JP2019138374A - Foil bearing, foil bearing unit and turbo machine - Google Patents
Foil bearing, foil bearing unit and turbo machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019138374A JP2019138374A JP2018022106A JP2018022106A JP2019138374A JP 2019138374 A JP2019138374 A JP 2019138374A JP 2018022106 A JP2018022106 A JP 2018022106A JP 2018022106 A JP2018022106 A JP 2018022106A JP 2019138374 A JP2019138374 A JP 2019138374A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- foil
- bearing
- peripheral surface
- shaft
- holder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011888 foil Substances 0.000 title claims abstract description 215
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 76
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 24
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 24
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 3
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Support Of The Bearing (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
本発明は、軸を回転自在に支持するフォイル軸受、フォイル軸受を備えたフォイル軸受ユニット及びターボ機械に関する。 The present invention relates to a foil bearing that rotatably supports a shaft, a foil bearing unit including a foil bearing, and a turbomachine.
ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械の主軸を支持する軸受には、高温・高速回転といった過酷な環境に耐え得ることが要求される。このような条件下での使用に適する軸受として、特許文献1に開示されるようなフォイル軸受が着目されている。 A bearing that supports a main shaft of a turbo machine such as a gas turbine or a turbocharger is required to withstand a severe environment such as high temperature and high speed rotation. As a bearing suitable for use under such conditions, a foil bearing as disclosed in Patent Document 1 has attracted attention.
同文献に開示されたフォイル軸受は、筒状のフォイルホルダと、このフォイルホルダの内周面に沿って配され、軸受面を有するフォイルとを備えている。フォイルは、曲げに対する剛性の低い可撓性を有する薄膜である。フォイル軸受は、フォイルの軸受面の撓みを許容しながら荷重を支持するものであり、軸の回転時には、軸の外周面とフォイルの軸受面との間の軸受隙間に流体膜(例えば、空気膜)が形成され、軸が非接触で支持される。 The foil bearing disclosed in this document includes a cylindrical foil holder, and a foil having a bearing surface that is disposed along the inner peripheral surface of the foil holder. The foil is a thin film having low flexibility with respect to bending. The foil bearing supports a load while allowing the bearing surface of the foil to bend. When the shaft rotates, a fluid film (for example, an air film) is formed in the bearing gap between the outer peripheral surface of the shaft and the bearing surface of the foil. ) And the shaft is supported in a non-contact manner.
ところで、フォイル軸受は、潤滑剤が気体であるため、オイルを潤滑剤とする動圧軸受に比べて低トルクで軸を回転させ得るという長所がある。一方で、軸受の負荷容量は潤滑剤の粘度に依存することから、フォイル軸受は、オイルを潤滑剤とする動圧軸受に比べて負荷容量が小さいという短所がある。従って、フォイル軸受の適用範囲を拡大するためには、更なる負荷容量の増大が必要となる。 By the way, since the lubricant is a gas, the foil bearing has an advantage that the shaft can be rotated with a lower torque than a dynamic pressure bearing using oil as a lubricant. On the other hand, since the load capacity of the bearing depends on the viscosity of the lubricant, the foil bearing has a disadvantage that the load capacity is smaller than that of the dynamic pressure bearing using oil as a lubricant. Therefore, in order to expand the application range of the foil bearing, it is necessary to further increase the load capacity.
ここで、図8に概念的に示すように、動圧軸受の負荷容量の大小は、潤滑剤の粘度だけでなく、軸100の外周面100aと、この外周面100aに対向する軸受200の内周面200aとの間に形成される軸受隙間hの大小にも依存する。そして、軸受隙間hが小さくなるほど負荷容量が大きくなる。このため、フォイル軸受の負荷容量を増大させるには、軸の外周面とフォイルの軸受面との間の軸受隙間を可及的に小さくすることが有効となる。
Here, as conceptually shown in FIG. 8, the magnitude of the load capacity of the hydrodynamic bearing is not only the viscosity of the lubricant, but also the outer
しかしながら、下記の理由により、上記の軸受隙間を単純に小さくしようとしても、負荷容量を増大させることが困難なのが現状であった。 However, for the following reasons, it is difficult to increase the load capacity even if the bearing gap is simply reduced.
