JP2002535570A - 円周方向と半径方向の剛性が変化するフォイルスラスト軸受 - Google Patents
円周方向と半径方向の剛性が変化するフォイルスラスト軸受Info
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- 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
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- F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
- F16C27/02—Sliding-contact bearings
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- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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Abstract
(57)【要約】
スラスト羽根車とスラスト板を有する改良されたフォイルスラスト軸受はスラスト板に隣接された下側スプリング要素を含む。下側スプリング要素は一実施形態では交互に配した複数の第1開口とスプリング部を有し、少なくとも各スプリング部は周期的形状を有し、先行端部と後方端部とを備える。周期的形状は先行端部と後方端部との間で変化する複数のピッチで区画される。同じく周期的形状を区画するのは先行端部と後方端部との間で長手方向に変化する複数の周期的要素である。スラスト軸受円板が下バネ要素とスラスト羽根車との間に位置する。この円板は段付形状を円板に提供する複数の変位領域を備える。これらの変位領域は下側スプリングの各第1開口の複数の円周位置に整合する。
Description
【0001】 (背景技術) 本発明は一般に軸受に関し、特にフォイルスラスト軸受に関する。
【0002】 軸受流体としての周囲空気の入手容易性は流体軸受を特に高速回転機械用とし
て興味深いものとする。応用範囲には例えばターボ同期発電機とターボ圧縮機が
含まれる。
て興味深いものとする。応用範囲には例えばターボ同期発電機とターボ圧縮機が
含まれる。
【0003】 流体軸受は一般に二つの相対的に可動の要素(即ち軸受と羽根車)を備える。
軸受と羽根車の間の所定間隔は空気のような流体で充填される。間隔内に置かれ
たフォイル(または従順な材料の薄いシート)は隣接軸受面間の流体力学的膜力
により偏向される。フォイルは流体軸受の流体力学的特性を強めると共に、通常
の軸受破損が生じ得る極端な負荷状態での動作をも改善する。従ってフォイルは
相対的に可動の要素の便宜的偏心率の付加的な利点をもたらすと共にクッション
および緩衝効果を提供する。
軸受と羽根車の間の所定間隔は空気のような流体で充填される。間隔内に置かれ
たフォイル(または従順な材料の薄いシート)は隣接軸受面間の流体力学的膜力
により偏向される。フォイルは流体軸受の流体力学的特性を強めると共に、通常
の軸受破損が生じ得る極端な負荷状態での動作をも改善する。従ってフォイルは
相対的に可動の要素の便宜的偏心率の付加的な利点をもたらすと共にクッション
および緩衝効果を提供する。
【0004】 可動軸受要素間にフォイルを適切に位置させるためには、通常個々に間隔を置
いた複数のフォイルをフォイル軸受ディスク上に取り付け、ディスクを軸受要素
の一方の上に位置させる。他に通常行なわれることは、別個の柔順な剛化要素あ
るいはバネをフォイルの下に設けて必要な柔順性を供給することである。代表的
なフォイルスラスト軸受の諸例が米国特許第5,547,286号、第4,87
1,267号、第4,682,900号、第4,668,106号、第4,62
4,583号、第4,621,930号、第4,597,677号、第4,45
9,047号、第4,331,365号、第4,315,359号、第4,30
0,806号、第4,277,113号、第4,277,111号、第4,24
7,155号に示されている。
いた複数のフォイルをフォイル軸受ディスク上に取り付け、ディスクを軸受要素
の一方の上に位置させる。他に通常行なわれることは、別個の柔順な剛化要素あ
るいはバネをフォイルの下に設けて必要な柔順性を供給することである。代表的
なフォイルスラスト軸受の諸例が米国特許第5,547,286号、第4,87
1,267号、第4,682,900号、第4,668,106号、第4,62
4,583号、第4,621,930号、第4,597,677号、第4,45
9,047号、第4,331,365号、第4,315,359号、第4,30
0,806号、第4,277,113号、第4,277,111号、第4,24
7,155号に示されている。
【0005】 上述の設計特性を包含するにも拘わらず、フォイルスラスト軸受の負荷容量は
未だに、軸受と羽根車との間に作られた流体膜が与える圧力との軸受の柔順性に
依存する。スラスト軸受に対する圧力特性は変化するし、また最大負荷容量と組
み合わされた最適な圧力特性と付帯的な流体膜厚を適合させるためには、スラス
