JP4351092B2 - 釣合い試験方法および釣合い試験機 - Google Patents

Description

この発明は、動釣合い試験に関し、特に、ジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法、および、ジャーナルを備えておらず、かつ、軸受孔を有するロータを支持するための支持装置を備えた釣合い試験機に関する。

動釣合い試験をする場合、被試験体であるロータがジャーナルを有する場合は、ジャーナルを支持することによって精度良くロータの不釣合いを確認することができる。一方、ロータに固有の支持部分（ジャーナル）が備えられていない場合は、釣合い試験時に、ロータを補助シャフトに固定する必要がある。この場合、ロータの不釣合いを高精度に確認することができないという課題が存在する。

ヨーロッパ公開特許０１０４２６６（対応特許：特公平４−４０６５０号：特許文献１）により、ジャーナルを備えていないロータを、補助シャフトなしで高精度な釣合い試験をする方法が公知である。この方法は、釣合い試験機の軸受マンドレル上にロータが乗せられ、かつ、互いに対向するロータ面およびマンドレル軸受面の間に、支持流体としての空気が供給される。そうすると、ロータ軸または軸受マンドレルの形状偏差が統合され、かつ、ロータの安定した回転軸が与えられるので、ロータの表面精度の低さによって生じるはずの誤差はそれほど現れない。特許文献１には、また、支持流体として液体を使用することが開示されている。

いずれの支持流体を用いた場合も、軸方向において円環体を有するロータは軸受マンドレルの筒形支持面で支持される。
特公平４−４０６５０号公報

特許文献１に記載の構成では、特定の構造のロータ、たとえばジャーナルを備えておらず、重心が軸受領域外にあるロータの場合には、正確な測定結果を得ることができないという課題がある。
また、支持流体として液体を用いる場合は、液体の漏れ（液体流出）を防がないと、ロータを濡らすことになり、測定結果に誤差が含まれることになる。

この発明は、ロータがジャーナルを備えておらず、代わりに軸受孔を有し、その軸受孔が軸方向全体に延びていない形状のロータに対して、釣合い試験を正確に行える方法およびそのための装置を提供することを目的（技術的課題）とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

請求項１記載の発明は、ジャーナルを備えておらず、代わりに軸受孔を有し、その軸受孔が軸方向全体に延びていない形状のロータを釣合い試験するための方法であって、上記ロータの軸受孔に挿入可能な軸受マンドレルを準備し、当該軸受マンドレルには軸方向に離れた第１軸受領域および第２軸受領域ならびに第１軸受領域および第２軸受領域の間に中間領域を設け、第１軸受領域および第２軸受領域に対して軸受マンドレル内部から液状流体を供給し、軸受マンドレルが挿入されたロータの軸受孔と軸受マンドレルとの間の摩擦および隙間を上記供給流体によって吸収し、中間領域から軸受マンドレル内部を経由して供給された液状流体を回収することによって液状流体がロータを濡らすのを防止し、それによってロータをスムーズに回転させることができ、ロータの不釣り合いを測定するようにしたことを特徴とする、ロータの釣合い試験方法である。

請求項２記載の発明は、釣合い試験機であって、ジャーナルを備えておらず、代わりに軸受孔を有し、その軸受孔が軸方向全体に延びていない形状のロータを支持するための支持装置を含み、当該支持装置には、ロータの上記軸受孔に挿入される軸受マンドレルが備えられ、上記軸受マンドレルは、軸方向に離れた第１軸受領域および第２軸受領域ならびに第１軸受領域および第２軸受領域の間に設けられた中間領域を有し、上記第１軸受領域および第２軸受領域には、軸受マンドレル内から第１軸受領域および第２軸受領域の周面へ液状流体を供給するための小孔がそれぞれ開口され、上記中間領域には、上記軸受マンドレル周面に供給される液状流体を回収するための回収孔が備えられていることを特徴とする釣合い試験機である。

請求項３記載の発明は、上記軸受マンドレルには、さらに、軸受マンドレルの根元側周面に開口した回収孔が設けられていることを特徴とする、請求項２記載の釣合い試験機である。

請求項４記載の発明は、上記軸受マンドレルは垂直に配置され、軸受マンドレルの根元側には、軸受マンドレルに対して同心円状に配置され、その下面が球面状をして水平方向に偏位自在に配置された軸受円板をさらに有することを特徴とする請求項２または３記載の釣合い試験機。
この発明によれば、軸受を正確に維持して、ロータを非常に静かに、かつスムーズに回転させることができる。よって、縦方向に延びるロータの一部に形成された軸受孔を有し、ジャーナルを備えていないロータであっても支持装置で安定して保持し、高精度な釣合い試験を行うことができる。