すなわち、図9に誇張して示すように、軸100の外周面100aや軸受200の内周面200aには、これらの部材の加工精度に起因して、うねりや突起(以下、まとめて凹凸と言う)が不可避的に存在する。そのため、上記の軸受隙間が小さくなっていくと、やがて軸100の外周面100aの凹凸と軸受200の内周面200aの凹凸とが接触してしまい、それ以上は負荷容量を大きくすることが不可能となる。これはフォイル軸受においても同様であり、フォイルホルダの内周面に存在する凹凸に起因して、内周面に沿って配されたフォイルが凹凸に倣って変形し、結果として軸受面に凹凸が現れる。これにより、軸受隙間が小さくなっていくと、やがて軸の外周面の凹凸とフォイルの軸受面の凹凸とが接触してしまう。
That is, as exaggeratedly shown in FIG. 9, the outer
なお、軸受の負荷容量を増大させることを目的として、軸や軸受の加工精度を向上させることにより、凹凸を抑制する対策をとることも考えられるが、その場合には、製造コストが大幅に高騰してしまう難点がある。このような事情から、フォイル軸受において、低コストに軸受の負荷容量を増大させ得る技術が必要となっていた。 For the purpose of increasing the load capacity of the bearing, it is possible to take measures to suppress irregularities by improving the processing accuracy of the shaft and bearing, but in that case, the manufacturing cost will rise significantly. There is a difficulty to do. Under such circumstances, a technology capable of increasing the load capacity of the bearing at a low cost has been required in the foil bearing.
本発明は、フォイル軸受において、低コストに軸受の負荷容量を増大させることを技術的な課題とする。 An object of the present invention is to increase the load capacity of a bearing at a low cost in a foil bearing.
上記の課題を解決するためになされた本発明は、筒状のフォイルホルダと、フォイルホルダの内周面に沿って並べて配された複数のフォイルとを備え、各フォイルが、支持すべき軸の外周面に対向する軸受面が備わったトップフォイル部と、隣接するフォイルのトップフォイル部を軸受面の裏側から弾性支持するバックフォイル部とを有し、トップフォイル部の軸受面と軸の外周面との間の軸受隙間に形成された流体膜で軸を回転自在に支持するフォイル軸受であって、フォイルホルダの内周面が、フォイルホルダに含まれた弾性材の表面で構成されていることを特徴とするものである。 The present invention made to solve the above problems comprises a cylindrical foil holder and a plurality of foils arranged side by side along the inner peripheral surface of the foil holder, and each foil has a shaft to be supported. A top foil portion having a bearing surface facing the outer peripheral surface, and a back foil portion for elastically supporting the top foil portion of the adjacent foil from the back side of the bearing surface, the bearing surface of the top foil portion and the outer peripheral surface of the shaft A foil bearing that rotatably supports the shaft with a fluid film formed in a bearing gap between the foil holder and the inner peripheral surface of the foil holder is composed of a surface of an elastic material included in the foil holder It is characterized by.
