JP6390493B2 - Balance inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、タービンとコンプレッサとを備える過給機の回転体のバランスを検査するためのバランス検査装置に関する。 The present invention relates to a balance inspection apparatus for inspecting the balance of a rotating body of a supercharger including a turbine and a compressor.
過給機の製造工程では、回転体の回転性能を確認するため、振動の計測およびアンバランスの修正が行われる。このような技術として、特許文献1に記載されたシステムが知られている。このシステムは、過給機のロータのアンバランスを修正するためのシステムであり、ロータと、ロータを支持するベアリングハウジングとが一体化された半組立状態の過給機が、架台および取付けハウジング等に取り付けられる。ロータのシャフトには、タービンロータ側とコンプレッサロータ側との2箇所に軸受が設けられており、これらの軸受には、ベアリングハウジングに形成されたオイル供給路を通じて、潤滑油が供給される。
In the supercharger manufacturing process, vibration measurement and unbalance correction are performed to confirm the rotational performance of the rotating body. As such a technique, a system described in
このシステムには、ロータの振動を検出する振動検出器と、ロータの回転数を検出するパルス検出器とが設けられている。ロータのアンバランスを修正する際には、取付けハウジング内に空気が供給されることで、取付けハウジングに格納されたタービンロータが回転し、ロータが回転する。そして、上記の検出器から出力されたデータがコンピュータに取り込まれ、そのデータに基づいてアンバランスの修正内容が求められる。 This system is provided with a vibration detector for detecting the vibration of the rotor and a pulse detector for detecting the rotational speed of the rotor. When correcting the unbalance of the rotor, air is supplied into the mounting housing, whereby the turbine rotor stored in the mounting housing rotates and the rotor rotates. Then, the data output from the detector is taken into a computer, and the imbalance correction content is obtained based on the data.
従来の検査装置では、たとえば、過給機の最高回転数の75%以下でロータ(回転体)を回転させて、振動の計測およびアンバランスの修正を行っていた。ところが近年、検査装置において、より高い回転数で検査を行うことが要望されている。過給機が実際に自動車等に搭載される際には、高温(たとえば850〜950℃)の排気ガスにより運転が行われるため、排気ガスの熱エネルギを利用することができる。しかしながら、検査装置では、常温域の空気を用いて運転が行われるため、排気ガスを用いる場合のような熱エネルギは得られない。よって、回転体の回転数を上げるためには、タービンに流入する空気の圧力を上げる必要がある。 In the conventional inspection apparatus, for example, the rotor (rotating body) is rotated at 75% or less of the maximum number of rotations of the supercharger to measure vibration and correct unbalance. However, in recent years, inspection apparatuses have been required to perform inspection at higher rotational speeds. When the supercharger is actually mounted on an automobile or the like, the operation is performed with high-temperature (for example, 850 to 950 ° C.) exhaust gas, so that the heat energy of the exhaust gas can be used. However, since the inspection apparatus is operated using air in a normal temperature range, heat energy as in the case of using exhaust gas cannot be obtained. Therefore, in order to increase the rotational speed of the rotating body, it is necessary to increase the pressure of the air flowing into the turbine.
タービンに流入する空気の圧力が上がると、過給機が実際に搭載されたときに比して、スラストバランスが変化する。回転軸にスラスト軸受が設けられている場合、このスラスト軸受に加わる荷重が変化することになり、運転条件によっては、スラスト軸受の摩耗などが生じる恐れがある。本発明は、スラスト軸受を保護することができるバランス検査装置を提供することを目的とする。 When the pressure of the air flowing into the turbine increases, the thrust balance changes compared to when the turbocharger is actually mounted. When a thrust bearing is provided on the rotating shaft, the load applied to the thrust bearing changes, and the thrust bearing may be worn depending on operating conditions. An object of this invention is to provide the balance inspection apparatus which can protect a thrust bearing.
