JP4550319B2 - 多房性の流体静力学的流体ベアリングおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転式シャフトを支持するための、特に流体を加圧するためのロケットエンジンのターボポンプにおける多房性の流体静力学的流体ベアリングの分野に関する。
【０００２】
【先行技術】
多房性の流体静力学的流体ベアリングは、特に高負荷が必要とされるか、または高速、または優れた精度、または長期の寿命が要求される多数の産業上用途において広範に使用されている。それにもかかわらず、それは、ロケットエンジンのターボポンプでは、未だ比較的少ししか使用されていない。
【０００３】
図４は、ターボポンプのシャフトを構成するローター42を受ける環状のベアリングステーター41を含んで成る、従来使用されている流体静力学的ベアリング40の構造を示している。ターボポンプが運転中のとき、ローター42は、加圧下、オリフィス44を通じてベアリングステーター41のセル43に導入される流体の薄い層によって浮揚して保持される。セル43は、ステーター41の材料に直接、機械加工される。ステーターの内側表面は円筒形であることから、前記セルを機械加工するのは確かに困難である。機械加工は、ステーターの直径が小さい場合、特に困難である。
【０００４】
シャフトを最初の瞬間から浮揚させておくための流体を加圧するための予備タンクは、ポンプ駆動装置を傷つけることがあるシャフトとベアリングの接触を避けるように過渡的な段階において使用され得る。前記予備装置は、重航空機全体としてのポンプ装置を製造するのには寄与するが、故障の危険を増やす。例えば、ロケットエンジンのターボポンプにおいて、流体をベアリングのステーターに導入するのに用いられる圧力は、通常、ポンプの出口から直接取り出される。その結果、前記ポンプの操作中に生じる過渡的な段階の一部（開始、停止…）において、ポンプ出口から抜かれるベアリングへの流体圧の供給は、ローターが確実に浮揚するには、未だまたはもはや十分なレベルではない。
【０００５】
シャフトとベアリングの接触中に故障の危険を減らすために、ステーターの内側表面を特定の表面処理に付すか、または薄い潤滑層をその上に配置することがある。不運にも、ベアリングの内側表面の前記処理には、特に、一般には５０μｍ未満である前記コーティング層の厚さやその均一性に関して、様々な困難が存する。
【０００６】
控えめな小さな厚さは、シャフトやベアリングを傷つけずに、多数の過渡的な段階に順応することができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点を改善し、かつシャフトとベアリングが接触する場合に故障の危険を最小限にすると同時に、より便利な方法で製造できる多房性の流体静力学的流体ベアリングを提供することを目的とする。
【０００８】
前記目的は、流体を加圧下で導入するためのオリフィスを有する円筒形のステーターを含んで成る流体静力学的流体ベアリングによって達成される。前記ベアリングは、ステーターが、流体を導入するためにオリフィスと協同する、オリフィスを含む金属板と、オリフィスの周囲に配置されるセルを含む自己潤滑性複合材料の層とから成る組み立て品で構成されるリングをその内側表面に有することを特徴とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の流体ベアリングは、その内側表面に、シャフトとベアリングが接触する場合に、シャフトまたはベアリングへの回復できない損傷の危険を繰り返すことなくその中に大量の磨耗量に順応できる複合材料の層の厚さを含み、また圧力を供給する補助的手段を用いずに、過渡的な段階を通りぬけることも可能にする。
【００１０】
特に、環は、ステーターの内側に加圧して保持される開環である。
【００１１】
とりわけ、複合材料の層の厚さは、５０μｍ以上２ｍｍ未満である。
【００１２】
本発明は、以下の工程を含むことを特徴とする、流体静力学的流体ベアリングの製造方法も提供する。自己潤滑性複合材料の層を平坦な金属板の表面上に組み立てる工程；金属板と複合材料を含んで成る組み立て品を、ステーターの内側表面の造成に対応する寸法に切断する工程；前記組み立て品の複合材料の層の厚さ内にセルを機械加工する工程；前記組み立て品を曲げて、割りリングを形成する工程；前記組み立て品を割りリングの形態でステーターの内側表面に挿入する工程；およびオステーターの厚さを貫通し、かつ挿入された組み立て品のセルを貫通するオリフィスを機械加工する工程。
【００１３】
従って、流体静力学的ベアリングを製造する本発明の方法は、自己潤滑性複合材料の厚い層を形成できかつセルを機械加工するのをより容易にする平坦な金属構造物から、回転式シャフトを受容するためのステーターの内部を作成することを可能にする。