本発明のフォイル軸受では、フォイルホルダの内周面が、フォイルホルダに含まれた弾性材の表面で構成されている。これにより、軸が偏心して軸受隙間が小さくなっていく際、流体膜の圧力分布の変動に付随し、フォイルホルダの内周面および内周面に沿って配されたフォイル(トップフォイル部)の軸受面を、共に軸の外周面の凹凸に倣うように弾性変形させることができる。その結果、フォイルの軸受面が変形した分だけ、軸の外周面とフォイルの軸受面との間の軸受隙間を小さくすることが可能となり、軸受の負荷容量を増大させることができる。また、本発明のフォイル軸受では、負荷容量を増大させるに際して、フォイルホルダの内周面をフォイルホルダに含まれた弾性材の表面で構成するだけでよい。このため、負荷容量の増大を目的として、例えば、フォイルホルダの内周面の加工精度を向上させる等の大幅なコストの高騰を回避できる。以上のことから、本発明のフォイル軸受によれば、低コストに軸受の負荷容量を増大させることが可能となる。 In the foil bearing of the present invention, the inner peripheral surface of the foil holder is constituted by the surface of an elastic material included in the foil holder. As a result, when the shaft is decentered and the bearing gap is reduced, the inner surface of the foil holder and the foil (top foil portion) disposed along the inner surface are accompanied by fluctuations in the pressure distribution of the fluid film. Both bearing surfaces can be elastically deformed so as to follow the unevenness of the outer peripheral surface of the shaft. As a result, the bearing clearance between the outer peripheral surface of the shaft and the bearing surface of the foil can be reduced by an amount corresponding to the deformation of the bearing surface of the foil, and the load capacity of the bearing can be increased. Moreover, in the foil bearing of this invention, when increasing load capacity, the inner peripheral surface of a foil holder should just be comprised with the surface of the elastic material contained in the foil holder. For this reason, for the purpose of increasing the load capacity, for example, it is possible to avoid a significant increase in cost such as improving the processing accuracy of the inner peripheral surface of the foil holder. From the above, according to the foil bearing of the present invention, the load capacity of the bearing can be increased at low cost.
上記のフォイル軸受では、フォイルホルダが焼結金属でなる筒状体を母材としてなり、筒状体の内周面に沿って弾性材が固定されていてもよい。 In said foil bearing, the foil holder may use the cylindrical body which consists of sintered metals as a base material, and the elastic material may be fixed along the internal peripheral surface of a cylindrical body.
このようにすれば、焼結金属でなる筒状体をフォイルホルダの母材としたことで、弾性材の表面で構成されるフォイルホルダの内周面の寸法精度を向上させることができる。また、焼結金属に含まれる空孔を利用したアンカー効果により、弾性材を筒状体の内周面に対して強固に固定できる。 In this way, the cylindrical body made of sintered metal is used as the base material of the foil holder, so that the dimensional accuracy of the inner peripheral surface of the foil holder constituted by the surface of the elastic material can be improved. Further, the elastic material can be firmly fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical body by the anchor effect using the voids contained in the sintered metal.
上記のフォイル軸受では、フォイルホルダの外周面と、フォイルホルダの軸方向端面との少なくとも一方が、焼結金属の表面で構成されていてもよい。 In said foil bearing, at least one of the outer peripheral surface of a foil holder and the axial direction end surface of a foil holder may be comprised by the surface of the sintered metal.
このようにすれば、フォイル軸受をターボ機械等に組み込むにあたり、組み込み上の利点が得られる。すなわち、組み込みに圧入を利用する際にクリープによる不具合の発生を回避できる、フォイル軸受とターボ機械等との締結強度が向上する等の利点が得られる。 In this way, when the foil bearing is incorporated into a turbo machine or the like, an advantage in incorporation can be obtained. That is, there are advantages such as avoiding the occurrence of defects due to creep when using press-fit for assembling, and improving the fastening strength between the foil bearing and the turbo machine.
上記のフォイル軸受では、弾性材の軸径方向に沿った厚みが、0.01mm〜5mmの範囲内であってもよい。 In the foil bearing described above, the thickness of the elastic material along the axial diameter direction may be within a range of 0.01 mm to 5 mm.