本発明の一態様は、タービン翼車とコンプレッサ翼車とが回転軸の両端に設けられた過給機の回転体のバランスを検査するためのバランス検査装置であって、回転軸には、軸受ハウジング内に取付けられて、回転軸を支持する少なくとも1つのスラスト軸受が設けられており、バランス検査装置は、軸受ハウジングの軸線方向の一方に配置されて、タービン翼車を収納するタービン側治具と、軸受ハウジングの軸線方向の他方に配置されて、コンプレッサ翼車を収納するコンプレッサ側治具と、コンプレッサ側治具の吸入流路に設けられて、吸入流路の断面積を縮小する第1のオリフィス部と、を備える。 One aspect of the present invention is a balance inspection device for inspecting a balance of a rotating body of a supercharger in which a turbine impeller and a compressor impeller are provided at both ends of a rotating shaft, and the rotating shaft includes a bearing. A turbine-side jig that is mounted in the housing and is provided with at least one thrust bearing that supports the rotating shaft, and the balance inspection device is disposed on one side in the axial direction of the bearing housing and houses the turbine impeller. And a compressor-side jig that is disposed on the other side of the bearing housing in the axial direction, and that is provided in the suction passage of the compressor-side jig to reduce the cross-sectional area of the suction passage. An orifice portion.
過給機においては、回転体の回転数は、タービンの出力とコンプレッサの動力の釣り合いによって決まる。このバランス検査装置によれば、コンプレッサ側治具の吸入流路には、その断面積を縮小する第1のオリフィス部が設けられるため、コンプレッサ側治具の吸入圧力を下げることができ、コンプレッサの動力が下がることによって回転体の回転数を上げることができる。よって、回転体のバランス検査を行う際に、常温域の空気を用いる場合でも、タービンの出力を上げるために、タービン翼車への流入圧力が高くなりすぎることを抑制でき、その結果としてスラスト力を低減できる。よって、スラスト軸受を保護することができる。 In the supercharger, the rotational speed of the rotating body is determined by the balance between the turbine output and the compressor power. According to this balance inspection apparatus, the suction passage of the compressor side jig is provided with the first orifice portion that reduces the cross-sectional area thereof, so that the suction pressure of the compressor side jig can be reduced. The rotational speed of the rotating body can be increased by reducing the power. Therefore, when the balance inspection of the rotating body is performed, even when air in a normal temperature range is used, it is possible to suppress the inflow pressure to the turbine impeller from becoming too high in order to increase the turbine output, and as a result, the thrust force Can be reduced. Therefore, the thrust bearing can be protected.
いくつかの態様において、スラスト軸受は、回転軸に設けられたカラーのタービン翼車側に配置されたタービン側のスラスト軸受と、カラーのコンプレッサ翼車側に配置されたコンプレッサ側のスラスト軸受と、を含み、バランス検査装置は、コンプレッサ側治具の吐出流路に設けられて、吐出流路の断面積を縮小する第2のオリフィス部を更に備える。この場合、第1のオリフィス部によって、タービン側治具への流入圧力の低減を図ることができ、タービン側のスラスト軸受を保護することができる。さらには、コンプレッサ側治具の吐出流路に第2のオリフィス部が設けられることにより、吐出流路の断面積を調整することができる。これによっても、作動点を調整することができる。たとえば、第2のオリフィス部の開口度を大きくすることによって吐出流路の断面積を大きくすれば、コンプレッサ側のスラスト軸受を保護することができる。 In some embodiments, the thrust bearing includes a turbine-side thrust bearing disposed on the turbine blade wheel side of the collar provided on the rotation shaft, and a compressor-side thrust bearing disposed on the compressor wheel side of the collar. The balance inspection apparatus further includes a second orifice portion that is provided in the discharge flow path of the compressor side jig and reduces the cross-sectional area of the discharge flow path. In this case, the first orifice portion can reduce the inflow pressure to the turbine-side jig and protect the turbine-side thrust bearing. Furthermore, by providing the second orifice portion in the discharge flow path of the compressor side jig, the cross-sectional area of the discharge flow path can be adjusted. This also makes it possible to adjust the operating point. For example, the thrust bearing on the compressor side can be protected by increasing the cross-sectional area of the discharge flow path by increasing the opening degree of the second orifice portion.
