JP2733767B2 - ターボ回転機のバランス確認装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はタービンホイルを有し高速回転するターボ回
転機、主にターボ過給機のバランス確認装置に関するも
のである。

従来技術 ターボ回転機の回転体は高速回転されるものであり、
特にターボ過給機のタービンロータは超高速回転体であ
るので精密なダイナミックバランスをとる必要がある。

しかし互換性および製造コスト上の問題で従来は回転
体の各部材すなわちタービンホイール、圧縮機インペラ
等を単体で精密にバランスをとり、組付け状態での再バ
ランスはとらないようにしていた。

しかしやはり組付け時の位相ずれやゴミのかみ込み等
により組付け後に微妙にアンバランスを生じることがあ
る。

そこで半組立て状態のターボ回転機のバランス修正を
行う装置の例（特開昭62−91629号公報）が提案されて
いる。

同例は、複数の変位計を配設した変位検出台に半組立
状態のターボ回転機を取付け、高速回転体の軸に関連し
て設けた位相検出手段により高速回転体の複数位置にお
ける変位が発生した位相を検出し、位相および変位量か
らアンバランス量とその発生方向を検出してバランス修
正をするものである。

組付け状態にある高速回転体のダイナミッグバランス
の修正を行うので実際の使用に際しバランスの精度がそ
のまま維持される。

解決しようとする課題 しかるに同例の場合、特別の変位検出台を必要とし、
同変位検出台の動きを複数の変位計が検出するととも
に、位相検出手段により変位の発生した位相を検出し、
これらを総合してアンバランスの量および発生方向を検
出するという複雑な検出機構の下で複雑な処理がなされ
るものであり、実際に量産等の作業現場で極めて使いに
くいものであるとともに高価なものであった。

これに加え修正を必要とするものはバランス修正作業
を行なって再度バランス検査を行なわなければならず作
業効率を低下させる原因ともなる。

ターボ回転体の各単品のバランス修正が十分なされて
いれば組付けられた状態でアンバランスとなる確率は低
く、修正のためにアンバランスの量，発生方向等の検出
を複雑な検出機構により行うメリットはあまりなく、却
って作業効率に悪影響するデメリットの方が大きい。

課題を解決するための手段および作用 本発明はかかる点に鑑みなされたものでその目的とす
る処は組付け状態にある回転のバランスを簡単な機構で
容易に確認することができるバランス確認装置を提供す
る点にある。

すなわち本発明は、基盤に立設された枠体に設けられ
た鉛直方向に指向した回転軸と、前記回転軸に固定され
た水平面内に回動自在な機台と、前記機台より遠心方向
へ延設された腕部材先端に設けられたタービン回転数を
検知するセンサーと、前記機台の回転中心上に設けられ
た取付ハウジングと、前記取付ハウジングに組付けられ
るタービン駆動ノズルと、前記取付ハウジングにタービ
ンシャフトを水平に支持される半組立状態の回転体ター
ビンホイルと圧縮機インペラを有するターボ回転機にお
いて、前記タービンホイルは前記回転軸の軸線上に設け
られ、同軸線を含むタービンシャフトと略直角な面上で
かつタービンシャフトから離間した位置に前記タービン
駆動ノズルを設け、前記圧縮機インペラは前記軸線上よ
り離間し、さらに前記圧縮機インペラの先端よりも先に
加速度センサーを設けたことを特徴とするターボ回転機
のバランス確認装置である。

ターボ回転体を回動自在に支持された半組立状態にあ
るターボ回転機を機台上の取付ハウジングに取付けター
ボ回転体の回転軸を水平に位置させて、取付ハウジング
に組付けられるターボ駆動ノズルより空気を噴射させる
とターボ回転体が高速で回転駆動される。

ターボ回転体がアンバランスであればターボ回転機は
機台を水平面内で振動させ、これを加速度センサで検出
することができる。

ターボ回転体のアンバランスの程度に応じ加速度セン
サが検出する検出値も異なり、これを判断手段が入力し
てバランスの良否を判断し確認することができる。

半組立状態にあるターボ回転機のダイナミックバラン
スの良否を容易に確認することができるので合格したタ
ーボ回転機は実際の使用時にバランス精度がそのまま維
持できる。

