超高速動圧気体軸受の知能化に関する研究

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動圧気体軸受はタービン、圧縮機などの回転機械で広く応用されている。回転機械の高速化により、高速回転速度で良好な安定性を有する気体軸受を開発することが必要になっている。さらに良好な安定性を有する軸受は回転速度、アンバランスによる同期振動と不安定による非同期の振幅、加重、気体温度などの変化に知的に応答する能力が不可欠である。本研究では、超高速タービンで使われるティルティングパッド気体軸受を対象として軸受の動特性及びピボットの摩擦やプリロードの制御によって安定性を増すことについて下記の研究を行った。(1)有限要素法とニュートンラフソン法を用いてティルティングパッド気体軸受の動特性の数値解析プログラムを作成した。そして、剛性係数と減衰係数の軸の回転数による変化に対するピボット摩擦とプリロードによる影響を調べ、その傾向性を明らかにした。また、軸の回転数と最大振幅を計算し、実験データとよく合う結果を得た。さらに、同期振動の共振するモードを解析した。(2)ティルティングパッド型気体軸受の高速回転における軸の軌道を計算した。ピボット摩擦を適切に加えると安定が増すことや、プリロードを変化させることによって軸を安定化できることを数値計算で示した。このようにティルティングパッドを制御し、インテリジェント化することにより、高速回転可能な気体軸受ができることを明らかにした。