カバー２３は、チャンバ３４の反対側の軸線方向端壁面を形成する。 本発明の例示の実施例では、環状ベアリング支持部材３５は、複数のチルトパ ッドベアリングシュー３８用のベアリング支持ケージである。ベアリング支持ケ ージ３５は、円筒形半径方向外壁面３９及び円筒形半径方向内壁面４１を持つ環 状リングの形態である。この環状リングは、周方向に連続しているか或いは１８ ０°の二つの半部に分割されているかのいずれかである。チルトパッドベアリン グシュー３８の各々は、ベアリング支持ケージ３５の円筒形半径方向内壁面４１ とシャフト１１の外面との間に位置決めされている。ベアリングシュー３８は、 ベアリングシュー３８からなる各隣接対間に隙間４２が形成されるようにシャフ ト１１の周りで互いから周方向に離間されている。各ベアリングシュー３８の半 径方向外壁面は、ベアリングシュー３８がベアリング支持ケージ３５の長さ方向 軸線と平行な軸線を中心として僅かに枢動できるように、ベアリング支持ケージ ３５の円筒形半径方向内壁面４１と対面するような大きさになっており且つ構成 されている。各ベアリングシュー３８は、シャフト１１の半径方向に隣接した部 分の外面と摺動協働し、シャフト１１に支持を与えるような大きさになっており 且つ構成された半径方向内壁面４３を有する。 ベアリングシュー３８の各々は、ベアリング支持ケージ３５の半径方向に延び る穴４５の夫々を緩く貫通したねじ山付きファスナ、例えばボルト４４によって 夫々支持されている。各ボルト４４の半径方向内端は、ベアリングシュー３８の 半径方向に延びる雌ねじ穴４６の夫々と螺合する。各ボルト４４の半径方向外端 はヘッドであり、夫々の穴４５と同軸の座ぐり４７内に位置決めされる。ボルト ４４のヘッドの直径は、穴４５の直径よりも大きく、座ぐり４７の直径よりも小 さいため、各ベアリングシュー３８は、組み立て中、ベアリング支持ケージ３５ に緩く固定され、明らかな機械的限度内でベアリング支持ケージ３５に対して半 径方向に自由に移動できる。その結果、ベアリング支持ケージ３５及びベアリン グシュー３８をシャフト１１の周りに組み立てたとき、シャフト１１の外面と接 触する。更に、各ベアリングシュー３８は、シャフト１１の長さ方向軸線１２と ほぼ平行であり且つ関連したボルト４４の長さ方向軸線と交差する軸線を中心と して揺動でき、即ち傾くことができる。 固定ハウジング２２の円筒形チャンバ壁面３６及びベアリング支持ケージ３５ の円筒形半径方向外面３９のうちの少なくとも一方に、Ｏ−リング４８、４９を 受け入れるための一対の環状溝が設けられている。これらの環状溝は、Ｏ−リン グ４８、４９の長さ方向位置を維持する目的で設けられており、円筒形表面３６ にだけ、円筒形表面３９にだけ、又は円筒形表面３６、３９の両方に設けること ができる。例示の実施例では、円筒形チャンバ壁面３６に環状溝５１、５２が形 成されており、円筒形表面３９に環状溝５３、５４が形成されており、溝５１が 溝５３と向き合ってこれと協働し、Ｏ−リング４８を受け入れ、溝５２が溝５４ と向き合ってこれと協働し、Ｏ−リング４９を受け入れる。溝５１、５３は、シ ャフト１１の長さ方向軸線１２に沿って溝５２、５４から離間されており、Ｏ− リング４８、４９の各々の直径は、関連した対をなした溝の全深さよりも大きい 。そのため、円筒形壁面３６、３９間に半径方向隙間が形成される。これによっ て、環状ダンパーフィルムチャンバ５５が、Ｏ−リング４８、４９、円筒形壁面 ３６の溝５１と５２との間の環状部分、及び円筒形壁面３９の溝５３と５４との 間の環状部分によって構成される。 ハウジング２２には、Ｏ−リング４８と４９との間の所定位置で、円筒形壁面 ３６の周囲に亘って円筒形壁面３６に開放する環状通路５６が形成されている。 ハウジング２２には、環状通路５６を介してオイル供給部（図示せず）からダン パーフィルムチャンバ５５まで流体連通し、これによって加圧オイルをダンパー フィルムチャンバ５５に供給するオイル供給通路５７が設けられている。Ｏ−リ ング４８、４９は、ベアリング支持ケージ３５の軸線方向端部を越えてオイルが 漏れることがないようにダンパーフィルムチャンバ５５をシールし、ベアリング 支持ケージ３５を支持する。