JPS6316599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタービン圧縮機等に用いる超危険速度
回転ロータ用捕捉軸受に係り、更に詳しくはロー
タを囲み、且つ、ロータの半径方向の振動に対し
て、ロータを安定化させる機能を果たす捕捉軸受
であつて、少なくともロータの定格出力運転時の
最大振幅と同程度の大きさの一定の予め定められ
た間隙を捕捉軸受とロータの間に有する超危険速
度回転ロータ用捕捉軸受に関する。

〔従来の技術〕

特にタービン圧縮機分野、並びにそれに類似す
る領域において、回転速度をだんだんと上昇させ
ながらロータを駆動する運転の速度はロータを曲
げる危険速度より上にある定格領域にすでに達し
ている。始動のとき、危険速度領域を通過して増
大せしめられた駆動によつてロータを回転させる
ことがすでに実験されている。

しかし、これは非常に良好に平衡せしめられた
ロータの場合において成功しているのみであり、
その結果、安定化の実験の重点は軸受技術に集ま
つている。

そこで、ロータをある間隙をおいて取り囲み、
ロータのたわみ振幅が大きくなつたとき、接触し
て、ロータが大きくたわむのを阻止する制動装
置、いわゆる捕捉軸受はよりいつそう重要となつ
ている。

捕捉軸受はロータの平滑運動の際には何らの軸
受機能を果たさず、高い振動振幅のときはじめて
働かせられる。何故ならば捕捉軸受はロータが外
方へ逸れることによつてロータと機械的に結合さ
れるからである。

捕捉軸受は、又、通常のロータを担持し、且つ
支持する制御軸受と対照的にいわば補助軸受の機
能を果たしている。何故ならば、それは短時間
に、特に危険速度領域を通過する際に働くからで
ある。

捕捉軸受で軸受されたロータの始動の際、振幅
が増大する結果、ロータから捕捉軸受と連結され
たダンパを介してエネルギーが取り去られ、且つ
捕捉軸受の質量の連結によつてシステムの固有振
動数が変化せしめられる。このエネルギーが取り
去られることと、固有振動数の変化の二つによつ
て、ロータが不当に外方へ逸れないこと及び高速
運転中にロータが危険速度領域から再びより早く
解放されることが実現される。

捕捉軸受の活動は種々の要素によつて左右され
る。ここにおいて活動度を左右する要素として特
に軸受が働く時点及び応答即応性があげられる。

捕捉軸受には別の条件がロータの望ましい高い
回転速度を考慮して設けられる。駆動エネルギー
の取り去りは極力少なく保持されることが必要で
ある。この理由から捕捉軸受―ロータシステムは
危険速度間の行程周期において、且つ特に定格出
力時において摩擦なしに、且つ、ロータの投入の
際に摩擦が少なくなければならない。それ故、周
知の捕捉軸受の場合には、捕捉軸受とロータ間
に、少なくとも定格出力運転時のロータの最大振
幅と同程度の大きさの一定の間隙が設けられてい
る。ロータは危険速度で駆動されるとき予め決め
られた空隙以上に逸れて、はじめて捕捉軸受によ
つて受け止められ、それによつてロータの接触な
しの惰行運転並びにダンパの早期の活動が危険速
度領域において保証される。始動及び楕行は高耐
摩耗性でかつ迅速に熱を伝導する、自動給油式
の、必要に応じて間隙領域にある軸受又はロータ
に固定されている始動ブシユによつて或いはそれ
によらずして行われる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

危険速度で回転しているとき捕捉軸受が機能す
る瞬間に過度の周方向加速力のみならず、過度の
半径方向衝撃が生じ、それらは軽度に制御するこ
とができないので、軸受を軽く傷つけてしまう。
現在の技術水準においは、定格出力運転時に活動
する主軸受に制動装置が設けられているのみなら
ず、捕捉軸受にも又制動装置が設けられている。
捕捉軸受用制動手段として流体静力学的なシステ
ムが知られているが、このシステムは、特に駆動
中に充分な制動特性を得る為には、比較的コスト
がかかるように思われる。特に流体静力学的な制
動システムの密封の問題については、特別に綿密
な注意がそそがれるべきであり、且つ、捕捉軸受
の安全な操作は制動装置を申し分なく自由に密封
できる場合においてのみ保証される。

