用於離心壓縮機的殼體的製作方法

2023-05-08 03:18:06 1

專利名稱：用於離心壓縮機的殼體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1的前序部分所述的殼體，用於離心壓縮機，尤其用 於渦輪增壓器。
背景技術：
從DE 102 60 042 Al中已知一種內燃機的廢氣渦輪增壓器的渦輪增壓器殼體。此 壓縮機殼體由多個部件組接而成，這些部件由熱固合成材料構成。這些部件為實現氣密性 而相互粘合在一起。在DE 103 14 209 B3中描述了一種離心壓縮機，作為廢氣渦輪增壓器的一部分， 它由兩個碗狀的殼體部件組接而成，這些殼體部件由熱固合成材料塑造而成。這種材料具 有很高的密度，因此與其它由金屬構成的傳統增壓器殼體相比具有重量優勢。在DE 103 14 209 B3中，通過在殼體部件中設置梳子狀的凹槽，來試圖克服此巨大重量，這些凹槽通過隔 板相互分開並基本同中心地圍繞著進氣口軸線進行延伸。現有構造的缺點是，所述的材料(即熱固合成材料)相當難加工，因為要遵循粘合 連接的嚴格條件。此外，缺點還包括易碎性、吸水性高、聲音發散性高和製造成本高。由熱塑性合成材料製成的壓縮機殼體可更簡單且成本更低廉地製成。由於使用的 材料和重量，可優化殼體部件的壁厚。當然，還存在著這樣的危險，即在運行過程中，當壓縮 機轉輪的部件損壞時，金屬碎片會以巨大的能量徑向甩向殼體的壁部，並穿透此殼體。在離心壓縮機中必須保證足夠的運轉安全性。由於渦輪增壓器的轉輪轉速很高存 在著這樣的危險，即在壓縮機轉輪損壞時，金屬碎片會穿透壓縮機的殼體，並損壞內燃機的 發動機艙。

發明內容
本發明的目的是，為離心壓縮機創造一種構造輕便的殼體，在壓縮機轉輪損壞的 情況下減少壓縮機轉輪的四處飛散的部件的危險。按本發明，此目的藉助權利要求1的特徵得以實現。從屬權利要求給出了適宜的 改進方案。按本發明的用於離心壓縮機的殼體包括至少兩個合成材料製成的殼體部件構成， 它們一方面用來容納壓縮機轉輪，另一方面在它們之間構成螺旋形的壓縮機通道(下面稱 為螺旋形通道)。此外，此殼體具有將壓縮機轉輪至少部分地環形包圍的安全結構。此安全 結構可使殼體達到明顯更大的剛性和堅固性，因此在壓縮機轉輪破碎的情況下大大提高安 全性。斷裂的轉輪部件由於壓縮機轉輪的高速旋轉會切向地外甩並抵達安全結構上，此安 全結構加固了殼體的壁並防止它由於轉輪部件的動能而變形或破碎。按安全結構的第一有利的實施例，穩定元件位於構成為環形腔的中空腔中，此中 空腔設置在壓縮機轉輪容納腔和螺旋形通道之間。此環形腔因此直接在徑向方向上連到壓 縮機轉輪上，其中位於環形腔中的穩定元件在出現意外時截住壓縮機轉輪的碎片。
此環形腔優選由兩個殼體部件限界，在此尤其指位於內部的中間部件和上方部 件，此中間部件當作形成壓縮機轉輪容納腔的軸瓦，此上方部件構成為壓縮機前端部件並 放置在中間部件上。此穩定元件優選與中間罩(Mittelschale)構成為一體，其中原則上附 加或備選地可考慮把穩定元件與上方部件設計成一體。在與中間部件構成為一體的情況 下，穩定元件從中間部件的壁出發沿徑向朝外延伸到環形腔中。按第二有利的實施例，安全結構作為穩定元件與作為殼體的壓縮機後壁的下方部 件構成為一體。在這種情況下有利的是，穩定元件沿著下方部件的徑向外側面延伸。