(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１００）と、ロータ軸（１）と、前記ロータ軸（１）を支持する１つ以上のジャーナル軸受（５）とを備える回転機械を作動させるための方法であって、前記１つ以上のジャーネル軸受（５）が、軸受ハウジング（７）と、前記軸受ハウジング（７）内の軸受面と、前記軸（１）にねじり方向及び軸方向に嵌合され、前記軸受面に面する外面（１３Ｙ）及び前記軸（１）に面する内面（１３Ｘ）を有するスリーブ（１３）と、前記スリーブ（１３）の前記外面（１３Ｙ）と前記軸受面との間の隙間を満たす潤滑油膜とから構成されており、前記スリーブ（１３）の前記外面（１３Ｙ）の半径方向寸法を前記軸（１）の回転速度の関数として変えることによって前記隙間を変える段階を含む方法。
【請求項２】
前記隙間を変える前記段階が、前記軸（１）の回転速度を第１の回転速度から第２の回転速度へ上昇させる段階と、前記回転速度を上昇させている間に前記隙間を減少させる段階とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の回転速度と前記第２の回転速度との間で前記回転速度を上昇させる前記段階が、前記ロータ（１００）の１つ以上の危険回転速度（ω１、ω２）を通過させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記隙間を変える段階が、前記軸（１）の回転速度を第２の回転速度から第１の回転速度へ下降させる段階と、前記回転速度を下降させている間に前記隙間を増大させる段階とを含む、請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記軸（１）の前記回転速度を、前記第２の回転速度と前記第１の回転速度との間の中間の回転速度に維持して、前記軸（１）を冷却して前記隙間を増大させる段階をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記スリーブ（１３）の前記外面（１３Ｙ）の半径方向寸法が、少なくとも前記軸（１）の回転によって生じる遠心力の効果によって変形される、請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記スリーブ（１３）を、軸方向に締め代の度合を変えて前記軸（１）に嵌合する段階をさらに含む、請求項１乃至請求項６のうちののいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記スリーブ（１３）の１つ以上の軸方向端部（１３Ａ、１３Ｂ）を、前記スリーブ（１３）の軸方向中間部（１３Ｃ）より大きな締め代で前記軸（１）に嵌合する段階をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記スリーブ（１３）の前記内面（１３Ｘ）と前記軸（１）との間に環状空洞（１５）を形成する段階をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記環状空洞（１５）を加圧流体で加圧し、前記流体の圧力を前記回転速度の関数として変えて、前記スリーブ（１３）の外径を増大又は減少させて、前記隙間を減少又は増大させる段階をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記加圧流体によって前記軸受から熱を除去する段階をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ロータ（１００）と、ロータ軸（１）と、前記軸（１）を支持する１つ以上のジャーナル軸受（５）とを備える回転機械であって、前記ジャーナル軸受（５）が、
内部に前記軸（１）を回転可能に収容する、軸受面を有する軸受ハウジング（７）と、
前記軸（１）に対してねじり方向及び軸方向で拘束され、前記軸（１）とともに回転する外側スリーブ（１３）であって、前記軸受面に面する外面（１３Ｙ）及び前記軸（１）に面する内面（１３Ｘ）を有する外側スリーブ（１３）と、
前記スリーブ（１３）の前記外面（１３Ｙ）と前記軸受面との間の、潤滑油を満たした隙間と
