(57)【要約】【課題】  流路制限を有するスラスト軸受アセンブリを提供する。【解決手段】  軸受アセンブリは、シャフトと、シャフトに取り付けられたスラストランナーとを含む。シャフトランナーは、シャフトから半径方向外向きに突き出している。スラスト軸受は、スラストランナーに軸方向で隣接して配置されている。第１の流路は、スラストランナーとスラスト軸受の第１の面との間である。第２の流路は、スラスト軸受の第２の面と筐体との間である。制限機構は、第２の流路を通る流体の流れを制限する。【選択図】図３Ａ
2017106627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトに取り付けられたスラストランナーであって、前記シャフトから半径方向外側に突出している、スラストランナーと、
前記スラストランナーと軸方向で隣接するように配置されたスラスト軸受と、
前記スラストランナーと、前記スラスト軸受の第１の面と、の間の第１の流路と、
前記スラスト軸受の第２の面と、筐体と、の間の第２の流路と、
前記第２の流路を通る流体の流れを制限する制限機構と、
を備える、軸受アセンブリ。
【請求項２】
前記スラスト軸受が、主板を備え、この主板は、
円環形を有するとともに、前記スラスト軸受の前記第１の面と前記第２の面との間に配置され、かつ外径端と内径端とを含む、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
【請求項３】
前記スラスト軸受の前記第１の面が、
第１の複数のトップフォイルと、
第１の複数のボトムフォイルと、
を備え、
さらに、前記スラスト軸受の前記第２の面が、
第２の複数のトップフォイルと、
第２の複数のボトムフォイルと、
を備える、請求項２に記載の軸受アセンブリ。
【請求項４】
前記制限機構が、前記スラスト軸受の前記第２の面に向かって軸方向に伸びるリップを備える、請求項２に記載の軸受アセンブリ。
【請求項５】
前記リップの遠位端が、前記主板の前記内径端から半径方向内側に配置されるとともに、前記スラスト軸受の前記主板と半径方向に揃うように配置されている、請求項４に記載の軸受アセンブリ。
【請求項６】
前記リップの遠位端が、前記主板の前記内径端と軸方向に揃うように配置されている、請求項４に記載の軸受アセンブリ。
【請求項７】
前記制限機構が、前記スラスト軸受の前記第２の面と、前記筐体と、の間に配置されたＯリングをさらに備える、請求項２に記載の軸受アセンブリ。
【請求項８】
前記Ｏリングが、前記主板の前記内径端と軸方向に揃うように配置されており、さらに、前記Ｏリングが、前記主板と接触している、請求項７に記載の軸受アセンブリ。
【請求項９】
スラスト軸受の冷却方法であって、
スラスト軸受に亘って流体を、スラストランナーと前記スラスト軸受の第１の面との間の第１の流路と、前記スラスト軸受の第２の面と筐体との間の第２の流路と、に通すことと、
前記第２の流路内の前記流体の流れを、前記スラスト軸受の内径に沿った地点において制限することと、
前記第２の通路内の前記流体の流れの一部を方向転換させて、前記第１の流路内へ流すことと、
前記スラスト軸受を前記流体の流れを用いて冷却することと、
を備える、方法。
【請求項１０】
前記スラスト軸受を、前記スラストランナーと軸方向で隣接するように配置することをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の流路内の空気の流れを制限することが、制限機構を前記スラスト軸受に沿って配置することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の通路内の前記流体の流れの一部を方向転換させることが、背圧を前記第２の通路内に作り出すことをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
筐体と、
前記筐体の中心線軸に沿って配置されたシャフトから半径方向外側に延在するスラストランナーと、
前記筐体と前記スラストランナーとの間に配置されたスラスト軸受であって、前記スラスト軸受を通して延在する主板を備えた、スラスト軸受と、
前記スラスト軸受の第１の面に沿って延在する第１の流路と、
前記スラスト軸受の第２の面と筐体との間に延在する第２の流路であって、前記第２の面が、前記第１の面の反対側である、第２の流路と、
前記筐体から、軸方向に、前記スラスト軸受に向かって延在する制限機構と、
を備える、空気循環装置。
【請求項１４】
前記主板が、円環形を備えるとともに、前記スラスト軸受の前記第１の面と前記第２の面との間に配置されており、前記主板が、外径端と内径端とを含む、請求項１３に記載の空気循環装置。
【請求項１５】
前記スラスト軸受の前記第１の面が、第１の複数のトップフォイルと第１の複数のボトムフォイルとを備え、さらに、前記スラスト軸受の前記第２の面が、第２の複数のトップフォイルと第２の複数のボトムフォイルとを備える、請求項１３に記載の空気循環装置。
