(57)【要約】      （修正有）【課題】流体軸受によって支持されるシャフトジャーナル内の不均一な温度分布を回避すること、または少なくとも不均一性を低減する。【解決手段】軸受システム６００は、流体軸受６１０と、中実部分６２４を有するシャフト６２０と、中実部分６２４の周りおよび流体軸受６１０の１つまたは複数のパッド６１２の前に配置されたブッシュ６３０と、を含み、ブッシュ６３０は、中空部分６３２と、ブッシュ６３０の中空部分６３２をシャフト６２０の中実部分６２４に固定する複数の支持要素６３４と、を含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体軸受（６１０）と、中実部分（６２４）を有するシャフト（６２０）と、前記中実部分（６２４）の周りに、かつ前記流体軸受（６１０）の１つまたは複数のパッド（６１２）の前に、配置されたブッシュ（６３０）と、を含み、前記ブッシュ（６３０）は、中空部分（６３２）と、前記ブッシュ（６３０）の前記中空部分（６３２）を前記シャフト（６２０）の前記中実部分（６２４）に固定する複数の支持要素（６３４）と、を含む、軸受システム（６００）。
【請求項２】
前記中空部分（７３２、８３２、９３２、１０３２）の第１の位置に、好ましくは前記中空部分（７３２、８３２、９３２、１０３２）の第１の端部に、第１の組の支持要素（７３４Ａ、８３４Ａ、９３４Ａ、１０３４Ａ）が配置され、前記中空部分（７３２、８３２、９３２、１０３２）の第２の位置に、好ましくは前記中空部分（７３２、８３２、９３２、１０３２）の第２の端部に、第２の組の支持要素（７３４Ｂ、８３４Ｂ、９３４Ｂ、１０３４Ｂ）が配置され、これによって、前記ブッシュの前記中空部分（７３２、８３２、９３２、１０３２）と前記シャフト（６２０）の前記中実部分（６２４）との間に、環状チャンバ（７３８、８３８、９３８、１０３８）が画定される、請求項１に記載の軸受システム（７００、８００、９００、１０００）。
【請求項３】
前記第１の組および／または前記第２の組の前記支持要素（７３４Ａ、７３４Ｂ、８３４Ａ、８３４Ｂ、９３４Ａ、９３４Ｂ、１０３４Ａ、１０３４Ｂ、１５３４Ａ、１５３４Ｂ、１６３４Ａ、１７３４Ａ、１７３４Ｂ、１８３４Ａ）は、ベーンであり、それによって、潤滑流体（ＬＦ）または熱交換流体（ＨＥＦ）が前記環状チャンバ（７３８、８３８、９３８、１０３８、１５３８、１６３８、１７３８、１８３８）に流入または前記環状チャンバから流出する、請求項２に記載の軸受システム（７００、８００、９００、１０００）。
【請求項４】
ベーン（７３４Ａ、７３４Ｂ、８３４Ａ、８３４Ｂ）は、前記シャフト（６２０）の回転中に前記流体軸受の第１の側面（Ｓ１、Ｓ２）から前記流体軸受の第２の側面（Ｓ２、Ｓ１）への熱交換流体（ＨＥＦ）の流れを確立するように成形されて配置される、請求項３に記載の軸受システム（７００、８００）。
【請求項５】
ベーン（９３４Ａ、９３４Ｂ、１５３４Ａ、１５３４Ｂ、１６３４Ａ）は、前記シャフト（６２０）の回転中に前記環状チャンバ（９３８、１５３８、１６３８）から前記流体軸受の第１の側面（Ｓ１）および前記流体軸受の第２の側面（Ｓ２）への潤滑流体（ＬＦ）または熱交換流体（ＨＥＦ）の流れを確立するように成形されて配置される、請求項３に記載の軸受システム（９００）。
【請求項６】
前記環状チャンバ（１５３８、１６３８）は、前記シャフト（６２０）の回転中に潤滑流体（ＬＦ）が空である、請求項５に記載の軸受システム。
【請求項７】
前記潤滑流体（ＬＦ）は、前記ブッシュ（６３０）と前記１つまたは複数のパッド（６１２）との間の前記隙間（６４０）から前記中空部分（９３２）を通って前記環状チャンバ（９３８）に入る、請求項５に記載の軸受システム（９００）。
【請求項８】
ベーン（１０３４Ａ、１０３４Ｂ、１７３４Ａ、１７３４Ｂ、１８３４Ａ）は、前記シャフト（６２０）の回転中に前記流体軸受の第１の側面（Ｓ１）から、および／または前記流体軸受の第２の側面（Ｓ２）から前記環状チャンバ（１０３８、１７３８、１８３８）への潤滑流体（ＬＦ）または熱交換流体（ＨＥＦ）の流れを確立するように成形されて配置される、請求項３に記載の軸受システム（１０００）。
【請求項９】
前記環状チャンバ（１７３８、１８３８）は、前記シャフト（６２０）の回転中に潤滑流体（ＬＦ）で満たされている、請求項８に記載の軸受システム。
【請求項１０】
前記潤滑流体（ＬＦ）は、環状チャンバ（１０３８）から前記中空部分（１０３２）を通って前記ブッシュ（６３０）と前記１つまたは複数のパッド（６１２）との間の隙間（６４０）に流出する、請求項８に記載の軸受システム。
【請求項１１】
前記支持要素は、少なくとも前記流体軸受の第１の側面（Ｓ１）と前記流体軸受の第２の側面（Ｓ２）との間に延在する複数の螺旋状流路を画定する１組の螺旋状壁（１１３４、１２３４）であり、前記流路（６２０）は、前記シャフト（６２０）の回転中に前記流体軸受の前記第１の側面（Ｓ１、Ｓ２）から前記流体軸受の前記第２の側面（Ｓ２、Ｓ１）への熱交換流体（ＨＥＦ）の流れのために配置される、請求項１に記載の軸受システム（１１００、１２００）。
【請求項１２】