そこで、本発明が解決しようとする問題点は、
簡単な、妨害を受けにくい機械的手段によつて、
良好な制動ないしはばね特性が得られる。上記の
間隙形成部を有する超危険速度回転ロータ用の捕
捉軸受を形成することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ロータ１０と、このロータ１０のシ
ヤフト１２を包囲してその半径方向の振動に対し
てロータを安定化させる機能を果たす捕捉軸受１
とよりなり、前記捕捉軸受１とロータ１０の間に
は少なくともロータの定格出力運転時の最大振幅
と同程度の大きさの、一定の予め定められた間隙
ｂを有する超危険速度回転ロータ用捕捉軸受にお
いては、ばね付きスリーブ２０の一端の固定部２
２は、回転しないように固定ケーシング９に固定
し、軸受スリーブ３０は、このばね付きスリーブ
２０の他端に同心的に、かつ周間隙ａを介して接
触すべく嵌合され、捕捉軸受１の外側リング５は
この軸受スリーブ３０内に設けられたことを特徴
とする超危険速度回転ロータ用捕捉軸受である。

また、前記ばね付きスリーブ２０がその周方向
に一様に分配された複数の縦スリツト１８を有
し、軸受スリーブ３０がばね付きスリーブ２０の
外周面上に移動しないように嵌合されており、ば
ね付きスリーブ２０の前記他端部に嵌合する軸受
スリーブ３０とばね付きスリーブ２０の間には周
間隙ａが形成され、該周間隙ａはばね付きスリー
ブ２０の固定されていない端部に密接する軸受ス
リーブ３０の固定部からばね付きスリーブ２０の
固定された端部の方に向かつて広がつている。

さらに、本発明において、周間隙ａが円錐状に
広がつており、前記軸受スリーブ３０は円筒状に
形成され、ばね付きスリーブ２０は円錐状に広げ
られて形成され、周間隙ａが両スリーブ２０，３
０の軸方向断面において段状に形成されている。

さらにまた、本発明は両スリーブ２０，３０の
間には制御物質がとりつけられ又は収容されてお
り、前記制御物質が加硫ゴムである超危険速度回
転ロータ用捕捉軸受である。

〔作用〕 固定用ケーシング９に一方の側が固定された長
く伸びたばね付きスリーブ２０のばね特性が制動
特性を本質的に決定する。個々のロータ１０の実
施態様に相応して最適に保証される。ばね付きス
リーブ２０の下端２４に固定された軸受スリーブ
３０はその嵌合部を中心として揺動するてこを形
成し、かつその軸受スリーブ３０の下端の捕捉軸
受１の外側リング５及び捕捉軸受１はロータ１０
を半径方向に弾性的に支持し、危険速度で駆動さ
れるときロータ１０の半径方向の衝撃を制動し、
且つばね付きスリーブ２０の復元力によつて超危
険速度領域におけるロータ１０の惰行運転を可能
にする。

次にばね付きスリーブ２０と軸受スリーブ３０
間の間隙ａがくさび形に形成されその軸方向断面
にわずかな角度差が存在するので、上記軸受スリ
ーブ３０の揺動により軸受スリーブ３０とばね付
きスリーブ２０の接点は軸方向に移動し、そのて
こ腕の長さｃが変わり、ばね付きスリーブ２０の
ばねの線形剛性は累進的ばね剛性に変えられる。
そして前記間隙ａの角度差はロータ１０の外方へ
の逸れが増加するにつれて軸受スリーブ３０の有
効なてこ腕の長さｃが短縮される。すなわちロー
タの外方への逸れが小さいときは軸受スリーブ３
０の有効なてこの腕の長さｃは最大で、ばね付き
スリーブ２０の弾力は比較的やわらかく、一方、
捕捉軸受の外方への逸れが増加するにつれ軸受ス
リーブ３０の有効なてこの腕の長さｃは減少し、
ばね付きスリーブ２０の有効な弾性領域は短縮さ
れ、それによつてばね付きスリーブの弾力は累進
的に増大し、強くなる。

