JP2016194450A - Compressor inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のブレードを有するコンプレッサ回転体の検査を行う検査装置に関する。 The present invention relates to an inspection apparatus that inspects a compressor rotor having a plurality of blades.
従来から、コンプレッサのハウジングに渦電流センサ等を配置し、この渦電流センサの出力を用いてコンプレッサに関する何らかのパラメータを算出する装置が知られている。このような装置として代表的なものは、コンプレッサに用いられるコンプレッサ回転体の回転数、例えば内燃機関の排気ターボチャージャのコンプレッサ回転体(インペラ)等の回転数を検出するための装置が挙げられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an apparatus that arranges an eddy current sensor or the like in a compressor housing and calculates some parameters related to the compressor using the output of the eddy current sensor. A typical example of such a device is a device for detecting the number of rotations of a compressor rotor used in the compressor, for example, the number of revolutions of a compressor rotor (impeller) of an exhaust turbocharger of an internal combustion engine.
このようなコンプレッサ回転体の回転数を検出するための装置としては、例えば、コンプレッサ回転体を収容するコンプレッサハウジングに、コンプレッサ回転体のブレードの通過による圧力変動に応答して信号を出力する圧力センサを設けたものが提案されている(例えば、特許文献1)。特に、特許文献1に記載の装置では、圧力センサからの信号を周波数解析して信号の基本周波数を測定し、この基本周波数に基づいてコンプレッサ回転体の回転数を算出するようにしている。特許文献1によれば、圧力センサを用いることにより、コンプレッサ回転体のブレードの厚さ等に無関係にコンプレッサ回転体の回転数を検出することができるとされている。
As an apparatus for detecting the rotational speed of such a compressor rotating body, for example, a pressure sensor that outputs a signal in response to pressure fluctuation caused by passage of a blade of the compressor rotating body in a compressor housing that houses the compressor rotating body. Have been proposed (for example, Patent Document 1). In particular, the apparatus described in
また、コンプレッサ回転体の回転数を検出する他の装置としては、コンプレッサ回転体を収容するコンプレッサハウジングに、コンプレッサ回転体のブレードに渦電流を発生させてブレードの通過を検出する回転数センサを用いたものが提案されている。特に、特許文献2に記載の回転数センサは、通電により磁界を発生するコイルと、このコイルの発生した磁界をブレードが通過する空間に放出するU字状のコアとを備えている。特許文献2によれば、斯かる回転数センサを用いることにより、検出対象がブレードのように薄くてもブレードの通過を検出することができるとされている。
Further, as another device for detecting the rotation speed of the compressor rotating body, a rotation speed sensor for detecting the passage of the blade by generating an eddy current in the blade of the compressor rotating body is used in the compressor housing that houses the compressor rotating body. What has been proposed. In particular, the rotation speed sensor described in
ところで、コンプレッサの製造にあたっては、コンプレッサ毎に形状誤差(設計された形状に対する誤差)等が生じてしまうことが多い。このため、例えば形状誤差の大きいコンプレッサ回転体を排除するために、コンプレッサの製造段階において、コンプレッサ回転体の形状誤差を検出することが必要である。また、コンプレッサの使用中においても、サージングや、コンプレッサのブレードの欠損や破損等の異常が生じる場合があるが、コンプレッサの適切な使用を行うためにはこれら異常を迅速に検出することが必要である。したがって、コンプレッサの製造時や使用中における上述したような検査を簡単な構成で行う検査装置が必要とされる。 By the way, in manufacturing a compressor, a shape error (an error with respect to a designed shape) or the like often occurs for each compressor. For this reason, in order to eliminate, for example, a compressor rotating body having a large shape error, it is necessary to detect the shape error of the compressor rotating body in the manufacturing stage of the compressor. In addition, abnormalities such as surging and missing or broken compressor blades may occur while the compressor is in use, but it is necessary to detect these abnormalities quickly in order to use the compressor properly. is there. Therefore, there is a need for an inspection apparatus that performs the above-described inspection at the time of manufacture or use of the compressor with a simple configuration.
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、コンプレッサの製造時や使用中におけるコンプレッサの検査を簡単な構成で行うことができる検査装置を提供することにある。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide an inspection device that can perform an inspection of a compressor with a simple configuration at the time of manufacture or use of the compressor.
