板金渦輪殼體的製作方法

2023-04-24 21:04:06 1

專利名稱：板金渦輪殼體的製作方法
技術領域：
本發明涉及在渦輪增壓器中採用的板金制的渦輪殼體結構，其中，該渦輪增壓器利用發動機的排氣能量來對發動機產生增壓壓力，尤其涉及防止在渦盤的卷繞終端部的舌部區域產生的熱應カ引起的龜裂等的產生的結構。
背景技術：
目前，已知有利用從發動機排出的排氣能量來向吸氣歧管內供給加壓空氣，由此提高輸出的渦輪增壓器。在將該渦輪增壓器作為車載用而安裝的情況下，尤其是從近年來提高燃料利用率的觀點出發，要求輕量化，從而取代現有的鋳造制的渦輪殼體，而使用板金制的渦輪殼體。
另ー方面，渦輪殼體具有取入發動機排氣，並利用排氣來使渦輪轉子旋轉的功能，因此使600 1050°C左右的排氣流入，在呈圓周形狀的渦輪殼體的流入ロ與排氣繞回的部分的集合部分、即所謂的舌部，被流入流和集合流急劇地加熱。由於舌部被急劇地加熱，因此因舌部與舌部周邊的溫度差而產生熱拉伸約束力，並產生壓縮熱應力。並且，因熱應カ的反覆，存在熱應カ引起的龜裂這樣的問題。在板金制的渦輪殼體中，存在因舌部部分的急劇加熱引起的熱應カ的反覆而產生龜裂這樣的問題，從而需要將板厚均勻化且薄壁化至不會因內壓而產生損傷的程度，來降低熱應力。需要說明的是，作為關聯的現有技術，專利文獻I (日本特開2008-57448號公報)、專利文獻2 (日本特表2003-536009號公報)提出有ー種板金制的渦輪殼體結構，並且，專利文獻3(日本特開2002-194525號公報)提出了ー種形成使舌部附近區域的膜厚比其它區域的膜厚厚的噴鍍被膜的結構，以提高舌部的耐磨損性。專利文獻I日本特開2008-57448號公報專利文獻2日本特表2003-536009號公報專利文獻3日本特開2002-194525號公報其中，如圖8所示，專利文獻I所示的板金制的渦輪殼體中，渦盤部02由使左右的板金構件04與06對接並沿周向焊接的結構構成。因此，在渦盤部02的作為卷繞終端部的舌部區域反覆作用有急劇的加熱及冷卻，從而與對接部的焊接所引起的強度降低相互影響，而容易產生熱應カ引起的龜裂等。另外，在專利文獻2中，渦盤部也為使板金構件對接而形成的結構，如上述專利文獻I所說明的那樣，存在容易在舌部區域因熱應カ而產生龜裂等的問題。進而，雖然在專利文獻3中公開了形成舌部的被膜的內容，但沒有公開針對在渦盤的作為卷繞終端部的舌部區域因急劇的加熱及加熱的反覆所引起的熱疲勞強度的降低而產生龜裂等這樣的問題的防止對策
發明內容
因此，本發明鑑於上述問題而提出，其目的在於提供ー種板金制的渦輪殼體結構，其能夠防止在渦盤的作為卷繞終端部的舌部區域因急劇的加熱的反覆產生的熱疲勞引起的龜裂的產生等，從而實現輕量化，且提高舌部的耐久性。為了解決上述的課題，本發明的第一方面的板金制的渦輪殼體結構中，構成旋渦狀的排氣通路的渦盤部通過將板金制的渦盤構件面對接合而形成，所述板金渦輪殼體的特徵在於，在渦盤部的構成卷繞終端部的舌部的附近區域，在渦盤構件的外壁面上的渦盤構件的對接部的兩側設置壁構件來覆蓋該對接部，從而形成密閉空間，將舌部附近的外周壁形成為雙層壁結構。