軸方向にスリツト１８が設けられているばね付
きスリーブ２０の場合、軸受スリーブ３０はばね
付きスリーブ２０のスリツト領域まで接触し、そ
の結果極度の短い有効なてこの腕の長さｃの場合
非常に大きなばね剛性が得られる。

次にばね付きスリーブ２０と軸受スリーブ３０
間の間隙ａを段状、ないし階段状に形成すること
により、駆動中に飛躍的に累進的なばね特性が得
られ、該ばね特性は危険速度領域におけるロータ
１０の逸れを制限し、ロータ１０は捕捉軸受１上
を自由に惰行する。

〔実施例〕

本発明につき図面を参照しながら詳細に説明す
る。

図示のようにロータ１０は主制動軸受１３を介
して固定ケーシング９に対し回転自在に支持され
ている。主制動軸受１３は固定ケーシング９に固
定されたマグネツトリツグ１４と、ロータ１０に
固定された対抗極性のマグネツトリング１６とよ
りなり、これらマグネツトリング１４，１６は互
いに対向せしめられていて、両者の反発力により
ロータの定格運転のときには、接触のない運転が
行われる。

ばね付きスリーブ２０の上端の固定部２２は回
転しないように固定ケーシング９に固定され、そ
の下部はロータ１０に同軸で円錐形の広がるばね
部で、このばね部はロータ１０のシヤフト１２の
方へ向かつて下方へ伸びている。そのばね部には
ばね付きスリーブ２０の上下両端間において縦に
延びるスリツト１８が設けられている。このスリ
ツト１８は一様にスリーブの周囲に設けられてい
る。

このばね部の下端には長く伸びた円筒状の軸受
スリーブ３０の内面中間部を嵌合し、軸受スリー
ブ３０の上部はばね付きスリーブ２０の領域上を
延び、この領域でばね付きスリーブ２０には前記
縦スリツト１８が設けられている。ばね付きスリ
ーブ２０の円錐形をなすテーパ及び軸受スリーブ
３０の円筒形により両者間には上方へ向けて広が
つた円錐状の周間隙ａが存在する。

この軸受スリーブ３０の下端はばね付きスリー
ブ２０の下端２４より外方に膨らみ、この軸受ス
リーブ３０の下端には捕捉軸受１の外側リングを
受けている。したがつて捕捉軸受１はその外側リ
ング５、剛性の長く伸びた軸受スリーブ３０及び
その中に受け入れられた半径方向に弾性を有する
ばね付きスリーブ２０を介して固定ケーシング９
に支持されている。

捕捉軸受１の内側リング７には高耐摩耗性の、
迅速に熱を伝導する自動注油式の始動ブシユ３を
有する。ロータ１０のシヤフト１２は、軸基部よ
りも一様に短く形成され、上記始動ブシユ３内に
遊嵌されている。ロータ１０が静止状態にあると
き、又は定格運転中のとき、即ち、制限された振
幅でロータが半径方向に振動するとき、始動ブシ
ユ３とロータシヤフト１２間には間隙ｂが形成さ
れ、シヤフト１２は捕捉軸受１の内側で接触なし
に回転する。

次にこの装置の動作を説明する。

ロータ１０が始動するとき、周間隙ａはその全
長に亘つて正常な角度で軸受スリーブ３０はばね
付きスリーブ２０に対し同心の位置にある。この
場合、有効なてこ腕の長さｃは最大長である。こ
の有効なてこ腕の長さｃとは軸受スリーブ３０の
上端から軸受スリーブ３０とばね付きスリーブ２
０の嵌合部迄の長さである。

ロータ１０の回転速度が増加するのにつれてそ
のシヤフト１２が逸れ始めるとそれに押されて軸
受スリーブ３０はばね付きスリーブ２０に向かつ
て偏位し、これによつて周間隙ａの角度は小さく
なると共に上記軸受スリーブ３０とばね付きスリ
ーブ２０の嵌合部が固定部２２の方に向かつて移
行し、ばね付きスリーブ２０の有効スプリング部
分の長さすなわち有効なてこ腕の長さｃが短くな
り、ばね付きスリーブ２０のスプリング力は増加
する。シヤフト１２の逸れが増大すれば増大する
程それを中心に戻そうとするばね付きスリーブ２
０のスプリング力は累進的に増大する。

