(57)【要約】  本発明は、ロータシステム及びその制御方法並びにガスタービン発電機ユニット及びその制御方法を提供する。ロータシステムは、回転軸と、順に回転軸に設けられた発電機、ガス圧縮機及びタービンと、回転軸に設けられた推力軸受と少なくとも２つのラジアル軸受を備え、回転軸の軸体は、一体構造であり、且つ水平に設けられ、推力軸受とラジアル軸受は、何れも非接触型軸受であり、推力軸受は、ロータシステムの重心が最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に存在可能なように設けられる。本発明では、ロータシステムにおける回転軸の軸体を一体構造とするため、従来のガスタービン発電機ユニットにカップリング接続が採用されることによってガス・磁気ハイブリッド推力軸受の取付位置が制限されるという問題を解決する。本発明では、更に、推力軸受の設置位置を調整することにより、全ロータシステムの重心が最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に存在し、全ロータシステムが高速回転するときに構造の安定性を維持することに有利になる。
2021510791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシステムであって、
回転軸と、
前記回転軸に順に設けられたモータ、ガス圧縮機及びタービンと、
前記回転軸に設けられた推力軸受と少なくとも２つのラジアル軸受を備え、
前記回転軸の軸体は、一体構造であり、前記回転軸は、水平に設けられ、
前記推力軸受と前記少なくとも２つのラジアル軸受は、何れも非接触型軸受であり、
前記推力軸受は、前記タービンの前記ガス圧縮機に近接する側の所定の位置に設けられ、前記所定の位置は、前記少なくとも２つのラジアル軸受のうち最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に前記ロータシステムの重心が存在可能な位置であることを特徴とするロータシステム。
【請求項２】
前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第１ラジアル軸受と第２ラジアル軸受を備え、前記第１ラジアル軸受は、前記モータの前記ガス圧縮機から離間する側に設けられ、前記第２ラジアル軸受は、前記ガス圧縮機と前記タービンの間に設けられ、
前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受と前記モータの間に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受の前記モータから離間する側に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項３】
前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第３ラジアル軸受を更に備え、前記第３ラジアル軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられることを特徴とする請求項２に記載のロータシステム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第４ラジアル軸受を更に備え、前記第４ラジアル軸受は、前記タービンの前記ガス圧縮機から離間する側に設けられ、
前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受と前記モータの間に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受の前記モータから離間する側に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記ガス圧縮機と前記第２ラジアル軸受の間に設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載のロータシステム。
【請求項５】
前記第４ラジアル軸受は、ガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受であることを特徴とする請求項４に記載のロータシステム。
【請求項６】
前記タービンの前記第２ラジアル軸受に近接する側には、断熱層が設けられることを特徴とする請求項２に記載のロータシステム。
【請求項７】
前記モータは、動圧軸受モータであり、前記回転軸の前記モータの軸受に対応する箇所には、第１動圧発生溝が開設されていることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項８】
前記モータは、発進一体型モータであることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項９】
前記ロータシステムは、ロック装置を更に備え、前記ロック装置は、前記回転軸が静止状態であるときに前記回転軸をロックすることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項１０】
前記回転軸の、軸受が取り付けられる箇所には、耐摩耗コーティングが塗布されていることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項１１】
前記推力軸受は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受であり、
前記少なくとも２つのラジアル軸受のうちの少なくとも１つのラジアル軸受は、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受又はガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受であることを特徴とする請求項２に記載のロータシステム。
【請求項１２】
前記第２ラジアル軸受がガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受である場合、前記第２ラジアル軸受の磁気部品は、前記第２ラジアル軸受の前記タービンから離間する領域に設けられることを特徴とする請求項１１に記載のロータシステム。
【請求項１３】
前記ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受であり、前記フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、
前記回転軸に固定接続される第１推力ディスクと、
前記回転軸上に穿設される第１ステータと第２ステータを備え、
前記第１ステータと前記第２ステータは、前記第１推力ディスクの互いに対向する両側にそれぞれ設けられ、
前記第１ステータと前記第２ステータのそれぞれは、第１磁気軸受と第１フォイル軸受を備え、前記第１磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第１磁気部品が設けられ、前記第１フォイル軸受には、前記複数の第１磁気部品と相互作用するとともにそれらの間に磁力を発生可能な第２磁気部品が設けられ、
前記第１フォイル軸受は、前記第１磁気軸受と前記第１推力ディスクの間に設けられ、前記第１推力ディスクの間に第１隙間が存在し、且つ前記第１磁気部品と前記第２磁気部品の間の磁力の作用によって前記回転軸の軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１１に記載のロータシステム。
【請求項１４】
前記第１フォイル軸受は、
前記第１磁気軸受座に固定接続される第１フォイル軸受座と、
前記第１フォイル軸受座上に設けられた第１フォイルと第２フォイルを備え、
前記第１フォイルは、前記第１フォイル軸受座上に取り付けられ、前記第２フォイルは、前記第１フォイルの前記第１推力ディスクに近接する側に積層されることを特徴とする請求項１３に記載のロータシステム。
【請求項１５】
前記第２フォイルは、平坦なフォイルであり、前記第２磁気部品は、前記第２フォイルが第１磁気部品と第２磁気部品の磁力の作用で回転軸の軸方向に移動可能であるように、第２フォイルに設けられ、前記第１フォイルは、前記第２フォイルの移動時に弾性変形可能である弾性変形フォイルであることを特徴とする請求項１４に記載のロータシステム。
【請求項１６】
前記ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受であり、
前記溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、
前記回転軸に固定接続され、第３磁気部品が設けられた第２推力ディスクと、
前記回転軸上に穿設される第３ステータと第４ステータを備え、
前記第３ステータと前記第４ステータは、前記第２推力ディスクの互いに対向する両側にそれぞれ設けられ、
前記第３ステータと前記第４ステータのそれぞれは、第２磁気軸受を備え、前記第２磁気軸受の周方向には、前記第３磁気部品と相互作用するとともにそれらの間に磁力を発生可能な複数の第４磁気部品が設けられ、前記第２磁気軸受と前記第２推力ディスクの間には、第２隙間が設けられ、且つ前記第２推力ディスクは、前記第３磁気部品と前記複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で前記回転軸の軸方向に移動可能であり、
前記第２推力ディスクの前記第３ステータと前記第４ステータとに面する端面、又は、前記第３ステータと前記第４ステータとの前記第２推力ディスクに面する端面には、第２動圧発生溝が設けられることを特徴とする請求項１１に記載のロータシステム。
【請求項１７】
前記第３ステータと前記第４ステータのそれぞれには、第１静圧吸気オリフィスが更に設けられ、前記第１静圧吸気オリフィスは、一端が前記第２隙間に繋がり、他端が外部空気源に接続され、外部空気源を前記第２隙間内に輸送することを特徴とする請求項１６に記載のロータシステム。
【請求項１８】
前記ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、フォイル型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受であり、前記フォイル型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、
前記回転軸外に嵌設される第３磁気軸受と、
前記回転軸外に嵌設され、前記第３磁気軸受と前記回転軸の間に位置する第２フォイル軸受を備え、
前記第３磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第５磁気部品が設けられ、
前記第２フォイル軸受には、前記複数の第５磁気部品と相互作用するとともにそれらの間に磁力を発生可能な第６磁気部品が設けられ、
前記第２フォイル軸受と前記回転軸の間には、第３隙間が設けられ、且つ前記第２フォイル軸受は、前記複数の第５磁気部品と前記第６磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動可能であることを特徴とする請求項１１に記載のロータシステム。
【請求項１９】
前記ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受であり、前記溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、前記回転軸外に嵌設される第４磁気軸受を備え、
前記第４磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第７磁気部品が設けられ、
前記第４磁気軸受は、前記回転軸の側壁に向かい、又は前記回転軸の前記第４磁気軸受に面する円周面には、第３動圧発生溝が設けられ、
前記第４磁気軸受と前記回転軸の間には、第４隙間が設けられ、且つ前記回転軸は、前記複数の第７磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動可能であることを特徴とする請求項１１に記載のロータシステム。
【請求項２０】
前記第４磁気軸受には、第２静圧吸気オリフィスが更に設けられ、前記第２静圧吸気オリフィスは、一端が前記第４隙間に繋がり、他端が外部空気源に接続され、外部空気源を前記第４隙間内に輸送することを特徴とする請求項１９に記載のロータシステム。
【請求項２１】
前記ロータシステムにおいて、前記推力軸受と前記推力軸受に隣接するラジアル軸受は一体に統合されて統合型軸受を形成し、
前記統合型軸受は、
第１収容キャビティと第２収容キャビティが設けられる、中空回転体である第３軸受ケースと、
前記第１収容キャビティ内に設けられたラジアルサブ軸受と、
前記第２収容キャビティ内に設けられた推力サブ軸受を備え、
前記ラジアルサブ軸受は、前記回転軸上に穿設され、前記ラジアルサブ軸受と前記回転軸の間には、第５隙間が設けられ、
前記推力サブ軸受は、第３推力ディスクと、前記推力ディスクの両側にそれぞれに設けられた第５ステータと第６ステータを備え、前記推力ディスクは、前記回転軸に固定接続され、前記第５ステータと前記第６ステータは、何れも前記回転軸上に穿設され、前記第５ステータ及び前記第６ステータのそれぞれと前記第３推力ディスクの間には、第６隙間が設けられることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項２２】
前記ラジアルサブ軸受は、前記回転軸外に嵌設される第５磁気軸受を備え、前記第５磁気軸受と前記回転軸の間には、前記第５隙間が設けられ、前記第５磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第８磁気部品が設けられ、前記回転軸は、前記複数の第８磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動可能であり、
前記第５ステータと前記第６ステータのそれぞれは、第６磁気軸受を備え、前記第６磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第９磁気部品が設けられ、前記第３推力ディスクには、第１０磁気部品が設けられ、前記第３推力ディスクは、前記複数の第９磁気部品と前記第１０磁気部品の間の磁力の作用で前記回転軸の軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項２１に記載のロータシステム。
【請求項２３】
前記第３軸受ケースには、第３静圧吸気オリフィスが更に設けられ、
前記第３静圧吸気オリフィスの一端は、外部空気源に接続され、他端は、前記ラジアル軸受を介して前記第５隙間に繋がり、及び／又は、前記第５ステータと前記第６ステータを介して前記第６隙間に繋がり、外部空気源を前記第５隙間、及び／又は、第６隙間に輸送することを特徴とする請求項２１に記載のロータシステム。
【請求項２４】
請求項１１から２３の何れか一項に記載のロータシステムに用いられるロータシステムの制御方法であって、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記ロータシステムがシャットダウンした場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップを含み、
前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、
前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含むことを特徴とするロータシステムの制御方法。
【請求項２５】
請求項１１から２３の何れか一項に記載のロータシステムに用いられるロータシステムの制御方法であって、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度が第１所定値に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度をスムーズに通過した後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記ロータシステムのシャットダウン中に、前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度に減速された場合、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度をスムーズに通過した後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記回転軸の回転速度が第２所定値に減速された場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、
前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含むことを特徴とするロータシステムの制御方法。
【請求項２６】
前記ロータシステムの制御方法は、請求項１３に記載のロータシステムに用いられ、
前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップは、
前記第１ステータと前記第２ステータの第１磁気軸受をオンにし、前記第１推力ディスクと前記第１ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間が前記第１推力ディスクと前記第２ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間に等しくなるように、前記第１推力ディスクを制御して前記複数の第１磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の軸方向に移動させることを含み、
前記ロータシステムの制御方法は、
荷重負荷が前記第１推力ディスクに作用し、前記第１推力ディスクが荷重負荷の作用で前記回転軸の軸方向に移動し、且つ前記第１推力ディスクと前記第１ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間が前記第１推力ディスクと前記第２ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間に等しくない場合、前記第１ステータと前記第２ステータの第１磁気軸受をオンにするステップと、
前記第１推力ディスクと前記第１ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間が前記第１推力ディスクと前記第２ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間に等しい場合、前記第１ステータと前記第２ステータの第１磁気軸受をオフにするステップ、を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載のロータシステムの制御方法。
【請求項２７】
前記ロータシステムの制御方法は、請求項１６に記載のロータシステムに用いられ、
前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップは、
前記第３ステータと前記第４ステータの第２磁気軸受をオンにし、前記第２推力ディスク及び前記第３ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間と前記第２推力ディスク及び前記第４ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間との差が所定値以下になるように、前記第２推力ディスクを制御して前記第３磁気部品と前記複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で前記回転軸の軸方向に移動させることを含み、
前記ロータシステムの制御方法は、
荷重負荷が前記第２推力ディスクに作用し、前記第２推力ディスクが荷重負荷の作用で前記回転軸の軸方向に移動し、前記第２推力ディスク及び前記第３ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間と前記第２推力ディスク及び前記第４ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間との差が前記所定値より大きい場合、前記第３ステータ又は前記第４ステータの第２磁気軸受をオンにするステップと、
前記第２推力ディスク及び前記第３ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間と前記第２推力ディスク及び前記第４ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間との差が前記所定値以下である場合、前記第３ステータ又は前記第４ステータの第２磁気軸受をオフにするステップ、を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載のロータシステムの制御方法。
【請求項２８】
前記ロータシステムの制御方法は、請求項１７に記載のロータシステムに用いられ、
前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップは、
前記第３ステータと前記第４ステータとの第２磁気軸受をオンにすること、及び／又は、外部空気源を起動し、ガスを前記第１静圧吸気オリフィスを介して前記第２隙間に輸送することと、
前記第２推力ディスク及び前記第３ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間と前記第２推力ディスク及び前記第４ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間との差が前記所定値以下になるように、前記第２推力ディスクを制御して前記第３磁気部品と前記第４磁気部品の間の磁力の作用で、及び／又は、前記ガスによるプッシュの作用で、前記回転軸の軸方向に移動させること、を含むことを特徴とする請求項２５に記載のロータシステムの制御方法。
【請求項２９】
前記ロータシステムの制御方法は、請求項１９に記載のロータシステムに用いられ、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受の静圧軸受をオンにするステップは、
前記第４磁気軸受をオンにし、前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記回転軸を制御して前記複数の第７磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動させ、
前記ロータシステムの制御方法は、
前記回転軸と前記第４磁気軸受の間の第４隙間が変化した場合、前記回転軸が前記複数の第７磁気部品の磁力の作用で隙間が小さくなる側から離間する方向へ移動するように、前記第４磁気軸受をオンにするステップと、
前記回転軸がバランスがとれた径方向位置になったら、前記第４磁気軸受をオフにするステップ、を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載のロータシステムの制御方法。
【請求項３０】
前記ロータシステムの制御方法は、請求項２０に記載のロータシステムに用いられ、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受の静圧軸受をオンにするステップは、
前記第４磁気軸受をオンにすること、及び／又は、外部空気源を起動し、ガスを前記第２静圧吸気オリフィスを介して前記第４隙間に輸送することと、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記回転軸を制御して前記複数の第７磁気部品の磁力の作用で、及び／又は、前記ガスによるプッシュの作用で、前記回転軸の径方向に移動させること、を含むことを特徴とする請求項２５に記載のロータシステムの制御方法。
【請求項３１】
ガスタービン発電機ユニットであって、
吸気路と、燃焼室と、請求項１から２３の何れか一項に記載のロータシステムを備え、
前記吸気路は、前記ガス圧縮機の吸気口に連通し、前記ガス圧縮機の排気口は、前記燃焼室の吸気口に連通し、前記燃焼室の排気口は、前記タービンの吸気口に連通することを特徴とするガスタービン発電機ユニット。
【請求項３２】
前記吸気路は、モータのハウジングとガスタービン発電機ユニットのハウジングによって形成されていることを特徴とする請求項３１に記載のガスタービン発電機ユニット。
【請求項３３】
請求項３１又は３２に記載のガスタービン発電機ユニットに用いられるガスタービン発電機ユニットの制御方法であって、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記ガスタービン発電機ユニットを起動し、空気を前記ガス圧縮機で圧縮した後、前記燃焼室に進入させて前記燃焼室内の燃料と混合されて燃焼し、前記燃焼室から排出された高温高圧ガスによって前記タービンのタービンホイールに衝撃を与えて前記タービンホイールを回転させ、それによって前記タービンホイールが前記回転軸を介して前記モータの回転を駆動して発電するステップと、
前記回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記ガスタービン発電機ユニットがシャットダウンした場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受とをオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、
前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにする、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含むことを特徴とするガスタービン発電機ユニットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互引用＞
