気体軸受によるヘリウム膨張タービンの振動制御システムの試作開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555393
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柳 秀治 前川製作所技術研究所, 部長 ; 裘 進浩 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (60241585) ; 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (20197065) ; 林 叡 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10021982) ; 長南 征二 東北大学, 工学部, 教授 (20005424)
• Keywords: 気体軸受 / 圧電アクチュエータ / 剛体モード / 弾性モード / 能動制御

Research Abstract

(1)ヘリウム冷凍液化機用膨張機には一般に混流式ラジアルタービンが使用され、通常150,000rpm以上の高速回転で、しかも作動温度が80K以下の極低温で運転される。従って、油膜軸受の使用は困難であり、作動媒体自身による気体軸受の使用が不可欠である。しかし、現在開発しつつある動圧ヘリウム気体軸受では、約10,000と20,000rpmにある回転軸の1次と2次剛体モードの固有振動数との共振振幅を十分に抑制できない。振幅を小さくするには、気体軸受の剛性と粘性が増すため能動的に制御する必要がある。
(2)本研究は、3パッド・ラジアル動圧気体軸受のパッドの位置と回転を能動制御して知的化することにより、ヘリウム冷凍液化機用膨張機に用いることができる軸受を開発することを目的とする。
(3)圧電アクチュエータを用いてパッドの位置と角度を変える装置を作製し、気体軸受に取り付け、能動制御を行う。これにより回転軸の振動を抑えることができ、信頼性を高めることができる。次いで回転軸の弾性モードによる振動を理論解析し、230,000rpm以上で発生する不安定振動現象を明らかにすると共にパッドの位置と回転を能動制御することにより、300,000rpmまで回転できるようにして高性能化する。

Research Products

• [Publications] J. Qiu, J. Tani, T. Takagi E. Yamaguchi, H. Yanagi: "An Approach to Intelligent High Speed Tilting-Pad Gas Bearing" Proc. International Symposium on Microsystems, Intelligent Material and Robots. 498-501 (1995)
• [Publications] J. Qiu, J. Tani, T. Takagi A, Machida, K. Tsugawa: "Dynamic Characteristics of a Tilting-Pad Bearing System for Hihg Expansion Ratio Expander" Advances in Cryogenic Engineering. 39. 909-916 (1994)