JPS6213816A - Turbine device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To eliminate the need of a thrust bearing by forming a taper portion on a rotary shaft, and forming a static pressure gas bearing to be tapered corresponding to the taper portion. CONSTITUTION:A turbine 2 of a turbo charger 1 is coaxially connected to a compressor wheel through a rotary shaft 3. A taper portion 5 increasing in diameter gradually from the middle portion to the turbine side is formed on the rotary shaft 3, and similarly a tapered collar 6 is fixed extending from the middle portion to the compressor side. Corresponding to the taper portion 5 and the tapered collar 6, tapered bearings 7a, 7b having a little larger diameter are respectively provided on a casing 10 side. A ring 11 regulates the movement in the thrust direction of the bearings 7a, 7b.

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ターボチャージャやガスタービン等のタービ
ン装置の回転軸を支持する袖受情造の改良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an improvement in a sleeve support structure that supports a rotating shaft of a turbine device such as a turbocharger or a gas turbine.

（従来の技術） 一般にターボチャージャは機関の排気がスにより、ガス
タービンは燃焼ガスによりタービンを回転させ、その回
転力でコンプレッサを駆動して機関に圧縮空気を供給す
るが、機関の運転中にタービンが極めて高速で回転する
ため、回転力をコンプレッサに伝達する回転軸も超高速
で回転する。(Prior art) In general, a turbocharger uses engine exhaust gas to rotate a turbine, and a gas turbine uses combustion gas to rotate a turbine, and the rotational force drives a compressor to supply compressed air to the engine. Since the turbine rotates at extremely high speeds, the rotating shaft that transmits rotational power to the compressor also rotates at extremely high speeds.

そのためターボチャージャには回転軸を例えば第２図に
示すような静圧気体式の軸受で支持したものがある（日
本機械学会論文集昭和４２年１１月、第３３巻２５５号
［静圧気体ジャーナル軸受の安定性」、特願昭５９−２
６８５５９号）。For this reason, some turbochargers have their rotating shafts supported by hydrostatic gas type bearings as shown in Figure 2 (Journal of Hydrostatic Gas, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, November 1962, Vol. 33, No. 255). "Stability of Bearings", patent application 1986-2
No. 68559).

このターボチャージャ２０において２はタービンハウジ
ング１２に流入する排気を受けて回転するタービンであ
り、回転軸３によりコンプレッサホイール４と同軸上に
結合される０回転軸３はラジアル軸受１３で支持され、
また回転軸３と一体に軸横断方向に取り付けたスラスト
カラー１４をスラスト軸受１５が支持する。これらの軸
受１３及び１５はいずれも静圧気体式の軸受であり、タ
ーボチャージャ２０の作動中は圧縮気体供給部８から導
かれた圧縮空気を回転軸３とラジアル軸受１３の間及び
スラストカラー１４とスラスト軸受１５の間にそれぞれ
供給することにより、回転軸３を回転自由に保持する。In this turbocharger 20, 2 is a turbine that rotates in response to exhaust gas flowing into the turbine housing 12, and a rotary shaft 3 coaxially connected to a compressor wheel 4 by a rotary shaft 3 is supported by a radial bearing 13.
Further, a thrust bearing 15 supports a thrust collar 14 that is integrally attached to the rotating shaft 3 in a direction transverse to the shaft. These bearings 13 and 15 are both static pressure gas type bearings, and when the turbocharger 20 is in operation, the compressed air guided from the compressed gas supply section 8 is passed between the rotating shaft 3 and the radial bearing 13 and the thrust collar 14. and the thrust bearing 15, the rotary shaft 3 is held freely rotatable.

（発明が解決しようとする問題点） このターボチャージャの場合、回転軸３の軸横断方向の
支持はラジアル軸受１３が、また軸方向の支持はスラス
ト軸受１５が受は持つ構造となっている。ところが、こ
の場合、スラストカラー１４が回転軸３に対して直角方
向に形成されてＩｌｌるため、回転軸３が偏心して振れ
回るとスラストカラー１４の外周部がスラスト軸受１５
に接触しやすく、接触すると部材の焼き付きや破損を起
こす恐れがある。(Problems to be Solved by the Invention) In the case of this turbocharger, the rotary shaft 3 is supported in the transverse direction by a radial bearing 13, and supported in the axial direction by a thrust bearing 15. However, in this case, since the thrust collar 14 is formed perpendicularly to the rotating shaft 3, when the rotating shaft 3 swings eccentrically, the outer circumferential portion of the thrust collar 14 hits the thrust bearing 15.
It is easy to come into contact with the parts, and if they come into contact with them, there is a risk of seizure or damage to the parts.