ト軸受は圧力特性に類似して剛性が変化するように設計することが望まれる。
未だに、軸受と羽根車との間に作られた流体膜が与える圧力との軸受の柔順性に
依存する。スラスト軸受に対する圧力特性は変化するし、また最大負荷容量と組
み合わされた最適な圧力特性と付帯的な流体膜厚を適合させるためには、スラス
ト軸受は圧力特性に類似して剛性が変化するように設計することが望まれる。
【0006】 昨今のフォイルスラスト軸受は負荷容量が限定される。この限定は圧力特性と
その負荷容量への影響の変動への限定的な評価のみを表わすバネ設計に由来する
。あるバネ設計では半径方向に変化する剛性を得ようとする。半径方向に変化す
る剛性の設計の例は米国特許第5,110,220号、第4,668,106号
、第4,277,112号に示される。しかしながらこれらはバネの支持点を越
える過剰なパッドの偏向のために負荷容量を限定し勝ちである。
その負荷容量への影響の変動への限定的な評価のみを表わすバネ設計に由来する
。あるバネ設計では半径方向に変化する剛性を得ようとする。半径方向に変化す
る剛性の設計の例は米国特許第5,110,220号、第4,668,106号
、第4,277,112号に示される。しかしながらこれらはバネの支持点を越
える過剰なパッドの偏向のために負荷容量を限定し勝ちである。
【0007】 上述のバネ設計の限定と取り組みために、米国特許第5,248,205号は
波形形状を有する複数組のアーチ形バネを提供する。それぞれのバネには方形の
スロットが設けられ、その数、寸法、位置は変更される。このような変更はバネ
の半径方向と円周方向の双方を変化させることを企図する。しかしながらこのよ
うな変更を伴うスロットを必要とすることは、バネの作製を煩雑にする。
波形形状を有する複数組のアーチ形バネを提供する。それぞれのバネには方形の
スロットが設けられ、その数、寸法、位置は変更される。このような変更はバネ
の半径方向と円周方向の双方を変化させることを企図する。しかしながらこのよ
うな変更を伴うスロットを必要とすることは、バネの作製を煩雑にする。
【0008】 フォイルスラスト軸受のバネの半径方向と円周方向の双方の剛性を変化させる
他の試みが米国特許第5,318,366号に見られる。そこでは複数の波形バ
ネが組みで備えられる。いずれの組においてもバネはフォイルの外縁に向けて幅
を増加する。そして各組の各バネはフォイルの先端縁に向けて幅が減少する。し
かしながらバネの各組毎の、そして個々のバネ毎の形状変更は製造を煩雑とする
。
他の試みが米国特許第5,318,366号に見られる。そこでは複数の波形バ
ネが組みで備えられる。いずれの組においてもバネはフォイルの外縁に向けて幅
を増加する。そして各組の各バネはフォイルの先端縁に向けて幅が減少する。し
かしながらバネの各組毎の、そして個々のバネ毎の形状変更は製造を煩雑とする
。
【0009】 理解されるように改善されたフォイルスラスト軸受を提供する必要がある。特
に円周方向と半径方向またはいずれか一方のみの剛性変化を許すフォイルスラス
ト軸受が必要とされる。更には軸受が生じる流体膜圧の変化に相関し得る円周方
向剛性を許容する改善されたフォイルスラスト軸受も必要とされる。他の需要は
昨今の技術と比較すれば少ない製造工程で製造され、しかも剛性の変化する下バ
ネ要素付きフォイルスラスト軸受にある。
に円周方向と半径方向またはいずれか一方のみの剛性変化を許すフォイルスラス
ト軸受が必要とされる。更には軸受が生じる流体膜圧の変化に相関し得る円周方
向剛性を許容する改善されたフォイルスラスト軸受も必要とされる。他の需要は
昨今の技術と比較すれば少ない製造工程で製造され、しかも剛性の変化する下バ
ネ要素付きフォイルスラスト軸受にある。
【0010】 (発明の開示) スラスト羽根車とスラスト軸受ディスクを有する改良されたフォイルスラスト
軸受において、本発明は動作的に軸受ディスクと連係し、且つ周期的形状を有す
る少なくとも一つのスプリング部を具備し、スプリング部は先端縁部と後端縁部
を備え、周期的形状は先端縁部と後端縁部との間で寸法が変わる複数のピッチで
区画される下側スプリング要素を提供する。
軸受において、本発明は動作的に軸受ディスクと連係し、且つ周期的形状を有す
る少なくとも一つのスプリング部を具備し、スプリング部は先端縁部と後端縁部
を備え、周期的形状は先端縁部と後端縁部との間で寸法が変わる複数のピッチで
区画される下側スプリング要素を提供する。
【0011】 またスラスト羽根車とスラスト軸受ディスクとを有する改良されたフォイルス
ラスト軸受において、本発明はディスクと動作的に連係し、且つ周期的形状を有
する少なくとも一つのスプリング部を具備し、スプリング部は先端縁部と後端縁
部とを備え、周期的形状は先端縁部と後端縁部との間で長手方向が変化する複数
の周期要素により区画される下側スプリング要素を提供する。
ラスト軸受において、本発明はディスクと動作的に連係し、且つ周期的形状を有
する少なくとも一つのスプリング部を具備し、スプリング部は先端縁部と後端縁
部とを備え、周期的形状は先端縁部と後端縁部との間で長手方向が変化する複数
の周期要素により区画される下側スプリング要素を提供する。