本願は、２０１８年１月１２日に中国に提出された中国出願番号が２０１８１００３０８８８．１である中国特許出願の優先権を主張し、当該出願の全ての内容が引用により本願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ロータ技術分野に関し、特にロータシステム及びその制御方法並びにガスタービン発電機ユニット及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンは、主にガス圧縮機、燃焼室及びタービンの３つの部品を備える。空気は、ガス圧縮機に入って圧縮されて高温高圧の空気となり、そして燃焼室へ供給されて燃料と混合されて燃焼し、生成した高温高圧ガスは、タービンで膨張して仕事をする。ロータは、高速で回転するとき、径方向の力と軸方向の力を受ける。回転軸の径方向及び軸方向の移動を制限するために、ロータシステムにラジアル軸受及び推力軸受を取り付ける必要がある。従来のラジアル軸受及び推力軸受は、何れも通常の接触型軸受である。ロータの回転速度の増大に伴い、特にロータの回転速度が１分につき４００００回転を超えるとき、通常の接触型軸受は、大きな機械的摩耗が存在するため、動作回転速度のニーズを満足できなかった。
【０００４】
ガスタービンの発電機ユニットは、ガスタービンのロータの高速回転によって発電機のロータの回転を駆動して更に発電する。従来技術では、通常、カップリングを用いてガスタービンのロータを発電機のロータに接続する。カップリングの設置により、推力軸受の設置位置が、制限されてしまう。これは、ロータの回転速度の増大に伴い、ロータで受けた軸方向の力も更に増加し、推力軸受がガス圧縮機とタービンの間に設けられると、全ロータシステムの重心がタービン側へ偏り、ロータシステムの安定性が悪くなるからである。推力軸受がカップリングの発電機に面する側に設けられると、ロータの軸方向の力は、すべてカップリングに作用するため、カップリングの損傷を引き起こしやすくなる。
【０００５】
したがって、従来のガスタービン発電機ユニットに存在する上記問題を解決する新たなロータシステムを提供する必要に迫られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来のガスタービン発電機ユニットに存在する上記問題を解決するために、ロータシステム及びその制御方法並びにガスタービン発電機ユニット及びその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、本発明は、ロータシステムを提供する。当該ロータシステムは、回転軸と、前記回転軸に順に設けられたモータ、ガス圧縮機及びタービンと、前記回転軸に設けられた推力軸受と少なくとも２つのラジアル軸受を備え、前記回転軸の軸体は、一体構造であり、前記回転軸は、水平に設けられ、前記推力軸受は、前記タービンの前記ガス圧縮機に近接する側の所定の位置に設けられ、前記所定の位置は、前記少なくとも２つのラジアル軸受のうち最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に前記ロータシステムの重心が存在可能な位置である。
【０００８】
好ましくは、前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第１ラジアル軸受と第２ラジアル軸受を備え、前記第１ラジアル軸受は、前記モータの前記ガス圧縮機から離間する側に設けられ、前記第２ラジアル軸受は、前記ガス圧縮機と前記タービンの間に設けられ、前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受と前記モータの間に設けられ、又は、前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受の前記モータから離間する側に設けられ、又は、前記推力軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられる。
【０００９】
好ましくは、前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第３ラジアル軸受を更に備え、前記第３ラジアル軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられる。
【００１０】
好ましくは、前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第４ラジアル軸受を更に備え、前記第４ラジアル軸受は、前記タービンの前記ガス圧縮機から離間する側に設けられ、前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受と前記モータの間に設けられ、又は、前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受の前記モータから離間する側に設けられ、又は、前記推力軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられ、又は、前記推力軸受は、前記ガス圧縮機と前記第２ラジアル軸受の間に設けられる。
【００１１】
好ましくは、前記第４ラジアル軸受は、ガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受である。
【００１２】
好ましくは、前記タービンの前記第２ラジアル軸受に近接する側には、断熱層が設けられる。
【００１３】
好ましくは、前記モータは、動圧軸受モータであり、前記回転軸の前記モータの軸受に対応する箇所には、第１動圧発生溝が開設されている。
【００１４】
好ましくは、前記モータは、発進一体型モータである。
【００１５】
好ましくは、前記ロータシステムは、ロック装置を更に備え、前記ロック装置は、前記回転軸が静止状態であるときに前記回転軸をロックする。
【００１６】
好ましくは、前記回転軸の軸受が取り付けられる箇所には、耐摩耗コーティングが塗布されている。
【００１７】
好ましくは、前記推力軸受は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受であり、前記少なくとも２つのラジアル軸受のうちの少なくとも１つのラジアル軸受は、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受又はガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受である。
【００１８】
好ましくは、前記第２ラジアル軸受がガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受である場合、前記第２ラジアル軸受の磁気部品は、前記第２ラジアル軸受の前記タービンから離間する領域に設けられる。
【００１９】
好ましくは、前記ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受であり、前記フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、前記回転軸に固定接続される第１推力ディスクと、前記回転軸上に穿設される第１ステータと第２ステータを備え、前記第１ステータと前記第２ステータは、前記第１推力ディスクの互いに対向する両側にそれぞれ設けられ、前記第１ステータと前記第２ステータのそれぞれは、第１磁気軸受と第１フォイル軸受を備え、前記第１磁気軸受には、その周方向に沿って
複数の第１磁気部品が設けられ、前記第１フォイル軸受には、前記複数の第１磁気部品と相互作用するとともにそれらの間に磁力を発生可能な第２磁気部品が設けられ、前記第１フォイル軸受は、前記第１磁気軸受と前記第１推力ディスクの間に設けられ、前記第１推力ディスクの間に第１隙間が存在し、且つ前記第１磁気部品と前記第２磁気部品の間の磁力の作用によって前記回転軸の軸方向に移動可能である。
【００２０】
好ましくは、前記第１フォイル軸受は、前記第１磁気軸受座に固定接続される第１フォイル軸受座と、前記第１フォイル軸受座上に設けられた第１フォイルと第２フォイルを備え、前記第１フォイルは、前記第１フォイル軸受座上に取り付けられ、前記第２フォイルは、前記第１フォイルの前記第１推力ディスクに近接する側に積層される。
【００２１】
好ましくは、前記第２フォイルは、平坦なフォイルであり、前記第２磁気部品は、前記第２フォイルが第１磁気部品と第２磁気部品の磁力の作用で回転軸の軸方向に移動可能であるように、第２フォイルに設けられ、前記第１フォイルは、前記第２フォイルの移動時に弾性変形可能である弾性変形フォイルである。
【００２２】
好ましくは、前記ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受であり、前記溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、前記回転軸に固定接続され、第３磁気部品が設けられた第２推力ディスクと、前記回転軸上に穿設される第３ステータと第４ステータを備え、前記第３ステータと前記第４ステータは、前記第２推力ディスクの互いに対向する両側にそれぞれ設けられ、前記第３ステータと前記第４ステータのそれぞれは、第２磁気軸受を備え、前記第２磁気軸受の周方向には、前記第３磁気部品の間で磁力を発生可能な複数の第４磁気部品が設けられ、前記第２磁気軸受と前記第２推力ディスクの間には、第２隙間が設けられ、且つ前記第２推力ディスクは、前記第３磁気部品と前記複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で前記回転軸の軸方向に移動可能であり、前記第２推力ディスクの前記第３ステータと前記第４ステータとに面する端面、又は、前記第３ステータと前記第４ステータとの前記第２推力ディスクに面する端面には、第２動圧発生溝が設けられる。
【００２３】
好ましくは、前記第３ステータと前記第４ステータのそれぞれには、第１静圧吸気オリフィスが更に設けられ、前記第１静圧吸気オリフィスは、一端が前記第２隙間に繋がり、他端が外部空気源に接続され、外部空気源を前記第２隙間内に輸送する。
【００２４】
好ましくは、前記ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、フォイル型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受であり、前記フォイル型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、前記回転軸外に嵌設される第３磁気軸受と、前記回転軸外に嵌設され、前記第３磁気軸受と前記回転軸の間に位置する第２フォイル軸受を備え、前記第３磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第５磁気部品が設けられ、前記第２フォイル軸受には、前記複数の第５磁気部品の間で磁力を発生可能な第６磁気部品が設けられ、前記第２フォイル軸受と前記回転軸の間には、第３隙間が設けられ、且つ前記第２フォイル軸受は、前記複数の第５磁気部品と前記第６磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動可能である。
【００２５】
好ましくは、前記ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受であり、前記溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、前記回転軸外に嵌設される第４磁気軸受を備え、前記第４磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第７磁気部品が設けられ、前記第４磁気軸受は、前記回転軸の側壁に向かい、又は、前記回転軸の前記第４磁気軸受に面する円周面には、第３動圧発生溝が設けられ、前記第４磁気軸受と前記回転軸の間には、第４隙間が設けられ、且つ前記回転軸は、前記複数の第７磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動可能である。
【００２６】
好ましくは、前記第４磁気軸受には、第２静圧吸気オリフィスが更に設けられ、前記第２静圧吸気オリフィスは、一端が前記第４隙間に繋がり、他端が外部空気源に接続され、外部空気源を前記第４隙間内に輸送する。
【００２７】
好ましくは、前記ロータシステムにおいて、前記推力軸受と前記推力軸受に隣接するラジアル軸受は一体に統合されて統合型軸受を形成し、前記統合型軸受は、第１収容キャビティと第２収容キャビティが設けられる、中空回転体である第３軸受ケースと、前記第１収容キャビティ内に設けられたラジアルサブ軸受と、前記第２収容キャビティ内に設けられた推力サブ軸受を備え、前記ラジアルサブ軸受は、前記回転軸上に穿設され、前記ラジアルサブ軸受と前記回転軸の間には、第５隙間が設けられ、前記推力サブ軸受は、第３推力ディスクと、前記推力ディスクの両側にそれぞれに設けられた第５ステータと第６ステータを備え、前記推力ディスクは、前記回転軸に固定接続され、前記第５ステータと前記第６ステータは、何れも前記回転軸上に穿設され、前記第５ステータ及び前記第６ステータのそれぞれと前記第３推力ディスクの間には、第６隙間が設けられる。
【００２８】
好ましくは、前記ラジアルサブ軸受は、前記回転軸外に嵌設される第５磁気軸受を備え、前記第５磁気軸受と前記回転軸の間には、前記第５隙間が設けられ、前記第５磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第８磁気部品が設けられ、前記回転軸は、前記複数の第８磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動可能であり、前記第５ステータと前記第６ステータのそれぞれは、第６磁気軸受を備え、前記第６磁気軸受には、その周方向に沿って複数の第９磁気部品が設けられ、前記第３推力ディスクには、第１０磁気部品が設けられ、前記第３推力ディスクは、前記複数の第９磁気部品と前記第１０磁気部品の間の磁力の作用で前記回転軸の軸方向に移動可能である。
【００２９】
好ましくは、前記第３軸受ケースには、第３静圧吸気オリフィスが更に設けられ、
【００３０】
前記第３静圧吸気オリフィスの一端は、外部空気源に接続され、他端は、前記ラジアル軸受を介して前記第５隙間に繋がり、及び／又は、前記第５ステータと前記第６ステータを介して前記第６隙間に繋がり、外部空気源を前記第５隙間及び／又は第６隙間に輸送する。
【００３１】
別の態様では、本発明は、ロータシステムの制御方法を提供する。当該ロータシステムの制御方法は、上記ロータシステムに用いられ、前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、前記回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、前記ロータシステムがシャットダウンした場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップを含み、前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含む。
【００３２】
更に別の態様では、本発明は、別のロータシステムの制御方法を提供する。当該ロータシステムの制御方法は、上記ロータシステムに用いられ、前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、前記回転軸の回転速度が第１所定値に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、前記ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度をスムーズに通過した後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度に減速された場合、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度をスムーズに通過した後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、前記回転軸の回転速度が第２所定値に減速された場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含む。
【００３３】
好ましくは、前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップは、前記第１ステータと前記第２ステータの第１磁気軸受をオンにし、前記第１推力ディスクと前記第１ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間が前記第１推力ディスクと前記第２ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間に等しくなるように、前記第１推力ディスクを制御して前記複数の第１磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の軸方向に移動させることを含み、前記ロータシステムの制御方法は、荷重負荷が前記第１推力ディスクに作用し、前記第１推力ディスクが荷重負荷の作用で前記回転軸の軸方向に移動し、且つ前記第１推力ディスクと前記第１ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間が前記第１推力ディスクと前記第２ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間に等しくない場合、前記第１ステータと前記第２ステータの第１磁気軸受をオンにするステップと、前記第１推力ディスクと前記第１ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間が前記第１推力ディスクと前記第２ステータの第１フォイル軸受の間の前記第１隙間に等しい場合、前記第１ステータと前記第２ステータの第１磁気軸受をオフにするステップ、を更に含む。
【００３４】
好ましくは、前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップは、前記第３ステータと前記第４ステータの第２磁気軸受をオンにし、前記第２推力ディスク及び前記第３ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間と前記第２推力ディスク及び前記第４ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間との差が所定値以下になるように、前記第２推力ディスクを制御して前記第３磁気部品と前記複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で前記回転軸の軸方向に移動させることを含み、前記ロータシステムの制御方法は、荷重負荷が前記第２推力ディスクに作用し、前記第２推力ディスクが荷重負荷の作用で前記回転軸の軸方向に移動し、前記第２推力ディスク及び前記第３ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間と前記第２推力ディスク及び前記第４ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間との差が前記所定値より大きい場合、前記第３ステータ又は前記第４ステータの第２磁気軸受をオンにするステップと、前記第２推力ディスク及び前記第３ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間と前記第２推力ディスク及び前記第４ステータの第２磁気軸受の間の前記第２隙間との差が前記所定値以下である場合、前記第３ステータ又は前記第４ステータの第２磁気軸受をオフにするステップ、を更に含む。
【００３５】
好ましくは、前記ラジアル軸受が所定の径方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受の静圧軸受をオンにするステップは、前記第３磁気軸受をオンにし、前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記回転軸を制御して前記複数の第５磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動させることを含み、前記方法は、前記回転軸と前記第２フォイル軸受の間の第３隙間が変化した場合、前記第３磁気軸受をオンにし、隙間が小さくなる側に対応する第２フォイル軸受を前記複数の第５磁気部品と前記第６磁気部品の間の磁力の作用で前記回転軸に近接する方向へ移動させるステップと、前記回転軸がバランスがとれた径方向位置になったら、前記第３磁気軸受をオフにするステップ、を更に含む。
【００３６】
好ましくは、前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受の静圧軸受をオンにするステップは、前記第４磁気軸受をオンにし、前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記回転軸を制御して前記複数の第７磁気部品の磁力の作用で前記回転軸の径方向に移動させ、前記ロータシステムの制御方法は、前記回転軸と前記第４磁気軸受の間の第４隙間が変化した場合、前記回転軸が前記複数の第７磁気部品の磁力の作用で隙間が小さくなる側から離間する方向へ移動するように、前記第４磁気軸受をオンにするステップと、前記回転軸がバランスがとれた径方向位置になったら、前記第４磁気軸受をオフにするステップ、を更に含む。
【００３７】
好ましくは、前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受の静圧軸受をオンにするステップは、
前記第４磁気軸受をオンにすること、及び／又は、外部空気源を起動し、ガスを前記第２静圧吸気オリフィスを介して前記第４隙間に輸送することと、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、前記回転軸を制御して前記複数の第７磁気部品の磁力の作用で及び／又は前記ガスによるプッシュの作用で前記回転軸の径方向に移動させること、を含む。
【００３８】
もう１つの態様では、本発明は、ガスタービン発電機ユニットを提供する。当該ガスタービン発電機ユニットは、吸気路と、燃焼室と、上記ロータシステムを備え、前記吸気路は、前記ガス圧縮機の吸気口に連通し、前記ガス圧縮機の排気口は、前記燃焼室の吸気口に連通し、前記燃焼室の排気口は、前記タービンの吸気口に連通する。
【００３９】
好ましくは、前記吸気路は、モータのハウジングとガスタービン発電機ユニットのハウジングによって形成されている。
【００４０】
もう１つの態様では、本発明は、ガスタービン発電機ユニットの制御方法を提供する。当該ガスタービン発電機ユニットの制御方法は、上記ガスタービン発電機ユニットに用いられ、前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、前記ガスタービン発電機ユニットを起動し、空気を前記ガス圧縮機で圧縮した後、前記燃焼室に進入させて前記燃焼室内の燃料と混合されて燃焼し、前記燃焼室から排出された高温高圧ガスによって前記タービンのタービンホイールに衝撃を与えて前記タービンホイールを回転させ、それによって前記タービンホイールが前記回転軸を介して前記モータの回転を駆動して発電するステップと、前記回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、前記ガスタービン発電機ユニットがシャットダウンした場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにする、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含む。
【発明の効果】
【００４１】
本発明では、ロータシステムにおける回転軸の軸体を一体構造とするため、従来のガスタービン発電機ユニットにカップリング接続が採用されることによって推力軸受の取付位置が制限されるという問題を解決する。本発明では、更に、推力軸受の設置位置を調整することにより、全ロータシステムの重心が最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に存在するため、従来のカンチレバー構造と異なり、全ロータシステムが高速回転するときに構造の安定性を維持でき、ガスタービンの高速の要求を満たす。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
本発明の実施例の技術的解決策がより明瞭に説明されるように、以下、本発明の実施例の記述に使用する必要がある図面を簡単に紹介する。明らかに、以下の記述における図面は単に本発明の幾つかの実施例に過ぎず、当業者は、進歩性に値する労働をせずに、これらの図面から他の図面を取得可能である。
【図１】実施例一に係るロータシステムの構造模式図である。
【図２】実施例一に係る別のロータシステムの構造模式図である。
【図３】実施例一に係る別のロータシステムの構造模式図である。
【図４】図１に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図５】図２に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図６】図３に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図７】実施例二に係るロータシステムの構造模式図である。
【図８】実施例二に係る別のロータシステムの構造模式図である。
【図９】実施例二に係る別のロータシステムの構造模式図である。
【図１０】実施例二に係る別のロータシステムの構造模式図である。
【図１１】図７に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図１２】図８に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図１３】図９に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図１４】図１０に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図１５】実施例三に係る別のロータシステムの構造模式図である。
【図１６】図１５に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図１７】実施例四に係る別のロータシステムの構造模式図である。
