箔片轴承的制作方法

文档序号:10591108
箔片轴承的制作方法
【专利摘要】本发明的箔片轴承(20)具备:推力构件(21);以及箔片构件(22),其安装于推力构件(21)的端面,且具有推力轴承面(31c),推力箔片轴承(20)借助推力轴承面(31c)来形成推力轴承间隙(T),其中,箔片构件(22)具备箔片(30),该箔片(30)一体地具有将圆周方向一端(31a)设为自由端且设有推力轴承面(31c)的多个叶片(31)、和将多个叶片(31)连结起来的连结部(32)。
【专利说明】
箔片轴承[0001 ] 本申请是国际申请日为2012年7月25日、申请号为201280037796.7(国际申请号 PCT/JP2012/068790 )、发明名称为“推力箱片轴承”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种推力箱片轴承,其由设于薄膜状的箱片的推力轴承面形成推力轴承间隙,并利用在该推力轴承间隙产生的流体膜将旋转构件支承于轴向方向。【背景技术】
[0003]燃气轮机、增压机(涡轮增压机)的轴被驱动且以高速旋转。另外,安装于轴的涡轮叶片暴露在高温中。因此,对于支承上述轴的轴承,要求能够承受高温?高速旋转这样的严酷环境。作为此类用途的轴承,有时使用油润滑的滚动轴承、油动压轴承。然而,在难以由润滑油等液体来进行润滑的情况、从能量效率的观点出发而难以额外设置润滑油循环系统的辅助机构的情况、或者由液体的剪切产生的阻力成为问题的情况等的条件下,使用油的轴承的使用受到制约。因此,作为适用于上述那样的条件的轴承,着眼于空气动压轴承。
[0004]作为空气动压轴承,通常由刚体来构成旋转侧与固定侧这两者的轴承面。然而,对于此类空气动压轴承,当形成于旋转侧与固定侧的轴承面间的轴承间隙的管理不充分时, 在超出稳定极限时容易产生被称作回转(whirl)的自激性的轴的振摆回转。因此,与使用的旋转速度对应的间隙管理变得重要。然而,像燃气轮机、增压机那样,由于在温度变化激烈的环境中受到热膨胀的影响而导致轴承间隙的宽度发生变动,因此高精度的间隙管理变得极为困难。
[0005]作为在温度变化大的环境下也能够容易地进行间隙管理的轴承而已知有箱片轴承。箱片轴承是由对于弯曲而刚性较低的具有挠性的薄膜(箱片)构成轴承面的轴承。对于箱片轴承,借助箱片的挠性而形成与轴的旋转速度或负载、周围温度等运转条件对应的适当的轴承间隙。因此,箱片轴承具有稳定性优异这样的特征,与通常的空气动压轴承相比较,能够在高速下使用。另外,对于通常的动压力轴承,由于需要始终确保数Ml左右的轴承间隙,因此当考虑到制造时的公差、进而考虑到温度变化激烈的情况下的热膨胀时,精密的间隙管理是困难的。与此相对,在箱片轴承的情况下,若管理为数十Ml左右的轴承间隙就足够了,具有其制造、间隙管理变得容易的优点。
[0006]另外,由于向燃气轮机、增压机的轴施加因涡轮的高速旋转而产生的轴向方向的反作用力,因此不仅需要在径向方向上对轴进行支承,还需要在轴向方向上对轴进行支承。 例如,专利文献1?3中示出在径向方向上对旋转轴进行支承的箱片轴承。另外,专利文献4 ?6中示出叶片型的推力箱片轴承来作为在轴向方向上对旋转构件进行支承的推力箱片轴承的一种。该推力箱片轴承在固定构件的端面的圆周方向多处位置设有多个叶片,各叶片的圆周方向一端为自由端,各叶片的圆周方向另一端固定于固定构件的端面。当旋转构件进行旋转时,在各叶片的轴承面与同其对置的旋转构件的端面之间形成有推力轴承间隙, 利用该推力轴承间隙的流体膜而使旋转构件在轴向方向上被非接触支承。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2002-364643号公报 [〇〇1〇] 专利文献2:日本特开2003-262222号公报 [〇〇11] 专利文献3:日本特开2009-299748号公报 [〇〇12] 专利文献4:日本特开昭61-36725号公报 [〇〇13] 专利文献5:日本实开昭61-38321号公报 [〇〇14] 专利文献6:日本特开昭63-195412号公报
【发明内容】
[〇〇15]发明要解决的课题
[0016][第一目的]
[0017]然而,在上述那样的叶片型的推力箱片轴承中,由于需要一个个地形成多个叶片, 因此部件件数变多。另外,由于需要将叶片一个一个地组装于固定构件的端面,因此叶片的组装花费工时,从而导致成本升高。
[0018]本发明的第一目的在于,减少叶片型的推力箱片轴承的部件件数,并简化叶片的组装,从而实现低成本化。
[0019][第二目的]
[0020]仅在上述那样的推力轴承间隙的流体膜中,在轴向方向上施加较大的负载的情况下,负载容量不足,可能导致旋转构件的稳定性降低、或导致旋转构件与固定构件之间的接触。尤其是在燃气轮机、增压机中使用的轴向轴承,通过转子(叶片)以高速进行旋转,由此向轴施加较大的轴向方向的负载,因此强烈要求提高轴向方向的负载容量。
[0021]例如,图37所示的箱片轴承2100用于轴向方向的支承,是具有多个(图示例中为8 条)叶片箱片2110的所谓的叶片型的箱片轴承。各叶片箱片2110中,圆周方向一端为自由端 2111,圆周方向另一端作为固定端2112而固定于圆盘状的推力构件2120的端面。在各叶片箱片2110形成有推力轴承面2113。如图38所示,在旋转构件2130的端面2131与叶片箱片 2110的推力轴承面2113之间形成有楔形的推力轴承间隙2140。在叶片箱片2110的自由端 2111附近处形成有推力轴承间隙2140的小间隙部2141,在刚越过自由端2111之后(在图示例中固定端2112附近)形成有推力轴承间隙2140的大间隙部2142。当旋转构件2130朝箭头C 方向进行旋转时,推力轴承间隙2140的流体膜进行流动。此时,在小间隙部2141流动的流体成为高压,在大间隙部2142流动的流体相对地成为低压。因此,如图39所示,在叶片箱片 2110的自由端2111附近形成有高压区域H,在叶片箱片2110的固定端2112附近形成有低压区域L。需要说明的是,图38的弹簧2150示意性地表示叶片箱片2110的弹性。[〇〇22]此时,在大间隙部2142流动的流体的流速并不均匀。即,在大间隙部2142中、旋转构件2130的端面附近(在图示例中为上方部分),高压的流体从小间隙部2141(高压区域H) 流入,由此流速变快(参照图38的箭头vl’)。另一方面,由于大间隙部2142中、推力轴承面 2113附近(在图示例中为下方部分)处的流体难以受到从小间隙部2141流入的高压的流体的影响,因此流速慢(参照图38的箭头v2’)。因此,大间隙部2142的图中下方部分的流体几乎不向小间隙部2141流入,而小间隙部2141中的流体的压力难以升高。
[0023]以上那样的问题是在相同轴承面上形成多个楔膜的箱片轴承所产生的问题,不仅是用于在轴向方向上进行支承的箱片轴承,用于在径向方向上进行支承的箱片轴承中也同样产生。[〇〇24]另外,在推力箱片轴承中,伴随着旋转构件的旋转,推力轴承间隙的流体在离心力的作用下欲向外径侧流出,因此可能导致推力轴承间隙的流体量变少,流体膜的压力降低。 [〇〇25]本发明的第二目的在于提高推力箱片轴承的负载容量。
[0026][第三目的]
[0027]当分别设置于在径向方向上支承旋转构件的箱片轴承和在轴向方向上支承旋转构件的箱片轴承时,部件数量变多而导致成本升高。
[0028]另外,如上述那样,箱片轴承的轴承间隙比滚动轴承、普通的空气动压轴承设定得大,与增大轴承间隙相应地,轴的相对移动允许量变大。尤其是在使用箱片轴承作为对燃气轮机、增压机的轴进行支承的轴向轴承的情况下,当轴的轴向方向的移动允许量较大时,安装于轴的叶片(涡轮、压缩机)的轴向方向的移动允许量也变大,需要预先增大叶片与外壳之间的间隙,以避免叶片与外壳干涉。当增大叶片与外壳之间的间隙时,空气从该间隙泄漏,因此压缩机中的压缩率、或涡轮中的转换效率降低。
[0029]本发明的第三目的在于,在沿径向方向及轴向方向对轴进行相对支承的箱片轴承中,减少部件数量,并且减小轴的轴向方向的相对移动允许量。
[0030]解决方案
[0031][本申请第一发明]
[0032]为了实现上述的第一目的而完成的本申请第一发明是一种推力箱片轴承,其具备推力构件、和安装于推力构件的端面且具有推力轴承面的箱片构件,并借助推力轴承面来形成推力轴承间隙,其中,箱片构件具备箱片,该箱片一体具有:圆周方向一端为自由端且设有推力轴承面的多个叶片;以及连结多个叶片的连结部。
[0033]如此,不分别独立地设置多个叶片,而由连结部进行连结而作为箱片形成为一体, 由此能够减少部件件数。另外,通过将形成为一体的箱片组装于推力构件的端面,能够一次性组装多个叶片,因此叶片组装被简化。此外,通过将多个叶片形成为一体,即便在增大叶片的数量的情况下也不会增加组装工时,因此不会导致成本升高而能够通过增加叶片的数量来提高轴向方向的负载容量。
[0034]在上述的箱片轴承中,若通过在一条箱片加工豁口而形成多个叶片及连结部,则能够简单地形成一体具有多个叶片的箱片。若设有多条上述箱片并向形成于一条箱片的豁口插入其他箱片的叶片,则能够将一条箱片的叶片与其他箱片的叶片在圆周方向上交替配置。由此,能够将具有推力轴承面的叶片在圆周方向上紧密配置,因此能够任意地变更轴承的轴向负载容量。
[0035]若将多个叶片的自由端的外径端部朝向内径侧而向旋转构件的旋转方向在先侧倾斜,则能够将空气从箱片构件的外周的空间导入推力轴承间隙,因此能够提高推力轴承间隙中的压力并提高轴向负载容量。具体来说,例如,能够将多个叶片的自由端排列为栗入式的螺旋形状、人字形。
[0036]若配置从与推力轴承面相反的一侧支承多个叶片的支承部,则通过调整该支承部的数量、形状、配置位置,能够自由地设定从安装面立起的叶片的倾斜角度、推力轴承面的弯曲形状。由此,能够实现与要求的特性对应的叶片的最佳形状的设计。
[0037]箱片轴承在高速运转时在箱片构件的推力轴承面与同其对置的面之间形成有流体膜,上述的面成为非接触状态,但在起动时或停止时的低速旋转状态下,难以形成箱片构件的推力轴承面、同其对置的面的表面粗糙度以上的流体膜。因此,旋转构件与固定构件夹着箱片构件而进行接触,可能导致箱片构件的表面损伤。因此,优选在箱片构件的推力轴承面设置被膜,从而防止损伤。
[0038]另外,在构成箱片构件的箱片彼此或箱片与箱片安装面之间产生与负载变动、振动相伴的微小位移的滑动。因此,优选在构成箱片构件的箱片中的、与推力轴承面相反一侧的面设置被膜,从而防止因滑动而导致的损伤。
[0039]箱片轴承大多在难以由液体来进行润滑的位置处使用,因此上述那样的被膜能够使用DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。DLC膜、氮化铝钛膜为硬质且摩擦系数低,适用于强度面。另一方面,二硫化钼膜能够由喷雾器等进行喷射,因此能够简单地形成被膜。
[0040]以上那样的推力箱片轴承能够适当用于燃气轮机、增压机的转子支承用。
[0041][本申请第二发明][〇〇42]为了实现上述的第二目的而完成的本申请第二发明是一种推力箱片轴承,该推力箱片轴承具备固定构件、旋转构件、配置于旋转构件的端面与固定构件的端面之间且具有推力轴承面的箱片构件,借助箱片构件的推力轴承面来形成推力轴承间隙,利用在该推力轴承间隙产生的流体膜而在轴向方向上对旋转构件进行支承,其中,在固定构件及旋转构件分别安装磁铁,将上述的磁铁以彼此作用轴向方向的斥力的方式配置。[〇〇43]如此,通过在固定构件及旋转构件以作用轴向方向的斥力的方式安装磁铁,能够利用在磁铁间产生的斥力对因在推力轴承间隙产生的流体膜的压力而产生的轴向方向上的支承力进行辅助,从而提高推力箱片轴承的负载容量。
[0044]然而,在由刚体构成旋转构件与固定构件这两者的轴承面的普通的动压力轴承中,如上述那样推力轴承间隙总是成为数Ml左右的非常小的值,因此当在固定构件及旋转构件设置磁铁时,磁铁间的距离变得非常近,在磁铁间作用比较大的斥力。因此,在例如刚起动之后、将要停止之前的低旋转时等、轴承间隙的流体膜的压力并不足够高时,可能在磁铁间的斥力的影响下使旋转构件相对于固定构件倾斜,旋转构件的稳定性降低。与此相对地,在箱片轴承中,如上述那样,由于能够将推力轴承间隙设定为比较大的值,因此设于固定构件及旋转构件的磁铁比较分离地配置,从而能够抑制在磁铁间产生的斥力而防止旋转构件倾斜的情况。而且,当旋转构件的旋转速度上升、向旋转构件施加轴向方向上的较大负载而使推力轴承间隙变小时,磁铁间的距离变小而上述之间的斥力变大,从而提高轴向方向上的支承力。此时,即使在磁铁间产生的斥力变大,因高速旋转而使轴承间隙(尤其是径向轴承间隙)的流体膜的压力足够高,因此能够防止旋转构件倾斜的情况。如此,在上述的推力箱片轴承中,当旋转构件的转速低时,在磁铁间产生的斥力较小,能够防止旋转构件受到斥力的影响而倾斜的情况,当旋转构件的转速变高时,在磁铁间产生的斥力变大,从而提高轴向方向上的支承力。