根據上述第一方面，由於排氣流入，在呈圓周形狀的渦輪殼體的流入ロ與排氣繞回的部分的集合部分、即所謂的舌部被流入流和集合流急劇地加熱，因此由於冷卻與加熱的反覆而導致熱應カ變高且產生熱疲勞。從而，通過將該部分形成為雙層壁結構，由此能夠分擔熱應カ負載部和耐壓部的功能，從而能夠避免在舌部附近的熱應カ的產生及熱疲勞引起的龜裂的廣生等危險。即，通過形成為雙層壁結構，由沿著內部流動的內側的板金部分來承受熱應力，即使假設產生龜裂及貫通，也會由外側的壁構件來耐壓，因此能夠防止內部氣體的洩漏。其結果是，能夠防止在板金渦輪殼體的舌部附近產生龜裂的情況，能夠提高板金渦輪殼體的安全性及可靠性。另外，在本發明中，優選所述壁構件以將渦盤構件的外壁面與排氣的流入口外壁面相連的方式設置在渦盤構件的對接部的兩側，即，在排氣的流入ロ的外壁與渦盤構件的終端部的外壁之間形成的凹陷狀的部分，以將排氣的流入ロ的外壁與渦盤構件的終端部的外壁之間相連的方式在對接構件的兩側形成壁構件即可。由此，能夠將壁構件限定在存在龜裂貫通的危險性的部位，從而能夠簡單地設置雙層壁結構。另外，在本發明中，面對的兩渦盤構件可以通過在渦盤部的渦旋方向整周上焊接接合而一體化，另外，也可以構成為，面對的兩渦盤構件的位於所述壁構件的內側的對接部未被焊接，其以外的對接部被沿著渦盤部的渦旋方向而焊接接合，從而使面對的兩渦盤構件一體化。這樣，在將由壁構件覆蓋的內側的對接部焊接而沿渦盤部的迴旋方向整周進行焊接的情況下，因焊接產生的熱應カ而導致強度降低，但相對於排氣的洩漏的密封性提高。另一方面，在不對由壁構件覆蓋的內側的對接部進行焊接的情況下，由於不會因焊接而產生熱應力，因此能夠防止強度降低，且通過外側的壁構件充分地實現相對於排氣的洩漏的密封性。另外，本發明的第二方面的板金制的渦輪殼體結構中，構成旋渦狀的排氣通路的渦盤部通過將板金制的渦盤構件面對接合而形成，所述板金渦輪殼體的特徵在於，所述渦盤部通過將兩渦盤構件在渦旋方向整周上焊接接合而一體化，並且，在渦盤部的構成卷繞終端部的舌部的附近區域，焊接接合線在渦輪的旋轉軸方向上以從舌部形成位置偏離的方式錯開設置，所述舌部僅由任一方的渦盤構件形成。根據上述第二方面，由於使渦盤構件面對來進行焊接接合的部分因焊接而導致熱應カ變高，因此使焊接線在渦輪旋轉軸方向上偏離，以免設置在形成有舌部的舌部形成位置上，從而舌部僅由任一方的渦盤構件形成，因此能夠防止因熱應カ引起的舌部的強度降、低，且能夠避免在舌部附近產生龜裂等危險，能夠提高板金渦輪殼體的安全性及可靠性。發明效果根據本發明的第一方面，通過在舌部的附近區域形成為雙層壁結構，由此能夠分擔熱應カ負載部和耐壓部的功能，能夠避免在舌部附近因熱應力、熱疲勞而產生龜裂等危險。另外，根據第二方面，使焊接線在渦輪旋轉軸方向上偏離，以免設置在形成有舌部的舌部形成位置上，從而舌部僅由任一方的渦盤構件形成，因此能夠防止因熱應カ引起的舌部的強度降低，且能夠避免在舌部附近因熱應カ及熱疲勞而產生龜裂等危險。如上所述，根據第一方面及第二方面，能夠避免在舌部附近因熱應カ而產生龜裂等危險，井能夠提高板金渦輪殼體的安全性及可靠性。


