JPH1061660A - 流体フィルムスラストベアリングの倍力装置 - Google Patents

流体フィルムスラストベアリングの倍力装置

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JPH1061660A
JPH1061660A JP9159064A JP15906497A JPH1061660A JP H1061660 A JPH1061660 A JP H1061660A JP 9159064 A JP9159064 A JP 9159064A JP 15906497 A JP15906497 A JP 15906497A JP H1061660 A JPH1061660 A JP H1061660A
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bearing
thrust
hydrostatic
foil
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JP9159064A
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Robert W Bosley
ダブリュー．ボスレイ ロバート
Ronald F Miller
エフ．ミラー ロナルド
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Capstone Turbine Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボマシンのための両側コンプライアント
フォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングのスラ
スト荷重支持能力を静水圧的に増加する。 【解決手段】 両側コンプライアントフォイル動水圧流
体フィルムスラストベアリングの圧縮機側へ圧縮機から
の空気を分配し調整するために複数のチャンネルおよび
固定オリフィスをベアリングスラスト板に設ける。空気
は、ロータースラストディスクに衝突した後、ローター
スラストディスクの軸位置に応じた流れコンダクタンス
において調整される動水圧スラストベアリング要素から
成る複数の可変オリフィスを介してスラストベアリング
から出ていく。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコンプライアントフ
ォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングの一般的
分野に関し、特に両側コンプライアントフォイル動水圧
流体フィルムスラストベアリングの片側の荷重支持能力
を増加させるために流体圧を利用する改良されたシステ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】コンプライアントフォイル動水圧流体フ
ィルムスラストベアリングは現在、幅広い様々な高速ロ
ーターの応用品に使用されている。この型のスラストベ
アリングは一般的に両側スラストディスク回転素子、こ
の回転素子を軸方向に囲んでいる非回転コンプライアン
ト流体フォイル部材、及び流体フォイル部材を軸方向に
囲んでいる非回転コンプライアントスプリングフォイル
部材を有している。非回転スラスト板素子及び非回転ハ
ウジング素子が非回転フォイル部材のための付着物をそ
れぞれ軸方向に囲み、与えている。スラストベアリング
の片側の回転素子とスラスト板素子の間の空間およびス
ラストベアリングのもう一方のハウジング素子の回転素
子とスラスト面の間の空間はフォイル部材を包囲する流
体（通常は空気）で満たされている。
【０００３】両側スラストディスク回転素子の回転動作
は、この流体に粘性のある抵抗力を与え、回転素子の平
滑面と流体フォイル部材との間に流体の円状の流れを誘
導する。回転素子と流体フォイル部材との間の空間は複
数の楔形流体チャンネルに再分割され、それぞれ流体フ
ォイルパッドを有する。流体フォイルパッドの動水圧収
束ランプ（流体の円状の流れについての収束）及び回転
素子の平滑面は収束楔形チャンネルの２つの主要面を形
成する。流体フォイルパッドの発散ランプ及び回転素子
の平滑面は発散楔形チャンネルの主要面を形成する。収
束楔形チャンネルに沿って円状に流れる流体は、流れ断
面積の減少、円状の流れの速度の上昇、及び静水圧の増
加をたえず受けている。もし回転素子が非回転流体フォ
イル部材の方向に軸方向に動くのであれば、楔形チャン
ネルに沿っての流体圧力量が増大するのでチャンネルの
収束角は増加する。もし、回転素子が非回転流体フィル
ム部材から離れるように軸方向に動くのであれば、楔形
チャンネルに沿っての圧力量は減少する。このように、
楔形チャンネル内の流体は回転素子に、走行間隙ととも
に変化し、これを安定させ、またベアリングの回転およ
び非回転素子間の接触を防止する回復力を与える。フォ
イル部材の曲げやすべりは、ベアリングの回転素子の軸
方向あるいは逆転の動きのクーロンダンピングを起こす
ことになる。
【０００４】プレロードスプリング力あるいは引力の故
に、スラストベアリングの両側スラストディスク回転素
子は基本的に、停止時あるいは低回転時にベアリングの
流体フォイル部材と物理的に接触している。この物理的
接触は、ベアリングの磨耗を起こす。楔形チャンネルに
よって発生した流体動力によって回転及び非回転素子の
間の走行間隙が保証されるのは、回転速度がいわゆる離
陸及び着陸速度以上になる時のみである。
【０００５】ベアリングの離陸及び着陸速度より僅かに
早いターボマシンの速度では、スラストベアリング荷重
支持能力はターボマシンの速度の二乗近くまで上昇す
る。しかし、ターボマシンの速度がさらに上昇すると、
スラストベアリングの荷重支持能力は、ターボマシンの
速度の指数関数の下部の方となり、非常に早い速度にな
ると、スラスト荷重支持能力は速度に対しては全く増加
しなくなる。
【０００６】典型的なターボマシンにおける圧縮機ホイ
ールおよびタービンホイールによって空気学的に発生す
る正味の軸方向の力は、全ターボマシン速度において速
度の二乗で増加する。このように、基本的にコンプライ
アントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリング
は低速では容易にターボマシンのスラスト荷重を支える
ことができるが、高速では不可能である。
【０００７】多くのターボマシンにおいては、共通のシ
ャフトあるいはベアリングローターの両端にタービンホ
イール及び圧縮機ホイールをその背面と対向させて配置
している。ベアリングローターの圧縮機側端部には通
常、径方向に延在するローターフランジすなわちスラス
トディスクを有し、これは、ハウジングのスラスト面に
隣接している中央ハウジングの圧縮機側の端部の窪みに
延在している。上述のように、ベアリングスラスト板は
回転スラストディスクの反対端に位置している。
【０００８】ターボマシンが高速で操作される時、異な
る圧力及び軸方向の力が、ローターのタービン及び圧縮
機側の端部に発生し、ターボマシンの圧縮機側の端部に
向かって回転スラストディスクを付勢しようとする。こ
れは、圧縮機ホイールの速度が上昇し、圧縮機ホイール
の背圧が大気圧から圧縮機の全吐出圧の分圧へと増加す
るときに生ずる。
【０００９】例えば、もしターボマシンが２９ｐｓｉｇ
オーダーの圧縮機吐出圧力を有する時、圧縮機ホイール
の背面の背圧は８ｐｓｉｇのオーダーになるであろう。
例えば、もし、背面の面積が９．５平方インチであるな
らば、ターボマシンの圧縮機側端部方向に７６ポンドの
軸方向の力が発生し、ローターに作用するであろう。
【００１０】これを、６．６平方インチの正味背面積を
有する反対側のタービン背面（三角形）には、５ｐｓｉ
ｇほどの排出ガス圧力が加わり、ターボマシンのタービ
ン側端部には３３ポンドの軸方向の力が加わることと比
較すると、ベアリングのスラスト荷重がターボマシンの
圧縮機側に偏っていることが容易に判る。
【００１１】これは、タービン側のスラストベアリング
流体フォイルパッドより圧縮機側スラストベアリング流
体フォイルパッドに大きな荷重が掛かるというスラスト
ベアリングへの不均衡なスラスト荷重に結果する。いく
つかの場合、特に、停止時にスラストベアリング流体フ
ォイルパッドが本質的に荷重を受けない、すなわちスプ
リングフォイル部材による予備荷重をかけない最も改良
されたスラストベアリングにおいては、回転時には、圧
縮機側スラストベアリング流体フォイルパッドが荷重を
受ける唯一の側である。この場合、回転時には、タービ
ン側のスラストベアリング流体フォイルパッドは荷重を
受けないであろう。このような、異なる両側スラスト荷
重すなわちスラストベアリングの片方のみに荷重が加わ
ることによって、ベアリング流体フォイルパッドの摩滅
あるいは流体フォイルパッドの寿命の減少あるいは流体
フォイルパッドの破損が偏っておこる。既存のターボマ
シンは、この実際のスラストロードの補正のための手段
を有していない。
【００１２】従来技術の一例が、１９９３年５月１１に
特許された“コンパクト低温ターボポンプ”という題名
の米国特許第５，２０９，６５２号に記載されている。
この特許は、一つのアセンブル中に静水圧ベアリングと
動水圧ベアリングを組み合わせることを開示している。
しかし、静水圧及び動水圧機能は、実際上故意に分離さ
れていて、本発明にあるように、それらの間で動的相互
作用があるわけではない。動水圧ベアリング素子を伴う
静水圧の流体の流れをバルブ調節することは不可能であ
る。静水圧を調節するよう機能する２つの可変オリフィ
スは動水圧ベアリングから遠く離れている。そしてそれ
は液体に限られ、気体へ適用することはできない。その
特別の用途は、低温のターボポンプのための片側スラス
トベアリングである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明においては、両
側コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラス
トベアリング及びコンプライアントフォイル動水圧流体
フィルムジャーナルベアリングによって回転可能に支持
されている圧縮機からの空気を有する片側あるいは両側
コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラスト
ベアリングの静水圧を増加することによって、両側コン
プライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベア
リングの対向している側の異なった荷重が、削減あるい
は除去される。
【００１４】ベアリングロータースラストディスクの圧
縮機側に与えられたスラスト力は両側コンプライアント
フォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮
機側へ、あるいは、そこを通して導かれ、ベアリングロ
ータースラストディスクに力を直接与える圧縮機の吐き
出された空気によって部分的に支えられている。吐き出
された空気は、スラスト板の複数のチャンネル及び固定
オリフィスを介して両側コンプライアントフォイル動水
圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機側に分配さ
れる。固定オリフィスはまた、吐き出された空気がベア
リングロータースラストディスクまで通れるようにコン
プライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベア
リングの流体フォイル部材中に含まれている。流体フォ
イル部材とベアリングロータースラストディスクの間の
空気は、流体フォイル部材の外側及び内側の端部にある
流体フォイル部材及びベアリングロータースラストディ
スクの間の軸方向の間隙によって形成されている可変オ
リフィスを介して吐き出される。これらの環状の可変オ
リフィスのコンダクタンスはベアリングロータースラス
トディスクの軸位置によって調整される。流体フォイル
部材のスプリングフォイル側の吐き出された空気は、全
てのスプリングローター素子、流体フォイル部材及びベ
アリングロータースラスト板の間の全軸方向の間隙によ
って形成されている可変環状オリフィスを介して吐き出
される。これらの環状可変オリフィスのコンダクタンス
はスプリングフォイル部材のたわみによって調整され
る。圧縮機の空気は、両側コンプライアントフォイル動
水圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機側の可変
オリフィスを介して吐き出されると、タービン側の両側
コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラスト
ベアリングを迂回でき、ジャーナルベアリングカートリ
ッジを冷却するためのコンプライアントフォイル動水圧
流体フィルムジャーナルベアリングを介してあるいは内
側でフォイル及びジャーナルベアリングローターの周辺
に導かれる。溝及び／あるいはチャンネルは、これらの
面の冷却空気の流れを容易にするためにコンプライアン
トフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングカ
ートリッジ及び／あるいはジャーナルベアリングロータ
ー内に設けられている。吐き出された空気は、固定オリ
フィスとしてのコンプライアントフォイル動水圧流体フ
ィルムジャーナルベアリング及びジャーナルベアリング
ローター機能内を通過する。可変オリフィスの相互作
用、可変オリフィスからの固定オリフィスの上流及び下
流はベアリングロータースラストディスクの異なった圧
力及びここに適用される力を調整し、静水圧スラストベ
アリング機能を確立する。可変及び固定オリフィスはま
た、空気スプリング機能を確立する流体フォイルパッド
の圧力及びここに適用される力を調整する。
【００１５】それゆえ、本発明の第１の目的は、圧縮機
ホイールを有するロータリーマシンを支持する両側コン
プライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベア
リングの片側の静水圧スラスト荷重を増加することであ
る。
【００１６】本発明のもう一つの目的は、圧縮機ホイー
ルと、タービンホイールと、モーター／発生機を有し、
コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジャーナ
ルベアリングによって径方向に支持されているターボ発
生機に使用されるコンプライアントフォイル動水圧流体
フィルムスラストベアリングの静水圧スラスト荷重能力
を増加することである。
【００１７】本発明のもう一つの目的は、ベアリングに
損傷を与えることなくいかなるターボマシンの速度にお
いてもスラストベアリングに適用される荷重を増加する
ことである。
【００１８】本発明のもう一つの目的は、動水圧スラス
トベアリング力と同じ軸方向にある静水圧スラストベア
リング力を発生させることである。
【００１９】本発明のもう一つの目的は、静水圧スラス
トベアリング機能が達成しようとしている軸方向のロー
ターの位置が動水圧スラストベアリング機能が達成しよ
うとしている軸方向のローターの位置と同じであること
を確実にすることである。
【００２０】本発明のもう一つの目的は、ターボマシン
の速度の二乗に比例する静水圧的に発生させたスラスト
力を生成することである。
【００２１】本発明のもう一つの目的は、シャフトを軸
方向の所望の位置まで動かすように押し付けるための、
シャフトの軸方向の位置によって変化する静水圧的に発
生させたスラスト力を生成することである。
【００２２】本発明のもう一つの目的は、ベアリング流
体フォイルパッドを支える空気スプリング機能を製造す
ることである。
【００２３】本発明のもう一つの目的は、流体フォイル
パッドをベアリングロータースラストディスクに面して
いる凸状の動気圧の形状に押し込む流体フォイルパッド
のための気圧支持を製造することである。
【００２４】本発明のもう一つの目的は、回転スラスト
ディスクの向かい側の異なった圧力を適用するための圧
縮機吐き出し空気を使用し、静水圧スラストベアリング
力を発生させることである。
【００２５】本発明のもう一つの目的は、静水圧的に発
生させたスラスト力もまたターボマシンの速度の二乗に
比例することを確実にするために、圧縮機放出基準圧力
がターボマシンの速度の二乗によって変化する事実を利
用することである。
【００２６】本発明のもう一つの目的は、回転スラスト
ディスクの向かい側の異なった圧力を発生させるための
使用される圧縮機吐き出し空気の流れを調整し、シャフ
トの軸位置の関数である静水圧スラストベアリング力を
発生させることである。
【００２７】本発明のもう一つの目的は、静水圧スラス
トベアリング力を発生させるために使用される排出され
る空気のための可変オリフィスの流れ調整を提供する動
水圧スラストベアリング部材及び素子の相関動作を利用
し、静水圧スラストベアリング機能及び動水圧スラスト
ベアリング機能がお互いに対してよりむしろ一緒に働く
ことを確実にすることである。
【００２８】本発明のもう一つの目的は、回転スラスト
ディスクの向かい側の異なった圧力と結果として生じる
静水圧スラストベアリング力を一緒に調整するコンプラ
イアントフォイル動水圧流体スラストベアリングのその
他の固定オリフィスと連なった固定オリフィス及び可変
オリフィスのスラストベアリングに隣接したコンプライ
アントフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベアリン
グの空気通路を利用することである。
【００２９】本発明のもう一つの目的は、隣接したジャ
ーナルベアリング及びベアリングローターを冷却するた
めの圧縮機吐き出し空気（静水圧スラストベアリング機
能による使用後のもの）を利用することである。
【００３０】本発明のもう一つの目的は、フォイル冷却
を容易にし、静水圧増加機能のための固定オリフィスと
して機能するための、ジャーナルベアリングフォイルの
周りの流れを含んだ、ジャーナルベアリングを通る空気
通路を利用することである。
【００３１】本発明のもう一つの目的は、冷却を容易に
し、静水圧増加機能のための固定オリフィスを機能させ
るためのジャーナルベアリングカートリッジの周辺の空
気通路を利用することである。
【００３２】本発明のもう一つの目的は、冷却を容易に
し、静水圧増加機能のための固定オリフィスの機能を容
易にするためのジャーナルベアリングローター内の空気
通路を利用することである。
【００３３】本発明のもう一つの目的は、ジャーナルベ
アリング冷却が望まれる時、わずかなエネルギーがこの
空気を圧縮するために必要とされ、とても冷却されてい
るので（よりよい冷却手段を製造）、拡散器の後ろより
はむしろ前に圧縮機流れ通路から栓を抜いて出された圧
縮機排出空気を利用することである。
【００３４】本発明のもう一つの目的は、スラスト増加
力を発生させるために要求される排出空気の流れを最小
限にすることである。
【００３５】本発明のもう一つの目的は、動水圧スラス
トベアリング素子によって支えられなければならないス
ラスト荷重を削減することによってベアリングの故障の
危険を削減することである。
【００３６】本発明のもう一つの目的は、動水圧スラス
トベアリング素子によって支えられなければならないス
ラスト荷重を削減することによってベアリング抵抗トル
クを削減することである。
【００３７】本発明のもう一つの目的は、動水圧スラス
トベアリング素子によって支えられなければならないス
ラスト荷重を削減することによってベアリング電力消費
を削減することである。
【００３８】本発明のもう一つの目的は、動水圧スラス
トベアリング素子によって支えられなければならないス
ラスト荷重を削減することによってベアリング加熱を削
減することである。
【００３９】本発明によれば、コンプライアントフォイ
ル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングと、ベアリ
ングロータースラストディスク上に作用する両側コンプ
ライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリ
ングとによって回転可能に支持されている共通のベアリ
ングローター上に圧縮機とタービンを有するターボマシ
ンにおいて使用される両側コンプライアントフォイル動
水圧流体フィルムスラストベアリングのための静水圧倍
力システムにおいて、圧縮機から、流体フォイル部材及
びスプリングフォイル部材を有する両側コンプライアン
トフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングの圧
縮機側に吹き出される空気を分配する手段と、動水圧ス
ラストベアリングによってベアリングロータースラスト
ディスクの圧縮機側に加えられるスラスト力を増加する
ために、両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィ
ルムスラストベアリングの圧縮機側の流体フォイル部材
中のベアリングロータースラストディスクに対して吹き
出し空気を分配するためのオリフィス手段とを有するこ
とを特徴とする静水圧倍力システムが得られる。
【００４０】
【発明の実施の形態】永久磁石タービン発電機１０が、
本発明のコンプライアントフォイル動水圧流体フィルム
スラストベアリングのための静水圧倍力システムを利用
したタービン発電機の例として図１に示されている。永
久磁石タービン発電機１０は、一般に永久磁石発電機１
２、パワーヘッド１３、燃焼器１４及び回収熱交換器
（あるいは熱交換器）１５を有する。
【００４１】永久磁石発電機１２は、永久磁石ローター
即ちスリーブ１６を含んでいる。このスリーブは、その
中に配置された永久磁石を有する一方、永久磁石固定子
１８内に間を置いて配置された一対のジャーナルベアリ
ングによって、回転可能に支えられている。径方向の永
久磁石固定子冷却フィン２５が、外側の円筒状スリーブ
２７で囲まれて永久磁石固定子１８を冷却する環状空気
通路を形成し、その空気をパワーヘッド１３へ流れる途
中で予熱する。
【００４２】永久磁石タービン発電機１０のパワーヘッ
ド１３は、圧縮機３０、タービン３１、及びベアリング
ローター３６を含んでおり、ベアリングローター３６中
を締結ロッド２９が通っている。圧縮機３０は、永久磁
石固定子１８の周辺の円筒状のスリーブ２７内の環状空
気通路から予熱された空気を受ける圧縮機インペラすな
わちホイール３２を有し、回収熱交換器１５からの空気
を供給される燃焼器１４からの加熱された排出ガスを受
けるタービンホイール３３を有するタービン３１によっ
て駆動される。圧縮機ホイール３２及びタービンホイー
ル３３は、径方向に延在するベアリングロータースラス
トディスク３７を有するベアリングシャフトすなわちロ
ーター３６によって回転可能に支持されている。ベアリ
ングローター３６の圧縮機側端部にあるベアリングロー
タースラストディスク３７が両側スラストベアリングに
よって回転可能に支持されている一方、ベアリングロー
ター３６は、中心ベアリングハウジング３９内の単一ジ
ャーナルベアリング３８によって回転可能に支持されて
いる。ベアリングロータースラストディスク３７は、中
心ベアリングハウジング３９の圧縮機側端部にあるスラ
スト面４６に隣接している。一方、ベアリングスラスト
板４２が中心ハウジングスラスト面４６に関してベアリ
ングロータースラストディスク３７の反対側に配置され
ている。
【００４３】空気は、永久磁石発電機１２を介して圧縮
機３０によって取り込まれ、圧力を高められ、回収熱交
換器１５に送り込まれる。回収熱交換器１５において、
タービン３１から排出された熱は、燃焼器１４に入る前
の空気を予熱するために使用される予熱された空気は燃
焼器で燃料と混合され燃焼する。そのとき、混合気はタ
ービン３１内で膨脹する。このタービン３１は、圧縮機
３０とタービン３１と同じシャフト上に配置されている
永久磁石発電機１２の永久磁石ローター１６と、圧縮機
３０とを駆動する。膨脹したタービン排出ガスは、ター
ビン発電機１０から放出される前に、回収熱交換器１５
中を通る。
【００４４】図２（及び圧縮機からの排出空気の流れを
示す矢印を含んでいる図３）に示されているように、約
１９ｐｓｉｇに圧縮された空気が、圧縮機インペラ３２
の先端３４の近くから圧縮拡散板３５とスラスト板４２
の縁部４７との間の間隙を通り、スラスト板４２の径方
向に延在するオリフィス４１を通って、軸方向に延在す
る複数のフィーダーホール４３へ吹き出す。圧縮拡散板
３５と中心ベアリングハウジング３９との間の閉じた空
所は排出された空気を径方向に延在するオリフィス４１
に押し込む。
【００４５】フィーダーホール４３は、この吹き出した
空気を、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルム
スラストベアリングの圧縮機側に隣接するスラスト板４
２のスラスト面４４のパターン状チャンネル４５に供給
する。吹き出した空気は、スプリングフォイル素子の空
洞及び／あるいはスロットを通り、そして流体フォイル
部材の固定されたオリフィスホールを通て流れ、ベアリ
ングロータースラストディスク３７の圧縮機側面上に当
たり、軸方向に組み立てられるローターを反対の方向
（タービン３１に向かって）に押す。
【００４６】そして、この空気はスラストディスクの軸
方向動作によって可変オリフィスとして機能してきたコ
ンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベ
アリングの圧縮機側から吹き出し、ベアリングローター
スラストディスク３７の周りを外側に、更に、コンプラ
イアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリン
グのタービン側の周りを流れ、コンプライアントフォイ
ルジャーナルベアリングカートリッジを通り、カートリ
ッジ外部及び内部の冷却通路全体に亘ってあるいはそこ
を通り、ベアリングローターを通ってスラストベアリン
グ領域から流れ出る。ジャーナルベアリング３８を冷却
した後、空気は、図３の矢印によって示されるように、
排出ガスの流れとしてタービン発電機１０から出てい
く。更に、いくらかの吹き出し空気は、スラスト板４２
とベアリングロータースラストディスク３７との間の可
変オリフィスとして機能する空間を通って（再循環）径
方向内向きに流（再循環）され、その後スラスト板４２
と圧縮機ホイール３２の背面との間の空間を通って径方
向外側に向かって流される。
【００４７】スラストベアリング流体フォイル部材４８
と３つのスプリングフォイル素子６０、６１、６２を含
むスラストベアリングスプリングフォイル部材４９はベ
アリングロータースラストディスク３７のいずれの側に
も配置される。タービン側には、流体フォイル部材４８
及びスプリングフォイル部材４９が中心ベアリングハウ
ジング３９のスラスト面４６上に配置され、圧縮機側で
は、それらはスラスト板４２に隣接している。スラスト
板４２とベアリングロータースラストディスク３７との
間の空間と、ベアリングロータースラストディスク３７
と中心ベアリングハウジング３９のスラスト面４６との
間の空間は図示のために拡大されて示されている。
【００４８】冷却空気通路５８はベアリングロータース
ラストディスク３７のタービン側の基底からベアリング
ローター３６の口径の圧縮機側端部まで延在している。
更に、冷却空気穴５９が、冷却空気の流れがベアリング
ローター３６を横切り熱遮蔽装置５７の近くで出ること
ができるようにベアリングローター３６の断面を細くし
たタービン側端部に設けられてもよい。
【００４９】スラストベアリングはコンプライアントフ
ォイル動水圧流体フィルム型のベアリングで、その例
が、Ｒｏｂｅｒｔ Ｗ．Ｂｏｓｌｅｙの、１９９４年１
２月２３日に出願された出願番号第０８／３６３，５４
０号の“コンプライアントフォイル動水圧流体フィルム
スラストベアリング”という名称の米国特許（１９９６
年６月２５日に米国特許第５，５２９，３９８号として
特許された）に記載されており、本発明に用いることが
できる。同様に、ジャーナルベアリングもコンプライア
ントフォイル動水圧流体フィルム型のベアリングであり
得る。この型のベアリングの例がＲｏｂｅｒｔ Ｗ．
Ｂｏｓｌｅｙの“コンプライアントフォイル動水圧流体
フィルム径方向ベアリング”という名称の１９９５年６
月２７日登録の米国特許第５，４２７，４５５号に詳し
く記載されていて、これも、本発明に利用することがで
きる。
【００５０】図４及び図５は、代替ジャーナルベアリン
グカートリッジ３８´を示しており、その全長にわたっ
て延在している複数の（６つが図示されている）周辺の
スロット９０を有している。同じ複数の径方向の端部ス
ロット９１が周辺のスロット９０とジャーナルベアリン
グカートリッジ３８´の内部とを結合している。カート
リッジ３８´のそれぞれの端部は、小径端部９２及び９
３を形成するために切り込まれている。スロット９０及
び９１と小径端部９２及び９３は共に、ジャーナルベア
リングカートリッジ３８´の周辺のコンプライアントフ
ォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングからの圧
縮機空気の流れを容易にし、ベアリングカートリッジ３
８´及びベアリングローター３６の冷却を十分に行う。
スロット９０及び９１はスラストベアリングの静水圧増
加を調節するための固定オリフィスとして機能すること
ができる。
【００５１】カートリッジ３８´の一部の破断した端部
を示す図が図６に示されている。流体フォイル部材５４
及びスプリングフォイル部材５５が発散ランプ７２の近
くのカートリッジ３８´の口径内に示されている。拡大
された一般的には弓形の空洞７５が、発散ランプ７２の
基底近くの径方向スロット７６によってカートリッジ３
８´の口径に通じている。弓形の空洞は、通常口径の最
も暑い場所にあるので発散ランプ７２に向かって大きく
なっている。
【００５２】弓形の空洞７５は、発散ランプ７２の基底
と次の収束ランプの始めと交差するそれぞれの場所に設
けられてもよいが、冷却空気の流れのための大きな隙間
