(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ハウジング部およびタービンハウジング部を備えたハウジングと、
上記ハウジング内で支持され、タービンロータおよび圧縮機ロータを備えるとともに、上記タービンロータと上記圧縮機ロータとの間に配置されたスラストランナーを有するシャフトと、
上記スラストランナーと上記ハウジングとの間に配置され、内周側上流端部および外周側下流端部を備え、上記内周側上流端部から上記外周側下流端部へと通流するように冷却流体が供給される動圧スラスト軸受と、
上記圧縮機ロータと上記圧縮機ハウジング部との間に位置するシールと、
上記圧縮機ハウジング部と上記タービンハウジング部との間に配置されるとともに上記外周側下流端部と連通する第１の軸受排出口キャビティと、
上記ハウジング内に配置され、上記第１の軸受排出口キャビティと、上記シールの下流の空間とを連通させ、上記シールから漏れた圧縮空気を通流させるオリフィスと、
を備えた圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機がエアサイクルマシンであることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記タービンロータが前記シャフトに取り付けられることを特徴とする、請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
第２のタービンロータが前記シャフトに取り付けられ、前記圧縮機ロータが、前記タービンロータと前記第２のタービンロータの間に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記タービンロータが前記ハウジング内に配置され、前記ハウジングは、タービン取り入れ口とタービン排出口及び前記タービン取り入れ口に配置された逆流Ｊ字管を提供し、その逆流Ｊ字管は前記動圧スラスト軸受の内周側上流端部に流体を供給することを特徴とする、請求項３に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記ハウジングが、前記タービンロータがその内部に配置されたタービンハウジング部を備え、前記スラストランナーは、前記圧縮機とそのタービンハウジング部との間に配置され、該タービンハウジング部は、ラム空気排気口と流体的に連通する穴を有することを特徴とする、請求項３に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記ハウジングが、前記タービンロータがその内部に配置されたタービンハウジング部を備え、前記スラストランナーは、前記圧縮機とそのタービンハウジング部との間に配置され、第１の軸受排出口キャビティが前記圧縮機と上記タービンハウジング部における前記外周側下流端部との間に設けられ、前記圧縮機ハウジングは、前記圧縮機ロータと、上記第１の軸受排出口キャビティのそれぞれに露出した、圧縮機側面と、軸受側面とを有することを特徴とする、請求項３に記載の圧縮機。
【請求項８】
第２の軸受排出口キャビティが、前記タービンハウジング部によって設けられ、穴が前記第１と第２の軸受排出口キャビティを流体的に接続し、前記第２の軸受排出口キャビティがラム空気排気口と流体的に連通することを特徴とする、請求項７に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記圧縮機ハウジング部が、前記タービンハウジング部に対して固定具で固定された圧縮機シールプレートであることを特徴とする、請求項７に記載の圧縮機。
【請求項１０】
ディフューザが圧縮機排出口に配置され、かつ、ディフューザ受板を備え、前記圧縮機シールプレートは、前記タービンハウジング部と上記ディフューザ受板との間に固定されることを特徴とする、請求項９に記載の圧縮機。
【請求項１１】
前記圧縮機ハウジング部が、概ねＹ字形であり、かつ、第１、第２、第３の脚部を備え、該第１の脚部は前記シールを支持し、該第２の脚部は前記オリフィスを提供し、該第３の脚部は前記タービンハウジング部に固定されることを特徴とする、請求項７に記載の圧縮機。
【請求項１２】
前記シャフトが中空であり、かつ、該中空を冷却流体が通って前記内周側上流端部まで流れることが可能なアパーチャを備え、この冷却流体は、前記動圧スラスト軸受を通って前記外周側下流端部まで流れることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項１３】
前記ハウジングが圧縮流体を含む圧縮機排出口を備え、その圧縮流体は、前記シールに対してそれを越えて漏れるよう動作し、その圧縮流体は、前記オリフィスを通って流れて、前記冷却流体と前記外周側下流端部で合流することを特徴とする、請求項１２に記載の圧縮機。
【請求項１４】
ａ）圧縮機ロータと圧縮機ハウジング部との間をシールを用いてシールするステップと、
ｂ）スラストランナーと上記圧縮機ハウジング部との間に位置する動圧軸受を通して冷却流体をキャビティへ流すステップと、
ｃ）上記シールから漏れた高温の圧縮流体が上記動圧軸受へ方向付けられないように、上記高温の圧縮流体を上記圧縮機ハウジング部のオリフィスを通して上記キャビティへ流すステップと、
