JPS6237214B2 - - Google Patents

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JPS6237214B2
JPS6237214B2 JP55041995A JP4199580A JPS6237214B2 JP S6237214 B2 JPS6237214 B2 JP S6237214B2 JP 55041995 A JP55041995 A JP 55041995A JP 4199580 A JP4199580 A JP 4199580A JP S6237214 B2 JPS6237214 B2 JP S6237214B2
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air
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fixed
rotating shaft
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Toyota Motor Corp
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/042—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. axial foil bearings
    • 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
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F01D25/22—Lubricating arrangements using working-fluid or other gaseous fluid as lubricant
    • 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
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    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C37/00—Cooling of bearings
    • F16C37/002—Cooling of bearings of fluid bearings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はターボ機械の軸受構造に関する。
通常ターボ機械のタービン回転軸はラジアル軸
受とスラスト軸受により支承されている。このよ
うなターボ機械においてラジアル軸受に対する負
荷が小さな場合にはラジアル軸受として空気軸受
を使用することができる。このようにラジアル空
気軸受を使用すると摩擦損失が少なく、潤滑剤が
不要であり、しかも作動流体中に潤滑剤が混入す
ることがないという利点がある。しかしながらこ
のような利点はスラスト軸受として例えば油潤油
式軸受を使用した場合には半減し、従つて上述の
ような利点を確保するにはスラスト軸受として空
気軸受を使用することが必要となる。ターボ機械
においてはラジアル軸受に加わる負荷よりもスラ
スト軸受に加わる負荷が大きいのでスラスト軸受
として単位面積当りの負荷容量の小さな空気軸受
を使用した場合にはスラスト空気軸受の受圧面積
を大きくする、即ちタービン回転軸に固定された
回転ランナの外径を大きくする必要がある。しか
しながら回転ランナの外径を大きくすると回転ラ
ンナの回転慣性力が大きくなり、その結果例えば
広範な回転速度領域で使用されるターボチヤージ
ヤでは回転速度変化に対する応答性が悪化すると
いう問題がある。
本発明は回転速度変化に対する良好な応答性を
確保しつつ摩擦損失が少なく、潤滑剤が不要であ
り、しかも作動流体が潤滑油によつて汚染される
ことのないターボ機械を提供することにある。
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明
する。
第１図を参照すると、１は機関本体、２は吸気
マニホルド、３は排気マニホルド、４は燃料噴射
弁、５はターボチヤージヤを夫々示す。ターボチ
ヤージヤ５はセンターハウジング６と、このセン
ターハウジング６の一端部にバンド７によつて固
定されたタービンハウジング８と、センターハウ
ジング６の他端部にボルト９によつて固定された
コンプレツサプレート１０と、このコンプレツサ
プレート１０にボルト１１によつて固定されたコ
ンプレツサハウジング１２と、センターハウジン
グ６内に回転可能に挿入された回転軸１３と、こ
の回転軸１３の一端部に一体形成されたタービン
ホイール１４と、回転軸１３の他端部にナツト１
５によつて固定されたインペラ１６とを具備す
る。
コンプレツサハウジング１２内には空気流入口
１７と、デイフユーザ１８と、スクロール形の空
気吐出室１９が形成され、この空気吐出室１９は
空気ダクト２０を介して吸気マニホルド２に連結
される。一方、タービンハウジング８はスクロー
ル形の排気ガス流入室２１と、タービンノズル２
２と、排気ガス流出口２３とを具備し、排気ガス
流入室２１は排気ダクト２４を介して排気マニホ
ルド３に連結される。機関運転時にはインペラ１
６の回転運転により圧縮された空気吐出室１９内
の圧縮空気が空気ダクト２０を介して吸気マニホ
ルド２内に送り込まれる。次いで吸気マニホルド
２内に送り込まれた空気内に燃料噴射弁４から燃
料が噴射され、斯くして形成された混合気が機関
シリンダ内に供給される。一方、機関シリンダか
ら排出された排気ガスは排気ダクト２４を介して
排気ガス流入室２１内に送り込まれ、次いで排気
ガス流入室２１内の排気ガスはタービンノズル２
２から噴出してタービンホイール１４に回転力を
与えた後、排気ガス流出口２３から排出される。
第１図に示されるように回転軸１３は中央軸部
分１３ａと、大径軸部分１３ｂと、小径軸部分１
３ｃから構成され、大径軸部分１３ｂとセンター
ハウジング６間にはシール用ピストンリング２５
が挿入される。また、センターハウジング６の内
部に貫通形成された円筒孔２６内には互いに間隔
を隔てて一対の非接触型ラジアル空気軸受２７が
配置され、このラジアル空気軸受２７によつて回
転軸１１が回転可能に支承される。このラジアル
空気軸受２７は例えば第２図に示されるようにセ