[0045]上述磁铁例如能够沿着圆周方向(绕旋转构件的旋转轴心的圆周方向)配置。在该情况下,若将磁铁设为在整周上连续的环状,则能够将磁铁简单地安装于固定构件或旋转构件。另一方面,若将上述的磁铁由在圆周方向上隔离地配置的多个磁铁构成,则能够自由地设定磁铁整体的直径,因此提高设计的自由度。另外,在该情况下,由于各个磁铁可以是任意的形状,因此能够使用成品的磁铁来实现低成本化。
[0046]如上述那样,在将磁铁沿着圆周方向配置的情况下,若安装于旋转构件的磁铁的外径、和安装于固定构件的磁铁的外径不同,则在一方的磁铁的内径侧配置另一方的磁铁, 从而能够增大旋转构件的径向方向的稳定性。即,例如图20(a)所示,当使相同直径的环状的磁铁1101、11〇2在轴向方向上对置时,如图20(b)所示,在磁铁1101、1102略微在径向方向上偏离的情况下,在两磁铁1101、1102间产生的斥力向增大径向方向的偏差的方向作用(参照附图中的空心箭头)。与此相对地,如图21(a)所示,当将外径不同的环状的磁铁1103、 1104配置为同心状、在磁铁1104的内径侧配置磁铁1103时,如附图中箭头所示那样,在磁铁 1103、1104间产生的斥力在朝向内径对小径的磁铁1103进行施力的方向上作用。因此,如图 21(b)所示,在小径的磁铁1103相对于大径的磁铁1104而略微在径向方向上偏离的情况下, 根据在两磁铁11 〇 3、1104间产生的斥力的径向方向成分,能够朝向大径的磁铁1104的轴心侧对小径的磁铁1103进行施力。由此,磁铁1103、1104的径向方向的偏差被修正,旋转构件的径向方向的稳定性提高。
[0047]在例如燃气轮机、增压机那样的高温环境下使用的推力箱片轴承的情况下,优选使用在高温环境下也显示出良好的特性的钐钴磁铁。[〇〇48]上述的箱片构件例如能够构成为具备箱片,该箱片一体具有圆周方向一端为自由端且设有推力轴承面的多个叶片、以及连结多个叶片的连结部。另外,也可以组合多个上述的箱片来构成箱片构件。
[0049]箱片轴承在高速运转时在箱片构件的推力轴承面与同其对置的面之间形成有流体膜,上述的面成为非接触状态,但在起动时、停止时的低速旋转状态下,难以形成箱片构件的推力轴承面、同其对置的面的表面粗糙度以上的流体膜。因此,旋转构件与固定构件夹着箱片构件而进行接触,可能导致箱片构件的表面损伤。因此,优选在箱片构件的推力轴承面设置被膜,从而防止损伤。
[0050]另外,在构成箱片构件的箱片彼此或箱片与箱片安装面之间产生与负载变动、振动相伴的微小位移的滑动。因此,优选在构成箱片构件的箱片中的、与推力轴承面相反一侧的面设置被膜,从而防止因滑动而导致的损伤。
[0051]箱片轴承大多在难以由液体进行润滑的位置处使用,因此上述那样的被膜能够使用DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。DLC膜、氮化铝钛膜为硬质且摩擦系数低,适用于强度面。另一方面,二硫化钼膜能够由喷雾器等进行喷射,因此能够简单地形成被膜。[〇〇52]以上那样的推力箱片轴承能够适用于燃气轮机、增压机的转子支承用。[〇〇53][本申请第三发明][〇〇54]为了实现上述的第二目的而完成的本申请第三发明是一种箱片轴承,该箱片轴承具备:固定构件;旋转构件;配置于固定构件与旋转构件之间且圆周方向一端为自由端的多个叶片箱片,该箱片轴承借助设于叶片箱片的轴承面来形成楔形的轴承间隙,并由在该轴承间隙产生的流体膜来支承旋转构件,其中,在叶片箱片的自由端交替地设有多个切口部、 和与轴承面连续的多个齿背部。
[0055]如此,通过在叶片箱片的自由端交替地设置多个切口部及齿背部,能够使轴承间隙的流体有力地流动,从而提高轴承间隙的流体的压力。其理由如下所述。例如图25所示,在将叶片箱片230的自由端231形成为Z字形并交替地设置多个切口部231a及齿背部231b的情况下,如图23所示,在自由端231附近形成有推力轴承间隙T的小间隙部T1,当旋转构件 (凸缘部240)朝向箭头D方向进行旋转时,小间隙部T1的流体的压力提高。该高压的流体的一部分经由切口部231a而向叶片箱片230的背侧(轴承面233的相反一侧)排出(参照图23的箭头A),由此推力轴承间隙T的大间隙部T2的推力构件221侧部分(图中下方部分)的流体进行流动(参照图23的箭头v2)。其结果是,推力轴承间隙T的大间隙部T2中的流体的运动量增大,与图38所示的情况相比,由于从大间隙部T2向小间隙部T1流入的流体的量增加,因此小间隙部T1中的压力升高。[〇〇56]叶片箱片的自由端能够形成为例如Z字形(参照图24及图25)、或形成为波形(参照图 26)。
[0057]在上述的箱片轴承中,例如,能够在一条箱片一体设置多个叶片箱片和连结多个叶片箱片的连结部。由此,能够将多个叶片箱片一次性安装于固定构件或旋转构件。另外, 若组合多个上述的箱片而构成箱片构件,则能够将更多的叶片箱片一次性地安装于固定构件或旋转构件。
[0058]上述那样的箱片轴承在高速运转时在叶片箱片的轴承面与同其对置的面之间形成有流体膜,上述的面成为非接触状态,但在起动时、停止时的低速旋转状态下,难以形成叶片箱片的轴承面、与其对置的面的表面粗糙度以上的流体膜。因此,旋转构件与固定构件夹着叶片箱片而进行接触,可能导致叶片箱片的表面损伤。因此,优选在叶片箱片的轴承面设置被膜,从而防止损伤。
[0059]另外,多个叶片箱片彼此、或叶片箱片与供叶片箱片固定的面之间产生与负载变动、振动相伴的微小位移的滑动。因此,优选在叶片箱片的与轴承面相反一侧的面设置被膜,从而防止因滑动而导致的损伤。
[0060]箱片轴承大多在难以由液体来进行润滑的位置处使用,因此上述那样的被膜使用 DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。DLC膜、氮化铝钛膜为硬质且摩擦系数低,适用于强度面。另一方面,二硫化钼膜能够由喷雾器等进行喷射,因此能够简单地形成被膜。
[0061]以上那样的结构不仅能够应用于在轴向方向的支承中使用的箱片轴承,还能够应用于在径向方向的支承中使用的箱片轴承。
[0062]另外,以上那样的箱片轴承能够适用于燃气轮机、增压机的转子支承用。[〇〇63][本申请第四发明][〇〇64]为了实现上述的第二目的而完成的本申请第四发明是一种推力箱片轴承,该推力箱片轴承具备:固定构件;旋转构件;配置于固定构件与旋转构件之间的箱片构件,该推力箱片轴承借助设于箱片构件的推力轴承面来形成推力轴承间隙,并由在该推力轴承间隙产生的流体膜在轴向方向上支承旋转构件,其中,在推力轴承面上将沿圆周方向长大的突起或槽形成于在半径方向上隔离的多处位置。
[0065]如此,通过在推力轴承面上将沿圆周方向长大的突起或槽形成于在半径方向上隔离的多处位置,借助离心力而欲从推力轴承间隙向外径侧流出的流体与突起或槽发生碰撞而沿着圆周方向流动(整流效果)。由此,能够减少借助离心力而从推力轴承间隙向外径侧流出的流体,并提高在推力轴承间隙产生的流体膜的压力。需要说明的是,“沿圆周方向长大的”形状是指,圆周方向尺寸比径向尺寸长大的形状,并不局限于与圆周方向平行的圆弧形状,也包含沿圆周方向长大的矩形(参照图42)、三角形(参照图44)。
[0066]例如,能够在箱片构件的轴承面固定整流构件并由该整流构件构成上述的突起。 在该情况下,在整流构件与经由推力轴承间隙而与该整流构件对置的对象件的端面不发生接触的范围内,通过使整流构件尽可能地挨近对象材的端面,整流效果进一步提高。
[0067]另一方面,由于上述的槽能够通过冲压加工等而简单地形成于箱片构件,因此与固定整流构件的情况相比能实现制造成本的降低。若使该槽的槽宽度朝向旋转方向在先侧逐渐缩窄、或使槽的槽深度朝向旋转方向在先侧加深,则能够提高整流效果。
[0068]上述那样的结构例如能够应用于箱片构件具有圆周方向一端为自由端的多个叶片的叶片型的推力箱片轴承。在该情况下,箱片构件例如能够构成为具备箱片,该箱片一体地具有圆周方向一端为自由端且设有推力轴承面的多个叶片、和将多个叶片连结起来的连结部。另外,还可以组合多个上述的箱片来构成箱片构件。
[0069]箱片轴承在高速运转时箱片构件的推力轴承面与同其对置的面之间形成有流体膜,上述的面成为非接触状态,在起动时、停止时的低速旋转状态下,难以形成箱片构件的推力轴承面、与其对置的面的表面粗糙度以上的流体膜。因此,旋转构件与固定构件夹着箱片构件而进行接触,可能导致箱片构件的表面损伤。因此,优选在箱片构件的推力轴承面设置被膜,从而防止损伤。
[0070]另外,在构成箱片构件的箱片彼此、或箱片与箱片安装面之间产生与负载变动、振动相伴的微小位移的滑动。因此,优选在构成箱片构件的箱片中的、与推力轴承面相反一侧的面设置被膜,从而防止因滑动而导致的损伤。
[0071]箱片轴承大多在难以由液体来进行润滑的位置使用,因此上述那样的被膜能够使用DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。DLC膜、氮化铝钛膜为硬质且摩擦系数低,适用于强度面。另一方面,二硫化钼膜能够由喷雾器等进行喷射,因此能够简单地形成被膜。
[0072]以上那样的推力箱片轴承能够适用于燃气轮机、增压机的转子支承用。[〇〇73][本申请第五发明]
[0074]另外,为了实现上述的第三目的而完成的本申请第五发明是一种箱片轴承,该箱片轴承具备:轴;在内周插入有轴的外侧构件;配置于轴的外周面与外侧构件的内周面之间且具备存在挠性的的轴承面的箱片构件,该箱片轴承借助箱片构件的轴承面来形成轴承间隙,并由在轴承间隙产生的流体膜来对轴构件与外侧构件之间的相对旋转进行支承,其中, 在轴的外周面及外侧构件的内周面设置彼此对置的一对锥面,在一方的锥面安装箱片构件,并且在另一方的锥面与轴承面之间形成轴承间隙。[〇〇75]如此,在本发明所涉及的箱片轴承中,在安装于一方的锥面的箱片构件的轴承面与另一方的锥面之间形成轴承间隙。在该情况下,由于在锥面的法线方向上产生支承力,因此根据该支承力的径向方向成分及轴向方向成分,能够在径向方向及轴向方向上对轴进行相对支承。因而,若使用上述的箱片轴承,则与分别设置径向方向支承用的轴承与轴向方向支承用的轴承的情况相比,能够减少部件数量。
[0076]另外,在上述的箱片轴承中,由于在相对于轴向方向倾斜的方向(锥面的法线方向)上形成有轴承间隙,因此能够抑制轴相对于外侧构件的在轴向方向上的移动允许量。 艮P,例如图58所示,在安装于固定构件4101的箱片4102的轴承面4102a与旋转轴4103的凸缘部4104的端面4104a之间形成有轴向方向的轴承间隙的情况下,该推力轴承间隙的大小X’成为旋转轴4103的轴向方向的移动允许量x’(x’ =X’)。与此相对地,在图59所示的例子中, 将固定构件4201的端面4201a及旋转轴4203的凸缘部4204的端面4204a设为相对于轴向倾斜角度9的锥面,在安装于固定构件4201的端面4201a的箱片4202的轴承面4202a与凸缘部 4204的端面4204a之间形成有轴承间隙。在该情况下,轴承间隙的大小X的轴向方向成分成为旋转轴4203的轴向方向的移动允许量x(x = X ? sin0)。因此,在图58所示的推力轴承间隙的大小X’与图59所示的轴承间隙的大小X相等的情况下,在锥面间形成有轴承间隙的图59 所示的例子能够减小旋转轴的移动允许量(x<x’)。需要说明的是,在图58及图59中,为了便于理解,将轴承间隙X、X ’的大小夸张示出。
[0077]在上述的箱片轴承中,若在轴的外周面及外侧构件的内周面设有:彼此对置且在轴向一方侧配置有大径部的一对第一锥面;彼此对置且在轴向另一方侧配置有大径部的一对第二锥面,则利用上述第一锥面及第二锥面能够将轴相对于外侧构件而支承于两轴向方向。
[0078]当轴与外侧构件相对旋转时,由于一对锥面的相对周速是越靠近大径侧而越大, 因此在锥面的大径部处在轴承间隙产生的压力成为最大。因而,若以各个大径部配置于轴向外侧的方式将第一锥面及第二锥面在轴向上排列配置,则能够增大支承力高的大径部的轴向距离(轴承跨距),箱片轴承的力矩刚性提高。