圖I是表示本發明的第一實施方式涉及的板金渦輪殼體的簡要結構的立體圖。圖2是圖I的B-B線主要部分剖視圖。圖3是圖I的A-A線主要部分剖視圖。圖4是圖I的C部的主要部分放大剖視圖。圖5是圖4的D-D線主要部分剖視圖。圖6是表示第二實施方式的與圖5對應的圖。圖7是第二實施方式的與圖2對應的主要部分剖視圖。圖8是表示現有技術的全面說明圖。
具體實施例方式以下，利用圖示出的實施方式，對本發明詳細地進行說明。然而，該實施方式所記載的構成部件的尺寸、材質、形狀及構成部件的相對配置等只要沒有特定的記載，就意味著沒有將本發明的範圍限定於此。(第一實施方式)參照圖I 圖5，對本發明的第一實施方式涉及的板金渦輪殼體進行說明。如圖1、2所示，大致劃分的話，板金制的渦輪殼體I包括渦盤部3、中央心部9、出ロ管部23，並且，渦盤部3包括面對設置的第一渦盤部5、第二渦盤部7。並且，通過焊接接合上述四個構件來形成渦輪殼體I。形成渦旋狀的氣體通路的渦盤部3中，將第一渦盤部5與第二渦盤部7這兩個構件對接，並將對接的部分焊接接合來形成氣體通路。在圖3所示的A-A截面的位置處，各渦盤部具有大致半圓形狀的截面。在渦盤部3的迴旋中心部設置中央心部9，該中央心部9整體呈大致圓筒形狀，具有配設支承渦輪動葉片13(參照圖5、6)的旋轉軸的軸承的軸承箱部15、形成氣體流出側的流路出ロ部17，在上述軸承箱部15與流路出口部17之間設有多個支柱21。該支柱21在渦輪動葉片的周向上的規定位置隔開間隔而設置有多根，從而確保能夠使在渦盤部3內沿渦旋方向流動的氣體朝向中心側順暢地流動的流路19，且將軸承箱部15與流路出ロ部17結合。軸承箱部15與流路出ロ部17通過該支柱21連結而一體化。
進而，支柱21的位置在周向上可以等間隔也可以不等間隔，並且，支柱21的截面形狀形成為大致四邊形，但為了對在流路19中流動的氣體流不成為阻力而能夠使其朝向渦輪中心側流動，還可以形成為在流動方向上具有傾斜面的三角形狀或雖然切削加工的削出複雜但為流線形的曲面形狀等。另外，支柱21將軸承箱部15與流路出口部17連結，由具有即使在高溫時或外力產生時也能將渦輪動葉片13與中央心部9的內周面的間隙保持為固定的強度及耐熱性的材料形成。需要說明的是，在流路出口部17的前端通過整周焊接來接合管形狀的出口管部23。第一渦盤部5、第二渦盤部7通過對薄板的板金材料(板厚為I 3mm左右)進行成形加工而成，使各自的端面彼此對接來形成渦旋狀的氣體通路，如圖3所示，使前端重合而從外側通過單側角接來形成焊接部a，該焊接部a形成在渦盤部3的渦旋方向整周上。需要說明的是，焊接可以為單側角接，還可以通過將板金材料的前端彼此對接而對該部分進行焊接的對焊進行接合。另外，板金材料可以由奧氏體系和不鏽鋼等耐熱鋼構成。另外，第一渦盤部5、第二渦盤部7各自的中央心部9側的端部沿著軸承箱部15、流路出ロ部17的外周而被焊接接合，在流路出ロ部17的外周形成焊接部b，在軸承箱部15的外周形成焊接部C。需要說明的是，軸承箱部15、流路出口部17以及連結軸承箱部15與流路出口部17的支柱21具有一體結構，因此，軸承箱部15、流路出ロ部17和支柱2通過切削加工進行削出而製成為一體。另外，出口管部23也同樣通過削出加工而製成。