またタービンホイルを前記回転軸の軸線上に設け、同
軸線を含む前記タービンシャフトと略直角な面上でかつ
タービンシャフトから離間した位置にタービン駆動ノズ
ルを設けているので、同タービン駆動ノズルからの噴射
による測定への影響はないこともバランス確認精度を高
くしている。

そして圧縮機インペラは前記軸線上より離間し、さら
に前記圧縮機インペラの先端よりも先に加速度センサー
を設けているので、加速度センサーの振幅は大きく感度
に優れ、バランス確認精度をより一層向上させている。

機構が簡素で安価であるとともに簡単にバランスの良
否を確認できるので作業効率を向上させることができ
る。

実 施 例 以下第１図ないし第４図に図示した本発明に係る一実
施例について説明する。

第１図は本実施例に係るバランス確認装置およびこれ
に取付けられた半組立状態のターボ過給機の一部縦断し
た側面図であり、第２図はその裏面図である。

基盤１に立設された枠体２の内部に鉛直方向に指向し
て回転軸３がベアリング４を介して回転自在に設けら
れ、同回転軸３の上端において回転軸３と直角な水平面
に平行に機台５が固定されている。

機台５の回転中心上には円環状の取付ハウジング６が
その中心軸を水平に指向させて固定されている。

取付ハウジング６はその下端部の切欠かれて偏平にな
った部分が機台５の上面に合わされて機台５に固定され
ており、一方の側面には排気口を形成する円環状の枠板
７が同軸に添設されている。

そして取付ハウジング６の上端部は一方の側の円弧を
残して他方の側を切欠き水平面6aを形成しており、同水
平面6aを若干中央より偏った位置において鉛直下方に穿
って円孔８が設けられ、同円孔８は取付ハウジング６の
内周面にまで達している。

同円孔８に給気管11が支持部材９に支持されて嵌装さ
れており支持部材９は取付ハウジング６の水平面6aにね
じ10により固定されている。

給気管11の内方に向いた先端にはノズル12が形成され
ていて取付ハウジング６の内部に中心より偏向した位置
において鉛直下方向に空気を噴射させることができるよ
うになっている。

かかる構成の取付ハウジング６に半組立状態のターボ
過給機30が取付けられるのであるが、その過給機30の機
構を簡単に説明する。

半組立状態のターボ過給機30は大別して回転体とこれ
を回転自在に支持するハウジングとからなる。

回転体はタービンホイール31とこれに接合されたター
ビンシャフト32とタービンシャフト32の先端に固定され
た圧縮機インペラ33とからなり、圧縮機33はその回転中
心部をタービンシャフト32によって貫通され、ナット34
によって締め付け固定される。

回転体は中央のセンタハウジング35によって支持され
るが、実際に使用される場合はセンタハウジング35の両
側にそれぞれタービンハウジングと圧縮機ハウジングが
装着されることになり、タービンハウジングに案内され
て排気ガスがタービンホイール31に流れてタービンホイ
ール31を回転させると、タービンシャフト32を介して圧
縮機ハウジング内で圧縮機インペラ33が回転して吸入空
気を圧縮してシリンダに送るものである。

本バランス確認装置に取付ける場合は回転体のタービ
ンシャフト32を支持するセンタハウジング35と圧縮機ハ
ウジングの一部を構成する側板36とが嵌合されて半組立
状態で前記取付ハウジング６に取付けられる。

センタハウジング35は前後２箇所に設けられたフルフ
ロートベアリング37によってタービンシャフト32を支持
するようになっており、フルフロートベアリング37に潤
滑油を供給する給油路38がフルフロートベアリング37の
上部に形成されていてセンタハウジング35の上面の開口
と連通している。