流体フィルムダンパーは、円筒形環状外壁面３９と 環状キャビティ３４の円筒形壁面３６との間で、環状キャビティ３４内でのベア リング支持ケージ３５の半径方向移動を減衰するように作用する。環状ダンパー フィルムチャンバ５５とベアリングシュー３８の隣接対間の隙間４２との間に限 られた流れを提供し、パッド３８を潤滑し、シャフト１１の摺動を容易にするた め、ベアリング支持ケージ３５を通してオリフィス通路（図示せず）が半径方向 に穿孔されているのがよい。現在は、オイル供給通路５７を通して加圧オイルを ダンパーフィルムチャンバ５５に連続的に供給し、これによって、ダンパーフィ ルムチャンバ５５から隙間４２に流れ制限オリフィス通路を介して通過したオイ ルを置換するのが好ましい。 本発明によれば、改良ダンパーフィルムベアリングアッセンブリ１０は、ロー タの大きな静荷重負荷を静荷重の様々な大きな静荷重負荷範囲に亘って調節自在 に支持し、特定の静荷重負荷についてのターボ機械の作動中に最適の剛性及びダ ンピングを行う上で使用するのに特に適している。これは、シャフト１１の静荷 重を中央ボア１６内の垂直方向中央位置で支持されるように環状ハウジング２２ 及びベアリング支持ケージ３５の上部分を弾性的に連結する少なくとも一つの調 節自在の吊り下げ式ばね支持アッセンブリを使用することによって行われる。こ れにより、流体フィルムダンパー機構は、シャフトの垂直方向振動及び水平方向 振動の両方をダンピングすることによって、シャフト１１がボア１６内で垂直方 向及び水平方向の両方向で中央に置かれた状態を維持できる。現在のところ、少 なくとも一つの調節自在の吊り下げ式ばね支持アッセンブリは、ベアリング支持 ケージ３５用の単なる機械式ばね支持体であるのが好ましい。 長さ方向軸線１２を含む垂直平面内でベアリング支持ケージ３５の上部分から 全体に半径方向上方に延びる一つの調節自在のばね支持アッセンブリを使用でき る。偶数個の調節自在のばね支持アッセンブリを、長さ方向軸線１２を通る垂直 平面の両側の対称な位置に設けることができる。奇数個の調節自在のばね支持ア ッセンブリを設けることもできるが、この場合には、長さ方向軸線１２を含む垂 直平面内に一つのアッセンブリを配置し、残りのアッセンブリを垂直平面の両側 に対称に配置する。これらの調節自在のばね支持アッセンブリの各々は、調節自 在のばね支持アッセンブリがベアリング支持ケージ３５の上部分に連結されてい る限り、長さ方向軸線１２に関して半径方向に延びているか或いは垂直方向に延 びており、又は垂直方向に対して半径方向角度を構成せずに延びており、シャフ ト１１に作用する重力に抗して、シャフト１１にベアリング支持ケージ３５を介 して垂直方向持ち上げ力を加える。激しい振動によってキャップねじ６４に加え られた力により一つのキャップねじ６４のねじ山がなくなってしまう場合には、 二つ又はそれ以上の吊り下げばねアッセンブリを使用するのが有利である。 例示の実施例では、第１及び第２の調節自在のばね支持アッセンブリ６１、６ ２がベアリング支持ケージ３５の上部分の第１及び第２の位置から全体に垂直方 向上方に延びている。第１及び第２の位置は、長さ方向軸線１２を含む垂直方向 平面６３の両側にあり且つこの平面から等間隔に離間された位置である。シャフ ト１１の長さ方向軸線１２を含む垂直方向平面６３と、シャフト１１の長さ方向 軸線１２を通って支持ばねアッセンブリ６１又は６２のベアリング支持ケージ３ ５への取り付け点まで上方に延びる線との間の角度は、好ましくは、約２５°以 下であり、更に好ましくは、約２０°以下である。二つのアッセンブリ６１、６ ２が実質的に同じ方法でつくられており且つ取り付けられているため、一方のア ッセンブリ６１だけを詳細に説明する。このアッセンブリについての説明は、ア ッセンブリ６２にも同様に適用されるということは理解されよう。 第２図に示すように、ばね支持アッセンブリ６１は、固定ハウジング２２の垂 直方向穴６５及び環状通路５６を通ってベアリング支持ケージ３５のねじ穴６６ 内に延びるボルト又はキャップねじ６４の形態の細長いコネクタを有する。