弾性材の軸径方向に沿った厚みが0.01mm以上であれば、軸が偏心した際に、フォイルホルダの内周面を軸の外周面の凹凸に倣うように弾性変形させる上で好適となる。さらに、弾性材の軸径方向に沿った厚みが5mm以下であれば、弾性材の表面で構成されるフォイルホルダの内周面の形状精度を高める上で好適となる。以上のことから、弾性材の軸径方向に沿った厚みが0.01mm〜5mmの範囲内であれば、フォイルホルダの内周面を好適に弾性変形させつつ、内周面の形状精度についても高めることが可能となる。 If the thickness of the elastic material along the axial diameter direction is 0.01 mm or more, it is suitable for elastically deforming the inner peripheral surface of the foil holder so as to follow the unevenness of the outer peripheral surface of the shaft when the shaft is eccentric. Become. Furthermore, if the thickness along the axial direction of the elastic material is 5 mm or less, it is suitable for improving the shape accuracy of the inner peripheral surface of the foil holder formed by the surface of the elastic material. From the above, if the thickness along the axial direction of the elastic material is within the range of 0.01 mm to 5 mm, the shape accuracy of the inner peripheral surface is also suitably deformed while suitably elastically deforming the inner peripheral surface of the foil holder. It becomes possible to raise.
上記のフォイル軸受では、フォイルと弾性材とが一体に形成されていてもよい。 In the above foil bearing, the foil and the elastic material may be integrally formed.
このようにすれば、フォイルホルダにフォイルを保持するための部位を設ける必要がなくなる。このため、当該部位を設けるためのコストが不要となり、更に低コスト化を図ることが可能となる。 In this way, it is not necessary to provide a portion for holding the foil in the foil holder. For this reason, the cost for providing the said site | part becomes unnecessary, and it becomes possible to achieve further cost reduction.
上記のフォイル軸受と軸とを、フォイル軸受ユニットとしてユニット化すれば、これらを一体的に取り扱うことができ、ターボ機械等への組み付けが容易となる。 If the above-described foil bearing and shaft are unitized as a foil bearing unit, they can be handled as a unit and can be easily assembled to a turbo machine or the like.
上記のフォイル軸受は、ターボ機械に好適に適用することが可能である。 The above foil bearing can be suitably applied to a turbomachine.
本発明によれば、フォイル軸受において、低コストに軸受の負荷容量を増大させることが可能となる。 According to the present invention, in a foil bearing, the load capacity of the bearing can be increased at low cost.
図1に、ターボ機械の一例であるガスタービンの構成を概念的に示す。このガスタービンは、翼列を形成したタービン1および圧縮機2と、発電機3と、燃焼器4と、再生器5とを主たる構成要素として備えている。タービン1、圧縮機2、および発電機3には、水平方向に延びる共通の軸6が設けられ、この軸6と、タービン1および圧縮機2とで一体に回転が可能なロータが構成される。吸気口7から吸入された空気は、圧縮機2で圧縮され、再生器5で加熱された上で燃焼器4に送り込まれる。この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温、高圧のガスでタービン1を回転させる。タービン1の回転が軸6を介して発電機3に伝達され、発電機3が回転することにより発電し、この電力がインバータ8を介して出力される。タービン1を回転させた後のガスは比較的高温であるため、このガスを再生器5に送り込んで燃焼前の圧縮空気との間で熱交換を行うことで、燃焼後のガスの熱を再利用する。再生器5で熱交換を終えたガスは、排熱回収装置9を通ってから排ガスとして排出される。