【図１８】図１７に対応する第２ラジアル軸受に磁気軸受が設けられた構造模式図である。
【図１９】実施例五に係るロータシステムにロック装置が設けられた構造模式図である。
【図２０】実施例五に係る別のロータシステムにロック装置が設けられた構造模式図である。
【図２１】図２０のＣ−Ｃに沿った構造模式図である。
【図２２】実施例六に係る回転軸に耐摩耗コーティングを塗布する構造模式図である。
【図２３】実施例七に係るガスタービン発電機ユニットの構造模式図である。
【図２４】実施例七に係るガスタービン発電機ユニットの制御方法のフロー模式図である。
【図２５】実施例七に係る別のガスタービン発電機ユニットの制御方法のフロー模式図である。
【図２６】実施例八に係るロータシステムの制御方法のフロー模式図である。
【図２７】実施例八に係る別のロータシステムの制御方法のフロー模式図である。
【図２８】実施例九に係るフォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の断面図である。
【図２９】実施例九に係るフォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第１磁気軸受の構造模式図である。
【図３０】実施例九に係るフォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第１磁気軸受座の構造模式図である。
【図３１】実施例九に係るフォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第１フォイルの構造模式図である。
【図３２】実施例十に係る溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の断面図である。
【図３３】実施例十に係る溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第２磁気軸受の構造模式図である。
【図３４】実施例十に係る溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第２磁気軸受座の構造模式図である。
【図３５】実施例十に係る溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第２推力ディスクに第２動圧発生溝が設けられた構造模式図の１である。
【図３６】実施例十に係る溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第２推力ディスクに第２動圧発生溝が設けられた構造模式図の２である。
【図３７】実施例十に係る溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第１押さえリングに第２動圧発生溝が設けられた構造模式図の１である。
【図３８】実施例十に係る溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の第１押さえリングに第２動圧発生溝が設けられた構造模式図の２である。
【図３９】実施例十一に係る溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の半断面図である。
【図４０】実施例十一に係る別の溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の半断面図である。
【図４１】実施例十一に係る溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の外部図である。
【図４２】実施例十一に係る溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の第４磁気軸受の構造模式図である。
【図４３】実施例十一に係る溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の第４磁気軸受座の構造模式図である。
【図４４】実施例十一に係る溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の第２軸受スリーブに第３動圧発生溝が設けられた構造模式図の１である。
【図４５】実施例十一に係る溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の第２軸受スリーブに第３動圧発生溝が設けられた構造模式図の２である。
【図４６】実施例十一に係る溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の回転軸に第３動圧発生溝が設けられた構造模式図である。
【図４７−６２】合型軸受を用いるロータシステムの構造模式図である。
【図６３】実施例十二に係る統合型軸受の断面図である。
【図６４】図６３のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図６５】図６３のＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図６６】実施例十二に係る統合型軸受の第３軸受スリーブに第５動圧発生溝が設けられた構造模式図の１である。
【図６７】実施例十二に係る統合型軸受の第３軸受スリーブに第５動圧発生溝が設けられた構造模式図の２である。
【図６８】実施例十二に係る統合型軸受の回転軸に第５動圧発生溝が設けられた構造模式図である。
【図６９】実施例十二に係る統合型軸受の第３推力ディスクに第６動圧発生溝が設けられた構造模式図の１である。
【図７０】実施例十二に係る統合型軸受の第３推力ディスクに第６動圧発生溝が設けられた構造模式図の２である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施例における図面を組み合わせて、本発明の実施例における技術的解決策を明瞭かつ完全に説明する。明らかに、記述される実施例は本発明の実施例の一部であり、すべての実施例ではない。当業者が本発明の実施例を基づいて進歩性に値する労働をせずになした全ての他の実施例は、何れも本発明の保護範囲に含まれる。
【００４４】
本発明の実施例は、ロータシステムを提供する。ロータシステムは、回転軸と、回転軸に順に設けられたモータ、ガス圧縮機及びタービンと、回転軸に設けられた推力軸受と少なくとも２つのラジアル軸受を備え、回転軸の軸体は、一体構造であり、回転軸は、水平に設けられ、推力軸受と少なくとも２つのラジアル軸受は、何れも非接触型軸受である。ここで、推力軸受は、タービンのガス圧縮機に近接する側の所定の位置に設けられ、所定の位置は、ロータシステムの重心が少なくとも２つのラジアル軸受のうち、最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に存在可能な位置である。
【００４５】
本発明の実施例では、推力軸受は、回転軸の軸方向の移動を制限するための軸受であり、ラジアル軸受は、回転軸の径方向の移動を制限するための軸受である。
【００４６】
ロータの回転速度の増大に伴い、通常の電磁気軸受と空気軸受は、何れも高速ロータのニーズを満たすことができない。したがって、本発明の実施例では、ロータ高速回転の開発ニーズに応えるため、推力軸受とラジアル軸受には、非接触型軸受が採用されてもよい。
【００４７】
本発明の実施例では、回転軸の軸体は、一体構造である。回転軸の軸体は、１本の軸全体である、又は、複数の軸セグメントの剛性接続によって形成されたものであると理解されてもよい。回転軸の軸体は一体構造であるため、回転軸の各箇所の軸体の強度は一定である。これにより、推力軸受の回転軸での設置位置は、制限されなくなる。
【００４８】
更に、全ロータシステムの高速回転時にも構造の安定性を維持するために、全ロータシステムの重心は、上記少なくとも２つのラジアル軸受のうち、最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に存在すべきである。このように、全ロータシステムは、スピンドル構造を形成し、従来のカンチレバー構造とは異なる。本発明の実施例は、全ロータシステムの安定性を向上させる。推力軸受の回転軸の設置位置が制限されないため、本発明の実施例では、上記少なくとも２つのラジアル軸受のラジアル軸受の設置数、各ラジアル軸受の設置位置及び全ロータシステムにおける各部品の質量（推力軸受自身の質量を含む）等のパラメータに応じて推力軸受の設置位置を柔軟に調整可能であり、これによって、全ロータシステムの重心は最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に存在する。好ましくは、全ロータシステムの重心はガス圧縮機に存在する。
【００４９】
本発明の実施例では、回転軸が水平に設けられるため、理解できるように、本発明の実施例のロータシステムは、水平ロータシステムであり、水平ロータシステムを使用する必要がある横型機械、例えば、以下に具体的に説明する横型ガスタービン発電機ユニットに適用可能である。
【００５０】
本発明の実施例のロータシステムの全体的な技術的解決策をよりよく理解するために、以下、各図面を組み合わせて本発明の実施例に係るロータシステムについて各実施例の具体的な説明を行う。
【００５１】
実施例一
図１〜図３に示すように、ロータシステムは、回転軸１００と、回転軸１００に順に設けられたモータ２００、ガス圧縮機３００及びタービン４００と、回転軸１００に設けられた推力軸受５００、第１ラジアル軸受６００及び第２ラジアル軸受７００を備え、回転軸１００の軸体は、一体構造であり、回転軸１００は、水平に設けられ、第１ラジアル軸受６００は、モータ２００のガス圧縮機３００から離間する側に設けられ、第２ラジアル軸受７００は、ガス圧縮機３００とタービン４００の間に設けられる。
【００５２】
推力軸受５００は、図１に示すように、第１ラジアル軸受６００とモータ２００の間に設けられ、又は、推力軸受５００は、図２に示すように、第１ラジアル軸受６００のモータ２００から離間する側に設けられ、又は、推力軸受５００は、図３に示すように、モータ２００とガス圧縮機３００の間に設けられる。
【００５３】
ここで、タービン４００の質量が大きい場合、例えば、タービン４００の材質が金属材料である場合、全ロータシステムの重心が第１ラジアル軸受６００と第２ラジアル軸受７００の間に存在するように、図１又は図２に示す実施形態を採用してもよい。
【００５４】
タービン４００の質量が小さい場合、例えば、タービン４００の材質がセラミック材料又はセラミック繊維復合材料等である場合、全ロータシステムの重心が第１ラジアル軸受６００と第２ラジアル軸受７００の間に存在するように、図３に示す実施形態を採用してもよい。
【００５５】
なお、図３に示す実施形態において、推力軸受５００がモータ２００とガス圧縮機３００の間に設けられるため、推力軸受５００の推力ディスクがガス圧縮機３００の吸気口を遮蔽することが回避されるように、図３に示す実施形態は、推力ディスクの直径が小さい推力軸受５００に適する。
【００５６】
現在、非接触型軸受は、一般的に電磁気軸受と空気軸受を含む。しかし、電磁気軸受は、長期間に亘ってオンである場合に大きなエネルギー消費及び発熱等の問題が存在する。空気軸受は、表面線速度が音速に接近するか超えたとき、衝撃波を発生するため、軸受の安定性を失い、ひいてはシャフトの衝突等の壊滅的な結果を引き起こす。
【００５７】
したがって、ガスタービン又はガスタービン発電機ユニットの高速の開発ニーズを考慮すると、推力軸受とラジアル軸受の動作性能を向上させるために、本発明の実施例では、推力軸受５００は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受を採用してもよく、第１ラジアル軸受６００は、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受又はガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。
【００５８】
さらに、第２ラジアル軸受７００はタービン４００に近接しているため、磁気軸受の磁気部品がタービン４００からの高温に耐えられないことを考慮し、第２ラジアル軸受７００は、ガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。
【００５９】
別の実施形態として、第２ラジアル軸受７００は、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。当該方式において、第２ラジアル軸受７００の磁気部品は、第２ラジアル軸受７００のタービン４００から離間する領域に設けられる。すなわち、第２ラジアル軸受７００のタービン４００に近接する領域には、磁気部品が設けられていない。
【００６０】
第２ラジアル軸受７００の磁気部品を保護するには、タービン４００から第２ラジアル軸受７００へ放射される熱エネルギーを低減することで実施可能である。具体的には、タービン４００の第２ラジアル軸受７００に近接する側には、断熱層（図示せず）が設けられる。ここで、断熱層の材料は、エアロゲル又は断熱性能が良好な他の材料であってもよい。
【００６１】
図４〜図６は、それぞれ図１〜図３の第２ラジアル軸受７００のタービン４００から離間する領域に磁気部品が設けられた模式図である。
【００６２】
本発明の実施例では、ガス圧縮機３００は、遠心ガス圧縮機３００であってもよく、タービン４００のタービンホイールは、遠心式タービンホイールであってもよく、モータ２００は、動圧軸受モータであってもよく、回転軸１００のモータ２００の軸受に対応する箇所には、第１動圧発生溝２０１が設けられてもよい。
【００６３】
更に、モータ２００は、発進一体型モータであってもよい。
【００６４】
このようにして、ロータシステムの初期起動時点において、モータ２００を起動モードで起動することにより、ロータシステムを回転させてもよい。ロータシステムの回転速度が所定の回転速度に増加した後、モータ２００の動作モードは、発電モードに切り替えられてもよい。
【００６５】
実施例二
図７〜図１０に示すように、ロータシステムは、回転軸１００と、回転軸１００に順に設けられたモータ２００、ガス圧縮機３００及びタービン４００と、回転軸１００に設けられた推力軸受５００と第１ラジアル軸受６００と第２ラジアル軸受７００と第３ラジアル軸受８００を備え、回転軸１００の軸体は、一体構造であり、回転軸１００は、水平に設けられ、第１ラジアル軸受６００は、モータ２００のガス圧縮機３００から離間する側に設けられ、第２ラジアル軸受７００は、ガス圧縮機３００とタービン４００の間に設けられ、第３ラジアル軸受８００は、モータ２００とガス圧縮機３００の間に設けられる。
【００６６】
推力軸受５００は、図７に示すように、第１ラジアル軸受６００とモータ２００の間に設けられ、又は、図８に示すように、推力軸受５００は、第１ラジアル軸受６００のモータ２００から離間する側に設けられ、又は、推力軸受５００は、図９や図１０に示すように、モータ２００とガス圧縮機３００の間に設けられる。
【００６７】
第３ラジアル軸受８００が追加されたため、本発明の実施例では、推力軸受５００がモータ２００とガス圧縮機３００の間に設けられる場合、推力軸受５００は、図９に示すように、モータ２００と第３ラジアル軸受８００の間に設けられてもよく、推力軸受５００は、更に、図１０に示すように、第３ラジアル軸受８００とガス圧縮機３００の間に設けられてもよい。
【００６８】
実施例一と比較して、本発明の実施例では、モータ２００とガス圧縮機３００の間に第３ラジアル軸受８００が追加されたため、全ロータシステムの安定性を更に向上させることができる。
【００６９】
本発明の実施例では、推力軸受５００は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受を採用してもよく、第１ラジアル軸受６００は、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受又はガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよく、第２ラジアル軸受７００がタービン４００に近接しているため、その中の磁気軸受に含まれる磁気部品がタービン４００からの高温に耐えられないことを考慮し、第２ラジアル軸受７００は、ガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。
【００７０】
別の実施形態として、第２ラジアル軸受７００は、更に、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよく、当該方式において、第２ラジアル軸受７００の磁気部品は、第２ラジアル軸受７００のタービン４００から離間する領域に設けられる。すなわち、第２ラジアル軸受７００のタービン４００に近接する領域には、磁気部品が設けられていない。
【００７１】
第２ラジアル軸受７００の磁気部品を保護するには、タービン４００から第２ラジアル軸受７００へ放射される熱エネルギーを低減することで実施可能である。具体的には、タービン４００の第２ラジアル軸受７００に近接する側には、断熱層（図示せず）が設けられる。ここで、断熱層の材料は、エアロゲル又は他の材料であってもよい。
図１１〜図１４は、それぞれ図７〜図１０の第２ラジアル軸受７００のタービン４００から離間する領域に磁気部品が設けられた模式図である。
【００７２】
その他については、実施例一の関連する説明を参照可能であり、同じ技術的効果も達成することができる。重複を回避するため、本発明の実施例ではこれについて繰り返し説明しない。
【００７３】
実施例三
図１５に示すように、ロータシステムは、回転軸１００と、回転軸１００に順に設けられたモータ２００、ガス圧縮機３００及びタービン４００と、回転軸１００に設けられた推力軸受５００と第１ラジアル軸受６００と第２ラジアル軸受７００と第４ラジアル軸受９００を備え、回転軸１００の軸体は、一体構造であり、回転軸１００は、水平に設けられ、第１ラジアル軸受６００は、モータ２００のガス圧縮機３００から離間する側に設けられ、第２ラジアル軸受７００は、ガス圧縮機３００とタービン４００の間に設けられ、第４ラジアル軸受９００は、タービン４００のガス圧縮機３００から離間する側に設けられ、推力軸受５００は、ガス圧縮機３００と第２ラジアル軸受７００の間に設けられる。
【００７４】
本発明の実施例は、モータ２００質量が大きすぎる場合に適用可能である。モータ２００の質量が大きすぎる場合、ロータシステムの安定性を維持するために、ロータシステムの両端の何れにもラジアル軸受（即ち、第１ラジアル軸受６００と第４ラジアル軸受９００）を設ける必要があり、それとともに、推力軸受５００はタービン４００側へ移動する必要がある。
【００７５】
タービン４００の温度が高いことを考慮し、推力軸受５００としてガス・磁気ハイブリッド推力軸受が採用された場合、磁気軸受の磁気部品がタービン４００からの高温に耐えられないため、推力軸受５００は、ガス圧縮機３００と第２ラジアル軸受７００の間に設けられてもよい。それに対応して、第２ラジアル軸受７００は、ガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。
【００７６】
一般的に、タービン４００の第４ラジアル軸受９００に近接する側の温度はタービン４００の第２ラジアル軸受７００に近接する側の温度よりも高いため、第４ラジアル軸受９００は、ガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受を採用することが好ましいい。
【００７７】
別の実施形態として、第２ラジアル軸受７００は、更に、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。当該方式において、第２ラジアル軸受７００の磁気部品は、第２ラジアル軸受７００のタービン４００から離間する領域に設けられる。すなわち、第２ラジアル軸受７００のタービン４００に近接する領域には、磁気部品が設けられていない。
【００７８】
第２ラジアル軸受７００の磁気部品を保護するには、タービン４００から第２ラジアル軸受７００へ放射される熱エネルギーを低減することで実施可能である。具体的には、タービン４００の第２ラジアル軸受７００に近接する側には、断熱層（図示せず）が設けられている。ここで、断熱層の材料は、エアロゲル又は他の材料であってもよい。
【００７９】
図１６は、図１５の第２ラジアル軸受７００のタービン４００から離間する領域に磁気部品が設けられた模式図である。
【００８０】
なお、モータ２００の質量がそれ程大きくない場合、推力軸受５００は、第１ラジアル軸受６００とモータ２００の間に設けられてもよく、又は、推力軸受５００は、第１ラジアル軸受６００のモータ２００から離間する側に設けられてもよく、又は、推力軸受５００は、モータ２００とガス圧縮機３００の間に設けられてもよい。容易に理解できるため、ここでは詳細に説明しない。
【００８１】
その他については、実施例一の関連する説明を参照可能であり、同じ技術的効果も達成することができる。重複を回避するため、本発明の実施例ではこれについて繰り返し説明しない。
【００８２】
実施例四
図１７に示すように、ロータシステムは、回転軸１００と、回転軸１００に順に設けられたモータ２００、ガス圧縮機３００及びタービン４００と、回転軸１００に設けられた推力軸受５００と第１ラジアル軸受６００と第２ラジアル軸受７００と第３ラジアル軸受８００と第４ラジアル軸受９００を備え、回転軸１００の軸体は、一体構造であり、回転軸１００は、水平に設けられ、第１ラジアル軸受６００は、モータ２００のガス圧縮機３００から離間する側に設けられ、第２ラジアル軸受７００は、ガス圧縮機３００とタービン４００の間に設けられ、第３ラジアル軸受８００は、モータ２００とガス圧縮機３００の間に設けられ、第４ラジアル軸受９００は、タービン４００のガス圧縮機３００から離間する側に設けられ、推力軸受５００は、ガス圧縮機３００と第２ラジアル軸受７００の間に設けられる。
【００８３】
本発明の実施例では、全ロータシステムの安定性を更に向上させるために、実施例三に基づいて、モータ２００とガス圧縮機３００の間に第３ラジアル軸受８００を追加する。
【００８４】
本発明の実施例では、推力軸受５００は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受を採用してもよく、第２ラジアル軸受７００と第４ラジアル軸受９００は、何れもガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。
【００８５】
別の実施形態として、第２ラジアル軸受７００も、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。当該方式において、第２ラジアル軸受７００の磁気部品は、第２ラジアル軸受７００のタービン４００から離間する領域に設けられている。すなわち、第２ラジアル軸受７００のタービン４００に近接する領域には、磁気部品が設けられていない。
【００８６】
第２ラジアル軸受７００の磁気部品を保護するには、タービン４００から第２ラジアル軸受７００へ放射される熱エネルギーを低減することで実施可能である。具体的には、タービン４００の第２ラジアル軸受７００に近接する側には、断熱層（図示せず）が設けられる。ここで、断熱層は、エアロゲル又は他の材料であってもよい。
【００８７】
図１８は、図１７の第２ラジアル軸受７００のタービン４００から離間する領域に磁気部品が設けられた模式図である。
【００８８】
その他については、実施例三の関連する説明を参照可能であり、同じ技術的効果も達成することができる。重複を回避するため、本発明の実施例ではこれについて繰り返し説明しない。
【００８９】
実施例五
本出願のロータシステムがモバイル機器（例えば、拡張範囲型電動自動車）に用いられる場合、ロータシステムが動作しない場合、回転軸は、軸受に直接接触する。自動車が走行中に、揺れや振動により、軸受の径方向又は軸方向に対する回転軸の移動が引き起こされ、回転軸と軸受の間に摩耗が発生し、更に軸受の精度及び寿命に影響を与える。
【００９０】
したがって、上記問題を解決すべく、本発明の他の実施例に加えて、本発明の実施例のロータシステムには、ロック装置が設けられ、当該ロック装置は、ロータシステムが動作しないときに回転軸をロックする。
【００９１】
本発明の実施例では、ロック装置の構造形式及び設置方式は唯一ではない。理解を容易にするため、以下、図面を組み合わせて２種の実施形態を具体的に記述する。
【００９２】
１種の実施形態では、図１９に示すように、ロック装置１１０は、伸縮押付手段１１１、接続ロッド１１２及び固定部品１１３を備え、接続ロッド１１２は、一端が固定部品１１３に接続され、他端が伸縮押付手段１１１に接続され、伸縮押付手段１１１は、回転軸１００のタービン４００から離間する側の端面に正対し、固定部品１１３の他端は、本出願のロータシステムを取り付けるケースに固定接続されている。
【００９３】
ロータシステムがシャットダウンした場合、ロック装置１１０の伸縮押付手段１１１は、動作し、且つ回転軸１００の軸方向に沿って回転軸１００をプッシュし、推力軸受５００のステータを推力ディスクに接触させ、これによって回転軸１００を軸方向に固定し、それとともに推力軸受５００のステータと推力ディスクの間の摩擦力を利用して回転軸１００を径方向に固定する。
【００９４】
更に、伸縮押付手段１１１には、先端部（図示せず）が設けられ、回転軸１００のタービン４００から離間する側の端面には、先端孔（図示せず）が設けられる。ロック状態において、先端部が回転軸１００の先端孔に押し込まれることにより、回転軸１００が一層良好に固定可能であり、車両が走行中に回転軸１００と軸受に対する摩耗及び破損を防止することができる。
【００９５】
別の実施形態では、図２０〜図２１に示すように、ロック装置１２０は、係止ケース構造のロック装置として設けられてもよい。具体的には、ロック装置１２０は、伸縮手段１２１及び係止ケース１２２を備え、係止ケース１２２は、伸縮手段１２２の伸縮端に接続されている。係止ケース１２２は、半円係止ケースであってもよく、その半径は回転軸１００の半径に対して等しいか僅かに大きい。係止ケース１２２の軸線は、回転軸１００の軸線に平行するように設けられ、伸縮手段１２１は、回転軸１００の略軸方向中間位置に取り付けられ、本出願のロータシステムを取り付けるケースに固定接続されている。
【００９６】