を備え、
前記軸（１）が回転するとき、前記スリーブ（１３）の前記外面（１３Ｙ）が半径方向に変形されて、その結果、前記軸（１）の回転速度が上昇するとき、前記潤滑油を満たした隙間の半径方向寸法が減少する、回転機械。
【請求項１３】
前記スリーブ（１３）の前記外面（１３Ｙ）が、前記軸（１）の回転によって生じる遠心力の効果の下で半径方向に変形可能である、請求項１２に記載の回転機械。
【請求項１４】
前記スリーブ（１３）が、第１の端部（１３Ａ）、第２の端部（１３Ｂ）、及び前記第１の端部（１３Ａ）と前記第２の端部（１３Ｂ）との間の中間部（１３Ｃ）を有し、前記第１の端部（１３Ａ）及び前記第２の端部（１３Ｂ）の１つ以上が、前記中間部（１３Ｃ）と前記軸（１）との間の締め代より大きな締め代で前記軸（１）に嵌合される、請求項１２又は請求項１３に記載の回転機械。
【請求項１５】
前記第１の端部（１３Ａ）及び前記第２の端部（１３Ｂ）の他方が、前記第１の端部（１３Ａ）及び前記第２の端部（１３Ｂ）の一方と前記軸（１）との間の締め代よりも小さな締め代で前記軸（１）に嵌合される、請求項１４に記載の回転機械。
【請求項１６】
環状空洞（１５）が、前記スリーブ（１３）の前記内面（１３Ｘ）と、前記スリーブ（１３）の前記中間部（１３Ｃ）における前記軸（１）との間に設けられる、請求項１４又は請求項１５に記載の回転機械。
【請求項１７】
前記環状空洞（１５）内に加圧流体を供給するための導管（２６Ａ、２６Ｂ）をさらに備える、請求項１６に記載の回転機械。
【請求項１８】
圧力制御装置が、前記加圧流体の圧力を前記ロータ（１００）の前記回転速度の関数として制御するために設けられる、請求項１７に記載の回転機械。
【請求項１９】
前記スリーブ（１３）が、それの軸方向の展開部に沿って変化する半径方向の厚さを有する、請求項１２乃至請求項１８のいずれかに記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は回転機械に関し、詳細には、限定するものではないが、ガスタービン、蒸気タービン、軸流圧縮機及び遠心圧縮機などのターボ機械に関する。より詳細には、本主題はこのような機械のロータ用の軸受に関する改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャーナル軸受又は流体膜軸受は、一般に、タービンロータ及び圧縮機ロータの軸などの機械のロータの回転軸を支持するために使用される。図１は、２つの端部軸受１０３、１０５で支持された軸１０１を備えるターボ機械のロータ１００を概略的に示す。軸受１０３、１０５は、図２に概略的に示すようなジャーナル軸受、すなわち、いわゆる流体力学的又は流体膜軸受とすることができる。軸１０１は、軸受１０５内で、軸１０１の外面１０１Ａとジャーナル軸受１０５の軸受内面１０５Ａとの間の環状部又は隙間を満たす油膜１０７によって支持される。軸１０１の回転によって、収束する油のくさび１０９、及び発散する油のくさび又は発散する油膜１１１を伴う油の動きが生じる。軸１０１は、油の運動によって生じ、図２に示すような典型的なプロファイル１１２を有する流体力学的な圧力によって支持される。軸受面１０５Ａは、軸受１０５の実質的に円筒状の面によって形成される、又は、軸１０１の回転軸の周りに配置された枢動する複数の軸受パッドによって形成される。
【０００３】
ジャーナル軸受の重要な流体力学的な係数は、軸受の剛性及び減衰である。剛性は、ジャーネル又は軸１０１の変位に対するそれ自体の動きに抗する潤滑油膜の反作用に関係する。軸１０１の下向きの動きは、油膜によって生じる上向きの復元力による反発を受ける。鉛直方向の剛性は、復元力を軸の変位で除すことによって得られる。油膜によって生じる水平方向の復元力となる水平方向の変位は、軸受の水平方向の剛性となる。
【０００４】
