[发明专利]箔片轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种使薄膜状的箔片构件介于外侧构件的内周面与轴的外周面之间的箔片轴承。

背景技术

涡轮机(例如燃气轮机、涡轮增压机)的主轴被驱动且以高速旋转。另外，安装于主轴的涡轮叶片暴露在高温中。因此，对于支承上述主轴的轴承，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，但是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难以额外设置润滑油循环系统的辅助机构的情况下、或者因液体的剪切产生的阻力成为问题的情况等条件下，使用上述轴承受到制约。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。

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径向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)的自激性的主轴的摆动。因此，与使用的旋转速度对应的间隙管理变得重要。尤其是，像燃气轮机、涡轮增压机那样，由于在温度变化激烈的环境中受到热膨胀的影响而导致径向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。

作为不易产生回转、并且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箔片轴承。箔片轴承由对于弯曲而言刚性低的具有挠性的薄膜(箔片)构成轴承面，通过允许轴承面的挠曲而支承负载。通常，由被称作顶箔片的薄板来构成轴承的内周面，在其外径侧配置被称作背箔片的弹簧状的构件而使顶箔片所承受的负载由背箔片弹性地支承。在这种情况下，在轴旋转时，在轴的外周面与顶箔片的内周面之间形成空气膜，对轴进行非接触支承。

在箔片轴承中，借助箔片的挠性而形成与轴的旋转速度或负载、周围的温度等运转条件对应的适当的径向轴承间隙，因此，箔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，通常的动压轴承的径向轴承间隙需要以轴直径的1／1000的比例进行管理，例如在直径数mm左右的轴中需要始终确保数μm左右的径向轴承间隙。因而当考虑制造时的公差、进而考虑到温度变化激烈的情况下的热膨胀时，精确的间隙管理是困难的。与此相对，在箔片轴承的情况下，若管理为数十μm左右的径向轴承间隙就足够了，具有其制造、间隙管理变得容易的优点。

作为箔片轴承，公知有利用在背箔片上设置的竖立部来弹性地支承顶箔片的结构(专利文献1)、利用线材编织成网状的弹性体来弹性地支承轴承箔片的结构(专利文献2)、以及在背箔片上设有与外圈内表面接触且没有沿周向移动的支承部和利用来自顶箔片的面压而弹性地挠曲的弹性部的结构(专利文献3)等。

作为箔片轴承的一种，存在被称作叶片型的箔片轴承，其没有设置背箔片，且将顶箔片在周向上分割而形成叶片箔片，使叶片箔片的一部分重叠并且在周向的多个部位设置，在叶片箔片的重叠部分处获得弹性。作为该叶片型的箔片轴承，公知有将固定轴承环在周向上分割为多个圆弧状环构件，在各圆弧状环构件的接合端部上焊接箔片的一端，并且在箔片上弯曲形成有瑞利台阶的结构(专利文献4)、由压电双晶片来形成叶片的结构(专利文献5)、利用由线膨胀率不同的两种金属构成的双金属材料来形成叶片箔片的结构(专利文献6)等。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-364643公报

专利文献2：日本特开2003-262222号公报

专利文献3：日本特开2009-299748号公报

专利文献4：日本特公平2-20851号公报

专利文献5：日本特开平4-54309号公报

专利文献6：日本特开2002-295467号公报

发明内容

发明要解决的课题

在现有叶片型的箔片轴承中，在叶片上形成的轴承面与轴的外周面之间的径向轴承间隙朝向叶片的前端侧而逐渐缩小。因此，轴承间隙处的流体压力在叶片前端侧较高，在叶片后端侧变得较低。因此，在圆周方向上，高压部与低压部交替地出现，该情况有可能对轴的旋转精度造成负面影响。

因此，本发明的目的在于，提供一种获得较高的旋转精度、也能够与进一步的高速旋转化对应的叶片型箔片轴承。

用于解决课题的手段