上記課題を解決するために、第1の発明では、複数のブレードを有するコンプレッサ回転体の検査を行う検査装置であって、前記ブレードの径方向の端面又は軸線方向における端面と対面するように配置されたセンサと、該センサの出力に基づいて前記コンプレッサ回転体の状態を検出する検出装置とを具備し、前記センサは、該センサの前を通過する各ブレードの端面と該センサの検知部との間の距離又は該センサの前を各ブレードが通過したことを検出し、前記検出装置は、前記コンプレッサ回転体を一定角速度で回転させたときに前記センサによって検出された距離又は各ブレードの通過タイミングに基づいて前記コンプレッサ回転体の状態を検出する、検査装置が提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, an inspection apparatus for inspecting a compressor rotating body having a plurality of blades, which is arranged so as to face the end face in the radial direction or the end face in the axial direction of the blade. And a detection device that detects the state of the compressor rotating body based on the output of the sensor, the sensor including an end face of each blade passing in front of the sensor, and a detection unit of the sensor The distance between each of the blades or in front of the sensor is detected, and the detection device detects the distance detected by the sensor or the passage of each blade when the compressor rotor is rotated at a constant angular velocity. An inspection device is provided that detects the state of the compressor rotor based on timing.
第2の発明では、第1の発明において、前記検出装置は、前記センサの出力に基づいて前記複数のブレードのうち少なくとも1対のブレードが前記センサの前を通過する間の時間間隔を算出し、該算出された時間間隔に基づいて前記コンプレッサ回転体の形状誤差を算出する。 In a second invention, in the first invention, the detection device calculates a time interval during which at least one pair of blades of the plurality of blades passes in front of the sensor based on an output of the sensor. Then, a shape error of the compressor rotor is calculated based on the calculated time interval.
第3の発明では、第1又は第2の発明において、前記検出装置は、前記センサの前を各ブレードが通過したときに前記センサによって検出された前記距離の最小値に基づいて前記コンプレッサ回転体の形状誤差を算出する。 According to a third aspect, in the first or second aspect, the detection device is configured such that the compressor rotating body is based on a minimum value of the distance detected by the sensor when each blade passes in front of the sensor. The shape error is calculated.
第4の発明では、第1〜第3のいずれか一つの発明において、前記検出装置は、同一のブレードが前記センサの前を複数回通過したときの前記センサによって検出された前記距離の最小値のバラツキに基づいて前記コンプレッサ回転体の振れを算出する。 In a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the detection device is a minimum value of the distance detected by the sensor when the same blade passes a plurality of times in front of the sensor. The runout of the compressor rotating body is calculated based on the variation of the above.
本発明によれば、コンプレッサの製造時や使用中におけるコンプレッサの検査を簡単な構成で行うことができる検査装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the test | inspection apparatus which can perform the test | inspection of the compressor at the time of manufacture or use of a compressor with a simple structure is provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
<コンプレッサの構成>
まず、図1及び図2を参照して、本発明の検査装置により検査が行われるコンプレッサについて説明する。図1は、内燃機関の排気ターボチャージャのコンプレッサを概略的に示す断面図であり、このコンプレッサにコンプレッサ回転体の検査を行う本発明の検査装置が用いられる。また、図2は、図1に示したコンプレッサで用いられるコンプレッサ回転体(インペラ)を概略的に示す平面図である。
<Compressor configuration>
First, with reference to FIG.1 and FIG.2, the compressor in which a test | inspection is performed by the test | inspection apparatus of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a compressor of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, and an inspection apparatus of the present invention for inspecting a compressor rotating body is used for this compressor. FIG. 2 is a plan view schematically showing a compressor rotating body (impeller) used in the compressor shown in FIG.
