(57)【要約】回転機械のためのスラストベアリングは、第一、第二、および第三の層を有する。第二の層は、第一および第三の層の間に配置された波形フォイルを含む。波形フォイルは、第一の層に接触する頂部と第三の層に接触する谷部とを有する壁部を含む。壁部には、第一および第二の頂部の間に凹部が設けられる。凹部は第一および第三の層から離間されている。第一の層は、回転シャフトのスラストランナーに隣接して配置される多数のアーチ型のトップフォイルを含む。対応する数のアーチ型の波形フォイルがトップフォイルを支持するのに用いられてよい。環状のメインプレートによって提供される第三の層は、メインプレート上に円周状に配置された多数のアーチ型のスペーサーを含む。スペーサーはトップフォイルの後縁部とおおよそ整列する。凹部はバンプフォイルの剛性を低下させる。スペーサーは軸方向の負荷を、スラストベアリングを介して所望の方法で伝える。
2008513701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一、第二、および第三の層を有するスラストベアリングであって、第二の層は、第一および第三の層の間に配置された波形フォイルを含み、該波形フォイルは、第一の層と接触する複数の頂部と、第三の層と接触する複数の谷部と、第一および第二の頂部の間に設けられた凹部と、を提供する壁部を含み、凹部は第一および第三の層から離間されていることを特徴とする、スラストベアリング。
【請求項２】
第三の層は、環状のメインプレートによって提供され、波形フォイルはメインプレートに固定されることを特徴とする、請求項１記載のスラストベアリング。
【請求項３】
複数のアーチ型のスペーサーが、波形フォイルとは反対側でメインプレートに設けられることを特徴とする、請求項２記載のスラストベアリング。
【請求項４】
スペーサーは溶接によってメインプレートに固定されることを特徴とする、請求項３記載のスラストベアリング。
【請求項５】
第一の層は、波形フォイルに固定された複数のアーチ型のトップフォイルによって提供されることを特徴とする、請求項３記載のスラストベアリング。
【請求項６】
トップフォイルは、トップフォイルの周辺部の溶接によって波形フォイルに固定されることを特徴とする、請求項５記載のスラストベアリング。
【請求項７】
トップフォイルは後縁部を含み、スペーサーは、円周方向で後縁部とほぼ整列する第二の縁部を含むことを特徴とする、請求項５記載のスラストベアリング。
【請求項８】
第二の層は離間して設けられた複数のアーチ型の波形フォイルを含み、第一の層は複数のアーチ型のトップフォイルを含み、各トップフォイルは第三の層に固定された前縁部を含み、波形フォイルはトップフォイルと第三の層との間に配置されることを特徴とする、請求項１記載のスラストベアリング。
【請求項９】
第三の層は、波形フォイルとは反対側で環状のメインプレートに設けられた複数のスペーサーを含み、該スペーサーは、円周方向で各スペーサーの間にそれぞれ配置された複数のくぼんだ領域を提供するとともに、トップフォイルの下方で前縁部とは反対側の後縁部側に配置されることを特徴とする、請求項８記載のスラストベアリング。
【請求項１０】
トップフォイルはメインプレートから遠ざかるように外方に湾曲しており、かくして前縁部と後縁部側との間にクラウンを提供することを特徴とする、請求項９記載のスラストベアリング。
【請求項１１】
ハウジングと、
軸を中心としてハウジングに対して回転可能なシャフトおよび該シャフトに固定されて軸から半径方向外方に延在するスラストランナーと、
ハウジングとシャフトとの間に配置されたスラストベアリングと、を有する回転機械であって、
スラストベアリングは、第一、第二、および第三の層を有し、第一の層はスラストランナーに隣接し、第三の層はハウジングに隣接し、第二の層は第一および第三の層の間に配置された波形フォイルを含み、波形フォイルは、第一の層に接触する複数の頂部と、第三の層に接触する複数の谷部と、第一および第二の頂部の間に設けられた凹部と、を提供する壁部を含み、凹部は第一および第三の層から離間されていることを特徴とする、回転機械。
【請求項１２】
第一の層は複数のアーチ型のトップフォイルを含み、第三の層は環状のメインプレートを含み、トップフォイルの前縁部がメインプレートに固定され、第二の層はトップフォイルとメインプレートとの間に配置された複数のアーチ型の波形フォイルを提供することを特徴とする、請求項１１記載の回転機械。
【請求項１３】
複数のアーチ型のスペーサーが、波形フォイルとは反対側でメインプレートに設けられ、スペーサーはトップフォイルの後縁部側の下方に配置されることを特徴とする、請求項１２記載の回転機械。
【請求項１４】
シャフトの軸方向移動によりトップフォイルに軸方向の負荷がかかり、この軸方向の負荷は、波形フォイルを介してスペーサーに伝えられることを特徴とする、請求項１３記載の回転機械。
【請求項１５】
第一の層がスラストランナーに接触し、第三の層がハウジングに接触することを特徴とする、請求項１４記載の回転機械。
【請求項１６】
トップフォイルがスラストベアリングとスラストランナーとの間に流体力学的な空気膜を生成することを特徴とする、請求項１２記載の回転機械。
【請求項１７】
ハウジングが空気をスラストベアリングに供給する空気通路を提供し、波形フォイルを通って流れる空気が第一の層から熱を除去することを特徴とする、請求項１１記載の回転機械。
