JPS63306300A - 大量ガス循環用ブロ−ワ− - 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】 ［発明の属する技術分野］ この発明は、ガス圧送部分と駆動部分とを備え、ガス圧
送部分が、該部分の２組のガス流路の中間の連結区間に
配置されたラジアルインペラーを有し、また駆動部分が
、ラジアルインペラーを高速駆動するための縦軸を有し
、該軸が、ラジアルインペラーの下側に配置された渦形
条溝スラストベアリングに軸支されるとともに、低速回
転時に駆動部分の重力に対抗する力を軸に作用させるた
めの手段も設けられている、ガストランスポート方式の
大出力レーザーを主たる対象とした大量ガス循環用ブロ
ーワーに関する。

［従来技術とその問題点コ この種のブローワーは、米国特許第３９５１５７３号に
よって公知である。

この公知のブローワーでは、自由軸端の下面に球状の凹
部が設けられている。そして装置内のボールを、ブロー
ワーのケーシングの外部下側から気密に挿入されるねじ
締め可能なロッドによって該球状凹部に当接させること
により、静止状態にある軸を、渦形条溝スラストベアリ
ングの両方の折半部が重なり合っている停止位置から上
方に持ち上げることが可能である。この軽く′持ち上げ
られた状態でブローワーは起動可能となり、起動後は渦
形条溝スラストベアリング内に十分な圧力が生成され、
これによってラジアルインペラーを伴った軸の自重が相
殺される。このような状態に達した直後、ねじが刻まれ
たロッドをケーシングの外部に再び引き出し、下部軸端
面の球状の当接面からボールを離脱させればよい。

しかしこの公知のブローワーでは、駆動部の自重だけを
硬直的に支持し得るに過ぎないという欠点が存在する。

ねじ付ロッドをボールと共に下方にねじ下げた途端、外
部から駆動部に力を作用させる如何なる手段も失われて
しまう。しかもブローワーを起動させるのにかなり煩わ
しい手動操作が必要で、ブローワーの起動が可能となる
所まで軸を正確に持ち上げるには手先の感覚に頼らなけ
ればならないばかりでなく、ブローワーの高速回転がボ
ールと球状ベアリング面との摩擦によって妨げられるこ
とがないよう、ロッドをケーシング外部に迅速に引き出
さなければならない。

公知の装置を極めて大きな出力を持った大型レーザーに
使用する場合、レーザー内で毎時数千ないし致方立方メ
ートルの割でガスを循環させる必要がある。そのため、
ラジアルインペラーを毎分致方回転させる必要があり、
その結果、ラジアルインペラーの周辺速度が毎秒６００
メートル以上、駆動力が数十ｋｗに達することになる。

この発明においても当面したように、ラジアルインペラ
ーが装着された軸は、これに渦形条溝スラストベアリン
グが使用されているので、特定の回転数以上では上向き
に作用する吸引力が下向きに作用する重力を超越するた
め、回転数が上昇するにつれ、上方に移動する傾向に陥
る。

［発明の目的］ この発明は、冒頭に述べたような様式のブローワーを、
広い回転数範囲にわたり縦方向の軸支がコントロール可
能となるよう、改良することを目的とする。

［発明の要旨］ 前述の目的を達成するために本発明は特許請求の範囲第
１項に記載のブローワーを要旨としている。

［問題点を解決するための手段］ この発明に基づき、縦方向を指向しかつ軸の縦方向のず
れに伴ってそれ自体が変化する力を軸に作用させて軸を
縦方向に弾性的に支持するとともに、高速回転時に下向
きに作用しかつ回転数と共に連続的に増大する力を軸に
作用させる。

この方法によれば、縦方向に作用する力が実際の回転数
に応じて最適な軸支状態となるように調節されるので、
この発明の目的が完全に達成される。

停止状態または低速回転時に軸がその静止位置から軽く
持ち上げられることにより、軸の起動問題が解決される
ばかりでなく、高速回転においても、ラジアルインペラ
ーを伴った軸を移動させるように作用する吸引力がこれ
と反対方向の力によって相殺されるため、安定した回転
が実現されるとともに、縦方向に弾性的に軸支されるこ
とによって軸の縦方向位置が自動的かつ柔軟に調整され
る。

