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JP2019173840A - Vibration damping device for bearing - Google Patents

Vibration damping device for bearing Download PDF

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JP2019173840A
JP2019173840A JP2018061825A JP2018061825A JP2019173840A JP 2019173840 A JP2019173840 A JP 2019173840A JP 2018061825 A JP2018061825 A JP 2018061825A JP 2018061825 A JP2018061825 A JP 2018061825A JP 2019173840 A JP2019173840 A JP 2019173840A
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Japan
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spherical particles
preload
actuator
vibration damping
bearing
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JP2018061825A
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Japanese (ja)
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智也 中村
Tomoya Nakamura
智也 中村
奈央 林
Nao Hayashi
奈央 林
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

To achieve effective damping effect corresponding to use place and state, in a vibration damping device for a bearing applying spherical particles as a damper element.SOLUTION: A vibration damping device for a bearing includes a device housing 3 disposed on an outer surface of the bearing 5 supporting a rotating shaft 2 in a rotary machine at an interval, an inner cylinder 4 disposed between an inner peripheral face of the device housing 3 and an outer surface of the bearing 5 at an interval and radially displaceable to the device housing 3, a housing space 7 disposed between an outer peripheral face of the inner cylinder 4 and an inner peripheral face of the device housing 3 and filled with spherical particles 6 generating damping action by vibrational friction, a precompression member 13 disposed at a side part in an axial direction of the housing space 7, and applying an axial preload to the spherical particles 6 charged in the housing space 7, and an actuator 14 applying a load to the precompression member 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、ロケットエンジンターボポンプなどの高速回転軸を支持する軸受の振動を抑制する軸受の振動減衰装置に関するものである。   The present invention relates to a vibration damping device for a bearing that suppresses vibration of a bearing that supports a high-speed rotating shaft such as a rocket engine turbo pump.

ロケットエンジンターボポンプなどの高速回転軸では、危険速度での強制振動や自励振動など、軸振動が問題になることが多い。   In high-speed rotating shafts such as rocket engine turbo pumps, shaft vibrations such as forced vibrations and self-excited vibrations at dangerous speeds are often problematic.

ジェットエンジンなどでは、回転軸の振動減衰装置として、スクイーズフィルムダンパという、潤滑油の粘性を用いて振動減衰効果を得るものが採用されている。   In a jet engine or the like, a squeeze film damper that obtains a vibration damping effect using the viscosity of a lubricating oil is employed as a vibration damping device for a rotating shaft.

しかしながら、オイルレス機器や、極低温下で運転されるロケットエンジンターボポンプなどでは、潤滑油を用いることができない。   However, lubricating oil cannot be used in oilless equipment, rocket engine turbo pumps operated at extremely low temperatures, and the like.

このため、従来、ロケットエンジンターボポンプなどの高速回転軸の振動減衰装置として、回転軸と、機器ハウジングとの間に、リング状のワイヤーメッシュを配置し、回転軸の振動によって生じた力により、リング状のワイヤーメッシュを変形させて、ワイヤー間で生じる摩擦により、振動エネルギーを散逸させて、回転軸の振動を減衰させるワイヤーメッシュダンパと呼ばれている振動減衰装置が、特許文献1に開示されている。   For this reason, conventionally, as a vibration damping device for a high-speed rotation shaft such as a rocket engine turbo pump, a ring-shaped wire mesh is disposed between the rotation shaft and the equipment housing, and the force generated by the vibration of the rotation shaft Patent Document 1 discloses a vibration damping device called a wire mesh damper that deforms a ring-shaped wire mesh and dissipates vibration energy by friction generated between the wires to attenuate vibration of the rotating shaft. ing.

この特許文献1に開示されているワイヤーメッシュダンパは、回転軸に減衰力を直接作用させることはできるものの、ワイヤーメッシュをリング状に圧縮させて減衰作用を得るため、装置ごとにワイヤーメッシュの配置や形状が異なり易く、減衰性能にばらつきが生じるという問題がある。   Although the wire mesh damper disclosed in this Patent Document 1 can directly apply a damping force to the rotating shaft, the wire mesh is compressed in a ring shape to obtain a damping action. There is a problem that the shape is easily different and the attenuation performance varies.

また、非特許文献1には、ワイヤーメッシュダンパと同様、極低温下で作動する機器やオイルフリー機器を対象とした振動減衰装置として、球状粒子をダンパ要素にすることが紹介されている。   In addition, Non-Patent Document 1 introduces the use of spherical particles as a damper element as a vibration damping device for devices operating at extremely low temperatures and oil-free devices, similar to wire mesh dampers.

この非特許文献1に紹介されている球状粒子をダンパ要素にした振動減衰装置は、概ね、図12に示すような構造である。   The vibration damping device using spherical particles as a damper element introduced in Non-Patent Document 1 has a structure as shown in FIG.