因此， 穩定元件包圍殼體因而也沿著殼體外壁包圍壓縮機轉輪容納腔，其中碎裂的轉輪部件首先 被位於殼體內部的壁制動，只有在穿透這個沿徑向位於內部的壁之後才能抵達穩定元件， 此穩定元件額外地給整個殼體增加了穩定性，並負責提供足夠的穩定性以防止殼體被碎裂 的轉輪部件穿透。因為轉輪部件被其它位於內部的壁制動，所以穩定元件原則上設計得具 有較低強度就足夠了。原則上還可能的是，既設置位於內部的穩定元件，它適宜地設置在包圍壓縮機轉 輪的環形腔中，還在殼體外側面上設置額外的、沿徑向位於外部的穩定元件。穩定元件的加固元件優選構成為徑向的加強筋，它們以有規律或無規律的間隔沿 著穩定元件的長度在徑向方向上延伸。在穩定元件(其在殼體的圓周方向中延伸)的長度 上，加強筋可具有交替的徑向膨脹，這與在壓縮機轉輪的殼體中或者說在壓縮機轉輪的殼 體上的情況相適配，尤其在穩定元件位於內部時與容納的中空腔的形狀相適配。為了進一步改善穩定性，在穩定元件中設置了連接片，它將單個的加強筋相互連 接起來，並在穩定元件的縱向上延伸。尤其在穩定元件的縱軸線方向上，因而也橫向於單個 加強筋的平面，此連接片大大提高了堅固性和穩定性。殼體部件優選由合成材料製成，尤其由熱塑性的合成材料例如聚苯硫醚(PPS)制 成，它適合用噴塑方法。此合成材料用填充料如玻璃纖維填充，以便進一步改善性能。在圓周上也可分散著多個單個的穩定元件，它們分別設有加固元件。既在直接包 圍壓縮機轉輪的環形腔中，也在殼體的外側上，可以相應設置僅僅一個亦或多個穩定元件。在軸線方向上，環形腔以有利的方式至少在壓縮機轉輪的軸線長度上延伸，其中 必要時也可以考慮基本在對環形腔殼體進行限界的殼體部分之一的長度上延伸。在徑向方向上，環形腔具有延伸段，此延伸段允許放入穩定元件。就限界的壁的壁 厚而言，此徑向延伸段優選是壁厚的多倍，例如三至五倍的壁厚。此外還適宜的是，環形腔 的徑向延伸段在圓周上看與螺旋形的壓縮機通道的形狀相適配。因為壓縮機通道在圓周方 向上具有變化的直徑，與在壓縮機通道的直徑較大的截段中相比，在直徑較小的截段中為 環形腔提供了更大的徑向延伸段。由熱塑性的合成材料尤其PPS製造壓縮機殼體的優點是製造容易，而且再生性 好。在用噴塑方法進行製造時，可放棄熱熔芯技術(Kernschmelztechnik)，而是只需在噴塑 方法中藉助簡單構成的、能夠在開閉方向上封閉的工具就能實現。另一優點在於殼體的復 雜幾何形狀的製造，例如具有多個側面凹陷的螺旋形通道。最後，熱塑性的合成材料能以很 高的尺寸精度製成，因此可省略再加工並把它保持在限定範圍之內。此外，熱塑性的合成材 料是耐熱的、壓力密封的，並因此在重量輕的前提下具有良好的隔聲性能。另一具有優點的可能性在於，殼體部件由固定不變的壁厚構成，因此可避免材料堆積，並減少裂縫形成的風險。殼體部件尤其可通過超聲波焊接的方式焊接在一起。為了能把焊接過程所需的超 聲波探頭(超聲波發生器)以簡單的方式定位在預先規定的焊縫上，待焊接的殼體部件之 間的接觸區域以有利的方式位於殼體的軸向端面附近，尤其位於流入側附近。此外，殼體部 件之間的接觸區域優選與螺旋形的壓縮機通道相隔一段距離，因此不期望的、由焊接產生 的毛刺不會影響在螺旋通道內側的空氣傳導。按另一有利的實施例，殼體整體上包括三個殼體部件，它們是當作壓縮機前端部 件的上方部件、當作壓縮機後壁的下方部件以及當作位於內部的軸瓦的中間部件。