[0079]若将以上那样的箱片轴承作为燃气轮机、增压机的转子支承用而使用,则能够减小轴的轴向方向的移动允许量。由此,能够将涡轮、压缩机的叶片与外壳之间的间隙设定得较小,因此能够提高压缩机中的压缩率或涡轮中的转换效率。
[0080]发明效果
[0081]如以上那样,根据本申请第一发明,由于能够减少叶片型的推力箱片轴承的部件件数并简化叶片的组装,因此能够实现低成本化。[〇〇82]另外,根据本申请第二发明,能够利用在磁铁间产生的斥力来提高推力箱片轴承的负载容量。[〇〇83]另外,根据本申请第三发明,通过增大轴承间隙的流体的运动量,在轴承间隙产生的流体膜的压力提高,从而能够提高箱片轴承的负载容量。
[0084]另外,根据本申请第四发明,通过使推力轴承间隙的流体的流动在圆周方向上整流,能够提高在推力轴承间隙产生的流体膜的压力,从而提高推力箱片轴承的负载容量。 [〇〇85]另外,根据本申请第五发明,在径向方向及轴向方向上对轴进行相对支承的箱片轴承中,能够减少部件数量,并且能够减小轴的轴向方向的相对移动允许量。【附图说明】
[0086]图1是示意性地表示微型燃气轮机的图。[〇〇87]图2是表示上述微型燃气轮机的轴的支承构造的剖视图。
[0088]图3是组装于上述支承构造的径向箱片轴承的剖视图。
[0089]图4是组装于上述支承构造的、本申请第一发明的一实施方式所涉及的推力箱片轴承的立体图。
[0090]图5是上述推力箱片轴承的剖视图。[0091 ]图6是构成上述推力箱片轴承的箱片的俯视图。
[0092]图7a是表示组装两条箱片的样子的立体图。
[0093]图7b是表示组装两条箱片的样子的立体图。
[0094]图7c是表示组装两条箱片的样子的立体图。[〇〇95]图8是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的箱片构件的俯视图。[〇〇96]图9是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的箱片构件的俯视图。[〇〇97]图10是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的箱片构件的俯视图。[〇〇98]图11是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的箱片构件的俯视图。[〇〇99]图12是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的剖视图。[〇1〇〇]图13是设于图12的推力箱片轴承的支承箱片的俯视图。
[0101]图14是示意性地表示增压机的图。
[0102]图15是表示微型燃气轮机的转子支承构造的剖视图。
[0103]图16是组装于上述转子支承构造的、本申请第二发明的一实施方式所涉及的推力箱片轴承的剖视图。
[0104]图17a是图16的X-X线中的推力构件的剖视图。[〇1〇5]图17b是图16的Y-Y线中的凸缘部的剖视图。[〇1〇6]图18a是其他实施方式所涉及的推力构件的剖视图。
[0107]图18b是其他实施方式所涉及的凸缘部的剖视图。
[0108]图19是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的剖视图。
[0109]图20a是表示将相同直径的磁铁同心地配置的状态的俯视图及剖视图。
[0110]图20b是表示使图20a的磁铁在径向方向上偏离的情况的俯视图及剖视图。
[0111]图21a是表示将外径不同的磁铁同心地配置的状态的俯视图及剖视图。
[0112]图21b是表示将图21a的磁铁在径向方向上偏离的情况的俯视图及剖视图。
[0113]图22是表示微型燃气轮机的转子的支承构造的剖视图。[〇114]图23是示意性地表示组装于上述转子支承构造的、本申请第三发明的一实施方式所涉及的推力箱片轴承的侧视图。[〇115]图24是上述推力箱片轴承的轴承构件的立体图。[〇116]图25是上述推力箱片轴承的叶片箱片的俯视图。
[0117]图26是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的叶片箱片的俯视图。
[0118]图27是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的叶片箱片的俯视图。
[0119]图28是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的轴承构件的俯视图。[〇12〇]图29是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的轴承构件的俯视图。[〇121]图30是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的轴承构件的立体图。
[0122]图31是图30的推力箱片轴承的箱片的俯视图。
[0123]图32是本申请第三发明的一实施方式所涉及的径向箱片轴承的箱片的俯视图。
[0124]图33是上述径向箱片轴承的剖视图。
[0125]图34是其他实施方式所涉及的径向箱片轴承的剖视图。
[0126]图35是上述径向箱片轴承的箱片构件的立体图。
[0127]图36a是说明上述箱片构件的组装方法的俯视图。
[0128]图36b是说明上述箱片构件的组装方法的侧视图。
[0129]图37是现有的箱片轴承的立体图。
[0130]图38是示意性地表示图37的箱片轴承的侧视图。
[0131]图39是图37的箱片轴承的叶片箱片的俯视图。
[0132]图40是表示上述微型燃气轮机的转子的支承构造的剖视图。
[0133]图41是组装于上述转子支承构造的本申请第四发明的一实施方式所涉及的推力箱片轴承的侧视图。
[0134]图42是上述推力箱片轴承的轴承构件的立体图。
[0135]图43是上述推力箱片轴承的叶片的俯视图。
[0136]图44是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的叶片的俯视图。
[0137]图45是示意性地表示图44的推力箱片轴承的轴承构件的剖视图。
[0138]图46是示意性地表示图44的推力箱片轴承的轴承构件的立体图。
[0139]图47是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的轴承构件的俯视图。[〇14〇]图48是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的轴承构件的俯视图。
[0141]图49是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的轴承构件的立体图。
[0142]图50是图49的推力箱片轴承的箱片的俯视图。[〇143]图51是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的叶片的俯视图。
[0144]图52是其他实施方式所涉及的推力箱片轴承的叶片的俯视图。
[0145]图53是组装于上述微型燃气轮机的、本申请第五发明的一实施方式所涉及的箱片轴承的轴向剖视图。
[0146]图54是将上述箱片轴承的一部分切口的分解立体图。
[0147]图55是上述箱片轴承的轴正交方向剖视图。
[0148]图56是其他实施方式所涉及的箱片轴承的轴向剖视图。
[0149]图57是其他实施方式所涉及的箱片轴承的轴正交方向剖视图。
[0150]图58是在轴向方向上形成轴承间隙的箱片轴承的剖视图。
[0151]图59是在相对于轴向方向倾斜的方向上形成轴承间隙的箱片轴承的剖视图。【具体实施方式】
[0152]以下,基于图1?14而对本申请第一发明的实施方式进行说明。
[0153]图1示意性地表示被称作微型燃气轮机的燃气轮机装置的结构。该微型燃气轮机主要具备:具有叶片列的涡轮1、压缩机2、发电机3、燃烧器4、再生器5。在涡轮1、压缩机2、及发电机3设有沿着水平方向延伸的共用的轴6,由该轴6、涡轮1及压缩机2构成可一体旋转的转子。从吸气口 7吸入的空气被压缩机2压缩,在由再生器5加热后送入燃烧器4。向该压缩空气混合燃料并使其燃烧,利用此时的高温、高压的气体使涡轮1旋转。涡轮1的旋转力经由轴 6而传递到发电机3,通过发电机3进行旋转而发电,该电力经由换流器8而被输出。使涡轮1 旋转后的气体具有比较高的温度,因此将该气体送入再生器5并与燃烧前的压缩空气之间进行换热,由此对燃烧后的气体的热量进行再利用。在再生器5中完成换热的气体在通过废热回收装置9之后作为废气而被排出。
[0154]图2示出转子的支承构造,尤其是涡轮1与压缩机2的轴向间的轴6的支承构造。由于该区域与借助高温、高压的气体而旋转的涡轮1邻接,因此,在此优选使用空气动压轴承,尤其优选箱片轴承。具体来说,由径向箱片轴承10在径向方向上支承轴6,并且由本发明的一实施方式所涉及的推力箱片轴承20在两轴向方向上支承设于轴6的凸缘部40。径向箱片轴承10及推力箱片轴承20、20固定于外壳42。
[0155]径向箱片轴承10由例如叶片型的箱片轴承构成。在本实施方式中,如图3所示,径向箱片轴承10由在内周插入有轴6的圆筒状的外侧构件11、以及固定于外侧构件11的内周面11a且在圆周方向上排列配置的多个叶片12构成。
[0156]叶片12由富有弹性且加工性良好的金属、例如钢材料、铜合金所构成的厚度20wii ?200wii左右的带状箱片形成。在如本实施方式那样作为流体膜而使用空气的空气动压轴承中,由于在环境中不存在润滑油,因此无法期待基于油的防锈效果。作为钢材料、铜合金的代表例,虽能够举出碳钢、黄铜,但普通的碳钢容易产生因锈而导致的腐蚀,黄铜有时产生因加工变形而导致的季裂(黄铜中的Zn的含有量越多、该趋势越强)。因此,作为带状箱片而优选使用不锈钢或青铜制的材料。
[0157]各叶片12中,圆周方向一方(轴6的旋转方向在先侧,参照箭头)的端部12a为自由端,圆周方向另一方的端部12b固定于外侧构件11。叶片12的固定端12b嵌合固定于在外侧构件11的内周面11a形成的轴向槽lib。叶片12的自由端12a侧的一部分区域在径向上与其他叶片12重叠配置。在各叶片12的内径侧的面设有呈无孔、无台阶差的平滑的曲面状的径向轴承面12c 〇[〇158]推力箱片轴承20由叶片型的箱片轴承构成。如图4所示,本实施方式的推力箱片轴承20由中空圆盘状的推力构件21、固定于各推力构件21的端面21a的箱片构件22构成。
[0159]箱片构件22由多个箱片构成,在本实施方式中,由呈相同形状的两条金属制的箱片30、30’构成(参照图7(&))。在箱片构件22中,设于各箱片30、30’的叶片31、31’在圆周方向交替配置。如图5所示,各叶片31、31’的圆周方向一方(轴6的旋转方向在先侧、图中左侧) 的端部31a、31a’为自由端,由此叶片31、31’能够自由地挠曲。叶片31、31’的自由端31a、 31a’配置在与相邻的叶片31’、31的圆周方向另一方的端部31b’、31b大致相同的圆周方向位置。在多个叶片31、31’的凸缘部40侧的面(图中上表面)设有呈无孔、无台阶差的平滑的曲面状的推力轴承面31c、31c’。
[0160]在此,对构成箱片构件22的各箱片30、30’的结构进行说明。需要说明的是,由于箱片30、30’是完全相同的结构,因此仅对一方的箱片30的结构进行说明,省略另一方的箱片 30’的说明(在附图中,对另一方的箱片30’中的与一方的箱片30对应的位置标注“’”而示出)。