穴６ ６は穴６５と同軸であり、Ｏ−リング４８と４９との間の所定の位置に形成され ている。ボルト６４の下端６７には、ベアリング支持ケージ３５のタップ穴６６ の雌ねじと係合する雄ねじが設けられており、穴６５内に位置決めされるボルト ６４の長さ方向部分の直径は穴６５よりも小径であり、そのため、ボルト６４及 びベアリング支持ケージ３５は、固定ハウジング２２に関して垂直方向に移動で きる。ボルト６４のヘッド６８は、ハウジング２２に穴６５と同軸に形成された 座ぐり６９内に、ヘッド６８の半径方向最外面がハウジング２２の円筒形外面１ ９と面一であるか或いはこれに対して僅かに引っ込んでいるように位置決めされ る。座ぐり６９の直径が穴６５よりも大径であるため、座ぐり６９の底壁面は、 上方及び外方に面した環状肩部７１の形態をなしている。設置中にベアリング支 持ケージ３５がハウジングボア内で高過ぎたり低過ぎたりしていることがわかっ た場合には、キャップねじ６４を適当な方向に廻し、ベアリング支持ケージ３５ を更に良く中央に置く。 外径が座ぐり６９の直径よりも小さい環状スペーサ７２を、その底面が座ぐり ６９の上方に向いた環状肩部７１に載止するように、ボルト６４と同軸に位置決 めできる。内径がボルト６４の直径よりもほんの僅かに大きいスリーブ７３がボ ルト６４の周りに及び座ぐり６９内に同軸に位置決めされている。スペーサ７２ の内径はスリーブ７３の半径方向に隣接した部分の直径よりも大きく、そのため 、スリーブ７３をスペーサ７２に関して垂直方向に移動できる。スリーブ７３は 、ボルト６４の比較的軟質の金属上でベルビルワッシャが擦れることを阻止する 。スリーブ７３の上端から外方に、ボルト６４の長さ方向軸線に対して垂直な平 面内で延びる環状フランジ７４は、上環状面７５及び下環状面７６を有する。ボ ルト６４のヘッド６８の直径は、環状フランジ７４の内径よりも大きく、環状フ ランジ７４の外径よりも小さく、そのため、ヘッド６８は、環状フランジ７４の 上環状面７５と接触し且つこれによって支持される。 シャフト１１及びベアリングの重量と釣合いをとるために上方に差し向けられ た力を提供するため、支持ばね７７が環状スペーサの上面及び環状フランジ７４ の下環状面７６と接触し且つこれらの間に位置決めされており、これによって、 ベアリング支持ケージ３５及びシャフト１１を上方に中央ボア１７内の中心位置 に弾性的に押圧する。例示の実施例では、支持ばね７７は、複数のベルビルワッ シャからなる。これらのワッシャは、截頭円錐形形状を各々有し、互いに積み重 ねられており、ボルト６４を中心として同軸に位置決めされている。積み重ねら れた関係は、例えば、全ての截頭円錐形ワッシャが同じ方向に向いた形体や、下 方に向いた截頭円錐形ワッシャが上方に向いた截頭円錐形ワッシャと交互になっ た形体等の任意の適当な形体であるのがよい。硬質鋼製のベルビルワッシャは、 ボルト６４の長さ方向軸線と平行な圧縮を受けると平らになる傾向がある。 ベルビルばね７７のばね定数は、ベルビルワッシャの数及び配向によって決定 され、ボルト６４とベアリング支持ケージ３５との間の係合長さを変え、これに よって、ベアリング支持ケージ３５の外面３９とフランジ７４の下面との間のボ ルト６４の部分の長さを調節し、及びかくして支持ばね７７に利用できる軸線方 向空間を調節することによって更に調節できる。更に、所望の厚さのフランジ７ ４を持つスリーブ７３を選択することによって、及び／又はベルビルワッシャの うちの一つ又はそれ以上を平ワッシャに変えることによって、支持ばね７７に利 用できる軸線方向空間を変化させることができ、これによって、ボルト６４の雄 ねじとベアリング支持ケージ３５の穴６６の雌ねじとの間が最大に係合した状態 を維持できる。 スペーサ７２は、単一の環状部材であってもよいし、複数の鋼製平ワッシャで あってもよい。鋼製ワッシャの数は、スペーサ７２の所望の高さを提供するよう に選択できる。スペーサ７２の所望の高さは、支持ばね７７で使用されたベルビ ルワッシャの数と対応する。