が既にあるプレロードバーに設けてはならない。これら
の弓形の空洞７５は、スロット幅以上に拡大されている
小さなＥＤＭ入り口スロットを備えることができる。発
散ランプ７２の基底の場所がスロット７６と空洞７５に
とって好ましい場所が良いが、それらは、口径周辺のそ
の他の場所に位置することも可能である。しかしながら
ボアライナーは、片持はりがスロット７６に入らないよ
うな場所に位置することが要求される。
【００５３】スラスト板４２のスラスト面４４が図７及
び８の各分解斜視図に詳しく示されている。径方向に延
在する複数のオリフィス４１がスラスト板４２の周辺４
７の周りに間隔をおいて示されている。
【００５４】図９に非常に良く示されているように、ス
ラスト板４２のスラスト面４４のチャンネル４５は、通
常径方向に延在する複数の弓形のチャンネル５６によっ
て互いに連結している４つの円状のチャンネルすなわち
リング５０、５１、５２及び５３からなる。フィーダー
ホール４３は、径方向に延在するオリフィス４１から弓
形チャンネル５６に吐き出す空気を与える。それぞれの
弓形のチャンネル５６は単一のフィーダーホール４３に
よって与えられるか、あるいは、それぞれの弓形のチャ
ンネル５６のための複数のフィーダーホールであっても
よい。図９には、いくつかの弓形のチャンネル５６が、
単一のフィーダーホール４３によって供給されるものと
して示されている。一方、他の弓形のチャンネルは、各
円状のチャンネル５０、５１、５２、及び５３に対して
一個宛ての４つのフィーダーホール４３によって供給さ
れるように示されている。フィーダーホール４３の数は
吐き出し空気の流れ及び分配の要求に基づいて選択され
る。
【００５５】スラスト板４２のスラスト面４４中のチャ
ンネル４５によって分配された吐き出し空気は、流体フ
ォイル部材４８に作用する前に外側支持フォイル６０、
スプリングフォイル素子６１、そして内部支持フォイル
６２からなるスラストベアリングフォイル部材４９を通
って流れる。
【００５６】図１０に非常に良く示されている流体フォ
イル部材４８は、インコーネル７５０Ｘのようなニッケ
ル鉄の平板から急傾斜のジョグルを発散楔形チャンネル
あるいはランプとして機能するように、かつ次第に動水
圧的に収束する楔形チャンネルランプが、ジョグル間の
直線連結部として、プラスチック変形を起こすことなく
結果するように、室温プレスすることによって一体的に
形成される。流体フォイル部材４８は、通常、形成及び
使用中に焼鈍され、ジョグルを形成する前に、起動、停
止、不意偶然の高速での着地による磨耗から金属を保護
する低摩擦あるいは摩擦削減のための被覆材料によっ
て、被覆される。被覆はまた、汚染粒子の埋め込みをも
たらすかもしれない。
【００５７】流体フォイル部材４８は、複数の個々のフ
ォイルパッド６５を有しており、これらのパッドは一般
的にシェブロン型をしていて、支持板６９によって外側
シムリング６８と結合している。それぞれの流体フォイ
ルパッド６５は、丸いトレーリング点を有するトレーリ
ング端７１とリーディング端７４とを有する。通常へら
型をしている動水圧収束ランプ７３は、リーディング端
７４からトレーリング端７１にかけての通常まっすぐな
ランプの輪郭と、トレーリング端７１の円状の線から流
体フォイルパッド６５の外径及び流体フォイルパッド６
５の内径までの丸い凹型の輪郭によって形成されてい
る。図１１及び１２の２つの断面図に非常に良く示され
ているように、通常、へら型動水圧収束ランプ７３は発
散ランプ７２によって分離している。
【００５８】両側コンプライアントフォイル動水圧流体
フィルムスラストベアリングの圧縮機側には、複数の空
気の流れオリフィス７７が、流体フォイルパッド６５の
動水圧収束ランプ７３のそれぞれの基底すなわち始点に
配置されている。空気の流れオリフィス７７は、スプリ
ングフォイル部材４９を通って通過した吹き出し空気が
流体フォイル部材４８を通過し、ベアリングロータース
ラストディスク３７の圧縮機側の面を押し、静水圧ベア
リング機能を確立することを可能にする。空気の流れオ
リフィス７７における圧力低下は、流体フォイル部材４
８の流体フォイルパッド６５を支持する空気スプリング
機能を確立する。動水圧ベアリング機能及び静水圧スプ
リング機能の両方がタービンの方向にベアリングロータ
ースラストディスク３７を駆動する。ベアリングロータ
ースラストディスク３７がタービンの方向に働くと、よ
り多くの空気が外向きに、そしてベアリングロータース
ラストディスク３７を越えて流れ、そしてタービン側の
スラストベアリングの周辺に吹き出し、また、多くの空
気が内向きに、そして圧縮機ホイールの背壁とスラスト
板４２の間に吹き出し、これによりスラストディスク面
に働く力がいくらか減少する。静水圧ベアリング機能
（及び静水圧スプリング機能）からの初期の軸方向のス
ラストは、圧縮機及びタービンホイールの正味のスラス
トに一致及び対抗するまで減少する。コンプライアント
フォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングのター
ビン側は、流体フォイルパッド中の空気の流れオリフィ
スのない、慣用のものと同じとなる。
【００５９】スプリングフォイル部材４９とベアリング
ロータースラストディスク３７の圧縮機側にある流体フ
ォイル部材４８を通って吹き出し排出された空気の流れ
によって、流体フォイル部材４８はベアリングローター
スラストディスク３７の方に偏移し、ベアリングロータ
ースラストディスク３７はタービン３１に向かって動
く。スラスト板４２及び圧縮機３０の方向にベアリング
ロータースラストディスク３７が動くことによって、ス
ラストベアリングから吹き出す空気のための流路が狭く
なりベアリングロータースラストディスク３７の圧縮機
側の静水圧が増加する。
【００６０】圧縮機の放出圧力はターボマシンの速度の
二乗で変化するので、静水圧的に発生させたスラスト力
もまた、ターボマシンの速度の二乗に比例する。また、
静水圧的に発生されるスラスト力はベアリングローター
スラストディスク３７の軸位置の関数である。コンプラ
イアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリン
グを通った空気の流れは、ベアリングロータースラスト
ディスク３７の軸の位置によって影響され、この相対位
置は、静水圧的に発生されるスラスト力を減衰させるた
めに使用される空気の可変オリフィスの流量制御として
機能する。静水圧及び動水圧スラストベアリング力は互
いに協働し、一体に機能する。コンプライアントフォイ
ル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングの固定され
たオリフィスは、コンプライアントフォイル動水圧流体
フィルムスラストベアリングの可変オリフィスと直列に
作用し、回転ベアリングスラストディスクでの圧力差及
びその結果的に生じる静水圧スラストベアリング力を一
緒に制御する。図１３は、両側コンプライアントフォイ
ル動水圧流体フィルムスラストベアリングを介した静水
圧増加の空気流のための流体サーボ制御装置を概念的に
示した図である。Ａで示されている左側の矢印は、圧縮
機拡散器前の圧縮機ホイール静水圧の放出を表してい
る。この圧力は１９から２４ｐｓｉｇ程度である。固定
オリフィス８０は、径方向に延在するオリフィス４１、
軸方向に延在するフィーダーホール４３及び、チャンネ
ル４５（これら全てはスラスト板４２にある）、流体フ
ォイルパッド６５の空気の流れオリフィス７７と共に表
している。矢印Ｂで示された１６ｐｓｉｇ程度の圧力は
スラストディスク３７及びスラストベアリング可変オリ
フィス８２に向けられ、それから、矢印Ｃで示されてい
る８ｐｓｉｇ程度の圧力に到達する前に、タービン側の
スラストベアリングの周辺の迂回通路８３に導かれる。
【００６１】ベアリングロータースラストディスクは、
そこに作用する正味の空気力学及び静水圧スラスト力に
よって軸方向に動かされるので、オリフィス８２は実
際、可変である。ベアリングロータースラストディスク
がこれらの正味のスラスト力によって左に動かされる
時、ベアリングロータースラストディスク３７の左すな
わち圧縮機側にかかる静水圧は増加するので、正味のス
ラスト力は効果的に釣り合う。固定されたオリフィスと
相互作用する可変オリフィス８２は、発生されたバラン
スの取れた静水圧スラスト力のレベルを効果的に制御す
る。回転ベアリングロータースラストディスク３７にお
ける圧力降下、及び静水圧スラスト力は、ベアリングロ
ータースラストディスク３７の軸位置の関数である。可
変オリフィス８２は、スラストベアリング流体フォイル
部材４８とベアリングロータースラストディスク３７の
間の距離を表す。
【００６２】吹き出し空気は、続いて矢印Ｄで示されて
いる４ｐｓｉｇ程度のオーダーの圧力に達する前に、固
定オリフィス８５、８６及び８７によって示されるコン
プライアントフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベ
アリングの周辺およびその中を通る。可変オリフィス８
２に加えて、下流の固定オリフィス８５、８６及び８７
もまた回転ベアリングロータースラストディスク３７に
おいて圧力降下を受け、可変オリフィス８２と共に機能
する。固定オリフィス８５はベアリングカートリッジ３
８´及び中心ベアリングハウジング３９の間の冷却空気
の流れを示していて、固定オリフィス８６は、スロット
９０及び９１と弓形空洞７５を有するベアリングカート
リッジ３８´を通る冷却空気の流れを示し、固定オリフ
ィス８７はベアリングローター３６と締結バー２９との
間の冷却空気の流れを示している。図３に非常に良く示
されているように、空気は、そこから、回収熱交換器か
らの放出を伴って大気中に放出されるタービンの排出ガ
スと混合される前に、タービンホイールの背面を通過す
る。上述の圧力は、ターボマシンの全速動作において典
型的なことであり、それ以下の速度での動作では明らか
に少なくなる。
【００６３】図１３のそれぞれの圧力の矢印あるいは点
について、ベアリングロータースラストディスク３７の
