(57)【要約】【課題】フォイル軸に制約されずに動力伝達軸の形状を決めることができ、かつ起動時のトルクを低減し、軸受面の焼き付きを防止可能とした分割型気体潤滑式フォイル軸受を提供する。【解決手段】軸受ハウジングの内周側にバンプフォイルを配置し、このバンプフォイルの内周側にトップフォイルを配置しているフォイル軸受において、前記軸受ハウジングを円周方向に２分割して分割片ごとに独立した構造として構成されている分割型気体潤滑式フォイル軸受であるので、動力伝達軸の形状をフォイル軸に制約されず決めることが可能となり、伝達動力量もフォイル軸受に制約されることはない。さらに起動時のトルクを減少させ、かつ軸受面の焼き付きを防止することが可能になり、起動から負荷運転、停止までいかなる回転速度においても安定した運転を維持することができる。【選択図】  図１
2004183830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ハウジングの内周側にバンプフォイルを配置し、このバンプフォイルの内周側にトップフォイルを配置しているフォイル軸受において、前記軸受ハウジングを円周方向に２分割して分割片ごとに独立した構造として構成されていることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、周方向に２分割以上の複数に分割構成されていることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項３】
請求項１に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、軸受ハウジングにトップフォイルおよびバンプフォイルの一端がねじで取付けられており、トップフォイルとバンプフォイルの取付け、取外しが任意にできるように構成されていることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項４】
請求項３に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、トップフォイルの固定していない側の端部の半径方向の位置を軸受ハウジング側に配置した位置調整ねじにより任意の位置に調整し、トップフォイルの曲率を調整し、軸受気体膜厚さおよび軸受中心位置を変化させることが可能な構成とすることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項５】
請求項３に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、トップフォイルの円周方向の中央部にトップフォイルを半径方向の任意の位置に調整できるような位置調整ブロックを軸受ハウジング側に設け、トップフォイルの曲率を調整し、軸受気体膜厚さおよび軸受中心位置を変化させることが可能な構成とすることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項６】
請求項３に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、軸受ハウジングのトップフォイルの固定側の端部にバンプフォイル及びトップフォイルの固定面に部分的に隙間を設け、トップフォイル及びバンプフォイルの固定ねじの締め付け調整によりトップフォイルの曲率を調整することが可能な構成とすることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項７】
請求項３に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、トップフォイルがその固定していない側の端部を延長し、隣り合う分割片のトップフォイルの固定側の端部に覆いかぶさる形状をもち、フォイル軸受の分割により生じる軸受面の不連続部分を補う形状を持つ構成とすることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項８】
請求項３に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、トップフォイルがその固定側の端部を延長し、隣り合う分割片のトップフォイルの固定していない側の端部に覆い被さる形状を持ち、フォイル軸受の分割により生じる軸受面の不連続部分を補う形状を持つ構成とすることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項９】
請求項３に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、隣り合う分割片との間に生じるトップフォイルにより形成される軸受面の不連続部分に適切な圧力を持つ空気を外部から圧入することを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【請求項１０】
請求項３に記載の分割型気体潤滑式フォイル軸受において、トップフォイルの円周方向の両端部の軸受面側の角部に極小さな曲率のなめらかな形状をしたトップフォイルを持つ構成とすることを特徴とする分割型気体潤滑式フォイル軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横置き型小型高速ガスタービン発電システムなどに用いられる気体潤滑式フォイル軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の気体潤滑式フォイル軸受を図１３の断面図を参照して説明する。フォイル軸受は回転軸１を支持する軸受面を構成するリング形状をしたトップフォイル２を持ち、トップフォイル２の外周側にはこれを支持するリング形状をしたバンプフォイル３が設けられている。さらにバンプフォイル３はリング形状をした軸受ハウジング４の内面とトップフォイル２に接触し、トップフォイル２を支持している。トップフォイル２とバンプフォイル３は固定部６で軸受ハウジング４に接合され、その位置を固定している。