本発明のいくつかの態様によれば、スラスト軸受を保護することができる。 According to some aspects of the present invention, the thrust bearing can be protected.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
以下、過給機1の回転体12のバランスを検査するためのバランス検査装置30について説明する。図1に示されるように、本実施形態のバランス検査装置30は、軸受ハウジング13内に回転体12が取り付けられた状態で、回転体12のバランス検査を行う。バランス検査装置30は、たとえば、常温域の空気を用いた運転を行う。バランス検査装置30では、過給機1の最高回転数の90%以上の高速回転域において、過給機1の回転バランス検査が可能になっている。すなわち、バランス検査装置30は、常温エア駆動の高速バランサである。
Hereinafter, the
まず、図2を参照して、バランス検査の対象となる過給機1について説明する。図2に示されるように、過給機1は、例えば、船舶や車両の内燃機関に適用されるものである。過給機1は、タービン2とコンプレッサ3とを備えている。タービン2は、タービンハウジング4と、タービンハウジング4に収納されたタービン翼車6と、を備えている。タービンハウジング4は、内側の周縁部で周方向に延びるスクロール部4aを有している。コンプレッサ3は、コンプレッサハウジング5と、コンプレッサハウジング5に収納されたコンプレッサ翼車7と、を備えている。コンプレッサハウジング5は、内側の周縁部で周方向に延びるスクロール部5aを有している。
First, with reference to FIG. 2, the
タービン翼車6は回転軸14の一端に設けられており、コンプレッサ翼車7は回転軸14の他端に設けられている。コンプレッサ翼車7は、回転軸14の他端に設けられたナット16によって回転軸14に固定されている。タービンハウジング4とコンプレッサハウジング5との間には、軸受ハウジング13が設けられている。回転軸14は、ジャーナル軸受15を介して軸受ハウジング13に回転可能に支持されており、回転軸14、タービン翼車6およびコンプレッサ翼車7が一体の回転体12として回転軸線H周りに回転する。
The
回転軸14には、1つのつば状のカラー20と、2つのスラスト軸受21,22が設けられている。カラー20は、回転軸14に固定されている。スラスト軸受21は、軸受ハウジング13の内壁に固定されており、カラー20のタービン翼車6側(図示左側)に配置されている。スラスト軸受22は、軸受ハウジング13の内壁に固定されており、カラー20のコンプレッサ翼車7側(図示右側)に配置されている。このように、過給機1は、タービン2側のスラスト軸受21と、コンプレッサ3側のスラスト軸受22とを備えている。
The rotating
スラスト軸受21は、タービン2側からカラー20に当接する。スラスト軸受21の側面に設けられたパッドがカラー20に摺接することにより、スラスト軸受21は、スラスト力を受ける。スラスト軸受22は、コンプレッサ3側からカラー20に当接する。スラスト軸受22の側面に設けられたパッドがカラー20に摺接することにより、スラスト軸受22は、スラスト力を受ける。過給機1では、回転体12が回転軸線H方向に僅かに移動可能な構造になっている。回転体12が移動するとき、2つのスラスト軸受21,22は、カラー20に摺接して、回転体12に加わるスラスト力を支える。スラスト軸受21およびスラスト軸受22は、たとえばすべり軸受である。
The thrust bearing 21 contacts the
軸受ハウジング13には、潤滑油を供給するための潤滑油流路23が形成されており、スラスト軸受22の側面には、潤滑油流路23から供給された潤滑油を流通させる溝部22aが設けられている。スラスト軸受22に供給された潤滑油は、カラー20を介してスラスト軸受21へも供給されるようになっている。
The bearing
タービンハウジング4には、排気ガス流入口(図示せず)および排気ガス流出口10が設けられている。内燃機関(図示せず)から排出された排気ガス(流体)が、排気ガス流入口を通じてタービンハウジング4内に流入し、スクロール部4aを通じてタービン翼車6に流入し、タービン翼車6を回転させる。その後、排気ガスは、排気ガス流出口10を通じてタービンハウジング4外に流出する。
The
コンプレッサハウジング5には、吸入口9および吐出口(図示せず)が設けられている。上記のようにタービン翼車6が回転すると、回転軸14を介してコンプレッサ翼車7が回転する。回転するコンプレッサ翼車7は、吸入口9を通じて外部の空気を吸入し、圧縮して、スクロール部5aを通じて吐出口から吐出する。吐出口から吐出された圧縮空気は、前述の内燃機関に供給される。
The