【請求項１６】
前記制限機構が、前記筐体から軸方向に伸びるリップを備える、請求項１３に記載の空気循環装置。
【請求項１７】
前記リップの遠位端が、前記主板の前記内径端から半径方向内側に配置されるとともに、前記スラスト軸受の前記主板と半径方向に揃うように配置されている、請求項１６に記載の空気循環装置。
【請求項１８】
前記リップの遠位端が、前記主板の前記内径端と軸方向に揃うように配置されている、請求項１６に記載の空気循環装置。
【請求項１９】
前記制限機構が、前記筐体と前記スラスト軸受の前記第２の面との間に配置されたＯリングをさらに備える、請求項１３に記載の空気循環装置。
【請求項２０】
前記Ｏリングが、前記主板の前記内径端と軸方向に揃うように配置されており、さらに、前記Ｏリングが、前記主板と接触している、請求項１９に記載の空気循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転機械に関し、具体的には、空気循環装置（air cycle machine，「ＡＣＭ」）内のスラスト軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣＭは、航空機客室へ提供するための空気を調整するために、航空機内の環境制御システムにおいて使用される。調整空気は、航空機の乗客の快適さと安全とに望ましい、温度、圧力、及び湿度の空気である。地表面または地表面の近くでは、周囲大気の温度及び／または湿度は、十分高いため、空気を、航空機の客室に提供する前に、調整プロセスの一部として冷却しなければならないことが多い。飛行高度では、周囲大気は、望ましいものよりもはるかに冷たいことが多いが、そのような低気圧では、周囲大気を、調整プロセスの一部として、許容可能な圧力に圧縮しなければならない。周囲大気を飛行高度で圧縮すると、周囲大気温が非常に低い場合でさえも、結果として生じる加圧空気を十分に熱するため、それを冷却しなければならない。したがって、ほとんどの条件下で、空気を航空機の客室に提供する前に、熱をＡＣＭによって除去しなければならない。
【０００３】
空気を必要に応じて調整するために、ＡＣＭは、ファン部分と、圧縮機部分と、タービン部分とを含み、それらは全て、共通のシャフトに取り付けられている。圧縮機は、ある程度の圧縮空気を航空機から受け取り、その空気をさらに圧縮する。圧縮空気は、次いで、熱交換器を通り、ファン部分によって冷却される。空気は、その後、タービン部分を通り、そこで、航空機内での使用のために、たとえば、客室空気としての使用のために、膨張させられる。タービン部分は、また、エネルギーを空気から抽出し、そのエネルギーを使用して、ファン部分と圧縮機部分とを、共通シャフトを介して駆動する。
【０００４】
ＡＣＭは、また、共通シャフトの周りに配置された軸受を含む。軸受は、冷却気流を軸受に隣接する空洞に通すことによって、冷却される。冷却気流は、その後、空洞から出て、ＡＣＭから周囲環境に排出される。冷却気流は、それが、軸受を、対流熱伝達を使用して冷却することのみできる、という点で限定されている。ＡＣＭ内の軸受の耐用年数を伸ばすことは、設計者や製造者の目標であり続けており、それは、これらの軸受の故障が、ＡＣＭの撤去の主要原因の１つであるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、流路制限を有するスラスト軸受アセンブリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
軸受アセンブリは、シャフトと、シャフトに取り付けられたスラストランナーとを含む。シャフトランナーは、シャフトから半径方向外向きに突き出している。スラスト軸受は、スラストランナーに軸方向で隣接して配置されている。第１の流路は、スラストランナーとスラスト軸受の第１の面との間にある。第２の流路は、スラスト軸受の第２の面と筐体との間にある。制限機構は、第２の流路を通る流体の流れを制限する。
【０００７】
スラスト軸受の冷却方法は、スラスト軸受を通る流体を、スラストランナーとスラスト軸受の第１の面との間の第１の流路に通すことを含む。流体は、また、スラスト軸受の第２の面と筐体との間の第２の流路に通される。流体の流れは、スラスト軸受の内径に沿った地点において、第２の流路内に制限される。第２の通路内の流体の流れの一部は、第１の流路へ流れるように方向転換される。スラスト軸受は、流体の流れで冷却される。
【０００８】
ＡＣＭは、筐体と、筐体の中心線軸に沿って配置されたシャフトから半径方向外向きに伸びるスラストランナーとを含む。スラスト軸受は、筐体とスラストランナーとの間に配置されている。スラスト軸受は、スラスト軸受を通って伸びる主板を含む。第１の流路は、スラスト軸受の第１の面に沿って伸びる。第２の流路は、スラスト軸受の第２の面と筐体との間に伸び、第２の面は、第１の面の反対側である。制限機構は、筐体から、軸方向に、スラスト軸受に向かって伸びる。