[0161]箱片30具有与上述的叶片12相同的材质及厚度,如图6所示,一体具有在圆周方向上等间隔地配置的多个(图示例中为四个)叶片31、和将多个叶片31连结起来的连结部32。 箱片30呈圆形,在其中心设有用于供轴6插入的圆形的孔33。在本实施方式中,通过线切割加工、冲压加工等在一条箱片30造成豁口,从而形成多个叶片31及连结部32。具体来说,在圆形的箱片30的圆周方向上等间隔的多处位置(图示例中为四处位置)设有半径方向的豁口 34,该豁口 34从孔33朝向外径延伸且在比箱片30的外径端靠近前的位置终止。而且,圆周方向的豁口 35从各豁口 34的外径端向圆周方向另一方(轴6的旋转方向后方侧,图6的逆时针方向)延伸。圆周方向的豁口 35延伸到相邻的半径方向的豁口34的圆周方向中央部为止, 图示例中为整周的大约1/8的长度。圆周方向的豁口 35的宽度t比半径方向的豁口 34的宽度七2大(>t2)。通过在箱片30上形成半径方向的豁口 34及圆周方向的豁口 35,能够一次性形成将圆周方向一方的端部31a设为可沿轴向上下自由移动的自由端的多个叶片31、和将上述多个叶片31连结起来的连结部32。连结部32具有包围多个叶片31的外周的环状部32a 和从环状部32a朝向内径延伸的多个(图示例中为四个)延伸部32b,延伸部32b与叶片31的圆周方向另一方的端部31b(在图6中由虚线表示)连续。图示例中,连结部32的延伸部32b与叶片31在圆周方向上具有相同的长度,上述构件在圆周方向上交替设置。
[0162]接着,使用图7对推力箱片轴承20的制造方法进行说明,尤其是对由两条箱片30、 30’组装箱片构件22的方法进行说明。需要说明的是,虽然两条箱片30、30’的材质及形状完全相同,但在图7中,为了便于理解,在一方的箱片30’标注散点。另外,在此,将箱片30、30’ 的中心轴向作为上下方向进行说明。
[0163]首先,将图7(a)所示的两条箱片30、30’如图7(b)所示在上下方向重叠配置。从上侧的箱片30的半径方向的豁口 34插入下侧的箱片30 ’的叶片31’的自由端3 la ’。由此,下侧的箱片30’的叶片31’的自由端31a’配置在上侧的箱片30的连结部32(延伸部32b)的上方。 然后,通过使两条箱片30、30’相对地旋转,如图7(c)所示,下侧的箱片30’的叶片31’的自由端31a’到达上侧的箱片30的叶片31的端部31b的上方。根据以上内容,上侧的箱片30的叶片 31和下侧的箱片30’的叶片31’构成在圆周方向上交替配置的箱片构件22。此时,在各叶片 31、31’的上表面设置的推力轴承面31c、31c’在圆周方向上交替配置,并且在圆周方向上无缝配置。[〇164]如上述那样,将两条箱片30、30’形成为一体的箱片构件22固定于推力构件21的端面21a(参照图4)。固定方法并没有特别地限定,例如通过粘合、焊接而被固定。例如,在重叠两条箱片30、30’的状态下,在连结部32、32’的环状部32a、32a’的圆周方向多处位置,通过一次性焊接将两条箱片30、30’固定于推力构件21。根据以上内容,推力箱片轴承20完成(参照图2)。
[0165]如上述那样,由于推力箱片轴承20利用连结部32、32 ’将多个叶片31、31’形成为一体,因此与一个个单独设置多个叶片的情况相比,部件件数减少,并且能够大幅度地简化叶片31、31’向推力构件的组装操作。另外,如上述那样,通过组合两条箱片30、30’,由于能够简单地设置多个叶片31、31’,因此能够提高轴向方向的负载容量。
[0166]当轴6朝向圆周方向一方进行旋转时,在径向箱片轴承10的各叶片12的径向轴承面12c与轴6的对周面6a之间形成有径向轴承间隙R。由在该径向轴承间隙R产生的流体膜 (空气膜)在径向方向上非接触支承轴6 (参照图3)。与此同时地,在凸缘部40的轴向两侧的端面41与在凸缘部40的轴向两侧设置的推力箱片轴承20的推力轴承面31c、31c’之间形成有朝向圆周方向一方而缩窄轴向宽度的推力轴承间隙T。利用在该推力轴承间隙T产生的流体膜(空气膜)而在两轴向方向上非接触支承有轴6 (参照图5)。此时,哟与径向箱片轴承10 的叶片12及推力箱片轴承20的叶片31、31’具有挠性,由此各叶片12、31、31’的轴承面12c、 31c、31c’根据负载或轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地变形,因此径向轴承间隙R及推力轴承间隙T被自动调整为与运转条件相应的适当宽度。因此,即便在高温、高速旋转这样的严酷条件下,也能够将径向轴承间隙R及推力轴承间隙T管理为最佳宽度,从而能够稳定地对轴6进行支承。需要说明的是,实际的径向轴承间隙R及推力轴承间隙T的宽度为数十Mi左右的微小宽度,在图3及图5中将该宽度夸张地描绘出。
[0167]在箱片轴承10、20中,在轴6的将要停止之前、刚起动之后的低速旋转时,难以在叶片12的径向轴承面12c及叶片31、31’的推力轴承面31c和31c’、轴6的对周面6a形成表面粗糙度以上的厚度的空气膜。因此,在径向轴承面12c与轴6的对周面6a之间、以及推力轴承面 31c、31c’与凸缘部40之间产生金属接触。为了减少因该金属接触而产生的摩擦力并实现叶片12、31、31’的损伤及转矩减少,期望在径向轴承面12c及推力轴承面31c、31c’形成使表面低摩擦化的被膜。作为此类被膜,能够使用例如DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。DLC膜、 氮化钛膜、氮化铝膜能够通过CVD、PVD形成,二硫化钼膜能够由喷雾器简单地形成。尤其是 DLC膜、氮化铝钛膜为硬质,因此能够由上述膜来形成被膜,由此还能够提高径向轴承面12c 及推力轴承面31c、31c’的耐磨损性,从而延长轴承寿命。需要说明的是,也可以替代上述那样的被膜形成于径向轴承面12c及推力轴承面31c、31c’的情况、或者在其基础上将该被膜形成于与上述面对置的轴6的对周面6a及凸缘部40的端面41。
[0168]在轴承的运转过程中,由于在叶片12的背面(与径向轴承面12c相反一侧的面)与外侧构件11的内周面11a之间、叶片31、31’的背面(与推力轴承面31c、31c’相反一侧的面) 与推力构件21的端面21a之间也产生微小滑动,因此也可以在该滑动部分、及叶片12、31、 31’的背面、与其接触的外侧构件11的内周面11a及推力构件21的端面21a的一方或双方形成上述的被膜,由此实现耐磨损性的提高。需要说明的是,为了提高振动的衰减作用,也具有在该滑动部下优选存在一定程度的摩擦力的情况,因此在该部分的被膜处没有像上述那样地要求低摩擦性。因而,作为该部分的被膜而优选使用DLC膜、氮化钛膜、氮化铝膜。
[0169]本发明并不局限于上述的实施方式。需要说明的是,在以下的说明中,在具有与上述的实施方式相同的功能的位置标注相同的附图标记而省略重复说明。[〇17〇]推力箱片轴承20的叶片31、31’的形状并不局限于上述说明,例如,如图8?11所示,也可以使叶片31、31’的自由端31a、31a’的外径端朝向内径侧而在轴6的旋转方向在先侧倾斜。由此,伴随着轴6的旋转,推力箱片轴承20的外径侧的空气沿着叶片31、31’而送入内径侧(参照图8的虚线箭头),因此能够向推力轴承间隙T送入大量的空气,推力轴承间隙T 中的压力提高。具体来说,例如图8所示,能够将叶片31、31’的自由端31a、31a’排列为栗入式的螺旋形状。在该情况下,自由端31a、31a’除了如图8那样形成为曲线状之外,也可以形成为直线状(省略图示)。或者,如图9及图10所示,也可以将叶片31、31’的自由端31a、31a’ 设为人字形。人字形是指,使自由端31a、31a’的外径端及内径端朝向径向中央而与轴6的旋转方向在先侧倾斜的大致V字形状。在该情况下,自由端31a、31a’可以形成为曲线状(参照图9),也可以形成为直线状(参照图10)。需要说明的是,在图8?10中,与图7相同地,对相同形状的两条箱片30、30’中的一方的箱片30’标注散点而表示。[0171 ]另外,根据本发明,由于能够将叶片31、31’简单地组装于推力构件21,因此能够增加形成于箱片30、30’的叶片31、31’的数量。例如图11所示的实施方式中示出在箱片30、30’ 分别各形成10个叶片31、31’并组合上述叶片31、31’而设置合计20个叶片的情况。如此,通过增加叶片31、31’的数量,能够任意地变更轴向方向的负载容量。
[0172]另外,在图12所示的实施方式中,在叶片31、31’的下方设置支承部51。支承部51从与推力轴承面31c、31c’相反的一侧(图中下侧)对叶片31、31’进行支承。通过调整该支承部 51的形状、厚度、个数、及配置位置,能够自由地设定叶片31、31’的自由端31a、31a’的浮出高度,因此能够调整叶片31、31’的倾斜角度、推力轴承面31c、31c’的形状(曲率),从而将推力轴承间隙T设定为最佳形状。例如,在图9所示的箱片构件22设置支承部51的情况下,如图 13所示,能够使用支承箱片50,该支承箱片50—体具有沿着叶片31、31’的自由端31a、31a’ 的、呈线状的支承部51和将支承部51的外周连结起来的环状部52。在图12中,重叠使用两条支承箱片50,并将重叠为双重的支承部51沿着叶片31、31’的自由端31a、31a’而配置在其下方。
[0173]在以上的实施方式中,虽然示出箱片构件22由两条箱片30、30’构成的情况,但并不局限于此,也可以由一条箱片、或三条以上的箱片构成箱片构件。[〇174]另外,在以上的实施方式中,虽然示出将推力构件21及箱片构件22设为固定侧的情况,但也可以将上述构件设为旋转侧。但是,当使箱片构件22以高速旋转时,在离心力的作用下可能导致箱片30、30’发生变形,因此从避免所述不良状况的观点出发,优选如上述的实施方式那样将推力构件21及箱片构件22设为固定侧。
[0175]另外,在以上的实施方式中,虽然示出将本发明所涉及的推力箱片轴承20应用于燃气轮机的情况,但并不局限于此,也可以应用于例如图14所示那样的增压机。该增压机为向发动机63送入空气的所谓的涡轮增压机,具备压缩机61和涡轮62。压缩机61及涡轮62由轴6连结。轴6在径向方向及两轴向方向上被径向箱片轴承10与推力箱片轴承20支承。在图示例中,将径向箱片轴承10设于在轴向上隔离的两处位置。从未图示的吸气口吸入的空气被压缩机61压缩,混合燃料而向发动机63供给。利用发动机63使混合燃料后的压缩空气燃烧,并利用从发动机63排出的高温、高压的气体使涡轮62旋转。此时的涡轮62的旋转力经由轴6而传递至压缩机61。使涡轮62旋转后的气体作为废气而向外部排出。
[0176]本发明所涉及的箱片轴承并不局限于燃气轮机、增压机,能够作为在难以进行基于润滑油等液体的润滑、从能量效率的观点出发而难以单独设置润滑油循环系统的辅助机、或由液体的剪切产生的阻力成为问题等限制条件下使用的机动车等的车辆用轴承、以及工业设备用的轴承而广泛使用。
[0177]需要说明的是,虽然以上说明过的箱片轴承适于以空气为润滑剂的情况,但也能够应用于其他气体,在水、油等液体中也能够进行工作。
[0178]以下,基于图15?19而对本申请第二发明的实施方式进行说明。
[0179]图15示出微型燃气轮机(参照图1)的转子的支承构造,尤其是涡轮1与压缩机2的轴向间的轴6的支承构造。该区域与借助高温、高压的气体而旋转的涡轮1邻接,因此,在此优选使用空气动压轴承,尤其优选箱片轴承。具体来说,由径向箱片轴承10在径向方向上支承轴6,并且由本发明的一实施方式所涉及的推力箱片轴承120在两轴向方向上支承设于轴 6的凸缘部140。
[0180]径向箱片轴承10的结构与图3所示的结构相同,故省略重复说明。
[0181]如图15及图16所示,本发明的一实施方式所涉及的推力箱片轴承120具备:从轴6 的外周面6a向外径突出设置的凸缘部140(旋转构件);固定于外壳150的推力构件121(固定构件);配置于凸缘部140与推力构件121之间的箱片构件22。在本实施方式中,在凸缘部140 的轴向两侧设有一对推力构件121,在各推力构件121的端面121a固定有箱片构件122。在凸缘部140的一方的端面141a与一方的箱片构件22之间、及凸缘部140的另一方的端面142a与另一方的箱片构件22之间分别形成有推力轴承间隙T。
[0182]在推力箱片轴承120的凸缘部140及推力构件121分别安装有磁铁123、124。磁铁123、124以彼此作用轴向方向的斥力的方式配置、即以同极之间(N极之间或S极之间)相向的方式配置。在本实施方式中,磁铁123、124皆沿着圆周方向配置,具体来说,如图17(a)、 (b)所示,磁铁123、124呈在整周上连续的环状,配置在同心上。在图示例中,磁铁123、124呈相同的形状,且皆呈剖面为矩形的中空圆盘状。如上述那样,磁铁123、124呈在整周上连续的环状,由此能够简单地安装于凸缘部140或推力构件121。