フルフロートベアリング37の下方には空間が形成され
てセンタハウジング35の下面の排出口39に通じている。

供給された潤滑油は下方の空間を通じて排出口39より
排出される。

なお側板36は圧縮機インペラ33の背部を蓋う位置にあ
ってセンタハウジング35に嵌合されて内部をタービンシ
ャフト32が貫通している。

以上のような半組立状態のターボ過給機をタービンシ
ャフト32を水平にしてタービンホイール31を取付ハウジ
ング６の内部に嵌挿し、センタハウジング35のタービン
ホイール31側の外周フランジ部35aを取付ハウジング６
の軸方向に突出した外周縁6bに嵌合し、止め金40を介し
てボルト41によって数箇所締め付けてターボ過給機を取
付ハウジング６に固定する。

一方機台５の外周面の一箇所からタービンシャフト32
に平行に腕部材20が延設されており、同腕部材20は側板
36を越えた処で上方へ折曲され、さらに圧縮機インペラ
33の手前で水平方向に折曲されて先端部20aとしてい
る。

同先端部20aに鉛直方向に指向して支持棒21が貫通固
定されていて、支持棒21の上端に設けられた回転数検知
用センサ22を支持している。

同センサ22はナット34の下方に近接して位置しナット
34の外周に１箇所設けられた反射部又はナット34の六角
部のギャップ等を検知することで回転体の回転数を検知
できるようになっている。

腕部材20の機台５より延出した水平部の下面に支持板
23の基端部が固着されて、さらに遠心方向へ延びた先端
部に加速度センサ24が固定されている。

したがって回転軸３を中心に水平面内を回転自在に支
持された機台５には、取付ハウジング６を介して半組立
状態のターボ過給機30が固定されているとともに、腕部
材20を介してセンサ22、加速度センサ24が一体に固定さ
れた状態にある。

バランス確認試験を行なうときは、センタハウジング
35の上面の給油路38に通じる開口に給油ポンプから延出
された給油管の先端の給油ノズル13が嵌合され、排出口
39の下方には排出管14が配置される。

なお取付ハウジング６の上端部の支持部材９には空気
供給管（図示せず）が嵌合されて空気を給気管11を介し
てノズル12より噴射することができるようになってい
る。

第３図に本実施例の制御系のブロック図を図示する。

回転数検知用センサ22による検知信号は回転計50に入
力されて回転数が算出されてその算出結果はコンピュー
タである制御確認装置52に入力される。

同様に加速度センサ24による検知信号は振動計51に入
力されて加速度が算出され、その結果はやはり制御確認
装置52に入力される。

また制御確認装置52はタービン駆動用のノズル12に供
給される高圧空気の調節を行う空気制御バルブ53を制御
するとともにフルフロートベアリング37へ潤滑油を送る
給油ポンプ54の制御を行う。

なお潤滑油はフルフロートベアリング37へ供給された
のち排出口39より排出管14に排出されると再び給油ポン
プ54により汲み上げられフルフロートベアリング37へ供
給するように循環系を形成している。

以上のような機構の下で実際にバランス確認試験を行
う場合の作業手順を第４図に図示するフローチャートに
基づき説明する。

まず制御確認装置52において日付の入力がなされ（ス
テップ）、次いでターボ過給機の特定番号を入力し
（ステップ）、その後ターボ過給機30を取付ハウジン
グ６にセットし（ステップ）、さらにセンタハウジン
グ35に給油ノズル13をセットし（ステップ）、準備を
完了する。

そして起動ボタン（図示せず）を押すと（ステップ
）、取付ハウジング６に設けられたノズル12より高圧
空気が噴射してタービンホイール31を回転させる（ステ
ップ）。

空気制御バルブによりターボ過給機30は数万回転／分
の高速回転状態とされ、このときの加速度を振動計51に
よって計測し（ステップ）、ダイナミックバランスの
総合判定を行う（ステップ）。

タービンホイール31、タービンシャフト32、圧縮機イ
ンパラ33からなる回転体がセンタハウジング35に取付け
られた状態でアンバランスであると高速回転させられた
ときに振動を生じ、この振動のうち上下の振動は水平面
内の回転のみ許された機台５にターボ過給機30が固定さ
れていることから抑制されて水平面内の振動のみ回転軸
３を中心とした揺動振動として現われる。