前記螺旋状流路は、前記シャフトの回転中に空であるか、または潤滑流体（ＬＦ）で満たされている、請求項１１に記載の軸受システム。
【請求項１３】
前記支持要素は、少なくとも前記流体軸受の中央ゾーン（１３３８、１４３８）と前記流体軸受の第１の側面（Ｓ１）との間に延在する第１の複数の螺旋状流路を画定する第１の組の螺旋状壁（１３３４Ａ、１４３４Ａ）と、少なくとも前記流体軸受の前記中央ゾーン（１３３８、１４３８）と前記流体軸受の第２の側面（Ｓ２）との間に延在する第２の複数の螺旋状流路を画定する第２の組の螺旋状壁（１３３４Ｂ、１４３４Ｂ）と、であり、前記流路は、シャフト（６２０）の回転中に、前記流体軸受の前記中央ゾーン（１３３８）から前記流体軸受の前記第１の側面（Ｓ１）への、または前記流体軸受の前記第２の側面（Ｓ２）への潤滑流体（ＬＦ）または熱交換流体（ＨＥＦ）の流れのために、あるいは、前記流体軸受の前記第１の側面（Ｓ１）から、および前記流体軸受の前記第２の側面（Ｓ２）から前記流体軸受の前記中央ゾーン（１４３８）への潤滑流体（ＬＦ）または熱交換流体（ＨＥＦ）の流れのために配置される、請求項１に記載の軸受システム（１３００、１４００）。
【請求項１４】
前記シャフトの回転中に、前記第１および第２の組の前記螺旋状流路は空であるか、潤滑流体（ＬＦ）で満たされている、請求項１３に記載の軸受システム。
【請求項１５】
環状チャンバが、前記ブッシュの前記中空部分（１３３２、１４３２）と前記シャフト（６２０）の前記中実部分（６２４）との間に画定され、第１の側面部分（１３３４Ａ、１４３４Ａ）、第２の側面部分（１３３４Ｂ、１４３４Ｂ）および中央部分（１３３８、１４３８）を含む、請求項１３に記載の軸受システム（１３００、１４００）。
【請求項１６】
各流路は、前記シャフトの軸の周りにいくつかのターンを含み、ターン数は０．１〜１０．０、好ましくは０．２５〜４．０、より好ましくは０．５〜２．０の範囲である、請求項１０または１１または１２または１３または１４または１５の軸受システム（１１００、１２００、１３００、１４００）。
【請求項１７】
各流路のピッチは、前記流体軸受の軸方向長さの倍数に等しく、前記倍数は１０．０〜０．１、好ましくは４．０〜０．２５、より好ましくは２．０〜０．５の範囲にある、請求項１０または１１または１２または１３または１４または１５または１６の軸受システム（１１００、１２００、１３００、１４００）。
【請求項１８】
前記ブッシュ（６３０）は、断熱材料の層（６３６）によって外部から覆われている、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の軸受システム（６００）。
【請求項１９】
前記ブッシュ（６３０）は、突起および／または凹部のある外面を有する層（６３６）によって外部から覆われている、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の軸受システム（６００）。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの軸受システム（６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００）を含むターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題の実施形態は、流体軸受によって支持されるシャフトの温度を均一化する方法、軸受システムおよびターボ機械に対応する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械のロータは特定の装置によって回転可能に支持され、特に、機械のシャフトは１つまたは複数の軸受によって支持される。
【０００３】
図１は、ステータ１１０およびロータ１２０を含むターボ機械１００を概略的に示す。例えば、ロータ１２０は、第１の側面から突出する第１のシャフト端部１２１と、第２の側面から突出する第２のシャフト端部１２２と、を備えた回転シャフトを有し、ステータ１１０は、第１のシャフト端部１２１を回転可能に支持する第１の流体軸受１１１と、第２のシャフト端部１２２を回転可能に支持する第２の流体軸受１１２と、を有する。
【０００４】
滑り軸受、レモン軸受、ティルティングパッド軸受などの、いくつかのタイプの「流体軸受」がある（「流体膜軸受」とも呼ばれ、「流体動圧軸受」と「静圧軸受」の２つのタイプに大別することができる）。
【０００５】
図２は、従来技術による滑り流体軸受システム２００を概略的に示す。それは、ジャーナル２１１（図２の２つの点線で区切られたシャフトの軸部分に対応する）を有する回転シャフト２１０（図２に部分的に示す）と、滑り流体軸受２２０と、を含み、ジャーナル２１１は軸受２２０の内側に位置する。軸受２２０は、回転ジャーナル２１１の周りの円筒状の軸受ステータパッド２２１（円筒状のため、「ブッシュ」と呼ばれることが多い）を有し、ジャーナル２１１の周りのパッド２２１とジャーナル２１１との間には小さな隙間がある。シャフト２１０の回転中に、潤滑流体ＬＦがパッド２２１とジャーナル２１１との間に注入されて、接触を回避し摩擦を低減する。潤滑流体ＬＦは、通常、パッド２２１の中央（時には図２のように中心）から軸受２２０の２つの側面に流れる。