[0183]—方的磁铁123固定于凸缘部140,在本实施方式中埋入凸缘部140的内部。具体来说,如图16所示,设置将凸缘部140由轴向中间部分割而成的一对凸缘构件141、142,在该一对凸缘构件141、142的对置的端面形成环状的凹部141b、142b,在使该凹部141b、142b对置而形成的空间配置有环状的磁铁123。当一方的磁铁123与轴6—并以高速旋转时可能发生破损,但如上述那样,通过将一方的磁铁123埋入凸缘部140的内部,能够防止高速旋转时的破损。需要说明的是,防止磁铁123的破损的方法并不局限于上述方法,例如也可以安装用于覆盖磁铁123的箱体。
[0184]另一方的磁铁124固定于一对推力构件121的各自中。在本实施方式中,安装于各推力构件121的另一方的端面121b(与箱片构件22相反的一侧的端面)。具体来说,在推力构件121的另一方的端面121b形成环状的凹部121c,在该凹部121c嵌合固定有环状的磁铁 124〇
[0185]如图16所示,箱片构件22安装于中空圆盘状的推力构件121的端面121a。本实施方式的箱片构件22组合多个箱片而构成,在图示例中由呈相同形状的两条金属制的箱片30、 30’构成。各箱片30、30’的结构、组装两条箱片30、30’而形成箱片构件22的方法、及箱片构件22向推力构件121的端面121a固定的固定方法与图4?7所示的内容相同,故省略重复说明。
[0186]当轴6朝向圆周方向一方进行旋转时,在径向箱片轴承10的叶片12的径向轴承面 12c与轴6的外周面6a之间的径向轴承间隙R产生流体膜,由该流体膜在径向方向上非接触支承轴6(参照图3)。与此同时地,在推力箱片轴承120的一对箱片构件22的推力轴承面(叶片31、31’的轴承面31〇、31(:’)与凸缘部140的端面141&、142&之间的推力轴承间隙1'产生流体膜,由该流体膜在两轴向方向上非接触支承有轴6(参照图16)。此时,由于径向箱片轴承 10的叶片12及推力箱片轴承120的叶片31、31’具有挠性,由此各叶片12、31、31’的轴承面 12(3、31(3、31(:’根据负载或轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地发生变形,因此径向轴承间隙R及推力轴承间隙T被自动调整为与运转条件相应的适当宽度。因此,即便在高温、高速旋转这样的严酷条件下,能够将径向轴承间隙R及推力轴承间隙T管理为最佳宽度, 从而能够稳定地对轴6进行支承。
[0187]另外,在设于推力箱片轴承120的磁铁123、124的轴向方向的斥力的作用下,轴6的轴向方向上的支承力进一步提高。即,利用磁铁123、124间的斥力,向使凸缘部140与推力构件121在轴向方向上分离的方向进行施力,从而对由推力轴承间隙T的流体膜来进行的轴向方向的支承进行辅助。尤其是,在因涡轮1的高速旋转而向轴6施加轴向方向的较大负载、推力轴承间隙T变小的情况下,由于磁铁123、124的距离靠近,因此在上述磁铁123、124之间作用的斥力变大。由此,能够根本避免凸缘部140与箱片构件22、推力构件121接触。需要说明的是,当磁铁123、124间的斥力变大时,作用于凸缘部140的力变大,可能导致凸缘部140相对于推力构件121倾斜而使推力轴承间隙T在圆周方向上变得不均匀,但轴6以高速进行旋转,由此径向轴承间隙R中的流体膜的压力升高,轴6的力矩刚性变高,因此能够防止所述不良状况。
[0188]期望在箱片轴承10、120的径向轴承面12c及推力轴承面31c、31c’形成使表面低摩擦化的被膜。作为此类被膜,能够使用例如DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。也可以替代上述被膜形成于径向轴承面12c及推力轴承面31c、31c’、或在此基础上将该被膜形成于与上述的面对置的轴6的外周面6a及凸缘部140的端面的情况。另外,也可以在叶片12、31、31’ 的背面、与其接触的外侧构件11的内周面11 a及推力构件121的端面121 a的一方或双方形成上述的被膜。
[0189]本发明并不局限于上述的实施方式。需要说明的是,在以下的说明中,在具有与上述的实施方式相同的功能的位置标注相同的附图标记而省略重复说明。
[0190]例如,在上述的实施方式中,虽然示出将磁铁123、124皆形成为在整周上连续的环状的情况,但并不局限于此,也可以将磁铁123、124的一方或双方由在圆周方向上隔离地配置的多个磁铁构成。在例如图18所示的例子中,将磁铁123、124两者由在圆周方向上等间隔的多处位置(图示例中为八处位置)配置的多个磁铁123a、124a构成。多个磁铁123a、124a分别固定于推力构件121的端面121b及凸缘构件141的端面。在该情况下,仅改变磁铁123a、 124a的配置,就能够自由地变更磁铁123、124整体的直径。例如在图示例中,虽然以磁铁123 的外径D1与磁铁124的外径D2相等的方式配置,但并不局限于此,也可以是如下的设计:根据图示将构成磁铁124的各磁铁124a配置于外径侧,并将磁铁124的外径D2形成得比磁铁 123的外径D1大。另外,各个磁铁123a、124a无需是特别的形状,能够使用例如图示例那样的矩形状(立方体)的磁铁123a、124a。如此,磁铁123a、124a的形状简单即可,由于能够使用成品的廉价磁铁,因此能够实现制造成本的降低。
[0191]另外,在上述的实施方式中,虽然示出了在凸缘部140及推力构件121安装有相同形状的环状的磁铁123、124的情况,但并不局限于此。例如,在图19所示的实施方式中,使安装于凸缘部140的磁铁123的外径和安装于推力构件121的磁铁124的外径不同,将上述构件配置在同心上。具体来说,将磁铁124的外径设定得比磁铁123的外径大,在大径的磁铁124 的内径侧配置小径的磁铁123。磁铁123、124可以为在整周上连续的环状(参照图17),也可以由在圆周方向上隔离地配置的多个磁铁构成(参照图18)。在该情况下,根据在两磁铁 123、124之间产生的斥力的径向方向成分,能够将小径的磁铁123朝向内径侧进行施力,因此能够对两磁铁123、124的径向方向的偏差、以及凸缘部140与推力构件121之间的径向方向的偏差进行修正,并使凸缘部140基于磁铁123、124的支承稳定。
[0192]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了在固定构件(推力构件121)固定有箱片构件的情况,但与此相反地,也可以将箱片构件固定于旋转构件(凸缘部140)。在该情况下,在设于箱片构件的叶片的推力轴承面与固定构件的端面之间形成有楔形的推力轴承间隙。但是,当将箱片构件固定于旋转构件时,箱片构件以高速进行旋转,因此在离心力的作用下可能导致箱片发生变形。因而,从避免箱片的变形的观点出发,优选将箱片构件安装于固定构件。
[0193]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了在凸缘部140的轴向两侧设置推力构件 121及箱片构件122、且在两轴向方向上对凸缘部140进行支承的结构,但并不局限于此,也可以是仅在凸缘部140的轴向一方设置推力构件121及箱片构件22、仅在轴向方向一方进行支承的结构。上述的结构能够应用于不需要轴向方向另一方的支承的情况、由其他结构来实现轴向方向另一方的支承的情况等。
[0194]另外,在以上的实施方式中,虽然推力箱片轴承120的箱片构件22通过组合一体具有多个叶片31的箱片30和一体具有多个叶片31’的箱片30’来构成,但并不局限于此。例如, 也可以是将多个叶片一个一个地固定于推力构件121的结构。或者,也可以采用由具有推力轴承面的顶层箱片和配置于顶层箱片与推力构件之间的波形的底层箱片构成的凸块箱片型的箱片构件。
[0195]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了将本发明所涉及的推力箱片轴承120应用于燃气轮机的情况,但并不局限于,也可以应用于例如图14所示那样的增压机。
[0196]本发明所涉及的箱片轴承的用途并不局限于燃气轮机、增压机。例如,能够作为难以实现由润滑油等液体来进行的润滑、从能量效率的观点出发难以单独设置润滑油循环系统的辅助机、或在由液体的剪切产生的阻力成为问题等的限制下使用的机动车等的车辆用轴承以及工业设备用的轴承而广泛使用。
[0197]需要说明的是,以上说明过的箱片轴承虽然适于以空气为润滑剂的情况,但也能够应用于其他气体,在水、油等液体中也能够进行工作。
[0198]以下,基于图22?36对本申请第三发明的实施方式进行说明。
[0199]图22示出微型燃气轮机(参照图1)的转子的支承构造,尤其是涡轮1与压缩机2的轴向间的轴6的支承构造。由于该区域与借助高温、高压的气体而旋转的涡轮1邻接,因此, 在此优选使用空气动压轴承,尤其是优选箱片轴承。具体来说,利用在径向方向上对轴6进行支承的径向箱片轴承10、和在两轴向方向上对设于轴6的凸缘部240进行支承的推力箱片轴承220,转子被旋转自如地支承。在本实施方式中,对将本发明的一实施方式所涉及的箱片轴承应用于推力箱片轴承220的情况进行说明。
[0200]径向箱片轴承10的结构与图3所示的结构相同,故省略重复说明。
[0201]如图22?24所示,推力箱片轴承220具备:从轴6的外周面6a向外径突出设置的凸缘部240(旋转构件);固定于外壳242的圆盘状的推力构件221(固定构件);配置于凸缘部 240与推力构件221之间的多个叶片箱片(叶片230)。在本实施方式中,在凸缘部240的轴向两侧设有轴承构件220a。轴承构件220a由圆盘状的推力构件221(固定构件)、和在推力构件 221的端面221a上以在圆周方向上等间隔地排列的状态固定的多个叶片230构成。
[0202]叶片230由具有与径向箱片轴承10的叶片12相同的材质及厚度的金属制的一条箱片构成,呈沿着推力构件221的圆周方向的扇形。叶片230的圆周方向一方(轴6的旋转方向在先侧,图中左侧)的端部为自由端231,圆周方向另一方的端部为固定于推力构件221的固定端232。在各叶片230中的、与推力构件221的相反一侧的面设有将凸缘部240侧设为凸部的曲面状的推力轴承面233。推力轴承面233呈无孔、无台阶差的平滑的曲面状。需要说明的是,弹簧230a示意性地表示叶片230的弹性,实际上并未设置。[〇2〇3]如图25所示,在各叶片230的自由端231,在自由端231的延伸方向(在本实施方式中为径向)上交替设置有多个切口部231a和与推力轴承面233连续的齿背部231b。图示例中为,通过将自由端231形成为Z字形,交替形成有三角形的切口部231a及齿背部231b。
[0204]当轴6朝向圆周方向一方进行旋转时,在径向箱片轴承10的各叶片12的径向轴承面12c与轴6的外周面6a之间,形成有朝向圆周方向一方而缩窄半径方向宽度的楔形的径向轴承间隙R(参照图3)。利用在该径向轴承间隙R产生的流体膜(空气膜),在径向方向上非接触支承轴6。与此同时地,在推力箱片轴承220的各叶片230的推力轴承面233与凸缘部240的轴向两侧的端面241之间,形成有朝向圆周方向一方而缩窄轴向宽度的推力轴承间隙T(参照图23)。利用在该推力轴承间隙T产生的流体膜(空气膜),在两轴向方向上非接触支承轴 6。需要说明的是,实际的径向轴承间隙R及推力轴承间隙T的宽度为数十wii左右的微小的宽度,在图3及图23中将该宽度夸张描绘。[〇2〇5]此时,如图23所示,推力轴承间隙T的小间隙部T1中的高压的流体的一部分直接向轴6的旋转方向在先侧排出,由此大间隙部T2的凸缘部240附近(图中上方部分)的流体进行流动(参照图23的箭头V1)。与此同时地,小间隙部T1的流体的一部分经由切口部231a而向叶片230的背侧(图中下方)排出,从而大间隙部T2的推力轴承面233附近(图中下方部分)的流体进行流动(参照图23的箭头V2)。由此,大间隙部T2整体的流体有力地流动,从大间隙部 T2向下一小间隙部T1流入的流体量增大,因此能够提高在小间隙部T1产生的压力并提高轴向方向的负载容量。