かくして、ベルビルワッシャの数は、ベアリング支 持ケージ３５及びシャフト１１に所望程度の弾性支持を提供するように選択でき 、次いで、スペーサ７２に必要な鋼製平ワッシャの数を決定できる。スペーサ７ ２は、支持ばね７７と上方に面した肩部７１との間に設けられているように示し てあるが、所望であれば、スペーサ７２は、支持ばね７７の上面と環状フランジ ７４の下面７６との間に位置決めでき、二つのスペーサを使用できる場合には、 一方のスペーサを支持ばね７７と肩部７１との間に置き、他方のスペーサを支持 ばね７７とフランジ７４との間に置く。支持ばね７７と接触するスペーサのワッ シャは、少なくとも、ベアリング支持ケージ３５の垂直方向移動に応じてベルビ ルワッシャが撓む際にベルビルワッシャがスペーサ上で擦れないように、硬質鋼 で形成されていなければならない。 穴６５の壁面及び環状肩部７１に形成された環状溝７９内にＯ−リング７８を 位置決めできる。このＯ−リング７８は、スペーサ７２によって溝７９内に固定 的に保持でき、ダンパーフィルムチャンバ５５内のオイルが穴６５を通って漏出 しないようにするのに役立つ。 本発明の吊り下げ式ばねアッセンブリは、シャフト及びベアリングの重力荷重 を支持でき、ベアリング支持体をハウジングボアの垂直方向中央まで持ち上げる ことができる。吊り下げ式ばねアッセンブリは、Ｏ−リングよりもはるかに大き な重力荷重を支持でき、及びかくして荷重の大きなロータアッセンブリについて 特に有利である。 本発明は、シャフトをハウジング内の中央位置に正確に位置決めするため、所 定範囲の選択されたばね定数内で容易に調節できると同時に、ロータの静荷重に 必要な最適のダンピング及び剛性が得られる特に簡単な吊り下げ式ばね装置を提 供する。更に、吊り下げ式ばね支持アッセンブリはコンパクトな構造を提供し、 これによって、シャフトをダンパースクイズフィルムベアリングアッセンブリに 取り付けるとき、ばね力を比較的容易に調節できる。 本発明は、本発明以外では、Ｏ−リング４８、４９がベアリングケージ３５及 びシャフト１１をハウジング２２内に垂直方向で支持する上で必要とされる力を なくすことによって、ベアリング支持体の剛性を減少する。ベアリング並びにシ ャフト１１の重量を支持する吊り下げ式ばね装置により、ベアリング支持部材３ ５がハウジングボア内の中央に置かれ、Ｏ−リング４８、４９の各々の潰れがス クイズフィルムチャンバ５５の周囲に亘って本質的に同じであり、回転シャフト の垂直方向振動を並びに回転シャフトの水平方向振動を減衰フィルムによって減 衰する。かくして、本発明は、静荷重負荷が大きいロータを支持するのに特に適 した、新規の改良ダンパーフィルムベアリングアッセンブリを提供する。更に、 ダンパーフィルムベアリングアッセンブリは、所定範囲の大きな静荷重負荷を容 易に調節でき、これによって特定の静荷重負荷に対して最適の剛性及び減衰を提 供する。 以上の説明、添付図面、及び添付の請求の範囲の範疇で適切な変形及び変更を 行うことができる。例えば、コネクタ４４を使用する代わりに、半径方向に延び るスロット内に延びる一つ又は二つの枢動ピンによってベアリングシュー３８の 各々を、ピンを中心として枢動でき且つシャフト１１に関して半径方向に移動で きるように枢動自在に支持することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ターボ機械の回転シャフトを支持するためのダンパーフィルムベアリングア ッセンブリにおいて、 前記シャフトを受け入れる大きさの貫通ボアを有し、前記シャフトの長さ方向 軸線が前記ボアを通って少なくともほぼ水平方向に延びる、ハウジングと、 前記ハウジング内に形成されており、前記ボアの周囲に亘って前記ボアに対し て開放しており、前記ボアの長さ方向軸線とほぼ平行に延びる環状壁面を有する 、環状キャビティと、 前記キャビティ内に移動自在に取り付けられており、前記キャビティの前記環 状壁面に向いた環状半径方向外面と、前記ハウジング内で前記シャフトに対して ベアリング支持を提供するため、前記シャフトに向いた半径方向内面とを含み、 