【0012】 本発明のこれらの、また他の特徴、形態と利点は下記の図面、説明および請求
の範囲を参照すれば更に理解される。
の範囲を参照すれば更に理解される。
【0013】 (発明を実施するための最良の形態) 図1には本発明の一実施形態によるフォイルスラスト軸受10が示されている
。フォイルスラスト軸受10は概してスラストランナー11、スラスト軸受ディ
スク14、下バネ材若しくはスラスト軸受スティフナー22並びにスラスト板2
8を含む構成体を備える。この構成体は典型的にはニッケル基材の合金で形成さ
れる。フォイルスラスト軸受10に対する種々の出願が本発明の技術範囲内にあ
るが、フォイルスラスト軸受10はタービン交流発電機およびタービンコンプレ
ッサのような高速回転機械の特別な利点を持つことに留意する。
。フォイルスラスト軸受10は概してスラストランナー11、スラスト軸受ディ
スク14、下バネ材若しくはスラスト軸受スティフナー22並びにスラスト板2
8を含む構成体を備える。この構成体は典型的にはニッケル基材の合金で形成さ
れる。フォイルスラスト軸受10に対する種々の出願が本発明の技術範囲内にあ
るが、フォイルスラスト軸受10はタービン交流発電機およびタービンコンプレ
ッサのような高速回転機械の特別な利点を持つことに留意する。
【0014】 本発明の第1の実施形態を特に詳述するに、図1に示すようにスラストランナ
ー11は回転軸12に連結され、図1に示される矢示方向にスラストランナー1
1が回転される。ランナー11にはランナー面13が含まれ、ランナー面13は
スラスト板28の軸受面15に対面される。スラストランナー11とスラスト板
28との間にスラスト軸受ディスク14が配設される。
ー11は回転軸12に連結され、図1に示される矢示方向にスラストランナー1
1が回転される。ランナー11にはランナー面13が含まれ、ランナー面13は
スラスト板28の軸受面15に対面される。スラストランナー11とスラスト板
28との間にスラスト軸受ディスク14が配設される。
【0015】 本発明の図示の実施形態は図2を併照するにスラスト軸受ディスク14は米国
特許第4,624,583号明細書に示される態様のものである。スラスト軸受
ディスク14は環状に形成され、多数の軸受パッド若しくはフォイル16を具備
する。パッド16はフォイルスラスト軸受10の構成体が互いに連係されるとき
、ランナー面13に対し対向若しくは対面される。図2に示されるように各パッ
ド16は実質的に形状が環状の扇形をなしているが、台形のような別の形状にも
し得る。パッド16はランナー面13に対面するスラスト軸受ディスク14の全
面に亙って円周方向に配設される。従って各パッド16はスラストランナー11
が図1に示される方向に回転するとき、先行端部17および後方端部19を持つ
。パッド16を含むこの実施形態においては円周方向に互いに実質的に等距離を
置いて配列されるが、独特の空間を使用して本発明が想起される。更に図2に示
すように10個のパッド16が使用され得るが、本発明においては10個のパッ
ド16を増減して構成できる。
特許第4,624,583号明細書に示される態様のものである。スラスト軸受
ディスク14は環状に形成され、多数の軸受パッド若しくはフォイル16を具備
する。パッド16はフォイルスラスト軸受10の構成体が互いに連係されるとき
、ランナー面13に対し対向若しくは対面される。図2に示されるように各パッ
ド16は実質的に形状が環状の扇形をなしているが、台形のような別の形状にも
し得る。パッド16はランナー面13に対面するスラスト軸受ディスク14の全
面に亙って円周方向に配設される。従って各パッド16はスラストランナー11
が図1に示される方向に回転するとき、先行端部17および後方端部19を持つ
。パッド16を含むこの実施形態においては円周方向に互いに実質的に等距離を
置いて配列されるが、独特の空間を使用して本発明が想起される。更に図2に示
すように10個のパッド16が使用され得るが、本発明においては10個のパッ
ド16を増減して構成できる。
【0016】 パッド若しくはフォイル16は図2に示す如く多数のスロット18に交互に配
置される。従って本発明の独特の実施形態において一のパッド16はスロット1
8に交互に位置させる。スロット18の機能は流体例えば空気の流れを実質的に
非拘束することによってスラスト軸受ディスク14を流通させ、ランナー面13
と軸受面15との間に流体フィルムが形成される。特にこの実施形態においては
全スロット18がL字状の外形に作成する。且つ全スロットは米国特許第4,6
24,583号に示すように他の形態をとることもできる。更にスロット18は
同一の形状でなくとも良く、相互に異ならせても良い。加えてスロット18は全
く割愛してもよく、且つフォイルスラスト軸受10は受理される形態を提供でき
る。
置される。従って本発明の独特の実施形態において一のパッド16はスロット1
8に交互に位置させる。スロット18の機能は流体例えば空気の流れを実質的に
非拘束することによってスラスト軸受ディスク14を流通させ、ランナー面13
と軸受面15との間に流体フィルムが形成される。特にこの実施形態においては
全スロット18がL字状の外形に作成する。且つ全スロットは米国特許第4,6
