CN104769404B - 平衡校正用支承装置 - Google Patents

Abstract

在本发明的平衡校正用支承装置中，被旋转体(1)的支承孔(22)在端侧具有形成为多边形的截面形状的部分(26)，在被旋转体(1)的支承孔(22)被安装的心轴(11)的外周面中的、与支承孔的多边形的截面形状部分(26a)面对的地点，设置有将随着被旋转体的旋转而在多边形的截面形状部分与心轴的外周面之间的空间内变动的压力向外部释放的释放孔(38)。

Description

平衡校正用支承装置

技术领域

本发明涉及为了进行涡轮压缩机的转子等以高速旋转的被旋转体的平衡校正，而使用装备了静压气体轴承的立式的心轴旋转自如地支承该被旋转体的平衡校正用支承装置。

背景技术

对于以高速旋转的涡轮压缩机的转子(相当于本申请的被旋转体)而言，为了消除制作时的零件公差带来的不平衡(动态不平衡)，通常使用平衡校正装置对不平衡量进行计测后校正该不平衡。

在平衡校正装置中，为了能够高精度地进行不平衡量的计测而使用支承装置(平衡校正用支承装置)，该支承装置(平衡校正用支承装置)使用装备了静压气体轴承的心轴以单体旋转自如地支承转子。大多数情况下，如专利文献1的图5所公开的那样，使用如下结构：作为心轴而使用供处于转子的旋转中心部的截面呈圆形的支承孔嵌入的圆柱状的心轴部件，在该心轴部件的外周面设置静压气体向心轴承(由具有喷出孔的向心轴承面构成)，在心轴部件的基端侧设置静压气体推力轴承(由具有喷出孔的推力轴承面构成)。

通过该结构，在将转子的支承孔向心轴嵌入时，转子整体安装在心轴上。此后，从静压气体向心轴承的喷出孔向支承孔的内面喷出压缩性流体(空气；静压气体轴承用)，从静压气体推力轴承的喷出孔向支承孔的下端的开口周围(转子的端面)喷出压缩性流体(空气；静压气体轴承用)，由此，转子在心轴的周围浮起的同时旋转自如地被支承。

不平衡量(动态不平衡量)的计测如下进行：从外部对该浮起状态的转子施加旋转力，例如朝向转子面喷射驱动用的空气(驱动流体)，以使转子以高速旋转，从而利用设置于平衡校正装置的各种传感器计测旋转的转子的动作。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-172538号公报(图5)

发明内容

发明要解决的课题

通常，作为转子的支承孔，如专利文献1中也已经公开的那样，使用截面呈圆形的筒形形状、即轴向整体成为圆形的截面形状的孔。这是为了使与转子组合的轴的端部嵌插于该支承孔中并通过螺栓紧固等使轴与转子连结。

然而，从利用涡轮压缩机的各种***领域来看，对于涡轮压缩机的转子产生很多期望，例如牢固地与轴进行连结、高精度地使转子轴心与轴的轴心吻合等。

于是，近来，在涡轮压缩机的转子中，为了应对上述情形已开始提出如下连结方式的结构：不仅由截面呈圆形的孔进行连结，而且混入多边形状部，以使转子与轴嵌插来进行连结。为了实现该连结方式，已开始研究如下结构：在转子的支承孔的端侧形成与形成于轴的多边形状部嵌合的多边形的截面形状的内腔部。

但是，若采用具有多边形状的内腔部的支承孔，则恐怕不能充分地进行转子的不平衡量的计测。

即，通常，在测定转子的不平衡量时，在利用静压气体支承转子的部分即心轴的外周面与支承孔的内面之间，充满从静压气体轴承的喷出孔喷出的压缩性流体。

此时，若支承孔是与心轴的外周形状相同的截面呈圆形(正圆)的形状，则即便转子旋转，也不产生压力变动，因此，可以确保高计测精度。但是，若支承孔具有多边形的内腔部，则与截面呈圆形(正圆)时不同，在具有多边形状的部分，随着转子的旋转(位移)，在具有多边形状的部分与心轴的外周面之间产生挤压。因此时的挤压效应而导致在具有多边形状的部分与心轴的外周面之间压力反复上升、下降。