図1に示したように、コンプレッサ1は、気体の圧縮を行うコンプレッサ回転体2と、コンプレッサ回転体2を収容するハウジング3とを具備する。
As shown in FIG. 1, the
コンプレッサ回転体2は、排気ターボチャージャのタービン(図示せず)にシャフト4を介して連結される中央本体21と、中央本体21の表面上からコンプレッサ回転体2の径方向に又は軸線方向に延びる複数のブレード22とを具備する。中央本体21は、その軸線Lがシャフト4の軸線と同軸になるように、シャフト4に固定される。
The
また、図2からわかるように、本実施形態のコンプレッサ回転体2は等間隔に配置された同一形状の12枚のブレード22を有する。図2には、本明細書における説明を分かりやすくするために、ブレードに番号を付してある(B1〜B12)。なお、ブレード22の枚数は12枚に限定されるものではなく、12枚より多くても12枚より少なくてもよい。また、本実施形態のコンプレッサ回転体2では、複数のブレード22は、コンプレッサ回転体2の径方向又は軸線方向に延びるように構成されている。しかしながら、複数のブレード22は、コンプレッサ1に流入した流体を圧縮することができれば、湾曲した形状等、如何なる形状を有していてもよい。また、ブレード22は、必ずしも等間隔に配置されていなくてもよく、またブレード22の一部又は全てが他のブレードと異なる形状を有するように構成されてもよい。
As can be seen from FIG. 2, the
図1を参照すると、ハウジング3は、ハウジング3の中央を通って延びる中央通路31と、中央通路31の周囲に延びる環状通路32とを有する。中央通路31の一方の端部は開いており、流体が流入する入口33を構成する。また、中央通路31の他方の端部の周りに環状通路32が配置され、この環状通路32の内側において中央通路31内にコンプレッサ回転体2が配置される。したがって、入口33から流入した流体は中央通路31を通ってコンプレッサ回転体2を介して環状通路32に流出する。
Referring to FIG. 1, the
コンプレッサ回転体2は、ハウジング3内においてその軸線L周りで回転可能である。また、コンプレッサ回転体2は、回転すると、ブレード22の径方向端部がハウジング3の内周面と僅かな隙間を開けた状態でこの内周面に沿って周方向に移動するように構成される。
The
<渦電流センサ>
また、本実施形態では、渦電流センサ5がハウジング3に設けられる。渦電流センサは、センサ検知部と計測対象の金属物質との間の距離に応じた出力を発生させるセンサである。以下、図3を参照して、渦電流センサの検出原理について簡単に説明する。
<Eddy current sensor>
In the present embodiment, the eddy
渦電流センサ5は、その検知部に、交流励磁電流により磁界を発生させるコイル25を有する。コイル25が発生させる磁界Xをブレード22が通過すると、コイル25の発生させる磁界を打ち消すようにブレード22に渦電流Yが発生する。ブレード22に発生する渦電流により磁界Xの強さが変化し、この結果、コイル25に流れる電流値が変化することになる。したがって、渦電流センサ5では、ブレード22が磁界を通過することによりコイル25に流れる電流値が変化することから、コイル25に流れる電流値(出力値)を検出することによってブレード22の通過を検出するようにしている。具体的には、渦電流センサ5の出力がピークになったときを、ブレード22が渦電流センサ5の検知部の前を(すなわち、所定の角度位置を)通過したときであると判定するようにしている。したがって、渦電流センサ5では、渦電流センサ5の検知部の前をブレード22が通過したこと、すなわちブレード22の通過タイミングを検出することができる。
The
また、渦電流センサ5では、コイル25が発生させる磁界Xをブレード22が通過したときに、ブレード22に発生する渦電流Yの大きさは、渦電流センサ5の検知部とブレード22との距離に応じて変化し、距離が小さくなるほど大きな渦電流Yが発生する。このように、ブレード22に発生する渦電流Yが大きくなると、磁界Xの強さも大きく変化し、この結果、コイル25に流れる電流値も大きく変化する。したがって、渦電流センサ5は、渦電流センサ5の検知部の前をブレード22が通過したときにおける、渦電流センサ5に対面するブレード22の端面と渦電流センサ5の検知部との距離を検出することもできる。
In the
本実施形態では、渦電流センサ5は、コンプレッサ回転体2のブレード22の径方向端面22aに対面するように且つブレード22の径方向端面22aの法線方向に延びるように配置される。また、渦電流センサ5は、コンプレッサ回転体2の入口側においてハウジング3に配置される。図1に示した例では、渦電流センサ5は、コンプレッサ回転体2のブレード22の入口側端面22bに隣接してハウジング3に配置される。また、渦電流センサ5は、コンプレッサ回転体2の状態を検出する検出装置としても機能する電子制御ユニット(ECU)6に接続され、渦電流センサ5の出力信号はECU6に入力される。
In the present embodiment, the
ここで、コンプレッサ回転体2のブレード22は、入口側から出口側に向かって徐々に温度が高くなる。これは、コンプレッサ回転体2を介して流れる流体が入口側から出口側に向かって加圧されるためである。本実施形態では、渦電流センサ5はコンプレッサ回転体2の入口側においてハウジング3に配置されるため、比較的低温の領域に配置される。このため、渦電流センサ5への熱の影響を低減することができる。
Here, the temperature of the
また、本実施形態では、センサとして渦電流センサ5が用いられている。しかしながら、センサの前を通過する各ブレードの端面とセンサの検知部との間の距離又はセンサの前を各ブレードが通過したことを検出することができれば、渦電流センサの代わりに他のセンサを用いてもよい。このようなセンサとしては、例えば、電磁ピックアップ(MPU)センサが挙げられる。MPUセンサは、その検知部内にマグネットと検出コイルとを有するセンサである。斯かるMPUセンサでは、磁性体であるブレードがMPUセンサに近づいたり離れたりすると、検出コイルを貫通する磁束が変化し、これに伴って検出コイルの誘導起電力が変化する。これにより、MPUセンサの検知部の前におけるブレード22の通過を検出することができる。