【請求項１８】
スラストベアリングは単一の波形フォイル層を含むことを特徴とする、請求項１１記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転機械に用いられる流体力学スラストベアリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体力学スラストベアリングは、通常スラストランナーと呼ばれる回転シャフトの一部分とベアリングとの間に、潤滑性の非線形の空気膜を生成する。一つの代表的なベアリング構成は二つの溶接されたサブアセンブリーを用いる。トップサブアセンブリーは環状のメインプレートを含み、該メインプレートに多数のアーチ型の波形フォイルが溶接される。対応する枚数のアーチ型のトップフォイルがバンプフォイルに支持される。ボトムサブアセンブリーは他の環状のメインプレートを含み、該メインプレートに多数のアーチ型のバンプフォイルが溶接される。
【０００３】
トップフォイルはスラストランナーに隣接して配置され、ボトムサブアセンブリーのバンプフォイルは静的構造に隣接して配置される。両サブアセンブリーの二つのメインプレートは互いに隣接して配置される。両サブアセンブリーのバンプフォイルは互いに上下に、あるいはやや食い違って配置される。重なり合ったバンプフォイルは協働して望ましいバネ率を与え、シャフトが軸方向に動くときにスラストランナーを緩衝する。バンプフォイルはトップフォイルに隣接する頂部およびメインプレートに隣接する谷部を含む。
【０００４】
先行技術のスラストベアリングは組み立てなければならない多数の部品を含むので、製造コストが高い。また、先行技術のスラストベアリングは冷却効率が非常に良いとは言えない。バンプフォイルを通って流れる空気の約半分しか、トップフォイルを冷却するのに用いられていない。ボトムサブアセンブリーのバンプフォイルを通る空気流は事実上、無駄になっている。なぜならばボトムバンプフォイルはメインプレートによって隔離されているからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
より少ない部品を用いるとともにより効率的に冷却される、改良された流体力学スラストベアリングが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は回転機械用のスラストベアリングを提供する。スラストベアリングは、第一、第二、および第三の層を有する。第二の層は、第一および第三の層の間に配置された波形フォイルを含む。波形フォイルは、第一の層に接触する頂部と第三の層に接触する谷部を有する壁部を含む。壁部には、第一および第二の頂部の間に凹部が設けられる。凹部は第一および第三の層から離間されている。
【０００７】
より具体的には、第一の層は回転シャフトのスラストランナーに隣接して配置される多数のアーチ型のトップフォイルを含む。対応する数のアーチ型の波形フォイルが、トップフォイルを支持するのに用いられてよい。頂部、谷部、および凹部はおおよそ互いに平行に配置される。環状のメインプレートである第三の層はメインプレート上に円周状に配置された多数のアーチ型のスペーサーを含む。スペーサーはトップフォイルの後縁部の下方におおよそ整列される。
【０００８】
凹部はバンプフォイルの剛性を低下させる。スペーサーは軸方向の負荷を所望の方法でスラストベアリングに伝える。
【０００９】
したがって、本発明はより少ない部品を用いるとともにより効率的に冷却される、改良された流体力学スラストベアリングを提供する。
【００１０】
本発明のこれらの、およびその他の特徴は以下における説明および図面から最もよく理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
回転機械１０が図１に示されている。機械１０は軸Ａを中心に回転するシャフト１２を含む。シャフト１２はハウジング１４内に配置され、シャフト１２から半径方向に延在する環状のスラストランナー１６を含む。スラストベアリング１８がスラストランナー１６の両側に配置されている。スラストランナー１６およびスラストベアリング１８はハウジング部分２０と他のハウジング部分との間に保持されており、ハウジング部分２０は、例えば締結具２２を用いて他のハウジング部分に固定されている。当業界公知のように、ハウジング１４の通路（図示せず）によって空気がスラストベアリング１８に供給される。シャフト１２がハウジング１４に対して回転しているときは、スラストベアリング１８とスラストランナー１６との間に流体力学的な層、すなわち空気膜が生成されて摩擦を低減する。通路からスラストベアリング１８に送られた空気は、スラストベアリング１８を冷却するのにも用いられる。
【００１２】
本発明のスラストベアリング１８が図２〜４に示されている。スラストベアリング１８は先行技術の五層スラストベアリングとは異なって、三つの層を含む。第一の層は円周方向に離間して設けられた多数のアーチ型のトップフォイル２４によって提供される。トップフォイル２４は、トップフォイル２４の下方に円周方向に配置された、対応する数のアーチ型のバンプフォイル２６を有する第二の層によって支持される。バンプフォイル２６は緩衝を与えるために、またスラストベアリング１８に冷却空気流れを通すために、波形になっている。第三の層はバンプフォイル２６を支持する環状のメインプレート２８によって提供される。