由心轴支承的转子因该压力变动而产生摆动。因此，容易损害计测转子的不平衡量的精度。另外，也存在转子容易与心轴接触的问题，有时不能充分地进行所期望的不平衡量的计测。

于是，本发明的目的在于提供一种能够以高精度进行使支承孔的一部分形成为多边形状的被旋转体的不平衡量的计测的平衡校正用支承装置。

用于解决课题的方案

在本发明中，被旋转体的支承孔在端侧具有形成为多边形的截面形状的部分，在被旋转体的支承孔被安装的立式的心轴的外周面中的、与支承孔的多边形的截面形状部分面对的外周面部分，设置有将随着被旋转体的旋转而在多边形的截面形状部分与心轴的外周面之间的空间内变动的压力向外部释放的释放孔。(技术方案1)。

根据该结构，即便使支承孔的一部分形成为多边形的截面形状，在计测不平衡量(动态不平衡量)时，在支承孔的多边形的截面部分与心轴的外周面之间的空间内产生的压力的变动也通过释放孔向外部释放。因此，以挤压为主要原因的、支承孔的多边形状的截面部分与心轴的外周面之间的压力变动被抑制，能够以高精度进行被旋转体的不平衡量的计测。

优选为，除上述目的之外，进而为了将变动的压力均匀地释放，释放孔在心轴的外周面沿周向设置有多个(技术方案2)。

优选为，除上述目的之外，进而为了使变动的压力容易释放，释放孔使用由下述的路径形成的通路，该通路在心轴中的、多边形的截面形状部分与心轴的外周面之间的空间的最下位附近具有入口，在与静压气体推力轴承面附近的外部面对的地点具有出口(技术方案3)。

发明的效果

根据本发明，在计测被旋转体的不平衡量时，在支承孔的多边形的截面部分与心轴的外周面之间的空间内产生的压力的变动通过释放孔向外部释放。由此，能够抑制以挤压为主要原因的、支承孔的多边形状的截面部分与心轴的外周面之间的空间内的压力变动。

因此，使支承孔的一部分形成为多边形状的被旋转体能够以高精度进行不平衡量的计测。而且，也可以避免被旋转体与心轴接触。此外，能够以简单的结构构成(技术方案1)。

除上述效果之外，进而可以通过多个释放孔从多边形状的截面部分与心轴的外周面之间的空间内将变动的压力均匀地释放，从而带来更高的效果(技术方案2)。

除上述效果之外，进而释放孔由最短的路径形成，因此，压力更容易向外部释放，从而带来更高的效果(技术方案3)。

附图说明

图1是将本发明一实施方式的平衡校正用支承装置与应用了该装置的平衡校正装置一同表示的立体图。

图2是将该平衡校正用支承装置的各部分的结构与将转子(被旋转体)安装于心轴的状态一同表示的剖视图。

图3是沿着图2中的A-A线的剖视图。

图4是沿着图2中的B-B线的剖视图。

图5是用于说明转子旋转时的、支承孔的多边形的截面部分与心轴的外周面之间的空间内的动作的剖视图。

图6是说明进行不平衡量的计测的涡轮压缩机的转子(被旋转体)的立体图。

图7是说明使用了该转子的多边形状部的连结结构的立体图。

具体实施方式

以下，基于图1～图7所示的一实施方式说明本发明。

图1表示对被旋转体、例如涡轮压缩机的转子1(在此例如是压缩机转子)的不平衡量(动态不平衡量)进行计测的平衡校正装置的概略结构，例如，图中附图标记2表示该装置的基板、附图标记3表示竖立设置于该基板2的上表面的框架体、附图标记4表示配置在框架体3的前方的振动桥接体。

振动桥接体4的各部分与从框架体3的前面突出的多个支承弹簧部件5a以及从基板2的上表面突出的支承弹簧部件5b(仅图示一部分)连结，能够向左右方向位移地支承整个振动桥接体4。支承臂体6从该振动桥接体4的前部呈带状延伸。在该带状的支承臂体6的前端部，安装有用于支承上述涡轮压缩机的转子1的支承装置10(相当于本申请的平衡校正用支承装置)。