また、スラスト軸受１５自体が高度の精度を要し、製作
や組立てが難しいため、結果としてターボチャージャの
製造コストが高くなるという問題もあった。Further, the thrust bearing 15 itself requires a high degree of precision and is difficult to manufacture and assemble, resulting in an increase in the manufacturing cost of the turbocharger.

本発明は、上記ターボチャージャのような静圧気体式の
軸受を有するタービン装置の抱える以上の問題、αに鑑
みて、スラスト軸受を必要とせずに回転軸を保持できる
タービン装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, α, faced by turbine devices having hydrostatic gas type bearings such as the turbocharger, and an object of the present invention is to provide a turbine device that can hold a rotating shaft without requiring a thrust bearing. purpose.

（問題点を解決するための手段） 本発明は、タービン嚇＋＝Φとコンプレッサホイールと
を同軸的に連結する回転軸を圧縮気体の圧力で浮上させ
ることにより回転自由に保持する静圧気体軸受を備えた
タービン装置において、回転軸に中間部から両側へ向か
って径が大きくなるようなテーバ部を形成し、これに対
応する静圧気体軸受を同じくテーバ状に形成している。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a hydrostatic gas bearing that holds a rotary shaft that coaxially connects a turbine pressure +=Φ and a compressor wheel so that it can rotate freely by floating it with the pressure of compressed gas. In a turbine device equipped with a rotary shaft, a tapered portion is formed on the rotating shaft such that the diameter increases from the middle portion toward both sides, and a corresponding hydrostatic gas bearing is also formed in a tapered shape.

（作用） 回転軸と軸受とをテーパ状に形成したためラジアル方向
にもスラスト方向にも支持が得られ、従来のスラスト軸
受が不要となる。(Function) Since the rotary shaft and the bearing are formed into a tapered shape, support is obtained in both the radial direction and the thrust direction, making the conventional thrust bearing unnecessary.

（実施例） 第１図に本発明の実施例を示す。(Example) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.

第１図において、１はターボチャージャであり、タービ
ン２は回転軸３を介してコンプレッサホイール４に同軸
的に結合される。回転軸３には中間部からタービン側へ
径が徐々に大きくなるようなテ・−パ部５が形成され、
また中間部からコンプレッサ側へかけては同様に徐々に
径が拡大するようなテーパ状のカラー６を固着する。ま
た、このテーパ部５とカラー６に対応してこれよりわず
かに大径の同じくテーパ状の軸受７ａと７ｂとをそれぞ
れケーシング１０側に設ける。７ａと７ｂはいずれも静
圧気体軸受であり、それぞれ圧縮気体供給部８に連通ず
る環状溝９ａ及ｖ９ｂを備える。また、軸受７ａ及び７
ｂのスラスト方向の移動を規制するためのリング１１が
ケーシング１０に取り付けられる。これらの組み立ては
、虫ずケーシング１０に軸受７ａおよび７ｂをセット１
１、リング１１で固定する。次にタービン２に固設した
回転軸３をタービン側から軸受７ａ及Ｖ７ｂの中に挿入
し、カラー６を軸受７ｂに対応する位置に固着した後、
回転軸３の゛先端にコンプレッサホイール４を取り付け
る。In FIG. 1, 1 is a turbocharger, and a turbine 2 is coaxially connected to a compressor wheel 4 via a rotating shaft 3. In FIG. The rotary shaft 3 is formed with a tapered portion 5 whose diameter gradually increases from the intermediate portion toward the turbine side.
Further, a tapered collar 6 whose diameter gradually increases from the intermediate portion toward the compressor side is fixed. Corresponding to the tapered portion 5 and the collar 6, similarly tapered bearings 7a and 7b having a slightly larger diameter are provided on the casing 10 side. 7a and 7b are both static pressure gas bearings, and are provided with annular grooves 9a and v9b communicating with the compressed gas supply section 8, respectively. In addition, bearings 7a and 7
A ring 11 is attached to the casing 10 to restrict the movement of b in the thrust direction. To assemble these, set the bearings 7a and 7b on the insect casing 10.
1. Fix with ring 11. Next, the rotary shaft 3 fixed to the turbine 2 is inserted into the bearing 7a and V7b from the turbine side, and the collar 6 is fixed at a position corresponding to the bearing 7b.
A compressor wheel 4 is attached to the tip of the rotating shaft 3.

以上のように構成されたターボチャージャ１の作用につ
いて次に説明する。The operation of the turbocharger 1 configured as described above will be explained next.

機関の運転に伴い、圧縮気体供給部８から圧縮気体が軸
受７ａと７ｂに形成された環状溝９ａ及び９ｂを通って
回転軸３のテーパ部５とカラー６の周囲に供給される。As the engine operates, compressed gas is supplied from the compressed gas supply section 8 around the tapered portion 5 and collar 6 of the rotating shaft 3 through annular grooves 9a and 9b formed in the bearings 7a and 7b.