ロータシステムがシャットダウンした場合、伸縮手段１２１は伸び出て、係止ケース１２２に回転軸１００を係止させ、回転軸１００をラジアル軸受に接触するまでプッシュし、これによって回転軸１００を径方向に固定し、それとともにラジアル軸受と回転軸１００との摩擦力を利用して回転軸１００を軸方向に固定する。
【００９７】
更に、伸縮手段１２１として、ピストン型シリンダ又は油圧シリンダ等の伸縮制御を実現可能な部品が選択可能である。
【００９８】
本実施形態では、ロック装置１２０の回転軸１００における設置位置は、限定されない。好ましくは、ロック装置１２０は、ロータシステムにおける最も遠い２つのラジアル軸受の間に設けられる。
【００９９】
なお、図１９と図２０のロック装置は、何れも図１に示すロータシステムに基づいて設置され、本発明の他の実施例のロータシステムにロック装置を設けられているので、ここでは一々説明しない。
【０１００】
本発明の実施例では、ロック装置は、ロータシステムが動作しない場合、ロック装置の設置により、回転軸をロック可能である。これにより、軸受の径方向又は軸方向に対する回転軸の移動が防止可能であり、軸受の精度及び寿命を向上させることができる。
【０１０１】
実施例六
本出願のロータシステムがモバイル機器（例えば、拡張範囲型電動自動車）に用いられる場合、ロータシステムが動作しない場合、回転軸は、軸受に直接接触する。自動車が走行中に、揺れや振動により、軸受の径方向又は軸方向に対する回転軸の移動が引き起こされ、回転軸と軸受の間に摩耗が発生し、更に軸受の精度及び寿命に影響を与える。
【０１０２】
したがって、上記問題を解決すべく、本発明の他の実施例に加えて、本発明の実施例のロータシステムは、図２２に示すように、回転軸１００の軸受が取り付けられる箇所に耐摩耗コーティング１０１が塗布されている。
【０１０３】
回転軸１００の軸受が取り付けられる箇所に耐摩耗コーティング１０１を塗布すると、回転軸１００と軸受の摩耗は、効果的に防止することができる。当該耐摩耗コーティング１０１は、化学安定性、耐腐食性、高潤滑非粘着性及び良好な耐老化性の材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を優先的に採用する。
【０１０４】
上記実施例一〜実施例六のうちの何れか１種のロータシステムは、何れも横型ガスタービン発電機ユニットに適用可能であり、特に横型マイクロガスタービン発電機ユニットに適用可能である。以下、ロータシステムを横型ガスタービン発電機ユニットに用いることを例として具体的に説明する。
【０１０５】
実施例七
図２３に示すように、本発明の実施例は、ガスタービン発電機ユニットを提供する。ガスタービン発電機ユニットは、ハウジング３１０、吸気路３２０、燃焼室３３０及び上記実施例一〜実施例六の何れか一種のロータシステムを備える。ロータシステムは、回転軸１００、モータ２００、ガス圧縮機３００、タービン４００及び回転軸１００に設けられた推力軸受とラジアル軸受（図示せず）を備える。ここで、吸気路３２０は、ガス圧縮機３００の吸気口に連通し、ガス圧縮機３００の排気口は、燃焼室３３０の吸気口に連通し、燃焼室３３０の排気口は、タービン４００の吸気口に連通する。
【０１０６】
ここで、ガス圧縮機３００は、遠心ガス圧縮機３００であってもよく、タービン４００タービンホイールは、遠心式タービンホイールであってもよく、モータ２００の軸受は、流体動圧軸受であってもよく、回転軸１００のモータ２００の軸受に対応する箇所には、第１動圧発生溝２０１が設けられてもよく、燃焼室３３０は、リング状の燃焼室であってもよい。
【０１０７】
好ましくは、吸気路３２０は、モータ２００のハウジングとガスタービン発電機ユニットのハウジング３１０によって形成されている。こうして、空気が吸気路３２０を通じてガス圧縮機３００に進入した場合、空気がモータ２００のハウジングを経由するため、モータ２００を冷却することができる。
【０１０８】
好ましくは、モータ２００は、発進一体型モータである。
【０１０９】
以下、ガスタービン発電機ユニットの動作プロセスについて具体的に説明する。
【０１１０】
上記のように、ロータシステムにおける推力軸受は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受を採用してもよく、ラジアル軸受は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受又はガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受を採用してもよい。記述の便宜上、我々は、回転軸１００の回転を必要とせずに潤滑作用を果たせる軸受を静圧軸受として定義し、回転軸１００の回転がある速度に達した場合のみ動作し始める軸受を動圧軸受として定義する。このロジックによると、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の磁気軸受とガス静圧軸受、及びガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受のガス静圧軸受は、何れも静圧軸受と呼称されてもよい。一方、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受のガス動圧軸受、及びガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受のガス動圧軸受は、何れも動圧軸受と呼称されてもよい。
【０１１１】
図２４に示すように、本発明の実施例は、ガスタービン発電機ユニットの制御方法を提供する。ガスタービン発電機ユニットの制御方法は、Ｓ１１とＳ１２を含む。
【０１１２】
Ｓ１１では、回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１１３】
ここで、静圧軸受をオンにすることは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含む。
【０１１４】
Ｓ１２では、ガスタービン発電機ユニットを起動し、空気をガス圧縮機で圧縮した後、燃焼室に進入させて燃焼室内の燃料と混合されて燃焼し、燃焼室から排出された高温高圧ガスによってタービンのタービンホイールに衝撃を与えてタービンホイールを回転させ、それによってタービンホイールが回転軸を介してモータの回転を駆動して発電する。
【０１１５】
以下、モータが発進一体型モータであることを例として、ガスタービン発電機ユニットの起動プロセスについて具体的に記述する。
【０１１６】
ガスタービンコントローラ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＥＣＵと略称）は、起動信号を受信した後、モータパワーコントローラ（Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ、ＤＰＣと略称）へモータ駆動モード指令を送信し、 ＤＰＣは、モータ駆動モードに切り替えられ、ＤＰＣは、ガスタービンに内蔵された電池の直流電気に対して周波数変換を行い、モータの動作を駆動し、それによってモータは、ガスタービンを駆動して回転速度を向上させる。
【０１１７】
ガスタービンの回転速度が点火回転速度まで上昇した後、燃料弁を開いて点火プログラムに入る。空気は、吸気路を通じてガス圧縮機に入って圧縮された後、再熱器に入り、タービンホイールから排出された高温ガスによって予熱される。予熱後の圧縮空気は、燃焼室に入り燃料と混合されて燃焼する。燃焼室で十分に燃焼した高温高圧ガスは、タービンに入りタービンホイールに衝撃を与えてタービンタービンホイールを回転させ、タービンホイール排気は、再熱器に入り、燃焼室に入る前の冷圧縮空気を予熱した後、排ガス管から排出される。タービンとガス圧縮機及びモータとが回転軸を介して接続されるため、タービンタービンホイールは、回転により、ガス圧縮機が自走速度まで回転するように駆動する。
【０１１８】
ガスタービンが自走回転速度に達した後、ＤＰＣが一旦切られ、モータのアイドリングが継続してアクセルを増加し、タービンホイールは、回転速度が動作回転速度に上がるように、パワーを引き続き増加させる。ＥＣＵは、発電機モード指令をＤＰＣに送信し、ＤＰＣは、発電機モードに切り替えられ、モータから出力された交流電気に対して整流変圧を行った後、ユーザに必要な電圧電流を出力する。
【０１１９】
ここで、ガス圧縮機は、遠心式ガス圧縮機であり、当該遠心式ガス圧縮機は、可動羽根と、周方向に配置される静止羽根を備え、静止羽根は、ディフューザーである。このように、空気が吸気路からガス圧縮機に入り圧縮される具体的なプロセスは、下記のようであってもよい。すなわち、空気は、遠心式ガス圧縮機の可動羽根に入り圧縮された後、周方向に配列されるディフューザー（即ち、静止羽根）に入り引き続き圧縮される。
【０１２０】
ここで、タービンタービンホイールは、遠心式タービンホイールであり、当該遠心式タービンホイールには、可動羽根が設けられる。燃焼室の出口には、周方向に沿って静止羽根が配置され、当該静止羽根は、ノズルである。このように、燃焼室で十分に燃焼した後の高温高圧ガスがタービンに入って仕事をしてタービンタービンホイールを回転させる具体的なプロセスは、下記のようであってもよい。すなわち、燃焼室で十分に燃焼した後の高温高圧ガスは、燃焼室の出口に周方向に沿って配列されるノズル（即ち、静止羽根）によって膨張して加速された後、タービンホイールの可動羽根に衝撃を与えてタービンホイールを回転させる。
【０１２１】
Ｓ１３では、回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１２２】
ここで、静圧軸受をオフにすることは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含む。
【０１２３】
Ｓ１４では、ガスタービン発電機ユニットがシャットダウンした場合、ラジアル軸受の静圧軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１２４】
Ｓ１５では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１２５】
上記のプロセスで、ロータシステムの軸受を制御することにより、回転軸の回転速度が動作回転速度に達するまで、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を常にオンにする。
【０１２６】
ガスタービン発電機ユニットがシャットダウンした場合、ロータシステムの軸受を制御することにより、回転軸の回転速度がゼロになるまで、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を常にオンにする。
【０１２７】
図２５に示すように、本発明の実施例は、別のガスタービン発電機ユニットの制御方法を提供する。ガスタービン発電機ユニットの制御方法は、Ｓ２１〜Ｓ２９を含む。
【０１２８】
Ｓ２１では、回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１２９】
ここで、静圧軸受をオンにすることは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含む。
【０１３０】
Ｓ２２では、ガスタービン発電機ユニットを起動し、空気をガス圧縮機で圧縮した後、燃焼室に進入させて燃焼室内の燃料と混合されて燃焼し、燃焼室から排出された高温高圧ガスによってタービンのタービンホイールに衝撃を与えてタービンホイールを回転させ、それによってタービンホイールが回転軸を介してモータの回転を駆動して発電する。
【０１３１】
Ｓ２３では、回転軸の回転速度が第１所定値に加速された後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１３２】
ここで、第１所定値は、定格回転速度の５%〜３０%であってもよい。
【０１３３】
ここで、静圧軸受をオフにすることは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含む。
【０１３４】
Ｓ２４では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１３５】
Ｓ２５では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度をスムーズに通過した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１３６】
Ｓ２６では、ガスタービン発電機ユニットのシャットダウン中に、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度に減速された場合、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１３７】
Ｓ２７では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度をスムーズに通過した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１３８】
Ｓ２８では、回転軸の回転速度が第２所定値に減速された場合、ラジアル軸受の静圧軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１３９】
ここで、第２所定値は、第１所定値に等しくてもよく、第１所定値に等しくなくてもよい。第２所定値は、定格回転速度の５%〜３０%であってもよい。
【０１４０】
Ｓ２９では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１４１】
上記のプロセスで、ガスタービン発電機ユニットが起動する前に、ロータシステムの軸受を制御することで、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。このようにして、回転軸は、ラジアル軸受の静圧軸受の作用で所定の径方向位置まで持ち上げられ、推力ディスクは、推力軸受の静圧軸受の作用で所定の軸方向位置までプッシュされる。
【０１４２】
ガスタービン発電機ユニットが起動した後、回転軸の回転速度が徐々に大きくなり、回転軸の回転速度が第１所定値に達した場合、例えば、定格回転速度の５%〜３０%に達した場合、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受が動作を停止するように、ロータシステムの軸受を制御する。回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に達した場合、ロータシステムの軸受を制御してラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を再度オンにする。回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度をスムーズに通過した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受が動作を再度停止するように、ロータシステムの軸受を制御する。
【０１４３】
ガスタービン発電機ユニットのシャットダウン中に、回転軸の回転速度が徐々に小さくなり、回転軸の回転速度が２次危険速度又は１次危険速度に達した場合、ロータシステムの軸受を制御してラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を再度オンにする。回転軸の回転速度が２次危険速度又は１次危険速度をスムーズに通過した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受が動作を再度停止するように、ロータシステムの軸受を制御する。回転軸の回転速度が所定値、例えば、定格回転速度の５%〜３０%まで減少した場合、ロータシステムの軸受を制御することにより、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を再度オンにする。回転速度がゼロまで減少した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受が動作を再度停止するように、ロータシステムの軸受を制御する。
【０１４４】
以下、上記ガスタービン発電機ユニットの制御方法に基づいて、ロータシステムの制御方法を具体的に説明する。
【０１４５】
実施例八
図２６に示すように、本発明の実施例は、ロータシステムの制御方法を提供する。ロータシステムの制御方法は、Ｓ１０１〜Ｓ１０４を含む。
【０１４６】
Ｓ１０１では、回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１４７】
ここで、静圧軸受をオンにすることは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含む。
【０１４８】
Ｓ１０２では、回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１４９】
ここで、静圧軸受をオフにすることは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含む。
【０１５０】
Ｓ１０３では、ロータシステムがシャットダウンした場合、ラジアル軸受の静圧軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
Ｓ１０４では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１５１】
上記のプロセスで、ロータシステムが起動する前に、ロータシステムの軸受を制御してラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。このようにして、回転軸は、ラジアル軸受の静圧軸受の作用で所定の径方向位置まで持ち上げられ、推力ディスクは、推力軸受の静圧軸受の作用で所定の軸方向位置までプッシュされる。ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受は、回転軸の回転速度が動作回転速度に達するまで、常にオンにされている。
【０１５２】
ロータシステムがシャットダウンした場合、ロータシステムの軸受を制御することにより、回転軸の回転速度がゼロになるまでラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を常にオンにする。
【０１５３】
図２７に示すように、本発明の実施例は、別のロータシステムの制御方法を提供する。ロータシステムの制御方法は、Ｓ２０１〜Ｓ２０８を含む。
【０１５４】
Ｓ２０１では、回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１５５】
ここで、静圧軸受をオンにすることは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含む。
【０１５６】
Ｓ２０２では、回転軸の回転速度が第１所定値に加速された後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１５７】
ここで、第１所定値は、定格回転速度の５%〜３０%であってもよい。
【０１５８】
ここで、静圧軸受をオフにすることは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含む。
【０１５９】
Ｓ２０３では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１６０】
Ｓ２０４では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度をスムーズに通過した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１６１】
Ｓ２０５では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度に減速された場合、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１６２】
Ｓ２０６では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度をスムーズに通過した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１６３】
Ｓ２０７では、回転軸の回転速度が第２所定値に減速された場合、ラジアル軸受の静圧軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。
【０１６４】
ここで、第２所定値は、第１所定値に等しくてもよく、第１所定値に等しくなくてもよい。第２所定値は、定格回転速度の５%〜３０%であってもよい。
【０１６５】
Ｓ２０８では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオフにする。
【０１６６】
上記のプロセスで、ロータシステムが起動する前に、ロータシステムの軸受を制御することで、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受をオンにする。このようにして、回転軸は、ラジアル軸受の静圧軸受の作用で所定の径方向位置まで持ち上げられ、推力ディスクは、推力軸受の静圧軸受の作用で所定の軸方向位置までプッシュされる。
【０１６７】
ロータシステムが起動した後、回転軸の回転速度が徐々に大きくなり、回転軸の回転速度が第１所定値に達した場合、例えば、定格回転速度の５%〜３０%に達した場合、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受が動作を停止するように、ロータシステムの軸受を制御する。回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に達した場合、ロータシステムの軸受を制御してラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を再度オンにする。回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度をスムーズに通過した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受が動作を再度停止するように、ロータシステムの軸受を制御する。
【０１６８】
ロータシステムのシャットダウン中に、回転軸の回転速度が徐々に小さくなり、回転軸の回転速度が２次危険速度又は１次危険速度に達した場合、ロータシステムの軸受を制御してラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を再度オンにする。回転軸の回転速度が２次危険速度又は１次危険速度をスムーズに通過した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受が動作を再度停止するように、ロータシステムの軸受を制御する。回転軸の回転速度が所定値、例えば、定格回転速度の５%〜３０%まで減少した場合、ロータシステムの軸受を制御することにより、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受を再度オンにする。回転速度がゼロまで減少した後、ラジアル軸受と推力軸受の静圧軸受が動作を再度停止するように、ロータシステムの軸受を制御する。
【０１６９】
上記内容に基づいて、我々は、本発明の実施例に係るロータシステムの全体構造、上記ロータシステムを用いるガスタービン発電機ユニットの全体構造、ガスタービン発電機ユニットの制御方法及びロータシステムの制御方法を明確に理解する。
【０１７０】
なお、ロータシステムにおける推力軸受和ラジアル軸受は、さまざまな構造形式が採用可能である。ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受又は溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受を含んでもよく、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、フォイル型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受又は溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受を含んでもよい。
【０１７１】
以下、図面を組み合わせて、それぞれロータシステムにおける推力軸受及びラジアル軸受の各種の具体的な構造形式、並びに、各推力軸受及び各ラジアル軸受の全ロータシステム制御における具体的な制御プロセスについて詳細に説明する。
【０１７２】
実施例九
図２８〜図３１は、本発明の実施例に係るフォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の構造模式図である。
【０１７３】
図２８〜図３１に示すように、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受５１００は、第１推力ディスク５１０１と、回転軸１００上に穿設される第１ステータ５１０２及び第２ステータ５１０３を備え、第１推力ディスク５１０１は、回転軸１００に固定接続され、第１ステータ５１０２及び第２ステータ５１０３は、第１推力ディスク５１０１の互いに対向する両側にそれぞれ設けられ、第１ステータ５１０２と第２ステータ５１０３のそれぞれは、第１磁気軸受５１０４及び第１フォイル軸受５１０５を備え、第１磁気軸受５１０４には、その周方向に沿って複数の第１磁気部品が設けられ、第１フォイル軸受５１０５には、複数の第１磁気部品の間で磁力を発生可能な第２磁気部品が設けられる。ここで、第１フォイル軸受５１０５は、第１磁気軸受５１０４と第１推力ディスク５１０１の間に設けられ、第１推力ディスク５１０１の間に第１隙間５１０６が存在し、第１フォイル軸受５１０５は、第１磁気部品と第２磁気部品の間の磁力の作用で回転軸１００の軸方向に移動可能である。
【０１７４】
本発明の実施例では、推力軸受５１００に第１隙間５１０６及び第１磁気軸受５１０４を設けることで、当該推力軸受５１００によってガス・磁気ハイブリッド推力軸受を形成する。
【０１７５】