【０００６】
図２は、シャフト２１０の軸線と軸受２２０のジャーナルシートの軸線２３０とが一致する理論的（理想と考えられる）状況を示す。この場合、パッド２２１とジャーナル２１１との間の隙間は、ジャーナル２１１の全周にわたって均一である。
【０００７】
いずれにせよ、シャフト２１０の回転中の回転機械では、２つの軸は一致しておらず、互いに離れたりおよび／または傾斜していてもよい。
【０００８】
一例として、図３は、シャフト２１０がその軸の周りを回転するにつれてパッド２２１内のジャーナル２１１の４つの連続した位置を示す。ジャーナル２１１は、その軸を中心に回転運動を行い、軸受の軸線２３０の周りを軌道運動する。図３Ａの位置から開始して、ジャーナルは時計回りに９０°の回転運動を行い、時計回りに９０°の軌道運動を行って図３Ｂの位置に到達し、それからジャーナルは時計回りに９０°の回転運動を行い、時計回りに９０°軌道運動を行って図３Ｃの位置に到達し、それからジャーナルは時計回りに９０°の回転運動を行い、時計回りに９０°の軌道運動を行って図３Ｄの位置に達する。
【０００９】
この場合、パッド２２１とジャーナル２１１との隙間は不均一であり、特に、ジャーナル２１１の直径Ｄ上の点Ａを考慮すると、点Ａとパッド２２１との間の距離は、いつでも同じである（またはあまり変化しない）。これは、点Ａの領域におけるジャーナルの温度が、例えば、ジャーナルの反対側の領域の温度よりも高いことを意味している。
【００１０】
図４は、ジャーナル２１１の直径Ｄに沿った例示的な単純化された温度プロットを示す。直径Ｄの第１の端部Ｅ１（点Ａに近い）には高い温度Ｔ１があり、直径Ｄの第２の端部Ｅ２（点Ａから離れている）には低い温度Ｔ２がある。この温度プロットは完全な直線セグメントであるが、より現実的には、温度プロットはわずかに湾曲したセグメントである。ジャーナル内部のこのような不均一な温度分布は、ジャーナルにおけるシャフトの屈曲および同期ロータ振動、すなわち、いわゆる「モートン効果」を引き起こす。特定の条件下では、特に高速ターボ機械では、同期ロータ不安定性を招くおそれがある。
【００１１】
このような問題を克服するために、文書ＷＯ２０１５００２９２４Ａ１は、ジャーナルのシャフトの周りに管状体を配置することを教示している。この管状体は、シャフトの回転によって発生した熱の少なくとも一部を吸収する熱障壁を含む。このように、不均一性の低減は、熱障壁の幅および材料に依存する。
【発明の概要】
【００１２】
したがって、流体軸受によって支持されるシャフトジャーナル内の不均一な温度分布を回避すること、または少なくとも不均一性をかなり低減することが、一般的に必要とされている。
【００１３】
この必要性は、「石油およびガス」の分野で使用されるターボ機械、すなわち、石油および／またはガスの探査、生産、貯蔵、精製および分配のためにプラントで使用される機械では特に高い。
【００１４】
図５に示すような不均一な温度分布は、ジャーナルにおけるシャフトの屈曲および同期ロータ振動を引き起こさないことに留意されたい。直径Ｄに沿ったこの温度プロットは、ジャーナルの軸線に対して対称である（例えば、第１の端部Ｅ１および第２の端部Ｅ２の温度はＴ４に等しく、軸線の温度Ｔ５は温度Ｔ４よりわずかに低い）。この温度プロットは誇張されており、より現実的には、わずかに湾曲したセグメントである。
【００１５】
本明細書に開示する主題の第１の実施形態は、軸受システムに関する。
【００１６】
このような第１の実施形態によれば、軸受システムは、流体軸受と、「シャフトジャーナル」と呼ぶことができる中実円筒状部分を有するシャフトと、前記中実円筒状部分の周りでかつ流体軸受の１つまたは複数のパッドの前方に配置されたブッシュと、を含み、ブッシュは、中空円筒状部分と、ブッシュの中空円筒状部分をシャフトの中実円筒状部分に固定する複数の支持要素と、を含む。
【００１７】
このようなブッシュは、シャフトジャーナルに断熱性を提供するだけでなく、高温になるシャフトジャーナルの領域の部品から、低温のシャフトジャーナルの領域の他の部品に熱を伝達することを可能にする。このようにして、シャフトジャーナルの少なくとも半径方向の周辺領域において均一な温度を達成することができる。
【００１８】
本明細書に開示する主題の第２の実施形態は、ターボ機械に関する。
【００１９】
このような第２の実施形態によれば、ターボ機械は少なくとも１つの軸受システムを含み、軸受システムは、流体軸受と、中実円筒状部分を有するシャフトと、前記中実円筒状部分の周りでかつ流体軸受の１つまたは複数のパッドの前方に配置されたブッシュと、を含み、ブッシュは、中空円筒状部分と、ブッシュの中空円筒状部分をシャフトの中実円筒状部分に固定する複数の支持要素と、を含む。
【００２０】
本明細書に組み込まれ本明細書の不可欠な部分を構成する添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を示し、発明を実施するための形態と共に、これらの実施形態を説明する。図面の説明は、以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】軸受システムを備えたターボ機械を概略的に示す図である。