In the present embodiment, the
図4は、上述したような構成で渦電流センサ5を用いた場合における、渦電流センサ5の出力の推移を示す図である。図4(A)は、コンプレッサ回転体2の回転速度が比較的遅い場合における推移を、図4(B)は、コンプレッサ回転体2の回転速度が比較的遅い場合における推移をそれぞれ示している。
FIG. 4 is a diagram showing the transition of the output of the
上述したように、渦電流センサ5では、渦電流センサ5の検知部とその前を通過する物体(例えば、ブレード22)との間の距離が短くなるほど出力値が大きくなる。したがって、渦電流センサ5の検知部の前をブレード22が通過すると、渦電流センサ5の出力が急激に増大する。よって、図4における凸状に変化した出力はブレード22が通過したことを意味している。また、図4における凸状に変化した出力の最大値は、各ブレード22が通過したときの渦電流センサ5の検知部とブレード22の径方向端面22aとの間の距離の最小値を意味する。換言すると、図4における凸状に変化した出力の最大値は、渦電流センサ5の検知部が対面する領域における、ブレード22の径方向における幅を意味している。なお、図4中の番号は、渦電流センサ5の検知部の前を通過したブレード22の番号(B1〜B12)を示している。
As described above, in the
図4(A)に示したように、コンプレッサ回転体2の回転速度が比較的遅い場合には、ブレード22の通過に伴って渦電流センサ5の出力値が急激に上昇及び下降すると共に、二つの隣り合うブレード22が通過する間の期間は低い値で一定に維持される。
As shown in FIG. 4A, when the rotational speed of the
一方、図4(B)に示したように、コンプレッサ回転体2の回転速度が比較的速い場合には、一つのブレード22の通過に伴って上昇した渦電流センサ5の出力値が下がりきる前に、次のブレード22の通過に伴って出力値が上昇し始める。したがって、図4(B)に示したように、二つの隣り合うブレード22が通過する間の期間においても渦電流センサ5の出力値は一定に維持されない。しかしながら、この場合であっても、渦電流センサ5の出力値が最大になった時期がブレード22の通過を示していることから、渦電流センサ5の検知部の前をブレード22が通過したことを正確に検出することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the rotational speed of the
<瞬間的な角速度の検出>
また、本実施形態では、ECU6により、渦電流センサ5の出力に基づいて、コンプレッサ回転体2の瞬間的な角速度を算出するようにしている。以下では、図4を用いて、コンプレッサ回転体2の瞬間的な角速度の算出方法について説明する。図4に示した例では、第1ブレードB1が渦電流センサ5の前を通過することによって渦電流センサ5の出力がピークを示すときを時刻t1とする。同様に、第2ブレードB2、第3ブレードB3、第4ブレードB4が渦電流センサ5の前を通過することによって渦電流センサ5の出力がピークを示すときをそれぞれ時刻t2、t3、t4とする。
<Instantaneous angular velocity detection>
In this embodiment, the
この場合、渦電流センサ5の前を第1ブレードB1が通過してから第2ブレードB2が通過するまでの時間間隔Δt1は、t2−t1として表せる。一方、本実施形態では、12枚のブレードが等間隔に設けられているため、第1ブレードB1と第2ブレードB2との間の角度間隔は基本的に2π/12(rad)となっている。したがって、渦電流センサ5の前を第1ブレードB1が通過してから第2ブレードB2が通過するまでのコンプレッサ回転体2の瞬間的な角速度(以下、「第1ブレード通過後の瞬間的な角速度」という)ω1は、2π/(12×Δt1)として算出される。
In this case, the time interval Δt1 from when the first blade B1 passes before the
同様に、第2ブレードB2と第3ブレードB3との時間間隔Δt2はt2−t3として表すことができ、第3ブレードB3と第4ブレードB4との時間間隔Δt3はt3−t4として表すことができる。したがって、渦電流センサ5の前を第2ブレードB2が通過してから第3ブレードB3が通過するまでのコンプレッサ回転体2の瞬間的な角速度ω2、すなわち第2ブレードB2通過後の瞬間的な角速度ω2は、2π/(12×Δt2)として算出される。同様に、渦電流センサ5の前を第3ブレードB3が通過してから第4ブレードB4が通過するまでのコンプレッサ回転体2の瞬間的な角速度ω3、すなわち第3ブレードB3通過後の瞬間的な角速度ω3は、2π/(12×Δt3)として算出される。
Similarly, the time interval Δt2 between the second blade B2 and the third blade B3 can be expressed as t2-t3, and the time interval Δt3 between the third blade B3 and the fourth blade B4 can be expressed as t3-t4. . Therefore, the instantaneous angular velocity ω2 of the