この発明の有利な実施態様においては、磁化可能な２個
のベアリング折半部を備えたマグネットベアリングを介
して軸を縦方向に軸支させるとともに、該ベアリング折
半部の少なくとも一方の磁化程度が調節自在とされる。

このような措置は、実際の回転状態に応じて簡単かつ迅
速に、しかも遠隔からコントロール自在な電気方式で縦
方向の引きまたは押し圧力を軸に作用させることが可能
となるので有利である。

この発明の他の実施態様においては、軸のラジアルイン
ペラーとは反対側の軸端をピストンのように密にガイド
させ、かつ該軸端の下面に、大きさが調節自在な圧力を
圧縮ガス源を用いて作用させる。

このような措置によれば、広範囲に調節自在な縦方向の
力を軸に作用させることが可能となるので有利である。

上述したさまざまな特徴は、ここに示された組み合わせ
以外の他の組み合わせあるいはそれぞれ単独でも、この
発明の枠内から逸脱することなく適用可能なものである
。

また、ガストランスポート方式のレーザーへの前述の適
用例は、単に一つの例に過ぎないこと、そしてこの発明
に基づくブローワーが、大量のガスを圧送する工業生産
プロセス等、他のさまざまな応用分野にも適用可能なも
のであることは明らかである。

次にこの発明を、実施例の図を参照して更に詳細に説明
する。

［実施例コ 図はこの発明に基づくブローワーの実施例を示すもので
、ブローワー全体が１０で示されており、これはガス圧
送部分１１と駆動部分１２とに大別される。

ガス圧送部分１１にはガスの圧送と誘導とに必要なすべ
てのものが包含されていて、上部境界壁１３と下部境界
壁１４との中間に誘導兼分離要素１５が設けられ、この
要素同士の中間が連結区間として空けられ、その中にラ
ジアルインペラー１６が配置されている。またこの誘導
兼分離要素１５の表面の輪郭は、ラジアルインペラー１
６の表面輪郭にマツチしたものとされている。

上記のように構成されたガス圧送部１１には、図中、矢
印１９の方向にガス、例えば天然ガス混合気が流される
上部ガス流路１８と、矢印２１の方向にガスが流される
下部ガス流路２０も包含され、１８および２０の両流路
は、図中、２２で示されているようなガイド要素の領域
内で合流する。

この実施例のブローワー１０を例えば大出力レーザーに
使用する場合、上部ガス流路１８をレーザーの励起区間
とする一方、循環ガス冷却用の１個または複数の熱交換
器を下部ガス流路２０の途中に配置すると有利である。

ここに描かれている矢印１９．２１の方向は、当然のこ
とながら、ラジアルインペラー１６のブレードの設計上
の都合に適応してこれとは反対の向きであっても差支え
ない。しかしここに示されているガストランスポート方
式のレーザーへの応用例は、単に一つの例として図示さ
れているに過ぎず、この発明がこの応用例に限定される
ものではないことをここでもう一度強調して置きたい。

駆動部１２の主体はケーシング３０内に収容され、下部
境界壁１４と一体またはこれにボールド結合されたリン
グフランジに該ケーシングの上縁が連接する。

このリングフランジのセンターに位置した開口部３２を
貫いて軸３３が突出し、これにラジアルインペラー１６
が固定装着されている。

軸３３は、上部ラジアルベアリング３４と下部ラジアル
ベアリング３５で保持され、その下側の軸端に、ケーシ
ング３０に対する弾性的支持機構が設けられている。

しかし、上述の「上」および「下」の表現は、ここに例
示した図における表現に過ぎないものであり、この発明
に基づくブローワーを、この発明から逸脱することなく
水平または下向き配置とすることが当然可能であること
を、ここで強調して置きたい。