図12に示す球状粒子20をダンパ要素にした振動減衰装置21は、回転機械における回転軸22を支持する軸受23の外面に、間隔をあけて配置される回転機械の機器ハウジング24と、この機器ハウジング24の内周面と軸受23の外面との間に配置された、機器ハウジング24に対して半径方向に変位可能な内筒25と、この内筒25の外周面と機器ハウジング24の内周面との間に設けられた、振動摩擦により制振作用を生じる球状粒子20を充填した収容空間26と、この収容空間26の軸方向の端部に配置された、収容空間26内に充填された球状粒子20に対して軸方向の予荷重を与える予圧リング27と、予圧リング27に予荷重を与える予荷重ばね28とを備えている。   A vibration damping device 21 using spherical particles 20 as a damper element shown in FIG. 12 includes a device housing 24 of a rotating machine arranged on the outer surface of a bearing 23 that supports a rotating shaft 22 in the rotating machine, and the device. An inner cylinder 25 that is disposed between the inner peripheral surface of the housing 24 and the outer surface of the bearing 23 and can be displaced in the radial direction with respect to the device housing 24, and the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner periphery of the device housing 24 A storage space 26 provided between the surface and filled with the spherical particles 20 that generate a damping action by vibration friction, and the storage space 26 disposed at the end in the axial direction of the storage space 26 is filled. Further, a preload ring 27 for applying an axial preload to the spherical particles 20 and a preload spring 28 for applying a preload to the preload ring 27 are provided.

この球状粒子20をダンパ要素にした振動減衰装置21は、回転機械における回転軸22にラジアル方向の軸振動が発生すると、軸受23を介して内筒25に半径方向の変位が生じ、その変位によって収容空間26内の球状粒子20が流動し、この流動により、球状粒子20どうし、球状粒子20と内筒25との間、球状粒子20と機器ハウジング24との間で摩擦が発生し、この摩擦によって振動エネルギーが散逸し、ダンパとしての役割を果たす。   In the vibration damping device 21 using the spherical particles 20 as a damper element, when radial axial vibration is generated on the rotary shaft 22 of the rotary machine, a radial displacement is generated in the inner cylinder 25 via the bearing 23, and the displacement is caused by the displacement. The spherical particles 20 in the housing space 26 flow, and this flow causes friction between the spherical particles 20, between the spherical particles 20 and the inner cylinder 25, and between the spherical particles 20 and the equipment housing 24. Vibration energy is dissipated by this, and it acts as a damper.

球状粒子20をダンパ要素にした場合、その特性に影響を及ぼすと考えられるパラメータは、球状粒子20の粒子直径、内筒25の外径、機器ハウジング24の内径、収容空間26の長さ、予荷重ばね28による予荷重、球状粒子20の粒子材料、球状粒子20どうし、および機器との摩擦係数(表面材質で管理)であり、これらは工業的に特性管理が可能であり、ワイヤーメッシュダンパに比べて品質安定性の向上が期待できる。   When the spherical particle 20 is used as a damper element, the parameters that are considered to affect the characteristics are the particle diameter of the spherical particle 20, the outer diameter of the inner cylinder 25, the inner diameter of the equipment housing 24, the length of the receiving space 26, The preload by the load spring 28, the particle material of the spherical particles 20, the spherical particles 20 and the friction coefficient (managed by the surface material) with the equipment, these can be industrially managed, and the wire mesh damper Compared to this, improvement in quality stability can be expected.

上記した非特許文献1に開示された構造の振動減衰装置は、効果的に高い減衰性能を得るためには、予荷重を大きくすることが必要と考えられる。これは、球状粒子を収容した収容空間内において、球状粒子20に対して軸方向に与える予荷重を大きくすると、球状粒子に密接して圧力がかかり、球状粒子間の摩擦力が大きくなることで、減衰効果を大きくすることができるからである。   In the vibration damping device having the structure disclosed in Non-Patent Document 1 described above, it is considered necessary to increase the preload in order to effectively obtain a high damping performance. This is because, when the preload applied to the spherical particles 20 in the axial direction is increased in the accommodating space containing the spherical particles, pressure is applied in close contact with the spherical particles, and the frictional force between the spherical particles increases. This is because the attenuation effect can be increased.

