CN1756941A - 用于平衡无轴颈转子的方法和支承装置 - Google Patents

Abstract

为了在利用具有一些用于流过流体的孔(10、20)的一支承心轴(5)将一个无轴颈、带有一个孔(6)的转子(2)支承在一个平衡机内时，能高精度地确定带有盲孔的转子(2)的不平衡度，本发明建议，向一个在该盲孔末端与所述支承心轴端部之间形成的流体腔(40)内供入流体，以形成一个沿轴向支承该转子的流体缓冲垫。

Description

用于平衡无轴颈转子的方法和支承装置

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的平衡无轴颈转子的方法和一种按权利要求7前序部分所述的利用一支承心轴将一个无轴颈并带有一孔的转子支承在一平衡机内的支承装置。

人们可以基于设在轴颈上的转子支承部位精确地平衡带有轴颈的转子。没有自己的支承部位而在平衡时要夹紧在辅助轴上的那些需要平衡的转子，则在实现一定的平衡精度时存在一些问题。

由EP0104266A1已知一种方法，采用这种方法可以无需辅助轴具有高平衡精度地平衡无轴颈的转子。为此将转子装在平衡机的支承心轴上以及在互相对置的转子与心轴表面之间加入支承流体。由于转子孔或支承心轴的形状偏差被取整或整化并提供了一条稳定的转子旋转轴线，表面不准确度引起的误差不再表现出来。转子沿轴向通过一环形面支承在支承心轴的一环形支承面上。这例如在有端面摆动误差(Planschlagfehlern)时会导致不太准确的测量结果。

本发明的目的是创造一种用于平衡无轴颈转子的方法和支承装置，借助它们可以高精度地确定无轴颈转子的不平衡度。

按本发明此目的通过权利要求1和7所述的特征达到。

本发明首次有针对性地利用了过压，该过压是在平衡无轴颈且没有贯通的支承孔的转子时，借助支承心轴端部通过例如从支承间隙流出的流体在支承孔内建立的。迄今为止，人们是通过多个卸载孔来避免形成这样的过压。按本发明则有针对性地利用该过压来支承转子的重量。

所述转子在支承心轴上在一个相对于轴向预定的不改变的位置上旋转。取消转子沿轴向的一种复杂的单独的支承。由此还保证转子不与一个端轴承接触地旋转。转子运转更平稳，其结果是提高了平衡品质。

按本发明的教导可以有利地平衡各种没有自己的轴颈但带有盲孔或通孔的转子，例如压缩机轮、飞轮等；在这里贯通的转子孔在平衡过程中用堵塞封闭，以便在将转子装在支承心轴上后可以建立一个流体缓冲垫。

为了沿径向支承转子，可以使用一种与用于沿轴向支承的流体不同的流体。例如，为了径向支承可以使用液体作为流体，以及为了轴向支承使用气态介质，优选空气。在不平衡度测量装置的结构方面特别简单的是，对于两个支承区仅使用一种流体。特别有利地，流体供入和流体导出通过在支承心轴内部延伸的管路进行。若采用液体作为流体，则达到一种几乎完全封闭的液体循环。

下面借助实施例详细说明本发明，附图中：

图1示意表示在平衡机内利用一支承心轴支承一种带有盲孔的转子的支承装置；

图1a为图1所示支承装置的详细示图；

图2表示沿图1a中线II-II的支承心轴剖视图；以及

图3表示沿图1a中线III-III的支承心轴剖视图。

图1表示的用于一个有待检查的转子2(在图1中用点划线表示)的支承装置1固定在一个平衡机的一平衡桥3上。该支承装置1有一个支承心轴5，有待检查或有待平衡的转子2可旋转地装在支承心轴5上。平衡桥3通常借助例如四个支承弹簧4可振动地支承在平衡机框架上，在图中只表示了其中的两个。转子2由一个在这里没有进一步表示的驱动装置驱动旋转。测量支承心轴或平衡桥3由不平衡诱发的振动，并利用来确定在转子2上有待平衡的不平衡度。

所述转子2具有一个不贯通的中心转子孔6，亦即有一个盲孔，借助它实施在垂直布置的支承心轴5上的支承。转子的重心S沿轴向处于盲孔长度尺寸之外，亦即在支承区的外部。盲孔有台阶以及有直径不同的两段。从转子下端面出发的那一段，与处于盲孔末端的一段一样，用于借助支承流体将转子2在第一区内沿径向静压支承在支承心轴5上。该转子2借助支承流体在第二区内沿轴向的支承，通过在一个流体腔40内的一流体缓冲垫进行，该流体腔40在支承心轴5的端面与盲孔的底端之间形成。