顺便说一下，在振动桥接体4的侧方，设置有检测向振动桥接体4传递的振动的各种传感器8，在支承装置10的周围，设置有喷出使转子1旋转的压缩空气的一对喷头部9(旋转力施加部)。图1中附图标记8a表示将各种传感器8安装在基板2上的安装部件，附图标记9a表示将喷头部9安装在基板2上的安装部件。

上述支承装置10使用如下结构：使用立式的心轴11，由静压气体轴承旋转自如地支承转子1(单体)。该支承装置10的结构在图2中示出。

在此，在说明支承装置10的结构之前，对作为计测对象的部件的转子1进行说明。转子1例如如图6所示具有在圆板状的基面部20a上形成有多片叶片1a的转子本体20。转子本体20包括在基面部20a的中心部形成的筒形的凸起部21。该转子本体20的旋转轴心部以及基面部20a的凸起部21具有呈直线状贯通这些部分的截面呈圆形的支承孔22。在该支承孔22内装入与转子1组合的截面呈圆形的轴23。具体而言，该轴23的端部被***到支承孔22内，利用固定部件、例如螺母部件(未图示)将***端固定，从而使得转子1在其与承接凸起部21的端部的承接部23a之间被联结，由此形成转子1被组装的组件、即转子组件。

在此，该转子1与轴23的连结使用轴23以及支承孔22的一部分采用多边形状的结构(例如用于牢固的连结、高精度的对芯等)。

即，通常使用使从转子1的一端起到另一端为止的整体设为截面呈圆形的内腔部的支承孔22以及与该支承孔22相应的截面呈圆形的轴23，但在此如图6以及图7所示，例如在成为支承孔22的一部分的端部、具体而言成为支承孔22的基端的凸起部21内的内面，具有其他的比截面呈圆形的内腔大的多边形的截面形状、在此具有例如三角形状的内面26a，将内面26a的内侧设为三角形的内腔部26。轴23具有与该三角形状的内腔部26嵌合的例如三角形状的凸缘部27。即，一并使用三角形状的内腔部26与凸缘部27嵌合的结构以使转子1与轴23连结。

图1以及图2的支承装置10使用使该支承孔22的一部分形成为多边形的稳定地支承转子1的结构。

参照图1以及图2说明该支承装置10的各部分。附图标记11是上述的心轴。心轴11由圆柱状的心轴部件构成。该心轴部件竖立设置在支承臂体6的前端部的上表面，转子1从心轴11的上方被安装。

即，心轴11从下端起依次具有：固定在支承臂体6上的设置座30、承接转子1的下端(凸起部21端)的圆盘状部31、以及能够与转子1嵌插的圆柱状部32，以规定量从支承臂体6向铅垂方向延伸。具体而言，圆柱状部32中的、配置前端侧的转子本体20的部分(除凸起部21之外)，由与直径小的孔部分22d的形状匹配的截面呈圆形的柱部分32a形成，上述直径小的孔部分22d占据该转子本体20的支承孔22的大部分。配置基端侧的凸起部21的部分如图3所示与支承孔22的台阶部22a的形状相匹配地形成为直径比柱部分32a大的柱部分32b。尤其是，与三角形状的内腔部26(内面26a)对应的部分如图4所示形成为直径比柱部分32b小的柱部分32c(直径比内面26a小)，如图2所示，仅通过将转子1从支承孔22的端部(基端)向心轴11***即可将转子1安装在心轴11的周围而不受是否具有三角形的内腔部26的影响。

另外，在心轴11的柱部分32a、32b的外周面，分别设置有具有多个喷出孔34a的静压气体向心轴承面34b，形成承接支承孔22的内面的静压气体向心轴承34。在圆盘状部31的上表面，与凸起部21端的位置相匹配地绕轴心设置有具有多个喷出孔35a的静压气体推力轴承面35b，在该部分形成静压气体推力轴承35，该静压气体推力轴承35承接成为转子1的下端的凸起部21的端面(支承孔22的开口周围)。