特開平3−41211号公報JP-A-3-41211

2015年10月07日開催の日本航空宇宙学会における宇宙科学技術連合講演会講演集の「ターボポンプ用粒子ダンパの開発」と題する論文Paper titled “Development of Particle Damper for Turbopump” of the Lecture Meeting of the Space Science and Technology Union at the Japan Aerospace Society held on October 07, 2015

ところで、非特許文献1で紹介されている球状粒子20をダンパ要素にした振動減衰装置21では、予荷重ばね28の付勢力を用いることで予圧リング27に予荷重を与えている。予荷重ばね28の付勢力は、材料、大きさ等で決まる。   By the way, in the vibration damping device 21 using the spherical particle 20 introduced in Non-Patent Document 1 as a damper element, a preload is applied to the preload ring 27 by using the biasing force of the preload spring 28. The biasing force of the preload spring 28 is determined by the material, size, and the like.

使用する場所や状態などにより、要求される減衰性能は異なるが、上記した予荷重ばね28を用いたものでは、予荷重ばね28の付勢力で予荷重は決まる。このため、予荷重を変える場合には、予荷重ばね28を交換する必要があるなど、減衰性能の調整に手間がかかるなどの問題がある。   Although the required damping performance varies depending on the place and state of use, in the case of using the preload spring 28 described above, the preload is determined by the biasing force of the preload spring 28. For this reason, when changing the preload, it is necessary to replace the preload spring 28 and there is a problem that it takes time to adjust the damping performance.

そこで、この発明は、球状粒子をダンパ要素にした振動減衰装置において、使用する場所や状態など対応して、効果的な減衰効果が得られるようにすることを課題とするものである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an effective damping effect in a vibration damping device using spherical particles as a damper element in accordance with the place and state of use.

前記の課題を解決するために、この発明は、回転機械における回転軸を支持する軸受の外面に、間隔をあけて配置される機器ハウジングと、この機器ハウジングの内周面と軸受の外面との間に隙間をあけて配置された、機器ハウジングに対して半径方向に変位可能な内筒と、この内筒の外周面と機器ハウジングの内周面との間に設けられた、振動摩擦により制振作用を生じる球状粒子を充填する収容空間と、この収容空間の軸方向の側方に配置された、収容空間内に充填された球状粒子に対して軸方向の予荷重を与える予圧部材と、この予圧部材に荷重を与えるアクチュエータと、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a device housing disposed at an interval on an outer surface of a bearing that supports a rotating shaft in a rotating machine, an inner peripheral surface of the device housing, and an outer surface of the bearing. An inner cylinder that is disposed with a gap therebetween and is radially displaceable with respect to the device housing, and vibration friction that is provided between the outer peripheral surface of the inner cylinder and the inner peripheral surface of the device housing. A storage space that fills the spherical particles that generate vibration, and a preload member that is disposed laterally in the axial direction of the storage space and applies an axial preload to the spherical particles filled in the storage space; And an actuator for applying a load to the preload member.

この発明は、アクチュエータの動作を制御することで、予圧部材に与える荷重を調整する。荷重を調整することで、収容空間に充填された球状粒子の予荷重が調整され、ダンパとしての減衰力を調整できる   The present invention adjusts the load applied to the preload member by controlling the operation of the actuator. By adjusting the load, the preload of the spherical particles filled in the accommodation space is adjusted, and the damping force as a damper can be adjusted

また、前記球状粒子を充填する収容空間を、周方向に等配に設けた複数の円弧状の凹所とし、各凹所に対応してそれぞれ配され、各凹所内の球状粒子に対して軸方向の予荷重を与える円弧状の予圧部材と、各予圧部材にそれぞれ対応して設けられたアクチュエータとを有し、各予圧部材をアクチュエータでそれぞれ荷重を与えるように構成すればよい、   Further, the storage space filled with the spherical particles is a plurality of arc-shaped recesses provided at equal intervals in the circumferential direction, and each of the storage spaces is arranged corresponding to each of the recesses. It may be configured to have an arc-shaped preload member that gives a preload in a direction and an actuator provided corresponding to each preload member, and to apply a load to each preload member by the actuator,

各アクチュエータの予圧部材に与える荷重の大きさをそれぞれ対応して変化させることにより、回転軸の振動が周方向に異方性が出た場合にも、振動に適した減衰力を与えることができる。   By changing the magnitude of the load applied to the preload member of each actuator correspondingly, even when the vibration of the rotating shaft has anisotropy in the circumferential direction, a damping force suitable for the vibration can be given. .

また、前記球状粒子を充填する収容空間を、環状の凹所とし、前記収容空間内に充填された球状粒子に対して軸方向に予荷重を与えるリング状予圧部材を配し、リング状予圧部材に対して周方向に等配に設けた複数のアクチュエータでリング状予圧部材に荷重を負荷するように構成すればよい。   Further, the storage space for filling the spherical particles is an annular recess, and a ring-shaped preload member for preloading the spherical particles filled in the storage space in the axial direction is arranged, and the ring-shaped preload member On the other hand, a load may be applied to the ring-shaped preload member by a plurality of actuators provided at equal intervals in the circumferential direction.