24,583号に示すように他の形態をとることもできる。更にスロット18は
同一の形状でなくとも良く、相互に異ならせても良い。加えてスロット18は全
く割愛してもよく、且つフォイルスラスト軸受10は受理される形態を提供でき
る。
【0017】 図2および図4に示すように各スロット18に隣接させて、一対の伝達領域2
0が配置され、伝達領域20は隣接するパッド16間に段差の形態にされ、全ス
ラスト軸受ディスク14を超えて形成される。この種の形状は米国特許第4,6
24,583号に開示のものにしてもよい。この実施形態のスラスト軸受ディス
ク14には更に多数のノッチ21が含まれ、ノッチ21はスラスト軸受ディスク
14の外縁または周縁に沿って配置され、且つスロット18が隣接される。ノッ
チ21は多数のノッチ30と整合され、ノッチ30は以下で詳述するように下側
スプリング材22に設けられ、且つ下側スプリング材22に対しスラスト軸受デ
ィスク14の回転が固定される。またスラスト軸受ディスク14は多数のホール
34を具備しており、ホール34はハウジングスラスト板または軸受ハウジング
(図示せず)に対しスラスト軸受ディスク14を保持するようにピンを受容する
。
0が配置され、伝達領域20は隣接するパッド16間に段差の形態にされ、全ス
ラスト軸受ディスク14を超えて形成される。この種の形状は米国特許第4,6
24,583号に開示のものにしてもよい。この実施形態のスラスト軸受ディス
ク14には更に多数のノッチ21が含まれ、ノッチ21はスラスト軸受ディスク
14の外縁または周縁に沿って配置され、且つスロット18が隣接される。ノッ
チ21は多数のノッチ30と整合され、ノッチ30は以下で詳述するように下側
スプリング材22に設けられ、且つ下側スプリング材22に対しスラスト軸受デ
ィスク14の回転が固定される。またスラスト軸受ディスク14は多数のホール
34を具備しており、ホール34はハウジングスラスト板または軸受ハウジング
(図示せず)に対しスラスト軸受ディスク14を保持するようにピンを受容する
。
【0018】 図2に示すようにスラスト軸受ディスク14は下側スプリング若しくはスラス
ト軸受スティフェナー即ち下側スプリング22に連係され、図3に示すようによ
り詳細には下側スプリングに連係される。下側スプリング22は実質的に外形が
適合され、スラスト軸受ディスク14の外寸が適合するように形成される。この
実施形態において下側スプリング22が多数のスプリング部分23が具備され、
各スプリング部23がパッド16の存在下で配設される。図3に示すようにスプ
リング部23は実質的に同一の形態並びに寸法にし、且つ計画観点から平行四辺
形の形態にもできる。上述のように形成されるにかかわらず、本発明に対する期
待にはスプリング部23の全てが同一の外形および寸法にする要はない。独特の
形状にもかかわらず、各スプリング部23は先行端部24と後方端部25が具備
されており、ランナー11の回転方向に寄り決定される。スプリング部23の一
の先行端部24および後方端部25の周方向の位置決めは、スプリング部23に
持たせるパッド16の先行端部17および後方端部19の位置決めが実質的に同
一になるように構成される。更に相互に異なる領域が用いられ得るが、本発明に
よる実施形態ではスプリング部23を有しており、スプリング部23は互いに周
方向の位置が実質的に同じになるように設けられる。
ト軸受スティフェナー即ち下側スプリング22に連係され、図3に示すようによ
り詳細には下側スプリングに連係される。下側スプリング22は実質的に外形が
適合され、スラスト軸受ディスク14の外寸が適合するように形成される。この
実施形態において下側スプリング22が多数のスプリング部分23が具備され、
各スプリング部23がパッド16の存在下で配設される。図3に示すようにスプ
リング部23は実質的に同一の形態並びに寸法にし、且つ計画観点から平行四辺
形の形態にもできる。上述のように形成されるにかかわらず、本発明に対する期
待にはスプリング部23の全てが同一の外形および寸法にする要はない。独特の
形状にもかかわらず、各スプリング部23は先行端部24と後方端部25が具備
されており、ランナー11の回転方向に寄り決定される。スプリング部23の一
の先行端部24および後方端部25の周方向の位置決めは、スプリング部23に
持たせるパッド16の先行端部17および後方端部19の位置決めが実質的に同
一になるように構成される。更に相互に異なる領域が用いられ得るが、本発明に
よる実施形態ではスプリング部23を有しており、スプリング部23は互いに周
方向の位置が実質的に同じになるように設けられる。
【0019】 スプリング部23の好適な構成は良好に示されるように断面形状で図4に示さ
れる。図4に断面形状で波形に示されるが、他の断面形状で示すこともできる。
反復形状では多数の変化するピッチP1、P2が開示される。一般に且つ下述す
るようにピッチは変化する流体フイルム圧力を相関関係を待たせるべく寸法を変
え、ランナー面13および軸受面15の間を展開させる。特に一のスプリング部
23におけるピッチが先行端部24から後方端部25において増加する。更に特