各単品のバランス修正がなされているときはアンバラ
ンスとなる原因にはタービンシャフト32への圧縮機イン
ペラ33の組付けにおける位相のズレまたはナット34の締
付けの際のゴミのかみ込み等が考えられる。

このアンバランスによる振動を加速度センサ24が検知
し、該振動の加速度Ｇ値を振動計51が計測し、このＧ値
が一定値以下であれば該ターボ過給機30のダイナミック
バランスは合格とされ、一定値以上であれば不合格と判
定される。

判定結果はプリントアウトされる（ステップ）。

そして次のステップで駆動を停止し、給油ノズル13
を取外し（ステップ）、次いでターボ過給機30を取付
ハウジングから取外して（ステップ）、次の被試験機
の有無を判断する（ステップ）。

次の被試験機がなければ終了し、ある場合はステップ
に戻り、再び特定番号入力から入って、ステップにし
たがって進行する。

以上の１サイクルに要する時間は50秒弱の極めて短時
間であり、ダイナミックバランスの確認がこのように短
時間で正確になされるので作業効率を大幅に向上させる
ことができる。

一般に回転体を構成するタービンホイール31、タービ
ンシャフト32、圧縮機インペラ33等の各単品のバランス
修正が予めなされていれば組付けられた状態でアンバラ
ンスとなる確立が低いので、以上のように簡単な確認作
業による判別で作業効率を上げた方がバランス修正作業
を行うよりも有利である。

また機構が簡単で、取扱いも容易であるとともにコス
トの低減を図ることができる。

発明の効果 本発明は、簡単な機構により短時間でダイナミックバ
ランスの良否が正確に確認できるので作業効率を向上さ
せることができる。

また機構が簡単で取扱いが極めて容易であり、コスト
も安くてすむ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例のバランス確認装置およ
びこれに取付けられた半組立状態のターボ過給機の一部
縦断側面図、第２図は同裏面図、第３図は制御系ブロッ
ク図、第４図は同実施例における作業手順を示すフロー
チャートである。 １……基盤、２……枠体、３……回転軸、４……ベアリ
ング、５……機台、６……取付ハウジング、6a……水平
面、6b……外周縁、７……枠板、８……円孔、９……支
持部材、10……ねじ、11……給気管、12……ノズル、13
……給油ノズル、14……排出管、 20……腕部材、21……支持棒、22……センサ、23……支
持板、24……加速度センサ、 30……ターボ過給機、31……タービンホイール、32……
タービンシャフト、33……圧縮機インペラ、34……ナッ
ト、35……センタハウジング、35a……フランジ部、36
……側板、37……フルフロートベアリング、38……給油
路、39……排出口、40……止め金、41……ボルト、 50……回転計、51……振動計、52……制御確認装置、53
……空気制御バルブ、54……給油ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 時夫 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地の１ ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山崎 好昭 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地の１ ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 浅井 明道 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地の１ ホンダエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−91629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−127639（ＪＰ，Ａ) 特許120974（ＪＰ，Ｃ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基盤に立設された枠体に設けられた鉛直方
   向に指向した回転軸と、 前記回転軸に固定され水平面内に回動自在な機台と、 前記機台より遠心方向へ延設された腕部材先端に設けら
   れたタービン回転数を検知するセンサーと、 前記機台の回転中心上に設けられた取付ハウジングと、 前記取付ハウジングに組付けられるタービン駆動ノズル
   と、 前記取付ハウジングにタービンシャフトを水平に支持さ
   れる半組立状態の回転体タービンホイルと圧縮機インペ
   ラを有するターボ回転機において、 前記タービンホイルは前記回転軸の軸線上に設けられ、 同軸線を含むタービンシャフトと略直角な面上でかつタ
   ービンシャフトから離間した位置に前記タービン駆動ノ
   ズルを設け、 前記圧縮機インペラは前記軸線上より離間し、さらに前
   記圧縮機インペラの先端よりも先に加速度センサーを設
   けたことを特徴とするターボ回転機のバランス確認装
   置。