を含む、圧縮機内の動圧軸受を冷却する方法。
【請求項１５】
ｅ）前記冷却流体と、該冷却流体流に対して前記動圧軸受の下流で前記高温の圧縮流体とを合流させるステップを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ｆ）前記冷却流体と高温の圧縮流体とをラム空気排気口へ通気するステップを含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記シールするステップが、前記圧縮機ロータと圧縮機ハウジング部との間にシールを配置すること含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアサイクルマシンのスラスト軸受に使用される冷却流路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある型のエアサイクルマシンは、２つのふく流タービンによって駆動されるふく流排気圧縮機を使用する。この圧縮機とタービンは共通軸で支持され、ハウジング内の動圧軸受（ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｂｅａｒｉｎｇ）を軸にしている。一対のフォイル型の動圧流体ジャーナル軸受が共通軸を支持する。この軸は、スラストランナー（ｒｕｎｎｅｒ）を備える。軸に加えられた軸方向の力が、スラストランナーの両側に設けられた一対の薄いフォイル型の動圧スラスト軸受によって相殺される。
【０００３】
圧縮機内へ流入する流れとそこから流出する流れを分離するために、様々なシールをハウジング内に使用する。タービンシールも又、ハウジング内の冷却経路を画定するのに役立つ。冷却経路を通る空気流は、動圧軸受を冷却する。圧縮機出口からの高温の空気が、圧縮機ロータとハウジングの間のシールを通過して漏れる可能性があることが問題の１つである。その場合、漏れた圧縮機の高温空気は動圧スラスト軸受を通って流れるが、それによって軸受の寿命が減縮する可能性がある。
【０００４】
従って、圧縮機からの漏れと、動圧スラスト軸受の周囲の漏れの経路に取り組むための、改良された冷却経路が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、エアサイクルマシンにおける圧縮機からの漏れと、動圧スラスト軸受の周囲の漏れのルートに対処するための、改良された冷却経路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、圧縮機のハウジング部を含むハウジングを備えるエアサイクルマシンを提供する。軸はハウジングで支持されており、かつ、スラストランナーを備える。動圧スラスト軸受（ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｔｈｒｕｓｔ  ｂｅａｒｉｎｇ）は、スラストランナーに隣接して配置され、上流側面と下流側面とを有する。圧縮機ロータは軸上に取り付けられる。圧縮機ロータと圧縮機ハウジング部分との間にはシールが設けられる。圧縮機ハウジング部の動圧軸受の下流側面にはオリフィスが設けられる。
【０００７】
オリフィスは、シールを越えて漏れ得る可能性のある高温の圧縮空気を、動圧スラスト軸受に達する前に通気させる。動圧スラスト軸受を通る冷却流は、第１の軸受出口キャビティから出る。オリフィスは、第１の軸受排出口キャビティをシールの低圧側面と流体的に連通させる。シールの高圧側面は、圧縮機排出口と流体的に連通する。
【０００８】
従って、本発明は、圧縮機からの漏れと、動圧スラスト軸受の周囲の漏れの経路に取り組むための、改良された冷却経路を提供する。
【０００９】
本発明は又、圧縮機内の動圧軸受を冷却する方法を提供する。該方法は、概して、ａ）圧縮機ロータと圧縮機ハウジング部との間をシールするステップと、ｂ）スラストランナーと圧縮機ハウジング部との間に配置された動圧軸受を通って冷却流体を流すステップと、ｃ）高温の圧縮流体を圧縮機ロータからシールを越えて漏れさせるステップと、ｄ）動圧軸受の周囲で高温の圧縮流体の経路を決定するために、高温の圧縮流体を圧縮機ハウジング部のオリフィスを通って流すステップと、を含んでなる。本発明の方法は、ｅ）冷却流体と、該冷却流体流に対して動圧軸受の下流で高温の圧縮流体とを合流させるステップ、ｆ）冷却流体と高温の圧縮流体とをラム空気排気口へ通気するステップを含むものであってよい。
【００１０】
本発明のこれら及びその他の特徴は、以下の説明と図面から最も良く理解することができる。図面の簡単な説明は後述の通りである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
エアサイクルマシン（ＡＣＭ）１０を図１と図２に示している。ＡＣＭ１０は、取り入れ口１４と排出口１６とを備える第１のタービン１２を有する。第２のタービン１８は、取り入れ口２０と排出口２２を備える。圧縮機２４は、第１と第２のタービン１２，１８によって駆動される。圧縮機２４は、取り入れ口２６と排出口２８とを備える。下限通路３０が第１のタービン取り入れ口１４と排出口１６の間の流体の流量を調整する下限弁３２と共に、それらの間に設けられている。バイパス通路３４が、圧縮機取り入れ口２６と第２のタービン排出口２２の間の流体の流量を調整するバイパス弁３６と共に、それらの間に設けられている。