に各スプリング部23において周方向の中央点を有し、また換言すれば先行端部
24および後方端部25間の中央点を有し、ピッチの寸法は先行端部24と実質
的に中央点との間から段部の形態で減少する。中央点からピッチは同一の後方端
部25に対し寸法が決まる。
れる。図4に断面形状で波形に示されるが、他の断面形状で示すこともできる。
反復形状では多数の変化するピッチP1、P2が開示される。一般に且つ下述す
るようにピッチは変化する流体フイルム圧力を相関関係を待たせるべく寸法を変
え、ランナー面13および軸受面15の間を展開させる。特に一のスプリング部
23におけるピッチが先行端部24から後方端部25において増加する。更に特
に各スプリング部23において周方向の中央点を有し、また換言すれば先行端部
24および後方端部25間の中央点を有し、ピッチの寸法は先行端部24と実質
的に中央点との間から段部の形態で減少する。中央点からピッチは同一の後方端
部25に対し寸法が決まる。
【0020】 図4に明らかに示すように単一のスプリング部23に対するピッチ寸法が低減
される。周方向の中央点は指定の「M」である。種々のピッチはP3=P4=P
5でP1〉P2〉P3となるよう寸法および距離を決める。上述のようにピッチ
は種々の相関関係にされて変化され、流体フィルム圧力が変わる。この相関関係
は図5に示される基準により開示され得る。図5のスポットは現在の技術におい
てフォイルスラスト軸受に対し特徴に作用するよう示される。液体フィルムの厚
さはスラストランナーと軸受ディスクとのあいだで作動され、周方向の中央点に
沿って下側スプリングの先行端部からの厚さが良好に低減される。その後流体フ
ィルムの厚さが同一にされる。逆に典型的軸受において流体フィルム圧力は中央
点に沿い且つ同一に保持させるように先行端部から増大される。従って下側スプ
リング力に対抗する流体圧力との相関関係が持たせられ、概して周方向の中央点
に対し先行端部から流体圧力を増加し、その後スプリング力を実質的に同一にさ
れる。付与点でスプリングに力が与えられ、本発明において付与点が変えられる
。
される。周方向の中央点は指定の「M」である。種々のピッチはP3=P4=P
5でP1〉P2〉P3となるよう寸法および距離を決める。上述のようにピッチ
は種々の相関関係にされて変化され、流体フィルム圧力が変わる。この相関関係
は図5に示される基準により開示され得る。図5のスポットは現在の技術におい
てフォイルスラスト軸受に対し特徴に作用するよう示される。液体フィルムの厚
さはスラストランナーと軸受ディスクとのあいだで作動され、周方向の中央点に
沿って下側スプリングの先行端部からの厚さが良好に低減される。その後流体フ
ィルムの厚さが同一にされる。逆に典型的軸受において流体フィルム圧力は中央
点に沿い且つ同一に保持させるように先行端部から増大される。従って下側スプ
リング力に対抗する流体圧力との相関関係が持たせられ、概して周方向の中央点
に対し先行端部から流体圧力を増加し、その後スプリング力を実質的に同一にさ
れる。付与点でスプリングに力が与えられ、本発明において付与点が変えられる
。
【0021】 図3に再参照するに、下側スプリング材またはスラスト軸受スティフナー22
2が中央Cから開示され、放射ラインRは下側スプリングの外部あるいは周方向
端部に延出される。方向ラインDはスプリング部23に対する波形の長手方向軸
線に沿って延びる。本実施形態において方向ラインDが放射ラインRと交差する
。そのような交差の存在から下側スプリング22の実際の放射ラインに連係され
る。同時にスプリング部23は長手軸を有していてランナー11の移動方向に対
し直角をなす。直角の方向性は周方向に変わるように下側スプリング22が剛性
になり得る。
2が中央Cから開示され、放射ラインRは下側スプリングの外部あるいは周方向
端部に延出される。方向ラインDはスプリング部23に対する波形の長手方向軸
線に沿って延びる。本実施形態において方向ラインDが放射ラインRと交差する
。そのような交差の存在から下側スプリング22の実際の放射ラインに連係され
る。同時にスプリング部23は長手軸を有していてランナー11の移動方向に対
し直角をなす。直角の方向性は周方向に変わるように下側スプリング22が剛性
になり得る。
【0022】 下側スプリングまたはスティフナー22は更に多数の第1連結部材27が具備
され、第1連結部材27は隣接するスプリング部23間に物理的な連結を提供す
るように下側スプリング22の内縁部に沿って周方向に位置決めされる。一対の
第2連結部材35は各スプリング部23と下側スプリング22の外側または周方
向の端部領域との間に固定される。第2連結部材35は下側スプリング22の保
持部にスプリング部23を固定する部分が提供される。各対の第2連結部材35
の中間への配置は第2の開口29により行われ、スプリング部23が終端になる
ように領域を設定する。計4つの装着部材(例えば2連結部材27と別の2連結
部材35)は図3に示されるようにフォイルスラスト軸受10に対し方向付けし
てスプリング部23を保持する。一方2または3の装着部材は充分に再生して提
供できる。逆にスプリング部23は米国特許第5,498,082号明細書に開