【０００９】
本概要は、限定するものではなく、単に例示として、提供されている。本開示の他の態様は、全文と特許請求の範囲と添付図面とを含む本開示の全体を考慮して、理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＡＣＭの断面図である。
【図２】ＡＣＭのスラスト軸受の分解斜視図である。
【図３Ａ】本開示の一実施形態による、ＡＣＭの軸受アセンブリの断面図である。
【図３Ｂ】本開示の別の実施形態による、ＡＣＭの軸受アセンブリの断面図である。
【図３Ｃ】本開示のさらに別の実施形態による、ＡＣＭの軸受アセンブリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上記で特定した図面が本発明の実施形態を説明するが、説明において注記する通り、他の実施形態も検討される。全ての場合において、本開示は、本発明を、限定するものとしてではなく、説明として提示する。多数の他の変更及び実施形態が当業者によって考案され得、それらが、本発明の原理の範囲と精神とのうちに含まれる、ということを理解すべきである。図は、正しい縮尺率で描かれていないことがあり、本発明の応用及び実施形態は、図面に具体的に示されていない特徴、ステップ、及び／または構成要素を含むことができる。
【００１２】
図１は、空気循環装置（ＡＣＭ）１０の断面図であり、ファン部分１２と、圧縮機部分１４と、第１ステージタービン部分１６とを含む。シャフト２０は、中心軸２２を中心として回転する。ファン部分１２は、ファンブレード２４を含む。圧縮機部分１４は、圧縮機排気口２６と圧縮機ノズル２８とを含む。第１ステージタービン部分１６は、タービン吸気口３０と、タービン排気口３２と、タービンノズル３４とを含む。
【００１３】
ファン部分１２は、シャフト２０上に取り付けられている。ファンブレード２４は、シャフト２０を中心として回転する。ファン部分１２は、通常、空気を、関連ガスタービンエンジンまたは他の航空機部品から吸い込むために使用される。
【００１４】
圧縮機部分１４は、シャフト２０上に取り付けられている。圧縮機排気口２６は、空気を圧縮機部分１４で圧縮した後に、それを通して空気を他のシステムに送ることができるダクトである。圧縮機ノズル２８は、圧縮機部分１４内で回転する。具体的には、圧縮機ノズル２８は、回転子（ロータ）または羽根車（インペラ）である。
【００１５】
第１ステージタービン部分１６は、タービン吸気口３０と、タービン排気口３２と、タービンノズル３４とを含む。第１ステージタービン部分１６は、シャフト２０上に取り付けられている。タービン吸気口３０は、第１ステージタービン部分１６内での膨張前に、空気がそこを通過するダクトである。タービン排気口３２は、航空機の他のエリアで使用するために空気を膨張させた後に、そこを通して空気を送ることができるダクトである。たとえば、空気を、タービン排気口３２から客室に、客室空気として使用するために、送ることができる。タービンノズル３４は、エネルギーを、第１ステージタービン部分１６を通過する空気から抽出するノズル部分である。具体的には、タービンノズル３４は、回転子または羽根車である。第１ステージタービン部分１６を通過する空気は、第１ステージタービン部分１６と、シャフト２０とファン部分１２と圧縮機部分１４とを含む任意の取り付けられた構成要素と、の回転を推進する。
【００１６】
同様に、第２ステージタービン部分１８は、タービン吸気口３６と、タービン排気口３８と、タービンノズル４０とを含む。第２ステージタービン部分１８は、シャフト２０上に取り付けられている。タービン吸気口３６は、第２ステージタービン部分１８での膨張前に、その中を空気が通過するダクトである。タービン排気口３８は、航空機の他のエリアで使用するために空気を膨張させた後に、それを通して空気を送ることができるダクトである。たとえば、空気を、タービン排気口３８から客室に、客室の空気として使用するために送ることができる。タービンノズル４０は、第２ステージタービン部分１８を通過する空気から、エネルギーを抽出する、ノズル部分である。具体的には、タービンノズル４０は、回転子または羽根車である。第２ステージタービン部分１８を通過する空気は、第２ステージタービン部分１８と、シャフト２０とファン部分１２と圧縮機部分１４とを含む取り付けられた構成要素と、の回転を推進する。
【００１７】
シャフト２０は、チタニウムのタイロッドなどの、ＡＣＭ１０の他の構成要素を接続するために使用されるロッドである。中心軸２２は、それに対して他の構成要素を配置することができる軸である。
【００１８】