すなわち、ばねの累進的剛性は特に捕捉軸受１
の外方への逸れが増加することによつて得られ
る。

以上のように周間隙ａのくさび又は段状の形成
によつてロータの運転中にばね（例えばばね付き
スリーブ２０）の累進的剛性が、それも、ロータ
１０の始動に相応して捕捉軸受１において得ら
れ、その際ロータシヤフト１２及び始動ブシユ３
が安定する。

この累進的ばね強度により捕捉軸受１は危険速
度での運転のとき最小に負荷され、且つ、それと
共にロータ１０の自己安定化を危険速度を超えた
ことに相応して処理する。即ち、始動ブシユ３に
よるロータシヤフト１２の惰行を保護するばねの
復元力が生じる。

ばね付きスリーブ２０の制動が軸受スリーブ３
０によつては十分でないとき又は全振動数領域を
通して有効でないとき、制動質量をスリーブ２
０，３０間の周間隙に設けることによつて始動す
るロータに対する強い制動が得られる。必要に応
じて有利に加硫ゴム（Vulkanisat）よりなる制
動質量の装着、又は調達する前に制動質量用の相
当の空間を作る為に軸受スリーブ３０の開口又は
中空化によつて周間隙ａを広げる。

〔発明の効果〕

以上、詳記した通り、本発明によれば、簡単
な、妨害を受けにくい機械的手段によつて、危険
速度領域を、捕捉軸受への負荷を最小に保持し
て、過度の半径方向衝撃を軸受に与えることな
く、ロータを安定化させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の捕捉軸受の断面図である。 １…捕捉軸受、３…始動ブシユ、５…外側リン
グ、７…内側リング、９…固定ケーシング、１０
…ロータ、１２…シヤフト、１３…主制動軸受、
１４…マグネツトリング、１６…マグネットリツ
グ、１８…縦スリツト、２０…ばね付きスリー
ブ、２２…固定部、２４…ばね付きスリーブの下
端、３０…軸受スリーブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロータと、このロータのシヤフトを包囲して
   その半径方向の振動に対してロータを安定化させ
   る機能を果たす捕捉軸受とよりなり、前記捕捉軸
   受とロータの間には少なくともロータの定格出力
   運転時の最大振幅と同程度の大きさの、一定の予
   め定められた間隙を有する超危険速度回転ロータ
   用捕捉軸受において、ばね付きスリーブの一端の
   固定部は、回転しないように固定ケーシングに固
   定し、軸受スリーブは、このばね付きスリーブの
   他端に同心的に、かつ周間隙を介して接触すべく
   嵌合され、捕捉軸受の外側リングはこの軸受スリ
   ーブ内に設けられたことを特徴とする超危険速度
   回転ロータ用捕捉軸受。 ２ ばね付きスリーブがその周方向に一様に分配
   された複数の縦スリツトを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の超危険速度回転ロ
   ータ用捕捉軸受。 ３ 軸受スリーブがばね付きスリーブの外周面上
   に移動しないように嵌合されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超危険速度回転
   ロータ用捕捉軸受。 ４ ばね付きスリーブの前記他端部に嵌合する軸
   受スリーブとばね付きスリーブの間には周間隙が
   形成され、該周間隙はばね付きスリーブの固定さ
   れていない端部に密接する軸受スリーブの固定部
   からばね付きスリーブの固定された端部の方に向
   かつて広がつていることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の超危険速度回転ロータ用捕捉軸
   受。 ５ 周間隙が円錐状に広がつていることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の超危険速度回転
   ロータ用捕捉軸受。 ６ 軸受スリーブは円筒状に形成され、ばね付き
   スリーブは円錐状に広げられて形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の超危
   険速度回転ロータ用捕捉軸受。 ７ 周間隙が両スリーブの軸方向断面において段
   状に形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の超危険速度回転ロータ用捕捉軸
   受。 ８ 両スリーブの間には制動物質がとりつけられ
   又は収容されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項ないし第７項のいずれかに記載の超危
   険速度回転ロータ用捕捉軸受。 ９ 制動物質が加硫ゴムであることを特徴とする
   特許請求の範囲第８項記載の超危険速度回転ロー
   タ用捕捉軸受。