【図２】従来技術による軸受システムを概略的に示す図である。
【図３】図２の軸受システムにおける軸受パッド内のシャフトジャーナルの４つの位置を示す図である。
【図４】図２の軸受システムにおけるシャフトジャーナルの内部の例示的な（簡略化した）温度プロットを示す図である。
【図５】本発明によるシャフトジャーナルの内部の例示的な（誇張された）温度プロットを示す図である。
【図６】軸受システムの概念を示す図である。
【図７】軸受システムの第１の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図８】軸受システムの第２の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図９】軸受システムの第３の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１０】軸受システムの第４の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１１】軸受システムの第５の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１２】軸受システムの第６の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１３】軸受システムの第７の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１４】軸受システムの第８の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１５】軸受システムの第９の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１６】軸受システムの第１０の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１７】軸受システムの第１１の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【図１８】軸受システムの第１２の実施形態を部分的かつ概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の例示的な実施形態の説明は、添付の図面を参照する。
【００２３】
以下の説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００２４】
「一実施形態」または「実施形態」に対する明細書全体での参照は、実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が、開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、明細書全体の様々な場所における句「一実施形態では」または「実施形態では」の出現は、必ずしも同一の実施形態を参照していない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。
【００２５】
図４の助けで既に説明したように、流体軸受の内側に位置する回転シャフトのジャーナル部分は不均一な加熱を受ける。ジャーナル部分は、シャフトの１つまたは複数のパッド流体軸受に面する部分であり、言い換えれば、ジャーナル部分のいくつかの部品、すなわち第１の部品は、ジャーナル部分の他の（異なる）部品、すなわち第２の部品よりも発熱する。したがって、回転中に、第１の部品はある温度に達し、第２の部品はより低い温度に達する。このような熱は、シャフトのジャーナル部分（図２の２１１および図６の６１１）と、通常、軸受のパッド（図２の２２１および図６の６２１）との間の隙間の軸受の流体（潤滑流体ＬＦ）において発生する。
【００２６】
不均一性を低減する第１の方法は、軸受の高温流体（潤滑流体ＬＦ）からジャーナル部分への熱伝達を減少させることである。
【００２７】
不均一性を低減する第２の方法は、ジャーナル部分の第１の部品から熱を除去し、除去された熱を他の場所に提供することである。特に、不均一性を低減する方法は、ジャーナル部分の第１の部品から熱を除去し、除去された熱をジャーナル部分の第２の（異なる）部品に提供することである。したがって、ジャーナル部分の第１の部品から熱が伝達される。
【００２８】
図６を参照すると、軸線６２２の周りのシャフト６２０の回転中に流体軸受６１０によって回転可能に支持されたシャフト６２０の温度を均一化する方法は、回転ブッシュ６３０に基づいている。ブッシュ６３０は、中空円筒状部分６３２と、ブッシュ６３０の（回転する）中空円筒状部分６３２をシャフト６２０の（回転する）中実円筒状部分６２４に固定する複数の支持要素６３４と、を含む。シャフト６２０の中実円筒状部分６２４は、流体軸受６１０の１つまたは複数のパッド６１２の前にあり、隙間６４０は、中空円筒状部分６３２と１つまたは複数のパッド６１２との間にある。図６では、軸受システムは、全体として、符号６００で示されている。図６では、複数の支持要素は、（点線の）単一のボックスとして模式的に示され、符号６３４が付されている。