中心からの軸方向の偏移に対する平方インチ当りのポン
ド圧力（ｐｓｉｇ）が図１４にグラフで示されている。
線Ａは点Ａにおける圧力を示し、線Ｂは点Ｂにおける圧
力を示し、線Ｃは点Ｃにおける圧力を示し、線Ｄは点Ｄ
における圧力を示している。線ＢとＣの距離はベアリン
グロータースラストディスク３７における圧力差（圧力
降下）を示している。
【００６４】本発明の特有の実施例が図示され、説明さ
れたが、これらは一例であり、本発明はこれに限定され
て解釈されないことはいうまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィ
ルムスラストベアリングを有する本発明の静水圧増加シ
ステムを利用したタービン発電機の一部破断した斜視図
である。
【図２】電力ヘッドを示し、両側コンプライアントフォ
イル動水圧流体フィルムスラストベアリングの静水圧増
加を含む図１のタービン発電機の一部拡大断面図であ
る。
【図３】図２と同じ図であるが、両側コンプライアント
フォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングを静水
圧的に増加するための圧縮機からの排出された空気の流
れを示す矢印が含まれている。
【図４】図１−３のタービン発電機の代わりのジャーナ
ルベアリングカートリッジの平面図である。
【図５】図４の代わりのジャーナルベアリングカートリ
ッジの端面図である。
【図６】図４及び５のジャーナルベアリングカートリッ
ジの一部の組み立てを示す端面図である。
【図７】静水圧増加の空気の流れを示した両側コンプラ
イアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリン
グの圧縮機側のスラスト板、スプリングフォイル部材、
流体フォイル部材及びベアリングロータースラストディ
スクの組み立てを示す斜視図である。
【図８】静水圧増加の空気の流れを示した両側コンプラ
イアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリン
グの圧縮機側のスラスト板、スプリングフォイル部材、
流体フォイル部材及びベアリングロータースラストディ
スクの組み立てを示す斜視図である。
【図９】スラスト板の流れ通路をより詳しく示した図７
の輪８の一部拡大図である。
【図１０】コンプライアントフォイル動水圧流体フィル
ムスラストベアリングの流体フォイル部材の平面図であ
る。
【図１１】切断線１０−１０による図１０の流体フォイ
ル部材の拡大断面図である。
【図１２】切断線１１−１１による図１０の流体フォイ
ル部材の拡大断面図である。
【図１３】両側コンプライアントフォイル動水圧流体フ
ィルムスラストベアリングの静水圧増加サーボ制御装置
の要部を通る流体の流れの概念を示した図である。
【図１４】中心の位置からのスラストディスクの軸の偏
向に対するサーボ制御装置における様々な点における平
方インチごとのポンド（ｐｓｉｇ）単位の圧力を示した
グラフである。
【符号の説明】
１０ 永久磁石タービン発電機 １２ 永久磁石発電機 １３ パワーヘッド １４ 燃焼器 １５ 回収熱交換器 １６ 永久磁石ローター １８ 永久磁石固定子 ２５ 永久磁石固定子冷却フィン ２７ スリーブ ２９ 締結ロッド ３０ 圧縮機 ３１ タービン ３２ ホイール ３３ タービンホイール ３５ 圧縮拡散板 ３６ ベアリングローター ３７ スラストディスク ３８ ジャーナルベアリング ３８´ カートリッジ ３９ ベアリングハウジング ４１ オリフィス ４２ ベアリングスラスト板 ４３ フィーダーホール ４５ パターン状チャンネル ４６ スラスト面 ４８ 流体フォイル部材 ４９ スプリングフォイル部材 ５０、５１、５２、５３ リング ５７ 熱遮蔽装置 ５８ 冷却空気通路 ５９ 冷却空気穴 ６０ 外側支持フォイル ６１ スプリングフォイル素子 ６２ 内部支持フォイル ６５ フォイルパッド ６８ 外側シムリング ６９ 支持板 ７１、７４ リーディング端 ７２ 発散ランプ ７３ 動水圧収束ランプ ７５ 空洞 ７６ 径方向スロット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596065186 6025 Ｙｏｌａｎｄａ Ａｖｅｎｕｅ，Ｔ ａｒｚａｎａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 91356 Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ロナルド エフ．ミラー アメリカ合衆国，カリフォルニア 90292, マリナ デル レイ，ヨール ストリート ナンバー６ 24

Claims (53)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コンプライアントフォイル動水圧流体フ
    ィルムジャーナルベアリングと、ベアリングロータース
    ラストディスク上に作用する両側コンプライアントフォ
    イル動水圧流体フィルムスラストベアリングとによって
    回転可能に支持されている共通のベアリングローター上
    に圧縮機とタービンを有するターボマシンにおいて使用
    される両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィル
    ムスラストベアリングのための静水圧倍力システムにお
    いて、 前記圧縮機から、流体フォイル部材及びスプリングフォ
    イル部材を有する前記両側コンプライアントフォイル動
    水圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機側に吹き
    出される空気を分配する手段と、 前記動水圧スラストベアリングによって前記ベアリング
    ロータースラストディスクの圧縮機側に加えられるスラ
    スト力を増加するために、前記両側コンプライアントフ
    ォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機
    側の前記流体フォイル部材中の前記ベアリングローター
    スラストディスクに対して吹き出し空気を分配するため
    のオリフィス手段とを有することを特徴とする前記静水
    圧倍力システム。
  2. 【請求項２】 請求項１の静水圧倍力システムにおい
    て、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィ
    ルムスラストベアリングはその圧縮機側にスラスト板を
    有し、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フ
    ィルムスラストベアリングの圧縮機側へ空気を分配する
    ための前記手段は、前記スラスト板中径方向及び軸方向
    に延在し、結合した複数のオリフィスを有することを特
    徴とする静水圧倍力システム。
  3. 【請求項３】 請求項１の静水圧倍力システムにおい
    て、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィ
    ルムスラストベアリングはその圧縮機側にスラスト板を
    有し、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フ
    ィルムスラストベアリングの圧縮機側へ空気を分配する
    ための前記手段は、前記スラスト板のベアリングロータ
    ースラストディスク側に第１の複数の開溝を有すること
    を特徴とする静水圧倍力システム。
  4. 【請求項４】 請求項３の静水圧倍力システムにおい
    て、前記第１の複数の開溝が円周状であることを特徴と
    する静水圧倍力システム。
  5. 【請求項５】 請求項４の静水圧倍力システムにおい
    て、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィ
    ルムスラストベアリングの圧縮機側に空気を分配するた
    めの前記手段が、前記第１の複数の円周状開溝を相互連
    結するために前記スラスト板のスラストディスクに第２
    の複数の開溝を有していることを特徴とする静水圧倍力
    システム。
  6. 【請求項６】 請求項５の静水圧倍力システムにおい
    て、前記第１の複数の円周状開溝を相互連結するための
    第２の複数の開溝が弓形であることを特徴とする静水圧
    倍力システム。
  7. 【請求項７】 請求項１の静水圧倍力システムにおい
    て、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィ
    ルムスラストベアリングがその圧縮機側にスラスト板を
    有し、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フ
    ィルムスラストベアリングの圧縮機側に空気を分配する
    ための前記手段は前記スラスト板のベアリングローター
    スラストディスク側に複数の拡大された窪みを有してい
    ることを特徴とする静水圧倍力システム。
  8. 【請求項８】 請求項１の静水圧倍力システムにおい
    て、前記圧縮機側の両側コンプライアントフォイル動水
    圧流体フィルムスラストベアリングの前記流体フォイル
    部材は動水圧収束ランプをそれぞれが有している複数の
    流体フォイルパッドを含んでおり、前記オリフィス手段
    はそれぞれの動水圧収束ランプの基底に複数の開口部を
    有していることを特徴とする静水圧倍力システム。
  9. 【請求項９】 請求項８の静水圧倍力システムにおい
    て、前記流体フォイルパッドを支持するための空気バネ
    機能を確立していることを特徴とする静水圧倍力システ
    ム。
  10. 【請求項１０】 請求項８の静水圧倍力システムにおい
    て、前記ベアリングロータースラストディスクに面して
    いる側に前記流体フォイルパッドを凸状の動水圧形状に