【０００３】
回転軸１が回転している時に、回転軸１は、軸表面の摩擦によって気体を巻き付けながら回転しており、トップフォイル２の軸受面との間に気体を巻き込み隙間が生じる。さらに回転軸１が回転することによりこの隙間内に気体が流れ込み、気体膜５が形成され軸受面の潤滑が行われる。すなわち回転軸１が回転すると軸受面との間にクサビ状の気体膜５を生じ、この気体膜５を介して回転軸１が支持されている。
【０００４】
ところで、フォイル軸受は前述したようにリング形状となっており、回転軸の軸受部分を組立てるときには回転軸の軸受部にあらかじめ回転軸の軸長手方向からフォイル軸受を挿入し、回転軸ごと軸受を所定の位置へ固定する必要がある。したがって、回転軸の軸端部の外周直径はフォイル軸受の内周直径より小さく設計しておかなければならない。そのため回転軸の軸連結部分の伝達動力、伝達トルクに制限が生じ回転機器の基本仕様に影響を及ぼす場合がある。
【０００５】
また、回転軸は停止中において、自重により大きく下方へ偏心して回転軸表面と軸受表面は接触している。回転軸が回転することにより、軸表面の摩擦による気体の巻き込みが生じ、回転軸表面と軸受表面との間に気体膜が生じるものの低速回転時では気体の巻き込み量が少なく、回転軸を支える気体膜は膜厚さが薄く気体膜による押し上げ量が少ない。そのため、回転軸中心は軸受中心から下方へ偏芯した状態で回転する。回転速度が上昇することにより、気体の巻き込み量が増加して気体膜が厚くなり、回転軸が浮上し、回転軸の中心位置は軸受の中心位置に対する偏芯が減少していく。
【０００６】
横置型の小型高速ガスタービン発電システム等では、ユニットを起動するために起動モータにより駆動する。起動モータに電流を流すとモータは作動し、回転し始めるが、同時に回転軸に対して電磁吸引力が起動モータの回転子に作用する。電磁吸引力は、回転子の固定子との距離が最も近い位置に鉛直下向きに作用する。この電磁吸引力は起動モータ固定子と回転子との間隙（ギャップ）が狭い程強く作用する。前述の通り回転軸は停止時において自重により大きく下方へ偏心していることから、起動モータの固定子に対して回転子は、鉛直下方の隙間が小さくなり、起動時には鉛直方向下向きに強い電磁吸引力が回転軸に作用する。また、低速回転時では軸表面の摩擦による気体の巻き込み量が少なく、回転軸を支える気体膜は膜厚さが薄く気体膜による押し上げ量が少ない。
【０００７】
したがって、起動時には回転軸が鉛直下方に大きく引き寄せられ回転摩擦が大きく発生するので、起動モータに大トルクを発生させる性能が要求される。また、フォイル表面と回転軸表面との間に焼き付きなどが生じて、ユニットが起動できなくなることがある。つまり軸受の中心と起動モータの中心が一致している状態で起動しようとすると、回転軸の支持部である軸受部において鉛直下方に回転軸が偏芯して前述のような過大な摩擦が生じ、ユニットの起動ができなくなることがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
小型高速ガスタービン発電システムは、駆動用ガスタービンと起動モータを兼ねた発電機からなり、互いの回転軸はカップリングフランジにより連結されている。各回転軸は軸受を持つが、連結用のカップリングフランジにより内側に設けられている場合が多い。したがって、従来のリング形状をしたフォイル軸受を持つ小型高速ガスタービン発電システムでは、軸受部分の組立作業は回転軸を軸受に挿入しなければならないため、回転軸の連結用カップリング外周直径は軸受の内周直径より小さくする必要がある。
【０００９】
一方、カップリングフランジの外周直径等のカップリングの形状は回転軸の強度にかかわるものであり、伝達トルクを制限するパラメータとなる。さらに、カップリングの形状は互いのカップリングを連結するカップリングフランジの締結用ボルトの形状を制限する。カップリングフランジの締結用ボルトの形状が小さくなると、取付け取外しの作業性が悪くなる場合が多い。また軸受部分の点検時には回転軸ごと軸受を分解し、各回転軸端部から軸受を抜き取り内部を点検することとなり、比較的装置の分解範囲が広くなる。このように従来のリング形状をしたフォイル軸受では形状に関する問題がある。
【００１０】
また、横置型の小型高速ガスタービン発電システムでは、発電効率を向上させる観点から減速装置などを介在することなく、ガスタービンの回転軸は発電機の回転子とカップリングフランジで直接連結されていることが一般的である。そして、システム起動時にガスタービンが着火するまで、着火に必要な圧縮空気をガスタービンに送り込むために、低速回転数でのクランキング運転が必要となる。
【００１１】
従って、従来の技術で述べたように、起動時（停止時〜低速回転時）の回転軸の偏芯が大きい時に強く作用する電磁吸引力により、必要な起動トルクが増大してシステムを起動できなかったり、フォイルに焼き付きが発生して軸受に関する不具合が生じたりする危険性がある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は、フォイル軸に制約されずに動力伝達軸の形状を決めることができ、かつ起動時のトルクを低減し、軸受面の焼き付きを防止可能とした分割型気体潤滑式フォイル軸受を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受の発明は、軸受ハウジングの内周側にバンプフォイルを配置し、このバンプフォイルの内周側にトップフォイルを配置しているフォイル軸受において、前記軸受ハウジングを円周方向に２分割して分割片ごとに独立した構造として構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１によると、フォイル軸に関して、軸受ハウジングを円周１８０°分の半円弧に分割し、その円弧にあわせトップフォイルとバンプフォイルもそれぞれ半円弧形状に分割する。