FIG. 1 conceptually shows the configuration of a gas turbine that is an example of a turbomachine. This gas turbine includes a turbine 1 and a
図2に、上記のガスタービンに備わったロータの支持構造の一例を示す。この支持構造では、軸方向に間隔を空けて二箇所にラジアル軸受10が配置され、軸6のフランジ部6bを挟んで軸方向の両側にそれぞれスラスト軸受20が配置される。このラジアル軸受10およびスラスト軸受20により、軸6が回転自在に支持されている。
FIG. 2 shows an example of a support structure for the rotor provided in the gas turbine. In this support structure,
この支持構造において、タービン1と圧縮機2との相互間に位置した領域は、高温、高圧のガスにより回転するタービン1に隣接していることから、高温雰囲気となる。この高温雰囲気下では、潤滑油やグリース等からなる潤滑剤が変質したり、蒸発したりしてしまうため、これらの潤滑剤を使用する通常の軸受(転がり軸受等)を適用することが難しい。そのため、この種の支持構造にて使用される軸受10、20としては、空気動圧軸受、特にフォイル軸受が適している。
In this support structure, the region located between the turbine 1 and the
以下、上記のガスタービン用に適したフォイル軸受10、および、フォイル軸受10を備えたフォイル軸受ユニット30の構成を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, the structure of the foil bearing 10 suitable for said gas turbine and the
フォイル軸受10は、図3に示すように、筒状(図示例では円筒状)のフォイルホルダ11と、フォイルホルダ11に保持された複数(図示例では三枚)のフォイル13とを備えている。複数のフォイル13は、フォイルホルダ11の内周面11aに沿って周方向に並べて配置されている。このフォイル軸受10と、フォイル軸受10が支持する軸6とにより、フォイル軸受ユニット30が構成される。
As shown in FIG. 3, the foil bearing 10 includes a tubular (cylindrical in the illustrated example)
フォイルホルダ11は、母材である焼結金属でなる筒状体11xと、筒状体11xの内周面11xaに沿って固定された弾性材としての樹脂層11yとを備えている。筒状体11xをなす焼結金属には、空孔が含まれている。この空孔を利用したアンカー効果により、樹脂層11yが筒状体11xの内周面11xaに対して強固に固定されている。
The
フォイルホルダ11の内周面11aは、樹脂層11yの表面で構成される。一方、フォイルホルダ11の外周面11cは、筒状体11xをなす焼結金属の表面で構成される。このように外周面11cが焼結金属の表面で構成されることで、圧入を利用して上記のガスタービンにフォイル軸受10を組み込む際に、クリープによる不具合の発生を回避できる、ガスタービンとの締結強度が向上する等の利点が得られる。
The inner
樹脂層11yは、筒状に丸めた状態の樹脂でなるシートを筒状体11xの内周面11xaに対して接着することで形成してもよいし、筒状体11xに対してインサート成形することで形成してもよい。この樹脂層11yは、軸受隙間に形成される流体膜の圧力分布の変動に伴い、軸径方向に沿って弾性変形できる程度の弾性係数を有する。なお、樹脂層11yの弾性係数は、焼結金属の弾性係数よりも小さくなっている。樹脂層11yの軸径方向に沿った厚みは、0.01mm〜5mmの範囲内とすることが好ましい。この範囲内とすれば、後に詳述するように、軸6が偏心した際に、フォイルホルダ11の内周面11aを好適に弾性変形させ得ると共に、内周面11aの形状精度についても高めることが可能である。樹脂層11yをなす樹脂としては、例えば、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)やPAI(ポリアミドイミド)等を採用することができる。しかしながら、この限りではなく、耐熱性・耐摩耗性を考慮して使用条件に応じて別の樹脂を採用してもよい。
The
筒状体11xの内周面11xaには、溝11bが形成されている。本実施形態では、内周面11xaの周方向に沿って、等間隔で複数箇所(図示例では三箇所)に溝11bが配置されている。各溝11bは軸方向に沿って延びている。上述のとおり筒状体11xは焼結金属でなり、例えば、溝11bを含めて一体に型成形されている。なお、フォイル軸受10が比較的低温の環境で使用される場合には、筒状体11xを樹脂で型成形してもよい。つまり、フォイルホルダ11全体を樹脂で構成してもよい。
A