この発明に係る液体を用いた支持装置を用いると、調整面に関して必要な不釣合い調整を行わなくてもよい。液体を用いた支持装置は、主としてマンドレル内部への液体の供給および内部からの液体の流出を行うため、測定精度は、軸受用液体により阻害されることがない。
第１の軸受領域においても、第２の軸受領域においても、油または油含有液を支持流体とするので、液体の供給および流出を簡単に行うことができる。

第２の軸受領域におけるロータの軸方向への支持は、流体力学的に有利である。そしてそこに支持流体を供給することも、比較的簡易な構造で実現できる。
第２の軸受領域におけるロータ下面の支持は、球状に形成された支持表面で実施されるので、軸方向の軸受表面に生じ得る軸方向表面誤差によっては、ロータ軸の偏位をもたらさない。球状支持装置の角度変化によって、軸方向表面誤差は、ロータに強制モーメントを加えることなく相殺される。

以下、この発明の実施形態について説明する。
図１は、釣合い試験機における、有底孔を有するロータのための軸受マンドレルを備えた支持装置の略図である。
図１において、２点鎖線で示されたものが、被試験体としてのロータ２である。このロータ２を支持するための支持装置１は、釣合い試験機の振動ブリッジ３に固定されている。振動ブリッジ３は、図示では２本だけが示されているが、たとえば４本の支持ばね４によって、釣合い試験機の枠に対して振動可能に連結されている。ロータ２は、図示していない駆動装置（たとえばロータ２に対してエアを吹き付ける装置等）によって、回転される。回転されるロータ２に不釣合いが存在する場合は、ロータ２の回転に伴って振動ブリッジ３に不釣合いに起因する振動が現れる。この振動が測定されることにより、ロータ２の不釣合いを測定することに利用される。

被試験体であるロータ２が回転可能に乗せられる支持装置１は、軸受マンドレル５を有している。軸受マンドレル５は振動ブリッジ３に垂直に立設されている。
ロータ２の下部には、下面から上方へ向かって垂直に形成された有底のロータ孔６が備えられている。このロータ孔６に軸受マンドレル５が挿入されるようにロータをセットすることにより、ロータ２は回転自在に保持される。ロータ２の重心Ｓは、ロータ孔６の広がりの外、つまり軸受領域外の、軸方向延長線上に存在する。

ロータ孔６は階段状をしており、異なる直径の４つのセグメントに区分される。最下方のセグメントは直径の大きなセグメントであり、その上方には直径の小さな上下に長手のセグメントが続く。さらにその上には直径のやや大きなセグメントが位置し、さらにその上に直径の小さなセグメントが存在する。
一方、軸受マンドレル５は、その直径が、３段階に分かれており、最下方部の直径の大きな軸受平面８を含む第２軸受領域、その上に延びる直径のやや小さな中間領域およびさらにその上に延びる直径のさらに小さな、軸受平面７を含む第１軸受領域を有する。軸方向に上下に離れた２つの領域、すなわち軸受平面７を含む第１軸受領域および軸受平面８を含む第２軸受領域の２つの領域により、後述するように流体を介在させながらロータ孔６、ひいてはロータ２を安定して回転可能に支持することができる。これがこの実施形態の構造上の特徴の１つである。

この実施形態では、第１軸受領域（軸受平面７を含む領域）および第２軸受領域（軸受平面８を含む領域）に対し、それぞれ、油もしくは油を含む液体またはそれ以外の潤滑性のある液体が支持用流体として供給される。
そのために、軸受マンドレル５の内部には、軸方向に、軸下方から第１の軸受領域および第２の軸受領域までそれぞれ延びる流体供給管１１が形成されている（図２）。第１の軸受領域まで延びる流体供給管１１の先端は、軸受平面７上に配置された第１の小孔１０に連通しており、第１軸受領域周面に第１の小孔１０が開口している。また、第２軸受領域まで延びる流体供給管１１の先端は、軸受平面８上に形成された第２の小孔に連通し、第２の軸受領域の周面には小孔１０が開口している。これにより、第１軸受領域では、軸受マンドレル７の周面に小孔１０から流体（油など）が供給される。同様に、第２軸受領域にはその周面に小孔１０から流体（油など）が供給される。

軸受マンドレル５には、また、図４に示すように、流体回収用の第２の孔２０が形成されている。流体回収用の孔２０は、軸受マンドレル５の上下方向中央部の中間領域周面に開口する複数の孔と、軸受マンドレル５の頂上部に開口する孔と、軸受マンドレル５の最下方部に開口する孔２０とを含む。これら孔２０は、流体出口管２１につながっており、流体出口管２１を通じて流体は回収される。