さらに重要なジャーナル軸受の流体力学的な係数は減衰である。この減衰係数は速度に関係する。軸の下向きの速度の摂動は、緩衝器と全く同じように、油膜によって生じる上向きの復元力となる。動きが速ければ速いほど、油膜によって生じる反力は大きくなる。同様の減衰効果は、水平方向でももたらされる。減衰は、特定の作動条件下で振動を抑制するという点で有益である。より大きな減衰は、軸受表面と軸受内に収められた回転軸の外面との間の隙間がより大きいほど得られる。しかしながら、より大きな隙間は軸受の剛性を低下させ、ロータの通常の作動条件下では有害となる可能性がある。危険速度を通過するときに最大の減衰を有し、危険速度から離れた、全速度の近くで作動させているときに最大の剛性を有するのは得策である場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３９９７２号公報
【発明の概要】
【０００６】
種々の作動条件下でのジャーナル軸受の挙動を改善するために、ジャーナルは、その外径を半径方向に変形して、ジャーナルの外面とジャーナル軸受の軸受面との間の隙間を選択的に減少又は増大させることができるように設計される。低回転速度では、危険速度を通過する間、より大きな隙間が維持され、減衰効果を増大し、且つ増幅率を低下させ、一方、高回転速度では、ジャーナルの半径方向寸法が増大して、隙間が減少し、軸受の剛性を改善する。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、ロータと、ロータ軸と、前記ロータ軸を支持する１つ以上のジャーナル軸受とを備える回転機械を作動させるための方法であって、１つ以上のジャーネル軸受が、軸受ハウジングと、軸受面と、軸にねじり方向及び軸方向に嵌合されたスリーブと、スリーブの外面と軸受面との間の隙間を満たす潤滑油膜とから構成された、方法が提供される。本方法は、スリーブの外面の半径方向寸法を軸の回転速度の関数として変えることによって、スリーブの外面と軸受面との間の隙間を変える段階を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、隙間を変える段階は、軸の回転速度を第１の回転速度（例えば、ゼロ）から第２の回転速度（例えば、機械の定格速度）へ上昇させる段階と、回転速度を上昇させている間に隙間を減少させる段階とを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、隙間を変える段階は、軸の回転速度を第２の回転速度から第１の回転速度、例えば、ゼロへ下降させる段階と、回転速度を下降させている間に隙間を増大させる段階とを含む。このように高速度から低速度、例えば、ゼロへ回転速度を下降させる間に、軸の回転速度を、第２の回転速度と第１の回転速度との間の中間の回転速度に維持して、軸を冷却して隙間を増大させる段階を提供することができる。
【００１０】
好ましい実施形態では、スリーブの外面の半径方向寸法は、少なくとも軸の回転によって生じる遠心力の効果によって変形される。いくつかの実施形態では、例えば、軸に面するスリーブの内面と軸の外面との間に形成された環状空洞に供給される、限定するものではないが、油などの加圧流体を使用して、スリーブの半径方向寸法にわたってさらに制御することができる。
【００１１】
さらなる態様によれば、ロータと、ロータ軸と、軸を支持する１つ以上のジャーナル軸受とを備える回転機械が提供される。ジャーナル軸受は、軸を回転可能に収容する、軸受面を有する軸受ハウジングを備える。前記軸に対してねじり方向及び軸方向で拘束され、前記軸と一体で回転する外側スリーブがさらに設けられる。外側スリーブは、軸受面に面する外面及び軸に面する内面を有する。スリーブの厚さは軸方向長さに沿って一定又は可変とすることができる。スリーブの外面は円筒状又は非円筒状とすることができる。ジャーナル軸受は、実質的に固定された円筒状軸受面を有する。他の実施形態では、ジャーナル軸受は、ハウジング内に枢動的に支持され、軸受の軸線周りを角度方向に分配された複数のティルティングパッドから構成される。潤滑油を満たした隙間が、スリーブの外面と軸受面との間に形成される。さらに、軸が回転するとき、スリーブの外面は半径方向に変形されて、その結果、軸回転速度が上昇するとき、潤滑油を満たした隙間の半径方向寸法が減少する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、軸は遠心力によって半径方向に変形される。他の実施形態では、軸の半径方向変形は、加圧流体のみによって制御、又は回転速度によってスリーブに生じる遠心力の効果と組み合わさって制御することができる。