作为支承流体，在本实施例中在第一和第二支承区内采用油或含油的液体或另一种适用于液体润滑的流体。

所述支承心轴5在其表面有第一孔10(图2、图3)用于流过支承流体，它们与在支承心轴内部的流体供入管路11连通；以及有第二孔20用于流过支承流体，它们与在支承心轴内部的流体排出管路21连通。此外，支承心轴5在其上端面有一个第三孔，它与流体供入管路11连通。

第一孔10处于第一区内两个沿轴向隔开距离的支承面7、8内，它们配属于转子2盲孔的两个分段，以及转子2沿径向静压地支承在这两个分段中。支承心轴5在下端有一个凸缘9，它通过此凸缘固定在平衡桥3上。

为第一区两个支承面7、8的每一个供入流体通过一个在中心延伸的供入管段11′进行，它与沿径向延伸并终止在每个支承面7、8的四个第一孔10内的供入管段11″连接。在中心延伸的供入管段11′与一个优选地通过平衡桥3延伸的流体供给装置连接，但它也可以设在支承心轴5的凸缘9内。

流体供入管路11有用于流体向支承面7、8供给的节流段，它们为了对流体起节流作用有较小的横截面，在这里除了这样横截面外还可以通过节流段的长度以简单的方式调整节流作用。为此，例如在中心沿支承心轴的轴线延伸的供入管段11′可以设一个节流段。在图示的实施例中规定，仅仅配属于孔10的沿径向延伸的管段11′有节流作用。

为了排出流体，设四个在一个分度圆上等距分布平行于心轴轴线延伸的不贯通的孔21，它们在多个横截面内通过径向孔21″或流体通道21分别与一个在支承心轴圆周上的孔20连接。一些配属于一个孔21的孔20例如彼此前后地处于一条平行于支承心轴轴线延伸的外体线上。在支承面7、8之间的一个横截面内有多个，在本例中四个用于排出流体的孔20，其中每一个通过一个径向孔21″与最近的孔21连通。在支承心轴5凸缘9凹处的一个环形槽50内有另外四个用于排出流体的孔20，其中每一个通过沿径向并倾斜延伸的流体通道21与最近的孔21连通。这四个孔21终止在一个设在支承心轴5下端面上的环腔16中。环腔16与流体抽吸装置连接。如图所示，环腔16优选地设在平衡桥3内，但也可以设在支承心轴5的凸缘9内。

为了在第二区内通过流体腔40内的流体缓冲垫沿轴向支承转子2，在流体腔40内通过流入通道实施流体的供入，此流入通道包括在支承心轴的外圆周与相关的孔壁之间的环形间隙42。在图示的实施例中，流入通道还包括一个小横截面的孔43，它从在中心的流体供入管路11出发通入支承心轴5的端面中。

流体腔40通过流出通道与支承心轴5内的第二孔20连接，在图示的实施例中该流出通道由在支承心轴5外圆周面上的纵向槽41构成。流出通道汇入环腔44内，环腔44一方面通过在盲孔第一个上段与第二个下段之间的过渡段以及另一方面通过支承心轴5上段与下段之间的过渡段构成。流体排出管路21通过孔20终止在环腔44内。

在盲孔的过渡段与盲孔上段之间的环形棱边构成一个控制棱边45，在转子2在支承心轴5上移动时，它改变纵向槽41去往环腔44流出口的横截面。若在压力腔40内的流体压力提高到超过一极限压力，通过转子2的轴向移动控制棱边45打开流出口并调整到所述极限压力。该极限压力是使转子2在支承心轴5上处于一个沿轴向不改变的位置的压力。在平衡结构形状相同但材料不同，例如合金钢或钛合金的转子时，极限压力由于转子重量不同因而是不一样的，而在这两种转子材料的情况下转子在支承心轴上沿轴向不改变的位置几乎是相同的。

在这些支承区内的供入孔10在数量及布局上可以与所说明的实施例不同，其中最低数量需要三个。节流作用根据转子形状和转子重量以及所采用的流体确定。

排出孔20的数量和布局是作为范例。它们要视所采用的流体和转子及支承装置的设计而定。

可以取代纵向槽41按图中未表示的方式设一个从支承心轴5端面出发并在支承心轴5外圆周上流过的流出孔，它的流出口可按上面已介绍的方式由控制棱边45调整。

当转子2支承在第二区内，亦即通过流体缓冲垫沿轴向支承时，业已证实比较有利的是，取代液体采用一种气态介质优选是空气作为流体。沿径向通过液体支承比较刚性，而沿轴向通过气垫支承比较柔性。