続いて、図1を参照して、バランス検査装置30について説明する。バランス検査装置30は、過給機1の軸受ハウジング13を支持する振動台31と、振動台31上に固定されて、軸受ハウジング13を保持する下側保持部32および上側保持部33とを備えている。下側保持部32と上側保持部33とによって軸受ハウジング13が挟持されており、締結部36によって、軸受ハウジング13が振動台31上で固定されている。なお、過給機1が設置される台の形態は、本実施形態に限定されない。過給機1の軸受ハウジング13が設置・固定できる種々の形態を採用可能である。
Next, the
軸受ハウジング13の回転軸線H方向の一方(図示左側)には、タービン側治具34が取り付けられている。軸受ハウジング13の回転軸線H方向の他方(図示右側)には、コンプレッサ側治具35が取り付けられている。タービン側治具34は、過給機1のタービンハウジング4と略同様の形状を有しており、タービン翼車6を収納する。タービン側治具34は、常温の空気が高圧で供給される流入流路(図示せず)と、空気が排出される流出流路Pcとを備えている。コンプレッサ側治具35は、過給機1のコンプレッサハウジング5と略同様の形状を有しており、コンプレッサ翼車7を収納する。コンプレッサ側治具35は、空気が吸込まれる吸入流路Paと、圧縮空気が吐出される吐出管37および吐出流路Pbとを備えている。このように、回転体12のバランス検査時には、過給機1のタービンハウジング4とコンプレッサハウジング5とが取り外され、回転体12を有する軸受ハウジング13に、タービン側治具34およびコンプレッサ側治具35が取り付けられる。
A
バランス検査装置30は、さらに、加速度ピックアップ38と、回転検出器39と、演算部40とを備えている。加速度ピックアップ38は、たとえば磁石によって軸受ハウジング13に取り付けられている。加速度ピックアップ38は、回転体12の高速回転時に、その加速度(振動)を検出する。回転検出器39は、コンプレッサ翼車7の近傍に設置されている。回転検出器39は、回転体12の高速回転時に、コンプレッサ翼車7のアンバランス量を検出する。
The
演算部40は、加速度ピックアップ38および回転検出器39にそれぞれ電気的に接続されている。演算部40は、加速度ピックアップ38および回転検出器39で検出されたデータに基づき、ナット16の削り量等を演算する。バランス検査装置30は、振動台31の側方に研削機(図示せず)を備えており、研削機によってナット16を研削することにより、回転体12のアンバランスが修正される。このように、バランス検査装置30は、回転体12の修正装置としての機能も有している。なお、演算部40は、コンプレッサ翼車7の削り量等を演算してもよく、研削機によってコンプレッサ翼車7の一部が研削されてもよい。
The
本実施形態のバランス検査装置30では、コンプレッサ側治具35の吸入流路Paに、第1のオリフィス板(第1のオリフィス部)41が取り付けられている。円形の第1のオリフィス板41には、中央に1つの円形の孔部41aが設けられている(図3(a)参照)。この孔部41aにより、第1のオリフィス板41は、吸入流路Paの断面積を縮小する。孔部41aが設けられる範囲すなわち第1のオリフィス板41の開口度は、適宜、設定可能である。
In the
さらに、コンプレッサ側治具35の吐出流路Pbには、第2のオリフィス板(第2のオリフィス部)42が取り付けられている。円形の第2のオリフィス板42には、中央に1つの円形の孔部42aが設けられている。この孔部42aにより、第2のオリフィス板42は、吐出流路Pbの断面積を縮小する。孔部42aが設けられる範囲すなわち第2のオリフィス板42の開口度は、適宜、設定可能である。
Further, a second orifice plate (second orifice portion) 42 is attached to the discharge flow path Pb of the
これらの第1のオリフィス板41および第2のオリフィス板42は、上述したスラスト軸受21およびスラスト軸受22に加わるスラスト力のバランスを取るために設けられている。最高回転数の90%以上の高速回転運転を行うバランス検査装置30では、スラスト軸受21およびスラスト軸受22を保護するために、第1のオリフィス板41および第2のオリフィス板42は重要な役割を担っている。
The
次に、バランス検査装置30を用いた過給機1の回転バランス検査方法および修正方法を説明する。まず、回転体12および軸受ハウジング13をバランス検査装置30にセットする。タービン側治具34の流入流路に、常温の高圧空気を供給する。高圧空気の供給により、回転体12(タービン翼車6、コンプレッサ翼車7および回転軸14)が高速回転する。タービン側治具34に供給された空気は、流出流路Pcを介してタービン側治具34外に流出する。一方、タービン翼車6が回転すると、第1のオリフィス板41の孔部41aおよび吸入流路Paを通じて空気が吸入し、圧縮される。圧縮空気は、吐出流路Pbおよび第2のオリフィス板42の孔部42aを通じて排出される。
Next, a rotation balance inspection method and a correction method for the