軸３３には回転子巻線３７が装備され、これがラジアル
ベアリング３４と３５との中間に位置する。この巻線３
７は、ケーシング３０に配置された固定子巻線３８に対
向する。適当した電圧、周波数、特に可変周波数を生成
する電源がこの固定子巻線３８に接続される。この電源
の代表的な出力は１ないし５０ｋｗで、周波数が７００
から３゜０００Ｈｚの間、可調整なものである。

ラジアルインペラー１６は、その下面１２５に軸方向の
突出部８５を備え、その形状がケーシング３０のこれに
対応した凹部８６に整合したものとされ、この両者８５
と８６との間に環状の狭いギャップ８７が形成されてい
る。

軸３３は、そのラジアルインペラー１６に隣接した領域
に上部フィッシュボーン空気ベアリング９０を備えてい
るが、このベアリングそれ自体は公知の様式で、縦方向
に離れた二つの領域にそれぞれ斜めの条溝が設けられて
いる。そしてギャップ８７と開口部３２との間の移行部
の角を起点とした第１流路９１が、該上部ベアリング９
０を迂回したあと、軸３３の軸線に平行して走り、最後
に第２ドライブギヤツプ５０＊に開口する。

軸３３の下端にも上部フィッシュボーン空気ベアリング
９０と同様に構成された下部フィッシュボーン空気ベア
リング９２が設けられている。この下部空気ベアリング
９２はケーシング３０の縦穴９３の中に位置する。そし
て途中に絞り部９５が設けられた第２流路９４が該下部
空気ベアリング９２を迂回しながら、第３ドライブギヤ
ツプ５１から縦方向下向きに延び、その途中で第４ドラ
イブギヤツプ５２への流路９６が分岐されている。

そして該分岐点から更に下に延びて第２圧縮空気ポンプ
９７に連結される。また第２ドライブギヤツプ５０＊か
らの排気路９８が可調整スロットル９９を経由して大気
中に開口する。ただしここでいう「空気」とは、この場
合、任意のガスまたは混合気と解釈してもよい。

縦穴９３は袋穴として形成され、その底部に、リード線
１０６を経由して端子１０７に接続された電磁石１０５
が装備される。そしてこの電磁石１０５の磁極に対向し
て軸３３の下端の磁化ゾーン１０８が位置する。

次にこの装置の動作を説明する。

ラジアルインペラ−１６下面１２５の渦形条溝１２６は
、軸３３が適当した回転数に達した時、二通りの働きを
する。その一つが、ラジアルインペラー１６を伴った軸
１６のスラストベアリングとしての機能であり、他の一
つがラジアルベアリングとして機能するフィッシュボー
ン空気ベアリング９０と９２とに対するポンプとしての
機能である。

この発明の実用的実施例においては、渦形溝１２６で構
成された渦形条溝スラストベアリングによってポンプ室
４７の例えば１００ミリバールの圧力が２倍に高められ
る結果、該ベアリングの担持力も２倍になる。

第２圧縮空気ポンプ９７が設けられていない場合には、
渦形溝１２６で構成されたポンプから空気が第１および
第２流路９１と９４とを経由して下部フィッシュボーン
空気ベアリング９２へも供給される。

縦穴９３内に挿入された軸３３の下端部はポンプのピス
トンのような働きをする。

従ってこの発明の他の実施態様においては、第２圧縮空
気ポンプを連結して第４ドライブギヤツプ５２を圧力で
コントロールすることにより、軸３３の縦方向荷重が加
減されるが、これはブローワ−１０の起動あるいは停止
に際して特に有意義なことである。

ここで、ラジアルインペラー１６が装着された軸３３に
は運転中、軸方向に三つの主たる力が作用することに注
目しなければならない。

その一つがラジアルインペラー１６に上向きに作用する
吸引力である。また渦形溝１２６で構成されたスラスト
ベアリングの力も軸方向上向きに作用する。そして下向
きに作用する重力が３番目の力である。

回転数が零の時には重力だけしか作用しない。

しかしラジアルインペラー１６が装着された軸３３は、
比較的低い回転数においても上向きに作用するスラスト
ベアリング力と吸引力とによって持ち上げられ、回転数
が上昇するにつれてこれら二つの力が益々優勢になる。