動作時に、推力軸受５１００のガス軸受と第１磁気軸受５１０４は一緒に動作可能である。推力軸受５１００は、安定した動作状態にある場合、ガス軸受によって支持される。推力軸受５１００が不安定な動作状態にある場合、第１磁気軸受５１０４は、タイムリーに推力軸受５１００に対して制御及び応答を行う。
【０１７６】
これにより、本発明の実施例は、推力軸受を改善でき、特に高速運転状態における動的性能及び安定性を改善でき、乱れ防止能力が大きく、更に推力軸受の担持能力を向上させる。本発明の実施例の推力軸受は、高速のロータシステム、例えば、ガスタービン又はガスタービン発電複合ユニット等のニーズを満たすことができる。
【０１７７】
本発明の実施例では、第１推力ディスク５１０１、第１ステータ５１０２及び第２ステータ５１０３の外径は、等しくてもよく、且つ第１ステータ５１０２と第２ステータ５１０３の構造は、まったく同じであってもよい。
【０１７８】
本発明の実施例のロータシステムがガスタービン又はガスタービン発電複合ユニットに用いられるとき、第１ステータ５１０２及び第２ステータ５１０３は、接続部材を介してガスタービンのケースに接続されてもよい。
【０１７９】
好ましくは、複数の第１磁気部品は、複数の第１永久磁性体を含み、複数の第１永久磁性体は第１磁気軸受５１０４に周方向に沿って設けられ、又は、複数の第１磁気部品は、複数の第１電磁石を含み、複数の第１電磁石が第１磁気軸受５１０４に周方向に沿って設けられ、複数の第１電磁石のそれぞれは、第１磁気軸受５１０４に設けられた第１磁性体コア５１０４１と、第１磁性体コアに巻き付けられる第１コイル５１０４２を備える。
【０１８０】
本発明の実施例では、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受５１００が磁気部品からの磁力供給のみを必要とするが磁気制御を必要としない場合、第１磁気部品は第１永久磁性体であることが好ましく、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受５１００が同時に磁力及び磁気制御を必要とする場合、第１磁気部品は第１電磁石であることが好ましい。
【０１８１】
第１磁気部品が第１電磁石である場合、第１コイル５１０４２に通電すると、第１磁性体コア５１０４１に磁力を発生可能である。第１コイル５１０４２を流れる電流の大きさが異なるため、第１磁性体コア５１０４１で発生した磁力の大きさも異なる。第１コイル５１０４２を流れる電流の方向が異なるため、第１磁性体コア５１０４１の磁極も異なる。
【０１８２】
ここで、珪素鋼板又はシリコン鋼板は高透磁率及び低渦電流損等の物理特性を有するため、本発明の好適な実施例において、第１磁性体コア５１０４１は、幾つかの珪素鋼板又はシリコン鋼板の積層によって形成されている。
【０１８３】
好ましくは、第１磁気軸受５１０４は、第１磁気軸受座５１０４３と、第１エンドキャップ５１０４５を備える。第１磁気軸受座５１０４３は、第１推力ディスク５１０１に対向するように設けられ、第１磁気軸受座５１０４３には、その周方向に沿って複数の第１収容溝５１０４４が設けられ、複数の第１磁気部品は、複数の第１収容溝５１０４４内に設けられ、且つ複数の第１磁気部品の磁極は第１フォイル軸受５１０５の所在する側に面する。第１エンドキャップ５１０４５は、第１磁気軸受座５１０４３の第１フォイル軸受５１０５から離間する側に設けられ、第１フォイル軸受５１０５と嵌合して第１磁気部品を第１磁気軸受座５１０４３に固定する。ここで、珪素鋼板又はシリコン鋼板は高透磁率及び低渦電流損等の物理特性を有するため、本発明の好適な実施例において、第１磁気軸受座５１０４３は、幾つかの珪素鋼板又はシリコン鋼板の積層によって形成されている。第１収容溝５１０４４の数は、６つ又は８つであってもよいが、それらに限定されない。第１収容溝５１０４４は、第１磁気軸受座５１０４３の周方向に均一に設けられる。このようにして、第１磁気軸受座５１０４３と第１フォイル軸受５１０５の間の磁力は、より均一で安定になる。なお、複数の第１磁気部品は、更に、他の方式を採用して第１磁気軸受座５１０４３に設けられてもよいが、これについては限定されない。第１エンドキャップ５１０４５の材料は、非磁性材料であり、ジュラルミン材料であることが好ましい。
【０１８４】
好ましくは、第１フォイル軸受５１０５は、第１磁気軸受座５１０４３に固定接続される第１フォイル軸受座５１０５１と、第１フォイル軸受座５１０５１に設けられた第１フォイル５１０５２と第２フォイル５１０５３を備え、第１フォイル５１０５２は、第１フォイル軸受座５１０５１に取り付けられ、第２フォイル５１０５３は、第１フォイル５１０５２の第１推力ディスク５１０１に近接する側に積層される。ここで、第２フォイル５１０５３は、平坦なフォイルであり、第２磁気部品は、第２フォイル５１０５３が第１磁気部品と第２磁気部品の磁力の作用で回転軸１００の軸方向に移動可能であるように、第２フォイル５１０５３に設けられ、第１フォイル５１０５２は、第２フォイル５１０５３の移動時に弾性変形可能である弾性変形フォイルである。
【０１８５】
ここで、第１フォイル軸受座５１０５１の材料は、非磁性材料であり、ジュラルミン材料であることが好ましい。第１フォイル５１０５２は、弾性変形フォイルであり、透磁材料の材質が硬くて脆いため、弾性変形フォイルとして使用されるのは望ましくない。したがって、第１フォイル５１０５２は、磁気伝導しないステンレスベルトであることが好ましい。
【０１８６】
本発明の実施例では、第２フォイル５１０５３を平坦なフォイルにすることにより、第２フォイル５１０５３と第１推力ディスク５１０１の間の距離を制御することが便利になり、換言すれば、第１隙間５１０６の大きさを制御することが便利になる。第１フォイル５１０５２は、弾性変形可能なフォイルを採用してもよく、第２フォイル５１０５３と第１フォイル軸受座５１０５１とを接続する作用を果たす一方、第２フォイル５１０５３が第１フォイル軸受座５１０５１に対して回転軸１００の軸方向に沿って移動可能である目的を実現可能である。
【０１８７】
好ましくは、第１フォイル５１０５２は、波状を呈する弾性変形フォイルであり、且つ第１フォイル５１０５２は、閉じていないリング状であり、開口が設けられ、開口の一端は固定端であり、固定端は第１フォイル軸受座５１０５１に固定され、開口の他端は可動端である。
【０１８８】
ここで、第２フォイル５１０５３が回転軸１００の軸方向に移動するとき、第１フォイル５１０５２上の波パターンは、伸びたり縮んだりし、可動端は、リング状の周方向に沿って移動する。
【０１８９】
本発明の実施例では、第１フォイル５１０５２を波状を呈する弾性変形フォイルにすることにより、波パターンの伸びや収縮特性を便利に利用可能であり、第２フォイル５１０５３をプッシュして回転軸１００の軸方向に移動させる。
【０１９０】
なお、本発明の実施例における第１フォイル５１０５２の形状は波状に限定されず、弾性変形を発生可能な他の如何なる形状も本発明の実施例の第１フォイル５１０５２に適用可能である。
【０１９１】
好ましくは、第２磁気部品は、第２フォイル５１０５３の第１磁気軸受５１０４に近接する側の表面に設けられた第１磁性材料を含む。
【０１９２】
ここで、第１磁性材料は、第２フォイル５１０５３にストライプ状に分布し、複数のストライプ状の磁気部を形成し、複数のストライプ状の磁気部は、放射状又はリング状に分布している。
【０１９３】
又は、第１磁気部品は、第２フォイル５１０５３にドット状に分布している。
【０１９４】
ここで、第２フォイル５１０５３の材料は、非透磁性材料であることが好ましい。第２フォイル５１０５３の表面に第１磁性材料を噴射コーティングした後、セラミックコーティングで第１磁性材料を覆ってもよい。第２フォイル５１０５３は、４０％のジルコニア、３０％のαアルミナ及び３０％のアルミン酸マグネシウムスピネルのセラミックナノ微粉を用いた焼成によって作製可能である。
【０１９５】
第２フォイル５１０５３の表面が第１磁性材料を完全に覆う場合、第１磁性材料と第１磁気部品の間で発生した磁力は、大幅に増加し、第２フォイル５１０５３が容易に変形する可能性がある。これに鑑みて、本発明の実施例では、第１磁性材料が第２フォイル５１０５３にストライプ状又はドット状に分布するように、第２フォイル５１０５３の表面に第１磁性材料を噴射コーティングすることにより、第１磁性材料と第１磁気部品の間で発生した磁力は、合理的な範囲に制御可能であり、第２フォイル５１０５３が過大な磁力によって変形することが回避される。
【０１９６】
好ましくは、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受５１００は、第１センサ５１０７を更に備え、第１センサ５１０７のセンサプローブは、第１隙間５１０６内に設けられる。
【０１９７】
本発明の実施例では、第１センサ５１０７の設置により、第１隙間５１０６におけるパラメータ、例えば、第１隙間５１０６での空気膜圧力等をリアルタイムに検出可能である。このようにして、第１磁気軸受５１０４は、第１センサ５１０７の検出結果に基づいて推力軸受５１００に対してアクティブ制御を行うことができ、制御を高精度にすることができる。
【０１９８】
好ましくは、第１センサ５１０７は、第１センサカバー５１０７１と、第１センサプローブ５１０７２を備え、第１センサプローブ５１０７２の第１端は、第１センサカバー５１０７１に接続され、第１センサカバー５１０７１は、第１磁気軸受５１０４に固定され、第１磁気軸受５１０４と第１フォイル軸受５１０５には、第１センサプローブ５１０７２を通過させるためのスルーホールが設けられ、第１センサプローブ５１０７２の第２端は、第１磁気軸受５１０４と第１フォイル軸受５１０５のスルーホールを通して第１隙間５１０６まで延出し、第１センサプローブ５１０７２の第２端の端部は、第１フォイル軸受５１０５の第１推力ディスク５１０１に近接する側面と面一である。
【０１９９】
本発明の実施例では、上記第１センサ５１０７の構造形態及び取付方式により、第１センサ５１０７は、より安定に第１磁気軸受５１０４に設置可能である。第１センサプローブ５１０７２の第２端の端部を第１フォイル軸受５１０５の第１推力ディスク５１０１に近接する側面と面一とすることにより、第１センサプローブ５１０７２が第１推力ディスク５１０１からの衝突を受けることは回避可能であり、第１センサプローブ５１０７２の保護に有利になるとともに、第１隙間５１０６内の空気膜へ影響を与えず、第１隙間５１０６内の空気膜での乱れが回避される。
【０２００】
好ましくは、第１センサ５１０７は、隣接する２つの第１磁気部品の間に設けられる。
【０２０１】
本発明の実施例では、ステータの何れにも少なくとも別の第１センサ５１０７を設けるべきであり、１つの第１センサ５１０７を設けることが好ましく、当該第１センサ５１０７を隣接する２つの第１磁気部品の間に設けることが好ましい。
【０２０２】
好ましくは、第１センサ５１０７は、
第１推力ディスク５１０１の位置を検出するための変位センサ、
第１隙間５１０６での空気膜圧力を検出するための圧力センサと
第１推力ディスク５１０１の回転速度を検出するための速度センサ、
第１推力ディスク５１０１の回転加速度を検出するための加速度センサ、のうちの何れか１種又は複数種の組み合わせであってもよい。
【０２０３】
以下、本発明の実施例のフォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受（ここで、第１磁気軸受の第１磁気部品は、電磁石である）がロータシステムの制御プロセスに関与する場合の具体的な制御方法について詳細に説明する。
【０２０４】
本発明の実施例は、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の制御方法を提供する。当該方法は、Ｓ５１１〜Ｓ５１４を含む。
【０２０５】
Ｓ５１１では、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオンにし、第１推力ディスクと第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスクと第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間に等しくなるように、第１推力ディスクを制御して複数の第１磁気部品の磁力の作用で回転軸の軸方向に移動させる。
【０２０６】
Ｓ５１２では、回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオフにする。
【０２０７】
Ｓ５１３では、ロータシステムがシャットダウンした場合、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオンにする。
【０２０８】
Ｓ５１４では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオフにする。
【０２０９】
上記のプロセスで、第１磁気軸受がオンにされた後、第１推力ディスクは、第１磁気軸受の作用で第１ステータと第２ステータの間の所定の位置に到達し、第１推力ディスクと第１ステータ及び第２ステータとの端面には、何れも第１隙間がある。
【０２１０】
回転軸の回転につれて、第１推力ディスクは、第１隙間の気流によって潤滑された場合、第１ステータと第２ステータに対して回転を開始することで摩耗を防止する。第１磁気軸受をオンにする具体的なプロセスは、以下の通りである。すなわち、所定値の電流信号を第１コイルへ入力し、第１推力ディスクが第１磁気軸受の作用で第１ステータと第２ステータの間の所定の位置に到達する。
【０２１１】
回転軸の回転速度が大きくなるにつれて、第１推力ディスクの回転速度も同期して大きくなる。回転軸の回転速度が動作回転速度になる場合、当該推力軸受のガス動圧軸受（第１推力ディスクと第１ステータ及び第２ステータの間に第１隙間を設けて当該推力軸受のガス動圧軸受を形成する）で発生する空気膜圧力は、第１推力ディスクを安定にすることができ、そのとき、第１磁気軸受をオフにしてもよい。
【０２１２】
ロータシステムがシャットダウンした場合、第１推力ディスクは、回転軸の減速とともに減速する。ロータシステムのシャットダウンの全プロセスにおいて回転軸が安定であることを維持するために、ロータシステムがシャットダウンした場合、第１磁気軸受をオンにし、第１推力ディスクが完全に停止した後、第１磁気軸受をオフにする。
【０２１３】
本発明の実施例は、別のフォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の制御方法を更に提供する。当該方法は、Ｓ５２１〜Ｓ５２４を含む。
【０２１４】
Ｓ５２１では、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオンにし、第１推力ディスク及び第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスク及び第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間に等しくなるように、第１推力ディスクを制御して複数の第１磁気部品の磁力の作用で回転軸の軸方向に移動させる。
【０２１５】
Ｓ５２２では、回転軸の回転速度が第１所定値に加速された後、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオフにする。
【０２１６】
Ｓ５２３では、回転軸の回転速度が第２所定値に減速された場合、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオンにする。
【０２１７】
Ｓ５２４では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオフにする。
【０２１８】
上記のプロセスで、第１磁気軸受をオンにした後、第１推力ディスクは、第１磁気軸受の作用で第１ステータと第２ステータの間の所定の位置に到達し、第１推力ディスクと第１ステータ及び第２ステータとの端面には、何れも第１隙間がある。
【０２１９】
回転軸の回転につれて、第１推力ディスクは、第１隙間の気流によって潤滑された場合、第１ステータと第２ステータに対して回転を開始することで摩耗を防止する。第１磁気軸受をオンにする具体的なプロセスは、以下の通りである。すなわち、所定値の電流信号を第１コイルへ入力し、第１推力ディスクが第１磁気軸受の作用で第１ステータと第２ステータの間の所定の位置に到達する。
【０２２０】
回転軸の回転速度が大きくなるにつれて、第１推力ディスクの回転速度も同期して大きくなる。回転軸の回転速度が第１所定値、例えば、定格回転速度の５%〜３０%になった場合、当該推力軸受のガス動圧軸受（第１推力ディスクと第１ステータ及び第２ステータの間に第１隙間を設けて当該フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受のガス動圧軸受を形成する）で発生する空気膜圧力は、第１推力ディスクを安定にすることができ、そのとき、第１磁気軸受をオフにしてもよい。
【０２２１】
ロータシステムのシャットダウン中に、第１推力ディスクは、回転軸の減速とともに減速する。回転軸の回転速度が第２所定値、例えば、定格回転速度の５%〜３０%より小さくなった場合、推力軸受のガス動圧軸受で発生する空気膜圧力も第１推力ディスクの減速とともに低下する。したがって、第１磁気軸受をオンにすることで第１推力ディスクの安定性を維持する必要があり、第１推力ディスクが完全に停止した後、第１磁気軸受をオフにする。
【０２２２】
好ましくは、上記方法は、荷重負荷が第１推力ディスクに作用し、第１推力ディスクが荷重負荷の作用で回転軸の軸方向に移動し、第１推力ディスクと第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスクと第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間に等しくない場合、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオンにするステップと、第１推力ディスクと第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスクと第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間に等しい場合、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオフにするステップ、を更に含む。
【０２２３】
荷重負荷が第１推力ディスクに作用し、第１推力ディスクと第１ステータ又は第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間を小さくして該側の第１フォイル軸受に近接させた場合、第１センサ（ここでの第１センサは、圧力センサであることが好ましい）は、気圧が高くなった旨の信号を受け、このとき、第１磁気軸受が介入する必要がある。第１磁気軸受は、完全に直接磁力を第１推力ディスクに作用して反対側の第１フォイル軸受へ移動させるのではなく、磁力を用いて反対側の第１フォイル軸受を第１推力ディスクから離間する方向へ移動させ、第１推力ディスクと反対側の第１フォイル軸受の間の第１隙間を大きくし、これによって第１隙間が小さくなる側の圧力を増加して第１推力ディスクにおける負荷の重量に適応させ、２つの第１隙間における気流圧力を自動的に再配分する。第１推力ディスクが新なバランス位置に到達した場合、第１磁気軸受は、動作を停止する。
【０２２４】
具体的には、第１推力ディスクと第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスクと第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間より小さい場合、第２ステータの第１フォイル軸受が複数の第１磁気部品と第２磁気部品の間の磁力の作用で第１推力ディスクから離間する方向へ回転軸の軸方向に移動するように制御する。
【０２２５】
第１推力ディスクと第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスクと第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間より小さい場合、第１ステータの第１フォイル軸受が複数の第１磁気部品と第２磁気部品の間の磁力の作用で第１推力ディスクから離間する方向へ回転軸の軸方向に移動するように制御する。
【０２２６】
好ましくは、荷重負荷が第１推力ディスクに作用し、第１推力ディスクが荷重負荷の作用で回転軸の軸方向に移動し、第１推力ディスクと第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスクと第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間に等しくない場合、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受をオンにすることは、
【０２２７】
荷重負荷が第１推力ディスクに作用し、第１推力ディスクが荷重負荷の作用で回転軸の軸方向に移動し、第１推力ディスクと第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスクと第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間に等しくない場合、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受が最大パワーでオンするように制御すること、又は、
【０２２８】
荷重負荷が第１推力ディスクに作用し、第１推力ディスクが荷重負荷の作用で回転軸の軸方向に移動し、第１推力ディスクと第１ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間が第１推力ディスクと第２ステータの第１フォイル軸受の間の第１隙間に等しくない場合、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受が所定の周波数に応じてストロボの方式でオンするように制御することを含む。
【０２２９】
外部衝撃乱れが発生した場合、第１推力ディスクは、ある側の第１フォイル軸受に速やかに近接する可能性があるため、該側の第１隙間が瞬間的に小さすぎて、該側の第１隙間での局所ガス流速が音速に近接するか又は音速に達する。こうすることにより、衝撃波を引き起こしてエアハンマーの自励現象が発生する。衝撃波の生成により、局所的にガスの流動に乱れと混乱が発生し、流体速度が音速から亜音速の間で変化する場合、圧力は、段階的に著しく低下する。この場合、該側の第１フォイル軸受が第１推力ディスクを自ら「回避」する必要がある。このように、該側の第１隙間が大きくなってガス流速をできるだけ亜音速区間に維持することで、その正常な流体圧力を保持する。具体的には、第１ステータと第２ステータの第１磁気軸受を同時に制御して第１磁気軸受の磁極を同じ極性で励磁させる必要がある。即ち、第１隙間が小さくなる側は、吸引力を発生して該側の第１フォイル軸受を吸引し、第１隙間が大きくなる側は、吸引力を発生して第１推力ディスクを引き戻す。このように、両側の磁力作用距離の差を利用して磁力差を発生することで第１推力ディスクを引っ張って、第１推力ディスクと両側の第１フォイル軸受の間の第１隙間を正常状態に回復させる。これにより、第１推力ディスクは、バランス状態に再度戻る。
【０２３０】
上記のプロセスで、第１磁気軸受のリアルタイム制御が便利であるメリットを利用し、第１推力ディスクのアンバランスな質量又は第１推力ディスクの渦巻き等の、第１推力ディスクの過剰なシフトを引き起こす要素を自らバランスさせることにより、第１推力ディスクを回転軸の軸方向においてある極めて小さな範囲内に定着させる。さらに、第１推力ディスクの加速中に、衝撃波を発生する位置（即ち、線速度の超音速度の箇所）は、正確に位置特定可能であり、第１磁気軸受の電流の大きさ及び方向等を制御することにより、第１磁気軸受は、反対の力を生成して衝撃波作用とのバランスを取る。衝撃波が安定した後、再度第１磁気軸受の制御ポリシーを調整することにより、最も省エネな方式で第１推力ディスクをある極めて小さい範囲内に定着させる。
【０２３１】
要約すると、本発明の実施例は、以下の有益な作用効果を有する。
【０２３２】
その一、電磁気軸受とガス軸受が一緒に動作して、軸受の高速運転状態における動的性能及び安定性を改善し、乱れ防止能力が大きく、更に軸受の担持能力が向上する。それと同時に、電磁気軸受とガス軸受に並列接続構造が採用され、構造が簡素化され、集積度が高く、加工、製造及び操作が容易になり、軸受の総合的な性能が向上する。ロータシステムが起動又はシャットダウンした場合、電磁気軸受を用いて軸受の推力ディスク及びステータを軸受隙間内で回転させることが可能であるため、軸受の低速性能が向上し、軸受の使用寿命が延長し、軸受及び全システムの安全性と信頼性が向上できる。
【０２３３】
その二、従来のガス静圧軸受とガス動圧軸受の組み合わせを用いるガス・動静圧ハイブリッド推力軸受よりも、本発明の実施例のフォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、応答速度が速いというメリットを有する。
【０２３４】
その三、フォイルに磁性材料を設けることで、電磁気軸受の磁極の吸引によってフォイルが適度に変形可能であり、軸受の潤滑気膜側の最大圧力を上げ、潤滑気流の漏洩が回避され、推力ディスクが乱れを受けて偏心して壁に衝突することを防止する能力が向上し、軸受の担持能力も向上する。
【０２３５】
その四、コストの低い圧力センサを用いて空気膜の圧力変化を収集し、簡単な制御方法によってフォイルの変形を制御することにより、高いロータ抵抗を供給可能であり、ロータ安定性が向上する。さらに、制御方法が簡単であるため、軸受に対する加工精度要求が高くない。
【０２３６】
実施例十
図３２〜図３８は、本発明の実施例に係る溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の構造模式図である。
【０２３７】