[0206]另外,此时,由于径向箱片轴承10的叶片12及推力箱片轴承220的叶片230具有挠性,由此各叶片12、230的轴承面12c、233根据负载、轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地发生变形,因此径向轴承间隙R及推力轴承间隙T被自动调整为与运转条件对应的适当宽度。因此,即便在高温、高速旋转这样的严酷条件下,也能够将径向轴承间隙R及推力轴承间隙T管理为最佳宽度,从而能够稳定地对轴6进行支承。[〇2〇7] 期望在箱片轴承10、220的径向轴承面12c及推力轴承面233形成使表面低摩擦化的被膜。作为此类被膜,能够使用例如DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。也可以替代上述被膜形成于径向轴承面12c及推力轴承面233的情况、或在此基础上而形成于与上述的面对置的轴6的外周面6a及凸缘部240的端面241。另外,也可以在叶片12、30的背面、与其接触的外侧构件11的内周面11a及推力构件221的端面221a的一方或双方形成上述的被膜。
[0208]本发明并不局限于上述的实施方式。需要说明的是,在以下的说明中,在具有与上述的实施方式相同的功能的位置标注相同的附图标记而省略重复说明。[〇2〇9]叶片230的自由端231的形状并不局限于上述内容,例如图26所示,也可以将叶片 230的自由端231形成为波形。或者,如图27所示,也可以在叶片230的自由端231的在半径方向上隔离的多处位置设置多个豁口 231a。另外,豁口 231a及齿背部231b的形状除了三角形 (参照图25)、波形(参照图26)、圆弧形状(参照图27)之外,也可以是矩形、梯形(省略图示)。
[0210]另外,在上述的实施方式中,虽然示出了叶片230的自由端231沿着半径方向而延伸的情况,但并不局限于此,例如图28及图29所示,也可以使叶片230的自由端231的外径端朝向内径侧而向轴6的旋转方向在先侧倾斜。由此,伴随着轴6的旋转,推力箱片轴承220的轴承构件220a的外径侧的空气沿着叶片230而送入内径侧(参照图28的虚线箭头),因此能够向推力轴承间隙T送入大量的空气,推力轴承间隙T中的压力进一步升高。具体来说,例如图28所示,能够将叶片230的自由端231排列为栗入式的螺旋形状。或者,如图29所示,也可以将叶片230的自由端231设为人字形。需要说明的是,人字形是指,使自由端231的外径端及内径端朝向径向中央而向轴6的旋转方向在先侧倾斜的大致V字形状。
[0211]另外,在上述的实施方式中,虽然示出了将多个叶片箱片一个一个单独形成的情况,但并不局限于此,也可以在例如一条箱片上形成多个叶片箱片。在例如图30所示的实施方式中,组合具有多个叶片箱片的两条箱片260、260’而构成箱片构件250,并将该箱片构件 250固定于推力构件221。
[0212]在此,对箱片260、260 ’的结构进行说明。需要说明的是,由于箱片260、260 ’是完全相同的结构,因此仅对一方的箱片260的结构进行说明,并省略另一方的箱片260’的说明 (在图30中,在另一方的箱片260’中的、与一方的箱片260对应的位置标注“’”而表示)。 [〇213]箱片260呈圆形,在其中心设有用于供轴6插通的圆形的孔263。在本实施方式中, 通过利用线切割加工、冲压加工等在一条箱片260上形成大致L字型的豁口,形成有在圆周方向上等间隔地配置的多个(图示例中为四个)叶片261及连结部262。具体来说,在圆形的箱片260的圆周方向上等间隔的多处位置(图示例中为4位置)处,设有从孔263朝向外径延伸为Z字形且在比箱片260的外径端靠近前的位置终止的半径方向的豁口 264。而且,从各豁口 264的外径端向圆周方向另一方(轴6的旋转方向后方侧,图12的逆时针方向)延伸有圆周方向的豁口 265。通过将上述的豁口 264、265形成于箱片260,能够一体地形成圆周方向一方的端部261a为沿轴向上下自由移动的自由端的多个叶片261、和将上述多个叶片261连结起来的连结部262。连结部262具有包围多个叶片261的外周的环状部262a、和从环状部262a朝向内径延伸的多个(图示例中为四个)延伸部262b,延伸部262b与叶片261的圆周方向另一方的端部261b(在图31中由虚线表示)连续。在图示例中,连结部262的延伸部262b与叶片 261在圆周方向上具有相同的长度,上述构件在圆周方向上交替设置。叶片261的自由端 261a形成为交替地具有多个切口部261al及齿背部261a2的Z字形。
[0214]两条箱片260、260’由图7所示的方法组装。在此省略重复说明。
[0215]另外,在上述的实施方式中,虽然示出了将本发明应用于在轴向方向上对转子进行支承的推力箱片轴承的情况,但并不局限于此,也可以将本发明应用于在径向方向上对转子进行支承的径向箱片轴承。例如,如图32及33所示的径向箱片轴承210那样,能够在安装于外侧构件211 (固定构件)的叶片12的自由端12a交替设置多个切口部12al和与径向轴承面12c连续的多个齿背部12b。由此,如图33所示,径向轴承面12c与轴6的外周面6a之间的径向轴承间隙R中的、在径向轴承面12c的自由端12a附近形成的小间隙部R1的流体经由切口部12al而向外径侧进行流动(参照箭头B)。由此,能够使大间隙部R2的流体有力地流动, 从而能够增大从大间隙部R2向小间隙部R1流入的流体量并提高小间隙部R1中的压力。 [〇216]另外,在上述的径向箱片轴承10中,也可以将多个叶片由一条箱片构成。例如图34 及图35所示的箱片构件270将一条带状箱片绕轴6卷绕,由此呈在径向上使箱片重叠的漩涡状的形态。在本实施方式中,例示出卷绕数为两圈且将箱片的两端270b、270c配置在圆周方向上的大致相同的位置的情况。由此,在箱片构件270的大致整周上的范围内形成有将两条箱片在半径方向上重叠的双重箱片部W。通过将双重箱片部W中的、外侧的箱片局部地向内径侧立起,形成有内径端为自由端的第一叶片271,通过将内侧的箱片局部地向内径侧立起,形成有内径端为自由端的第二叶片272。除了箱片的两端部270b、270c附近以外,第一叶片271及第二叶片272在圆周方向上交替配置。
[0217]第一叶片271及第二叶片272的内周面构成将外径侧设为凸部的曲面状的轴承面 270d,在该轴承面270d与轴6的外周面6a之间形成有朝向轴6的旋转方向缩小的楔形的径向轴承间隙R。各叶片27U272的自由端在半径方向上与在旋转方向在先侧邻接的其他叶片重叠。
[0218]当进行图35所示的箱片构件270的制作时,首先,如图36(a)所示,通过线切割加工、冲压加工在金属制的平板状箱片270的一方的侧缘部以适当的间隔形成多个L字型的豁口 273。此时,另一方的侧缘部276及邻接的豁口 273间的区域277不断开而以一体状态残留。 接着,如图36(b)所示,将由豁口 273形成的舌片部274向相同方向弯折,然后将各舌片部274 设为内径侧而使平板状箱片270滚压为双重的漩涡状。当使第二卷箱片滚压时,在第一卷的邻接的舌片部274之间配置第二卷的舌片部274。此时,第二卷的舌片部274通过开口部275 而导入第一卷的舌片部274之间,该开口部275通过切开舌片部274而形成于第一卷箱片 270。按照以上的顺序,由各舌片部274形成第一叶片271及第二叶片272。上述的叶片271、 272被一体具有侧缘部276及邻接的豁口间的区域277的环状部270e保持为能够弹性变形。
[0219]按照以上的顺序制作出的箱片构件270在配置于外侧构件211的内径侧的状态下, 将其一端安装于外侧构件211,由此固定于外侧构件211。例如在上述的箱片构件270的制作工序中,在带状箱片的一端部形成朝向外径方向立起的安装部270a,并将该安装部270a嵌合固定于在外侧构件211的内周形成的轴向槽211b,由此能够将箱片构件270固定于外侧构件 211。
[0220]在以上的实施方式中,虽然示出了将叶片箱片安装于固定构件(推力构件221、外侧构件211)的情况,但也可以将叶片箱片安装于旋转构件(轴6、凸缘部240)。在该情况下, 在设于叶片箱片的轴承面与固定构件之间形成有楔形的推力轴承间隙。但是,在该情况下, 叶片箱片与轴6—并高速地旋转,因此在离心力的作用下可能导致叶片箱片发生变形。尤其是当使推力箱片轴承220的叶片箱片旋转时,极可能因离心力而导致叶片箱片发生变形。因而,从避免叶片箱片的变形的观点出发,优选将叶片箱片安装于固定构件。[0221 ]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了推力箱片轴承220在凸缘部240的轴向两侧具有轴承构件220a且在两轴向方向上对凸缘部240进行支承的结构,但并不局限于此,也可以是仅在凸缘部240的轴向一方设置轴承构件220a且仅在轴向方向一方进行支承的结构。上述的结构能够应用于无需轴向方向另一方的支承的情况、由其他结构来实现轴向方向另一方的支承的情况等。
[0222]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了将本发明所涉及的箱片轴承应用于燃气轮机的情况,但并不局限于此,也可以应用于例如图14所示那样的增压机。
[0223]本发明所涉及的箱片轴承并不局限于微涡轮、增压机,能够作为难以实现由润滑油等液体来进行的润滑、从能量效率的观点出发而难以单独设置润滑油循环系统的辅助机、或因液体的剪切产生的阻力成为问题等的限制下使用的机动车等的车辆用轴承以及工业设备用的轴承而广泛使用。
[0224]需要说明的是,虽然以上说明过的箱片轴承适于以空气为润滑剂的情况,但也能够应用于其他气体,在水、油等液体中也能够进行工作。
[0225]以下,基于图40?52对本申请第四发明的实施方式进行说明。
[0226]在图40示出微型燃气轮机(参照图1)的转子的支承构造,尤其是涡轮1与压缩机2 的轴向间的轴6的支承构造。由于该区域与借助高温、高压的气体而旋转的涡轮1邻接,因此,在此优选使用空气动压轴承,尤其是优选箱片轴承。具体来说,利用在径向方向上对轴6 进行支承的径向箱片轴承10、和在两轴向方向上对设于轴6的凸缘部340进行支承的推力箱片轴承320,将转子旋转自如地支承。
[0227]径向箱片轴承10的结构与图3所示的结构相同,故省略重复说明。[〇228]如图40?42所示,本发明的一实施方式所涉及的推力箱片轴承320具备:从轴6的外周面6a向外径突出设置的凸缘部340(旋转构件);固定于外壳342的圆盘状的推力构件 321 (固定构件);配置于凸缘部340与推力构件321之间的箱片构件。在本实施方式中,在凸缘部340的轴向两侧设有轴承构件320a,轴承构件320a由圆盘状的推力构件321(固定构件) 和固定于推力构件321的端面321a的箱片构件构成。在图示例中,箱片构件由以在圆周方向上等间隔排列的状态固定于推力构件321的端面321a的多个叶片330构成。
[0229]叶片330由具有与径向箱片轴承10的叶片12相同的材质及厚度的金属制的一条箱片构成,呈沿着推力构件3 21的圆周方向的扇形。叶片330的圆周方向一方(轴6的旋转方向在先侧、图中左侧)的端部为自由端331,圆周方向另一方的端部为固定于推力构件321的固定端332。在各叶片330中的、与推力构件321相反一侧的面设有将凸缘部340侧设为凸起的曲面状的推力轴承面333。推力轴承面333呈无孔、无台阶差的平滑的曲面状。需要说明的是,弹簧330a示意性地表示叶片330的弹性,实际上并未设置。[〇23〇]如图43所示,在各叶片330的自由端331,多个切口部331a和与推力轴承面333连续的齿背部331b在自由端331的延伸方向(在本实施方式中为半径方向)上交替设置。在图示例中,通过将自由端331形成为Z字形,交替形成有三角形的豁口部331a及齿背部331b。 [〇231]在各叶片330的推力轴承面333,沿圆周方向长大的突起设于在径向上隔离的多处位置。在本实施方式中,在叶片330的表面固定整流构件334,由该整流构件334形成突起。整流构件334由例如细长方形的金属板形成,通过粘合、焊接、熔敷等适当的方法来固定于叶片330的表面。整流构件334大致沿着圆周方向配置,在图示例中,配置在与整流构件334的长边方向任一点(例如长边方向中央部)的圆周的切线方向平行的直线上。整流构件334设于推力轴承间隙T的大间隙部T两侧,在图示例中,设于比各叶片330的圆周方向中央靠旋转方向后方侧的位置。整流构件334在半径方向上等间隔地排列配置。需要说明的是,整流构件334并不局限于直线状,也可以形成为与圆周方向平行的圆弧状。另外,设于推力轴承面 333的突起并不局限于上述内容,例如也可以通过塑性加工(例如冲压成形)而形成于叶片 330。在该情况下,当形成贯通叶片330的孔时,推力轴承间隙T的流体从孔排出而使压力降低,因此需要在叶片330以不形成贯通孔的方式形成突起。[0232 ]当轴6朝向圆周方向一方进行旋转时,在径向箱片轴承10的各叶片12的径向轴承面12c与轴6的外周面6a之间,形成有朝向圆周方向一方而缩窄径向宽度的楔形的径向轴承间隙R(参照图3)。利用在该径向轴承间隙R产生的流体膜(空气膜),在径向方向上非接触支承轴6。与此同时地,在推力箱片轴承320的凸缘部340的轴向两侧的端面341与设于其轴向两侧的箱片构件(叶片330)的推力轴承面333之间,形成有朝向圆周方向一方而缩窄轴向宽度的推力轴承间隙T(参照图41)。利用在该推力轴承间隙T产生的流体膜(空气膜),在两轴向方向上非接触支承轴6。需要说明的是,实际的径向轴承间隙R及推力轴承间隙T的宽度为数十Mi左右的微小的宽度,在图3及图41中将该宽度夸张描绘出。
