JPS631836A - 竪形回転体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、竪形回転体装置に係り、特に１回転体本体の
軸方向複数箇所が他の部分より剛性の低い低剛性要素で
形成されてなる竪形回転体装置の改良に関する。

（従来の技術） 竪形回転体装置、たとえばその代表的なネルベック形の
ターボ分子ポンプの主要部は１通常。

外形が円柱状に形成され軸心線を重力方向に平行させて
配置された回転体本体と、この回転体本体を囲繞するよ
うに配置され内面に螺旋溝を有した外筒とで構成されて
いる。回転体本体は上部軸受と下部軸受とで支持されて
おり１通常は上部軸受より下部軸受の方が軸受性能が大
に設定されている。このような分子ポンプにあって、最
近では性能の向上化を図るために、高速化および回転体
本体の長大化が進められ、１つ以上の危険速度を越えた
超高速回転域で運転することが検討されるに至っている
。

ところで、このような竪形回転体装置において。

幾つかの危険速度を無事に通過させるには１回転体本体
のバランス修正を充分に行ない２回転体本体の振動を軸
受容量等の制約条件によって決まる許容値以内に押える
必要がある。このようなバランス修正は、−般に、危険
速度の回転数が低いはど容易である。このようなことか
ら２通常は１回転体本体の軸方向の複数箇所を他の部分
より剛性の低い低剛性要素で形成し、この低剛性要素の
存在で危険速度を低くシ、これによって簡単なバランス
修正だけで危険速度を通過させるようにしている。

しかしながら、従来のこの種の竪形回転体装置にあって
は、危険速度を通過させるために低剛性要素の剛性を単
に適当な低い値に設定しているのみで２回転体本体の縦
振動との関連において設定しているものはない。発明者
の研究によると、この種の竪形回転体装置では、危険速
度に相当する横振動の固有振動数と、低剛性要素の縦方
向の剛性によって決まる縦振動の固有振動数との和に相
当する回転数において、横振動と縦振動とが連成し、不
安定な自励振動現象が発生する。この自励振動は、運転
速度以内にあって、最高次数の横振動の固有振動数と縦
振動の固有振動数との和の回転数において最も大きい。

これは実験的にも確められており、また理論的にもモー
ダルダンピングが小さくなることが裏付けられている。

この自励振動は２発散する傾向にあり、このため甚だし
いときには回転体本体を破壊させてしまう虞れがある。

そこで、このような不具合を解消するために。

軸受やダンパで連成自励振動のエネルギを吸収させるこ
とが考えられる。しかし、これら軸受やダンパを連成自
励振動を制振するための特性に設定すると、連成自励振
動以外の振動に対する特性が低下し、好ましい結果は得
られない。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、竪形回転体装置において２回転体本体の軸
方向複数箇所に低剛性要素を介在させた場合には、低剛
性要素を介在させたことによって新たに生じる連成自励
振動に対する対策を講じない限り高速化を実現すること
は困難である。

そこで本発明は、運転速度以内において発生する可能性
のある連成自励振動を簡単な手段で抑制できる竪形回転
体装置を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明に係る竪形回転体装置では１回転体本体の軸方向
複数箇所に存在する低剛性要素の上下方向の剛性を上方
に位置するものほど小に設定するようにしている。

（作用） 上記のように設定することによって、軸受性能の大きい
下部軸受に高次の縦振動に対する制振効果を発揮させる
ことができ、これによって連成自励振動に対するモーダ
ルダンピングを大きくできる。したがって、連成自励振
動の発散を抑制することができる。

（実施例） 以下１本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明をターボ分子ポンプに適用した例の要部
を模式的に示すものである。

すなわち１図中１は軸心線を重力方向に平行させて配置
された回転体本体を示している。この回転体本体１は、
高剛性要素２ａ、２ｂ、２ｃと。

これら要素を直列に接続する上記要素２ａ、２ｂ。

２Ｃより剛性の低い低剛性要素３ａ、３ｂとで構成され
ている。低剛性要素３ａ、３ｂは、前述の如く回転体本
体１の曲げ危険速度を低下させるためのもので、それぞ
れ上下方向の剛性がｋｌ。

ｋ２．に、また曲げ方向の剛性かに、、に２に設定され
ている。回転体本体１の上下端には低剛性゛要素３ａ、
３ｂより剛性の高い軸４ａ、４ｂが突設されており、こ
れら軸４ａ、４ｂは上部軸受５および下部軸受６によっ
て支持されている。そして、下部軸受６としては上部軸
受５より性能の良いものが使用されている。なお１図中
７は上部軸受５が有しているラジアルダンパを示し、８
は下部軸受が存しているラジアルダンパを示し、また９
は下部軸受が有しているスラストダンパを示している。