また、前記アクチュエータを、積層圧電アクチュエータ又はソレノイド若しくはガス圧シリンダのいずれかで構成することができる。   Further, the actuator can be constituted by either a laminated piezoelectric actuator, a solenoid, or a gas pressure cylinder.

前記球状粒子は、SUS440CまたはSi34からなるものを使用することができ、すべて同一サイズであるもの、または、異なるサイズのものを組み合わせて使用してもよい。 The spherical particles may be made of SUS440C or Si 3 N 4, and may be of the same size or a combination of different sizes.

以上のように、この発明に係る軸受の振動減衰装置では、適正な予荷重をアクチュエータにより与えることで、運転条件毎に.減衰効果を適正に制御することができる。   As described above, in the vibration damping device for a bearing according to the present invention, an appropriate preload is given by the actuator, so that it can be set for each operating condition. The attenuation effect can be controlled appropriately.

この発明に係る球状粒子をダンパ要素にした振動減衰装置の第1の実施形態を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a vibration damping device using spherical particles as damper elements according to the present invention. 図1の球状粒子を充填した収容空間部分の拡大図である。It is an enlarged view of the accommodation space part with which the spherical particle | grains of FIG. 1 were filled. 図1の振動減衰装置の機器ハウジングと内筒との関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the relationship between the apparatus housing and inner cylinder of the vibration damping apparatus of FIG. 図1のA−A線で断面した概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. この発明の第1の実施形態の振動減衰装置に用いられる予圧部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the preload member used for the vibration damping apparatus of 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態の振動減衰装置をアクチュエータの方向から見た概略説明図である。It is the schematic explanatory drawing which looked at the vibration damping device of 1st Embodiment of this invention from the direction of the actuator. この発明の第1の実施形態の振動減衰装置に用いられるアクチュエータとして積層圧電アクチュエータを用いた場合の構成を示す拡大説明図である。It is an expansion explanatory view showing the composition at the time of using a lamination piezoelectric actuator as an actuator used for a vibration damping device of a 1st embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態の振動減衰装置に用いられるアクチュエータとしてソレノイドを用いた場合の構成を示す拡大説明図である。It is an expansion explanatory view showing the composition at the time of using a solenoid as an actuator used for a vibration damping device of a 1st embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態の振動減衰装置に用いられるアクチュエータとしてガス圧シリンダを用いた場合の構成を示す拡大説明図である。It is an expansion explanatory view showing the composition at the time of using a gas pressure cylinder as an actuator used for a vibration damping device of a 1st embodiment of this invention. この発明の第2の実施形態の振動減衰装置の収納凹所を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the storage recess of the vibration damping device of 2nd Embodiment of this invention. この発明の第2の実施形態の振動減衰装置をアクチュエータの方向から見た略説明図である。It is the schematic explanatory drawing which looked at the vibration damping device of 2nd Embodiment of this invention from the direction of the actuator. 非特許文献1に紹介されている球状粒子をダンパ要素にした振動減衰装置の概略図である。It is the schematic of the vibration damping device which made the spherical particle introduced into the nonpatent literature 1 the damper element.

以下、この発明に係る球状粒子をダンパ要素にした振動減衰装置1の第1の実施形態を添付図面に基づいて説明する。   Hereinafter, a first embodiment of a vibration damping device 1 using spherical particles as damper elements according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1に示すように、この実施形態の回転機械における回転軸2は、円筒形の機器ハウジング3の内周面に、内筒4と軸受5を介して回転可能に支持されている。この実施形態においては、軸受5として、内輪5aと、外輪5bと、内輪5aと外輪5bの間に収容される転動体5cとからなる転がり軸受を使用している。   As shown in FIG. 1, the rotary shaft 2 in the rotary machine of this embodiment is rotatably supported on the inner peripheral surface of a cylindrical device housing 3 via an inner cylinder 4 and a bearing 5. In this embodiment, as the bearing 5, a rolling bearing including an inner ring 5a, an outer ring 5b, and a rolling element 5c accommodated between the inner ring 5a and the outer ring 5b is used.

前記機器ハウジング3の内周面と内筒4の外周面との間には、ダンパ要素である球状粒子6を収容する収容空間7が設けられている。   Between the inner peripheral surface of the device housing 3 and the outer peripheral surface of the inner cylinder 4, an accommodation space 7 for accommodating spherical particles 6 that are damper elements is provided.

前記機器ハウジング3および内筒4を形成する材質としては、ニッケル合金、SUS304、SUS304L、SUS316、SUS16L、SUS316LNなどを使用することができる。   As a material for forming the device housing 3 and the inner cylinder 4, nickel alloy, SUS304, SUS304L, SUS316, SUS16L, SUS316LN, or the like can be used.