回転体12がアンバランス量の計測を行う所定の回転速度まで到達したら、加速度ピックアップ38により加速度(振動)および位相を検出する。これとともに、回転検出器39により回転検出器39により回転体12の回転角度を検出し、コンプレッサ翼車7のアンバランス量を検出する。演算部40は、これらの検出データに基づいて、ナット16の削り量等を演算する。この演算結果は、図示しないディスプレイまたはプリンター等に出力される。
When the
バランス検査装置30は、この演算結果に基づいて、回転バランスの修正を行う。具体的には、バランス検査装置30は、ナット16またはコンプレッサ翼車7の一部を研削する。以上の工程を繰り返し、加速度が許容値以下であることを確認したら、検査および修正工程を終了し、回転体12および軸受ハウジング13をバランス検査装置30から取り外す。
The
バランス検査装置30によれば、コンプレッサ側治具35の吸入流路Paには、その断面積を縮小する第1のオリフィス板41が設けられるため、コンプレッサ側治具35の吸入圧力を下げることができ、コンプレッサの動力が下がることによって回転体12の回転数を上げることができる。このように、作動点を調整することができるため、タービン側治具34においても、流入圧力を下げることができる。よって、回転体12のバランス検査を行う際に、常温域の空気を用いる場合でも、タービンの出力を上げるためにタービン翼車6への流入圧力が高くなりすぎることを抑制でき、その結果としてスラスト力を低減できる。その結果として、特にタービン2側のスラスト軸受21を保護することができる。また、第1のオリフィス板41の孔部41aの直径を適宜設定することで、吸入流路Paの断面積を調整できるので、作動点を任意に調整可能である。
According to the
上記したように、第1のオリフィス板41によって、タービン側治具34への流入圧力の低下を図ることができ、タービン2側のスラスト軸受21を保護することができる。さらには、コンプレッサ側治具35の吐出流路Pbに第2のオリフィス板42が設けられることにより、吐出流路Pbの断面積を調整することができる。これによっても、作動点を調整することができる。たとえば、第2のオリフィス板42の開口度を大きくすることによって吐出流路Pbの断面積を大きくすれば、吐出圧力を低下させることができ、コンプレッサ3側のスラスト軸受を保護することができる。
As described above, the
コンプレッサ側治具35にオリフィスが設けられない従来の構成では、特に、近年の高速化に対応しようとすると、常温エアを用いた運転では、タービン側治具34への流入圧力が増大して実車搭載時とスラストバランスが変わってしまう。上記実施形態のバランス検査装置30によれば、好適なスラストバランスを保つことができ、スラスト軸受21の摩耗を抑制することができる。バランス検査装置30は、常温エア駆動の高速バランサにおいて、特に有利な効果を発揮する。
In the conventional configuration in which the orifice is not provided in the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、第1のオリフィス部は、上記した第1のオリフィス板41に限られない。図3(b)に示されるように、中央の1つの孔部43aと、孔部43aの周囲で180度の位置に設けられた2つの孔部43bとを備えた第1のオリフィス板43であってもよい。図3(c)に示されるように、中央の1つの孔部44aと、孔部44aの周囲で周方向に等間隔に設けられた複数の孔部44b(図示された例では45度間隔で8つ)とを備えた第1のオリフィス板44であってもよい。図3(d)に示されるように、中央の1つの孔部45aと、孔部45aの周囲で180度の位置に設けられた2つの孔部45bとを備えた第1のオリフィス板45を用い、1つの孔部45a内に2つの孔部44bが含まれるように構成してもよい。この場合、第1のオリフィス板44と第1のオリフィス板45を重ね合わせることにより、開口度を調整することができる。さらに、第1のオリフィス部は、流路の断面積を調整することができる機構であれば、たとえば、バタフライ弁など公知のバルブ機構を用いてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, the first orifice portion is not limited to the
検査対象の過給機は、電動過給機であってもよい。スラスト軸受21およびスラスト軸受22は、すべり軸受である場合に限られず、玉軸受等の転がり軸受であってもよい。バランス検査装置30が常温エア駆動である場合について説明したが、本発明のバランス検査装置は、加熱された空気を用いる型式であってもよい。演算部40は、振動台31から離れた場所に設けられてもよい。この場合、加速度ピックアップ38および回転検出器39からの検出信号が無線で送信される構成のバランス検査システムの態様を採ってもよい。さらに、特開2014−218903公報に示すように、パルセーションを検査するパルセーション検査部(図示せず)を設けて、パルセーション検査を、回転体のバランス検査と同時に行ってもよい。