[0233]此时,如在图41中箭头A所示,推力轴承间隙T的小间隙部T1的流体经由切口部 331a而向叶片330的背侧(图中下方)流动。由此,大间隙部T2整体的流体有力地流动,从大间隙部T2向下一小间隙部T1流入的流体量增大,因此能够提高在小间隙部T1产生的压力并提高轴向方向的负载容量。
[0234]另外,伴随着轴6的旋转,推力轴承间隙T的流体在离心力的作用下欲向外径流出。 该流体与设于叶片330的表面的整流构件334发生碰撞,由此流体沿着圆周方向流动(参照图43的箭头B)。根据该整流效果,能够减少从推力轴承间隙T向外径侧流出的流体量,并增大向小间隙部T1流入的流体量而提高压力。需要说明的是,由于施加于推力轴承间隙T的流体的离心力越是向外径侧越大,因此优选沿圆周方向长大的突起(整流构件334)设于推力轴承面333的至少外径侧(比径向中央部靠外径侧)。在图示例中,在推力轴承面333的半径方向整个区域的范围内等间隔地设有突起。另外,在本实施方式中,在叶片330的自由端331 形成豁口部331a,经由该豁口部331a而使推力轴承间隙T的流体向叶片330的背侧流动,因此大间隙部T2中的流体容易紊乱。因而,由在叶片330设置突起(整流构件334)而引起的整流效果尤为有效。
[0235]另外,此时,径向箱片轴承10的叶片12及推力箱片轴承320的叶片330具有挠性,由此各叶片12、330的轴承面12c、333根据负载或轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地发生变形,因此径向轴承间隙R及推力轴承间隙T被自动调整为与运转条件相应的适当宽度。因此,即便在高温、高速旋转这样的严酷条件下,也能够将径向轴承间隙R及推力轴承间隙T管理为最佳宽度,从而能够稳定地对轴6进行支承。
[0236]期望在箱片轴承10、320的径向轴承面12c及推力轴承面333形成使表面低摩擦化的被膜。作为此类被膜,能够使用例如DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。也可以替代上述被膜形成于径向轴承面12c及推力轴承面333的情况、或在此基础上而形成于与上述的面对置的轴6的外周面6a及凸缘部340的端面341。另外,也可以通过在叶片12、330的背面、与其接触的外侧构件11的内周面lla(参照图3)及推力构件321的端面321a(参照图42)的一方或双方形成上述被膜,从而实现耐磨损性的提高。
[0237]本发明并不局限于上述的实施方式。需要说明的是,在以下的说明中,在具有与上述的实施方式相同的功能的位置标注相同的附图标记并省略重复说明。
[0238]例如,在上述的实施方式中,虽然示出在叶片330的表面设有突起(整流构件334) 的情况,但并不局限于此,例如图44?46所示,也可以在叶片330的表面形成沿圆周方向长大的槽335。槽335通过塑性加工(例如冲压成形)而形成于叶片330的表面。槽335以不贯通叶片330的方式形成(参照图45)。另外,在图示例中,槽335的槽宽度(径向宽度)朝向旋转方向在先侧(自由端331侧)而逐渐缩窄(参照图44)。此外,槽335的槽深度朝向旋转方向在先侧逐渐加深(参照图45)。即,如图46所示,槽335在流体入口侧(叶片330的固定端332侧)处的槽宽度较宽,且槽深度变浅,在流体出口侧(叶片330的自由端331侧)处的槽宽度较窄,且槽深度变深。需要说明的是,在图46中为了简化附图,在俯视观察下将圆弧状的叶片330示为矩形状,并且将叶片330的自由端331示为直线状。[〇239]如此,通过在叶片330上形成沿圆周方向长大的槽335,伴随着轴6的旋转,在推力轴承间隙T流动的流体侵入到槽335的内部并与槽335的侧壁发生碰撞,由此流体沿着圆周方向流动(参照图44的箭头C)。尤其是图示例的槽335中,流体入口侧的槽宽度较宽,且槽深度变浅,因此流体容易进入。另外,通过使槽335的槽宽度朝向旋转方向在先侧端部逐渐缩窄,能够提高从槽335的前端流出的流体的指向性。[〇24〇]需要说明的是,槽335的形状并不局限于上述内容,例如也可以将槽335的槽深度设为恒定、或将槽宽度设为恒定(省略图示)。另外,也可以将槽335设为沿圆周方向长大的矩形状、或与圆周方向平行的圆弧状。
[0241]另外,在上述的实施方式中,虽然示出了叶片330的自由端331沿着径向延伸的情况,但并不局限于此。例如,如图47及图48所示,也可以使叶片330的自由端331的外径端朝向内径侧而向轴6的旋转方向在先侧倾斜。由此,伴随着轴6的旋转,推力箱片轴承320的外径侧的空气沿着叶片330而送入内径侧(参照图47的虚线箭头),因此能够向推力轴承间隙T 送入大量的空气,从而使推力轴承间隙T中的压力进一步升高。具体来说,例如图47所示,能够将叶片330的自由端331排列为栗入式的螺旋形状。或者,如图48所示,也可以将叶片330 的自由端331设为人字形。需要说明的是,人字形是指,使自由端331的外径端及内径端朝向径向中央而向轴6的旋转方向在先侧倾斜的大致V字形状。
[0242]另外,在上述的实施方式中,虽然示出了将多个叶片一个一个单独地形成的情况, 但并不局限于此,也可以在例如一条箱片形成多个叶片。在例如图49所示的实施方式中,组合具有多个叶片361、361’的两条箱片360、360’而构成箱片构件350,并将该箱片构件350固定于推力构件321。
[0243]在此,对箱片360、360 ’的结构进行说明。需要说明的是,由于箱片360、360 ’是完全相同的结构,因此仅对一方的箱片360的结构进行说明,并省略另一方的箱片360’的说明 (在图49中,在另一方的箱片360’中的、与一方的箱片360对应的位置标注“’”而表示)。 [〇244]箱片360呈圆形,在其中心设有用于供轴6插入的圆形的孔363。在本实施方式中, 通过利用线切割加工、冲压加工等在一条箱片360形成大致L字型的豁口,由此形成有在圆周方向上等间隔地配置的多个(图示例中为四个)叶片361及连结部362。具体来说,在圆形的箱片360的圆周方向上等间隔的多处位置(图示例中为四处位置)设有从孔363朝向外径延伸为Z字形且在比箱片360的外径端靠近前的位置终止的半径方向的豁口 364。而且,从各豁口 364的外径端向圆周方向另一方(轴6的旋转方向后方侧、图50的逆时针方向)延伸有圆周方向的豁口 365。通过将半径方向的豁口 364及圆周方向的豁口 365形成于箱片360,能够一体地形成圆周方向一方的端部361a为沿轴向上下自由移动的自由端的多个叶片361和对上述多个叶片361进行连结的连结部362。连结部362具有包围多个叶片361的外周的环状部 362a和从环状部362a朝向内径延伸的多个(图示例中为四个)延伸部362b,延伸部362b与叶片330的圆周方向另一方的端部362(在图50中由虚线表示)连续。在图示例中,连结部362的延伸部362b与叶片361在圆周方向上具有相同的长度,上述构件在圆周方向上交替设置。叶片361的自由端361a形成为交替具有多个切口部361al及齿背部361a2的Z字形。在叶片361 处,沿圆周方向长大的突起或槽366形成于在径向上隔离的多处位置。
[0245]两条箱片360、360’利用图7所示的方法组装。在此省略重复说明。[〇246]另外,叶片330的自由端331的形状并不局限于上述内容,例如图51所示,也可以将叶片330的自由端331形成为波形。或者,如图52所示,也可以在叶片330的自由端331的在径向上隔离的多处位置设置多个豁口 331a。另外,豁口 331a及齿背部331b的形状除了三角形 (参照图43)、波形(参照图51)、圆弧形状(参照图52)以外,也可以是矩形、梯形(省略图示)。 另外,也可以将自由端331形成为直线状(省略图示)。
[0247]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了将箱片构件固定于固定构件(推力构件 321、外侧构件11)的情况,但与此相反地,也可以将箱片构件固定于旋转构件(凸缘部340、 轴6)。在该情况下,在设于箱片构件的轴承面与固定构件之间形成有楔形的推力轴承间隙或径向轴承间隙。但是,在该情况下,由于箱片构件与轴6—并以高速进行旋转,因此在离心力的作用下可能导致箱片构件发生变形。尤其是当使推力箱片轴承320的箱片构件旋转时, 极可能因离心力而导致箱片构件发生变形。因而,从避免箱片构件的变形的观点出发,优选将箱片构件固定于固定构件。
[0248]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了在凸缘部340的轴向两侧设置轴承构件 320a且在两轴向方向上对凸缘部340进行支承的结构,但并不局限于此,也可以是仅在凸缘部340的轴向一方设置轴承构件320a且仅在轴向方向一方进行支承的结构。上述的结构能够应用于无需轴向方向另一方的支承的情况、由其他结构来实现轴向方向另一方的支承的情况等。
[0249]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了将本发明应用于叶片型的推力箱片轴承的情况,但并不局限于此。例如,也可以将本发明应用于由具有推力轴承面的顶层箱片和配置于顶层箱片与推力构件之间的波形的底层箱片构成的凸块箱片型的推力箱片轴承、同时采用叶片型与凸块箱片型的推力箱片轴承(在叶片与推力构件之间配置有底层箱片)。
[0250]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了将本发明所涉及的推力箱片轴承320应用于燃气轮机的情况,但并不局限于此,也可以应用于例如图14所示那样的增压机。
[0251]本发明所涉及的箱片轴承并不局限于微型涡轮、增压机,也能够作为难以实现由润滑油等液体来进行的润滑、从能量效率的观点出发而难以单独设置润滑油循环系统的辅助机、或在因液体的剪切而产生的阻力成为问题等的限制下使用的机动车等的车辆用轴承以及工业设备用的轴承而广泛使用。
[0252]需要说明的是,虽然以上说明的箱片轴承适于以空气为润滑剂的情况,但也可以应用于其他气体,在水、油等液体中也可以进行工作。
[0253]以下,基于图53?57对本申请第五发明的实施方式进行说明。
[0254]图53示出微型燃气轮机(参照图1)的转子的支承构造,尤其是涡轮1与压缩机2的轴向间的支承构造。由于该区域与借助高温、高压的气体而旋转的涡轮1邻接,因此应用空气动压轴承,尤其是箱片轴承410。
[0255]本发明的一实施方式所涉及的箱片轴承410由在轴向排列设置的第一轴承部420 及第二轴承部420’构成。如图54的分解图所示,第一轴承部420具备:从轴6向外周突出设置的环状的突出部421;设于突出部421的外周的环状的外侧构件422;设于突出部421与外侧构件422之间的箱片构件423。第二轴承部420成为使第一轴承部420在轴向反转的结构,具备突出部421’、外侧构件422’、及箱片构件423’。需要说明的是,在图54中,虽然将箱片轴承 410的圆周方向一部分切口而示出,实际上如图55所示,突出部421、421’及外侧构件422、 422’呈在整周上连续的环状,箱片构件423、423’在大致整周上设置。
[0256]第一轴承部420的突出部421固定于轴6的外周面6a,外侧构件422固定于外壳430 的内周(参照图53)。第一轴承部420具有相互对置的一对第一锥面,在图示例中,具有形成于突出部421的第一锥状外周面421a及形成于外侧构件422的第一锥状内周面422a。第一锥状外周面421a与第一锥状内周面422a的相对于轴向的倾斜角度相同。