なお、軸受マンドレル５の下端部は、振動ブリッジ３に固定されたフランジ９につながっている。
図２〜図４を参照して、軸受マンドレル５における上方の第１軸受平面７および下方の第２軸受平面８に対し供給される流体の供給路（小孔１０）は、軸受マンドレル５の円周面上に等しい角度間隔でたとえば４つ配置されている。すなわち、小孔１０は、軸受平面７において、軸受マンドレル５の円周面上に９０度間隔で４個開口しており、軸受平面８において９０度間隔で４個開口している。そして、液体供給管１１は、それぞれの小孔１０に連通するように、軸受マンドレル５内に合計８本が形成されている。各供給管に対しては、室構築部１４内に形成された流路および円環状室１５を通じて、流体が供給される。

軸受マンドレル５内に軸方向に平行に設けられた８つの流体供給管１１には、それぞれ、絞りセグメント１１ａが含まれている。また、水平方向に小孔１０に通じる管にも絞りセグメント１１ｂが設けられている。これら絞りセグメント１１ａ，１１ｂにより、供給される液体に絞り作用を与え、流速および流量を調整することができる。
図４を参照して、軸受マンドレル５の中心には、軸方向に貫通する流体出口管２１が形成されている。また、第１軸受領域および第２軸受領域間に位置する中間領域には、軸受マンドレル５の外周面に開口し、中心の流体出口管２１に連通する複数の回収孔２０（第２の孔）が、周方向に等しい角度間隔をあけて、たとえば４つ、また、軸方向に等しい間隔をあけて４つ形成されている。さらに、第２軸受領域の下端部には、斜め下方に向かって中心軸方向へ連通した回収孔２０が、周方向に等間隔あけてたとえば４つ形成されている。そして流体出口管２１の下端部は、室構築部１４に形成された第２の流体室１６に連通している。それゆえ、軸受マンドレル５の外周面に供給された流体のうち、余剰の流体は回収孔２０から軸受マンドレル５内へ流入し、流体出口管２１および第２の流体室１６を通って回収される。

図５〜図７を参照して、別の実施形態について説明をする。図５〜図７の実施形態は、軸受マンドレル５の軸中心寄りに流体供給管１１が設けられていて、その周囲に流体出口管３１が設けられた例である。従ってこの例では、流体出口管３１は、軸受マンドレル５の外周面に開口した角度位置の異なる回収孔２０に対して、複数本（実施例では４本）が設けられている。

また、流体供給管１１は、軸受マンドレル５の軸を中心に、周方向に等間隔に８つ形成されている。そして８つの流体供給管１１のうちの１つ置きに配置された４つの流体供給管１１は、第１の軸受平面７まで延び、管セグメント１１ｂを介して小孔１０につながっている。小孔１０は、第１の軸受平面７における円周面に開口している。残り４つの流体供給管１１は、第２の軸受平面８まで延び、管セグメント１１ｂを介して小孔１０につながっている。小孔１０は第２の軸受平面８における円周面に開口している。そして各流体供給管１１の下端部は、環状室（第１の流体室）１５につながっており、この環状室１５から流体が供給される。

なお、各流体供給管１１には、絞り作用のある領域１１ａが形成されている。
流体出口管３１は、図６に示すように、軸受マンドレル５の軸方向に直交方向の切断面で見たときに、軸中心から周面に寄った位置に、周方向に等間隔に４つ形成されている。これら各流体出口管３１は、上下に貫通した管となっている。そして軸受マンドレル５の中間領域において、周面に、周方向に等間隔で開口した４つの回収孔２０に連通している。また回収孔２０は、軸方向に等間隔に４段形成されている。

さらに、軸受マンドレル５の第２領域下端部には、先の実施例と同様、回収孔２０が中心に向かって斜め下方へ延びるように形成され、流体出口管３１と連通している。
そして回収孔２０および流体出口管３１を通って回収される流体は、室構築部１４に形成された円環状の第２の流体室１６から排出管を通って排出される。
以上説明した第１の小孔１０の数や第２の小孔（回収孔）２０の数や配置は、ロータの形状、傾斜度、および重量などに応じて決められ、上記実施形態のものに限られない。

図１に戻って、軸受マンドレル５は、軸方向にロータ２を支持すると共にフランジ９を介して構造単位４０と連結している。構造単位４０は、軸帯９の上側に強固に連結されているベースプレート４１を有している。ベースプレート４１は、２つのケーシング４２，４３、すなわち外側ケーシング４２および口径の小さな内側ケーシング４３のベースを形成している。内側ケーシング４３は外側ケーシング４２の内部に、軸受マンドレル５を中心に同軸的に配置されている。外側ケーシング４２の高さは、ロータ４２の羽根が接触しない高さにされている。そして外側ケーシング４２の上面にはロータ２の下方部を軸受マンドレル５に装着できるように開口が形成されている。内側ケーシング４３は、ロータ２の下方部半分程度を収容する高さにされている。

