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

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555393
• Section: 試験
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷 順二 東北大学, 流体科学研究科, 教授 (30006192)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柳 秀治 前川製作所, 技術研究所, (研究職)部長 ; 裘 進浩 東北大学, 流体科学研究科, 助手 (60241585) ; 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究科, 助教授 (20197065) ; 林 叡 東北大学, 流体科学研究科, 教授 (10021982) ; 長南 征二 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20005424)
• Keywords: 気体軸受 / ヘリウム膨張タービン / 振動制御 / 圧電アクチュエータ / H_∞制御 / 剛体モード / 弾性モード

Research Abstract

本研究は3パッド・ラジアル型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。本研究組織が開発したラジアルタービン型ヘリウム膨張機の試作機を改良して、パッドの位置と回転を能動的に制御できるようにする。すなわち本研究代表者が研究してきた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とも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。
以上の研究成果をもとに高信頼・超高速・小型機体軸受の実用化を目指して信頼性と耐久性および超高速性能の確認試験を行い、経済的な設計基準を3年計画で完成させる。
本年度は、前年度購入した機材を用いて、制御可能な気体軸受を試作した。そして試作済みの膨張機に能動空気軸受けを組み込み回転振動実験を試みたが、完全には成功しなかった。そこでシミュレーションを再度行い、パラメータの選び方を検討しなおした。一方、シミュレーションは弾性ロータに対して可能なプログラムを開発した。

Research Products

• [Publications] T.K.Kown, J.Qiu and J.Tani: "Active Control of Floating Position and Vibration of a Rigid Rotor Using Tilting-Pad Gas Bearing" Proc.2nd Asian Control Conference.
• [Publications] T.K.Kown, J.Qiu and J.Tani: "Dynamic Characteristics Analysis of a Rigid Rotor System Supported by Two Tilting-Pad Gas Bearings" Proc.Asia Pacific Vibration '97.