【００１２】
ＡＣＭ１０は、固定具５０を使用して相互に固定された第１、第２、第３、第４、第５の部分４０，４２，４４，４６，４８を備える。第１と第２の部分４０，４２は、第１のタービン１２のハウジングを形成する。第４と第５の部分４６，４８は、第２のタービン１８のハウジングを形成する。第３の部分４４は、圧縮機２４のハウジングを形成する。ハウジング３８は又、第１と第２のタービンシュラウド５２，５４と圧縮機シュラウド５６も包含する。
【００１３】
中空軸５８は、ハウジング３８中の、動圧流体ジャーナル軸受６０で支持される。図では、冷却流がアパーチャ７６を通過して軸５８の中空内に送られるよう、冷却空気がジャーナル軸受６０と動圧スラスト軸受６８に分配されるように示されている。図３と図４において矢印で示された、所望の方法で動圧流体ジャーナル軸受６０を通るように冷却流を方向付けるため、シール６１を動圧流体ジャーナル軸受６０の近くに配置する。冷却経路に清浄な空気を供給するよう、第２のタービン取り入れ口２０内に逆流Ｊ字管９６が配置される。
【００１４】
第１と第２のタービンロータ６２，６４と、圧縮機ロータ６５とが、軸５８に取り付けられる。スラストランナー６６は、タービンロータ６２，６４と圧縮機ロータ６５とからの軸方向の荷重を相殺するように、軸５８から径方向外向きに延伸している。動圧スラスト軸受６８は、スラストランナー６６の両側に配置される。
【００１５】
図２と図３を参照すると、図２で最良に示されるように、ハウジング３８は、圧縮機ロータ６５と第２の部分４２との間に設けられた圧縮機シールプレート７０を備え、固定具７２で第２の部分４２に固定されている。ディフューザ９２は、圧縮機ロータ６５近くの圧縮機排出口２８に配置されている。ディフューザ受板９４と第２の部分４２との間で圧縮機シールプレート７０を保持するためにディフューザ受板９４が使用される。圧縮機シールプレート７０は、圧縮機取り入れ口２８からの圧縮空気に曝される。シール７４は、圧縮機シールプレート７０と圧縮機ロータ６５との間に設けられる。場合によっては、高温の圧縮空気がシール７４を通過して漏れる。従来技術のＡＣＭでは、この高温の圧縮空気が、動圧スラスト軸受６８の上流側に流れ、それによって高温の空気が軸受内に導かれていた。
【００１６】
圧縮機シールプレート７０は、概ねＹ字形であってよく、継手１０４で接合される第１、第２、第３の脚部９８，１００，１０２を備える。第１の軸受の排出口キャビティ８６は、圧縮機シールプレート７０と第２の部分４２との間で、動圧スラスト軸受６８の排出口、即ち、下流側に設けられる。第２の部分４２中の穴８０によって、第１の軸受排出口キャビティ８６は、第２の部分４２に設けられた第２の軸受排出口キャビティ８８と流体的に連通可能となる。第２の軸受排出口キャビティ８８は、動圧ジャーナル軸受６０から排出された冷却流を受容する。冷却流は、第２の部分４２中の排気孔８２からラム排気口９０へ排出される。
【００１７】
圧縮機シールプレート７０は、圧縮機ロータ６５の背後でキャビティ９１に露出している圧縮機側面１０６を備える。圧縮機シールプレート７０の軸受側面１０８は、第２の部分４２付近に配置される。キャビティ９１内の高温の圧縮空気はシール７４を越えて漏れる。オリフィス８４を、圧縮機シールプレート７０の第２の脚部１００における継手１０４の近くに設ける。オリフィス８４は、動圧スラスト軸受６８の下流側の側面上に設けられており、第１の軸受排出口キャビティ８６と流体的に連通する。オリフィス８４は、高温の圧縮空気流を、従来技術のＡＣＭの場合のように動圧スラスト軸受６８の取り入れ口側に向かって方向付けるのではなく、第１の軸受排出口キャビティ８６へ方向付けるような寸法に形成される。このように、動圧スラスト軸受の寿命を短縮させ得る高温の圧縮空気は、動圧スラスト軸受を通らない。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態を開示してきたが、本発明の範囲内におけるある種の変更が可能であることは当業者であれば理解するであろう。そのため、本発明の真の範囲および内容を確認するために、特許請求の範囲を検討すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】エアサイクルマシンの透視図。
【図２】図１に示すエアサイクルマシンの断面図。
【図３】図２に示すエアサイクルマシンの一部を示す拡大図。
【図４】図３に示すエアサイクルマシンの一部をさらに拡大して示す拡大図。
【符号の説明】
【００２０】
１０…ＡＣＭ（エアサイクルマシン）
１２…第１のタービン
１８…第２のタービン
２４…圧縮機
３２…下限弁
５８…中空軸
６０…動圧ジャーナル軸受
６６…スラストランナー
６８…動圧スラスト軸受
【図１】
0004583358.tif 000002
【図２】
0004583358.tif 000003
【図３】
0004583358.tif 000004
【図４】
0004583358.tif 000005