【００１３】
特徴及び実施形態は、本明細書で以下に開示され、本説明の不可欠な部分を形成する添付の特許請求の範囲にさらに記載される。上記の簡単な説明は、以下の詳細な説明をよりよく理解することができるように、さらに当分野に対する本発明の寄与をよりよく認識できるように、本発明の様々な実施形態の特徴を記載している。もちろん、以下で説明され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴が存在する。この点において、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の様々な実施形態は、以下の説明で記載され、又は図面に示される構成部品の構造の詳細及び配置に適用されることに限定されないことは理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、また様々な方法で実行及び実施することができる。また、本明細書で利用される表現及び用語は、説明のためのものであって、限定としてみなすべきではないことを理解されたい。
【００１４】
したがって、本開示が基礎を置いている概念は、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、及び／又はシステムを設計するための基礎として容易に利用することができることが、当業者には理解されるであろう。したがって、特許請求の範囲は、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、このような均等な構造を含むものとみなすことが重要である。
【００１５】
添付の図面と併せて検討して、以下の詳細な記載を参照することによって、本発明の開示される実施形態、及びそれに付随するその利点をよりよく理解するようになったとき、これらのより完全な理解を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】２つのジャーナル軸受によって支持されたロータの概略図である。
【図２】ジャーナル軸受及びそれに関係する流体力学的な圧力プロファイルの概略的な断面図である。
【図３】本開示による第１の実施形態における、ジャーナル軸受によって支持された軸端の図である。
【図４】図３の軸に嵌合されたスリーブの概略拡大図である。
【図５−６】軸の種々の作動条件下での、スリーブの軸方向の展開部に沿ったスリーブの外面の半径方向変位を示す線図である。
【図７−８】種々の作動条件下での、軸の回転速度の関数としての振動振幅を示す線図である。
【図９】さらなる実施形態におけるジャーナル軸受装置を有するロータの図である。
【図１０Ａ】スリーブの実施形態の図である。
【図１０Ｂ】スリーブの実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
例示的な実施形態の以下の詳細な説明は添付図を参照する。異なる図における同じ参照符号は、同じ又は同様の要素とみなす。加えて、図は必ずしも原寸に比例して描かれたものではない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。その代わり、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００１８】
本明細書を通して「１つの実施形態」、「実施形態」、又は「いくつかの実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が本開示の主題の１つ以上の実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所で「１つの実施形態では」、「実施形態では」、又は「いくつかの実施形態では」という表現が現れるが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせることができる。