内筒4の軸方向の一端には、内筒4を機器ハウジング3に対して半径方向に変位可能に支持し、内筒4を機器ハウジング3の軸に一致させるように弾性支持する内筒支持用ばね8が周方向に等間隔で設けられている。   At one end in the axial direction of the inner cylinder 4, the inner cylinder 4 is supported so as to be displaceable in the radial direction with respect to the equipment housing 3, and the inner cylinder is supported elastically so that the inner cylinder 4 coincides with the axis of the equipment housing 3. The springs 8 are provided at equal intervals in the circumferential direction.

内筒支持用ばね8は、図1および図3に示すように、機器ハウジング3の軸方向の外方に延びる突出片8aと、この突出片8aの外方端から半径方向の外径側に屈曲する屈曲片8bと、この屈曲片8bの外径端から軸方向に折り返された折返し片8cとからなるコ字形をしており、折返し片8cの端部が機器ハウジング3の外径部に係合している。   As shown in FIGS. 1 and 3, the inner cylinder supporting spring 8 includes a protruding piece 8a extending outward in the axial direction of the device housing 3, and a radially outer diameter side from the outer end of the protruding piece 8a. The bent piece 8b is formed into a U-shape consisting of a bent piece 8b and a folded piece 8c folded in the axial direction from the outer diameter end of the bent piece 8b, and the end of the folded piece 8c is formed on the outer diameter portion of the device housing 3. Is engaged.

機器ハウジング3の内周面の一端には、収容空間7の一方の端面を形成する内向きフランジ3aが形成され、この内向きフランジ3aの内周面と、内筒4の外周面との間には、内筒4の半径方向の変位を可能にする隙間aを設けており、この隙間aはダンパ要素である球状粒子6が漏れ出さない大きさに設定されている。   An inward flange 3 a that forms one end surface of the accommodation space 7 is formed at one end of the inner peripheral surface of the device housing 3. Between the inner peripheral surface of the inward flange 3 a and the outer peripheral surface of the inner cylinder 4. Is provided with a gap a that allows the inner cylinder 4 to be displaced in the radial direction. The gap a is set to a size that prevents the spherical particles 6 that are damper elements from leaking out.

前記内筒支持用ばね8が係合する機器ハウジング3の外周面と反対側の外周面には、半径方向の外径に向かって突出する固定フランジ3bが形成され、この固定フランジ3bに、前記収容空間7の他方の端面を形成するリング板9がボルト10によって固定されている。   A fixing flange 3b protruding toward the outer diameter in the radial direction is formed on the outer peripheral surface opposite to the outer peripheral surface of the device housing 3 with which the inner cylinder supporting spring 8 is engaged. A ring plate 9 forming the other end face of the accommodation space 7 is fixed by a bolt 10.

このリング板9は、機器ハウジング3の内周面と内筒4との間に嵌まり込む係合部9aが設けられている。   The ring plate 9 is provided with an engaging portion 9 a that fits between the inner peripheral surface of the device housing 3 and the inner cylinder 4.

図1及び図2に示すように、係合部9aの収容空間7側端部と収容空間7との間に、軸方向の予荷重を与える予圧部材13とこの予圧部材13に荷重を与えるアクチュエータ14が配置される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a preload member 13 that applies a preload in the axial direction between an end of the engaging portion 9 a on the side of the storage space 7 and the storage space 7, and an actuator that applies a load to the preload member 13 14 is arranged.

予圧部材13の内周面と内筒4の外周面、アクチュエータ14の内周側と内筒4の外周面との間には、内筒4の半径方向の変位を可能にする隙間bを設けており、この隙間bはダンパ要素である球状粒子6が漏れ出さない大きさに設定されている。   Between the inner peripheral surface of the preload member 13 and the outer peripheral surface of the inner cylinder 4, and between the inner peripheral side of the actuator 14 and the outer peripheral surface of the inner cylinder 4, a gap b that allows displacement of the inner cylinder 4 in the radial direction is provided. The gap b is set to a size that prevents the spherical particles 6 as the damper element from leaking out.

前記収容空間7には、球状粒子6が充填されている。球状粒子6としては、例えば、粒子直径が1mm程度の鋼球(SUS440C)やセラミック球(Si34)などを使用することができる。前記球状粒子6は、すべて同一サイズでもよいし、異なるサイズの組み合わせでもよい。 The accommodation space 7 is filled with spherical particles 6. As the spherical particles 6, for example, steel balls (SUS440C) or ceramic balls (Si 3 N 4 ) having a particle diameter of about 1 mm can be used. The spherical particles 6 may all be the same size or may be a combination of different sizes.