図4(a)に示すように、各フォイル13は、周方向一端に設けられた凸部13cと、周方向他端に設けられた凹部13dとを備えている。各フォイル13の凸部13cと凹部13dとは、軸方向において同一位置に設けられている。図4(b)に示すように、各フォイル13の凸部13cを、隣接するフォイル13の凹部13dに嵌め込むことで、三枚のフォイル13を筒状に仮組みすることができる。この場合、図3に示すように、軸方向から視て、各フォイル13の周方向一端(凸部13c)と、隣接するフォイル13の周方向他端(凹部13dを挟んで軸方向の両側に形成された凸部13e)とが交差した状態となる。この状態で、各フォイル13がフォイルホルダ11に保持されている。具体的には、各フォイル13の周方向他端の凸部13eがフォイルホルダ11の溝11bに差し込まれ、各フォイル13の周方向一端の凸部13cが、隣接するフォイル13の外径面13bとフォイルホルダ11の内周面11aとの間に配される。この場合、複数のフォイル13の回転方向の前方側への移動は、各フォイル13の凸部13eが溝11bの角部に突き当たることで規制される。一方、複数のフォイル13の回転方向の後方側への移動は規制されない。これにより、複数のフォイル13が、フォイルホルダ11に対して周方向に移動可能とされている。
As shown to Fig.4 (a), each
各フォイル13において、内径面13aが隣接するフォイル13から内周側に露出した部位は、軸6の外周面6aに対向するラジアル軸受面S(以下、単に軸受面Sと言う)が備わったトップフォイル部Tfとして機能する(図3を参照)。なお、図示例では、三枚のフォイル13で多円弧型の軸受面Sを形成している。フォイルホルダ11の内周面11aと各フォイル13の外径面13bとの間には、各フォイル13を外径面13b側から弾性支持するための部材(バンプフォイル等)は設けられていない。そして、フォイル13の外径面13bとフォイルホルダ11の内周面11aとが摺動可能とされている。各フォイル13の凸部13cは、上記の弾性支持するための部材に代わって、隣接するフォイル13のトップフォイル部Tfを軸受面Sの裏側(外径面13b側)から弾性支持するバックフォイル部Bfとして機能する。
In each
フォイル13は、バネ性に富み、且つ、加工性のよい金属(例えば、鋼材料や銅合金)でなる厚さが20μm〜200μm程度の帯状フォイルとして形成されている。本実施形態のフォイル軸受10のように、流体膜として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、油による防錆効果は期待できない。鋼材料や銅合金の代表例として、炭素鋼や黄銅を挙げることができるが、一般的な炭素鋼では錆による腐食が発生し易く、黄銅では加工ひずみによる置き割れを生じることがある(黄銅中のZnの含有量が多いほどこの傾向が強まる)。そのため、帯状フォイルとしては、ステンレス鋼もしくは青銅製のものを使用することが好ましい。
The
以上の構成において、軸6が円周方向の一方側(図3の矢印方向)に回転すると、トップフォイル部Tfの軸受面Sと軸6の外周面6aとの間に軸受隙間h(図6を参照)が形成されると共に、軸受隙間hに形成される空気膜の圧力により軸6がラジアル方向(軸径方向)に支持される。
In the above configuration, when the
このとき、フォイル13が有する可撓性により、トップフォイル部Tfの軸受面Sが、荷重や軸6の回転速度、周囲の温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、軸受隙間hは運転条件に応じた適切な大きさに自動調整される。そのため、高温・高速回転といった過酷な条件下でも、軸受隙間を最適な大きさに管理することができ、軸6を安定して支持することが可能となる。
At this time, due to the flexibility of the
また、本実施形態のフォイル軸受10では、フォイルホルダ11の内周面11aが、弾性材である樹脂層11yの表面で構成されることで、下記のような作用までもが得られる。以下、当該作用について、図5及び図6を参照して説明する。なお、両図では、軸6とフォイル軸受10とのうち、軸6側の凹凸(軸6の外周面6aに存在するうねりや突起等の凹凸)の図示は省略し、フォイル軸受10側の凹凸のみを図示している。また、両図のいずれにおいても、凹凸は実際よりも誇張して表している。
Further, in the foil bearing 10 of the present embodiment, the inner
まず、本実施形態のフォイル軸受10との対比のため、図5に示すように、仮想的にフォイルホルダ11の内周面11aが、筒状体11xの内周面11xaで構成される場合について説明する。
First, for comparison with the foil bearing 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the inner
この場合、筒状体11xの内周面11xaに不可避的に存在する凹凸に起因して、内周面11xa上に位置したフォイル13が凹凸に倣って変形し、結果として軸受面Sに凹凸が現れる。そして、軸6が偏心して軸受隙間hが小さくなっていく際、軸6の外周面6aの凹凸(図示省略)と軸受面Sの凹凸とが接触した時の軸受隙間hの大きさが、軸受隙間hの最小値となる。なお、筒状体11xをなす焼結金属の弾性係数の大きさから、流体膜の圧力分布が変動したとしても内周面11xaが略変形しないため、内周面11xaの凹凸に起因して軸受面Sに凹凸が現れることは回避できない。