【００１９】
図３は、本開示による軸端及び関連するジャーナル軸受の軸方向面に沿った断面を示す。軸は符号１で概略的に示され、符号１Ｅは軸の端部である。参照符号３は、軸１の端部１Ｅとジャーナル軸受５との間に配置された封止部材を概略的に示す。いくつかの実施形態では、ジャーナル軸受５は、ジャーナル軸受パッド９が配置されたジャーナル軸受ハウジング７を備える。ジャーナル軸受パッドは、ジャーナル軸受ハウジング内で傾くことができるように支持され、軸１の軸線Ａ−Ａの周りを角度方向に分配されている。他の実施形態では、ジャーナル軸受は、軸１を取り囲む剛性の円筒状の構成部品によって形成された軸受面から構成することができる。
【００２０】
軸１がジャーナル軸受５によって支持される領域において、軸１はより小さな直径ｄの部分を有する。これは、例えば、軸１の外面に浅い環状溝１１を機械加工することによって得ることができる。いくつかの実施形態では、浅い環状溝１１の軸方向長さ、すなわち軸方向延在部は、ジャーナル軸受パッド９の軸方向延在部とほぼ一致する、又はそれより長い。他の実施形態では、浅い環状溝１１の軸方向長さは、ジャーナル軸受パッド９の軸方向延在部より短くすることができる。
【００２１】
図４によりよく示すように、スリーブ１３は溝１１の周りで軸に嵌合される。スリーブ１３の軸方向長さＬ１は、溝１１の軸方向長さＬ２より長く、その結果、スリーブはその両端で軸１の外面１Ｓと接触する。スリーブは３つの部分に分けることができる。すなわち、第１の端部１３Ａ、第２の端部１３Ｂ、及び中間部１３Ｃに分けることができる。端部１３Ａ及び１３Ｂは、内面１３Ｘが軸１の外面１Ｓと密着するスリーブ１３の領域に一致する。スリーブ１３の中間部１３Ｃは溝１１にまたがり、その結果、環状溝１１の底部１１Ｂと軸１に面するスリーブ１３の内面１３Ｘとの間に環状空洞１５が形成される。
【００２２】
スリーブ１３の外面１３Ｙは、ジャーナル軸受５の軸受面に面する。図に示した例示的な実施形態では、前記軸受面は、主に、ジャーナル軸受パッド９の半径方向内側を向く面９Ｘによって形成される。図４では、パッド面９Ｘとスリーブ１３の外面１３Ｙとの間の距離は、図を明瞭にするために誇張されている。したがって、図は原寸に比例していない。しかしながら、実際には、前記距離は、図に描かれた距離よりもかなり短いと理解されるべきである。スリーブ１３の外面１３Ｙとジャーナル軸受パッドの内側の半径方向内側を向く面９Ｘとの間の空間は環状部又は隙間Ｃを形成する。軸１は軸受面９Ｘと正確に同心ではないので、隙間Ｃの半径方向寸法は、図２に表した油膜と全く同様に、スリーブ１３の周方向延在部に沿って変わり得る。
【００２３】
軸１の直径とスリーブ１３の直径は、長さＩ１に沿って第１の締め代の度合、すなわち負の隙間となるように選ばれ、ここでは、スリーブ１３の第１の端部１３Ａは軸１の外面１Ｓと密着している。この接触領域での締め代は、あらゆる作動条件の下で、すなわち、軸が到達し得る最高回転速度及び最高温度で、外側スリーブ１３が軸方向にもねじり方向にも軸１に拘束されるように軸１に嵌合されるようなものである。
【００２４】
いくつかの例示的な実施形態では、図４においてＩ２の符号を付けた領域に沿って、スリーブ１３の第２の端部１３Ｂと軸１の外面１Ｓとの間もまた締め代がある。いくつかの実施形態では、領域Ｉ２に沿った締め代の度合は、領域Ｉ１に沿った締め代よりも緩い。これによって、スリーブ１３は、高温条件下で自由に熱膨張することができる。スリーブの第１の端部１３Ａは通常軸の中央の方向であり、一方、スリーブの第２の端部１３Ｂは通常軸１の端部１Ｅの方向である。
【００２５】
他の例示的な実施形態では、スリーブ１３と軸１の寸法は、スリーブ１３がその第２の端部１３Ｂにおいて締め代を有しないで軸１に嵌合されるようにすることができる。
【００２６】
中間部１３Ｃでは、スリーブ１３は、環状溝１１の底部とスリーブ１３の内面１３Ｘとの間に形成された環状空洞１５によって、軸１の外面には接触しない。
【００２７】
一旦、スリーブ１３が軸１に嵌合されると、その外面１３Ｙは要求される外径になるように機械加工される。その直径は、スリーブ１３の外面とジャーナル軸受５の軸受面９Ｘとの間で隙間Ｃが残るような寸法とされる。