示されるように別体板材を溶接することも考えられる。
され、第1連結部材27は隣接するスプリング部23間に物理的な連結を提供す
るように下側スプリング22の内縁部に沿って周方向に位置決めされる。一対の
第2連結部材35は各スプリング部23と下側スプリング22の外側または周方
向の端部領域との間に固定される。第2連結部材35は下側スプリング22の保
持部にスプリング部23を固定する部分が提供される。各対の第2連結部材35
の中間への配置は第2の開口29により行われ、スプリング部23が終端になる
ように領域を設定する。計4つの装着部材(例えば2連結部材27と別の2連結
部材35)は図3に示されるようにフォイルスラスト軸受10に対し方向付けし
てスプリング部23を保持する。一方2または3の装着部材は充分に再生して提
供できる。逆にスプリング部23は米国特許第5,498,082号明細書に開
示されるように別体板材を溶接することも考えられる。
【0023】 またスティフナー22は多数の第1の開口26を有しており、スプリング部2
3間に配置できる。この第1の開口部26は各スプリング部23間の物理的な空
所に配設できる。スラスト軸受ディスク14のように下側スプリング22は多数
のノッチ30を有し、これらのノッチ30は外側端部に沿って配置される。
3間に配置できる。この第1の開口部26は各スプリング部23間の物理的な空
所に配設できる。スラスト軸受ディスク14のように下側スプリング22は多数
のノッチ30を有し、これらのノッチ30は外側端部に沿って配置される。
【0024】 本発明の下側スプリング22の作成には、従来の方法が利用し得る。例えばス
プリング部23を含む下側スプリング22の大部分はスタンプで作成し得る。第
1と第2の開口26,31は光化学機械加工あるいは機械的押抜きで形成し得る
。しかしながら先行技術とは対照的に、本発明は製造工程の一部を削減すること
が理解されよう。例えば米国特許第5,248,205号における多数寸法の多
数の開口の作成には、比較的多数の工程が必要である。他方本発明の下側スプリ
ング22は比較的少数の工程で作成し得る比較的少数の異なる開口を有する。
プリング部23を含む下側スプリング22の大部分はスタンプで作成し得る。第
1と第2の開口26,31は光化学機械加工あるいは機械的押抜きで形成し得る
。しかしながら先行技術とは対照的に、本発明は製造工程の一部を削減すること
が理解されよう。例えば米国特許第5,248,205号における多数寸法の多
数の開口の作成には、比較的多数の工程が必要である。他方本発明の下側スプリ
ング22は比較的少数の工程で作成し得る比較的少数の異なる開口を有する。
【0025】 フォイルスラスト軸受10の動作時には軸12が回転し、羽根車11も同様に
回転する。羽根車11の回転で流体フィルムがランナー面13と軸受面15との
間に立ち上がる。パッドあるいはフォイル16の各々について、流体フィルム圧
が先行端部19から後方端部17まで増加する。同時にスプリング部23の各々
がそれらのフォイル16のそれぞれに負荷支持を提供する。特にスプリング部2
3は円周方向に変化するスプリング剛性を有することによって、変化する支持を
提供する。円周方向における付加的な変化は半径線Rに対する方向Dを変えるこ
とによって得られる。代表的設計では内径から外径まで増加する剛性を有する。
この変化する剛性のためにスプリング部23と、従ってフォイル16とが変化す
る流体圧特性に整合し得る。
回転する。羽根車11の回転で流体フィルムがランナー面13と軸受面15との
間に立ち上がる。パッドあるいはフォイル16の各々について、流体フィルム圧
が先行端部19から後方端部17まで増加する。同時にスプリング部23の各々
がそれらのフォイル16のそれぞれに負荷支持を提供する。特にスプリング部2
3は円周方向に変化するスプリング剛性を有することによって、変化する支持を
提供する。円周方向における付加的な変化は半径線Rに対する方向Dを変えるこ
とによって得られる。代表的設計では内径から外径まで増加する剛性を有する。
この変化する剛性のためにスプリング部23と、従ってフォイル16とが変化す
る流体圧特性に整合し得る。
【0026】 変化する円周方向剛性に加えて図3および図4に示す実施形態は変化する半径
方向剛性を提供する。半径方向変化は異なる半径位置での波形の数(即ち周期要
素)を変える複数の刻み目36によって達成される。図3で最も良く判るように
、刻み目36は一寸法の周期的要素から次の寸法の周期的要素までの無効の空間
を実質的に表わす。それによって方向Dの波形の長手方向長さが変化せしめられ
る。更に周期的要素は周期的要素群に形成され、各群は下側スプリング22の半
径の異なる位置のものとする。理解され得るようにいずれかの周期要素群の波形
の数を増やせば剛性を増すことになるが、いずれか一つの周期要素群の波形の数
を減らせば剛性は減ることになる。
方向剛性を提供する。半径方向変化は異なる半径位置での波形の数(即ち周期要
素)を変える複数の刻み目36によって達成される。図3で最も良く判るように
、刻み目36は一寸法の周期的要素から次の寸法の周期的要素までの無効の空間
を実質的に表わす。それによって方向Dの波形の長手方向長さが変化せしめられ