各々の軸受ハウジングの内面にトップフォイルとバンプフォイルは接合固定されており、また分割したフォイル軸受は各々半円弧状の独立したフォイル軸受を構成する。各軸受ハウジングは分割面をねじによって互いに接合し、リング状の軸受に組立てることが可能な構造である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、周方向に２分割以上の複数に分割構成されていることを特徴とする。  請求項２によると、フィル軸受に関して、軸受ハウジングを複数の円弧状に分割し、その円弧に合わせトップフォイルとバンプフォイルもそれぞれ複数の円弧形状に分割する。軸受ハウジングの分割片の内面にトップフォイルとバンプフォイルは接合されている。分割したフォイル軸受は各々円弧状の独立した分割片を構成する。分割片の軸受ハウジングは隣り合った分割面をねじによって締結され、リング状の軸受に組立てることが可能な構造である。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、軸受ハウジングにトップフォイルおよびバンプフォイルの一端がねじで取付けられており、トップフォイルとバンプフォイルの取付け、取外しが任意にできるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３によると、フォイル軸受に関して、軸受ハウジングを円周１８０°分の半円弧に分割し、その円弧に合わせトップフォイルとバンプフォイルもそれぞれ半円弧状に分割する。トップフォイルとバンプフォイルは、分割した軸受ハウジングの分割部の側面に固定ねじで固定されている。分割したフォイル軸受は各々半円弧状の独立した分割片を構成する。分割片の軸受ハウジングは隣り合った分割面をねじによって締結され、リング状の軸受に組立てることが可能な構造である。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、トップフォイルの固定していない側の端部の半径方向の位置を軸受ハウジング側に配置した位置調整ねじにより任意の位置に調整し、トップフォイルの曲率を調整し、軸受気体膜厚さおよび軸受中心位置を変化させることが可能な構成とすることを特徴とする。
【００１９】
請求項４によると、円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの分割片の円周方向の側面にトップフォイルとバンプフォイルの一端を固定ねじで固定しているフォイル軸受において、軸受ハウジングのトップフォイルとバンプフォイルが固定されていない端部の外周面側から軸受の半径方向内側に向かって軸受ハウジングを貫通するトップフォイル位置調整ねじを設ける。トップフォイル位置調整ねじの先端は、トップフォイル及びバンプフォイルが固定されていない側の先端部分に外周側から接触しており、トップフォイルの当該先端部分を軸受の内周側に押し付けることが可能で、弾性変形範囲内でトップフォイルとバンプフォイルの先端部分の半径方向位置を任意に調整することができる。トップフォイルは曲げ方向に対して適切な剛性を持つようにあらかじめ調整してあり、固定されていない側のトップフォイルの端部をトップフォイル位置調整ねじで半径方向内側に押し付けると、トップフォイルの曲率半径は小さくなる。と同時に、バンプフォイルはトップフォイルに内周側から押し付けられる。バンプフォイルもあらかじめ適切な曲げ剛性を持つように調整しておき、弾性変形範囲内でトップフォイルを支持する位置を変えることが可能である。このようにトップフォイル位置調整ねじを調整することにより、回転軸の表面とフォイル軸受の表面との隙間を任意に変化させることができ、かつフォイル軸受の中心位置を変化することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、トップフォイルの円周方向の中央部にトップフォイルを半径方向の任意の位置に調整できる位置調整ブロックを軸受ハウジング側に設け、トップフォイルの曲率を調整し、軸受気体膜厚さおよび軸受中心位置を変化させることが可能な構成とすることを特徴とする。
【００２１】
請求項５によると、円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの分割片の円周方向の側面にトップフォイルとバンプフォイルの一端を固定ねじで固定しているフォイル軸受において、軸受ハウジングの円周方向９０°位置にあたる半円弧の中央部にトップフォイルとバンプフォイルの半径方向位置調整ブロックを設ける。トップフォイル位置調整ブロックは、先端がコの字型になっており、軸受ハウジングの中央部に外周側からコの字をかぶせるように置く。コの字の先端は帯状のトップフォイルの周方向の中央部を幅方向に両側から抱きかかえるように軸受面を形成している面の裏側に接合しておく。位置調整ブロックを軸受の半径方向に移動することによってトップフォイルの中央部が半径方向に移動し、軸受中心を半径方向に移動することが可能となる。トップフォイルの位置調整は、トップフォイルと軸受ハウジングの間に挟まれたバンプフォイルの弾性変形範囲内で行い、かつバンプフォイルとトップフォイルおよび軸受ハウジングの接触部が離れない範囲で行う。また位置調整ブロックは軸受ハウジングの幅方向の両側面に位置固定ねじで固定してあり、軸受の半径方向に移動が可能なように固定部のねじ穴は軸受の半径方向に長穴となっており、位置調整範囲内の任意の位置で位置調整ブロックを軸受ハウジングの側面に固定することを可能にしている。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、軸受ハウジングのトップフォイルの固定側の端部にバンプフォイル及びトップフォイルの固定面に部分的に隙間を設け、トップフォイル及びバンプフォイルの固定ねじの締め付け調整によりトップフォイルの曲率を調整することが可能な構成とすることを特徴とする。