空気を圧縮機部分１４で受け取る。空気は、ラムエア吸入口からのラムエアであってもよく、また、ファン部分１２を使用して、空気を、ＡＣＭ１０内に、関連ガスタービンまたは他の航空機部品から引き込んでもよい。空気は、圧縮機ノズル２８を用いて圧縮する圧縮機部分１４を通過し、その後、圧縮機排気口２６から排出される。その後、空気は、圧縮機排気口２６から、タービン吸気口３０に送られる。空気は、第１ステージタービン部分１６を通過するにつれて膨張し、タービン排気口３２から排出される前に、タービンノズル３４を駆動する。その後、タービン排気口３２から排出される空気を、航空機の他の部分に、たとえば、客室の空気として使用するために、送ることができる。
【００１９】
軸受アセンブリ４２は、第１ステージタービン部分１６と第２ステージタービン部分１８との間に配置されている。軸受アセンブリ４２は、図２に単独で示しているフォイルスラスト軸受（foil thrust bearing）４４を含む。一般的に、スラスト軸受は、通常スラストランナーと呼ばれるシャフトと軸受との間の相対的回転に依存して、スラストランナーと軸受との間に非線形の流体膜を生成する。流体膜は、シャフトと軸受との相対的回転が流体と相互作用した時に形成して、シャフトと軸受との間の流体の加圧ウェッジを作り出し、維持する。加圧流体ウェッジは、スラスト荷重または軸方向荷重を、スラストランナーから軸受に伝達し、流体は、通常、空気または油である。スラスト軸受は、通常、複数の、トップフォイルとも呼ばれる軸受フォイルと、複数のバンプフォイル(bump foils)とから成る。通常の配置では、複数の、軸受フォイル及びバンプフォイルは、スラスト軸受を形成するアセンブリである環状板の同じ側面に溶接されている。
【００２０】
図２は、幾何学的中心を通る軸４６を有するフォイルスラスト軸受４４の分解斜視図である。フォイルスラスト軸受４４は、図１からの軸受アセンブリ４２の一部を含む。軸４６は、基準の枠を画定し、その中では、軸方向は軸４６に平行であり、半径方向は軸４６に垂直であり、周方向は、軸４６を中心とした角度方向に対応する。フォイルスラスト軸受４４は、主板４８と、スペーサ５０と、軸受フォイル５２と、バンプフォイル５４とを含む。主板４８は、さらに、取り付けタブ５６，５６ａ，５６ｂと、スロット５８，５８ａ，５８ｂ，５８ｃと、を含む。主板４８は、スペーサ５０と軸受フォイル５２とバンプフォイル５４とを取り付けるための構造を提供する。主板４８は、環状形であり得る。
【００２１】
一般的に、軸受フォイル５２及びバンプフォイル５４は、互いに主板４８の反対側の面６０ａ，６０ｂに付き、スペーサ５０は、軸受フォイル５２と主板４８との間に配置されている。軸受フォイル５２は、軸受フォイル５２の主板４８への取り付けを容易にするために、主板４８と、半径方向に延在する縁部６２に沿った軸受フォイル５２の最も外側の面と、の間に隙間を備える。軸受フォイル５２は、隣接する軸受フォイル５２との間に隙間を有し、その隙間は、いくつかの実施形態では、０．０５０インチ（０．１２７センチメートル）にほぼ等しい。バンプフォイル５４は、波形である。スペーサ５０は、主板４８に取り付けられる別々の構成要素であってもよく、または主板４８と一体的に形成されてもよい。いずれの場合でも、スペーサ５０は、フォイルスラスト軸受４４の動作中に、軸受フォイル５２を流体力学的流体膜の形成に有利な方法で支えるような形状にされ得る。たとえば、スペーサ５０は、軸受フォイル５２とバンプフォイル５４と協働して流体力学的ウェッジの形成を促進する、一般的に平らな形状を有することができる。フォイルスラスト軸受４４、軸受フォイル５２、及びバンプフォイル５４は、ニッケルベースの超合金や他の金属合金などのさまざまな材料を含むことができる。フォイルスラスト軸受４４、軸受フォイル５２、バンプフォイル５４は、また、ポリテトラフルオロエチレンなどの低摩擦コーティングを含むことができる。
【００２２】
図２に示した実施形態では、フォイルスラスト軸受４４は、７個のスペーサ５０と、７個の軸受フォイル５２と、７個のバンプフォイル５４とを有する。スペーサ５０と軸受フォイル５２とバンプフォイル５４との数は、軸受の大きさと、軸受用途の特定荷重要件とに依存するが、それぞれが奇数であることは、軸受構成要素を、回転機械の固有振動数調和から離調するために有利であり得る。より高い荷重要件またはより大きなサイズ要件は、フォイルスラスト軸受４４の必要軸受エリアを増加させる。軸受エリアが増加するにつれて、スペーサ５０と軸受フォイル５２とバンプフォイル５４との数は、通常、任意の１グループの構成要素が耐える荷重の部分を制限するために、増加する。他の用途では、大きさの制限が、構成要素の数を減らすことを要求し得る。したがって、当業者は、本発明が、より多くの、またはより少ない、スペーサ５０とフォイル４４とを有するその他のスラスト軸受にも適用される、ということを理解する。