前記キャビティ内で前記ハウジングに関して水平方向及び垂直方向に振動できる ベアリング部材と、 前記キャビティ内での前記ベアリング部材の移動を抑制するため、前記ベアリ ング部材の前記環状半径方向外面と前記キャビティの前記環状壁面との間に形成 された流体フィルムダンパーと、 前記ベアリング部材を前記シャフトの静荷重に抗して前記ボア内で垂直方向中 央位置に弾性的に支持するため、前記ベアリング部材の上部分から前記ハウジン グまで全体に上方に延びるように取り付けられており、前記ハウジングの前記ボ ア内で前記ベアリング部材を中央に置くように機能でき、前記流体フィルムダン パーが前記シャフトの振動を抑制するように機能できるようにする、少なくとも 一つの吊り下げ式支持ばねアッセンブリと、 を有することを特徴とする、ダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 ２．前記ハウジングは、前記ハウジングの穴と関連した少なくとも一つの上方に 向いた肩部を有し、 前記吊り下げ式支持ばねアッセンブリの各々は、第１端部及び第２端部を持つ 細長いコネクタを有し、前記細長いコネクタの前記第１端部は、前記ベアリング 部材の上部分に固定されており、前記細長いコネクタは、前記細長いコネクタの 前記第２端部が前記穴と関連した上方に向いた肩部の上方に位置決めされるよう に、その第１端部から前記ハウジングの穴を通って上方に延在し、 前記細長いコネクタ及び前記ベアリング部材を上方に弾性的に押圧することに よって前記シャフトを前記ボア内で垂直方向中央位置に維持するのを補助するよ うに、前記上方に向いた肩部と前記細長いコネクタの前記第２端部との間に支持 ばねが位置決めされている、 請求項１に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 ３．前記細長いコネクタの各々は、前記ボアの長さ方向軸線に関して全体に半径 方向に延在する、請求項２に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 ４．前記細長いコネクタの各々は、少なくとも実質的に垂直方向に延在する、請 求項２に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 ５．前記支持ばねアッセンブリの各々は、細長いコネクタの周りで前記上方に向 いた肩部と前記支持ばねとの間に位置決めされたスペーサを更に有する、請求項 ２に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 ６．前記支持ばねの各々は、少なくとも一つのベルビルワッシャを有する、請求 項２に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 ７．前記支持ばねの各々は、互いに関して積み重ねた構成で位置決めされた複数 のベルビルワッシャを有し、前記積み重ねた構成は、関連した細長いコネクタと 同軸に位置決めされている、請求項２に記載のダンパーフィルムベアリングアッ センブリ。 ８．前記支持ばねは所定のばね力を有し、前記細長いコネクタは、前記ベアリン グ部材の前記環状半径方向外面から前記細長いコネクタの前記第２端部まで延び る部分を有し、前記細長いコネクタの前記部分は所定の長さを有し、前記細長い コネクタの前記第１端部は、前記細長いコネクタの前記部分の長さを調節できる ように前記ベアリング部材に固定されており、これによって、前記支持ばねの前 記ばね力を調節できる、請求項２に記載のダンパーフィルムベアリングアッセン ブリ。 ９．前記少なくとも一つの支持ばねアッセンブリは、前記シャフトの前記長さ方 向軸線を含む垂直方向平面の両側に対称に位置決めされた二つの支持ばねアッセ ンブリを有する、請求項２に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 １０．