【００２３】
請求項６によると、円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの分割片の円周方向の側面にトップフォイルとバンプフォイルの一端を固定ねじで固定しているフォイル軸受において、軸受ハウジングの固定ねじ締め付け部を一部切り欠き、トップフォイルとバンプフォイルの固定ねじの締め付け力を調整することによりトップフォイルとバンプフォイルを固定している軸受ハウジングの分割部の側面を軸受の円周方向に弾性変形させ、軸受ハウジングに対するトップフォイルとバンプフォイルの固定支持位置を変えることができる。したがって同固定ねじの締め付け力を調整することにより、トップフォイルにより形成されている軸受中心位置を変化させることが可能になる。
【００２４】
軸受ハウジングの分割部の側面にあるトップフォイルの固定部分は、円周方向に適切な曲げ剛性を持たせた固定板になっており、固定板には固定ねじが貫通するための穴があいている。固定板は固定ねじの締め付け力を変化させたときにその板面が円周方向に任意の位置に変位するように、軸受ハウジングの円周方向の端部に半径方向に切り欠きを設け、固定板を形成している。固定板は、軸受外周側の辺で軸受ハウジングと接合しており、軸受を正面から見ると固定板の部分は軸受ハウジングの一部が軸受の内周側に向ってコの字型となるような形状をしている。固定ねじは固定板のねじ穴と貫通し、固定板変位用の隙間を通って軸受ハウジングの円周方向側面に締め付けられている。したがって固定ねじの締め付け力を変化させると、固定板が軸受の円周方向へ軸受ハウジングの円周方向の端部の切り欠きの範囲を変位し、固定板に取り付けられているトップフォイルとバンプフォイルはその固定位置が円周方向と並進方向に変位することができる。ここでこの固定位置を軸受の水平部分付近に配置すれば、固定ねじの締め付け力を調整することによりトップフォイルとバンプフォイルは上下方向に移動する。したがって、トップフォイルにより形成される軸受中心を上下方向の任意の位置に調整することが可能となる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、トップフォイルがその固定していない側の端部を延長し、隣り合う分割片のトップフォイルの固定側の端部に覆いかぶさる形状をもち、フォイル軸受の分割により生じる軸受面の不連続部分を補う形状を持つ構成とすることを特徴とする。
【００２６】
請求項７によると、円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの分割片の円周方向の側面にトップフォイルとバンプフォイルの一端を固定ねじで固定しているフォイル軸受において、トップフォイルの円弧長さを１８０°分以上とし、軸受ハウジング及びバンプフォイルの円弧長さより大きくしておく。トップフォイルとバンプフォイルを軸受ハウジングに固定する部分の構造は請求項３と同様である。フォイル軸受の分割片を組立てると、トップフォイルの半固定端側の端部は、隣の分割片のトップフォイルの固定部分に覆い被さりトップフォイルによって構成される軸受面が軸受を分割することによって不連続になる部分を補うことができる。分割片同士のトップフォイルが重複する部分はトップフォイルの厚さを互いに斜めに薄くし重なり合った状態で１枚分の厚さになるような形状とし、複数のフォイル軸受の分割片を組み合わせても連続した滑らかな軸受面を構成できる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項３に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、トップフォイルがその固定側の端部を延長し、隣り合う分割片のトップフォイルの固定していない側の端部に覆い被さる形状を持ち、フォイル軸受の分割により生じる軸受面の不連続部分を補う形状を持つ構成とすることを特徴とする。
【００２８】
請求項８によると、円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの分割片の円周方向の側面にトップフォイルとバンプフォイルの一端を固定ねじで固定しているフォイル軸受において、トップフォイルの円弧長さを１８０°分以上とし、軸受ハウジング及びバンプフォイルの円弧長さより大きくしておく。トップフォイルとバンプフォイルを軸受ハウジングに固定する側のトップフォイルを軸受ハウジングの円弧長さより長くとり、半固定側は軸受ハウジングの分割面と同一位置に配置するようなトップフォイル形状とする。フォイル軸受の分割片を組立てると、トップフォイルの固定端側の端部は、隣の分割片のトップフォイルの半固定端部分に覆い被さりトップフォイルによって構成される軸受面が軸受を分割することによって不連続になる部分を補うことができる。分割片同士のトップフォイルが重複する部分はトップフォイルの厚さを互いに斜めに薄くし重なり合った状態で１枚分の厚さになるような形状とし、複数のフォイル軸受の分割片を組み合わせても連続した滑らかな軸受面を構成できる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項３に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、隣り合う分割片との間に生じるトップフォイルにより形成される軸受面の不連続部分に適切な圧力を持つ空気を外部から圧入することを特徴とする。