【００２３】
バンプフォイル５４は、軸受フォイル５２に接している。軸受フォイル５２は、ＡＣＭ１０によって生成されるスラスト荷重を伝える空気膜を支える。（１馬力よりも大きいことがある）フォイルスラスト軸受４４の動力損失からの熱は、（図３Ａと図３Ｂと図３Ｃとに、それぞれ、６８Ａと６８Ｂと６８Ｃとして示した）スラストランナー６８と軸受フォイル５２とに捨てられる。フォイルスラスト軸受４４を通るように向けられた冷却流は熱を奪い去り、軸受能力を損ない得る、スラストランナー６８と軸受フォイル５２との熱変形を最小限にする。フォイルスラスト軸受４４を通るように向けられた冷却流の一部は、バンプフォイルの二次的なセットを通過する。この二次的な気流にとっての冷却利点はあるが、それは、軸受フォイル５２を通るように向けられた冷却流ほど効果的ではない。
【００２４】
図３Ａは、一実施形態による、ＡＣＭ１０の軸受アセンブリ４２Ａの断面図である。軸受アセンブリ４２Ａは、スラスト軸受６６Ａと、スラストランナー６８Ａと、筐体７０Ａとを含む。スラスト軸受６６Ａは、スラストランナー６８Ａと筐体７０Ａとの間に配置されている。スラスト軸受６６Ａは、主板４８Ａを含み、この主板４８Ａは、第１の面７４Ａと、主板４８Ａの第１の面７４Ａとは反対側に配置された第２の面７６Ａと、を有する。主板４８Ａは、また、外径端７８Ａと内径端８０Ａとを含む。第１の面７４Ａは、第１のフォイル８２Ａを含み、第２の面７６Ａは、第２のフォイル８４Ａを含む。第１の流路８６Ａは、スラストランナー６８Ａと主板４８Ａとの間を通る。第２の流路８８Ａは、主板４８Ａと筐体７０Ａとの間を通る。
【００２５】
スラストランナー６８Ａは、動作中にＡＣＭ１０の中心軸の周りを回転するシャフト９０Ａに接続されている。さらに、スラストランナー６８Ａは、動作中に、スラスト軸受６６Ａに対して回転する。
【００２６】
第１のフォイル８２Ａは、ＡＣＭ１０によって生成されるスラスト荷重を伝える空気膜を支える。（１馬力よりも大きいことがある）スラスト軸受６６Ａの動力損失からの熱エネルギーは、スラストランナー６８Ａと第１のフォイル８２Ａとに伝達される。一次流体流れ９２Ａは、スラストランナー６８Ａとスラスト軸受６６Ａとから熱エネルギーを取り去るように第１の流路８６Ａを通るように向けられて、軸受能力と全体的な軸受性能とを損ない得る、スラストランナー６８Ａと第１のフォイル８２Ａとの熱変形を最小限にする。加えて、二次流体流れ９４Ａは、追加の量の熱エネルギーをスラスト軸受６６Ａから取り出すために、第２の流路８８Ａを通るように向けられている。この二次流体流れ９４Ａにとっての冷却利点はあるが、二次流体流れ９４Ａは、熱エネルギー伝達において、第１の流路８６Ａを通る一次流体流れ９２Ａほど効果的ではない。スラスト軸受６６Ａを通過した後、一次流体流れ９２Ａ及び二次流体流れ９４Ａは合流して、軸受アセンブリ４２Ａから流れ出る冷却流排出９６Ａを形成する。
【００２７】
二次流体流れ９４Ａは、使用中に加熱される第１のフォイル８２Ａを通って直接流れないために、さほど効果的でない。一次流体流れ９２Ａは、第１のフォイル８２Ａの裏側に直接沿って流れる。しかしながら、第２の流路８８Ａが熱エネルギーを除去するためには、熱エネルギーは、最初に、第１のフォイル８２Ａから第２のフォイル８４Ａに伝達されなければならず、その後、二次流体流れ９４Ａが、第２のフォイル８４Ａに伝達された熱エネルギーを除去する。二次流体流れ９４Ａが受けるより大きな熱抵抗により、二次流体流れ９４Ａを、一次流体流れ９２Ａよりも効果の弱いものにする。
【００２８】
軸受アセンブリ４２Ａは、また、制限要素９８Ａを含む。制限要素９８Ａは、主板４８Ａに接している。制限要素９８Ａは、筐体７０Ａと主板４８Ａとの間に配置されたシールを形成する。制限要素９８Ａは、Ｏリングまたは他の種類のシールを含むことができる。制限要素９８Ａは、二次流体流れ９４Ａが、主板４８Ａの内径端８０Ａを通過することを防ぐ。二次流体流れ９４Ａが主板４８Ａの内径端８０Ａを通過することを防ぐことで、背圧が第２の流路８８Ａ内に作られ、それにより、たとえば、主板４８Ａの外径端７８Ａで、またはその近くで、一次流体流れ９２Ａと合流するように二次流体流れ９４Ａを方向転換させて冷却流排出９６Ａを形成させ、第１の流路８６Ａを通過させる。
【００２９】
二次流体流れ９４Ａを第１の流路に方向転換させることは、全体的な冷却有効性を高め、同じ量の全軸受冷却流体流れに対する冷却能力を向上させる。スラスト軸受６６Ａを通る全体的な冷却流体流れが、下流のシャフトオリフィスによって調節されるために、スラスト軸受６６Ａを通る全体的な流体速度は、第１の流路８６Ａを通る流れが２倍にもなっても、相対的に不変である。
【００３０】