従って高速回転時には下向きの力を追加したり、あるい
は最低速回転時には上向きに作用するが高速回転時には
消滅する力を用意する必要がある。

この対策の一つが、低速回転時にスロットル９９で流ｎ
を加減しながら第２圧縮空気ポンプ９７から過圧を第４
ドライブギヤツプ５２に印加する方式で、この場合、可
調整スロットル９９を用いて流量を予め設定して置くと
よい。

しかしこの発明の他の実施態様においては、電磁石１０
５と、軸３３の下端の磁化ゾーン１０８とを組み合わせ
て機能させるという対策も可能である。

この電磁石１０５を励磁巻線を備えた永久磁石として構
成することにより、永久磁石の力を減殺可能とする。そ
して永久磁石と磁化ゾーン１０８それぞれの極性を、軸
３３の下端が永久磁石に引きつけられるように選定する
。

軸３３が停止状態ならびに低速回転状態にあるときには
磁石の巻線に通電して永久磁石の力を相殺させる。その
結果、低速回転時には軸に下向きの力が追加されなくな
る。そして回転数が上昇したら巻線電流をカットし、永
久磁石と磁化ゾーン１０８との間の引力で軸３３を下方
に引っ張ることにより、スラストベアリング力と吸引力
とを補償させる。

［発明の効果］ 既述したように、この発明に基づくブローワーは、特に
大出力レーザーに適当しかつ適用されている。

そしてこの発明によれば、例えば７５％窒素、２５％ヘ
リウムの圧力が約１００ないし１５０ミリバールの混合
ガスを用いたレーザーの運転が可能である。ラジアルイ
ンペラーの直径を５０ないし５００ミリメーターとし、
回転数毎分２０，０００回転以上、駆動容量１ないし５
０ｋｗのとき、毎時８００ないし２０，０００立方メー
ターのガスが圧送可能で、このときベアリングならびに
潤滑系統の圧力をレーザーガス圧力より最大１０バール
高（設定可能である。

この発明によれば、上記の出力範囲において速やかに上
記の圧送足を得るための上記の駆動容量におけるクイッ
クスタートを確実に実現させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例で、空気ベアリングを備えたブロ
ーワー駆動機構の詳細を示したものである。 １０・・・ブローワー １１・・・ガス圧送部 １２・・・駆動部 １６・・・ラジアルインペラー ３３・・・軸 ３４．３５・・・空気ベアリング １０５・・・磁　石

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガス圧送部分（１１）と駆動部分（１２）とを備え
   、ガス圧送部分（１１）が、該部分の２組のガス流路（
   １８、２０）の中間の連結区間に配置されたラジアルイ
   ンペラー（１６）を有し、また駆動部分（１２）が、ラ
   ジアルインペラー（１６）を高速駆動するための縦軸（
   ３３）を有し、該軸（３３）が、ラジアルインペラー（
   １６）の下側に配置された渦形条溝スラストベアリング
   （８５、１２６）に軸支されるとともに、低速回転時に
   駆動部分（１２）の重力に対抗する力を軸（３３）に作
   用させるための手段も設けられている、ガストランスポ
   ート方式の大出力レーザーを主たる対象とした大量ガス
   循環用ブローワーにおいて、 縦方向を指向しかつ軸（３３）の縦方向のずれに伴って
   それ自体が変化する力の作用によって軸（３３）を縦方
   向に弾性的に支持するとともに、高速回転時に下向きに
   作用しかつ回転数と共に連続的に増大する力を軸（３３
   ）に作用させることを特徴とする大出力レーザーを主た
   る対象とした大量ガス循環用のブローワー。 ２）軸（３３）を、２個の磁化可能なベアリング折半部
   を備えたマグネットベアリング（１０５、１０８）を介
   して縦方向に支持するとともに、該ベアリング折半部の
   少なくとも一方の磁化を調節自在としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のブローワー。 ３）軸（３３）のラジアルインペラー（１６）とは反対
   側の軸端を、ピストンのように密にガイドし、かつ該軸
   端面に圧縮ガス源（９７）を介して調節自在な大きさの
   圧力を自在に印加可能としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載のブローワー。