ところで、ロケットエンジンターボポンプは、燃焼器に推進剤を圧送する回転機械であり、推進剤として主に液体酸素および液体水素を使用するため、回転軸2の軸受5の近傍は極低温環境になる。このような、極低温で使用される機器の場合、極低温環境にする前に、球状粒子6を充填した収容空間7内の空気に含まれる水分が凍らないように、収容空間7内の空気を、推進剤のガス(例えば、水素ガス、酸素ガス)で置換しておくことが望ましい。   By the way, the rocket engine turbo pump is a rotary machine that pumps a propellant to the combustor, and mainly uses liquid oxygen and liquid hydrogen as the propellant, so that the vicinity of the bearing 5 of the rotating shaft 2 is in a cryogenic environment. . In the case of such a device used at a very low temperature, the air in the accommodation space 7 is prevented from freezing before the water is contained in the accommodation space 7 filled with the spherical particles 6 before the cryogenic environment. Is preferably replaced with a propellant gas (for example, hydrogen gas or oxygen gas).

このため、図1に示す形態では、前記収容空間7の内部と外部環境とを繋ぐ空気抜き用流路15を機器ハウジング3とリング板9との間に設置している。   For this reason, in the form shown in FIG. 1, an air vent channel 15 that connects the inside of the accommodation space 7 and the external environment is provided between the device housing 3 and the ring plate 9.

また、前記空気抜き用流路15の出口に耐粉塵フィルタを設置することが好ましい。   Moreover, it is preferable to install a dust-proof filter at the outlet of the air vent flow path 15.

次に、球状粒子6をダンパ要素にした振動減衰装置の作用について説明する。   Next, the operation of the vibration damping device using the spherical particles 6 as damper elements will be described.

図1の矢印X1に示すように、振動によって軸変位が生じた場合、加振力は軸受5を通じて、内筒4を矢印X2に示すように、半径方向に変動させる。この内筒4の変動により、内筒4と機器ハウジング3との間の収容空間7に充填された球状粒子6が流動し、球状粒子6どうし、球状粒子6と内筒4間、球状粒子6と機器ハウジング3との間でそれぞれ摩擦が生じ、この摩擦によって振動エネルギーが散逸し、振動が減衰される。   As shown by an arrow X1 in FIG. 1, when an axial displacement occurs due to vibration, the excitation force causes the inner cylinder 4 to change in the radial direction through the bearing 5 as shown by an arrow X2. Due to the fluctuation of the inner cylinder 4, the spherical particles 6 filled in the accommodation space 7 between the inner cylinder 4 and the device housing 3 flow, and the spherical particles 6, the spherical particles 6 and the inner cylinder 4, and the spherical particles 6. And the device housing 3, friction is generated, and the frictional energy is dissipated by the friction to attenuate the vibration.

この発明は、アクチュエータ14の動作を制御し、予圧部材13に与える荷重を調整する。荷重を調整することで、収容空間7に充填された球状粒子6の予荷重が調整され、ダンパとしての減衰力が調整できる。球状粒子6を収容した収容空間7内において、球状粒子6に対して軸方向に与える予荷重を大きくすると、球状粒子6が密接して圧力がかかり、球状粒子6間の摩擦力が大きくなることで、減衰効果(減衰力)が大きくなる。   The present invention controls the operation of the actuator 14 and adjusts the load applied to the preload member 13. By adjusting the load, the preload of the spherical particles 6 filled in the accommodation space 7 is adjusted, and the damping force as a damper can be adjusted. When the preload applied to the spherical particles 6 in the axial direction is increased in the housing space 7 in which the spherical particles 6 are accommodated, the spherical particles 6 are in close contact with each other and pressure is applied, and the frictional force between the spherical particles 6 increases. Thus, the damping effect (damping force) is increased.

この発明では、運転条件毎に、適した減衰効果を得る予荷重を与えるように、アクチュエータ14が予圧部材13に与える荷重の大きさを制御する。   In this invention, the magnitude | size of the load which the actuator 14 gives to the preload member 13 is controlled so that the preload which obtains the suitable damping effect for every operating condition may be given.

図4に示すように、この第1の実施形態の収容空間7は、周方向に等配に設けた複数の円弧状の凹所71〜74からなる。この実施形態では4個の凹所71、72、73、74を有している。そして、この凹所71、72、73、74にそれぞれ球状粒子6が充填されている。 As shown in FIG. 4, the accommodation space 7 of the first embodiment is comprised of a plurality of arcuate recesses 7 1-7 4 provided in equal intervals in the circumferential direction. In this embodiment, there are four recesses 7 1 , 7 2 , 7 3 , 7 4 . The recesses 7 1 , 7 2 , 7 3 and 7 4 are filled with spherical particles 6, respectively.