其中，喷出孔34a如图2所示经由与沿心轴11的轴心部形成的各种孔径的通路36a、在支承臂体6的内部形成的中继通路36b，与外部的静压轴承用气体供给装置37连接。另外，喷出孔35a经由在圆盘状部31形成的通路38a、在支承臂体6的内部形成的中继通路38b，与上述静压轴承用气体供给装置37连接。由此，通过使从静压轴承用气体供给装置37供给的压缩性流体、例如空气从各喷出孔34a、35a喷出，由静压气体轴承34、35从径向、推力方向承接(支承)转子1，可以使转子1整体在心轴11周围浮起规定量的同时旋转自如地对其进行支承。

若从一对喷头部9向该浮起状态的转子1吹送空气，则转子1以高速旋转，此时的动作(振动情况)经由支承臂体6、振动桥接体4由各种传感器8检测来计测转子1的不平衡量。

并且，如图1、图2以及图4(图2中的B-B截面)所示，在心轴11的外周面中的、与转子1的三角形状的内腔部26(相当于本申请的多边形的截面形状部分)面对的柱部分32c的外周面，设置有释放孔38。释放孔38沿心轴11的周向以等间隔设置有多个、在此设置有9个。

任意的释放孔38都如图2所示由入口39a在形成于柱部分32c与内面26a之间的空间开口、且出口39b在该空间外开口的小径的J形通路39形成。例如通路39的入口39a在成为柱部分32c与内面26a之间的空间的最下位附近的柱部分32c的外周面部分开口，出口39b在静压气体推力轴承面35b的附近在面对外部的地点、例如圆盘状部31的端面的轴承面35b附近的地点开口，从而由最短的路径形成通路39。构成如下结构：利用由该最短路径形成的通路39，使在转子1旋转时在三角形状的内面26a与截面呈圆形的柱部分32c的外周面之间的空间产生的压力变动、尤其是上升的压力向外部释放。

接着，对使该压力变动释放这一点进行说明。

首先，在计测转子1的不平衡量时，如图2所示将转子1的支承孔22嵌入在铅垂方向立起的心轴11而将转子1安装于心轴11。在此，在心轴11的截面呈圆形的柱部分32a(包含；上段的静压气体向心轴承34)配置有转子1的孔部分22d，在柱部分32b(包含；下段的静压气体向心轴承34)配置有转子1的台阶部22a，在柱部分32c配置有转子1的三角形状的内腔部26。另外，在静压式气体推力轴承面35b上配置转子1的凸起部21端。

此后，使来自静压轴承用气体供给装置37的压缩空气(压缩性流体)从各喷出孔34a、35a喷出规定量。于是，也如图2中的箭头所示，从喷出孔34a喷出的空气，向静压气体向心轴承面34b与孔部分22d的内面、台阶部22a的内面之间流入，通过流入到上述静压气体向心轴承面34b与孔部分22d的内面、台阶部22a的内面之间的空气流，绕心轴11旋转自如地支承转子1，并且，也如图2中的箭头所示，从喷出孔35a喷出的空气推起凸起部21的同时向静压气体推力轴承面35b与凸起部21的端面之间流入，从而使转子1整体以规定量浮起。即，转子1在以规定量浮起的同时由心轴11旋转自如地支承。

此后，若从一对喷头部9的喷出孔9b(在图1仅图示一部分)向浮起的转子1的叶片1a吹送空气，则转子1绕心轴11以高速旋转。此时的转子1的动作(振动情况)经由支承臂体6、振动桥接体4向各种传感器8传递，通过该传感器8的检测，来计测转子1的不平衡量。

此时，转子1中的三角形状的内面26a与心轴11的柱部分32c之间的空间(内腔部26)充满从静压气体轴承34、35的喷出孔34a、35a喷出的空气。

在此，由于迄今为止的转子与心轴彼此通过圆形进行组合，因此不存在问题，但是上述转子1的支承孔22的端部确定为多边形、在此为三角形状，因此，伴随着转子1的旋转，在具有三角形状的内腔部26的凸起部21与截面呈圆形的柱部分32c之间产生挤压。因此，在三角形状的内面26a与截面呈圆形的柱部分32c之间的空间中，在如图5所示位移的三角形状的内面26a的旋转方向前侧压力上升而在旋转方向后侧压力下降这样的、由挤压效应带来的压力上升、下降在空间内反复出现。