【００３０】
請求項９によると、円周１８０°分の半円弧に分割した分割片で構成されて、分割部分に軸受面の不連続部分がある分割型フォイル軸受で、軸受面が連続であった場合に回転軸が回転中に構成される軸受表面と回転軸軸受部の表面間の気体膜に相当する適正に圧力調整された流体を軸受面の不連続部分に外部より圧入する。フォイル軸受面は不連続となるが、回転軸の周りには円周３６０°にわたり連続した気体膜が確保可能となる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、請求項３に記載の分割型気体油滑式フォイル軸受において、トップフォイルの円周方向の両端部の軸受面側の角部に極小さな曲率のなめらかな形状をしたトップフォイルを持つ構成とすることを特徴とする。
【００３２】
請求項１０によると、円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの各々の分割部の側面にトップフォイルとバンプフォイルの一端を固定ねじで固定し、トップフォイルの半固定端側の端部を、隣の分割片のトップフォイルの固定部分に覆い被さりトップフォイルによって構成される軸受面が軸受を分割することによって不連続になる部分を補うフォイル軸受において、トップフォイルの反固定端の端面の表面側角部を円弧形状とし、回転軸表面と当該角部が接触した場合の摩擦抵抗を低減することが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の正面断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、軸受ハウジング４の内周側にバンプフォイル３を配置し、バンプフォイルの内周側にトップフォイル２を配置している。トップフォイル２は回転軸１の外周面との間に適切な隙間が確保できるような直径を保ち、軸受面を形成しており回転軸１を支持している。ここで軸受ハウジング４は円周１８０°分の半円弧の形状をしており、２つの軸受ハウジングを組み合わせてリング状の軸受を形成する。軸受ハウジング４の内周面には同様に円周１８０°分の半円弧の形状をしたバンプフォイル３を配置し、その接触部分７は互いに離れないように接合する。このように半円弧形状の２つの独立したフォイル軸受の分割片を締結ねじ８で締結しリング状のフォイル軸受となる。
【００３４】
分割型フォイル軸受は、まず半円弧状の下半側の分割片を装置架台の軸受支持位置に置き、その軸受面上に回転軸を置く。さらに上半側の分割片を回転軸の上からかぶせ下半側の分割片に締結してリング状の軸受を形成する。上半と下半のフォイル軸受の分割片は、軸受の水平部付近の接合部分に締結用のねじを設けておき互いに締結する。締結ねじ８は、上半側の分割片の軸受ハウジングの接合面に垂直に貫通する貫通穴９を通り下半側の分割片の軸受ハウジングの接合面に垂直にあけられたねじ穴１０に入る。上半側の分割片の接合面にあけられた貫通穴９の軸受ハウジング４の外周面側の出口は斜めに貫通しており、締結ねじ８を締付けたときにねじの座面が軸受ハウジング４に斜めに接触するため、締結ねじ８の締め付け座面が確保できるように軸受ハウジング４の当該部分に座ぐり１１を設けておく。このようにしてフォイル軸受を半円弧状に分割しておくことによって回転軸１を軸受に軸長手方向から挿入する必要がなくなり、回転軸１のカップリング部の形状を軸受内周直径に影響されずに決定することが可能となる。
【００３５】
上述したように、本実施形態によると、回転軸端のカップリングフランジの大きさおよびカップリング部の形状をフォイル軸受の内周直径に影響されず、決定可能となり、回転軸の伝達動力を自由に選定できるようになる。さらに、カップリングフランジの締結用ボルトなどのカップリング部の構造を作業性を考慮した設計にすることができる。また、軸受部分の分解範囲が狭くなり、点検、修理作業が容易に行えるようにすることができる。
【００３６】
さらに起動時にフォイル軸受中心を調整することができ、回転軸の支持位置を任意に変位させ起動モータの電磁吸引力を低減させ、起動トルクを低減し、かつ軸受面の焼き付きを防止することが可能となり、起動から負荷運転、停止までいかなる回転速度においても安定した軸受の支持状態を確保することができる。
【００３７】
図２は本発明の第２実施形態の正面断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、軸受ハウジング４の内周側にバンプフォイル３を配置し、バンプフォイル３の内周側にトップフォイル２を配置している。トップフォイル２は回転軸１の外周面との間に適切な隙間が確保できるような直径を保ち、バンプフォイル３と軸受ハウジング４に支持されて軸受面を形成している。ここで軸受ハウジング４はリング状の軸受を複数の円弧形状の軸受ハウジングに分割した分割片にする。軸受ハウジング４の内周面には同様に適切な弧角の円弧の形状をしたバンプフォイル３を配置し、その接触部分７は互いに離れないように接合する。このように適切な弧角の円弧形状をした軸受ハウジング４に同様な円弧形状をしたバンプフォイル３とトップフォイル２を接合した独立している円弧形状のフォイル軸受の分割片を互いに締結ねじ８で組み合わせてリング状のフォイル軸受に組立てる。
【００３８】
フォイル軸受は、図１の第１実施形態と同様に下半側の複数のフォイル軸受を軸受けの支持位置に置き、その軸受面上に回転軸を置く。さらに上半側の複数のフォイル軸受を回転軸の上からすでに組立てた下半側の複数のフォイル軸受の上にかぶせリング状の軸受に組立てる。フォイル軸受の分割片は、円周方向端面の接合部分に締結ねじ８を設けておき互いに締結する。締結ねじ８は、一方のフォイル軸受の分割片の接合面に垂直に貫通する貫通穴９を通り他方のフォイル軸受の分割片の接合面に垂直にあけられたねじ穴１０に入る。