【００２８】
軸１が回転し始めると、スリーブ１３に遠心力が生じる。したがって、締まりばめの応力がかかっていないスリーブの部分は、遠心力の効果で半径方向外向きに膨張する。図４において、一例として、遠心力の効果を受けて半径方向外向きに変形した状態のスリーブ１３が破線で示されている。スリーブが半径方向外向きに膨張すると隙間が減少する。すなわち、スリーブ１３と軸受面との間の油で満たされた隙間又は環状部の半径方向寸法は、元の値ＣからＣ１に減少する。
【００２９】
図５及び図６は、スリーブ１３の軸方向延在部に沿った半径方向変位を示す。半径方向変位は、作動速度が上昇するときの遠心力の効果及び軸受の温度上昇による熱膨張の両方を考慮して、図４に示した軸及びスリーブの形状に適用した有限要素法（ＦＥＭ：ｆｉｎｉｔｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ）に基づいて計算された。水平軸に沿って、スリーブに沿う軸方向位置が示され、垂直軸はｍｍでの半径方向の変位を示している。図５の線図は、ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３、ＲＤ４の符号が付けられた４つの異なる曲線を示す。各曲線は、軸−軸受システムの異なる作動条件に対応する。
【００３０】
曲線ＲＤ１は、回転によって生じる遠心力の効果がなく、温度の効果のみを表す。曲線ＲＤ２、ＲＤ３、及びＲＤ４は、８，０００ｒｐｍ（曲線ＲＤ２）、１０，０００ｒｐｍ（曲線ＲＤ３）、１１，８００ｒｐｍ（曲線ＲＤ４）の高回転速度の下での温度及び遠心力の組み合わさった効果による半径方向変位を示す。スリーブの部分１３Ｃに対応する中央部は、スリーブと軸との間で締め代がないため、より大きな半径方向変位となる。図５でプロットした曲線は、最初の締め代（すなわち、周囲温度及びゼロ速度での締め代）が、領域Ｉ１に沿ってスリーブ１３の第１の端部１３Ａと軸１との間で２．５‰、及び領域Ｉ２に沿ってスリーブ１３の第２の端部１３Ｂと軸１との間で０‰の状態で得られたものである。
【００３１】
図６は、スリーブ１３と軸１との間の初期締め代が異なる状態の同様の線図を示す。同じ参照符号が、同じ作動条件下での図５と同じ曲線を示す。図６の曲線は、最初の締め代を領域Ｉ１で２．５‰、且つ領域Ｉ２で０．６‰としてＦＥＭによって得られたものである。両端部１３Ａ及び１３Ｂでの締まりばめの結果、スリーブの両端でのスリーブの外径１３Ｙの半径方向変位は小さい。中間部１３Ｃは、図５の例と実質的に同じ度合の半径方向変位となる。
【００３２】
両例とも、スリーブ１３の半径方向の膨張によって、スリーブ１３の外面１３Ｙとジャーナル軸受パッド９によって形成された軸受内面９Ｘとの間の隙間は減少する。
【００３３】
半径方向外向きに変形可能なスリーブ１３を軸１に嵌合することによって、ジャーナル軸受の形状は、このように、軸１の回転速度の関数として変えることができる。上記の開示から明らかに理解できるように、スリーブ１３の外面１３Ｙと軸受面９Ｘとの間の隙間は、低回転速度では大きく（Ｃ）、より高回転速度、具体的には、軸１の定格回転速度ではより小さい（Ｃ１）。この結果、軸受のロータダイナミックス係数は、軸１の回転速度の関数として変化し、軸受は、高速度（小さい隙間Ｃ１）では剛性は高く、一方、低速度（大きな隙間Ｃ）では減衰効果が大きい。
【００３４】
この現象は、特に機械の起動時、すなわち軸１の回転数上昇時に有益な効果を有する。軸１に支持されたロータがゼロ速度から最終作動速度まで回転を始めると、軸受の隙間は全速時よりも大きな隙間の状態で、ロータは１つ以上の危険回転速度、すなわち、ロータが共振現象を受ける速度を通過する。共振によって生じる振動は、スリーブ面１３Ｙと軸受表面９Ｘとの間の大きな隙間Ｃのおかげで効率的に減衰される。一旦、ロータの回転速度が危険速度を上回って定常状態の回転速度に近づくと、ジャーナル軸受５は小さな隙間Ｃ１によって剛性が高くなり、したがって、非共振現象により振動の影響は小さくなる。
【００３５】