前記ベアリング部材は、前記半径方向外面及び半径方向内面を持つ環状リ ングと、前記シャフトを中心として周方向に前記シャフトと前記環状リングの前 記半径方向内面との間に位置決めされた複数のベアリングシューとを含み、これ らのベアリングシューの各々は、前記環状リングに緩く連結されており、これら のシューの半径方向内面は前記シャフトに向いており、前記ハウジング内で前記 シャフトに対してベアリング支持を提供する、請求項２に記載のダンパーフィル ムベアリングアッセンブリ。 １１．前記流体フィルムダンパーは、前記ベアリング部材と前記ハウジングとの 間に位置決めされており且つ前記ボアの長さ方向軸線に沿って互いから離間され てスクイズフィルムチャンバを構成する第１及び第２のＯ−リングと、加圧オイ ルを前記スクイズフィルムチャンバに供給するための前記ハウジングの通路とを 含む、請求項２に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 １２．前記支持ばねの各々は、前記キャビティの上方に配置されており、これに よって、前記ベアリング部材及び前記シャフトは、前記支持ばねによって、前記 キャビティ内で吊り下げ位置に支持される、請求項２に記載のダンパーフィルム ベアリングアッセンブリ。 １３．前記細長いコネクタの各々は、少なくとも実質的に垂直方向に延びている 、請求項１２に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 １４．前記支持ばねの各々は、少なくとも一つのベルビルワッシャを有する、請 求項１３に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 １５．前記支持ばねの各々は、互いに関して積み重ねた構成をなして位置決めさ れた複数のベルビルワッシャを有し、前記積み重ねた構成は、関連した細長いコ ネクタと同軸に位置決めされている、請求項１３に記載のダンパーフィルムベア リングアッセンブリ。 １６．前記支持ばねアッセンブリの各々は、前記細長いコネクタの周りに前記上 方に向いた肩部と前記支持ばねとの間に位置決めされたスペーサを有する、請求 項１５に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 １７．前記支持ばねは所定のばね力を有し、前記細長いコネクタは、前記ベアリ ング部材の前記環状半径方向外面から前記細長いコネクタの前記第２端部まで延 びる部分を有し、前記細長いコネクタの前記部分は所定の長さを有し、前記細長 いコネクタの前記第１端部は、前記細長いコネクタの前記部分の長さを調節でき るように前記ベアリング部材に固定されており、これによって、前記支持ばねの 前記ばね力を調節できる、請求項１６に記載のダンパーフィルムベアリングアッ センブリ。 １８．前記少なくとも一つの支持ばねアッセンブリは、前記シャフトの前記長さ 方向軸線を含む垂直方向平面の両側に対称に位置決めされた二つの支持ばねアッ センブリを有し、前記シャフトの前記長さ方向軸線を含む垂直方向平面と、前記 シャフトの前記長さ方向軸線を通って支持ばねアッセンブリのベアリング部材へ の取り付け点まで上方に延びる線との間の角度は、約２５°以下である、請求項 １７に記載のダンパーフィルムベアリングアッセンブリ。 １９．前記ベアリング部材は、前記半径方向外面及び前記半径方向内面を持つ環 状リングと、前記シャフトを中心として周方向に前記シャフトと前記環状リング の前記半径方向内面との間に位置決めされた複数のベアリングシューとを含み、 これらのベアリングシューの各々は、前記環状リングに緩く連結されており、こ れらのシューの半径方向内面は前記シャフトに向いており、前記ハウジング内で 前記シャフトにベアリング支持を提供する、請求項１８に記載のダンパーフィル ムベアリングアッセンブリ。 ２０．前記流体フィルムダンパーは、前記ベアリング部材と前記ハウジングとの 間に位置決めされており且つ前記ボアの長さ方向軸線に沿って互いから離間され てスクイズフィルムチャンバを構成する第１及び第２のＯ−リングと、加圧オイ ルを前記スクイズフィルムダンパーに供給するため、前記ハウジングに設けられ た通路を更に有する、請求項１９に記載のダンパーフィルムベアリングアッセン ブリ。