支承心轴轴线的定心，例如垂直或相对于水平线倾斜地定向，可以在顾及平衡机的设计和转子的装入方式，例如有自动化装入和取出装置的情况下确定。

设在平衡桥上的支承装置可以采用各种测量方法确定不平衡度的位置及大小。平衡桥的支承可以针对亚临界或超临界运行设计。

本发明不限于检查带盲孔的转子。可以平衡所有没有自己的轴颈但带有盲孔或通孔的转子，例如压缩机轮、飞轮等。通孔在平衡过程中用堵塞封闭，以便在将转子装在支承心轴上后可以构成一个封闭的流体腔。

支承心轴的设计具体地要看所要平衡的转子尤其是要看转子盲孔或通孔的形状来决定。

Claims (16)

1.一种用于平衡无轴颈转子的方法，其中，带有一孔(6)的转子(2)装在平衡机的一支承心轴(5)上以及在互相对置的转子表面与支承心轴表面之间加入流体并使转子(2)旋转，该支承心轴(5)因不平衡诱发的振动被用来确定不平衡度，其特征为：该转子(2)借助一种液体沿径向支承在一个第一支承区内；以及，在支承一个带有盲孔的转子(2)时，通过向一个在该盲孔末端与所述支承心轴端部之间形成的流体腔(40)内供入流体，该转子在一个第二支承区内按一个可预先规定的轴向位置支承在所述支承心轴(5)上。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：通过改变所述流体腔(40)的容积来调整所述转子(2)在所述支承心轴(5)上可预定的轴向位置。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：通过增大所述流体腔(40)内的压力来改变该流体腔(40)的容积。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征为：对于一个以相对于水平面倾斜的轴线被支承的转子(2)来说，该转子(2)在支承心轴(5)上的轴向位置，通过基于转子(2)的重量分量和所供给流体的压力在所述流体腔(40)内建立的压力来确定，其中，所述流体腔(40)内的压力被限制到一个可预定的值。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征为：在相互配置的转子表面与支承心轴表面之间设有至少一个流出通道，它的流动截面为了限制压力可改变。

6.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征为：在所述第一和第二支承区内的支承借助一种液体优选是一种油或含油的液体作为流体来进行。

7.一种带有一支承心轴(5)的支承装置，用于在一平衡机内在至少一个第一和一个第二支承区内支承一个无轴颈的带有一个孔的转子(2)，其中，该支承心轴(5)具有一些用于流过流体的孔，其特征为：在所述支承心轴内设有一些供入流体的第一孔(10)和至少一个排出流体的第二孔(20)；所述支承装置在支承一个带有一盲孔的转子(2)时具有一个在该盲孔末端与所述支承心轴端部之间形成的流体腔(40)，该流体腔(40)具有至少一个流入通道和一个流出通道；以及，所述支承心轴(5)至少具有流出通道。

8.按照权利要求7所述的支承装置，其特征为：所述第一孔(10)位于第一支承区内的支承心轴圆周面上。

9.按照权利要求7或8所述的支承装置，其特征为：所述第一孔(10)处于所述支承心轴(5)的两个沿轴向隔开距离的支承面(7、8)内。

10.按照上述任一项权利要求所述的支承装置，其特征为：所述第二孔(20)设置为与所述支承面(7、8)相邻和/或在它们之间。

11.按照上述任一项权利要求所述的支承装置，其特征为：所述流入通道由所述支承心轴外圆周面与所述孔壁之间的环形间隙(42)或一终止于所述支承心轴(5)端面内的孔(43)构成。

12.按照上述任一项权利要求所述的支承装置，其特征为：所述流出通道可与所述第二孔(20)连接并由至少一个从所述支承心轴(5)端面出发、开设在该支承心轴(5)外侧的纵向槽(41)和/或流出孔构成。

13.按照权利要求12所述的支承装置，其特征为：所述将流体腔(40)与支承心轴(5)内的第二孔(20)连通的纵向槽(41)的流出口和/或流出孔可被所述转子孔(6)的壁覆盖。

14.按照上述任一项权利要求所述的支承装置，其特征为：在所述盲孔内部形成一个在所述转子(2)与支承心轴(5)之间的环形腔(44)，该环形腔(44)与所述流出通道和第二孔(20)连通。

15.按照权利要求14所述的支承装置，其特征为：所述环形腔(44)一方面通过在所述盲孔第一段与第二段之间的过渡段和另一方面通过在所述支承心轴(5)第一段与第二段之间的过渡段构成。

16.按照权利要求15所述的支承装置，其特征为：在所述盲孔的过渡段与所述流体腔(40)处于其中的盲孔段之间构造有一个控制棱边(45)。

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