【００３９】
一方の分割片の接合面にあけられた貫通穴９の軸受ハウジングの外周面側の出口は、斜めに貫通しており、締結ねじ８を締め付けたときにねじの座面が軸受ハウジングに斜めに接触するため、締結ねじ８の締め付け座面が確保できるように軸受ハウジングの当該部分に座ぐり１１を設けておく。こうして円弧状に分割された分割片を互いに連結し、装置全体を組立てるときに回転軸の下側に入る分割片と、上にかぶさる分割片を必要に応じて分けて組立てることによって回転軸を軸受に軸長手方向から挿入する必要がなくなり、回転軸のカップリング部の形状を軸受内周直径に影響されずに決定することが可能となる。本実施形態も第１実施形態と同様な効果を奏する。
【００４０】
図３は、本発明の第３実施形態の正面断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、軸受ハウジング４の内周側にバンプフォイル３を配置し、バンプフォイル３の内周側にトップフォイル２を配置している。トップフォイル２は回転軸１の外周面との間に適切な隙間が確保できるような直径を保ち、軸受面を形成しており回転軸１を支持している。ここで軸受ハウジングは円周１８０°分の半円弧の形状をしており、２つの軸受ハウジング４を組み合わせてリング状の軸受を形成する。バンプフォイル３とトップフォイル２は円周方向の一端に固定板１２を持ち、固定板１２は軸受ハウジング４の分割面の一端に固定ねじ１３で固定する。トップフォイル２とバンプフォイル３の固定板１２は軸受ハウジングの形に合わせて軸受支持面に対して折り曲げておく。
【００４１】
固定ねじ１３の取り付け部分は、上半側のフォイル軸受の分割片と下半側のフォイル軸受の分割片の締結面でもあるため、上下半の分割片を締結したときに各フォイルの固定ねじの頭部が干渉しないように一方の分割片の軸受ハウジングにあるフォイルの固定面に対面する他方の分割片の軸受ハウジングの締結面にフォイル固定用ねじの頭部が入る大きさの座ぐり部分を設けておく。上下半のフォイル軸受の分割片は第１実施形態と同様に締結ねじ８によってリング状のフォイル軸受けに組立てることができ、軸受の内周直径にかかわらず回転軸軸端部のカップリング形状を決めることが可能である。
【００４２】
また、軸受ハウジング４の内周面とバンプフォイル３、バンプフォイル３とトップフォイル２の接触部分７は回転軸１を支持することにより付加される荷重で接触しているだけで接合はしない。したがって、回転軸１の振れまわりなどにより生じる振動で各接触部分７は自由に動くことが可能であり、互いにこすれあうことによって摩擦抵抗が発生し、振動の減衰効果を得ることが期待できる。さらにトップフォイル２とバンプフォイル３は固定ねじ１３で軸受ハウジング４に固定しているので、トップフォイル２の軸受面に摩耗などの劣化が生じ、軸受機能が維持できなくなった場合、あるいはトップフォイル、バンプフォイル、軸受ハウジングに接触部分の摩耗が著しくなり、軸受の機能が維持できなくなった場合に、固定ねじ１３を取り外し、必要なものだけを交換することによって、再び軸受の機能を回復することが可能である。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００４３】
図４は本発明の第４実施形態の正面断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、図３の第３実施形態のトップフォイルとバンプフォイルを備える半円弧に分割したフォイル軸受で、トップフォイル２の固定端と反対側の端部にトップフォイル位置調整機構１４を持っている。軸受ハウジング４のトップフォイル２とバンプフォイル３の固定面と反対側の端部に軸受ハウジングの外周側から半径方向へ内周側に向けてトップフォイル位置調整ねじ穴１４ａを設ける。トップフォイル位置調整ねじ１４ｂは、ねじ穴１４ａを貫通し、その先端はトップフォイル２の固定端と反対側の端部に接触しており、トップフォイル位置調整ねじ１４ｂを締めこむことにより、ねじの先端は軸受ハウジング４の内周側に移動し、トップフォイル２の端部の位置を内周側に変位させることができる。トップフォイル２は曲げ方向に対して適切な剛性を確保してあり、トップフォイルの固定されていない側の端部を半径方向内側に押し付けると、トップフォイルの曲率半径は弾性変形範囲内で小さくなる。このときバンプフォイル３はトップフォイル２に内周側から押し付けられるが、バンプフォイル３も適切な曲げ剛性を持ち、弾性変形範囲内でトップフォイル２を支持する位置を変えることが可能であり、トップフォイル２により構成される軸受中心を移動することが可能となる。したがって運転状態に合わせてトップフォイル位置調整ねじ１４ｂを調整することにより、回転軸１に対して適切な軸受中心の位置を得ることができ、安定した運転が可能となる。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００４４】
図５は本発明の第５実施形態の正面断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、図３の第３実施形態の円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの分割片の側面にトップフォイル２とバンプフォイル３の一端を固定ねじ１３で固定しているフォイル軸受において、軸受ハウジング４の円周方向９０°位置にあたる半円弧の中央部にトップフォイル２とバンプフォイル３の半径方向位置調整ブロック１５を設ける。トップフォイル位置調整ブロック１５は、先端がコの字型になっており、軸受けハウジング４の中央部に外周側からコの字をかぶせるように置く。コの字の先端は帯状のトップフォイル２の周方向の中央部を幅方向に両側から抱きかかえるように軸受面を形成している面の裏側に接合しておく。