図７及び８に示す線図は、ジャーナル軸受の形状が変わる得ることによって得られる有益な効果の可視化表現である。図７に示す線図では、水平軸は回転速度を表し、鉛直軸はロータの振動振幅を表す。曲線Ｖ１は、ロータが０から定格速度ＲＳまで加速するときの回転数上昇段階でのロータの振動を示す。２つのピークＰ１及びＰ２が、曲線Ｖ１に沿って示される。これらのピークは危険速度ω１、ω２に一致する。ピークＰ１、Ｐ２は、スリーブ１３の外面１３Ｙと軸受面９Ｘとの間の大きな隙間Ｃの減衰効果により、比較的低い。
【００３６】
スリーブ１３にかかる遠心力は、軸受のロータダイナミックス係数に有益な効果を与え、また軸の回転数が上昇していく間に温度が徐々に上昇して、機械が最終の定格速度ＲＳで回転するときに定常温度に達するが、遠心力はこの温度の効果と組み合わされる。温度上昇によってスリーブ１３は半径方向に膨張し、これは、通常、ジャーナル軸受の半径方向の膨張より大きく、その結果、隙間Ｃ、Ｃ１はさらに減少する。したがって、図７の曲線Ｖ２によって概略的に示されるように、回転機械が定格速度ＲＳからゼロまで徐々に減速するときの回転数下降時は、何らかのさらなる対策がなければ、危険速度での振動振幅は、回転数上昇時より大きくなる。Ｐ２Ｘ及びＰ１Ｘは、それぞれ、回転数下降時の危険速度ω１、ω２に一致する振動振幅のピークを示す。回転数下降時に振動振幅がより高いのは、温度によって生じた隙間の減少によるものである。
【００３７】
回転数下降時にも危険速度を通過するときに振動振幅を下げるために、回転機械は、ジャーナル軸受を冷却し、したがって、スリーブ１３の半径方向寸法を減少させるために十分な時間の間、ゼロと定格速度ＲＳとの間の中間の速度で回転するように制御することができる。これは、図８の線図に概略的に示され、ここで、曲線Ｖ１は図７と同じである。回転数下降時の曲線Ｖ２は、第２の危険速度ω２に一致するピークＰ２Ｘを示す。回転機械がゼロと定格速度ＲＳとの間の中間のより低い速度ＬＳに達すると、スリーブ１３及び軸１が十分冷却されて、スリーブ１３の半径方向の熱膨張が小さくなり、したがって、スリーブ１３の外面１３Ｙと軸受面９Ｘとの間の隙間の寸法が増大するまで、機械はこのような低い回転速度に維持される。次いで、ロータが完全に停止するまで、回転は下降し続ける。速度ＬＳからゼロまでの回転数下降時の曲線の第２の部分は、回転数上昇時の曲線Ｖ１とほとんど一致し、第１の危険速度ω１において低い振動振幅のピークを示す。
【００３８】
いくつかの実施形態では、ジャーナル軸受の形状は、環状空洞１５に加圧流体を供給することによってさらに制御することができる。図９は、２つの軸受５によって支持された軸１から構成されるロータ１００を概略的に示す。軸受５は、図３及び図４に示すものと同様に設計することができる。軸１内に形成された２つの環状空洞１５内に加圧冷却流体を供給するために、冷却流体回路２１がさらに設けられる。流体は、流体をリザーバ２５から吸い込む、概略的に符号２３で示されるポンプ装置によって循環することができる。参照符号２６Ａ、２６Ｂは、加圧流体を２つのジャーナル軸受５に供給する供給導管を示す。参照符号２７Ａ、２７Ｂは、流体をリザーバ２５に戻すための２つの戻り導管を示す。流体は、熱交換装置２９Ａ、２９Ｂによって冷却することができる。流体は、軸受に近接して形成された３次シール又は適切な穴を通って環状空洞１５に達することができる。いくつかの実施例では、流体は液体、例えば、油とすることができる。流体の圧力を用いてスリーブ１３に追加の膨張力をかけ、したがってスリーブを半径方向にさらに膨張することができる。これに加えて、又は代わりに、流体は温度制御媒体として使用して、ジャーナル軸受から熱を除去して、且つ／又は、ジャーナル軸受を加熱して、スリーブ１３の熱膨張を制御することができる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、気体状の流体、例えば周囲空気、或いはガス、例えば同じ回転機械によって処理されるガス又は空気を使用することができる。
【００４０】