この第1の実施形態においては、図5に示すような各凹所71、72、73、74の形状に合った円弧状の予圧部材13が用いられる。そして、各凹所71、72、73、74に軸方向の予荷重を与える円弧状の予圧部材13をそれぞれ配する。 In the first embodiment, an arc-shaped preload member 13 matching the shape of each of the recesses 7 1 , 7 2 , 7 3 , 7 4 as shown in FIG. 5 is used. Then, arc-shaped preloading members 13 that apply axial preloads are disposed in the respective recesses 7 1 , 7 2 , 7 3 , and 7 4 .

図6に示すように、各予圧部材13にそれぞれアクチュエータ14が連結される。各アクチュエータ14は駆動制御装置14aにより制御され、各予圧部材13に独立して荷重を与えることができる。   As shown in FIG. 6, an actuator 14 is connected to each preload member 13. Each actuator 14 is controlled by a drive control device 14 a and can apply a load to each preload member 13 independently.

凹所71に充填された球状粒子6を予圧部材13とアクチュエータ14により、所定の予荷重を与えることにより、減衰力F1が得られる。同様に、凹所72に充填された球状粒子6を予圧部材13とアクチュエータ14により、所定の予荷重を与えることにより、減衰力F2が、凹所73に充填された球状粒子6を予圧部材13とアクチュエータ14により、所定の予荷重を与えることにより、減衰力F3が、凹所74に充填された球状粒子6を予圧部材13とアクチュエータ14により、所定の予荷重を与えることにより、減衰力F4が得られる。 The recess 7 preload member 13 spherical particles 6 filled in 1 and the actuator 14, by applying a predetermined preload, the damping force F 1 is obtained. Similarly, the spherical particles 6 filled in the recesses 7 2 are given a predetermined preload by the preloading member 13 and the actuator 14, so that the damping force F 2 is applied to the spherical particles 6 filled in the recesses 7 3. the preload member 13 and the actuator 14, by applying a predetermined preload, the damping force F 3, the spherical particles 6 filled in the recess 7 4 by the preload member 13 and the actuator 14, to provide a predetermined preload Thus, the damping force F 4 is obtained.

ところで、回転軸2の振動が周方向に異方性が出る場合がある。このような場合には、駆動制御装置140が各アクチュエータ14の予圧部材13に与える荷重の大きさをそれぞれ対応して変化させることにより、振動に適した減衰力を与えることができる。   By the way, the vibration of the rotating shaft 2 may be anisotropic in the circumferential direction. In such a case, a damping force suitable for vibration can be applied by changing the magnitude of the load applied to the preload member 13 of each actuator 14 by the drive control device 140.

この実施形態で用いるアクチュエータ14の例につき図7〜図9を参照して説明する。図7は、アクチュエータ14として、複数の圧電素子を積層した積層圧電アクチュエータ141を用いている。駆動制御装置140は、積層圧電アクチュエータ141に与える電流を制御し、予荷重の大きさを制御する。   An example of the actuator 14 used in this embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 7, a laminated piezoelectric actuator 141 in which a plurality of piezoelectric elements is laminated is used as the actuator 14. The drive control device 140 controls the current applied to the laminated piezoelectric actuator 141 and controls the magnitude of the preload.

図8は、アクチュエータ14として、ソレノイド142を用いている。駆動制御装置140は、ソレノイド142に与える電流を制御し、予荷重の大きさを制御する。   In FIG. 8, a solenoid 142 is used as the actuator 14. The drive control device 140 controls the current applied to the solenoid 142 and controls the magnitude of the preload.

図9は、アクチュエータ14として、ガス圧シリンダ143を用いている。駆動制御装置140は、ガス圧シリンダ143のガス圧を制御し、予荷重の大きさを制御する。   In FIG. 9, a gas pressure cylinder 143 is used as the actuator 14. The drive control device 140 controls the gas pressure of the gas pressure cylinder 143 to control the magnitude of the preload.

上記したように、この実施形態では、アクチュエータ14として、積層圧電アクチュエータ又はソレノイド若しくはガス圧シリンダのいずれかを用いている。これらの機器を用いれば、オイルレス機器や、極低温下で運転されるロケットエンジンターボポンプなどの用途でも問題なく駆動できる。   As described above, in this embodiment, the actuator 14 is either a laminated piezoelectric actuator, a solenoid, or a gas pressure cylinder. If these devices are used, they can be driven without problems even in applications such as oilless devices and rocket engine turbo pumps operated at extremely low temperatures.

次に、この発明の第2の実施形態につき、図10及び図11を参照して説明する。この第2の実施形態は、収容空間7を環状の凹所70に形成している。そして、環状の凹所70内に球状粒子6を充填している。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the accommodation space 7 is formed in an annular recess 70. The spherical recesses 6 are filled with the spherical particles 6.