【００４５】
したがって、位置調整ブロック１５を軸受の半径方向に移動することによってトップフォイル２の中央部が半径方向に移動する。トップフォイルの位置調整は、トップフォイル２と軸受ハウジング４の間に挟まれたバンプフォイル３の弾性変形範囲内で行い、かつバンプフォイル３とトップフォイル２および軸受ハウジング４の接触部が離れない範囲で行う。また位置調整ブロック１５は軸受ハウジングの幅方向の両側面に固定ねじ１６で固定してあり、軸受の半径方向に移動が可能なように固定部のねじ穴１７は軸受の半径方向に長穴となっており、前述の位置調整範囲内の任意の位置でトップフォイル位置調整ブロック１５を軸受ハウジング２の側面に固定することを可能にしている。このように運転状態に合わせてトップフォイルの位置調整ブロックを適切に調整することにより軸受中心を適切な位置に移動することができ、安定した運転が可能となる。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００４６】
図６は本発明の第６実施形態の正面断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、図３の第３実施形態の円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの分割片の側面にトップフォイル２とバンプフォイル３の一端を固定ねじ１８で固定しているフォイル軸受において、軸受ハウジング４の固定ねじ締め付け部を一部切り欠き、トップフォイル２とバンプフォイル３の固定ねじ１８の締め付け力を調整することによりトップフォイル２とバンプフォイル３を固定している軸受ハウジング４の分割部の側面を軸受の円周方向に弾性変形させ、軸受ハウジングに対するトップフォイルとバンプフォイルの固定支持位置を変えることができる。したがって、固定ねじ１８の締め付け力を調整することにより、トップフォイル２により形成されている軸受中心位置を変化させることを可能にしている。
【００４７】
軸受ハウジングの分割部の側面にあるトップフォイル固定部分は、円周方向に適切な曲げ剛性を有する固定板１９になっており、固定板１９には固定ねじ１８が貫通するための貫通穴２０をあける。固定板１９は固定ねじ１８の締め付力を変化させたときにその板面が円周方向に任意の位置に変位するように、固定板１９が固定ねじ１８で締め付けられる方向に固定板１９と軸受ハウジング４の円周方向の側面との間には適切な隙間２１を確保してある。固定板１９は軸受外周側の辺で軸受ハウジングと接合しており、軸受を正面から見ると固定板の部分は軸受ハウジングの一部が軸受の内周側に向かってコの字型にしておく。固定ねじは固定板のねじ穴を貫通し、固定板変位用の隙間を通って軸受ハウジングの円周方向の側面に締め付けられている。したがって、固定ねじ１８の締め付け力を変化させると、固定板１９に取り付けられているトップフォイル２とバンプフォイル３はその固定位置が円周方向に変位することができる。
【００４８】
ここでこの固定位置を軸受の水平部分付近に配置すれば、固定ねじの締め付け力を調整することによりトップフォイル２とバンプフォイル３は軸受ハウジング４の鉛直下方に移動することになり、トップフォイル２により形成される軸受中心の位置を上下方向の適切な位置に調整することができ安定した運転が可能となる。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００４９】
図７は本発明の第７実施形態の正面断面図であり、図８は図７のトップフォイルが重なり合う部分の拡大断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、図３の第３実施形態の１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジングの分割片の円周方向の側面にトップフォイル２とバンプフォイル３の一端を固定ねじ１３で固定しているフォイル軸受において、トップフォイル２の円弧長さを１８０°分以上とし、軸受ハウジング４及びバンプフォイル３の円弧長さより大きくしておく。トップフォイル２とバンプフォイル３を軸受ハウジング４に固定する部分の構造は図３の第３実施形態と同様である。フォイル軸受の分割片を組立てると、トップフォイルが固定されていない側の端部は、隣の分割片のトップフォイルの固定部分に覆い被さり、軸受を分割することによってトップフォイルの軸受面が不連続になる部分を補うことができる。トップフォイル２の端部の形状は、図８に示すように、分割片同士の「トップフォイルが重なり合う部分」２２をトップフォイル２の先端に向かい徐々に厚さを薄くし互いに重なり合った状態でトップフォイル１枚分の厚さになるようにしており、分割片の境界部分でトップフォイルが重なり合う部分においても連続した滑らかな軸受面が構成される。
【００５０】
したがって、複数の分割片から構成されるフォイル軸受において、分割片の境界部分を無くすことができ、従来のリング状フォイル軸受と同様な機能を維持することが可能である。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５１】