【００２９】
円筒状の代わりに、シャフトの中実部分は、例えば、全長に対してわずかに円錐形であってもよく、あるいは片側が円筒状で反対側がわずかに円錐形であってもよく、あるいは第１および第２の側面がわずかに円錐形で中央が円筒状であってもよいことに留意されたい。
【００３０】
円筒状の代わりに、ブッシュの中空部分は、例えば、全長に対してわずかに円錐形であってもよく、あるいは片側が円筒状で反対側がわずかに円錐形であってもよく、あるいは第１および第２の側面がわずかに円錐形で中央が円筒状であってもよいことに留意されたい。
【００３１】
中空円筒状部分６３２は、隙間６４０内の高温の潤滑流体ＬＦとシャフト６２０の回転する中実円筒状部分６２４との間に断熱を提供する。
【００３２】
中空円筒状部分６３２の内部には、流体、例えば、潤滑流体ＬＦまたは熱交換流体ＨＥＦが流れることができ、このような流体の流れは、高い加熱を受ける中実円筒状部分６２４の領域の部品から、低い加熱を受ける中実円筒状部分６２４の領域の他の部品へ熱を伝達することを可能にする。
【００３３】
このようにして、中実円筒状部分６２４の少なくとも半径方向の周辺領域において均一な温度を達成することができる。
【００３４】
図６の実施形態の中空円筒状部分６３２は、断熱材料の層６３６によって全体が覆われている。あるいは、この部分は、断熱材料で作ることができる。このようにして、熱が軸線６２２に向かって半径方向に流れることが妨げられる。
【００３５】
図６の実施形態の中空円筒状部分６３２は、突起および／または凹部（好ましくは、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲の高さ／深さを有する）のある外面を有する層６３６によって全体が覆われている。あるいは、この部分は、（好ましくは、０．０１ｍｍから０．１ｍｍの範囲の高さ／深さを有する）突起および／または凹部を有する外面を有してもよい。このようにして、この部分は、流体軸受の潤滑流体を導くために使用されてもよい。例えば、有利には、このような突起および／または凹部はヘリングボーン形状であってもよい。突起および／または凹部は、中空円筒状部分６３２もしくはその被覆層６３６の外面上および／または軸受パッド６１２の内面上にあってもよいことに留意されたい。
【００３６】
中空円筒状部分６３２は、鋼でできていてもよく、幅は１０〜５０ｍｍであってもよく（その外径はその内径よりも１０〜１５％大きくてもよい）、長さは、軸受パッドまたはシャフトジャーナル部分の直径よりも０．４〜１．０倍であってもよい。それは、ジャーナル部分のシャフトにシュリンクフィットされてもよい。
【００３７】
層６３６は、断熱材料、特にＰＥＥＫ（＝ポリエーテルエーテルケトン）またはＰＴＦＥ（＝ポリテトラフルオロエチレン）で作られてもよく、０．１〜１．０ｍｍの幅を有してもよく、軸受パッドまたはジャーナル部分の直径の０．４〜１．０倍の長さであってもよい。これは、シャフトにスリーブを取り付ける前に、スリーブに適用（例えば、堆積）されてもよい。
【００３８】
図６の実施形態では、接触を回避し摩擦を低減するために、潤滑流体がパッド６１２と部分６３２の層６３６との間の隙間６４０に流れる。
【００３９】
以下、８つの実施形態について説明する。それらのブッシュが考慮され、潤滑流体および／または熱交換流体の流れが考慮される限り、それらは異なる。
【００４０】
他の実施形態も本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【００４１】
図７〜図１０の軸受システム７００、８００、９００、１０００には、中空円筒状部分７３２、８３２、９３２、１０３２の第１の端部に位置する第１の組の支持要素７３４Ａ、８３４Ａ、９３４Ａ、１０３４Ａと、中空円筒状部分７３２、８３２、９３２、１０３２の第２の端部に位置する第２の組の支持要素７３４Ｂ、８３４Ｂ、９３４Ｂ、１０３４Ｂと、がある。このようにして、ブッシュの中空円筒状部分７３２、８３２、９３２、１０３２とシャフト６２０の中実円筒状部分６２４との間に環状チャンバ７３８、８３８、９３８、１０３８が画定される。
【００４２】
あるいは、１つまたは複数の支持要素は、中空部分の端部ではなく、例えば端部から離れた位置に配置されてもよい。
【００４３】
図１５および図１６の軸受システム１５００および１６００は、図９の軸受システムに類似しているが、さらなる技術的効果を達成し、本明細書で後述する。
【００４４】
図１７および図１８の軸受システム１７００および１８００は、図９の軸受システムに類似しているが、さらなる技術的効果を達成し、本明細書で後述する。
【００４５】
第１の組および第２の組の支持要素７３４Ａ、７３４Ｂ、８３４Ａ、８３４Ｂ、９３４Ａ、９３４Ｂ、１０３４Ａ、１０３４Ｂは、ベーンである。
【００４６】
支持要素７３４Ａ、７３４Ｂ、８３４Ａ、８３４Ｂ、９３４Ａ、９３４Ｂ、１０３４Ａ、１０３４Ｂは、部分６２４の周囲にクラウンを形成することができ、それらの間に等間隔に配置することができる。
【００４７】