【００１３】
トップフォイル２４はスラストランナー１６に隣接して配置され、メインプレート２８はハウジング１４に隣接して配置される。トップフォイルはテフロン等の乾燥膜潤滑剤によって被覆されてもよい。三つの層は例えばスポット溶接によって、互いに固定される。さらに、複数のスペーサー３０がメインプレート２８から延在するタブ３４を受け入れる切り欠き３２を含んでもよい。タブ３４はハウジング１４に受け入れられる。
【００１４】
図２および図４を参照すれば、トップフォイル２４は前縁部３６を含み、後縁部４０まで延在している。トップフォイル２４はスラストランナー１６に向かって外方に湾曲するようにクラウン部分３８を含み、これによって所望の空気膜を生成し、かつスラストランナーからの軸方向の負荷の吸収を促進している。
【００１５】
メインプレート２８は離間された第一および第二の縁部４２および４４を有するアーチ型のスペーサー３０を含む。第一の縁部４２は図示された実施例では前縁部３６と後縁部４０との間に配置されている。第二の縁部４４は、図示された実施例では後縁部４０をわずかに越えて延在しているが、後縁部４０とほぼ整列している。スペーサー３０はトップフォイル２４の後縁部側の下方に配置されている。スペーサー３０はバンプフォイル２６からの軸方向の負荷を所望の方法でハウジング１４に伝える。スペーサー３０はメインプレート２８に固定された別個の部品であってよい。あるいは、メインプレート２８に化学的エッチングを施してくぼんだ領域３１を形成し、かくしてスペーサー３０を提供してもよい。スペーサー３０は厚みのある領域を有する第三の層を提供する。交互になった厚みのある領域とくぼんだ領域とは、バンプフォイル２６によって与えられる緩衝作用に加えて緩衝作用を与える。
【００１６】
スラストベアリング１８は内周４６および外周４８を含む。図示された実施例ではトップフォイル２４およびメインプレート２８は内周４６および外周４８にまで延在する。バンプフォイル２６は半径方向で内周４６および外周４８の内側に配置され、スペーサー３０の内周はバンプフォイル２６よりさらに内側に配置される。
【００１７】
図５を参照すれば、トップフォイル２４は内面５２および外面５０を含む。外面５０はスラストランナー１６に隣接する。メインプレート２８は内面５４および外面５６を含み、外面５６がハウジング１４に隣接して配置される。バンプフォイル２６は頂部５８および谷部６０を有する波形の壁部によって提供される。頂部５８は内面５２に接触してトップフォイル２４を支持する。谷部６０は内面５４に接触してメインプレート２８を支持するとともにトップフォイル２４からの軸方向の負荷をメインプレート２８に伝える。
【００１８】
図２に示されるように、前縁部３６に最も近い頂部は軸Ａから延在する半径Ｒ１とおおよそ同一直線上にある。頂部５８ａおよび５８ｂと谷部６０とはおおよそ互いに平行に配置される。頂部５８ａ、５８ｂおよび谷部６０は、軸Ａから延在する他の半径Ｒ２に対しては傾斜している。
【００１９】
先行技術とは異なり、一層のみのバンプフォイル２４が用いられる。先行技術においては二層のバンプフォイルが直列に配置され、これによって同様の形状の単層のバンプフォイルに対して剛性が低下した構成が提供されていた。単層のバンプフォイル２６の剛性を低下させるために、本発明の設計は頂部５８と谷部６０との間に所望のピッチＰおよび高さＨを有する。
【００２０】
頂部５８と谷部６０との間の高さＨを増加することによって剛性を低下させることができるが、特定の点以上に増加することは望ましくない。剛性を低下させるためにピッチを低減すれば、トップフォイル２４およびメインプレート２８に接触する頂部５８および谷部６０の数が減って、バンプフォイル２６によって提供される支持が低減するので望ましくない。本発明は第一の頂部５８ａと第二の頂部５８ｂとの間に配置された凹部６２を用いる。凹部６２は頂部５８ａ、５８ｂ、および谷部６０と平行に延びる。凹部６２はトップフォイル２４およびメインプレート２８から離間されて、バンプフォイル２６の剛性を低下させる。本発明のバンプフォイル２６のピッチＰは、先行技術のスラストベアリングの二層バンプフォイルに比較して同じか、またはより小さくすることができる。
【００２１】
空気流れが熱を発生するトップフォイル２４により近接しているので、波形バンプフォイル２６を通って流れる空気はスラストベアリング１８をより良く冷却することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施例を開示したが、当業者は一定の改良が本発明の範囲内にあることを認識するであろう。この理由により、本発明の真の範囲および内容を判定するには請求の範囲が検討されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は回転機械の一部分の断面図である。
【図２】図２は本発明のスラストベアリングの上面図である。
【図３】図３は図２のスラストベアリングの部分分解図である。
【図４】図４は図２のスラストベアリングの線４−４に沿った断面図である。
【図５】図５は図４の円で囲まれた領域５の拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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