軸受アセンブリ４２Ａは、また、いくつかの利点をＡＣＭ１０に提供する。第一に、軸受アセンブリ４２Ａは、ＡＣＭ１０をより効果的にし、それは、スラスト軸受６６Ａを冷却するのに、より少ない冷却気流しか必要としないからである。これは、ＡＣＭ１０を通る一次流路からより少ない冷却気流しか送られる必要がないことを意味し、したがって、ＡＣＭ１０の全体的な効率を向上させる。軸受アセンブリ４２Ａを有するＡＣＭ１０の、向上した効率及び有効性は、制限要素９８ＡをＡＣＭ１０に追加する重量またはコストについての懸念に勝る。軸受アセンブリ４２Ａは、ＡＣＭ１０を通って流れている空気の熱力学的性能を大いに向上させる。
【００３１】
図３Ｂは、他の実施形態による、ＡＣＭ１０の軸受アセンブリ４２Ｂの断面図である。軸受アセンブリ４２Ｂは、スラスト軸受６６Ｂと、スラストランナー６８Ｂと、筐体７０Ｂとを含む。スラスト軸受６６Ｂは、スラストランナー６８Ｂと筐体７０Ｂとの間に配置されている。スラスト軸受６６Ｂは、主板４８Ｂを含み、この主板４８Ｂは、第１の面７４Ｂと、主板４８Ｂの第１の面７４Ｂと反対側に配置された第２の面７６Ｂと、を有する。主板４８Ｂは、また、外径端７８Ｂと内径端８０Ｂとを含む。第１の面７４Ｂは、第１のフォイル８２Ｂを含み、第２の面７６Ｂは、第２のフォイル８４Ｂを含む。第１の流路８６Ｂは、スラストランナー６８Ｂと主板４８Ｂとの間を通る。第２の流路８８Ｂは、主板４８Ｂと筐体７０Ｂとの間を通る。
【００３２】
スラストランナー６８Ｂは、動作中にＡＣＭ１０の中心軸を中心として回転するシャフト９０Ｂに接続されている。さらに、スラストランナー６８Ｂは、動作中に、スラスト軸受６６Ｂに対して回転する。
【００３３】
第１のフォイル８２Ｂは、ＡＣＭ１０によって生成されるスラスト荷重を伝える空気膜を支える。（１馬力よりも大きいことがある）スラスト軸受６６Ｂの動力損失からの熱エネルギーは、スラストランナー６８Ｂと第１のフォイル８２Ｂとに伝達される。一次流体流れ９２Ｂは、熱エネルギーを、スラストランナー６８Ｂとスラスト軸受６６Ｂとから運び出すように第１の流路８６Ｂを通るように向けられて、軸受能力と全体的な軸受性能とを損ない得る、スラストランナー６８Ｂと第１のフォイル８２Ｂとの熱変形を最小限にする。加えて、二次流体流れ９４Ｂは、追加の量の熱エネルギーをスラスト軸受６６Ｂから取り出すように、第２の流路８８Ｂを通るように向けられている。スラスト軸受６６Ｂを通過した後、一次流体流れ９２Ｂ及び二次流体流れ９４Ｂは合流して、軸受アセンブリ４２Ｂから流れ出る冷却流排出９６Ｂを形成する。
【００３４】
軸受アセンブリ４２Ｂの制限要素９８Ｂは、筐体７０Ｂから軸方向に主板４８Ｂに向かって伸びるリップ１００Ｂを含む。リップ１００Ｂの遠位端１０２Ｂは、主板４８Ｂの内径端８０Ｂから半径方向内側に配置されている。遠位端１０２Ｂは、半径方向において、主板４８Ｂに揃っていてよい。遠位端１０２Ｂと主板４８Ｂの内径端８０Ｂとの間の半径方向の間隔ＸBは、０．００２インチ〜０．０２０インチの間（０．００５ｃｍ〜０．０５１ｃｍ）であり得る。
【００３５】
制限要素９８Ｂは、制限要素の無い先行技術の二次流路よりも、第２の流路８８Ｂからのより狭窄した出口エリアを作り出す。制限要素９８Ｂは、第２の流路８８Ｂを通る二次流体流れ９４Ｂを、最大９０％、いくつかの場合では９０％を超えて、減少させる。言い換えると、制限要素９８Ｂは、二次流体流れ９４Ｂを、制限要素９８Ｂが無い場合の流体の流れの１０％に減少させる。制限要素９８Ｂは、また、二次流体流れ９４Ｂを、一次流体流れ９２Ｂよりも９０％少ない量に減少させる。
【００３６】
図３Ｃは、別の実施形態による、ＡＣＭ１０の軸受アセンブリ４２Ｃの断面図である。軸受アセンブリ４２Ｃは、スラスト軸受６６Ｃと、スラストランナー６８Ｃと、筐体７０Ｃとを含む。スラスト軸受６６Ｃは、スラストランナー６８Ｃと筐体７０Ｃとの間に配置されている。スラスト軸受６６Ｃは、主板４８Ｃを含み、この主板４８Ｃは、第１の面７４Ｃと、主板４８Ｃの第１の面７４Ｃと反対側に配置された第２の面７６Ｃと、を有する。主板４８Ｃは、また、外径端７８Ｃと内径端８０Ｃとを含む。第１の面７４Ｃは、第１のフォイル８２Ｃを含み、第２の面７６Ｃは、第２のフォイル８４Ｃを含む。第１の流路８６Ｃは、スラストランナー６８Ｃと主板４８Ｃとの間を通る。第２の流路８８Ｃは、主板４８Ｃと筐体７０Ｃとの間を通る。
【００３７】
スラストランナー６８Ｃは、動作中にＡＣＭ１０の中心軸を中心として回転するシャフト９０Ｃに接続されている。さらに、スラストランナー６８Ｃは、動作中に、スラスト軸受６６Ｃに対して回転する。
【００３８】