る。更に周期的要素は周期的要素群に形成され、各群は下側スプリング22の半
径の異なる位置のものとする。理解され得るようにいずれかの周期要素群の波形
の数を増やせば剛性を増すことになるが、いずれか一つの周期要素群の波形の数
を減らせば剛性は減ることになる。
【0027】 例として図3において各スプリング部23は2つの刻み目36を付して示され
る。しかしながら本発明は各スプリング部23の刻み目の数を同数とすることを
必要としないことが理解されよう。更に図3の実施形態は各スプリング部23に
刻み目36を示すが、スプリング部33の全てが刻み目36を有することを企図
しない。更に本発明は変化する半径方向剛性と変化する円周方向剛性を同時に備
えることを要せず、一種の剛性のみを備えるものでもよいことを企図する。
る。しかしながら本発明は各スプリング部23の刻み目の数を同数とすることを
必要としないことが理解されよう。更に図3の実施形態は各スプリング部23に
刻み目36を示すが、スプリング部33の全てが刻み目36を有することを企図
しない。更に本発明は変化する半径方向剛性と変化する円周方向剛性を同時に備
えることを要せず、一種の剛性のみを備えるものでもよいことを企図する。
【0028】 当業熟練者は本発明が改良されたフォイルスラスト軸受を、特に改良された下
側スプリングあるいはスラスト軸受剛性材を提供することが理解されよう。本発
明による改良されたフォイルスラスト軸受は所与の応用において最適化され得る
円周方向に可変の剛性を提供する。加えて本発明は半径方向に可変の剛性を提供
する。更に例えば各種寸法の開口を下側スプリングまたは剛化材の各スプリング
部に作成する多数の製造工程の必要性を削除した製造方法によって円周方向可変
剛性を提供する。また本発明はフォイルスラスト軸受の全製造コストを低減し得
る軸受ディスクと下側スプリングの改良された組合せを提供する一方、円周方向
と半径方向に可変の手段を提供する。
側スプリングあるいはスラスト軸受剛性材を提供することが理解されよう。本発
明による改良されたフォイルスラスト軸受は所与の応用において最適化され得る
円周方向に可変の剛性を提供する。加えて本発明は半径方向に可変の剛性を提供
する。更に例えば各種寸法の開口を下側スプリングまたは剛化材の各スプリング
部に作成する多数の製造工程の必要性を削除した製造方法によって円周方向可変
剛性を提供する。また本発明はフォイルスラスト軸受の全製造コストを低減し得
る軸受ディスクと下側スプリングの改良された組合せを提供する一方、円周方向
と半径方向に可変の手段を提供する。
【0029】 言うまでもなく上記は発明の望ましい実施形態に関するものであり、下記の請
求の範囲に述べる発明の精神と範囲を逸脱することなく変更が可能であることを
理解されたい。
求の範囲に述べる発明の精神と範囲を逸脱することなく変更が可能であることを
理解されたい。
【図1】 図1は本発明の一実施形態におけるフォイルスラスト軸受の分解図である。
【図2】 図2は図1に示すフォイルスラスト軸受に用い得るスラスト軸受ディスクの平
面図である。
面図である。
【図3】 図3は図2に示す軸受ディスクと動作的に連係する下側スプリング要素の平面
図である。
図である。
【図4】 図4は図1の4−4線に沿うフォイルスラスト軸受の断面図である。
【図5】 図5は図1に示すフォイルスラスト軸受における流体膜厚と圧力対円周方向距
離のグラフである。
離のグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA, BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,C Z,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,GH ,GM,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ガンダーセン,エリツク スコツト アメリカ合衆国 カリフオルニア州 92845,ガーデン グロウブ,リツチモン ド アベニユー 5521 Fターム(参考) 3H022 AA02 BA06 CA15 DA19 3J011 AA04 AA11 BA06 3J012 AB01 AB12 BB02 CB05 DB04 EB08 FB01
Claims (10)
- 【請求項1】 スラスト羽根車とスラスト軸受ディスクを有する改良された
スラスト軸受において、スラスト軸受ディスクと動作的に連係し、且つ周期的形
状を有する少なくとも一つのスプリング部を備え、スプリング部は先端縁部と後
端縁部とを具備し、周期的形状は先端縁部と後端縁部との間で寸法が変わる複数
のピッチで区画される下側スプリングでなるフォイルスラスト軸受。 - 【請求項2】 複数のピッチは先端縁部から後端縁部に向って寸法を減少す
る請求項1のフォイルスラスト軸受。 - 【請求項3】 複数のピッチはスラスト軸受ディスクとスラスト羽根車との
間に生じ得る可変流体圧と相関関係を持たせて寸法を減少する請求項1のフォイ
ルスラスト軸受。 - 【請求項4】 複数のスプリング部を更に備える請求項1のフォイルスラス