【００１４】
特に、複合材料の層の厚さは、５０μｍ以上２ｍｍ未満である。
【００１５】
本発明の特定の観点によれば、組み立て品を干渉嵌め合いとして挿入する工程は、プレスを用いて、またはステーターを熱膨張することによって、または環状組み立て品を熱収縮することによって、あるいは実際には前記２つまたは３つの技術の組み合わせによって行なわれる。
【００１６】
本発明のもう一つの観点において、製造方法は、複合材料内に、ステーターの内側表面を再穿孔する最終工程も含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴や利点は、非限定的な実施例として挙げられる本発明の特定の態様についての以降の説明から、添付の図面を参照することにより明白である。
【００１８】
図３は、本発明の一態様を構成する流体静力学的流体ベアリングを表す。本発明のベアリングは、ステーター4の内側に加圧により低位置に保持された割りリング6を内側表面に有する円筒形の固体ステーター4を含んで成る。前記リング6は、ステーター4の内側表面と接触している金属板2によって構成される第１厚さと、ベアリングの内側表面を表し、回転式シャフト（図示せず）を支持して浮揚させるための自己潤滑性複合材料3の層から形成される第２厚さを有する。複合材料3の層は、ベアリングの内側表面に規則正しい間隔でセル5を有する。各セル5は、ステーター4と金属板2の厚さを貫通するオリフィス7を含んでいる。オリフィス7は、流体静力学的ベアリングに固有の回転式シャフトを浮揚させる機構を提供するために、ベアリングのセル5に加圧下で流体を供給することができる。
【００１９】
本発明の流体静力学的ベアリングは、その内側表面のセル間に、１ｍｍ程度の厚さの複合材料を包含する。この厚さは、ベアリングステーターの内側表面の特定の処理によって先行技術で得られる潤滑性フィルムコーティングの厚さに比べると大きな値である。すなわち、有効な潤滑性複合材料の重要な量のために、本発明のベアリングは、最終的な再穿孔工程、またはライン上での塗装または穿孔のようなベアリングの再アライメント工程のような、多数の適合する操作に順応できる。
【００２０】
本発明のベアリングの内側表面に存する複合材料の重要な厚さのために、ターボポンプ（特に、低温ターボポンプ）を開始または停止する過渡的な段階は、シャフトとベアリングの接触に対する高まった許容量に起因して、容易に成され、そして前記ベアリングは、前記接触を考慮したその耐久性により、故障にも耐え得る。
【００２１】
本発明の流体静力学的流体ベアリングの製造方法は、製造工程中の、本発明のベアリングの構成要素の種々の外観を表す図１〜３を参照して説明される。
【００２２】
図１は、本発明のベアリングの最初の３つの製造工程を表している。これらの工程は、最初に、自己潤滑性複合材料3の層が上に形成された平坦な金属板2から組み立て品1を作成する工程を含む。次いで、この方法で形成される組み立て品1は、ベアリングステーター4（図３）の内側表面の造成に対応する寸法に切断され、本発明の製造方法の終点では、ベアリングステーター4の中に挿入される。その後、セル5は、複合材料3の層の厚さのみを貫通して、ミリングまたはその他の技術によって機械加工される。
【００２３】
セルが円筒形ステーターの内側表面内に直接機械加工され、その後、薄い潤滑性コーティングが配される先行技術の流体静力学的流体ベアリングとは違って、本発明は、組み立て品1に、それが平坦な間に３つの工程を行うことを提案する。このことは、自己潤滑性複合材料の層全体に亙る厚さと均一性の点で、より精密な制御を達成することができる。本発明の方法は、溶液が表面処置を引き起こすかまたは薄いコーティングを沈積させるのとは異なる方法で、約１ｍｍまでの大きな厚さの自己潤滑性複合材料の均一な層をベアリングステーターの内部に組み込むことを可能にする。加えて、組み立て品1は、本発明のベアリングを製造する早期の工程中、平坦な形状であることから、特に、小さな直径の（直径４５ｍｍ未満）開口部を有するベアリングにおけるセルの機械加工がより容易である。というのも、この操作が平坦な板に行なわれるからである。
【００２４】
図２は、図１に示すような平坦な形状から、図２に示すように開口した割りリング6の形状に加工するように曲げることにある、成形品の成形工程後の組み立て品1を示す。成形品が図２に示すような開口した割りリングの形状である場合、金属板2で構成される外側と、セル5を含む複合材料3の層によって表される内側表面を有する形状は、実質上円筒形である。
【００２５】