したがって、本実施形態によれば、ブレード22の番号をiで表すと、渦電流センサ5の出力に基づいて隣り合う対のブレード(すなわち、第iブレードBiと第(i+1)ブレードB(i+1))が渦電流センサ5の前を通過する間の時間間隔Δtiが算出される。そして、このように算出された時間間隔Δtiと、隣り合う対のブレード間の角度間隔とに基づいて、第iブレードBi通過後の瞬間的な角速度ωi、すなわちコンプレッサ回転体2の瞬間的な角速度ωiが算出される。具体的には、下記式(1)のように隣り合う対のブレード(第iブレードBiと第(i+1)ブレードB(i+1))間の角度間隔αiを、算出されたこれらブレード間の時間間隔Δtiで除算することによって第iブレード通過後の瞬間的な角速度ωiが算出される。また、N枚のブレードが周方向に等間隔に設けられたコンプレッサ回転体2では、瞬間的な角速度ωiは下記式(2)により算出される。
ωi=αi/Δti …(1)
ωi=2π/(N×Δti) …(2)
Therefore, according to the present embodiment, when the number of the
ωi = αi / Δti (1)
ωi = 2π / (N × Δti) (2)
なお、上記実施形態では、瞬間的な角速度ωは、隣り合う1対の二つのブレード22がハウジング3内の所定の角度位置(渦電流センサ5の検知部の前)を通過する時間間隔に基づいて、両ブレードが所定の角度位置を通過する間の瞬間的な角速度として算出される。しかしながら、瞬間的な角速度ωを算出するための1対のブレードは、必ずしも隣り合う二つのブレード22でなくてもよい。例えば、図5に示したように、第1ブレードB1が通過してから第3ブレードB3が通過するまでの時間間隔Δt1や、第1ブレードB1が通過してから第4ブレードB4が通過するまでの時間間隔Δt1’等、周方向に2つ以上離れたブレード間の時間間隔に基づいて瞬間的な角速度を算出してもよい。
In the above-described embodiment, the instantaneous angular velocity ω is based on the time interval at which a pair of adjacent two
<角速度に関するコンプレッサ回転体の形状誤差>
ここで、コンプレッサ回転体2を一定の角速度で回転させた状態で、ECU6によってコンプレッサ回転体2の瞬間的な角速度を算出した場合の例を図6に示す。図6は、横軸がブレードの番号であり、縦軸は、対応するブレード番号のブレード通過後の瞬間的な角速度を表している。
<Shape error of compressor rotor related to angular velocity>
Here, FIG. 6 shows an example in which the instantaneous angular velocity of the
図6に示した例では、コンプレッサ回転体2は一定の角速度で回転させられている。したがって、このとき、算出される瞬間的な角速度ωは一定の値になるはずである。しかしながら、実際には、図6に示したように、算出される瞬間的な角速度ωは必ずしも各ブレード22通過後において一定にならない。例えば、図6に示した例では、1番ブレード通過後の瞬間的な角速度に対して2番ブレード通過後の瞬間的な角速度は遅くなっている。
In the example shown in FIG. 6, the
これについて、本願の発明者らが鋭意研究を行ったところ、算出される瞬間的な角速度ωが一定の値にならない理由は、コンプレッサ回転体2のブレード22の形状誤差(形状公差範囲内での誤差)に主な原因があることを突き止めた。すなわち、コンプレッサ回転体2には各固体毎に形状誤差が存在し、この形状誤差によって、ECU6により算出される瞬間的な角速度に誤差が生じることを突き止めた。以下、図7を参照して、算出される瞬間的な角速度ωとブレード22の形状誤差との関係について説明する。
In this regard, the inventors of the present application conducted extensive research and found that the calculated instantaneous angular velocity ω does not have a constant value because the shape error of the
図7は、コンプレッサ回転体を概略的に示す、図2と同様な平面図である。図7内の破線は、コンプレッサ回転体2のブレード22が設計通りに形成されていた場合のブレード22の形状を示している。図7に示した例では、複数のブレード22は等間隔に互いに同一形状となるように設計されている。また、図7に示した例では、第2ブレードB2と第10ブレードB10は、設計上のブレード形状に対して形状誤差を有している。具体的には、第2ブレードB2が、その設計上の形状に対して周方向において第1ブレード側にシフトした形状になっている。また、第10ブレードB10が、その設計上の形状に対して径方向外側にシフトした形状になっている。
FIG. 7 is a plan view similar to FIG. 2, schematically showing the compressor rotor. 7 indicates the shape of the
このようにブレード形状に誤差が生じると、ブレード間の角度間隔αが変化する。図7に示した例では、第2ブレードB2の形状が設計上の形状に対して周方向にシフトした形状となっている。この結果、渦電流センサ5と対面する領域において、第1ブレードB1と第2ブレードB2との間の実際の角度間隔が設計値β1よりも小さいα1となっている。逆に、第2ブレードB2と第3ブレードB3との間の実際の角度間隔が設計値β2よりも大きいα2となっている。したがって、第1ブレードB1と第2ブレードB2との間の実際の角度間隔α1は、第2ブレードB2と第3ブレードB3との間の実際の角度間隔α2よりも小さい。一方、角速度を算出するにあたっては、ブレード間の実際の角度間隔ではなく、設計値が用いられる。このため、コンプレッサ回転体2が一定の回転角度で回転していても、第1ブレードB1から第2ブレードB2までの時間間隔Δt1に基づく瞬間的な角速度ω1は、第2ブレードB2から第3ブレードB3までの時間間隔Δt2に基づく瞬間的な角速度ω2よりも速いものとして算出される。この結果、図6に示したように、第1ブレードB1通過後の瞬間的な角速度が第2ブレードB2通過後の瞬間的な角速度よりも速いものとして算出される。