支持要素７３４Ａ、７３４Ｂ、８３４Ａ、８３４Ｂ、９３４Ａ、９３４Ｂ、１０３４Ａ、１０３４Ｂは、それらの間に間隔を配置されているので、流体が環状チャンバ７３８、８３８、９３８、１０３８に出入りすることができる。そのような流体は、潤滑流体ＬＦまたは熱交換流体ＨＥＦであってもよく、流体が適切に選択されると、潤滑流体および熱交換流体の両方として作用することができる。
【００４８】
図７の実施形態では、ベーン７３４Ａ、７３４Ｂは、シャフト６２０の回転中に流体軸受の第１の側面Ｓ２から流体軸受の第２の側面Ｓ１への熱交換流体ＨＥＦの流れを確立するように成形されて配置される。
【００４９】
図８の実施形態では、ベーン８３４Ａ、８３４Ｂは、シャフト６２０の回転中に側面Ｓ２から側面Ｓ１への熱交換流体ＨＥＦの流れを確立するように成形されて配置される。
【００５０】
好ましくは、ベーン７３４Ａ、７３４Ｂ、８３４Ａ、８３４Ｂは、シャフト６２０の回転中に側面Ｓ１から側面Ｓ２への、環状チャンバ７３８、８３８の内部に螺旋状流路を有する流体流を確立するように成形されて配置される。
【００５１】
図９の実施形態では、ベーン９３４Ａ、９３４Ｂは、シャフト６２０の回転中に環状チャンバ９３８から流体軸受の第１の側面Ｓ１および流体軸受の第２の側面Ｓ２への流体の流れを確立するように成形されて配置される。図９の実施形態では、この流体（熱交換流体として働く）は、隙間６４０を流れる同じ潤滑流体ＬＦであり、潤滑流体は、例えば中空円筒状部分９３２内の複数の穴を通して、環状チャンバ９３８に入る。あるいは、この流体は、隙間６４０を流れる潤滑流体ＬＦとは異なる流体であってもよい。
【００５２】
図１０の実施形態では、ベーン１０３４Ａ、１０３４Ｂは、シャフト６２０の回転中に、流体軸受の第１の側面Ｓ１および流体軸受の第２の側面Ｓ２から環状チャンバ１０３８への流体の流れを確立するように成形されて配置される。図１０の実施形態では、この流体（熱交換流体として働く）は、隙間６４０を流れる同じ潤滑流体ＬＦであり、潤滑流体は、例えば中空円筒状部分１０３２内の複数の穴を通して、環状チャンバ１０３８から出る。あるいは、この流体は、隙間６４０を流れる潤滑流体ＬＦとは異なる流体であってもよい。
【００５３】
好ましくは、ベーン９３４Ａ、９３４Ｂ、１０３４Ａ、１０３４Ｂは、シャフト６２０の回転中に、環状チャンバ９３８、１０３８内に螺旋状流路を有する２つの流体流を確立するように成形されて配置される。
【００５４】
図１１〜図１４の軸受システム１１００、１２００、１３００、１４００では、支持要素は、流体を流すための螺旋状流路を画定する１組または２組の螺旋状壁１１３４、１２３４、１３３４Ａ、１３３４Ｂ、１４３４Ａ、１４３４Ｂである。
【００５５】
そのような流体は、潤滑流体ＬＦまたは熱交換流体ＨＥＦであってもよく、流体が適切に選択されると、潤滑流体および熱交換流体の両方として作用することができる。
【００５６】
図１１および図１２の軸受システム１１００、１２００では、支持要素は、少なくとも流体軸受の第１の側面Ｓ１と流体軸受の第２の側面Ｓ２との間に延在する複数の螺旋状流路１１３８、１２３８を画定する１組の螺旋状壁１１３４、１２３４であり、これらの流路１１３８、１２３８は、シャフト６２０の回転中に、流体軸受の一方の側から流体軸受の他方の側への熱交換流体ＨＥＦの流れのために配置される。
【００５７】
図１１の実施形態では、壁１１３４は、シャフト６２０の回転中に流体軸受の第１の側面Ｓ２から流体軸受の第２の側面Ｓ１への熱交換流体ＨＥＦの流れを確立するように成形されて配置される。
【００５８】
図１２の実施形態では、壁１２３４は、シャフト６２０の回転中に側面Ｓ２から側面Ｓ１への熱交換流体ＨＥＦの流れを確立するように成形されて配置される。
【００５９】
図１３および図１４の軸受システム１３００、１４００では、支持要素は、少なくとも流体軸受の中央ゾーン１３３８、１４３８と流体軸受の第１の側面Ｓ１との間に延在する第１の複数の螺旋状流路を画定する第１の組の螺旋状壁１３３４Ａ、１４３４Ａと、少なくとも流体軸受の中央ゾーン１３３８、１４３８と流体軸受の第２の側面Ｓ２との間に延在する第２の複数の螺旋状流路を画定する第２の組の螺旋状壁１３３４Ｂ、１４３４Ｂと、であり、この流路は、流体軸受の中央ゾーン１３３８、１４３８と流体軸受の側面Ｓ１、Ｓ２との間の流体の流れのために配置されている。
【００６０】
図１３および図１４の実施形態では、この流体（熱交換流体として働く）は、隙間６４０を流れる同じ潤滑流体ＬＦである。
【００６１】
図１３の実施形態では、流体は、シャフト６２０の回転中に流体軸受の中央ゾーン１３３８から流体軸受の第１の側面Ｓ１および流体軸受の第２の側面Ｓ２に流れる。
【００６２】
図１４の実施形態では、流体は、シャフト６２０の回転中に流体軸受の第１の側面Ｓ１および流体軸受の第２の側面Ｓ２から流体軸受の中央ゾーン１４３８に流れる。
【００６３】
図１３および図１４の軸受システム１３００、１４００では、ブッシュの中空円筒状部分１３３２、１４３２とシャフト６２０の中実円筒状部分６２４との間に環状チャンバが画定され、環状チャンバは、第１の側面部分（壁１３３４Ａ、１４３４Ａが配置される）、第２の側面部分（壁１３３４Ｂ、１４３４Ｂが配置される）、および中央部分１３３８、１４３８を含む。