そして、この実施例の場合には、に２〉ｋｌに設定され
ている。

このように構成された回転体装置は１通常、第２図に示
すように２つの横振動固有振動数ｆＬ１゜ｆＬ２と、第
３図に示すように３つの縦振動固有振動数ｆｖ１．　　
ｆｖ２，１ｖ３を有している。このため、連成自励振動
数は、第４図に示すように６箇所に亙って存在している
。すなわち、ｆＬ１＋ｆｙ’、　ｆＬＩ　＋ｆｙ２．ｆ
Ｌ２＋ｆｙ３゜ｆＬｌ　＋ｆｙ’、　　ｆＬ２　＋ｆｖ
２４Ｌ２＋ｆｖ３であり、第４図では上記顕に番号が付
されている。

各連成自励振動数をω１．ω２．ω３．ω、。

ω５．ω６とし、仮にに、−に２であるとすると。

このときのモーダルダンピングは第５図に示すように１
回転数の高い領域の連成自励振動数はど低い。特に、第
３図の振動モードからも判かるように、縦振動の第３次
固有振動数（ｆＶ３　）では。

低剛性要素３ａ、３ｂが大きく変位するが、高剛性要素
２Ｃはほとんど振動しないためスラストダンパ９による
制振効果は期待できない。今２回転体本体１の定格回転
数がωＢを越えた領域にあるものとすると、ω６を越え
るまでｆｖ３が係わる連成自励振動数はω４とω６であ
るが、ω４に比べてω６の方がはるかに厳しい。このた
め、ω６の回転数において回転体本体１が破壊してしま
う虞れが多分にある。

しかし、この実施例のように、低剛性要素３ａの上下方
向の剛性に１を低剛性要素３ｂの上下方向の剛性に２よ
り小さな値に設定しておくと。

ωＢに対するモーダルダンピングを大きくでき。

振動の発散を効果的に抑制できる。すなわち今。

多次の振動数を変化させないためにｋｌ＋に２−一定と
して＋ｋｌとに２の値を変化させたときにおけるω６に
対するモーダルダンピングを求めると第６図のようにな
る。この図から判かるようにに２を大きくすると、ω６
に対するモーダルダンピングを飛躍的に大きくできる。

これはに２を大きくしたことによってスラストダンパ９
の制振効果を引き出すことができるからである。したが
って、最も厳しい条件である０６時の振動の発散を抑制
でき、安全に通過させることができる。

なお１本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施例では３つの高剛性要素を
２つの低剛性要素で直列に連結した回転体本体に本発明
を適用しているが、高剛性要素が２個のものや４個以上
のものにも本発明を適用することができる。また１本発
明はターボ分子ポンプに限定されるものではない。

［発明の効果］ 以上述べたように１本発明によれば、連成自励振動の発
生を抑制でき、定格回転数まで安全に速度上昇させるこ
とが可能な竪形回転体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したターボ分子ポンプの回転部の
模式的構成図、第２図は同回転部の横振動固有振動モー
ドを説明するための図、第３図は同回転部の縦振動固有
振動モードを説明するための図、第４図は同回転部の連
成自励振動を説明するための図、第５図は連成自励振動
とモーダルダンピングとの一般的な関係を説明するため
の図。 第６図は同回転部の最高連成自励振動数に対するモーダ
ルダンピングの関係を説明するための図である。 １・・・回転体本体、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・高剛性要
素、３ａ、３ｂ・・・低剛性要素、５・・・上部軸受。 ６・・・下部軸受、９・・・スラストダンパ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 （ａ）（ｂ） 第２図 ９Ｌ　　　　　　　％　’　ンＫ（ｆｖ　つ　　３％２
　広（ｆｖ２）　　　：；！；３　り”（ｆｖ３）第３
図 ＬＩｆＬ２ 禮倦ｔ’ｌ園有体動杖 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸方向の複数箇所が他の部分より剛性の低い低剛性要素
   で形成されてなる回転体本体と、この回転体本体を支持
   する上部および下部軸受とを備え、上記上部軸受より上
   記下部軸受の支持性能が大の竪形回転体装置において、
   前記低剛性要素は、上下方向の剛性が上方に位置するも
   のほど小に設定されてなることを特徴とする竪形回転体
   装置。