図３２〜図３８に示すように、溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受５２００は、第２推力ディスク５２０１と、回転軸１００上に穿設される第３ステータ５２０２及び第４ステータ５２０３を備え、第２推力ディスク５２０１は、回転軸１００に固定接続され、第２推力ディスク５２０１には、第３磁気部品が設けられ、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３は、第２推力ディスク５２０１の互いに対向する両側にそれぞれに設けられ、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３のそれぞれは、第２磁気軸受５２０４を備え、第２磁気軸受５２０４には、周方向に沿って第３磁気部品の間で磁力を発生可能である複数の第４磁気部品が設けられ、第２磁気軸受５２０４と第２推力ディスク５２０１の間には、第２隙間５２０６があり、第２推力ディスク５２０１は、第３磁気部品と複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で回転軸１００の軸方向に移動可能である。ここで、第２推力ディスク５２０１の第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３とに面する端面、又は、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３との第２推力ディスク５２０１に面する端面には、第２動圧発生溝５２０５が設けられる。
【０２３８】
本発明の実施例では、推力軸受５２００に第２隙間５２０６及び第２磁気軸受５２０４が設けられることにより、当該推力軸受５２００は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受を形成する。
【０２３９】
動作時に、推力軸受５２００のガス軸受と第２磁気軸受５２０４は、一緒に動作可能である。推力軸受５２００が安定した動作状態にある場合、ガス軸受によって支持を実現する。一方、推力軸受５２００が不安定な動作状態にある場合、第２磁気軸受５２０４によってタイムリーに推力軸受５２００に対して制御及び応答を行う。
【０２４０】
これにより、本発明の実施例は、推力軸受を改善でき、特に高速運転状態における動的性能及び安定性を改善でき、乱れ防止能力が大きく、更に推力軸受の担持能力を向上させる。本発明の実施例の推力軸受は、高速のロータシステム、例えば、ガスタービン又はガスタービン発電複合ユニット等のニーズを満たすことができる。
【０２４１】
本発明の実施例では、第２推力ディスク５２０１、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３の外径は、等しくてもよく、且つ、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３の構造は、完全に同じであってもよい。
【０２４２】
本発明の実施例のロータシステムがガスタービンに用いられる場合、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３は、接続部材を介してガスタービンのケースに接続されてもよい。
【０２４３】
本発明の実施例では、第２推力ディスク５２０１が回転する場合、第２隙間５２０６に存在する流動ガスは、第２動圧発生溝５２０５内に圧入されて圧力を発生することで、第２推力ディスク５２０１の軸方向に沿った非接触的な保持を実現する。ここで、第２動圧発生溝５２０５で発生する圧力の大きさは、第２動圧発生溝５２０５の角度、溝幅、溝長、溝深さ、溝数及び平面度の相違に応じて変化する。さらに、第２動圧発生溝５２０５で発生する圧力の大きさは、第２推力ディスク５２０１の回転速度及び第２隙間５２０６にも関係する。第２動圧発生溝５２０５のパラメータは、実際の状況に応じて設計されてもよい。第２動圧発生溝５２０５は、鍛造、圧延、エッチング又はプレス等の方式によって第３ステータ５２０２及び第４ステータ５２０３に形成されてもよく、又は、第２動圧発生溝５２０５は、鍛造、圧延、エッチング又はプレス等の方式によって第２推力ディスク５２０１に形成されてもよい。
【０２４４】
好ましくは、複数の第４磁気部品は、複数の第２永久磁性体を備え、複数の第２永久磁性体は、第２磁気軸受５２０４上に周方向に沿って設けられ、又は、複数の第４磁気部品は、複数の第２電磁石を備え、複数の第２電磁石は、第２磁気軸受５２０４上に周方向に沿って設けられ、複数の第２電磁石のそれぞれは、第２磁気軸受５２０４に設けられた第２磁性体コア５２０４１と、第２磁性体コア５２０４１に巻き付けられる第２コイル５２０４２を備える。
【０２４５】
本発明の実施例では、溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受５２００が磁気部品からの磁力供給のみを必要とするが磁気制御を必要としない場合、第４磁気部品が第２永久磁性体であることが好ましく、溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受５２００が同時に磁力及び磁気制御を必要とする場合、第４磁気部品が第２電磁石であることが好ましい。
【０２４６】
第４磁気部品が第２電磁石である場合、第２コイル５２０４２に通電すると、第２磁性体コア５２０４１に磁力を発生可能である。第２コイル５２０４２を流れる電流の大きさが異なるため、第２磁性体コア５２０４１で発生した磁力の大きさも異なる。第２コイル５２０４２を流れる電流の方向が異なるため、第２磁性体コア５２０４１の磁極も異なる。
【０２４７】
ここで、珪素鋼板又はシリコン鋼板は高透磁率及び低渦電流損等の物理特性を有するため、本発明の好適な実施例において、第２磁性体コア５２０４１は、幾つかの珪素鋼板又はシリコン鋼板の積層によって形成されてもよい。
【０２４８】
好ましくは、第２磁気軸受５２０４は、第２磁気軸受座５２０４３と、第２エンドキャップ５２０４５と、第１押さえリング５２０４６を備え、第２磁気軸受座５２０４３は、第２推力ディスク５２０１に対向するように設けられ、第２磁気軸受座５２０４３には、その周方向に沿って複数の第２収容溝５２０４４が設けられ、複数の第４磁気部品は、複数の第２収容溝５２０４４内に設けられ、且つ複数の第４磁気部品の磁極は、第２推力ディスク５２０１の所在する側へ向かい、第２エンドキャップ５２０４５は、第２磁気軸受座５２０４３の第２推力ディスク５２０１から離間する側に設けられ、第１押さえリング５２０４６は、第２磁気軸受座５２０４３の第２推力ディスク５２０１に近接する側に設けられ、第２エンドキャップ５２０４５は、第１押さえリング５２０４６に嵌合されて複数の第４磁気部品を第２磁気軸受座５２０４３に固定する。
【０２４９】
ここで、珪素鋼板又はシリコン鋼板は高透磁率及び低渦電流損等の物理特性を有するため、本発明の好適な実施例において、第２磁気軸受座５２０４３は、幾つかの珪素鋼板又はシリコン鋼板の積層によって形成されている。第２収容溝５２０４４の数は、６つ又は８つであってもよいが、それらに限定されない。第２収容溝５２０４４は、第２磁気軸受座５２０４３の周方向に沿って均一に設置されている。このようにして、第２磁気軸受５２０４と第２推力ディスク５２０１の間の磁力は、より均一で安定にすることができる。なお、複数の第４磁気部品は、他の方式で第２磁気軸受座５２０４３に設けられてもよいが、これに限定されない。第２エンドキャップ５２０４５の材料は、非磁性材料であり、ジュラルミン材料であることが好ましい。第１押さえリング５２０４６の材料は、非磁性材料であり、ジュラルミン材料であることが好ましい。
【０２５０】
本発明の実施例では、第１押さえリング５２０４６に第２動圧発生溝５２０５が設けられてもよい。第２動圧発生溝５２０５の加工が便利になるように、第１押さえリング５２０４６は、ステンレス材料によって作製されてもよい。
【０２５１】
好ましくは、第３磁気部品は、第２推力ディスク５２０１の第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３とに面する端面に設けられた第２磁性材料（図示せず）を含む。ここで、第２磁性材料が第２推力ディスク５２０１にストライプ状に分布することで複数のストライプ状の磁気部が形成され、複数のストライプ状の磁気部は、放射状又はリング状であるか、又は、第２磁気部品は、第２推力ディスク５２０１にドット状に分布している。
【０２５２】
本発明の実施例では、第２磁性材料を第２推力ディスク５２０１上にストライプ状の分布又はドット状の分布を呈させることにより、第２磁性材料と第４磁気部品の間で発生した磁力を合理的な範囲に制御することができる。
好ましくは、第２動圧発生溝５２０５は放射状又は同心円状に配列されるが、こうすることで、空気膜を第２隙間５２０６内に一層均一に分布することに有利になる。
【０２５３】
好ましくは、第２動圧発生溝５２０５は、第１螺旋溝５２０５１及び第２螺旋溝５２０５２を備え、第１螺旋溝５２０５１は、第２螺旋溝５２０５２を周回し、第１螺旋溝５２０５１と第２螺旋溝５２０５２との螺旋方向は、逆であり、第１螺旋溝５２０５１の第２螺旋溝５２０５２に近接する側は、第２螺旋溝５２０５２の第１螺旋溝５２０５１に近接する側に対して接続され、又は切り離れる。
【０２５４】
ここで、第１螺旋溝５２０５１の第２螺旋溝５２０５２に近接する側から回転軸１００の軸心までの距離は、第１螺旋溝５２０５１の第２螺旋溝５２０５２に近接する側から第３ステータ５２０２又は第４ステータ５２０３又は第２推力ディスク５２０１の外周縁までの距離に等しい。又は、第２螺旋溝５２０５２の第１螺旋溝５２０５１に近接する側から回転軸１００の軸心までの距離は、第２螺旋溝５２０５２の第１螺旋溝５２０５１に近接する側から第３ステータ５２０２又は第４ステータ５２０３又は第２推力ディスク５２０１の外周縁までの距離に等しい。
【０２５５】
本発明の実施例では、上記第２動圧発生溝５２０５の設置方式の採用により、回転軸１００の正方向回転又は逆方向回転の何れの場合も、第２推力ディスク５２０１が所望の方式で非接触的に保持可能であるため、回転軸１００は、高負荷能力及び良好な安定性のメリットを有する。
【０２５６】
好ましくは、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３のそれぞれには、第１静圧吸気オリフィス５２０８が更に設けられ、第１静圧吸気オリフィス５２０８の一端は、第２隙間５２０６に連通し、他端は、外部空気源に接続され、外部空気源を第２隙間５２０６内に輸送する。
【０２５７】
本発明の実施例では、上記第１静圧吸気オリフィス５２０８の設置により、ガス静圧軸受が形成可能であるため、当該推力軸受５２００は、ガス動静圧−磁気ハイブリッド推力軸受を構成することができる。ここで、第１静圧吸気オリフィス５２０８の流通直径は、ガス需要量等の実際の状況に応じて調節可能である。
【０２５８】
好ましくは、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３のそれぞれには、複数の第１静圧吸気オリフィス５２０８が設けられ、且つ複数の第１静圧吸気オリフィス５２０８は、ステータの周方向に沿って間隔を空けて設けられる。
【０２５９】
本発明の実施例では、複数の第１静圧吸気オリフィス５２０８は、ステータの周方向に沿って間隔を空けて設けられ、好ましくは、ステータの周方向に沿って均一に間隔を空けて設けられる。このようにして、第２隙間５２０６内の空気膜圧力をより均一にすることに有利になる。
【０２６０】
好ましくは、第３ステータ５２０２と第４ステータ５２０３では、第１静圧吸気オリフィス５２０８から回転軸１００の軸心までの距離は、第１静圧吸気オリフィス５２０８からステータの外周縁までの距離以上である。
【０２６１】
本発明の実施例では、上記第１静圧吸気オリフィス５２０８の設置方式により、ガス静圧軸受がより安定であり、静圧吸気オリフィスが回転軸１００の軸心に近すぎると、タイムリーで有効に空気膜を全第２推力ディスク５２０１の端面に敷き詰めることができず、第２推力ディスク５２０１の回転が十分に安定しない。好ましくは、第１静圧吸気オリフィス５２０８から回転軸１００の軸心までの距離は、第１静圧吸気オリフィス５２０８からステータの外周縁までの距離に等しい。
【０２６２】
好ましくは、溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受５２００は、第２センサ５２０７を更に備え、第２センサ５２０７のセンサプローブは、第２隙間５２０６内に設けられる。
【０２６３】
本発明の実施例では、第２センサ５２０７の設置により、第２隙間５２０６におけるパラメータ、例えば、第２隙間５２０６での空気膜圧力等をリアルタイムに検出可能である。このようにして、第２磁気軸受５２０４は、第２センサ５２０７の検出結果に基づいて推力軸受５２００に対してアクティブ制御を行うことができ、制御を高精度にすることができる。
【０２６４】
好ましくは、第２センサ５２０７は、第２センサカバー５２０７１と、第２センサプローブ５２０７２を備え、第２センサプローブ５２０７２の第１端は、第２センサカバー５２０７１に接続され、第２センサカバー５２０７１は、第２磁気軸受５２０４に固定され、第２磁気軸受５２０４には、第２センサプローブ５２０７２を通過させるためのスルーホールが設けられ、第２センサプローブ５２０７２の第２端は、第２磁気軸受５２０４におけるスルーホールを通して第２隙間５２０６まで延出し、第２センサプローブ５２０７２の第２端の端部は、第２磁気軸受５２０４の第２推力ディスク５２０１に近接する側面と面一である。
【０２６５】
本発明の実施例では、上記第２センサ５２０７の構造形態及び取付方式により、第２センサ５２０７は、より安定に第２磁気軸受５２０４に設置可能である。第２センサプローブ５２０７２の第２端の端部を第２磁気軸受５２０４の第２推力ディスク５２０１に近接する側面と面一とすることにより、第２センサプローブ５２０７２が第２推力ディスク５２０１からの衝突を受けることは回避可能であり、第２センサプローブ５２０７２の保護に有利になるとともに、第２隙間５２０６内の空気膜へ影響を与えず、第２隙間５２０６内の空気膜での乱れが回避される。
【０２６６】
好ましくは、第２センサ５２０７は、隣接する２つの第４磁気部品の間に設けられる。
【０２６７】
本発明の実施例では、ステータの何れにも少なくとも１つの第２センサ５２０７を設けるべきであり、１つの第２センサ５２０７を設けることが好ましく、当該第２センサ５２０７を隣接する２つの第４磁気部品の間に設けることが好ましい。
【０２６８】
好ましくは、第２センサ５２０７は、
第２推力ディスク５２０１の位置を検出するための変位センサ、
第２隙間５２０６での空気膜圧力を検出するための圧力センサ、
第２推力ディスク５２０１の回転速度を検出するための速度センサ、
第２推力ディスク５２０１の回転加速度を検出するための加速度センサ、のうちの何れか１種又は複数種の組み合わせであってもよい。
【０２６９】
以下、本発明の実施例の溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受（ここで、第２磁気軸受の第４磁気部品は、電磁石である）がロータシステムの制御プロセスに関与する場合の具体的な制御方法について詳細に説明する。
【０２７０】
本発明の実施例は、溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の制御方法を提供する。当該方法は、Ｓ５３１〜Ｓ５３４を含む。
【０２７１】
Ｓ５３１では、第３ステータと第４ステータの第２磁気軸受をオンにし、第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値以下になるように、第２推力ディスクを制御して第３磁気部品と複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で回転軸の軸方向に移動させる。
【０２７２】
Ｓ５３２では、回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、第３ステータと第４ステータの第２磁気軸受をオフにする。
【０２７３】
Ｓ５３３では、ロータシステムがシャットダウンした場合、第３ステータと第４ステータの第２磁気軸受をオンにする。
【０２７４】
Ｓ５３４では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、第３ステータと第４ステータの第２磁気軸受をオフにする。
【０２７５】
上記のプロセスで、第２磁気軸受がオンにされた後、第２推力ディスクは、第２磁気軸受の作用で第３ステータと第４ステータの間の所定の位置に到達し、第２推力ディスクと第３ステータ及び第４ステータとの端面には、何れも第２隙間がある。
【０２７６】
回転軸の回転につれて、第２推力ディスクは、第２隙間の気流によって潤滑された場合、第３ステータと第４ステータに対して回転を開始することで摩耗を防止する。第２磁気軸受をオンにする具体的なプロセスは、以下の通りである。すなわち、所定値の電流信号を第２コイルへ入力し、第２推力ディスクが第２磁気軸受の作用で第３ステータと第４ステータの間の所定の位置に到達する。
【０２７７】
回転軸の回転速度が大きくなるにつれて、第２推力ディスクの回転速度も同期して大きくなる。回転軸の回転速度が動作回転速度になる場合、当該推力軸受のガス動圧軸受（第２推力ディスクと第３ステータ及び第４ステータの間に第２隙間を設けて当該推力軸受のガス動圧軸受を形成する）で発生する空気膜圧力は、第２推力ディスクを安定にすることができ、そのとき、第２磁気軸受をオフにしてもよい。
【０２７８】
ロータシステムがシャットダウンした場合、第２推力ディスクは、回転軸の減速とともに減速する。ロータシステムのシャットダウンの全プロセスにおいて回転軸が安定であることを維持するために、ロータシステムがシャットダウンした場合、第２磁気軸受をオンにし、第２推力ディスクが完全に停止した後、第２磁気軸受をオフにする。
【０２７９】
本発明の実施例は、別の溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受の制御方法を更に提供する。当該方法は、Ｓ５４１〜Ｓ５４４を含む。
【０２８０】
Ｓ５４１では、第３ステータと第４ステータの第２磁気軸受をオンにし、第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値以下になるように、第２推力ディスクを制御して第３磁気部品と複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で回転軸の軸方向に移動させる。
【０２８１】
Ｓ５４２では、回転軸の回転速度が第１所定値に加速された後、第３ステータと第４ステータの第２磁気軸受をオフにする。
【０２８２】
Ｓ５４３では、回転軸の回転速度が第２所定値に減速された場合、第３ステータと第４ステータの第２磁気軸受をオンにする。
【０２８３】
Ｓ５４４では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、第３ステータと第４ステータの第２磁気軸受をオフにする。
【０２８４】
上記のプロセスで、第２磁気軸受がオンにされた後、第２推力ディスクは、第２磁気軸受の作用で第３ステータと第４ステータの間の所定の位置に到達し、第２推力ディスクと第３ステータ及び第４ステータとの端面には、何れも第２隙間がある。回転軸の回転につれて、第２推力ディスクは、第２隙間の気流によって潤滑された場合、第３ステータと第４ステータに対して回転を開始することで摩耗を防止する。第２磁気軸受をオンにする具体的なプロセスは、以下の通りである。すなわち、所定値の電流信号を第２コイルへ入力し、第２推力ディスクが第２磁気軸受の作用で第３ステータと第４ステータの間の所定の位置に到達する。
【０２８５】
回転軸の回転速度が大きくなるにつれて、第２推力ディスクの回転速度も同期して大きくなる。回転軸の回転速度が第２所定値、例えば、定格回転速度の５%〜３０%になった場合、当該推力軸受のガス動圧軸受（第２推力ディスクと第３ステータ及び第４テータの間に第２隙間を設けて当該溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受のガス動圧軸受を形成する）で発生する空気膜圧力は、第２推力ディスクを安定にすることができ、そのとき、第２磁気軸受をオフにしてもよい。
【０２８６】
ロータシステムのシャットダウン中に、第２推力ディスクは、回転軸の減速とともに減速する。回転軸の回転速度が第２所定値、例えば、定格回転速度の５%〜３０%より小さくなった場合、推力軸受のガス動圧軸受で発生する空気膜圧力も第２推力ディスクの減速とともに低下する。したがって、第２磁気軸受をオンにすることで第２推力ディスクの安定性を維持する必要があり、第２推力ディスクが完全に停止した後、第２磁気軸受をオフにする。
【０２８７】
好ましくは、上記方法は、
荷重負荷が第２推力ディスクに作用し、第２推力ディスクが荷重負荷の作用で回転軸の軸方向に移動し、第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値より大きい場合、第３ステータ又は第４ステータの第２磁気軸受をオンにするステップと、
第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値以下である場合、第３ステータ又は第４ステータの第２磁気軸受をオフにするステップと、を含む。
【０２８８】
荷重負荷が第２推力ディスクに作用し、第２推力ディスクと第３ステータ又は第４ステータの第２フォイル軸受の間の第２隙間を小さくして該側の第２磁気軸受に近接させた場合、第２センサ（ここでの第２センサは、圧力センサであることが好ましい）は、気圧が高くなった旨の信号を受け、このとき、第２磁気軸受が介入する必要がある。第２磁気軸受は、磁力を第２推力ディスクに作用して反対側の第２磁気軸受へ移動させる。第２推力ディスクが新なバランス位置に到達した場合、第２磁気軸受は、動作を停止する。
【０２８９】
具体的には、第２推力ディスクと第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間が第２推力ディスクと第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間より小さく、且つ第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値より大きい場合、第２推力ディスクが第３磁気部品と複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で第４ステータから離間する方向へ回転軸の軸方向に移動するように、第４ステータの第２磁気軸受を制御する。
【０２９０】
第２推力ディスクと第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間が第２推力ディスクと第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間より小さく、且つ第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値より大きい場合、第２推力ディスクが第３磁気部品と複数の第４磁気部品の間の磁力の作用で第３ステータから離間する方向へ回転軸の軸方向に移動するように、第３ステータの第２磁気軸受を制御する。
【０２９１】
好ましくは、荷重負荷が第２推力ディスクに作用し、第２推力ディスクが荷重負荷の作用で回転軸の軸方向に移動し、第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値より大きい場合、第３ステータ又は第４ステータの第２磁気軸受をオンにすることは、
荷重負荷が第２推力ディスクに作用し、第２推力ディスクが荷重負荷の作用で回転軸の軸方向に移動し、第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値より大きい場合、第３ステータ又は第４ステータの第２磁気軸受が最大パワーでオンするように制御すること、又は、
荷重負荷が第２推力ディスクに作用し、第２推力ディスクが荷重負荷の作用で回転軸の軸方向に移動し、第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値より大きい場合、第３ステータ又は第４ステータの第２磁気軸受が所定の周波数に応じてストロボの方式でオンするように制御する。
【０２９２】
外部衝撃乱れが発生した場合、第２推力ディスクは、ある側にある第２磁気軸受に速やかに近接する可能性があるため、該側の第２隙間が瞬間的に小さすぎて、該側の第２隙間での局所ガス流速が音速に近接するか又は音速に達する可能性がある。このようにして、衝撃波を引き起こしてエアハンマーの自励現象が発生する。衝撃波の生成により、局所的にガスの流動に乱れと混乱が発生し、流体速度が音速から亜音速の間で変化する場合、圧力は、段階的に著しく低下する。この場合、第３ステータ又は第４ステータの第２磁気軸受が最大パワーでオンするように制御し、又は、第３ステータ又は第４ステータの第２磁気軸受が所定の頻度でストロボの方式によって順番に機能して乱れに対する抵抗作用を供給するように制御する必要がある。これにより、外部の乱れは、効果的に抑制される。第２推力ディスクが再度バランス状態に回復した後、第２磁気軸受は、動作を停止する。
【０２９３】
なお、本発明の実施例において、電磁気軸受（第２磁気軸受の第４磁気部品は電磁石であり、電磁気軸受を形成する）とガス静圧軸受（第３ステータと第４ステータとに設けられた第１静圧吸気オリフィスがガス静圧軸受を形成する）を同時に設置する場合、電磁気軸受とガス静圧軸受は、互いにスペアとすることができる。一方が障害、失効又はオン条件を満たすことができない場合、他方は、スペアの軸受として同じ作用を果たす。例えば、電磁気軸受の障害が検出された場合、電磁気軸受の替わりに、外部空気源をオンにして対応する動作を実行するよう制御することにより、軸受の安全性及び信頼性を向上させる。
【０２９４】
本発明の実施例では、電磁気軸受とガス静圧軸受を同時に設置した場合、「推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、推力軸受の静圧軸受をオンにする」ステップは、
第３ステータと第４ステータとの第２磁気軸受をオンにすること、及び／又は、外部空気源を起動し、第１静圧吸気オリフィスによって第２隙間へガスを輸送することと、