排氣從入口管部25 (圖1、2)流入，沿著渦盤部3的氣體流路流動，迴旋而繞回，與向入口部分流入的排氣集合，在這些排氣的集合部分即渦盤部3的構成卷繞終端部的舌部27的附近產生急劇的加熱。並且，由於舌部27被急劇地加熱，因此因舌部27與舌部27周邊的溫度差而產生熱拉伸約束力，並產生壓縮側的熱應力。並且，因熱應カ的反覆而產生熱應カ引起的龜裂。在該舌部27的附近因熱應カ而產生龜裂的情況並不局限於本發明的板金渦輪殼體，在現有的通過鑄造形成的渦輪殼體中也會產生，這在數值分析、試驗等中得到確認。並且，為了防止在該舌部27的附近因熱應カ而產生龜裂的情況，如圖5所示，本發明中，在焊接部a的兩側設置壁構件31。 即，壁構件31形成在渦盤部3的卷繞終端部分的外壁與從排氣的流入ロ朝向舌部27的第一及第ニ渦盤部5、7的外壁之間，壁構件31的上端與第一及第ニ渦盤部5、7的外壁焊接接合，壁構件31的下端與渦盤部3的卷繞終端部分的外壁焊接接合，並且，兩壁構件31、31的前端部被封閉，從而覆蓋第一及第ニ渦盤部5、7的重合部而在內部形成密閉空間33。壁構件31設置的範圍在圖4的區域X所示那樣的舌部附近區域形成。該舌部附近區域是指在形成有舌部27的渦盤部3的卷繞終端部分的外壁與從排氣的流入ロ朝向舌部27的第一及第ニ渦盤部5、7的外壁之間形成的凹陷狀的部分，在形成該凹陷部的底部分的第一及第ニ渦盤部5、7的內側部分形成舌部27 (參照圖4)。
這樣，能夠將壁構件31限定在存在龜裂貫通的危險性的舌部附近區域X，從而能夠簡單地設置雙層壁結構。另外，可以使位於兩側的壁構件31的內側的第一渦盤部5與第二渦盤部7的對接部處於不焊接而重合的狀態。在將由壁構件31覆蓋的密閉空間33的內側的對接部焊接而沿渦盤部3的迴旋方向整體進行焊接的情況下，因焊接產生的熱應カ而導致強度降低，但相對於排氣的洩漏的密封性提高，而在不對由壁構件31覆蓋的內側的對接部進行焊接的情況下，由於不會因焊接而產生熱應力，因此能夠防止強度降低，且通過設置在外側的壁構件31充分地實現相對於排氣的洩漏的密封性。如上所述，通過形成為由第一渦盤部5與第二渦盤部7的對接部形成的壁結構和由其外側的壁構件31形成的壁結構這雙層壁結構，從而通過沿著內部流動的內側的第一渦盤部5及第ニ渦盤部7來承受熱應力，即使假設產生龜裂及貫通，也會由外側的壁構件31來耐壓，因此能夠防止內部氣體的洩漏。
其結果是，能夠防止在板金制的渦輪殼體I的舌部27附近產生使排氣洩漏這樣的龜裂，從而能夠提高板金渦輪殼體的安全性及可靠性。(第二實施方式)接下來，參照圖6、圖7，對第二實施方式進行說明。圖6與圖5對應，表示圖4的D-D線方向的渦輪殼體I的整體截面形狀。在舌部附近區域X內，將第一渦盤部5與第二渦盤部7的對接部焊接的焊接部a的焊接線在渦輪的旋轉軸方向上以偏離舌部27的形成位置的方式繞開設置。渦盤部3的外周側的焊接部a的焊接線設置成移動到al位置，舌部側的焊接部a的焊接線設置成移動到a2位置。另外，在形成有舌部27的舌部形成位置Y，不存在對接的第一渦盤部5與第二渦盤部7的對接部，通過將焊接部a設置成移動到舌部形成位置Y的外側(渦輪軸方向外側)，由此在舌部形成位置Y僅存在第一渦盤部5的構件。