図３は、本発明の方法で得られるベアリングステーターの最終的な構造を表している。本発明のベアリングを形成するこの最終工程では、固体ステーター4は、その内側表面に、曲げた前記組み立て品1で構成される割りリング6を受容するので、金属板2で形成されるリング6の外側表面は、ステーターの内側表面に対して圧迫されるようになる。残りの寸法がベアリングステーター4の直径よりも大きな割りリング6は、プレスを用いて、またはステーターを熱膨張することによって、または割りリング6を熱収縮させることにより、あるいは前記の２つまたは３つの技術の組み合わせによって、ステーター中に挿入される。
【００２６】
従って、自己潤滑性複合材料3の層は、ステーターの内側表面を構成し、ステーターは、その後、重要な厚さでかつセルを包含する自己潤滑性コーティングを有する。セル5への供給を可能にして、流体静力学的ベアリングに固有の補正現象を確実に生じさせ得るオリフィス7は、複合材料3の層のセル5に展開するように、ベアリングステーター4と割りリング6を貫通して穿孔することにより機械加工される。
【００２７】
本発明の流体静力学的ベアリングの製造方法は、２つのベアリングが対を成すように、またはそれらを整列させるように、複合材料3の層において、ステーター4の内側表面を再穿孔する最終操作も包含し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一態様におけるベアリング用組み立て品を表す概略図である。
【図２】 本発明により成形された組み立て品を表す省略された概略的な透視図である。
【図３】 本発明の一態様を構成する流体静力学的流体ベアリングの省略された概略的な透視図である。
【図４】 先行技術の流体静力学的流体ベアリングの透視図である。
【符号の説明】
1…組み立て品、2…金属板、3…自己潤滑性複合材料、5…セル、6…割りリング、7…オリフィス、40…従来の流体静力学的ベアリング、41…ステーター、42…ローター、43…セル、44…オリフィス

Claims (12)

1. 円筒形のステーター（４）を含む流体静力学的流体ベアリングであって、
   ステーター（４）が、加圧下で流体を導入するためのオリフィス（７）を有し、
   ステーター（４）が、ステーター（４）の内側表面に、リング（６）を有し、
   リング（６）が、金属板（２）と、自己潤滑性複合材料（３）の層とを組み立ててなる、組み立て品であり、
   金属板（２）は、流体を導入するためのオリフィス（７）と協同するオリフィス（８）を含み、
   自己潤滑性複合材料（３）の層は、セル（５）を含み、
   セル（５）が、オリフィス（７，８）の周囲に配置され、
   自己潤滑性複合材料（３）の層が、円筒形のステーター（４）の内側表面を構成する、
   流体静力学的流体ベアリング。
2. リング（６）が、ステーター（４）の内部に圧縮して保持される、開口したリングである請求項１記載のベアリング。
3. 複合材料の層の厚さが５０μｍ以上である請求項１または２記載のベアリング。
4. 複合材料の層の厚さが５０μｍ〜２ｍｍの範囲にある請求項１または２記載のベアリング。
5. 請求項１記載の流体静力学的流体ベアリングの製造方法であって、
   ａ）自己潤滑性複合材料（３）の層を平坦な金属板（２）上に組み立てる工程、
   ｂ）金属板と複合材料を含んで成る組み立て品（１）を、ステーター（４）の内側表面の造成に対応する寸法に切断する工程、
   ｃ）組み立て品の複合材料（３）の層の厚さ中にセル（５）を機械加工する工程、
   ｄ）組み立て品（１）を曲げて、割りリング（６）を形成する工程、
   ｅ） 割りリングの形状の組み立て品をステーター（４）の内側表面に挿入する工程、および
   ｆ）ステーターの厚さと、挿入した組み立て品のセル（５）とを貫通するオリフィス（７）を機械加工によって形成する工程
   を含む、流体静力学的流体ベアリングの製造方法。
6. 複合材料の層の厚さが５０μｍ以上である請求項５記載の方法。
7. 複合材料の層の厚さが５０μｍ〜２ｍｍの範囲にある請求項５記載の方法。
8. 組み立て品が干渉嵌め合いとして挿入される工程ｅ）が、プレスを用いて行なわれる請求項５〜７のいずれかに記載の方法。
9. 組み立て品が干渉嵌め合いとして挿入される工程ｅ）が、ステーター（４）を熱膨張することによって行なわれる請求項５〜７のいずれか記載の方法。
10. 組み立て品が干渉嵌め合いとして挿入される工程ｅ）が、環状の組み立て品（６）を熱収縮させることによって行なわれる請求項５〜７のいずれか記載の方法。
11. 工程ｅ）が、プレスすること、ステーターを熱膨張させること、および組み立て品を熱収縮することの組み合わせによって行なわれる請求項５〜７のいずれか記載の方法。
12. 複合材料（３）において、ステーター（４）の内側表面を再穿孔する最終工程を更に含む請求項５〜１１のいずれか記載の方法。

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