上記で説明した例示的な実施形態では、スリーブ１３は、一定の厚さの円筒状の中空体として表された。しかしながら、これは必須ではない。いくつかの実施形態では、スリーブの厚さは、その軸方向延在部に沿って変えることができる。図１０Ａ及び図１０Ｂは、厚さが変化するスリーブ１３の２つの可能な実施形態を概略的に示す。一般に、スリーブの厚さの分布は、上記の課題を鑑みると、軸受隙間の所望の制御を達成するために利用できる自由度のうちの１つである。
【００４１】
いくつかの実施形態では、軸１は環状溝１１をなくすことができ、空洞１５を省くことができる、又は、空洞を一定の半径の円筒状の軸と、例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すような変化する厚さのスリーブ１３との間に形成することができる。
【００４２】
本明細書で説明された主題の開示された実施形態は、図面に示され、且つ、いくつかの例示的な実施形態に関連して、具体的に及び詳細に、上記に完全に説明されてきたが、本明細書で述べられている新規の教示、原理、及び概念、並びに、添付の特許請求の範囲に列挙される主題の利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正、変更、及び省略が可能であることは当業者には明らかであろう。したがって、開示された新規性の適正な範囲は、すべてのそのような修正、変更、及び省略を包含するように、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されるべきである。加えて、あらゆるプロセス又は方法の段階の順序又は配列も、代替の実施形態に応じて変更され、又は再配列することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  軸
１Ｅ  軸１の端部
１Ｓ  軸１の外面
３  封止部材
５  ジャーナル軸受
７  ジャーナル軸受ハウジング
９  ジャーナル軸受パッド
９Ｘ  パッド面
１１  環状溝
１１Ｂ  環状溝の底部
１３  スリーブ
１３Ａ  スリーブの第１の端部
１３Ｂ  スリーブの第２の端部
１３Ｃ  スリーブの中間部
１３Ｘ  スリーブの内面
１３Ｙ  スリーブの外面
１５  環状空洞
２１  冷却流体回路
２３  ポンプ装置
２５  リザーバ
２６Ａ  供給導管
２６Ｂ  供給導管
２７Ａ  戻り導管
２７Ｂ  戻り導管
２９Ａ  熱交換装置
２９Ｂ  熱交換装置
１００  ロータ
１０１  軸
１０１Ａ  軸１０１の外面
１０３  軸受
１０５  軸受
１０５Ａ  軸受１０５の内面
１０７  油膜
１０９  収束する油のくさび
１１１  発散する油のくさび
１１２  圧力プロファイル
Ｃ  隙間
Ｃ１  隙間
ｄ  軸の小径
Ｉ１  締め代のある領域
Ｉ２  締め代のある領域
Ｌ１  スリーブの軸方向長さ
Ｌ２  溝の軸方向長さ
ＬＳ  中間の速度
Ｐ１  回転数上昇時の振動振幅のピーク
Ｐ１Ｘ  回転数下降時の振動振幅のピーク
Ｐ２  回転数上昇時の振動振幅のピーク
Ｐ２Ｘ  回転数下降時の振動振幅のピーク
ＲＤ１  回転によって生じる遠心力の効果がなく、温度の効果のみによるスリーブの半径方向の変位
ＲＤ２  ８，０００ｒｐｍの回転速度の下での温度及び遠心力の組み合わさった効果によるスリーブの半径方向の変位
ＲＤ３  １０，０００ｒｐｍの回転速度の下での温度及び遠心力の組み合わさった効果によるスリーブの半径方向の変位
ＲＤ４  １１，８００ｒｐｍの回転速度の下での温度及び遠心力の組み合わさった効果によるスリーブの半径方向の変位
ＲＳ  定格速度
Ｖ１  回転数上昇時のロータの振動振幅
Ｖ２  回転数下降時のロータの振動振幅
ω１  危険速度
ω２  危険速度
【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５−６】
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【図７−８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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