In this case, the
次に、図6に示すように、本実施形態のとおり、フォイルホルダ11の内周面11aが、樹脂層11yの表面で構成される場合について説明する。
Next, as shown in FIG. 6, the case where the inner
この場合、軸6が偏心して軸受隙間hが小さくなっていく際、流体膜の圧力分布の変動に付随し、フォイルホルダ11の内周面11aおよび内周面11a上に位置したフォイル13(トップフォイル部Tf)の軸受面Sを、共に軸6の外周面6aの凹凸(図示省略)に倣うように弾性変形させることができる。このため、フォイル13の軸受面Sが変形した分だけ、軸6の外周面6aとフォイル13の軸受面Sとの間の軸受隙間hを小さくすることが可能となり、負荷容量を増大させることができる。
In this case, when the
また、本実施形態のフォイル軸受10では、負荷容量を増大させるに際して、フォイルホルダ11の内周面11aを樹脂層11yの表面で構成するだけでよい。このため、負荷容量の増大を目的として、例えば、筒状体11xの内周面11xaの加工精度を向上させて凹凸を抑制する等の大幅なコストの高騰を招く加工を回避できる。
Moreover, in the foil bearing 10 of this embodiment, when increasing load capacity, the inner
以下、フォイル軸受ユニット30の変形例について説明する。なお、変形例の説明において、上記の実施形態で説明済みの要素と実質的に同一の要素については、同一の符号を付すことで重複する説明を省略し、上記の実施形態との相違点についてのみ説明する。
Hereinafter, modifications of the
図7に示すように、変形例のフォイル軸受ユニット30が、上記の実施形態のフォイル軸受ユニット30と相違している点は、これに備わったフォイル軸受10において、フォイル13と樹脂層11yとが一体に形成されている点と、筒状体11xから溝11bが排除されている点である。本変形例では、フォイル13が樹脂層11yと同一の樹脂で構成されている。また、本変形例では、上記の実施形態における凸部13eに相当する部位が樹脂層11yと連続していることで、フォイル13と樹脂層11yとが一体とされている。本変形例によれば、フォイルホルダ11にフォイル13を保持するための溝11bを設ける必要がなくなる。このため、溝11bを設けるためのコストが不要となり、更に低コスト化を図ることが可能となる。
As shown in FIG. 7, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。上記フォイル軸受の形状は一例であり、上記の形状に限定されない事は勿論である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. The shape of the foil bearing is an example, and it is needless to say that the shape is not limited to the above shape.
上記の実施形態では、フォイルホルダ11の外周面11cが、焼結金属の表面で構成されているが、これに代えて又はこれに加えて、フォイルホルダ11の軸方向端面Es(図2を参照)を焼結金属の表面で構成してもよい。また、上記の実施形態では、弾性材として樹脂を採用しているが、これ以外であっても、フォイルホルダ11の内周面11aを弾性変形させ得る材質を弾性材として採用してもよい。
In the above embodiment, the outer
本発明に係るフォイル軸受ユニット30の適用対象は、上記のガスタービンには限らず、例えば、過給機のロータを支持する軸受としても使用できる。さらに、本発明に係るフォイル軸受は、ガスタービンや過給機等のターボ機械に限らず、(1)潤滑油等の液体による潤滑が困難である、(2)エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難である、(3)液体のせん断による抵抗が問題になる、等の制限下で使用される自動車等の車両用軸受、更には、産業機器用の軸受として広く使用できる。
The application object of the
また、以上に説明したフォイル軸受は、流体膜として空気膜を形成する空気動圧軸受であるが、これに限らず、流体膜として他のガスや液体でなる膜を形成するものであってもよい。このため、潤滑剤として、他のガス、或いは、水や油等の液体を使用できる。 The foil bearing described above is an air dynamic pressure bearing that forms an air film as a fluid film. However, the present invention is not limited to this, and a film made of another gas or liquid may be formed as a fluid film. Good. For this reason, other gas or liquids, such as water and oil, can be used as a lubricant.