【００６４】
上述の流路の各々は、シャフト６２０の軸線６２２の周りにいくつかのターンを含むことができ、ターン数は０．１〜１０．０、好ましくは０．２５〜４．０、より好ましくは０．５〜２．０の範囲であってもよい。
【００６５】
上述の流路の各々のピッチは、流体軸受の軸方向長さの倍数に等しくてもよく、倍数は１０．０〜０．１、好ましくは４．０〜０．２５、より好ましくは２．０〜０．５の範囲であってもよい。図６〜図１４の実施形態では、流体軸受の軸方向の長さは、１つまたは複数のパッド６１２の長さ、あるいは中空円筒状部分６３２の長さとみなすことができる。
【００６６】
シャフト６２０の回転は、ブッシュ６３０の中空円筒状部分６３２とシャフト６２０の中実円筒状部分６２４との間に画定された環状チャンバに沿って流体をポンピングすることに留意されたい。
【００６７】
図１５および図１６の軸受システム１５００、１６００には、中空円筒状部分１５３２、１６３２の第１の端部に位置する第１の組の支持要素１５３４Ａ、１６３４Ａと、中空円筒状部分１５３２、１６３２の第２の端部に位置する第２の組の支持要素１５３４Ｂ、１６３４Ｂ（支持要素１６３４Ｂは単一のピースであってもよい）と、がある。このようにして、ブッシュの中空円筒状部分１５３２、１６３２とシャフト６２０の中実円筒状部分６２４との間に環状チャンバ１５３８、１６３８が画定される。
【００６８】
支持要素１５３４Ａ、１５３４Ｂ、１６３４Ａはベーンである。
【００６９】
支持要素１５３４Ａ、１５３４Ｂ、１６３４Ａは、部分６２４の周囲にクラウンを形成することができ、それらの間に等間隔に配置することができる。
【００７０】
支持要素１５３４Ａ、１５３４Ｂ、１６３４Ａがそれらの間に間隔を置いて配置されるので、流体が環状チャンバ１５３８、１６３８から出ることができる。典型的には、シャフト６２０が回転しない場合、環状チャンバ１５３８、１６３８は潤滑剤流体ＬＦで満たされ、シャフト６２０が回転を開始すると、潤滑剤流体の流れが確立し、潤滑剤流体ＬＦが環状チャンバ１５３８、１６３８から流出し始める。シャフト６２０が回転を開始すると、環状チャンバ１５３８、１６３８は潤滑剤流体ＬＦが全部または一部が空になる（「空になる」ことは、環状チャンバ１５３８、１６３８内の潤滑流体ＬＦの圧力が環状チャンバ１５３８、１６３８の外側よりも低い可能性を含む）。このようにして、軸受システム１５００、１６００の隙間の高温潤滑流体ＬＦとシャフト６２０の円筒状部分６２４とを隔離する技術的効果が達成される。
【００７１】
図１５の実施形態では、ベーン１５３４Ａ、１５３４Ｂは、環状チャンバ１５３８から流体軸受の第１の側面Ｓ１および流体軸受の第２の側面Ｓ２への流体の流れを確立するように成形されて配置される。
【００７２】
図１６の実施形態では、ベーン１６３４Ａおよび１つまたは複数の支持要素１６３４Ｂは、環状チャンバ１６３８から流体軸受の一方の側面のみへの、特に流体軸受の第１の側面Ｓ１への流体の流れを確立するように成形され配置される。
【００７３】
螺旋状流路が使用される場合にも、図１５および図１６の実施形態と同様の技術的効果を達成することができる。
【００７４】
図１１または図１２を考慮すると、軸受システムは、シャフトの回転中に螺旋状流路が全体的または部分的に空になるように配置されてもよい。
【００７５】
図１３を考慮すると、軸受システムは、シャフトの回転中に第１および第２の組の螺旋状流路が空になるように配置されてもよい。
【００７６】
図１７および図１８の軸受システム１７００および１８００には、中空円筒状部分１７３２、１８３２の第１の端部に位置する第１の組の支持要素１７３４Ａ、１８３４Ａと、中空円筒状部分１７３２、１８３２の第２の端部に位置する第２の組の支持要素１７３４Ｂ、１８３４Ｂ（支持要素１８３４Ｂは単一のピースであってもよい）と、がある。このようにして、ブッシュの中空円筒状部分１７３２、１８３２とシャフト６２０の中実円筒状部分６２４との間に環状チャンバ１７３８、１８３８が画定される。
【００７７】
支持要素１７３４Ａ、１７３４Ｂ、１８３４Ａは、ベーンである。
【００７８】
支持要素１７３４Ａ、１７３４Ｂ、１８３４Ａは、部分６２４の周囲にクラウンを形成することができ、それらの間に等間隔に配置することができる。
【００７９】
支持要素１７３４Ａ、１７３４Ｂ、１８３４Ａがそれらの間に間隔を置いて配置されるので、流体が環状チャンバ１７３８、１８３８に入ることがある。典型的には、シャフト６２０が回転しない場合、環状チャンバ１７３８、１８３８は潤滑剤流体ＬＦで部分的に満たされ、シャフト６２０が回転を開始すると、潤滑剤流体の流れが確立し、潤滑剤流体ＬＦが環状チャンバ１７３８、１８３８に流入し始める。シャフト６２０が回転を開始すると、環状チャンバ１７３８、１８３８は潤滑剤流体ＬＦで全体的に満たされる（「全体的に満たされる」ことは、環状チャンバ１７３８、１８３８内の潤滑流体ＬＦの圧力が環状チャンバ１７３８、１８３８の外側よりも高い可能性を含む）。このようにして、軸受システム１７００、１８００の隙間の高温潤滑流体ＬＦとシャフト６２０の円筒状部分６２４とを隔離する技術的効果が達成される。さらに、環状チャンバ１７３８、１８３８の内側の流体は、シャフト６２０の周りを流れて、シャフト６２０内の温度を均一にすることができる。