ト軸受。 - 【請求項5】 複数のスプリング部内に位置させた複数の第1開口を更に備
える請求項4のフォイルスラスト軸受。 - 【請求項6】 スラスト羽根車とスラスト軸受ディスクを有するスラスト軸
受において、スラスト軸受ディスクと動作的に連係し、且つ周期的形状を有する
少なくとも一つのスプリング部を具備し、スプリング部は先行端部と後方端部と
を具備し、周期的形状が先行端部と後方端部の間において長手方向の寸法が変化
する複数の周期的要素によって区画される下側スプリング要素を備えるフォイル
スラスト軸受。 - 【請求項7】 スラスト羽根車とスラスト軸受ディスクとを有するスラスト
軸受において、スラスト軸受ディスクと動作的に連係し、且つ周期的形状を有す
る少なくとも一つのスプリング部を具備し、スプリング部が先行端部と後方端部
を具備し、周期的形状が先行端部から後方端部に向けて寸法を減少する複数のピ
ッチにより区画されてなる下側スプリングを備えるフォイルスラスト軸受。 - 【請求項8】 スラスト羽根車とスラスト軸受ディスクとを有するスラスト
軸受において、スラスト軸受ディスクと動作的に連係し、且つ波形形状を有する
複数のスプリング部を具備し、スプリング部は各々先行端部と後方端部とを具備
し、波形形状は長手方向長さにおいて変化する複数の周期要素並びにスラスト軸
受ディスクとスラスト羽根車との間に生じ得る可変流体圧と相関して寸法を変化
する複数のピッチによって区画される下側スプリング要素を備えるフォイルスラ
スト軸受。 - 【請求項9】 スラスト羽根車とスラスト板とを有するスラスト軸受におい
て、スラスト板に近接して配置されると共に、複数の交互に配される第1開口と
スプリング部とを備える下側スプリング要素であって、少なくとも一つのスプリ
ング部は周期的形状を有すると共に先行端部と後方端部を具備し、周期的形状は
下側スプリング要素の変化する半径の複数の周期的要素と先行端部および後方端
部の間で変化する複数のピッチとで区画されるものと、下側スプリング要素とス
ラスト羽根車との中間に位置されるスラスト軸受ディスクであって、スラスト軸
受ディスクの段形形状を提供する複数の変移領域を備え、変移領域は第1開口の
複数の円周位置とほぼ整合して位置されるものとでなるフォイルスラスト軸受。 - 【請求項10】 スラスト羽根車と、スラスト羽根車に対面するスラスト板
と、スラスト板と動作的に連係し且つ複数の交互に配される第1の開口とスプリ
ング部とを具備し、各スプリング部は波形形状を有すると共に先行端部と後方端
部とを備え、波形形状は先行端部から後方端部まで長さを増加する複数の周期的
要素と先行端部から実質的にスプリング部の各々の円周方向中央点まで減少する
が中央点から後方端部まではほぼ一定のピッチとによって区画されるものと、下
側スプリング要素と動作的に連係するスラスト軸受ディスクであって、ディスク
の段付形状を提供する複数の変移領域を有し、変移領域は第1開口の円周方向の
複数位置にほぼ整合して位置せしめられるものとよりなる回転機器用のフォイル
スラスト軸受。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/235,849 | 1999-01-22 | ||
US09/235,849 US6224263B1 (en) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | Foil thrust bearing with varying circumferential and radial stiffness |
PCT/US2000/001137 WO2000043686A1 (en) | 1999-01-22 | 2000-01-17 | Foil thrust bearing with varying circumferential and radial stiffness |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002535570A true JP2002535570A (ja) | 2002-10-22 |
Family
ID=22887157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000595068A Pending JP2002535570A (ja) | 1999-01-22 | 2000-01-17 | 円周方向と半径方向の剛性が変化するフォイルスラスト軸受 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6224263B1 (ja) |
EP (1) | EP1144880A1 (ja) |
JP (1) | JP2002535570A (ja) |
AU (1) | AU2508600A (ja) |
CA (1) | CA2360772A1 (ja) |
TW (1) | TW522205B (ja) |
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-
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