第１のフォイル８２Ｃは、ＡＣＭ１０によって生成されるスラスト荷重を伝える空気膜を支える。（１馬力より大きいことがある）スラスト軸受６６Ｃの動力損失からの熱エネルギーは、スラストランナー６８Ｃと第１のフォイル８２Ｃとに伝達される。一次流体流れ９２Ｃは、熱エネルギーを、スラストランナー６８Ｃとスラスト軸受６６Ｃとから運び出すように第１の流路８６Ｃを通るように向けられて、軸受能力と全体的な軸受性能とを損ない得る、スラストランナー６８Ｃと第１のフォイル８２Ｃとの熱変形を最小限にする。加えて、二次流体流れ９４Ｃは、追加の量の熱エネルギーをスラスト軸受６６Ｃから取り出すように、第２の流路８８Ｃを通るように向けられている。スラスト軸受６６Ｃを通過した後、一次流体流れ９２Ｃ及び二次流体流れ９４Ｃは合流して、軸受アセンブリ４２Ｃから流れ出る冷却流排出９６Ｃを形成する。
【００３９】
軸受アセンブリ４２Ｃの制限要素９８Ｃは、筐体７０Ｃから軸方向に主板４８Ｃに向かって伸びるリップ１００Ｃを含む。リップ１００Ｃの遠位端１０２Ｃを、主板４８Ｃの内径端８０Ｃに軸方向で揃えることができる。遠位端１０２Ｃと、主板４８Ｃの内径端８０Ｃと、の間の軸方向の間隔ＸCは、０．００２インチ〜０．０２０インチの間（０．００５ｃｍ〜０．０５１ｃｍ）であり得る。
【００４０】
制限要素９８Ｃは、制限要素の無い先行技術の二次的流路よりも、第２の流路８８Ｃからのより狭窄した出口を作り出す。制限要素９８Ｃは、第２の流路８８Ｃを通る二次流体流れ９４Ｃを、最大９０％、いくつかの場合では９０％を超えて、減少させる。言い換えると、制限要素９８Ｃは、二次流体流れ９４Ｃを、制限要素９８Ｃが無い場合の流体の流れの１０％に減少させる。制限要素９８Ｃは、また、二次流体流れ９４Ｃを、一次流体流れ９２Ｃよりも９０％少ない量に減少させる。
【００４１】
一般的に、制限要素９８Ａ，９８Ｂ，９８Ｃは、第２の流路８８Ａ，８８Ｂ，８８Ｃの流れエリアを局所的に減少させ、それにより、二次流体流れ９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃを、第２の流路８８Ａ，８８Ｂ，８８Ｃ内に形成される背圧によって方向転換させる、少なくとも部分的なシールを作り出す。
【００４２】
（可能性のある実施形態の説明）
以下は、本発明の可能性のある実施形態の非排他的な説明である。
【００４３】
軸受アセンブリは、シャフトと、シャフトに取り付けられたスラストランナーとを含むことができる。シャフトランナーは、シャフトから半径方向外向きに突き出ることができる。スラスト軸受を、スラストランナーに軸方向で隣接して配置することができる。第１の流路は、スラストランナーとスラスト軸受の第１の面との間にあり得る。第２の流路は、スラスト軸受の第２の面と筐体との間にあり得る。制限機構は、第２の流路を通る流体の流れを制限することができる。
【００４４】
前段落の軸受アセンブリは、任意で、加えて及び／または代替的に、以下の特徴、構成、及び／または追加構成要素のうちの１つ以上を含むことができる。
【００４５】
スラスト軸受が、円環形を有し、かつスラスト軸受の第１の面と第２の面との間に位置し得る、主板を備えることができ、主板が、外径端と内径端とを含むことができる、前述の軸受アセンブリのさらなる実施形態。
【００４６】
スラスト軸受の第１の面が、第１の複数のトップフォイルと、第１の複数のボトムフォイルとを備えることができ、さらに、スラスト軸受の第２の面が、第２の複数のトップフォイルと、第２の複数のボトムフォイルとを備えることができる、前述の軸受アセンブリのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００４７】
制限機構が、スラスト軸受の第２の面に向かって軸方向に伸びるリップを備えることができる、前述の軸受アセンブリのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００４８】
リップの遠位端が、主板の内径端から半径方向内側に配置され得、スラスト軸受の主板と半径方向で揃っている、前述の軸受アセンブリのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００４９】
リップの遠位端が、主板の内径端と軸方向に揃うように配置され得る、前述の軸受アセンブリのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００５０】
制限機構が、スラスト軸受の第２の面と筐体との間に配置されたＯリングをさらに備えることができる、前述の軸受アセンブリのうちの任意のもののさらなる実施形態。及び／または、
Ｏリングが、主板の内径端と軸方向に揃うように配置され得、さらに、Ｏリングが、主板と接触し得る、前述の軸受アセンブリのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００５１】
スラスト軸受の冷却方法は、スラスト軸受に亘って流体を、スラストランナーと、スラスト軸受の第１の面と、の間の第１の流路に通すことを含むことができる。流体を、スラスト軸受の第２の面と、筐体と、の間の第２の流路に通すことができる。流体の流れを、第２の流路内で、スラスト軸受の内径に沿った地点において、制限することができる。第２の通路内の流体の流れの一部を方向転換させて、第１の流路の中に流れ込ませることができる。スラスト軸受を、流体の流れを用いて冷却することができる。