ベースプレート４１は、ロータ２の下端部を支持するための軸受面４６と一緒に形成されている。内側ケーシング４３の下面を構成するベースプレート４１には溝４４が形成されている。そして、軸受マンドレル５に供給された流体のうち、余剰の油が内側ケーシング４３内に漏れ出したときには、溝４４を通って下方に流れ落ち、前述した回収孔２０から回収される。また、万が一内側ケーシング４３から外側ケーシング４２へと飛び出した流体は、外側ケーシング４２から排出管４５へ経て流体受け器へと回収される。

ベースプレート４１における内側ケーシング４３の下面を構成する部分には、軸受マンドレル５を中心に、同心円状に備えられた軸受円板４６が配置されている。軸受円板４６はロータ２の下面を受け止めることができる。軸受円板４６の下面は球面形状をしており、軸受円板４６の下面が嵌まり込む台板は球面形状に窪んでいる。そして軸受円板４６とベースプレート４１との隙間には上述した流体が介在し得る。

前述した実施形態では、軸受マンドレル５は、垂直方向であるとして説明したが、軸受マンドレルの軸方向は、垂直方向以外に、水平方向または水平と垂直との間の任意の方向であってもよい。軸受マンドレルの軸方向は、釣合い試験機の構成やロータ２を自動的に着脱するための装置の構成、あるいはロータ２の形状等を考慮して決めればよい。
この発明によって支持されるロータ２は、第１図に示した形状に限られない。この実施形態では、ロータ２はターボファンを取り上げたが、それに限らず、回転コンプレッサ、弾み車等のような固有の軸受ジャーナルがない全てのロータであって、有底孔を有するロータに対して、この発明は適用することができる。

その他、この発明は、特許請求の範囲記載の範囲内において種々の変更が可能である。

釣合い試験機において、有底孔を有するロータのための軸受マンドレルを備えた支持装置の略図である。 図３の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面略図の軸受マンドレルの第１実施形態である。 図２に基づく軸受マンドレルの平面図である。 図２に基づく軸受マンドレルの横断面図である。 断面略図における軸受マンドレルの他の実施形態である。 図５に基づく軸受マンドレルの切断面図である。 図５に基づく軸受マンドレルの横断面図である。

符号の説明

１ 支持装置
２ ロータ
３ 振動ブリッジ
４ 支持ばね
５ 軸受マンドレル
６ ロータ孔
７ 第１軸受平面
８ 第２軸受平面
１０ 小孔（流体供給孔）
１１ 流体供給管
２０ 孔（流体回収孔）
２１，３１ 流体出口管
４６ 軸受円板

Claims (4)

1. ジャーナルを備えておらず、代わりに軸受孔を有し、その軸受孔が軸方向全体に延びていない形状のロータを釣合い試験するための方法であって、
   上記ロータの軸受孔に挿入可能な軸受マンドレルを準備し、当該軸受マンドレルには軸方向に離れた第１軸受領域および第２軸受領域ならびに第１軸受領域および第２軸受領域の間に中間領域を設け、
   第１軸受領域および第２軸受領域に対して軸受マンドレル内部から液状流体を供給し、軸受マンドレルが挿入されたロータの軸受孔と軸受マンドレルとの間の摩擦および隙間を上記供給流体によって吸収し、
   中間領域から軸受マンドレル内部を経由して供給された液状流体を回収することによって液状流体がロータを濡らすのを防止し、
   それによってロータをスムーズに回転させることができ、ロータの不釣り合いを測定するようにしたことを特徴とする、ロータの釣合い試験方法。
2. 釣合い試験機であって、
   ジャーナルを備えておらず、代わりに軸受孔を有し、その軸受孔が軸方向全体に延びていない形状のロータを支持するための支持装置を含み、
   当該支持装置には、ロータの上記軸受孔に挿入される軸受マンドレルが備えられ、
   上記軸受マンドレルは、軸方向に離れた第１軸受領域および第２軸受領域ならびに第１軸受領域および第２軸受領域の間に設けられた中間領域を有し、
   上記第１軸受領域および第２軸受領域には、軸受マンドレル内から第１軸受領域および第２軸受領域の周面へ液状流体を供給するための小孔がそれぞれ開口され、上記中間領域には、上記軸受マンドレル周面に供給される液状流体を回収するための回収孔が備えられていることを特徴とする釣合い試験機。
3. 上記軸受マンドレルには、さらに、軸受マンドレルの根元側周面に開口した回収孔が設けられていることを特徴とする、請求項２記載の釣合い試験機。
4. 上記軸受マンドレルは垂直に配置され、軸受マンドレルの根元側には、軸受マンドレルに対して同心円状に配置され、その下面が球面状をして水平方向に偏位自在に配置された軸受円板をさらに有することを特徴とする請求項２または３記載の釣合い試験機。

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