第２推力ディスク及び第３ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間と第２推力ディスク及び第４ステータの第２磁気軸受の間の第２隙間との差が所定値以下になるように、第２推力ディスクを制御して第３磁気部品と第４磁気部品の間の磁力の作用で、及び／又は、ガスによるプッシュの作用で、回転軸の軸方向に移動させること、を含んでもよい。
【０２９５】
上記のプロセスで、第２磁気軸受のリアルタイム制御が便利であるメリットを利用し、第２推力ディスクのアンバランスな質量又は第２推力ディスクの渦巻き等の、第２推力ディスクの過剰なシフトを引き起こす要素を自らバランスさせることにより、第２推力ディスクを回転軸の軸方向においてある極めて小さな範囲内に定着させる。さらに、第２推力ディスクの加速中に、衝撃波を発生する位置（即ち、線速度の超音速度の箇所）は、正確に位置特定可能であり、第２磁気軸受の電流の大きさ及び方向等を制御することにより、第２磁気軸受は、反対の力を生成して衝撃波作用とのバランスを取る。衝撃波が安定した後、再度第２磁気軸受の制御ポリシーを調整することにより、最も省エネな方式で第２推力ディスクをある極めて小さい範囲内に定着させる。
【０２９６】
要約すると、本発明の実施例は、以下の有益な作用効果を有する。
【０２９７】
その一、電磁気軸受とガス軸受が一緒に動作して、軸受の高速運転状態における動的性能及び安定性を改善し、乱れ防止能力が大きく、更に軸受の担持能力が向上する。それと同時に、電磁気軸受とガス軸受に並列接続構造が採用され、構造が簡素化され、集積度が高く、加工、製造及び操作が容易になり、軸受の総合的な性能が向上する。ロータシステムが起動又はシャットダウンした場合、電磁気軸受を用いて軸受の推力ディスク及びステータを第２隙間内で回転させることが可能であるため、軸受の低速性能が向上し、軸受の使用寿命が延長し、軸受及び全システムの安全性と信頼性が向上できる。
【０２９８】
その二、従来のガス静圧軸受とガス動圧軸受の組み合わせを用いるガス・動静圧ハイブリッド推力軸受よりも、本発明の実施例の溝型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受は、応答速度が速いというメリットを有する。
【０２９９】
その三、ガス静圧軸受を追加して溝型動静圧−磁気ハイブリッド推力軸受を形成する。電磁気軸受とガス静圧軸受を同時に設置する場合、軸受の担持力が更に大きくなり、電磁気軸受とガス静圧軸受は、互いにスペアとすることができる。一方が障害、失効又はオン条件を満たすことができない場合、他方は、スペアの軸受として同じ作用を果たすことができる。例えば、電磁気軸受の障害が検出された場合、制御システムは、電磁気軸受の替わりに、ガス静圧軸受をオンにして対応する動作を実行するよう制御することにより、軸受の安全性及び信頼性を向上させる。
【０３００】
実施例十一
図３９〜図４６は、本発明の実施例に係る溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の構造模式図である。
【０３０１】
図３９〜図４６に示すように、溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受６２００は、回転軸１００上に嵌設される第４磁気軸受６２０１を備え、第４磁気軸受６２０１には、周方向に沿って複数の第７磁気部品が設けられ、第４磁気軸受６２０１は、回転軸１００の側壁に向かい、又は、回転軸１００の第４磁気軸受６２０１に面する円周面には、第３動圧発生溝６２０２が設けられる。ここで、第４磁気軸受６２０１と回転軸１００の間に第４隙間６２０３があり、且つ回転軸１００は、複数の第７磁気部品の磁力の作用で回転軸１００の径方向に移動可能である。
【０３０２】
本発明の実施例では、ラジアル軸受６２００に第４隙間６２０３及び第４磁気軸受６２０１が設けられることにより、当該ラジアル軸受６２００は、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受を形成する。
【０３０３】
動作時に、ラジアル軸受６２００のガス軸受と第４磁気軸受６２０１は一緒に動作可能である。ラジアル軸受６２００は、安定した動作状態にある場合、ガス軸受によって支持される。ラジアル軸受６２００が不安定な動作状態にある場合、第４磁気軸受６２０１は、タイムリーにラジアル軸受６２００に対して制御及び応答を行う。
【０３０４】
これにより、本発明の実施例は、ラジアル軸受を改善でき、特に高速運転状態における動的性能及び安定性を改善でき、乱れ防止能力が大きく、更にラジアル軸受の担持能力を向上させる。本発明の実施例のラジアル軸受は、高速のロータシステム、例えば、ガスタービン又はガスタービン発電複合ユニット等のニーズを満たすことができる。
【０３０５】
本発明の実施例では、珪素鋼板又はシリコン鋼板は高透磁率及び低渦電流損等の物理特性を有するため、回転軸１００は、幾つかの珪素鋼板又はシリコン鋼板の積層によって形成されてもよい。
【０３０６】
本発明の実施例では、回転軸１００が回転する場合、第４隙間６２０３に存在する流動ガスは、第３動圧発生溝６２０２内に圧入されて圧力を発生して回転軸１００を浮上させることで、回転軸１００の径方向に沿った非接触的な保持を実現する。ここで、第３動圧発生溝６２０２で発生する圧力の大きさは、第３動圧発生溝６２０２の角度、溝幅、溝長、溝深さ、溝数及び平面度の相違に応じて変化する。さらに、第３動圧発生溝６２０２で発生する圧力の大きさは、回転軸１００の回転速度及び第４隙間６２０３にも関係する。第３動圧発生溝６２０２のパラメータは、実際の状況に応じて設計されてもよい。第３動圧発生溝６２０２は、鍛造、圧延、エッチング又はプレス等の方式によって第４磁気軸受６２０１又は回転軸に形成されてもよい。
【０３０７】
好ましくは、複数の第７磁気部品は、複数の第４永久磁性体を備え、複数の第４永久磁性体は、第４磁気軸受６２０１上に周方向に沿って設けられ、又は、複数の第７磁気部品は、複数の第４電磁石を備え、複数の第４電磁石は、第４磁気軸受６２０１上に周方向に沿って設けられ、複数の第４電磁石のそれぞれは、第４磁気軸受６２０１に設けられた第４磁性体コア６２０１１と、第４磁性体コア６２０１１に巻き付けられる第４コイル６２０１２を備える。
【０３０８】
本発明の実施例では、溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受６２００が磁気部品からの磁力供給のみを必要とするが磁気制御を必要としない場合、第７磁気部品は第４永久磁性体であることが好ましく、フォイル型ガス・磁気ハイブリッド推力軸受が同時に磁力及び磁気制御を必要とする場合、第７磁気部品は第４電磁石であることが好ましい。
【０３０９】
第７磁気部品が第４電磁石である場合、第４コイル６２０１２に通電すると、第４磁性体コア６２０１１に磁力を発生可能である。第４コイル６２０１２を流れる電流の大きさが異なるため、第４磁性体コア６２０１１で発生した磁力の大きさも異なる。第４コイル６２０１２を流れる電流の方向が異なるため、第４磁性体コア６２０１１の磁極も異なる。
【０３１０】
ここで、珪素鋼板又はシリコン鋼板は高透磁率及び低渦電流損等の物理特性を有するため、本発明の好適な実施例において、第４磁性体コア６２０１１は、幾つかの珪素鋼板又はシリコン鋼板の積層によって形成されてもよい。
【０３１１】
好ましくは、第４磁気軸受６２０１は、第４磁気軸受座６２０１３と、第４磁気軸受座６２０１３外に嵌設される第２軸受ケース６２０１５と、第４磁気軸受座６２０１３と回転軸１００の間に嵌設される第２軸受スリーブ６２０１６と、第２軸受ケース６２０１５の両端にそれぞれに設けられた第５エンドキャップ６２０１７及び第６エンドキャップ６２０１８を備える。第４磁気軸受座６２０１３は、回転軸１００上に嵌設され、第４磁気軸受座６２０１３には、その周方向に沿って複数の第４収容溝６２０１４が設けられ、複数の第７磁気部品は、複数の第４収容溝６２０１４内に設けられ、且つ複数の第７磁気部品の磁極が回転軸１００へ向かい、第２軸受スリーブ６２０１６、第５エンドキャップ６２０１７及び第６エンドキャップ６２０１８は嵌合されて複数の第７磁気部品を第４磁気軸受座６２０１３に固定する。
【０３１２】
本発明の実施例では、第２軸受スリーブ６２０１６の設置により、第４磁性体コア６２０１１と第４コイル６２０１２の間の隙間が密閉可能であり、第２軸受スリーブ６２０１６と回転軸１００の間に安定で均一的な空気膜圧力が形成される。さらに、径方向厚さの異なる第２軸受スリーブ６２０１６の設置により、第４隙間６２０３の大きさは、便利に調節や制御可能である。
【０３１３】
ここで、第２軸受スリーブ６２０１６と回転軸１００の間の第４隙間６２０３の幅は、５μｍ〜１２μｍであってもよいが、８μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
【０３１４】
ここで、珪素鋼板又はシリコン鋼板は高透磁率及び低渦電流損等の物理特性を有するため、本発明の好適な実施例において、第４磁気軸受座６２０１３は、幾つかの珪素鋼板又はシリコン鋼板の積層によって形成されてもよい。第４収容溝６２０１４の数は、６つ又は８つであってもよいが、それらに限定されない。第４収容溝６２０１４は、第４磁気軸受座６２０１３の周方向に沿って均一に設置されている。このようにして、第４磁気軸受６２０１と回転軸１００の間の磁力は、より均一で安定にすることができる。なお、複数の第７磁気部品は、他の方式で第４磁気軸受座６２０１３に設けられてもよいが、これに限定されない。第５エンドキャップ６２０１７及び第６エンドキャップ６２０１８の材料は、何れも非磁性材料であり、ジュラルミン材料であることが好ましい。第２軸受スリーブ６２０１６の材料は、非磁性材料であり、ジュラルミン材料であることが好ましい。第２軸受スリーブ６２０１５の材料は、非磁性材料であり、ジュラルミン材料であることが好ましい。
【０３１５】
好ましくは、第５エンドキャップ６２０１７と第６エンドキャップ６２０１８の何れにも、外径が第２軸受ケース６２０１５の内径と同じであるボスが設けられ、第５エンドキャップ６２０１７と第６エンドキャップ６２０１８のボスは、第４磁気軸受座６２０１３を構成する珪素鋼板又はシリコン鋼板を両側から固定したり押し付けたりする。
【０３１６】
本発明の実施例では、第２軸受スリーブ６２０１６に第３動圧発生溝６２０２が設けられてもよい。第３動圧発生溝６２０２の加工が便利になるように、第２軸受スリーブ６２０１６は、ステンレス材料によって作製されてもよい。具体的には、第３動圧発生溝６２０２は、回転軸１００における、第２軸受スリーブ６２０１６の円周面に対応する中間部分に設けられてもよく、中間部分の両側に対称的に分布する、互いに独立する２つの部分の第３動圧発生溝６２０２として設けられてもよい。第３動圧発生溝６２０２は、更に、第２軸受スリーブ６２０１６の内側壁の中間部分に設けられてもよく、第２軸受スリーブ６２０１６の内側壁両端に対称的に分布する、互いに独立する２つの部分の第３動圧発生溝６２０２として設けられてもよい。
【０３１７】
好ましくは、第３動圧発生溝６２０２は、行列状に配列されている。このようにして、空気膜が第４隙間６２０３内に一層均一に分布することに有利になる。
【０３１８】
好ましくは、第３動圧発生溝６２０２は、連続的又は間隔を空けて設置されるＶ形溝である。
【０３１９】
本発明の実施例では、上記第３動圧発生溝６２０２の設置方式の採用により、回転軸１００の正方向回転又は逆方向回転の何れの場合も、回転軸が所望の方式で非接触的に保持可能であるため、回転軸１００は、高負荷能力及び良好な安定性のメリットを有する。第３動圧発生溝６２０２は、Ｖ形溝の他に、人字形溝又は他の形状の溝として設置されてもよい。
【０３２０】
好ましくは、第４磁気軸受６２０１には、第２静圧吸気オリフィス６２０５が更に設けられ、第２静圧吸気オリフィス６２０５の一端は、第４隙間６２０３に連通し、他端は、外部空気源に接続され、外部空気源を第４隙間６２０３内に輸送する。
【０３２１】
本発明の実施例では、上記第２静圧吸気オリフィス６２０５の設置により、ガス静圧軸受が形成可能であるため、当該溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受６２００は、溝型ガス動静圧−磁気ハイブリッドラジアル軸受を構成することができる。ここで、第２静圧吸気オリフィス６２０５の流通直径は、ガス需要量等の実際の状況に応じて調節可能である。
【０３２２】
好ましくは、第２静圧吸気オリフィス６２０５は、第４磁気軸受６２０１内において少なくとも２つの分岐路に分けて第４隙間６２０３内に連通する。
【０３２３】
本発明の実施例では、第２静圧吸気オリフィス６２０５は、順に第５エンドキャップ６２０１７又は第６エンドキャップ６２０１８、第４磁気軸受６２０１及び第２軸受スリーブ６２０１６を通過して外部空気源を第４隙間６２０３に連通してもよい。更に、第２静圧吸気オリフィス６２０５は、２つ又は更に多くの分岐路に分けて第４隙間６２０３に連通することにより、第４隙間６２０３内の空気膜圧力をより均一にさせてもよい。更に、第５エンドキャップ６２０１７又は第６エンドキャップ６２０１８には、リング状の溝が設けられてもよい。第４磁気軸受６２０１の、当該リング状の溝に対応するリング状の領域内には、複数の第２静圧吸気オリフィス６２０５が設けられてもよい。例えば、第４磁性体コア６２０１１ごとに、又は、隣接する２つずつの第４磁性体コア６２０１１には、１つの第２静圧吸気オリフィス６２０５が設けられる。ここで、第２静圧吸気オリフィス６２０５及び分岐路の流通直径は、ガス需要量等の実際の状況に応じて調節可能である。
【０３２４】
好ましくは、溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受６２００は、第４磁気軸受６２０１の周方向に沿って間隔を空けて設けられた複数の第４センサ６２０４を更に備える。ここで、各第４センサ６２０４のセンサプローブは、第４隙間６２０３内に設けられる。
【０３２５】
本発明の実施例では、第４センサ６２０４の設置により、第４隙間６２０３におけるパラメータ、例えば、第４隙間６２０３での空気膜圧力は、リアルタイムに検出可能である。これにより、第４磁気軸受６２０１は、第４センサ６２０４の検出結果に応じてラジアル軸受６２００に対してアクティブ制御を実施可能であり、制御を高い精度にすることができる。
【０３２６】
好ましくは、複数の第４センサ６２０４のそれぞれは、第４センサカバー６２０４１と第４センサプローブ６２０４２を備え、第４センサプローブ６２０４２の第１端は、第４センサカバー６２０４１に接続され、第４センサカバー６２０４１は、第４磁気軸受６２０１に固定され、第４磁気軸受６２０１には、第４センサプローブ６２０４２を通過させるスルーホールが開設され、第４センサプローブ６２０４２の第２端は、第４磁気軸受６２０１におけるスルーホールを通って第４隙間６２０３まで延在し、且つ第４センサプローブ６２０４２の第２端の端部は、第４磁気軸受６２０１の回転軸１００に近接する側面と面一である。
【０３２７】
本発明の実施例では、上記第４センサ６２０４の構造形式及び取付方式により、第４センサ６２０４を第４磁気軸受６２０１に一層安定的に設けることができる。さらに、第４センサプローブ６２０４２の第２端の端部を第４磁気軸受６２０１の回転軸１００に近接する側面と面一とすることにより、第４センサプローブ６２０４２が回転軸１００からの衝突を受けることは回避可能であり、第４センサプローブ６２０４２の保護に有利になるとともに、第４隙間６２０３内の空気膜へ影響を与えず、第４隙間６２０３内の空気膜での乱れが回避される。
【０３２８】
本発明の実施例では、第４センサ６２０４の数は第７磁気部品の数と同じであってもよい。第４センサ６２０４は、隣接する２つの第７磁気部品の間に設けられてもよく、第７磁気部品を通過するように設けられてもよく、本発明の実施例においてこれについては限定されない。各第４センサ６２０４が第４磁気軸受６２０１の中央に設けられることが好ましい。
【０３２９】
好ましくは、複数の第４センサ６２０４は、
回転軸１００の位置を検出するための変位センサ、
第４隙間６２０３での空気膜圧力を検出するための圧力センサ、
回転軸１００の回転速度を検出するための速度センサ、
回転軸１００の回転加速度を検出するための加速度センサ、のうちの何れか１種又は複数種の組み合わせである。
【０３３０】
以下、本発明の実施例の溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受（ここで、第４磁気軸受の第７磁気部品は、電磁石である）がロータシステムの制御プロセスに関与する時の具体的な制御方法について詳細に説明する。
【０３３１】
本発明の実施例は、溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の制御方法を提供する。当該方法は、Ｓ６３１〜Ｓ６３４を含む。
【０３３２】
Ｓ６３１では、第４磁気軸受をオンにし、回転軸が複数の第７磁気部品の磁力の作用で回転軸の径方向に移動するように制御し、回転軸を所定の径方向位置までプッシュする。
【０３３３】
Ｓ６３２では、回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、第４磁気軸受をオフにする。
【０３３４】
Ｓ６３３では、ロータシステムがシャットダウンした場合、第４磁気軸受をオンにする。
【０３３５】
Ｓ６３４では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、第４磁気軸受をオフにする。
【０３３６】
上記のプロセスで、第４磁気軸受がオンにされた後、回転軸は、第４磁気軸受の作用で持ち上げられて所定の径方向位置に到達し、第４磁気軸受と回転軸の間は、第４隙間を有する。
【０３３７】
回転軸の回転とともに、回転軸は、第４隙間の気流によって潤滑された場合、回転を開始することで摩耗を防止する。第４磁気軸受をオンにする具体的なプロセスは、以下のようになる。すなわち、所定値の電流信号を第４コイルへ入力し、回転軸は、第４磁気軸受の作用で持ち上げられて所定の径方向位置に到達する。
【０３３８】
回転軸の回転速度が大きくなるにつれて、回転軸の回転速度が動作回転速度になる場合、当該ラジアル軸受のガス動圧軸受（第４磁気軸受と回転軸の間に第４隙間を設け、即ち、当該ラジアル軸受のガス動圧軸受を形成する）で発生する空気膜圧力は、回転軸を安定にすることができ、そのとき、第４磁気軸受をオフにしてもよい。
【０３３９】
ロータシステムがシャットダウンした場合、回転軸が減速され、回転軸がロータシステムのシャットダウンの全プロセス中に安定性を維持するために、ロータシステムがシャットダウンした場合、第４磁気軸受をオンにし、回転軸が完全に停止した後、第４磁気軸受をオフにしもよい。
本発明の実施例は、別の溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受の制御方法を更に提供する。当該方法は、Ｓ６４１〜Ｓ６４８を含む。
【０３４０】
Ｓ６４１では、第４磁気軸受をオンにし、回転軸が複数の第７磁気部品の磁力の作用で回転軸の径方向に移動するように制御し、回転軸を所定の径方向位置までプッシュする。
【０３４１】
Ｓ６４２では、回転軸の回転速度が第１所定値に加速された後、第４磁気軸受をオフにする。
【０３４２】
Ｓ６４３では、回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、第４磁気軸受をオンにする。
【０３４３】
具体的には、回転軸と第４磁気軸受の間の第４隙間におけるガス流速が１次危険速度又は２次危険速度に達した場合、回転軸がバランスがとれた径方向位置に回復するまで、第４磁気軸受をオンにする。
【０３４４】
好ましくは、回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、第４磁気軸受をオンにすることは、
回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、第４磁気軸受が最大パワーでオンするように制御すること、又は、
回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、第４磁気軸受が所定の周波数に応じてストロボの方式でオンするように制御することを含む。
【０３４５】
Ｓ６４４では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度をスムーズに通過した後、第４磁気軸受をオフにする。
【０３４６】
Ｓ６４５では、ロータシステムのシャットダウン中に、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度に減速された場合、第４磁気軸受をオンにする。
【０３４７】
具体的には、回転軸と第４磁気軸受の間の第４隙間におけるガス流速が１次危険速度又は２次危険速度に減速された場合、回転軸がバランスがとれた径方向位置に回復するまで、第４磁気軸受をオンにする。
【０３４８】
好ましくは、回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に減速された場合、第４磁気軸受をオンにすることは、
【０３４９】
回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に減速された場合、第４磁気軸受が最大パワーでオンするように制御すること、又は、
回転軸の回転速度が１次危険速度又は２次危険速度に減速された場合、第４磁気軸受が所定の周波数に応じてストロボの方式でオンするように制御することを含む。
【０３５０】
Ｓ６４６では、ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度をスムーズに通過した後、第４磁気軸受をオフにする。
【０３５１】
Ｓ６４７では、回転軸の回転速度が第２所定値に減速された場合、第４磁気軸受をオンにする。
【０３５２】
Ｓ６４８では、回転軸の回転速度がゼロに減速された後、第４磁気軸受をオフにする。
【０３５３】
上記のプロセスで、第４磁気軸受がオンにされた後、回転軸は、第４磁気軸受の作用で持ち上げられて所定の径方向位置に到達し、第４磁気軸受と回転軸の間は、第４隙間を有する。
【０３５４】
回転軸の回転とともに、回転軸は、第４隙間の気流によって潤滑された場合、回転を開始することで摩耗を防止する。第４磁気軸受をオンにする具体的なプロセスは、以下のようになる。すなわち、所定値の電流信号を第４コイルへ入力し、回転軸は、第４磁気軸受の作用で持ち上げられて所定の径方向位置に到達する。
【０３５５】
回転軸の回転速度が大きくなるにつれて、回転軸の回転速度が第１所定値、例えば、定格回転速度の５%〜３０%になる場合、当該ラジアル軸受のガス動圧軸受（第４磁気軸受と回転軸の間に第４隙間を設け、即ち、当該ラジアル軸受のガス動圧軸受を形成する）で発生する空気膜圧力は、回転軸を安定にすることができ、そのとき、第４磁気軸受をオフにしてもよい。
【０３５６】
ロータシステムのシャットダウン中に、回転軸が減速され、回転軸の回転速度が第２所定値、例えば、定格回転速度の５%〜３０%に低下した場合、第４磁気軸受をオンにし、回転軸が完全停止した後で第４磁気軸受をオフにする。
【０３５７】
好ましくは、方法は、
回転軸と第４磁気軸受の間の第４隙間が変化した場合、回転軸が複数の第７磁気部品の磁力の作用で隙間が小さくなる側から離間する方向へ移動するように、第４磁気軸受をオンにするステップと、
回転軸がバランスがとれた径方向位置になったら、第４磁気軸受をオフにするステップとを更に含んでもよい。
【０３５８】
荷重負荷が回転軸に作用することで回転軸が徐々に降下して下方の第４磁気軸受に近接する場合、第４センサ（ここでの第４センサは、圧力センサであることが好ましい）は、気圧が高くなった旨の信号を受け、このとき、第４磁気軸受が介入する必要がある。第４磁気軸受は、磁力を回転軸に作用して上方へ浮上させる。回転軸が新たなバランスがとれた位置に達した場合、第４磁気軸受は、動作を停止する。
【０３５９】
外部衝撃乱れが発生した場合、回転軸は、第４フォイル軸受に速やかに近接する可能性があるため、回転軸と第４磁気軸受の間の隙間が瞬間的に小さすぎて、隙間低下箇所の局所ガス流速が音速に近接するか又は音速に達する可能性がある。このようにして、衝撃波を引き起こしてエアハンマーの自励現象が発生する。衝撃波の生成により、局所的にガスの流動に乱れと混乱が発生し、流体速度が音速から亜音速の間で変化する場合、圧力は、段階的に著しく低下する。この場合、第４磁気軸受の第７磁気部品は所定の頻度で順番に機能して乱れに対する抵抗作用を供給するように制御する必要がある。これにより、外部の乱れは、効果的に抑制される。回転軸が新たなバランスがとれた径方向位置に回復した後、第４磁気軸受は、動作を停止する。
【０３６０】
なお、本発明の実施例において、電磁気軸受（第４磁気軸受の第７磁気部品は電磁石であり、電磁気軸受を形成する）とガス静圧軸受（第４磁気軸受に設けられた第２静圧吸気オリフィスがガス静圧軸受を形成する）を同時に設置する場合、電磁気軸受とガス静圧軸受は、互いにスペアとすることができる。一方が障害、失効又はオン条件を満たすことができない場合、他方は、スペアの軸受として同じ作用を果たす。例えば、電磁気軸受の障害が検出された場合、電磁気軸受の替わりに、外部空気源をオンにして対応する動作を実行するよう制御することにより、軸受の安全性及び信頼性を向上させる。
【０３６１】
本発明の実施例では、電磁気軸受とガス静圧軸受を同時に設置した場合、「回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、ラジアル軸受の静圧軸受をオンにする」ステップは、
第４磁気軸受をオンにすること、及び／又は、外部空気源を起動し、第２静圧吸気オリフィスによって第４隙間へガスを輸送することと、
回転軸が所定の径方向位置まで移動するように、回転軸を制御して複数の第７磁気部品の磁力の作用で、及び／又は、ガスによるプッシュの作用で、回転軸の径方向に移動させることを含んでもよい。
【０３６２】