When an error occurs in the blade shape in this way, the angular interval α between the blades changes. In the example shown in FIG. 7, the shape of the second blade B2 is a shape that is shifted in the circumferential direction with respect to the designed shape. As a result, in the region facing the
また、図7に示した例では、第10ブレードB10が設計上の形状に対して周方向外側にシフトした形状となっている。この結果、第9ブレードB9と第10ブレードB10との間の実際の角度間隔が設計値β9よりも小さいα9となっている。また、第10ブレードB10と第11ブレードB11との間の実際の角度間隔が設計値β10よりも大きいα10となっている。この結果、コンプレッサ回転体2が一定の回転角度で回転していても、第9ブレードB9通過後の瞬間的な角速度が第10ブレードB10通過後の瞬間的な角速度よりも速いものとして算出される。
In the example shown in FIG. 7, the tenth blade B <b> 10 has a shape shifted outward in the circumferential direction with respect to the design shape. As a result, the actual angular interval between the ninth blade B9 and the tenth blade B10 is α9 which is smaller than the design value β9. In addition, the actual angular interval between the tenth blade B10 and the eleventh blade B11 is α10 which is larger than the design value β10. As a result, even if the
したがって、コンプレッサ回転体2のブレード22に形状誤差が生じた結果、渦電流センサ5の検知部に対面する領域において、ブレード22間の周方向の間隔に設計上の間隔に対して誤差が生じると、コンプレッサ回転体2を一定の角速度で回転させた状態でコンプレッサ回転体2が1回転する間にECU6によって算出される瞬間的な角速度が一定にならずに変化する。そこで、本実施形態では、上述したようにして算出される角速度に基づいてコンプレッサ回転体2のブレード22の形状誤差を算出するようにしている。換言すると、本実施形態では、渦電流センサ5の出力に基づいて複数のブレード22のうちの少なくとも1対のブレードが渦電流センサ5の検知部の前を通過する間の時間間隔が算出されると共に、算出された時間間隔に基づいてコンプレッサ回転体の形状誤差が算出されるといえる。
Therefore, as a result of a shape error occurring in the
具体的には、排気ターボチャージャのタービンに一定の流速の流体(定常流)を流入させること等によって、コンプレッサ回転体2を一定の角速度で回転させる。このとき渦電流センサ5の出力に基づいて、上述したように、ECU6によりコンプレッサ回転体2が1回転する間のコンプレッサ回転体2の角速度を算出する。そして、例えば、このようにして算出されたコンプレッサ回転体2が1回転する間のコンプレッサ回転体2の角速度の最大値と最小値との間の差又は比が、予め定められた一定値以上である場合には、コンプレッサ回転体2のブレード22には大きな形状誤差が生じていると判定される。逆に、この差又は比が、予め定められた一定値未満である場合には、コンプレッサ回転体2のブレード22には大きな形状誤差は生じていないと判定される。これにより、コンプレッサ回転体2のブレード22に生じている形状誤差を正確に検出することができる。
Specifically, the
また、ECU6により算出された各ブレードの通過後の瞬間的な角速度に基づいて、形状誤差が生じているブレード22を特定することもできる。例えば、図6に示したように、第1ブレードB1通過後の角速度が速く且つ第2ブレードB2通過後の角速度が遅いような場合には、図7に示したように第2ブレードB2に大きな形状誤差が生じていると判定することができる。特に、ECU6によって算出された各ブレードの通過後の瞬間的な角速度のうち、一つのブレードの通過後の瞬間的な角速度のみが他のブレードの通過後の瞬間的な角速度と大きく異なる場合には、そのブレード22に破損や欠損等の異常が生じていると判定することができる。
Further, based on the instantaneous angular velocity after passing through each blade calculated by the
<最小距離に関するコンプレッサ回転体の形状誤差>
ところで、渦電流センサ5の検知部の前を各ブレード22が通過するときの渦電流センサ5の出力の最大値は、図8に示したように必ずしも同一ではない。図8は、渦電流センサ5の出力の推移を示す、図4と同様な図である。図8に示した例では、渦電流センサ5の検知部の前を第1ブレードB1が通過したときの出力の最大値V1は、全てのブレードについての平均最大値Vaよりも小さな値となっている。