環状の凹所70一端に軸方向に予荷重を与えるためのリング状の予圧部材13bを配置している。   A ring-shaped preload member 13b for applying a preload in the axial direction is disposed at one end of the annular recess 70.

リング状の予圧部材13bの周方向に等配に、複数のアクチュエータ14、この実施形態では、90度おきに4個のアクチュエータ14を配している。4個のアクチュエータ14を駆動制御装置140で制御する。即ち、運転条件毎に、適した減衰効果を得る予荷重を与えるように、各アクチュエータ14に与える予荷重の大きさを制御する。   In the circumferential direction of the ring-shaped preload member 13b, a plurality of actuators 14, in this embodiment, four actuators 14 are arranged every 90 degrees. The four actuators 14 are controlled by the drive control device 140. That is, the magnitude of the preload applied to each actuator 14 is controlled so as to give a preload that obtains a suitable damping effect for each operating condition.

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.

1 :振動減衰装置
2 :回転軸
3 :機器ハウジング
3a :内向きフランジ
4 :内筒
5 :軸受
6 :球状粒子
7 :収容空間
1、72、73、74:凹所
13、13b :予圧部材
14 :アクチュエータ
14a :駆動制御装置
1: Vibration damping device 2: Rotating shaft 3: Equipment housing 3a: Inward flange 4: Inner cylinder 5: Bearing 6: Spherical particles 7: Accommodating spaces 7 1 , 7 2 , 7 3 and 7 4 : Recesses 13 and 13b : Preload member 14: Actuator 14a: Drive control device

Claims (4)

回転機械における回転軸を支持する軸受の外面に、間隔をあけて配置される機器ハウジングと、この機器ハウジングの内周面と軸受の外面との間に隙間をあけて配置された、機器ハウジングに対して半径方向に変位可能な内筒と、この内筒の外周面と機器ハウジングの内周面との間に設けられた、振動摩擦により制振作用を生じる球状粒子を充填する収容空間と、この収容空間の軸方向の側方に配置された、収容空間内に充填された球状粒子に対して軸方向の予荷重を与える予圧部材と、この予圧部材に荷重を与えるアクチュエータと、を備えることを特徴とする軸受の振動減衰装置。   A device housing that is arranged at an interval on the outer surface of a bearing that supports a rotating shaft in a rotating machine, and a device housing that is arranged with a gap between the inner peripheral surface of the device housing and the outer surface of the bearing. An inner cylinder that is displaceable in the radial direction, and a housing space that is provided between the outer peripheral surface of the inner cylinder and the inner peripheral surface of the equipment housing, and that is filled with spherical particles that generate vibration damping action by vibration friction; A preloading member that is disposed on the side of the housing space in the axial direction and that applies a preload in the axial direction to the spherical particles filled in the housing space, and an actuator that applies a load to the preloading member. A vibration damping device for bearings. 前記球状粒子を充填する収容空間を、周方向に等配に設けた複数の円弧状の凹所とし、各凹所に対応してそれぞれ配され、各凹所内の球状粒子に対して軸方向の予荷重を与える円弧状の予圧部材と、各予圧部材にそれぞれ対応して設けられたアクチュエータとを有し、各予圧部材をアクチュエータでそれぞれ荷重を与えることを特徴とする請求項1に記載の軸受の振動減衰装置。   The storage spaces filled with the spherical particles are a plurality of arc-shaped recesses provided at equal intervals in the circumferential direction, and are arranged corresponding to the respective recesses, and are axially arranged with respect to the spherical particles in each recess. The bearing according to claim 1, further comprising: an arc-shaped preload member for applying a preload; and an actuator provided corresponding to each preload member, wherein each preload member is loaded with an actuator. Vibration damping device. 前記球状粒子を充填する収容空間を、環状の凹所とし、前記収容空間内に充填された球状粒子に対して軸方向に予圧を与えるリング状予圧部材を配し、リング状予圧部材に対して周方向に等配に設けた複数のアクチュエータで荷重を与えることを特徴とする請求項1に記載の軸受の振動減衰装置。   The storage space for filling the spherical particles is an annular recess, and a ring-shaped preload member for preloading the spherical particles filled in the storage space in the axial direction is arranged, and the ring-shaped preload member The bearing vibration damping device according to claim 1, wherein a load is applied by a plurality of actuators provided at equal intervals in the circumferential direction. 前記アクチュエータを、積層圧電アクチュエータ又はソレノイド若しくはガス圧シリンダのいずれかで構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の軸受の振動減衰装置。   3. The vibration damping device for a bearing according to claim 1, wherein the actuator is composed of a laminated piezoelectric actuator, a solenoid, or a gas pressure cylinder.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113371604A (en) * 2021-06-02 2021-09-10 陕西汉机精密机械股份有限公司 Swing-inhibiting damper and hoisting equipment

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