【００５２】
前段落の方法は、任意で、加えて、及び／または代替的に、以下の特徴、構成、及び／または追加構成要素のうちの１つ以上を含むことができる。
【００５３】
前述の方法のさらなる実施形態は、スラスト軸受を、スラストランナーと軸方向に隣接して配置することをさらに備えることができる。
【００５４】
空気の流れを第２の流路内で制限することが、制限機構をスラスト軸受に沿って配置することをさらに含むことができる、前述の方法のうちの任意のもののさらなる実施形態。及び／または、
第２の通路内の流体の流れの一部を方向転換させることが、背圧を第２の通路内に作り出すことをさらに備えることができる、前述の方法のうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００５５】
ＡＣＭは、筐体と、筐体の中心線軸に沿って配置されたシャフトから半径方向外側に延在するスラストランナーと、を含むことができる。スラスト軸受を、筐体とスラストランナーとの間に配置することができる。スラスト軸受は、スラスト軸受を通って伸びる主板を含むことができる。第１の流路は、スラスト軸受の第１の面に沿うことができる。第２の流路は、スラスト軸受の第２の面と筐体との間に伸びることができ、第２の面は、第１の面の反対側である。制限機構は、筐体から、軸方向に、スラスト軸受に向かって伸びることができる。
【００５６】
前段落のＡＣＭは、任意で、加えて、及び／または代替的に、以下の特徴、構成、及び／または追加構成要素のうちの１つ以上を含むことができる。
【００５７】
主板が、円環形を備えることができ、スラスト軸受の第１の面と第２の面との間に配置され得、主板が、外径端と内径端とを含む、前述のＡＣＭのさらなる実施形態。
【００５８】
スラスト軸受の第１の面が、第１の複数のトップフォイルと、第１の複数のボトムフォイルとを備えることができ、さらに、スラスト軸受の第２の面が、第２の複数のトップフォイルと、第２の複数のボトムフォイルとを備えることができる、前述のＡＣＭのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００５９】
制限機構が、筐体から軸方向に伸びるリップを備えることができる、前述のＡＣＭのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００６０】
リップの遠位端が、主板の内径端から半径方向内側に配置されるとともに、スラスト軸受の主板と半径方向に揃うように配置され得る、前述のＡＣＭのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００６１】
リップの遠位端が、主板の内径端と軸方向に揃うように配置され得る、前述のＡＣＭのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００６２】
制限機構が、筐体とスラスト軸受の第２の面との間に配置されたＯリングをさらに備えることができる、前述のＡＣＭのうちの任意のもののさらなる実施形態。及び／または、
Ｏリングが、主板の内径端と軸方向に揃うように配置され得、さらに、Ｏリングが、主板と接触している、前述のＡＣＭのうちの任意のもののさらなる実施形態。
【００６３】
本発明を例示的な実施形態を参照して説明したが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなしに、さまざまな変更を行うことができ、同等物で本発明の要素を置き換えることができる、ということを理解する。加えて、多くの変更を行って、特定の状況または材料を、本発明の基本範囲から逸脱せずに、本発明の教示に適応することができる。したがって、本発明が開示した特定の実施形態に限定されないが、本発明が添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含む、ということが意図されている。
【符号の説明】
【００６４】
１０…空気循環装置（ＡＣＭ）
４２…軸受アセンブリ
４８…主板
６６…スラスト軸受
６８…スラストランナー
７０…筐体
７４…第1の面
７６…第2の面
７８…外径端
８０…内径端
８２…第1のフォイル
８４…第2のフォイル
８６…第1の流路
８８…第2の流路
９０…シャフト
９２…一次流体流れ
９４…二次流体流れ
９６…冷却流排出
９８…制限要素
１００…リップ
１０２…遠位端
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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