【００８０】
図１７の実施形態では、ベーン１７３４Ａ、１７３４Ｂは、流体軸受の第１の側面Ｓ１および流体軸受の第２の側面Ｓ２から環状チャンバ１７３８への流体の流れを確立するように成形されて配置される。
【００８１】
図１８の実施形態では、ベーン１８３４Ａおよび１つまたは複数の支持要素１８３４Ｂは、流体軸受の一方の側面のみから、特に流体軸受の第１の側面Ｓ１から環状チャンバ１８３８への流体の流れを確立するように成形され配置される。
【００８２】
螺旋状流路が使用される場合にも、図１７および図１８の実施形態と同様の技術的効果を達成することができる。
【００８３】
図１１または１２を考慮すると、軸受システムは、シャフトの回転中に螺旋状流路が全体的に満たされるように配置されてもよい。
【００８４】
図１４を考慮すると、軸受システムは、シャフトの回転中に第１および第２の組の螺旋状流路が全体的に満たされるように配置されてもよい。
【００８５】
上述の軸受システムまたはそれに類似した軸受システムは、例えば図１に示すようなターボ機械に有利に使用することができる。
【００８６】
「石油およびガス」の分野、すなわち石油および／またはガスの探査、生産、貯蔵、精製および分配のためにプラントで使用される機械の分野では、流体軸受によって支持されるシャフトジャーナル内の不均一な温度分布を回避し、または少なくとも不均一性をかなり低減し、したがってそのような軸受システムを使用するターボ機械に対する特に高い必要性があることに留意されたい。
【符号の説明】
【００８７】
１００  ターボ機械
１１０  ステータ
１１１  第１の流体軸受
１１２  第２の流体軸受
１２０  ロータ
１２１  第１のシャフト端部
１２２  第２のシャフト端部
２００  滑り流体軸受システム
２１０  回転シャフト
２１１  回転ジャーナル
２２０  滑り流体軸受
２２１  パッド
２３０  軸線
６１０  流体軸受
６１２  軸受パッド
６２０  シャフト
６２２  軸線
６２４  中実円筒状部分
６３０  ブッシュ
６３２  中空円筒状部分
６３４  支持要素
６３６  層
６４０  隙間
７００  軸受システム
７３２  中空円筒状部分
７３４Ａ  支持要素、ベーン
７３４Ｂ  支持要素、ベーン
７３８  環状チャンバ
８００  軸受システム
８３２  中空円筒状部分
８３４Ａ  支持要素、ベーン
８３４Ｂ  支持要素、ベーン
８３８  環状チャンバ
９００  軸受システム
９３２  中空円筒状部分
９３４Ａ  支持要素、ベーン
９３４Ｂ  支持要素、ベーン
９３８  環状チャンバ
１０００  軸受システム
１０３２  中空円筒状部分
１０３４Ａ  支持要素、ベーン
１０３４Ｂ  支持要素、ベーン
１０３８  環状チャンバ
１１００  軸受システム
１１３４  螺旋状壁
１１３８  螺旋状流路
１２００  軸受システム
１２３４  螺旋状壁
１２３８  螺旋状流路
１３００  軸受システム
１３３２  中空円筒状部分
１３３４Ａ  螺旋状壁
１３３４Ｂ  螺旋状壁
１３３８  中央ゾーン、中央部分
１４００  軸受システム
１４３２  中空円筒状部分
１４３４Ａ  螺旋状壁
１４３４Ｂ  螺旋状壁
１４３８  中央ゾーン、中央部分
１５００  軸受システム
１５３２  中空円筒状部分
１５３４Ａ  支持要素、ベーン
１５３４Ｂ  支持要素、ベーン
１５３８  環状チャンバ
１６００  軸受システム
１６３２  中空円筒状部分
１６３４Ａ  支持要素、ベーン
１６３４Ｂ  支持要素
１６３８  環状チャンバ
１７００  軸受システム
１７３２  中空円筒状部分
１７３４Ａ  支持要素、ベーン
１７３４Ｂ  支持要素、ベーン
１７３８  環状チャンバ
１８００  軸受システム
１８３２  中空円筒状部分
１８３４Ａ  支持要素、ベーン
１８３４Ｂ  支持要素
１８３８  環状チャンバ
【図１】
2018155397.tif 000003
【図２】
2018155397.tif 000004
【図３】
2018155397.tif 000005
【図４】
2018155397.tif 000006
【図５】
2018155397.tif 000007
【図６】
2018155397.tif 000008
【図７】
2018155397.tif 000009
【図８】
2018155397.tif 000010
【図９】
2018155397.tif 000011
【図１０】
2018155397.tif 000012
【図１１】
2018155397.tif 000013
【図１２】
2018155397.tif 000014
【図１３】
2018155397.tif 000015
【図１４】
2018155397.tif 000016
【図１５】
2018155397.tif 000017
【図１６】
2018155397.tif 000018
【図１７】
2018155397.tif 000019
【図１８】
2018155397.tif 000020
【外国語明細書】
2018155397000001.pdf