ンターハウジング６の円筒孔２６の内周面に沿つ
て延びる多数個のフオイル２８を有するフオイル
型空気軸受から構成される。このフオイル型空気
軸受では回転軸１３が矢印Ｂ方向に回転すると各
フオイル２８間の隔隙を介してフオイル２８と回
転軸１３間に空気が引き込まれ、この引き込まれ
た空気によつて回転軸１３が非接触状態で保持さ
れる。
再び第１図を参照すると、回転軸１３を軸方向
において支承するためにスラスト空気軸受２９が
設けられる。このスラスト空気軸受２９はデイス
ク状の回転ランナ３０と、このランナ３０の側面
からわずかな間隔を隔ててランナ３０の両側面に
夫々対面配置された一対の固定軸受板３１，３２
とにより構成される。ランナ３０はスペーサ３３
並びにインペラ１６を介してナツト１５により中
央軸部分１３ａと小径軸部分１３ｃ間の接続段部
に押圧せしめられ、それによつてランナ３０は小
径軸部分１３ｃに固定される。また、固定軸受板
３１はコンプレツサプレート１０上に固定され、
一方固定軸受板３２はセンターハウジング６に固
定される。第３図から第５図を参照すると、ラン
ナ３０は互いに重ね合された同一形状の一対のラ
ンナ半体３０ａ，３０ｂから構成される。第４図
並びに第５図に示されるようにランナ半体３０
ａ，３０ｂは、薄肉の環状外側壁３４と、外側壁
３４の内縁部に一体形成された薄肉円筒部３５
と、外側壁３４の外縁部に一体形成された薄肉円
筒部３６とを具備し、薄肉円筒部３５の内径は小
径軸部分１３ｃ（第３図）の軸径と等しい径を有
する。更に、薄肉円筒部３５，３６と等しい突出
高さを有すると共に薄肉円筒部３５から薄肉円筒
部３６まで延びる複数個の補強リブ３７が外側壁
３４上に一体形成される。また、薄肉円筒部３５
の近傍の外側壁３４上には複数個の空気流入孔３
８が形成され、更に薄肉円筒部３６上には半円形
状溝３９が形成される。従つてランナ半体３０ａ
の補強リブ３７と半円形状溝３９がランナ半体３
０ｂの対応する補強リブ３７と半円形状溝３９と
重なるようにランナ半体３０ａ，３０ｂが第３図
のように互いに重ね合わされたときランナ半体３
０ａ，３０ｂ間には内部空間室４０が形成され
る。このとき互いに重なつた一対の半円形状溝３
９は空気流出孔４１を形成する。
一方、第３図、第６図並びに第７図に示される
ように固定軸受板３１，３２は夫々環状のバツク
プレート４２と、複数個のセクター状フオイル４
３と、これらバツクプレート４２と各フオイル４
３間に夫々挿入された板ばね４４とにより構成さ
れる。固定軸受板３１のバツクプレート４２はコ
ンプレツサプレート１０に固定され、固定軸受板
３２のバツクプレート４２はセンターハウジング
６に固定される。また、各固定軸受板３１，３２
のフオイル４３はランナ３０の外側壁３４からわ
ずかな間隔を隔てて配置される。一方、第８図並
びに第９図に示されるように板ばね４４は波状ば
ねから構成され、この波状板ばね４４は第８図の
点Ｃにおいてバツクプレート４２に固定されると
共に点Ｄにおいてフオイル４３に固定される。従
つてフオイル４３はバツクプレート４２に対して
相対移動することができる。
第３図において回転軸１３が回転すると矢印Ｅ
で示されるように空気がランナ３０の両外側壁３
４とフオイル４３間に引き込まれ、従つてランナ
３０は各フオイル４３によつて非接触状態で支承
されることになる。一方、回転軸１３が回転する
と空気がランナ３０の空気流入孔３８から内部空
間室４０内に流入し、次いでこの流入空気は空気
流出孔４１並びにセンターハウジング６に形成さ
れた空気排出孔４５を介して大気に放出される。
空気流入孔３８から流入した空気は内部空間室４
０内を流れる間にランナ３０を冷却し、従つてラ
ンナ３０の過熱が阻止されることになる。
本発明によれば第３図に示されるようにランナ
３０は薄肉の外側壁３４から形成されている。従
つてランナ３０の回転慣性力が大巾に小さくなる
ためにターボチヤージヤ５の回転数変動に対する
応答性が極めて良好になる。また、ランナ３０の
内部空間室４０内を流れる空気流によつてランナ
３０を冷却することができ、従つて摩擦熱による
ランナ３０の過熱を防止することができる。更
に、ランナ３０内に補強リブ３７を一体形成する
ことによつてランナ３０の剛性を高めることがで
き、またランナ３０の不釣合を補強リブ３７に切
欠きを設けるだけで容易に調整することができ
る。更に、ランナ３０をランナ半体３０ａ，３０
ｂから形成することによつてランナ３０を射出成
形により成形することができるのでランナ３０の
製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るターボチヤージヤの側面
断面図、第２図は第１図のラジアル空気軸受の側
面断面図、第３図は第１図の矢印Ａの部分を示す
スラスト空気軸受の一部拡大側面断面図、第４図
は第３図のライナ半体の正面図、第５図は第４図
のＶ―Ｖ線に沿つてみた側面断面図、第６図は固
定軸受板の正面図、第７図は第６図の―線に
沿つてみた側面断面図、第８図は第６図の―
線に沿つてみた断面図、第９図は第８図の波形板
ばねの斜視図である。 ５……ターボチヤージヤ、１３……回転軸、１
４……タービンホイール、１６……インペラ、２
７……ラジアル空気軸受、２９……スラスト空気
軸受、３０……ランナ、３１，３２……固定軸受
板、３８……空気流入孔、４０……内部空間室、
４１…………空気流出孔。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ タービン回転軸を非接触型ラジアル空気軸受
    と非接触型スラスト空気軸受により支承するよう
    にしたターボ機械において、上記非接触型スラス
    ト空気軸受をタービン回転軸に固定されたデイス
    ク状回転ランナと、該ランナの側面からわずかな
    間隔を隔てて該ランナ両側面に夫々対面配置され
    た一対の固定軸受板とにより構成し、上記デイス
    ク状回転ランナの外周壁を薄肉壁から形成して該
    回転ランナ内部に内部空間室を形成し、タービン
    回転軸近傍の該ランナ外周壁面上に該内部空間室
    とランナ外部とを連結する空気流入孔を形成する
    と共に該ランナの外縁部に上記内部空間室とラン
    ナ外部とを連結する空気流出孔を形成したターボ
    機械の軸受構造。
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