    押し込むための前記流体フォイルパッド用の空気圧支持
    を生ずることを特徴とする静水圧倍力システム。
  11. 【請求項１１】 請求項１の静水圧倍力システムにおい
    て、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィ
    ルムスラストベアリングがその圧縮機側にスラスト板を
    有し、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フ
    ィルムスラストベアリングの圧縮機側へ空気を分配する
    前記手段が、前記スラスト板の径方向及び軸方向に延在
    する結合した複数のオリフィスおよび前記スラスト板の
    スラストディスク側に円周状の弓形の結合した複数の開
    溝を有していることを特徴とする静水圧倍力システム。
  12. 【請求項１２】 請求項１１の静水圧倍力システムにお
    いて、前記圧縮機側の両側コンプライアントフォイル動
    水圧流体フィルムスラストベアリングの前記流体フォイ
    ル部材は、それぞれが動水圧収束ランプを有している複
    数の流体フォイルパッドを含んでおり、前記オリフィス
    手段はそれぞれの動水圧収束ランプの基底に複数の開口
    部を有していることを特徴とする静水圧倍力システム。
  13. 【請求項１３】 請求項１の静水圧倍力システムにおい
    て、圧力差が前記ベアリングロータースラストディスク
    の両側に生じることを特徴とする静水圧倍力システム。
  14. 【請求項１４】 請求項１３の静水圧倍力システムにお
    いて、前記ベアリングロータースラストディスクの両側
    に生じた圧力差が変化することを特徴とする静水圧倍力
    システム。
  15. 【請求項１５】 請求項１３の静水圧倍力システムにお
    いて、前記ベアリングロータースラストディスクの両側
    の圧力差が前記ベアリングロータースラストディスクの
    片側に静水圧スラストベアリング力を生成することを特
    徴とする静水圧倍力システム。
  16. 【請求項１６】 請求項１５の静水圧倍力システムにお
    いて、前記ベアリングロータースラストディスクの両側
    の圧力差が、前記ベアリングロータースラストディスク
    の片側に前記ベアリングによって生成された動水圧力と
    同じ方向の静水圧スラストベアリング力を生成すること
    を特徴とする静水圧倍力システム。
  17. 【請求項１７】 請求項１５の静水圧倍力システムにお
    いて、前記ベアリングロータースラストディスクの両側
    の圧力差が、前記ベアリングによって生成された動水圧
    力と同じローターの位置を達成するように意図されてい
    ることを特徴とする静水圧倍力システム。
  18. 【請求項１８】 請求項１５の静水圧倍力システムにお
    いて、前記ベアリングロータースラストディスクの片側
    に生成された静水圧スラストベアリング力が前記ベアリ
    ングロータースラストディスクの軸位置の関数であるこ
    とを特徴とする静水圧倍力システム。
  19. 【請求項１９】 請求項１５の静水圧倍力システムにお
    いて、前記ベアリングロータースラストディスクの片側
    の生成された静水圧スラストベアリング力がターボマシ
    ンの速度の二乗に比例することを特徴とする静水圧倍力
    システム。
  20. 【請求項２０】 コンプライアントフォイル動水圧流体
    フィルムジャーナルベアリングを冷却するために、前記
    ベアリングロータースラストディスクからの空気をコン
    プライアントフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベ
    アリングに分配する手段を更に有する請求項１の静水圧
    倍力システム。
  21. 【請求項２１】 請求項２０の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングが、ベアリングロータースラストデ
    ィスクからの吹き出した空気による冷却を促進するため
    に軸方向に延在する複数の周辺スロットおよび径方向に
    延在する複数の端部スロットを有するカートリッジを含
    んでいることを特徴とする静水圧倍力システム。
  22. 【請求項２２】 請求項２０の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングが、前記カートリッジの内部に通じ
    ている通常弓形で軸方向に延在している少なくとも１つ
    の冷却空洞を有するカートリッジを含んでいることを特
    徴とする静水圧倍力システム。
  23. 【請求項２３】 請求項２２の静水圧倍力システムにお
    いて、前記カートリッジは少なくとも３つの内部収束ラ
    ンプを含み、前記通常弓形で軸方向に延在している少な
    くとも一つの前記冷却空洞は、前記カートリッジの内部
    の少なくとも３つの収束ランプのうちの一つの基底近く
    からスロットによって前記カートリッジの内部に通じて
    いることを特徴とする静水圧倍力システム。
  24. 【請求項２４】 請求項２０の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングは、ベアリングロータースラストデ
    ィスクからの空気による冷却を促進するために、軸方向
    に延在する複数の周辺スロットと、径方向に延在する複
    数の端部スロットと、軸方向に延在し、内部に通じた複
    数の冷却空洞とを有するカートリッジを含むことを特徴
    とする静水圧倍力システム。
  25. 【請求項２５】 請求項２０の静水圧倍力システムにお
    いて、ベアリングローターはタービン側のベアリングロ
    ータースラストディスクの基底から前記ベアリングロー
    ターの内部に延在する冷却空気路と、前記ベアリングロ
    ーター内部のタ−ビンの端部から、前記防熱装置、大気
    へのタービン排出ガス中にタービンエクスデューサーを
    介してタービンホイールの背面へ延在する冷却空気孔を
    含んでいることを特徴とする静水圧倍力システム。
  26. 【請求項２６】 請求項２５の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルが、ベアリングロータースラストディスクから
    の空気による冷却を促進するために軸方向に延在する複
    数の周囲スロットおよび径方向に延在する複数の終端ス
    ロットを有しているカートリッジを含んでいることを特
    徴とする静水圧倍力システム。
  27. 【請求項２７】 請求項２５の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングが、通常弓形で軸方向に延在し、内
    部と通じた少なくとも一つの冷却空洞を有しているカー
    トリッジを含んでいることを特徴とする静水圧倍力シス
    テム。
  28. 【請求項２８】 請求項２７の静水圧倍力システムにお
    いて、前記カートリッジが少なくとも３つの内部収束ラ
    ンプを含み、通常弓形で軸方向に延在している少なくと
    も１つの前記冷却空洞は、前記カートリッジ内部の少な
    くとも３つの前記収束ランプのうちの一つの基底近くか
    らスロットによって前記カートリッジの内部に通じてい
    ることを特徴とする静水圧倍力システム。
  29. 【請求項２９】 請求項２５の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングは、ベアリングロータースラストデ
    ィスクからの空気による冷却を促進するために、軸方向
    に延在する複数の周辺スロットと、径方向に延在する複
    数の終端スロットと、軸方向に延在し内部と通じた複数
    の冷却空洞を有するカートリッジを含んでいることを特
    徴とする静水圧倍力システム。
  30. 【請求項３０】 コンプライアントフォイル動水圧流体
    フィルムジャーナルベアリングと、両側コンプライアン
    トフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングとに
    よって回転可能に支持されている共通のベアリングロー
    ター上に圧縮機とタービンを有する、ターボマシンにお
    いて使用される両側コンプライアントフォイル動水圧流
    体フィルムスラストベアリングのためのベアリングロー
    タースラストディスクに作用する静水圧倍力システムに
    おいて、前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体
    フィルムスラストベアリングは流体フォイル部材および
    スプリングフォイル部材を有し、前記システムは、 前記スラスト板の径方向および軸方向に延在する結合し
    た複数のオリフィスと、前記圧縮機から前記両側コンプ
    ライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリ
    ングの圧縮機側へ吹き出された空気を分配するための前
    記スラスト板のスラストディスク側にある円周状の弓形
    の結合した複数の開溝を含む前記両側コンプライアント
    フォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮
    機側にあるスラスト板と、 前記流体フォイル部材および前記スラスト板に関する、
    前記ベアリングロータースラストディスクの軸位置の関
    数として前記ベアリングロータースラストディスクの両
    側に圧力差を確立するために前記ベアリングロータース
    ラストディスクに対して空気を分配するための前記両側
    コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラスト
    ベアリングの圧縮機側の前記流体フィルム部材のオリフ
    ィス手段とを有することを特徴とする静水圧倍力システ
    ム。
  31. 【請求項３１】 請求項３０の静水圧倍力システムにお
    いて、前記圧縮機側の両側コンプライアントフォイル動
    水圧流体フィルムスラストベアリングの前記流体フォイ
    ル部材は、動水圧収束ランプをそれぞれ有する複数の流
    体フォイルパッドを含み、前記オリフィス手段は各動水
    圧収束ランプの基底にある複数の開口部を含んでいるこ
    とを特徴とする静水圧倍力システム。
  32. 【請求項３２】 コンプライアントフォイル動水圧流体
    フィルムジャーナルベアリングを冷却するために前記ベ
    アリングロータースラストディスクからコンプライアン
    トフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングに
    空気を分配する手段を更に備えた請求項３１の静水圧倍
    力システム。
  33. 【請求項３３】 請求項３２の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングが、ベアリングロータースラストデ
    ィスクからの空気による冷却を促進するため、周囲およ
    び径方向の複数のスロットを有するカートリッジを含ん
    でいることを特徴とする静水圧倍力システム。
  34. 【請求項３４】 請求項３２の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングは、通常弓形の軸方向に延在し内部
    と通じる冷却空洞の少なくとも一つを有しているカート
    リッジを含んでいることを特徴とする静水圧倍力システ
    ム。
  35. 【請求項３５】 請求項３４の静水圧倍力システムにお
    いて、前記カートリッジは少なくとも３つの内部収束ラ
    ンプを含み、通常弓形で軸方向に延在する少なくとも一
    つの前記冷却空洞が前記カートリッジの内部にある少な
    くとも３つの前記収束ランプのうちの一つの基底近くか
    らスロットによって前記カートリッジの内部に通じてい
    ることを特徴とする静水圧倍力システム。
  36. 【請求項３６】 請求項３２の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングは、複数の内部収束ランプと、ボア
    ライナーと、通常弓形で軸方向へ延在する複数の冷却空
    洞とを有するカートリッジを含んでおり、弓形で軸方向
    へ延在する前記複数の空洞のそれぞれが前記カートリッ
    ジの内部に通じていることを特徴とする静水圧倍力シス
    テム。
  37. 【請求項３７】 請求項３０の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングは、ベアリングロータースラストデ
    ィスクからの空気による冷却を促進するために、軸方向
    に延在する複数の周囲スロットと、径方向に延在する複
    数の終端スロットと、軸方向に延在して内部と通じる複
    数の冷却空洞を有しているカートリッジを含むことを特
    徴とする静水圧倍力システム。
  38. 【請求項３８】 請求項３０の静水圧倍力システムにお
    いて、前記ベアリングローターは、タービン側のベアリ
    ングロータースラストディスクの基底から前記ベアリン
    グローターの内部へ延在する冷却空気路と、前記ベアリ
    ングローター内部のタ−ビンの端部から前記防熱装置、
    大気へのタービン排出流にタービンエクスデューサーを
    通って連なるタービンホイールの背板まで延在している
    冷却空気孔とを含んでいることを特徴とする静水圧倍力
    システム。
  39. 【請求項３９】 請求項３８の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングは、ベアリングロータースラストデ
    ィスクからの空気による冷却を促進させるために軸方向
    に延在する複数の周辺スロットおよび径方向に延在する
    複数の終端スロットを有するカートリッジを含んでいる
    ことを特徴とする静水圧倍力システム。
  40. 【請求項４０】 請求項３８の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングは、通常弓形で軸方向に延在し、内
    部と通じている２つの冷却空洞を有するカートリッジを
    含んでいることを特徴とする静水圧倍力システム
  41. 【請求項４１】 請求項４０の静水圧倍力システムにお
    いて、前記カートリッジは３つの内部収束ランプを含
    み、通常弓形で軸方向に延在する前記２つの冷却空洞の
    それぞれは、前記カートリッジの内部の前記３つの収束
    ランプの一つの基底近くからスロットによって前記カー
    トリッジの内部と通じていることを特徴とする静水圧倍
    力システム。
  42. 【請求項４２】 請求項３８の静水圧倍力システムにお
    いて、コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジ
    ャーナルベアリングは、ベアリングロータースラストデ
    ィスクからの空気による冷却を促進するために軸方向に
    延在する複数の周辺スロット、径方向に延在する複数の
    終端スロット、および軸方向に延在し内部に通じている
    複数の冷却空洞を有するカートリッジを含むことを特徴
    とする静水圧倍力システム。
  43. 【請求項４３】 コンプライアントフォイル動水圧流体
    フィルムジャーナルベアリングと、ベアリングローター
    スラストディスク上で作動する両側コンプライアントフ
    ォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングとによっ
    て回転可能に支持されている共通のベアリングローター
    上の圧縮機およびタービンと；前記ベアリングローター
    スラストディスクの各側に流体フォイル部材とスプリン
    グフォイル部材を有する前記両側コンプライアントフォ
    イル動水圧流体フィルムスラストベアリングと；前記ベ
    アリングロータースラストディスクの圧縮機側で両側コ
    ンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベ
    アリングを支えているスラスト板と；前記圧縮機からの
    空気を前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フ
    ィルムスラストベアリングの圧縮機側へ分配するための
    前記スラスト板中のチャンネルおよび固定オリフィス
    と；前記ベアリングロータースラストディスクの圧縮機
    側に静水圧ベアリング力を生成し、圧縮機側の流体フォ
    イル部材に静水圧スプリング力を生成するために前記ベ
    アリングロータースラストディスクに対して前記空気を
    分配するための前記両側コンプライアントフォイル動水
    圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機側の前記流
    体フォイル部材中の固定オリフィス手段と；前記ジャー
    ナルベアリングカートリッジ周辺および／あるいはそれ
    を介して、および／あるいは前記ジャーナルベアリング
    ローターを介する固定オリフィス手段と；前記ベアリン
    グロータースラストディスクの軸位置の関数としてのコ
    ンダクタンスな調整をされる前記コンプライアントフォ
    イル動水圧流体フィルムスラストベアリング内の可変オ
    リフィス手段と；を有し、前記可変オリフィス手段は、 前記圧縮機側の流体フォイル部材と前記ベアリングロー
    タースラストディスクとの間、および前記流体フォイル
    部材と、該流体フォイル部材外径とボアの双方における
    前記非回転スラスト板のスラスト面との間における軸方
    向の可変空気間隙のために、前記固定オリフィス手段と
    協同し、前記生成された静水圧ベアリング力および生成
    された静水圧空気スプリング力を制御することを特徴と
    するターボマシン。
  44. 【請求項４４】 請求項４３のターボマシンにおいて、
    前記スラスト板のチャンネルは、前記スラスト板の径方
    向および軸方向に延在する結合した複数のオリフィスと
    前記スラスト板のスラストディスク側にある婉曲および
    弓形の結合した複数のチャンネルとを有していることを
    特徴とするターボマシン。
  45. 【請求項４５】 請求項４３のターボマシンにおいて、
    前記圧縮機側の両側コンプライアントフォイル動水圧流
    体フィルムスラストベアリングの前記流体フォイル部材
    は、静水圧収束ランプをそれぞれ有している複数の流体
    フォイルパッドを含み、前記オリフィス手段は各静水圧
    収束ランプの基底にある複数の開口部を含んでいること
    を特徴とするターボマシン。
  46. 【請求項４６】 請求項４３のターボマシンにおいて、
    前記コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラ
    ストベアリングのベアリング要素は静水圧吹きだし空気
    の流れをバルブで調節することを特徴とするターボマシ
    ン。
  47. 【請求項４７】 請求項４３のターボマシンにおいて、
    前記コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラ
    ストベアリングのベアリング要素は可変オリフィスとし
    て機能することを特徴とするターボマシン。