The supercharger to be inspected may be an electric supercharger. The
1 過給機
2 タービン
3 コンプレッサ
4 タービンハウジング
5 コンプレッサハウジング
6 タービン翼車
7 コンプレッサ翼車
12 回転体
13 軸受ハウジング
14 回転軸
16 ナット
20 カラー
21 スラスト軸受(タービン2側のスラスト軸受)
22 スラスト軸受(コンプレッサ3側のスラスト軸受)
30 バランス検査装置
34 タービン側治具
35 コンプレッサ側治具
41、43、44、45 第1のオリフィス板(第1のオリフィス部)
42 第2のオリフィス板(第2のオリフィス部)
H 回転軸線
Pa 吸入流路
Pb 吐出流路
DESCRIPTION OF
22 Thrust bearing (compressor 3 side thrust bearing)
30
42 Second orifice plate (second orifice part)
H Rotation axis Pa Suction channel Pb Discharge channel
Claims (2)
前記回転軸には、軸受ハウジング内に取付けられて、前記回転軸を支持する少なくとも1つのスラスト軸受が設けられており、
前記軸受ハウジングの軸線方向の一方に配置されて、前記タービン翼車を収納するタービン側治具と、
前記軸受ハウジングの軸線方向の他方に配置されて、前記コンプレッサ翼車を収納するコンプレッサ側治具と、
前記コンプレッサ側治具の吸入流路に設けられて、前記吸入流路の断面積を縮小する第1のオリフィス部と、を備える、バランス検査装置。 A balance inspection device for inspecting a balance of a rotating body of a supercharger in which a turbine impeller and a compressor impeller are provided at both ends of a rotating shaft,
The rotating shaft is provided with at least one thrust bearing mounted in a bearing housing and supporting the rotating shaft;
A turbine-side jig that is disposed on one side in the axial direction of the bearing housing and houses the turbine impeller;
A compressor-side jig that is disposed on the other axial direction of the bearing housing and houses the compressor impeller;
A balance inspection apparatus comprising: a first orifice portion provided in the suction flow path of the compressor side jig and reducing a cross-sectional area of the suction flow path.
前記コンプレッサ側治具の吐出流路に設けられて、前記吐出流路の断面積を縮小する第2のオリフィス部を更に備える、請求項1に記載のバランス検査装置。 The thrust bearing includes a turbine-side thrust bearing disposed on the turbine impeller side of a collar provided on the rotating shaft, and a compressor-side thrust bearing disposed on the compressor impeller side of the collar. Including
The balance inspection apparatus according to claim 1, further comprising a second orifice portion provided in a discharge flow path of the compressor side jig to reduce a cross-sectional area of the discharge flow path.
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