上記のプロセスで、第４磁気軸受のリアルタイム制御が便利であるメリットを利用し、回転軸のアンバランスな質量又は回転軸の渦巻き等の、回転軸の過剰なシフトを引き起こす要素を自らバランスさせることにより、回転軸を径方向においてある極めて小さな範囲内に定着させる。さらに、回転軸の加速中に、衝撃波を発生する位置（即ち、線速度の超音速度の箇所）は、正確に位置特定可能であり、第４磁気軸受の電流の大きさ及び方向等を制御することにより、第４磁気軸受は、反対の力を生成して衝撃波作用とのバランスを取る。衝撃波が安定した後、再度第４磁気軸受の制御ポリシーを調整することにより、最も省エネな方式で回転軸をある極めて小さい範囲内に定着させる。
【０３６３】
要約すると、本発明の実施例は、以下の有益な作用効果を有する。
【０３６４】
その一、電磁気軸受とガス軸受が一緒に動作して、軸受の高速運転状態における動的性能及び安定性を改善し、乱れ防止能力が大きく、更に軸受の担持能力が向上する。それと同時に、電磁気軸受とガス軸受に入れ子構造が採用され、構造が簡素化され、集積度が高く、加工、製造及び操作が容易になり、軸受の総合的な性能が向上する。ロータシステムが起動又はシャットダウンした場合、電磁気軸受を用いて軸受の推力ディスク及びステータを第１隙間内で回転させることが可能であるため、軸受の低速性能が向上し、軸受の使用寿命が延長し、軸受及び全システムの安全性と信頼性が向上できる。
【０３６５】
その二、従来のガス静圧軸受とガス動圧軸受の組み合わせを用いるガス・動静圧ハイブリッド推力軸受よりも、本発明の実施例の溝型ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受は、応答速度が速いというメリットを有する。
【０３６６】
その三、ガス静圧軸受を追加して溝型動静圧−磁気ハイブリッド推力軸受を形成する。電磁気軸受とガス静圧軸受を同時に設置する場合、軸受の担持力が更に大きくなり、電磁気軸受とガス静圧軸受は、互いにスペアとすることができる。一方が障害、失効又はオン条件を満たすことができない場合、他方は、スペアの軸受として同じ作用を果たすことができる。例えば、電磁気軸受の障害が検出された場合、制御システムは、電磁気軸受の替わりに、ガス静圧軸受をオンにして対応する動作を実行するよう制御することにより、軸受の安全性及び信頼性を向上させる。
【０３６７】
実施例十二
ロータシステムでは、推力軸受と推力軸受に隣接するラジアル軸受は一体に統合されて統合型軸受を形成してもよい。図１〜図１８に示すロータシステムにそれぞれに対応し、図４７〜図６２は、推力軸受と推力軸受に隣接するラジアル軸受を統合して統合型軸受１０００を形成する構成の模式図である。
【０３６８】
図６３〜図７０は、本発明の実施例に係る統合型軸受の構造模式図である。
【０３６９】
図６３〜図７０に示すように、統合型軸受１０００は、第３軸受ケース１００１と、第１収容キャビティ内に設けられたラジアルサブ軸受１００２と、第２収容キャビティ内に設けられた推力サブ軸受１００３を備え、第３軸受ケース１００１は、中空回転体であり、第３軸受ケース１００１には、第１収容キャビティと第２収容キャビティが設けられ、ラジアルサブ軸受１００２は、回転軸１００上に穿設され、ラジアルサブ軸受１００２と回転軸１００の間には、第５隙間１００４があり、推力サブ軸受１００３は、第３推力ディスク１００３１と、第３推力ディスク１００３１の両側にそれぞれに設けられた第５ステータ１００３２と第６ステータ１００３３を備え、第３推力ディスク１００３１は、回転軸１００に固定接続され、第５ステータ１００３２と第６ステータ１００３３は、何れも回転軸１００上に穿設され、第５ステータ１００３２及び第６ステータ１００３３のそれぞれと第３推力ディスク１００３１の間には、第６隙間１００５がある。
【０３７０】
本発明の実施例では、ラジアルサブ軸受１００２と推力サブ軸受１００３を１つの軸受ケース内に統合するため、加工と取付が容易であり、構造が単純であり、集積度が高い特点を有し、加工及び取付時にラジアルサブ軸受１００２と推力サブ軸受１００３の同軸度が一致すべき要件を、効果的に保証できる。さらに、ラジアルサブ軸受１００２に第５隙間１００４が設けられ、推力サブ軸受１００３に第６隙間１００５が設けられるため、本発明の軸受は、非接触型軸受であり、ロータの高速回転のニーズを満たすことができる。
【０３７１】
ここで、第３軸受ケース１００１の材料は、非磁性材料であり、ジュラルミン材料であることが好ましい。
【０３７２】
ここで、第５ステータ１００３２と第３軸受ケース１００１は、一体成形されてもよく、第６ステータ１００３３と第３軸受ケース１００１は、取り外し可能に接続されている。
【０３７３】
本発明の実施例のロータシステムがガスタービン又はガスタービン発電複合ユニットに用いられる場合、第３軸受ケース１００１は、接続部材を介してガスタービンのケースに接続されてもよい。
【０３７４】
本発明の実施例では、ラジアルサブ軸受１００２と推力サブ軸受１００３は、何れも磁気軸受を備えてもよい。ここで、ラジアルサブ軸受１００２に設けられた磁気軸受の構造形式は、以下の通りである。ラジアルサブ軸受１００２は、回転軸１００上に嵌設される第５磁気軸受１００２１を備え、第５磁気軸受１００２１は、第１収容キャビティ内に取り外し可能に接続され、第５磁気軸受１００２１には、その周方向に沿って複数の第８磁気部品が設けられる。ここで、回転軸１００は、複数の第８磁気部品の磁力の作用で回転軸１００の径方向に移動可能である。
【０３７５】
更に、第５磁気軸受１００２１は、第５磁気軸受座と、第５磁気軸受座と回転軸１００の間に嵌設される第３軸受スリーブ１００２２を備え、第５磁気軸受座は、回転軸１００に設けられ、第５磁気軸受座には、その周方向に沿って複数の第５収容溝が設けられ、複数の第８磁気部品は、複数の第５収容溝内に設けられ、且つ複数の第８磁気部品の磁極が回転軸１００へ向かい、第３軸受スリーブ１００２２は、第５磁気軸受座に嵌合されて複数の第８磁気部品を第５磁気軸受座に固定する。
【０３７６】
上記ラジアルサブ軸受１００２に磁気軸受を設ける他の具体的な実施形態は、実施例十における関連説明を参照することができ、同じ有益な作用効果も奏する。重複を回避するため、ここでは繰り返し説明しない。
【０３７７】
本発明の実施例では、統合型軸受１０００は、第７エンドキャップ１００６を更に備えてもよく、第７エンドキャップ１００６は、第３軸受ケース１００１の第１収容キャビティに近接する端部に設けられ、第７エンドキャップ１００６は、第５磁気軸受座に当接し、ラジアルサブ軸受１００２を第１収容キャビティ内に固定する。
【０３７８】
本発明の実施例では、ラジアルサブ軸受１００２及び推力サブ軸受１００３は、何れも磁気軸受を備えてもよい。ここで、推力サブ軸受１００３に設けられた磁気軸受の構造形式は、以下の通りである。
【０３７９】
第５ステータ１００３２と第６ステータ１００３３のそれぞれは、第６磁気軸受１００３４を備え、第６磁気軸受１００３４には、その周方向に沿って複数の第９磁気部品が設けられ、
第３推力ディスク１００３１には、第１０磁気部品が設けられ、第３推力ディスク１００３１は、複数の第９磁気部品と第１０磁気部品の間の磁力の作用で回転軸１００の軸方向に移動可能である。
【０３８０】
更に、第６磁気軸受１００３４は、第６磁気軸受座と、第２押さえリングを備え、第６磁気軸受座は、第３推力ディスク１００３１に対向するように設けられ、第６磁気軸受座には、その周方向に沿って複数の第６収容溝が設けられ、複数の第９磁気部品は、複数の第６収容溝内に設けられ、且つ複数の第９磁気部品の磁極が第３推力ディスク１００３１の所在する側へ向かい、第２押さえリングは、第６磁気軸受座の第３推力ディスク１００３１に近接する側に設けられ、第２押さえリングは、第６磁気軸受座に嵌合されて複数の第９磁気部品を第６磁気軸受座に固定する。
【０３８１】
上記推力サブ軸受１００３に磁気軸受を設ける他の具体的な実施形態は、実施例十における関連説明を参照することができ、同じ有益な作用効果も奏する。重複を回避するため、ここでは繰り返し説明しない。
【０３８２】
本発明の実施例では、統合型軸受１０００に磁気軸受、特に電磁気軸受（第５磁気軸受１００２１における第８磁気部品は電磁石であり、第６磁気軸受１００３４における第９磁気部品は電磁石である）が設けられることにより、ロータシステムが起動又はシャットダウンした場合、電磁気軸受によって統合型軸受１０００における推力ディスクとステータ及び回転軸と軸受スリーブを隙間内で回転させることが可能であり、統合型軸受１０００の低速性能が向上し、統合型軸受１０００の使用寿命が延長し、統合型軸受１０００及び全ロータシステムの安全性及び信頼性が向上可能である。
【０３８３】
本発明の実施例では、第５ステータ１００３２と第３軸受ケース１００１は、一体成形されてもよく、第６ステータ１００３３と第３軸受ケース１００１は、取り外し可能に接続されてもよい。
【０３８４】
本発明の実施例では、ラジアルサブ軸受１００２と推力サブ軸受１００３の何れにも動圧発生溝が設けられてもよい。ここで、ラジアルサブ軸受１００２に動圧発生溝が設けられた構造形式は、以下の通りである。
【０３８５】
ラジアルサブ軸受１００２の回転軸１００に面する側壁、又は、回転軸１００のラジアルサブ軸受１００２に面する円周面には、第４動圧発生溝１００２３が設けられる。
【０３８６】
更に、第４動圧発生溝１００２３は、行列状に配列されている。
【０３８７】
更に、第４動圧発生溝１００２３は、連続的又は間隔を空けて設置されるＶ形溝である。
【０３８８】
上記ラジアルサブ軸受１００２に動圧発生溝を設ける他の具体的な実施形態は、実施例十一における関連説明を参照することができ、同じ有益な作用効果も奏する。重複を回避するため、ここでは繰り返し説明しない。
【０３８９】
本発明の実施例では、ラジアルサブ軸受１００２と推力サブ軸受１００３の何れにも動圧発生溝が設けられてもよい。ここで、推力サブ軸受１００３に動圧発生溝が設けられた構造形式は、以下の通りである。
【０３９０】
第３推力ディスク１００３１の第５ステータ１００３２と第６ステータ１００３３とに面する端面、又は、第５ステータ１００３２と第６ステータ１００３３との第３推力ディスク１００３１に面する端面には、第５動圧発生溝１００３５が設けられる。
【０３９１】
更に、第５動圧発生溝１００３５は、放射状又は同心円状に配列されている。
【０３９２】
更に、第５動圧発生溝１００３５は、第１螺旋溝と第２螺旋溝を備え、第１螺旋溝は、第２螺旋溝を周回し、第１螺旋溝と第２螺旋溝との螺旋方向は、逆であり、第１螺旋溝の第２螺旋溝に近接する側は、第２螺旋溝の第１螺旋溝に近接する側に対して接続され、又は切り離れる。
【０３９３】
上記推力サブ軸受１００３に動圧発生溝を設ける他の具体的な実施形態は、実施例十における関連説明を参照することができ、同じ有益な作用効果も奏する。重複を回避するため、ここでは繰り返し説明しない。
【０３９４】
本発明の実施例では、統合型軸受１０００に動圧発生溝が設けられることにより、統合型軸受１０００は、動圧ガス軸受を含む。電磁気軸受と動圧ガス軸受を同時に設置した場合、統合型軸受１０００の高速運転状態における動的性能及び安定性を改善し、乱れ防止能力が大きく、更に軸受の担持能力が向上する。それと同時に、電磁気軸受と動圧ガス軸受に入れ子並列接続構造が採用され、構造が簡素化され、集積度が高く、加工、製造及び操作が容易になり、統合型軸受１０００の総合的な性能が向上する。
【０３９５】
本発明の実施例では、統合型軸受１０００に静圧吸気オリフィスが設けられてもよく、その構造形式は以下の通りである。
【０３９６】
第３軸受ケース１００１には、第３静圧吸気オリフィス１００７が更に設けられる。ここで、第３静圧吸気オリフィス１００７の一端は、外部空気源に接続され、他端は、ラジアルサブ軸受１００２を介して第５隙間１００４に連通し、及び／又は、第５ステータ１００３２及び第６ステータ１００３３を介して第６隙間１００５に連通し、外部空気源を第５隙間１００４、及び／又は、第６隙間１００５に輸送する。
【０３９７】
本発明の実施例では、統合型軸受１０００に静圧吸気オリフィスが更に設けられることで、統合型軸受１０００は、ガス静圧軸受を備える。電磁気軸受とガス静圧軸受を同時に設置する場合、統合型軸受１０００の担持力が更に大きくなる。さらに、電磁気軸受とガス静圧軸受は、互いにスペアとすることができる。一方が障害、失効又はオン条件を満たすことができない場合、他方は、スペアの軸受として同じ作用を果たすことができる。例えば、電磁気軸受の障害が検出された場合、電磁気軸受の替わりに、ガス静圧軸受をオンにして対応する動作を実行するよう制御することにより、統合型軸受１０００の安全性及び信頼性を向上させる。
【０３９８】
上記統合型軸受１０００に静圧吸気オリフィスを設ける他の具体実施形態は、実施例十及び実施例十一における関連説明を参照することができ、同じ有益な作用効果も奏する。重複を回避するため、ここでは繰り返し説明しない。
【０３９９】
本発明の実施例では、ラジアルサブ軸受１００２と推力サブ軸受１００３の何れにもセンサが設けられてもよく、その構造形式はそれぞれ以下のようになる。
【０４００】
ラジアルサブ軸受１００２には、第５センサ（図示せず）が設けられ、第５センサのセンサプローブは、第５隙間１００４内に設けられる。
【０４０１】
このようにして、第５隙間１００４におけるパラメータ、例えば、第５隙間１００４での空気膜圧力等は、リアルタイムで検出可能である。これにより、第５磁気軸受１００２１は、第５センサの検出結果に応じてラジアルサブ軸受１０２に対してアクティブ制御を実施可能であり、制御を高い精度まで達成できる。
【０４０２】
好ましくは、複数の第５センサのそれぞれは、第５センサカバーと第５センサプローブを備え、第５センサプローブの第１端は、第５センサカバーに接続され、第５センサカバーは、第５磁気軸受１００２１に固定され、第５磁気軸受１００２１には、第５センサプローブを通過させるスルーホールが開設され、第５センサプローブの第２端は、第５磁気軸受１００２１におけるスルーホールを通って第５隙間１００４に延在し、且つ第５センサプローブの第２端の端部は、第５磁気軸受１００２１の回転軸１００に近接する側面と面一である。
【０４０３】
このようにして、第５センサは、より安定的に第５磁気軸受１００２１に設置可能である。さらに、センサプローブの第２端の端部を第５磁気軸受１００２１の回転軸１００に近接する側面と面一とすることにより、センサプローブが回転軸１００からの衝突を受けることは回避可能であり、センサプローブの保護に有利になるとともに、第５隙間１００４内の空気膜へ影響を与えず、第５隙間１００４内の空気膜での乱れが回避される。
【０４０４】
推力サブ軸受１００３には、第６センサ（図示せず）が設けられ、第６センサのセンサプローブは、第６隙間１００５内に設けられる。
【０４０５】
このようにして、第６隙間１００５におけるパラメータ、例えば、第６隙間１００５での空気膜圧力等は、リアルタイムに検出可能である。これにより、第６磁気軸受１００３４は、第６センサの検出結果に応じて推力サブ軸受１０３に対してアクティブ制御を実施可能であり、制御を高い精度にすることができる。
【０４０６】
好ましくは、第６センサは、第６センサカバーと、第６センサプローブを備え、第６センサプローブの第１端は、第６センサカバーに接続され、第６センサカバーは、第６磁気軸受１００３４に固定され、第６磁気軸受１００３４には、第６センサプローブを通過させるためのスルーホールが開設され、第６センサプローブの第２端は、第６磁気軸受１００３４におけるスルーホールを通って第６隙間１００５に延在し、且つ第６センサプローブの第２端の端部は、第６磁気軸受１００３４の第３推力ディスク１００３１に近接する側面と面一である。
【０４０７】
このようにして、第６センサは、より安定的に第６磁気軸受１００３４に設置可能である。さらに、第６センサプローブの第２端の端部を第６磁気軸受１００３４の第３推力ディスク１００３１に近接する側面と面一とすることにより、第６センサプローブが第３推力ディスク１００３１からの衝突を受けることは回避可能であり、第６センサプローブの保護に有利になるとともに、第６隙間１００５内の空気膜へ影響を与えず、第６隙間１００５内の空気膜での乱れが回避される。
【０４０８】
上記ラジアル軸受と推力軸受とにセンサを設ける他の具体実施形態は、それぞれ実施例十一と実施例十における関連説明を参照することができ、同じ有益な作用効果も奏する。重複を回避するため、ここでは繰り返し説明しない。
【０４０９】
なお、実施例九〜実施例十一における関連する技術的解決策は、同様に本発明の実施例に適用し、同じ有益な作用効果も奏する。重複を回避するため、ここでは繰り返し説明しない。
【０４１０】
本発明の実施例では、統合型軸受（ここで、第５磁気軸受の第８磁気部品は電磁石であり、第６磁気軸受の第９磁気部品は電磁石である）がロータシステムの制御プロセスに関与するときの具体的な制御方法は、実施例十一と実施例十における関連説明を参照することができ、同じ有益な作用効果も奏する。重複を回避するため、ここでは繰り返し説明しない。
【０４１１】
以上は単に本発明の具体的な実施形態であるが、本発明の保護範囲は、これらに限定されるものではない。当業者が本発明で開示された技術範囲内で容易に想到し得る如何なる変更又は置換も、本発明の保護範囲内に含まれるべきである。したがって、本発明の保護範囲は、請求項の保護範囲に準じるべきである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月16日(2020.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシステムであって、
回転軸と、
前記回転軸に順に設けられたモータ、ガス圧縮機及びタービンと、
前記回転軸に設けられた推力軸受と少なくとも２つのラジアル軸受を備え、
前記回転軸の軸体は、一体構造であり、前記回転軸は、水平に設けられ、
前記推力軸受と前記少なくとも２つのラジアル軸受は、何れも非接触型軸受であり、
前記推力軸受は、前記タービンの前記ガス圧縮機に近接する側の所定の位置に設けられ、前記所定の位置は、前記少なくとも２つのラジアル軸受のうち最も遠く離れた２つのラジアル軸受の間に前記ロータシステムの重心が存在可能な位置であることを特徴とするロータシステム。
【請求項２】
前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第１ラジアル軸受と第２ラジアル軸受を備え、前記第１ラジアル軸受は、前記モータの前記ガス圧縮機から離間する側に設けられ、前記第２ラジアル軸受は、前記ガス圧縮機と前記タービンの間に設けられ、
前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受と前記モータの間に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受の前記モータから離間する側に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項３】
前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第３ラジアル軸受を更に備え、前記第３ラジアル軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられることを特徴とする請求項２に記載のロータシステム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのラジアル軸受は、第４ラジアル軸受を更に備え、前記第４ラジアル軸受は、前記タービンの前記ガス圧縮機から離間する側に設けられ、
前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受と前記モータの間に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記第１ラジアル軸受の前記モータから離間する側に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記モータと前記ガス圧縮機の間に設けられ、又は、
前記推力軸受は、前記ガス圧縮機と前記第２ラジアル軸受の間に設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載のロータシステム。
【請求項５】
前記第４ラジアル軸受は、ガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受であることを特徴とする請求項４に記載のロータシステム。
【請求項６】
前記タービンの前記第２ラジアル軸受に近接する側には、断熱層が設けられることを特徴とする請求項２に記載のロータシステム。
【請求項７】
前記モータは、動圧軸受モータであり、前記回転軸の前記モータの軸受に対応する箇所には、第１動圧発生溝が開設されていることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項８】
前記モータは、発進一体型モータであることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項９】
前記ロータシステムは、ロック装置を更に備え、前記ロック装置は、前記回転軸が静止状態であるときに前記回転軸をロックすることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項１０】
前記回転軸の、軸受が取り付けられる箇所には、耐摩耗コーティングが塗布されていることを特徴とする請求項１に記載のロータシステム。
【請求項１１】
前記推力軸受は、ガス・磁気ハイブリッド推力軸受であり、
前記少なくとも２つのラジアル軸受のうちの少なくとも１つのラジアル軸受は、ガス・磁気ハイブリッドラジアル軸受又はガス・動静圧ハイブリッドラジアル軸受であることを特徴とする請求項２に記載のロータシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のロータシステムに用いられるロータシステムの制御方法であって、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記ロータシステムがシャットダウンした場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップを含み、
前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、
前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含むことを特徴とするロータシステムの制御方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のロータシステムに用いられるロータシステムの制御方法であって、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度が第１所定値に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記ロータシステムが１次危険速度又は２次危険速度に加速された場合、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度をスムーズに通過した後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記ロータシステムのシャットダウン中に、前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度に減速された場合、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記ロータシステムが前記１次危険速度又は前記２次危険速度をスムーズに通過した後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記回転軸の回転速度が第２所定値に減速された場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、
前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにすること、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含むことを特徴とするロータシステムの制御方法。
【請求項１４】
ガスタービン発電機ユニットであって、
吸気路と、燃焼室と、請求項１から１１の何れか一項に記載のロータシステムを備え、
前記吸気路は、前記ガス圧縮機の吸気口に連通し、前記ガス圧縮機の排気口は、前記燃焼室の吸気口に連通し、前記燃焼室の排気口は、前記タービンの吸気口に連通することを特徴とするガスタービン発電機ユニット。
【請求項１５】
請求項１４に記載のガスタービン発電機ユニットに用いられるガスタービン発電機ユニットの制御方法であって、
前記回転軸が所定の径方向位置まで移動し、且つ前記推力軸受の推力ディスクが所定の軸方向位置まで移動するように、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオンにするステップと、
前記ガスタービン発電機ユニットを起動し、空気を前記ガス圧縮機で圧縮した後、前記燃焼室に進入させて前記燃焼室内の燃料と混合されて燃焼し、前記燃焼室から排出された高温高圧ガスによって前記タービンのタービンホイールに衝撃を与えて前記タービンホイールを回転させ、それによって前記タービンホイールが前記回転軸を介して前記モータの回転を駆動して発電するステップと、
前記回転軸の回転速度が動作回転速度に加速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記ガスタービン発電機ユニットがシャットダウンした場合、前記ラジアル軸受の静圧軸受と前記推力軸受の静圧軸受とをオンにするステップと、
前記回転軸の回転速度がゼロに減速された後、前記ラジアル軸受と前記推力軸受の静圧軸受をオフにするステップと、
前記静圧軸受をオンにするステップは、軸受の磁気軸受をオンにすること、及び／又は、ガスを軸受の静圧吸気オリフィスに輸送することを含み、
前記静圧軸受をオフにするステップは、軸受の磁気軸受をオフにする、及び／又は、軸受の静圧吸気オリフィスへのガスの輸送を停止することを含むことを特徴とするガスタービン発電機ユニットの制御方法。
【国際調査報告】
2021510791.tif 000073
2021510791.tif 000074
2021510791.tif 000075
2021510791.tif 000076