  48. 【請求項４８】 請求項４３のターボマシンにおいて、
    前記可変および固定オリフィス手段は前記ベアリングロ
    ータースラストディスクにかかる静水圧力を調整するよ
    う機能することを特徴とするターボマシン。
  49. 【請求項４９】 請求項４３のターボマシンにおいて、
    前記可変および固定オリフィス手段は前記流体フォイル
    部材にかかる空気スプリング力を調整するよう機能する
    ことを特徴とするターボマシン。
  50. 【請求項５０】 コンプライアントフォイル動水圧流体
    フィルムジャーナルベアリングと、ベアリングローター
    スラストディスク上で作動する両側コンプライアントフ
    ォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングとによっ
    て回転可能に支持されている共通のベアリングローター
    上の圧縮機およびタービンと；前記ベアリングローター
    スラストディスクの各側に流体フォイル部材およびスプ
    リングフォイル部材を有する前記両側コンプライアント
    フォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングと；前
    記ベアリングロータースラストディスクの圧縮機側で前
    記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムス
    ラストベアリングを支えているスラスト板と；前記圧縮
    機からの空気を前記両側コンプライアントフォイル動水
    圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機側へ空気を
    分配するための前記スラスト板にあるチャンネルおよび
    固定オリフィス手段と；前記ベアリングロータースラス
    トディスクの圧縮機側に静水圧ベアリング力を生成し、
    前記圧縮機側の流体フォイル部材に静水圧スプリング力
    を生成するためにベアリングロータースラストディスク
    に対して吹きだし空気を分配するため前記両側コンプラ
    イアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリン
    グの圧縮機側の前記流体フォイル部材にある固定オリフ
    ィス手段と；前記ベアリングロータースラストディスク
    の軸位置の関数としてのコンダクタンスにおいて変化す
    る前記コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムス
    ラストベアリング内の可変オリフィス手段と；前記コン
    プライアントフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベ
    アリングを冷却するために、吹きだし空気を前記ベアリ
    ングロータースラストディスクから前記コンプライアン
    トフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングへ
    分配するための手段と；生成された静水圧ベアリング力
    および静水圧スプリング力を調整するために、前記スラ
    スト板の前記固定されたオリフィス手段、前記流体フォ
    イル部材の前記固定オリフィス手段、および前記コンプ
    ライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリ
    ングの前記可変オリフィス手段と協同するための前記ジ
    ャーナルベアリング内の固定オリフィス手段と；を有し
    ていることを特徴とするターボマシン。
  51. 【請求項５１】 コンプライアントフォイル動水圧流体
    フィルムジャーナルベアリングと、両側コンプライアン
    トフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングとに
    よって回転可能に支持されている支えられている共通の
    ベアリングローター上の圧縮機及びタービンと；前記ベ
    アリングロータースラストディスクのそれぞれの側に流
    体部材およびスプリングフォイル部材を有し、ベアリン
    グロータースラストディスク上で作動する前記両側コン
    プライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベア
    リングが圧縮機およびタービンと；前記ベアリングロー
    タースラストディスクの圧縮機側で両側コンプライアン
    トフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングを支
    えているスラスト板と、 前記圧縮機からの空気を前記両側コンプライアントフォ
    イル動水圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機側
    へ分配するための前記スラスト板中のチャンネルおよび
    固定オリフィス手段と；前記ベアリングロータースラス
    トディスクの圧縮機側への静水圧ベアリング力を生成
    し、前記圧縮機側の流体フォイル部材への静水圧スプリ
    ング力を生成するために前記ベアリングロータースラス
    トディスクに対して空気を分配するための前記両側コン
    プライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベア
    リングの圧縮機側にある前記流体フォイル部材中の固定
    オリフィス手段と；前記ベアリングロータースラストデ
    ィスクの軸位置の関数としてのコンダクタンスにおいて
    変化する前記コンプライアントフォイル動水圧流体フィ
    ルムスラストベアリング内の可変オリフィス手段と；前
    記コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジャー
    ナルベアリングを冷却するために前記ベアリングロータ
    ースラストディスクからの空気を前記コンプライアント
    フォイル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングへ分
    配するための手段と；前記生成された静水圧ベアリング
    力および静水圧スプリング力を調整するために、前記ス
    ラスト板中の前記固定オリフィス手段、前記流体フォイ
    ル部材中の前記固定オリフィス手段、及び前記コンプラ
    イアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリン
    グの前記可変オリフィス手段と協同する前記ベアリング
    ローターおよび前記ジャーナルベアリング中の固定オリ
    フィス手段と；を有していることを特徴とするターボマ
    シン。
  52. 【請求項５２】 ベアリングローターのコンプライアン
    トフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングお
    よびベアリングロータースラストディスクの両側コンプ
    ライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリ
    ングによって回転可能に支持されている共通のシャフト
    上に圧縮機およびタービンを有しているターボマシンの
    前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィルム
    スラストベアリングの静水圧を増加するための方法にお
    いて、 前記圧縮機からの空気を流体フォイル部材およびスプリ
    ングフォイル部材を有する前記両側コンプライアントフ
    ォイル動水圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機
    側へ分配するステップと、 前記両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィルム
    スラストベアリングの前記圧縮機側の流量調整オリフィ
    スを介した空気で前記ベアリングロータースラストディ
    スクの圧縮機側に与えられるスラスト力を増加するステ
    ップを有することを特徴とする静水圧を増加するための
    方法。
  53. 【請求項５３】 ベアリングローターのコンプライアン
    トフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングお
    よびベアリングロータースラストディスクの両側コンプ
    ライアントフォイル動水圧流体フィルムスラストベアリ
    ングによって回転可能に支持されている共通のシャフト
    上に圧縮機およびタービンを有するターボマシンの前記
    両側コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムスラ
    ストベアリングの静水圧を増加する方法において、 前記圧縮機からの空気を前記両側コンプライアントフォ
    イル動水圧流体フィルムスラストベアリングの圧縮機側
    へ分配することによってベアリングロータースラストデ
    ィスクの両側に圧力差を確立するステップと、 前記コンプライアントフォイル動水圧流体フィルムジャ
    ーナルベアリングを冷却するために前記ベアリングロー
    タースラストディスクからの空気を前記コンプライアン
    トフォイル動水圧流体フィルムジャーナルベアリングに
    分配するステップを有する静水圧を増加する方法。
JP9159064A 1996-06-14 1997-06-16 流体フィルムスラストベアリングの倍力装置 Withdrawn JPH1061660A (ja)

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