<Shape error of compressor rotor related to minimum distance>
By the way, the maximum value of the output of the
ここで、上述したように、渦電流センサ5は、渦電流センサ5の検知部の前をブレード22が通過したときにおけるブレード22の径方向端面22aと渦電流センサ5の検知部との距離を検出することもできる。したがって、渦電流センサ5の出力の最大値が同一でないということは、各ブレード22の径方向端面22aと渦電流センサ5の検知部との距離の最小値が一定ではないことを意味している。図8に示した例では、第1ブレードB1の径方向端面22aが他のブレードB2〜B12の径方向端面22aよりも平均的に径方向内側に位置することを意味する。
Here, as described above, the
この様子を図9に示す。図9は、コンプレッサ回転体2と渦電流センサ5とを概略的に示す断面図である。図中の破線は、コンプレッサ回転体2のブレード22の設計上の形状を示している。これに対して、図中の実線は、コンプレッサ回転体2のブレード22の実際の形状を示している。したがって、図9の右側に示したブレード22は、径方向端面22aが設計上の形状よりも径方向内側にずれている場合を示している。この場合、図9の右側に示したブレード22が渦電流センサ5の検知部の前を通過すると、このときの渦電流センサ5の出力の最大値は本来出力されるべき値よりも小さい値となる。すなわち、ブレード22が通過したときに渦電流センサ5によって検出されるブレード22の径方向端面22aと渦電流センサ5との距離の最小値が、本来検出されるべき距離よりも大きな値となる。
This is shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the
そこで、本実施形態では、渦電流センサ5の前を各ブレードが通過したときに渦電流センサ5によって検出されたブレード22の径方向端面22aと検知部との距離の最小値に基づいてコンプレッサ回転体の形状誤差を算出するようにしている。具体的には、全てのブレード22について、渦電流センサ5によって検出された距離の最小値が予め定められた所定の範囲(例えば、設計値から所定距離の範囲内)内の値であればブレード22には大きな形状誤差が生じていないと判定する。逆に、渦電流センサ5によって検出された距離の最小値が予め定められた所定の範囲内にないブレード22が存在するときにはそのブレード22に大きな形状誤差が存在していると判定する。
Therefore, in the present embodiment, the compressor rotates based on the minimum value of the distance between the
或いは、全てのブレード22について渦電流センサ5によって検出された距離の最小値の平均値を算出する。そして、各ブレード22について渦電流センサ5によって検出された距離の最小値が、算出された平均値から所定距離の範囲内にある場合には、そのブレード22には大きな形状誤差が生じていないと判定するようにしてもよい。この場合、渦電流センサ5によって検出された距離の最小値が平均値から所定距離の範囲内にないブレード22が存在するときには、そのブレード22に大きな形状誤差が存在していると判定することになる。
Alternatively, the average value of the minimum values of the distances detected by the
このように、本実施形態によれば、渦電流センサ5の検知部の前を各ブレード22が通過するときにブレード22の径方向端面22aと渦電流センサ5の検知部との距離を渦電流センサ5によって検出すると共に、検出した距離に基づいてブレード22の形状誤差を算出することにより、ブレード22の径方向端面22aにおける形状誤差を算出することができる。
Thus, according to this embodiment, when each
<コンプレッサ回転体の振れ>
ところで、渦電流センサ5の検知部の前を各ブレード22が通過するときの渦電流センサ5の出力の最大値は、図10に示すように同一のブレードであっても必ずしも一定ではなく、或る程度のバラツキが生じる。図10は、渦電流センサ5の出力の推移を示す、図8と同様な図である。図10に示した例では、例えば、渦電流センサ5の検知部の前を第1ブレードB1が通過したときの出力の最大値には、複数回の計測においてΔV1のバラツキが生じている。
<Compressor runout>
By the way, the maximum value of the output of the
このような同一ブレード22に関する渦電流センサ5の出力の最大値のバラツキ、すなわち渦電流センサ5の検知部とブレード22の径方向端面22aとの間の距離の最小値のバラツキは、例えばシャフト4とシャフト4を支持する軸受(図示せず)との間に生じる隙間に基づいて生じるものであると考えられる。すなわち、軸受との間の隙間が大きくなると、シャフト4が回転している間のシャフト4の振れが大きくなり、これに伴ってコンプレッサ回転体2の振れが大きくなることを意味する。
Such variation in the maximum value of the output of the
したがって、本実施形態では、同一のブレード22が渦電流センサ5の前を複数回通過したときの渦電流センサ5の検知部とブレード22の径方向端面22aとの間の距離の最小値のバラツキに基づいてコンプレッサ回転体の振れを算出するようにしている。そして、特定のブレード22の通過により渦電流センサ5によって複数回検出された距離の最小値のバラツキの大きさが予め定められた所定の上限値以下であれば軸受における隙間はそれほど大きくないと判定するようにしている。逆に、特定のブレード22の通過により渦電流センサ5によって複数回検出された距離の最小値のバラツキの大きさが予め定められた所定の上限値よりも大きいときには軸受における隙間は比較的大きくないと判定するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, the variation in the minimum value of the distance between the detection unit of the