需要說明的是，如圖5、6所示，舌部形成位置Y是指形成從渦盤部3向渦輪動葉片13的徑向流入通路的部分。圖7與圖2對應，是表示第二實施方式的主要部分剖視圖，表示在舌部附近區域X內，渦盤部3的外周側的焊接部a的焊接線移動到al位置的狀態。另外，雖然未圖示，但舌部側的焊接部a的焊接線也通過與al位置同樣的焊接線的變更而設置成移動至a2位置。根據所述第二實施方式，由於使第一渦盤部5與第二渦盤部7面對而進行焊接接合的部分產生如下問題的可能性高，即，產生因焊接而導致熱應カ變高且因熱疲勞而產生龜裂等的可能性高，因此通過使該焊接線從形成有舌部27的位置偏離，而在舌部27僅存在接合的第一渦盤部5與第二渦盤部7中的任一方的渦盤構件，從而能夠避免在舌部27產生焊接所引起的熱應力，進而能夠提高低循環疲勞強度。其結果是，能夠避免因熱應力、熱疲勞而在舌部27及舌部附近區域產生龜裂等的危險，能夠提高板金渦輪殼體的安全性及可靠性。エ業實用性根據本發明，在板金制的渦輪殼體結構中，能夠防止在渦盤的作為卷繞終端部的舌部區域因急劇的加熱的反覆所引起的熱疲勞而產生龜裂等，且實現輕量化，並且能夠提高舌部的耐久性，因此適合向板金制的渦輪殼體的利用。
權利要求
1.一種板金渦輪殼體，構成旋渦狀的排氣通路的渦盤部通過將板金制的渦盤構件面對接合而形成，所述板金渦輪殼體的特徵在於， 在渦盤部的構成卷繞終端部的舌部的附近區域，在渦盤構件的外壁面上的渦盤構件的對接部的兩側設置壁構件來覆蓋該對接部，從而形成密閉空間，將舌部附近的外周壁形成為雙層壁結構。
2.根據權利要求I所述的板金渦輪殼體，其特徵在於， 所述壁構件以將渦盤構件的外壁面與排氣的流入口外壁面相連的方式設置在渦盤構件的對接部的兩側。
3.根據權利要求I所述的板金渦輪殼體，其特徵在於， 面對的兩渦盤構件通過在渦盤部的渦旋方向整周上焊接接合而一體化。
4.根據權利要求I所述的板金渦輪殼體，其特徵在於， 面對的兩渦盤構件的位於所述壁構件的內側的對接部未被焊接，其以外的對接部被沿著渦盤部的渦旋方向而焊接接合，從而使面對的兩渦盤構件一體化。
5.一種板金渦輪殼體，構成旋渦狀的排氣通路的渦盤部通過將板金制的渦盤構件面對接合而形成，所述板金渦輪殼體的特徵在於， 所述渦盤部通過將兩渦盤構件在渦旋方向整周上焊接接合而一體化，並且，在渦盤部的構成卷繞終端部的舌部的附近區域，焊接接合線在渦輪的旋轉軸方向上以從舌部形成位置偏離的方式錯開設置，所述舌部僅由任一方的渦盤構件形成。
全文摘要
本發明提供一種板金渦輪殼體，其中，在渦盤部(3)的構成卷繞終端部的舌部(27)的附近區域(X)，在渦盤構件的外壁面上的第一渦盤部(5)、第二渦盤部(7)的焊接部(對接部)(a)的兩側設置壁構件(31)來覆蓋該焊接部(對接部)(a)，從而形成密閉空間(33)，將舌部附近的外周壁形成為雙層壁結構。
文檔編號F02B39/00GK102753799SQ20118000246
公開日2012年10月24日 申請日期2011年2月2日 優先權日2011年2月2日
發明者惠比壽幹, 渡邊大剛 申請人:三菱重工業株式會社