この気体圧力により、テーパ部５及びカラー６はそれぞ
れ軸受７ａ及び７ｂから浮き上がり、回転軸３は軸受７
ａ及び７ｂとの間に摩擦を生じることなく回転する。気
体の圧力はテーパ部５及びカラー６のテーバ面に対して
垂直に作用し、その分力はラジアル方向だけでなくスラ
スト方向にも働くため、回転軸３は軸方向にも軸横断方
向にも支持される。したがって、スラスト軸受なしでも
回転軸３が軸方向変位を起こす恐れはなく、また、スラ
スト軸受がないことから部材の焼き付きや破損の可能性
も大幅に減少する。Due to this gas pressure, the tapered portion 5 and the collar 6 are lifted off the bearings 7a and 7b, respectively, and the rotating shaft 3 is lifted off the bearings 7a and 7b.
It rotates without creating any friction between a and 7b. The pressure of the gas acts perpendicularly to the tapered surface of the tapered part 5 and the collar 6, and its component force acts not only in the radial direction but also in the thrust direction, so the rotating shaft 3 acts both in the axial direction and in the transverse direction. Supported. Therefore, even without a thrust bearing, there is no fear that the rotating shaft 3 will be displaced in the axial direction, and since there is no thrust bearing, the possibility of seizure or damage to the members is greatly reduced.

なお、゛この実施例では本発明をターボチャージャに適
用しているが、本発明は〃スタービンにも有効である。Note that although the present invention is applied to a turbocharger in this embodiment, the present invention is also effective for a turbine.

（発明の効果） 以上のように、本発明のタービン装置はタービンに固設
する回転軸を中間部からタービン、コンプレッサ双方へ
向けてそれぞれ、軸径が拡大するようにテーパ状に形成
し、これに対応するように同じくテーパ状に形成した静
圧気体軸受を設けたため、タービンの回転時には軸受と
回転軸との隙間に圧縮気体が供給されて、回転軸のテー
パ部分に対して垂直に圧力を及ぼす。したがって、回転
軸はこの圧力の分力によりラジアル方向とスラスト方向
の両方向の支持が得られるため、スラスト軸受は不要と
なり、スラスト軸受とスフストカラーとの接触による部
材の焼き付きや破損の心配がなくなり、タービン装置の
耐久性が向上するまた、高精度を要するスラストカラー
及びスラスト軸受が不要となるためタービン装置の製造
コストが大幅に削減できる。(Effects of the Invention) As described above, in the turbine device of the present invention, the rotating shaft fixed to the turbine is formed into a tapered shape so that the shaft diameter increases from the intermediate portion toward both the turbine and the compressor. To accommodate this, a similarly tapered hydrostatic gas bearing is provided, so when the turbine rotates, compressed gas is supplied to the gap between the bearing and the rotating shaft, and pressure is applied perpendicularly to the tapered portion of the rotating shaft. affect Therefore, the rotating shaft can be supported in both the radial and thrust directions by this component of pressure, eliminating the need for a thrust bearing and eliminating the risk of seizing or damage to components due to contact between the thrust bearing and the thrust collar. The durability of the device is improved, and since the thrust collar and thrust bearing, which require high precision, are not required, the manufacturing cost of the turbine device can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明のタービン装置の実施例を示すターボチ
ャージャの断面図であり、第２図は静圧気体軸受を使用
したタービン装置の従来例を示すターボチャージャの断
面図である。 １・−・ターボチャーツヤ、２・・・タービン、３・・
・回転軸、４・・・コンプレッサホイール、５・・・テ
ーパ部、７　ａｔ　７　ｂ・・・軸受。FIG. 1 is a sectional view of a turbocharger showing an embodiment of the turbine device of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a turbocharger showing a conventional example of a turbine device using a hydrostatic gas bearing. 1...turbochart, 2...turbine, 3...
-Rotating shaft, 4...Compressor wheel, 5...Tapered portion, 7 at 7 b...Bearing.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] タービンとコンプレッサホイールとを同軸的に連結する
回転軸を圧縮気体の圧力で浮上させることにより回転自
由に保持する静圧気体軸受を備えたタービン装置におい
て、回転軸に中間部から両側へ向かって径が大きくなる
ようなテーパ部を形成し、これに対応する静圧気体軸受
を同じくテーパ状に形成したことを特徴とするタービン
装置。In a turbine device equipped with a hydrostatic gas bearing, which holds the rotating shaft that coaxially connects the turbine and the compressor wheel to the rotary shaft by floating it with the pressure of compressed gas and allowing it to rotate freely, the rotating shaft has a diameter extending from the middle part toward both sides. 1. A turbine device characterized in that a tapered portion is formed such that the angle becomes larger, and a corresponding hydrostatic gas bearing is also formed in a tapered shape.