<他の実施形態>
以上より、上記実施形態によれば、渦電流センサ5の出力に基づいて、コンプレッサ回転体2の様々な形状誤差やコンプレッサ回転体の振れ等を算出することができる。したがって、これらをまとめて表現すると、上記実施形態によれば、コンプレッサ回転体2を一定角速度で回転させたときに、センサの前を通過する各ブレードの端面とセンサ検知部との間の距離又はセンサの前を各ブレードが通過したことを検出するセンサによって検出された距離又は各ブレードの通過タイミングに基づいてコンプレッサ回転体の状態を検出しているといえる。
<Other embodiments>
As described above, according to the above embodiment, various shape errors of the
なお、本実施形態では渦電流センサ5は、ハウジング3に配置されている。しかしながら、コンプレッサ回転体2の製造時に形状誤差等の検出を行う場合には、必ずしも渦電流センサ5をハウジング3に配置する必要はない。したがって、例えば、図9に破線で示したように、渦電流センサ5’をブレード22の入口側端面22bに対面するように配置してもよい。或いは、図1及び図9に示したコンプレッサ回転体2とは異なり、コンプレッサ回転体2が入口側とは反対側の軸線方向の端面を有する場合には、渦電流センサ5をこの端面に対面するように配置してもよい。なお、渦電流センサ5を図9に破線で示したように配置した場合、ブレード22の径方向端面22aではなく、ブレード22の入口側端面22bにおける形状誤差を検出することができる。
In the present embodiment, the
また、上記実施形態では、渦電流センサは、内燃機関の排気ターボチャージャのコンプレッサについてコンプレッサ回転体の状態を検出している。しかしながら、検査装置は、複数のブレードを有するコンプレッサ回転体を有するコンプレッサであれば、如何なるコンプレッサにも適用可能である。したがって、例えば、軸流式圧縮機等にも適用可能である。 Moreover, in the said embodiment, the eddy current sensor has detected the state of the compressor rotary body about the compressor of the exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine. However, the inspection apparatus can be applied to any compressor as long as it has a compressor rotating body having a plurality of blades. Therefore, for example, it is applicable also to an axial flow type compressor etc.
1 コンプレッサ
2 コンプレッサ回転体
3 ハウジング
4 シャフト
5 渦電流センサ(通過検出センサ)
6 ECU
21 中央本体
22 ブレード
25 コイル
31 中央通路
32 環状通路
33 入口
DESCRIPTION OF
6 ECU
21
Claims (4)
前記ブレードの径方向の端面又は軸線方向における端面と対面するように配置されたセンサと、該センサの出力に基づいて前記コンプレッサ回転体の状態を検出する検出装置とを具備し、
前記センサは、該センサの前を通過する各ブレードの端面と該センサの検知部との間の距離又は該センサの前を各ブレードが通過したことを検出し、
前記検出装置は、前記コンプレッサ回転体を一定角速度で回転させたときに前記センサによって検出された距離又は各ブレードの通過タイミングに基づいて前記コンプレッサ回転体の状態を検出する、検査装置。 An inspection apparatus for inspecting a compressor rotor having a plurality of blades,
A sensor arranged to face the end face in the radial direction of the blade or the end face in the axial direction, and a detection device for detecting the state of the compressor rotor based on the output of the sensor;
The sensor detects a distance between an end face of each blade passing in front of the sensor and a detection unit of the sensor or that each blade has passed in front of the sensor;
The detection device detects a state of the compressor rotor based on a distance detected by the sensor or a passage timing of each blade when the compressor rotor is rotated at a constant angular velocity.
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