図９は、本発明の第８実施形態の正面断面図であり、図１０は図９のトップフォイルが重なり合う部分の拡大断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、図３の第３実施形態の円周１８０°分の半円弧の分割した軸受ハウジング４の分割片の円周方向の側面にトップフォイル２とバンプフォイル３の一端を固定ねじ１３で固定しているフォイル軸受において、トップフォイル２の円弧長さを１８０°分以上とし、軸受ハウジング４及びバンプフォイル３の円弧長さより大きくしておく。トップフォイル２は軸受ハウジング４に「固定される側の端部」２４を軸受ハウジングの円弧長さより長くとり、「固定されていない側の端部」２３の円周方向位置を軸受ハウジングの分割面と同一位置になるように固定する。フォイル軸受の分割片を組立てると、トップフォイルの「固定される端部」２４は、隣の分割片のトップフォイルの「固定されない側の端部」２３に覆い被さるようになっており、軸受を分割することによって不連続になるトップフォイル２の軸受面を補うことができる。分割片同士の「トップフォイルが重なり合う部分」２２は図１０に示すように、トップフォイルの先端に向かい徐々に厚さを薄くし互いに重なり合った状態でトップフォイル１枚分の厚さになるようにしており、分割片の境界部分でトップフォイルが重なり合う部分においても連続した滑らかな軸受面が構成される。
【００５２】
したがって、複数の分割片から構成されるフォイル軸受において、分割片の境界部分を無くすことができ、分割型フォイル軸受において、従来のリング状のフォイル軸受と同様な機能を維持することが可能である。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５３】
図１１は本発明の第９実施形態の正面断面図である。
図に示すように、本実施の形態のフォイル軸受は、図３の第３実施形態の円周１８０°分の半円弧に分割した分割片で構成されて、分割部分に軸受面の不連続部分がある分割型フォイル軸受で、軸受ハウジング４に圧縮気体を圧入する貫通穴２５を設ける。貫通穴２５は分割片の間にできる「軸受の不連続部分」２６に設け、軸受ハウジングの外周面側から内周面に貫通している。圧縮気体は、回転軸１の回転状態により軸受面に生じる気体膜５の圧力に合うように気体圧縮装置２７で適切にその圧力を調整する。圧力を調整された気体は、気体圧縮装置２７から管２８によって軸受ハウジング４に導かれ、軸受ハウジング４の貫通穴２５へ圧入される。圧縮された気体は貫通穴２５を通り、フォイル軸受の分割片の間の軸受不連続部分を満たす。軸受の不連続部分を満たす圧縮気体は、あらかじめ回転軸１が回転したときにフォイル軸受の不連続部分に本来あるべき気体膜５の圧力に調整されているため、回転軸のまわりに連続した気体膜を作ることができ、分割型フォイル軸受において従来のリング状のフォイル軸受と同様な機能を維持することが可能である。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５４】
図１２は本発明の第１０実施形態のフォイル軸受のトップフォイルが重なり合う部分の拡大断面図である。
図に示すように、本実施形態のフォイル軸受は、図７の第７実施形態の円周１８０°分の半円弧に分割した軸受ハウジング４の分割片の円周方向の側面にトップフォイル２とバンプフォイル３の一端を固定ねじ１３で固定し、トップフォイル２が「固定されていない側の端部」２３を、隣の分割片のトップフォイルの「固定されている側の端部」２４に覆い被さり、トップフォイルによって構成される軸受面が軸受を分割することによって不連続になる部分を補うフォイル軸受において、トップフォイルの両側端面の表面側の角部２９を適切な円弧形状としている。このような構成により回転軸表面と当該角部が接触した場合においても摩擦抵抗をできるだけ低減させ、かつ回転軸１の表面あるいはトップフォイル２の表面の接触傷の発生を低減することができる。
【００５５】
したがって、さまざまな運転状態において、長期間にわたり、適切な軸受気体膜の形成を確保することが可能となる。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、小型高速ガスタービン発電システムにおいて、動力伝達軸の形状をフォイル軸に制約されず決めることが可能となり、また伝達動力量もフォイル軸受に制約されることはなく、さらに起動時のトルクを減少させ、かつ軸受面の焼き付きを防止することが可能になり、起動から負荷運転、停止までいかなる回転速度においても安定した運転を維持することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の正面断面図。
【図２】本発明の第２実施形態の正面断面図。
【図３】本発明の第３実施形態の正面断面図。
【図４】本発明の第４実施形態の正面断面図。
【図５】本発明の第５実施形態の正面断面図。
【図６】本発明の第６実施形態の正面断面図。
【図７】本発明の第７実施形態の正面断面図。
【図８】図７のトップフォイルが重なり合う部分の拡大断面図。
【図９】本発明の第８実施形態の正面断面図。
【図１０】図９のトップフォイルが重なり合う部分の拡大断面図。
【図１１】本発明の第９実施形態の正面断面図。
【図１２】本発明の第１０実施形態のフォイル軸のトップフォイルが重なり合う部分の拡大断面図。
【図１３】従来のフォイル軸受の正面断面図。
【符号の説明】
１…回転軸、２…トップフォイル、３…バンプフォイル、４…軸受ハウジング、５…気体膜、６…固定部、７…接触部分、８…締結ねじ、９…貫通穴、１０…ねじ穴、１１…座ぐり、１２…固定板、１３…固定ねじ、１４…トップフォイル位置調整機構、１５…位置調整ブロック、１６…固定ねじ、１７…ねじ穴、１８…固定ねじ、１９…固定板、２０…貫通穴、２１…隙間、２２…トップフォイルが重なり合う部分、２３…トップフォイルの固定されていない側の端部、２４…トップフォイルの固定されている側の端部、２５…貫通穴、２６…軸受の不連続部分、２７…気体圧縮装置、２８…管、２９…角部。
【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】
2004183830.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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