6 軸
6a 軸の外周面
10 フォイル軸受
11 フォイルホルダ
11a フォイルホルダの内周面
11c フォイルホルダの外周面
11x 筒状体
11xa 筒状体の内周面
11y 樹脂層
13 フォイル
30 フォイル軸受ユニット
Es フォイルホルダの軸方向端面
h 軸受隙間
S 軸受面
Tf トップフォイル部
Bf バックフォイル部
6
Claims (7)
前記トップフォイル部の軸受面と前記軸の外周面との間の軸受隙間に形成された流体膜で前記軸を回転自在に支持するフォイル軸受であって、
前記フォイルホルダの内周面が、該フォイルホルダに含まれた弾性材の表面で構成されていることを特徴とするフォイル軸受。 A top foil portion comprising a cylindrical foil holder and a plurality of foils arranged side by side along the inner peripheral surface of the foil holder, each foil having a bearing surface facing the outer peripheral surface of the shaft to be supported And a back foil portion that elastically supports the top foil portion of the adjacent foil from the back side of the bearing surface,
A foil bearing that rotatably supports the shaft with a fluid film formed in a bearing gap between a bearing surface of the top foil portion and an outer peripheral surface of the shaft,
The foil bearing is characterized in that an inner peripheral surface of the foil holder is constituted by a surface of an elastic material included in the foil holder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018022106A JP2019138374A (en) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | Foil bearing, foil bearing unit and turbo machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018022106A JP2019138374A (en) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | Foil bearing, foil bearing unit and turbo machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019138374A true JP2019138374A (en) | 2019-08-22 |
Family
ID=67693556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018022106A Pending JP2019138374A (en) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | Foil bearing, foil bearing unit and turbo machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019138374A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112343917A (en) * | 2020-11-24 | 2021-02-09 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Dynamic pressure gas bearing |
| CN114688161A (en) * | 2020-12-25 | 2022-07-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | Gas Bearings and Compressors |
-
2018
- 2018-02-09 JP JP2018022106A patent/JP2019138374A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112343917A (en) * | 2020-11-24 | 2021-02-09 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Dynamic pressure gas bearing |
| CN114688161A (en) * | 2020-12-25 | 2022-07-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | Gas Bearings and Compressors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104884825B (en) | Thin Pad Bearings and Turbomachinery | |
| CN100485206C (en) | Radial foil bearing | |
| JP6591179B2 (en) | Foil bearing | |
| JP6104597B2 (en) | Foil bearing | |
| JP2012092969A (en) | Foil bearing | |
| JP5766562B2 (en) | Thrust foil bearing | |
| JP5840423B2 (en) | Foil bearing | |
| JP6104596B2 (en) | Foil bearing | |
| JP2013053645A (en) | Thrust foil bearing | |
| JP2019138374A (en) | Foil bearing, foil bearing unit and turbo machine | |
| JP2013044394A (en) | Thrust foil bearing | |
| JP2013032797A (en) | Foil bearing | |
| JP2019082195A (en) | Foil bearing, foil bearing unit and turbo machine | |
| WO2020195488A1 (en) | Thrust foil bearing, foil bearing unit, turbo machine, and foil | |
| JP2014122708A (en) | Foil bearing | |
| KR100749828B1 (en) | Radial Foil Bearings with Seal Function | |
| JP6622054B2 (en) | Foil bearing | |
| JP6324774B2 (en) | Foil bearing and turbomachine equipped with the same | |
| JP6219489B2 (en) | Foil bearing | |
| WO2017065176A1 (en) | Foil bearing | |
| JP2023114004A (en) | foil bearing | |
| JP2023148086A (en) | foil bearing |