因该压力变动而使得转子1产生摆动(ハンチング振動)。若就这样放之不管，则转子1受到摆动的影响而损害转子1的不平衡量的计测精度。但是，由于在心轴11上设置有将在该三角形状的内面26a与截面呈圆形的柱部分32c之间的空间变动的压力向外部释放的释放孔38，因此，如图2以及图5的箭头所示，在该空间内产生的压力变动、即上升的压力通过释放孔38向空间外(外部)释放。下降的压力由静压式气体轴承34、35的空气补偿。

由此，成为损害精度的主要原因的、支承孔22的多边形状的截面部分(三角形的内腔部26)与心轴11的截面呈圆形的外周面之间的压力变动被抑制。

因此，能够以高精度进行转子1(被旋转体)的不平衡量的计测。而且，仅通过在心轴11的外周面中的、与支承孔22的多边形的截面形状部分面对的地点形成释放孔38即可改善计测精度，因此，能够以简单的结构构成。此外，也可以避免转子1与心轴11接触的担忧。

尤其是，由于释放孔38沿心轴11的周向等间隔地配置有多个，因此，可以将变动的压力均匀地向外部释放，可以更有效地抑制压力变动。

而且，在释放孔38由最短路径形成时，变动的压力容易向外部释放，因此，可以更有效地抑制压力变动。

另外，本发明并不限于上述一实施方式，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更来实施。例如，在上述一实施方式中，例举了将支承孔的多边形部分设为三角形状的内腔部，但并不限于此，也可以设为其他多边形状的内腔部。另外，在上述一实施方式中，例举了设置有9个释放孔，但并不限于此，无论是9个以上还是9个以下，只要能够充分确保压力变动的抑制效果，则并不对数量有特别限定。当然，在上述一实施方式中例举了使用涡轮压缩机的转子，但并不限于此，只要是需要进行不平衡量的计测的被旋转体都可以应用本发明。

附图标记说明

1 转子(被旋转体)

10 支承装置(平衡校正用支承装置)

11 心轴

22 支承孔

26 三角形状的内腔部(多边形的截面形状的部位)

26a 三角形状的内面(多边形的内面)

34 静压气体向心轴承

35 静压气体推力轴承

38 释放孔

39a 入口

39b 出口

Claims (3)

1.一种平衡校正用支承装置，由如下结构构成：所述平衡校正用支承装置具有被旋转体和立式的心轴，所述被旋转体在旋转中心部具有截面呈圆形的支承孔且该支承孔的端侧由多边形的截面形状形成，通过将所述立式的心轴***所述支承孔，所述被旋转体从铅垂方向被安装；在所述心轴的外周面，具有旋转自如地承接所述支承孔的截面呈圆形的内面的静压气体向心轴承，在所述心轴的基端侧，具有旋转自如地承接所述支承孔的下端的开口周围的静压气体推力轴承；使静压气体轴承用的压缩性流体从所述静压气体向心轴承、所述静压气体推力轴承喷出，以使所述被旋转体在所述心轴的周围浮起的同时旋转自如地支承所述被旋转体，通过对浮起状态的被旋转体施加旋转力，能够进行不平衡量的计测，

所述平衡校正用支承装置的特征在于，

在所述心轴的外周面中的、与所述支承孔的多边形的截面形状部分面对的外周面部分，设置有将随着所述被旋转体的旋转而在所述多边形的截面形状部分与所述心轴的外周面之间的空间内变动的压力向外部释放的释放孔。

2.如权利要求1所述的平衡校正用支承装置，其特征在于，

所述释放孔在所述心轴的外周面沿周向设置有多个。

3.如权利要求1或2所述的平衡校正用支承装置，其特征在于，

所述释放孔是由下述的路径形成的通孔，该通孔在所述心轴中的、所述多边形的截面形状部分与所述心轴的外周面之间的空间的最下位附近具有入口，在与所述静压气体推力轴承面附近的外部面对的地点具有出口。