[0257]箱片构件423具备带有挠性的轴承面A,且配置于突出部421的第一锥状外周面 421a与外侧构件422的第一锥状内周面422a之间的锥状的空间。在本实施方式中,如图55所示,在设于固定侧的外侧构件422的第一锥状内周面422a固定有箱片构件423,在设于旋转侧的突出部421的第一锥状外周面421a与箱片构件423的轴承面A之间形成有轴承间隙S。需要说明的是,实际的轴承间隙S的宽度为数十mi左右的微小的宽度,在图55中将该宽度夸张地描绘出。[〇258]本实施方式的箱片构件423由具有轴承面A的金属制的顶层箱片423a和对顶层箱片423a进行弹性支承的金属制的底层箱片423b构成,是所谓的凸块箱片型(参照图54)。顶层箱片423a由一条锥状的箱片构成,在内周面设有轴承面A(参照图55)。轴承面A呈无孔、无台阶差的平滑的锥面状。顶层箱片423a的一端423al嵌合固定于在外侧构件422的内周面 422a形成的槽422b。底层箱片423b由整体上呈锥状的一条箱片构成,且配置于顶层箱片 423a与外侧构件422之间。在底层箱片423b设有从圆周方向多处位置向外径突出的弯曲部 423bl。底层箱片423b的一端423b3嵌合固定于外侧构件422的内周面422a的槽422b。底层箱片423b的弯曲部423bl的外径端与外侧构件422的第一锥状内周面422a抵接,并且底层箱片 423b的内周面423b2与顶层箱片423a的外周面抵接,由此顶层箱片423a被底层箱片423b从外周弹性地支承。[〇259]顶层箱片423a及底层箱片423b由薄膜的箱片形成,该薄膜的箱片由富有弹性、且加工性良好的金属、例如钢材料、铜合金构成。如本实施方式那样,在使用空气作为流体膜的空气动压轴承中,由于在环境中不存在润滑油,因此无法期待基于油的防锈效果。作为钢材料、铜合金的代表例,能够举出碳钢、黄铜,但普通的碳钢容易产生因锈而导致的腐蚀,黄铜有时产生因加工变形而导致的季裂(黄铜中的Zn的含有量越多、该趋势越强)。因此,作为带状箱片而优选使用不锈钢或青铜制的材料。[〇26〇]第二轴承部420 ’具有彼此对置的一对第二锥面,在本实施方式中,如图53所示,具有形成于突出部421’的第二锥状外周面421a’及形成于外侧构件422’的第二锥状内周面 422a’。第一轴承部420的第一锥面在轴向一方侧(涡轮1侧、图中右侧)配置大径部,第二轴承部420’的第二锥面在轴向另一方侧(压缩机两侧、图中左侧)配置大径部。其结果是,第一锥面及第二锥面中,大径部配置于轴向内侧,小径部配置于轴向外侧。需要说明的是,第二轴承部420’的各结构通过使第一轴承部420的各结构在轴向反转而得到,因此在对应的结构的附图标记标注“ ”而表示,并省略详细说明。[〇261]当轴6朝向圆周方向一方进行旋转时,在箱片轴承410的第一轴承部420及第二轴承部420’的轴承面A、A’与突出部421、421’的锥状外周面421a、421a’之间形成有轴承间隙 S、S ’,利用在该轴承间隙S、S ’产生的流体膜,在径向方向及轴向两方向上非接触支承有轴6 (参照图53)。尤其是在如图示那样使轴6与地面平行地旋转的情况下,由于轴6在因自重而相对于外侧构件422、422’向下方偏心,因此在上述构件之间形成有朝向圆周方向一方而缩窄的楔形的轴承间隙S、S’。而且,伴随着轴6的旋转,楔形的轴承间隙S、S’的流体向宽度较窄侧压入,由此流体膜的压力升高。
[0262]此时,顶层箱片423a、423a’及底层箱片423b、423b’具有挠性,由此顶层箱片423a、 423a’的轴承面A、A’根据负载、轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地发生变形,因此轴承间隙S被自动调整为与运转条件相应的适当宽度。因此,即便在高温、高速旋转这样的严酷条件下,也能够将轴承间隙S管理为最佳宽度,从而能够稳定地对轴6进行支承。
[0263]如此,通过在锥状的轴承面A、A’与锥状外周面421a、421a’之间形成轴承间隙S、 S ’,能够利用在各轴承间隙S、S ’产生的流体膜来在径向方向及轴向方向上对轴6进行支承。另外,通过将第一锥面与第二锥面轴向对称地设置,能够在两轴向方向上对轴6进行支承。
[0264]另外,由于轴承间隙S、S’形成在相对于轴向方向倾斜的方向(锥状的轴承面A、A’ 的法线方向),因此与轴承间隙在轴向方向上形成的情况相比,能够减小轴6的轴向方向上的移动允许量(参照图58及图59)。由此,如图53所示,能够将涡轮1与将其收容于内周的壳体431之间的轴向方向间隙T1、及压缩机2与将其收容于内周的壳体432之间的轴向方向间隙T2设定得较小,从而能够提高基于涡轮1的转换效率及基于压缩机2的压缩率。
[0265]期望在箱片轴承410的轴承面A、A’形成使表面低摩擦化的被膜。作为此类被膜,能够使用例如DLC膜、氮化铝钛膜、或二硫化钼膜。也可以将上述的被膜代替形成于轴承面A、 A’、或在此基础上而形成于与上述的面对置的突出部421、421’的锥状外周面421a、421a’。 [〇266]另外,在轴承的运转过程中,由于在顶层箱片423a的背面(与轴承面A相反一侧的面)与底层箱片423b的内周面42362之间、底层箱片423b的弯曲部423bl与外侧构件422、 422’的锥状内周面422a、422a’之间也产生微小滑动,因此也可以通过在该滑动部分也形成上述被膜,从而实现耐磨损性的提高。需要说明的是,为了提高振动的衰减作用,有时优选在该滑动部存在一定程度的摩擦力,因此对于该部分的被膜没有像上述那样要求低摩擦性。因而,作为该部分的被膜而优选使用DLC膜、氮化钛膜、氮化铝膜。
[0267]本发明并不局限于上述的实施方式。需要说明的是,在以下的说明中,在具有与上述的实施方式相同的功能的位置标注相同的附图标记并省略重复说明。
[0268]例如,在图56所示的实施方式中,将第一轴承部420及第二轴承部420’以第一锥面及第二锥面的大径部配置于轴向外侧的方式配置。由此,能够将轴承间隙S、S’的大径部间的轴向距离形成得比图53所示的实施方式大。由于轴6(突出部421、421’)相对于外侧构件 422、422’的周速是越靠近第一锥面及第二锥面的大径侧越变快,因此在轴承间隙S、S’产生的流体膜的压力在第一锥面及第二锥面的大径部处变得最高。因而,如图56所示,通过增大轴承间隙S、S’的大径部间的轴向距离(轴承跨距),能够提高箱片轴承410的轴承刚性,尤其是力矩刚性。
[0269]另外,在以上的实施方式中,虽然示出第一锥面与第二锥面成为在轴向上对称的形状的情况,但并不局限于此,也可以使上述的倾斜角度不同。[〇27〇]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了将箱片轴承410的第一轴承部420及第二轴承部420’由凸块箱片型的箱片轴承构成的情况,但并不局限于此,也可以将第一轴承部 420及第二轴承部420’的任一方或双方由将多个叶片箱片在圆周方向上排列配置的、所谓叶片型的猜片轴承来构成。[〇271]具体来说,例如图57所示,能够在外侧构件422的锥状内周面422a将作为箱片构件的多个叶片箱片(叶片424)在圆周方向上排列配置。各叶片424由金属制的薄膜箱片形成, 圆周方向一方(轴6的旋转方向(参照箭头)在先侧)的端部424a为自由端,圆周方向另一方的端部424b固定于外侧构件422。叶片424的固定端424b嵌合固定于在外侧构件422的内周面422a形成的槽422c。叶片424的自由端424a侧的一部分区域在半径方向上与其他叶片424 重叠配置。多个叶片424的内径侧的面构成无孔、无台阶差的的平滑的轴承面A,在各叶片 424的轴承面A与突出部421的外周面421a之间形成有朝向圆周方向一方而缩窄半径方向宽度的楔形的轴承间隙S。
[0272]然而,在凸块箱片型的箱片轴承中,在使轴6与地面平行地旋转的情况(参照图53)下,如上述那样,轴6因自重而相对于外侧构件422、422’向下方偏心,由此在上述构件之间形成有楔形的轴承间隙。然而,例如在使轴6与地面垂直地旋转的情况下,由于轴6因自重而沿着锥面向轴承中心进行调心,因此不形成楔形的轴承间隙而流体膜的压力难以升高。与此相对地,在图57所示的叶片型的箱片轴承中,在轴6配置于轴承中心的状态下也形成有楔形的轴承间隙S,因此能够与轴6的偏心状态无关地产生较高的压力。因而,从能够减少部件件数的观点及能够容易地调整底层箱片的弹性的观点出发,优选采用凸块箱片型的箱片轴承。另一方面,在轴6与地面垂直的情况、轴向负载比径向负载大的情况下,优选采用叶片型的箱片轴承。
[0273]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了将箱片轴承410由在轴向方向一方对轴6 进行支承的第一轴承部420和在轴向方向另一方对轴6进行支承的第二轴承部420’构成的情况,但并不局限于此,也可以将箱片轴承410仅由任一方的轴承部构成。[〇274]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了在固定侧的构件(外侧构件422、422’)固定有箱片构件423、423’的情况,但与此相反,也可以将箱片构件423、423’固定于旋转侧的构件(轴6的突出部421、421’)。在该情况下,在箱片构件423、423’的轴承面4与外侧构件 422、422’的锥状内周面422a、422a’之间形成有轴承间隙S、S’。但是,当将箱片构件固定于旋转侧的构件时,由于箱片构件以高速进行旋转,因此在离心力的作用下可能导致箱片发生变形。因而,从避免箱片的变形的观点出发,优选如上述的实施方式那样将箱片构件安装于固定侧的构件。
[0275]另外,在以上的实施方式中,虽然示出了将本发明所涉及的箱片轴承410应用于燃气轮机的情况,但并不局限于此,也可以应用于例如图14所示那样的增压机。
[0276]本发明所涉及的箱片轴承并不局限于微涡轮、增压机,也能够作为难以实现由润滑油等液体来进行的润滑、从能量效率的观点出发而难以单独设置润滑油循环系统的辅助机、或在因液体的剪切而产生的阻力成为问题等的限制下使用的机动车等的车辆用轴承以及工业设备用的轴承而广泛使用。
[0277]需要说明的是,虽然以上说明的箱片轴承适于以空气为润滑剂的情况,但也能够应用于其他气体,在水、油等液体中也可以进行工作。
[0278]以上的本申请第一发明?第五发明的实施方式所述的各结构能够适当地组合。
[0279]附图标记说明如下:
[0280]1涡轮
[0281]2压缩机
[0282]3发电机
[0283]4燃烧器
[0284]5再生器
[0285]6轴
[0286]7吸气口
[0287]8换流器
[0288]9废热回收装置
[0289]1〇径向箱片轴承[〇29〇]20推力箱片轴承
[0291]21推力构件
[0292]22箱片构件
[0293]30箱片
[0294]31叶片
[0295]31a自由端
[0296]31b端部
[0297]31c推力轴承面
[0298]32连结部
[0299]40凸缘部
[0300]42外壳[〇3〇1]R径向轴承间隙[〇3〇2]T推力轴承间隙
【主权项】
1.一种箱片轴承,其具备:固定构件;旋转构件;配置于固定构件与旋转构件之间且圆 周方向一端为自由端的多个叶片箱片,该箱片轴承借助设于叶片箱片的轴承面来形成楔形 的轴承间隙,并由在该轴承间隙产生的流体膜来支承旋转构件,其特征在于,在叶片箱片的自由端交替地设有多个切口部和与轴承面连续的多个齿背部。2.根据权利要求1所述的箱片轴承,其中,叶片箱片的自由端形成为锯齿形。3.根据权利要求1所述的箱片轴承,其中,叶片箱片的自由端形成为波形。4.根据权利要求1?3中任一项所述的箱片轴承,其中,在轴向方向上支承旋转构件。5.根据权利要求1?3中任一项所述的箱片轴承,其中,在径向方向上支承旋转构件。6.根据权利要求1?3中任一项所述的箱片轴承,其中,所述箱片轴承用于燃气轮机的转子支承。7.根据权利要求1?3中任一项所述的箱片轴承,其中,所述箱片轴承用于增压机的转子支承。
【文档编号】F16C27/02GK105952781SQ201610561066
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2012年7月25日
【发明人】吉野真人
【申请人】Ntn株式会社
再多了解一些
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