上方部 件和下方部件構成為外部的殼體部件，中間部件定位在它們之間，此中間部件用來容納壓 縮機轉輪。環形腔優選設置在中間部件和上方部件之間。既在環形腔中，也在下方部件上 可分別設置一體構成的穩定元件。按本發明的一個可能的構造方案，中間部件設置在包圍壓縮機轉輪的軸向部段 上，此軸向部段具有沿徑向向外指向的加強筋。此外適宜的是，在上方部件和下方部件之間 構成螺旋形通道，其中螺旋形通道的壁在下方部件中由在圓周方向上擴展的彎拱構成。因 此，用來阻擋或抵禦的設備可按目標地構成在有可能遭受最大負荷的彎拱上。對此的實施 方式是，加強筋成型在下方部件的包圍螺旋形通道的區域中。按備選的構造方案，在下方部件的包圍螺旋形通道的區域中，在合成材料中嵌入 網狀物或織物。此網狀物或織物優選由尼龍纖維構成。此網狀物可安放在外面或放入噴塑 模具中，並藉助合成材料擠壓包封，並由此嵌入到殼體部件中。在另一實施例中，上面描述的安全結構相互組合地轉移到一個構件上，以便確定 高度的運行安全性。


從其它的權利要求、附圖描述和圖紙中得出其它的優點和適宜的實施例。在這些 附圖中，相同的部件設置有相同的參考標記。其中圖1在軸向剖面圖中示出了離心壓縮機的殼體，其包括三個單獨的、由熱塑性合 成材料構成的殼體部件，其中在位於內部的中間部件和上方部件之間構成了圍繞壓縮機轉 輪容納腔的環形腔，此環形腔具有容納在其中的、具有加強筋的穩定元件，此穩定元件與中 間部件構成為一體；圖2在軸向剖面圖中示出了嵌有網狀物的殼體；圖3在剖面圖中示出了具有加強筋和嵌有網狀物的殼體；圖4在剖面圖中示出了離心壓縮機的具有加強筋的殼體；圖5在透視圖中示出了殼體，但沒有上方部件；圖6在透視圖中示出了已安裝好的包含上方部件的殼體；圖7在透視圖中示出了中間部件，其具有帶加強筋的穩定元件；圖8在透視圖中示出了具有一體成形的穩定元件和處於徑向外側面上的加強筋。
具體實施例方式圖1示出了由三個殼體部件構成的殼體1，用於內燃機的廢氣渦輪增壓器的離心壓縮機，內燃機的廢氣驅動渦輪，此渦輪抗扭轉地與壓縮機轉輪相連，此壓縮機轉輪可旋轉 地支承在殼體1中。通過壓縮機轉輪的旋轉，在吸入側吸入燃燒空氣，並將其壓縮成加高的 增壓壓力，燃燒空氣在此增壓壓力下輸入內燃機的氣缸中。在上方部件2和下方部件3之 間設置有中間部件4。這些殼體部件2、3、4由熱塑性的合成材料構成，優選由PPS(聚苯硫 醚)構成。在上方部件2上構成有兩個環狀的連接面5、6，其中中間部件4的相應端面7位 於連接面5上，下方部件3的端面8位於連接面6上。連接面5和端面7以及連接面6和 端面8分別構成焊接區9、10。環槽11用來在焊接時容納熔化的材料。朝下敞開的彎拱12成型在上方部件2上，此彎拱12呈環形延伸並在圓周方向上 擴展。在此彎拱12的沿徑向位於內部的端部上，一個與上述擴展形狀相匹配的穹隆形部段 14靠在接觸面13上，此穹隆形部段14成型在中間部件4上。此中間部件4還具有軸向部 段15，此軸向部段15具有朝向徑向部段17的穹隆16，穹隆形部段14成型在此徑向部段17 上。下方部件3基本構成為環形的、在圓周方向上擴展的彎拱18，一個沿徑向朝上延 伸的套筒19連在此彎拱18上，端面8位於套筒19的上方端部上。上方部件2的軸向部段 20貼靠在套筒19的內壁上，因此殼體1在此區域中是雙壁的。下方部件3構成在它的下側 面上，用來容納圖中未示出的殼底，其中沿徑向朝內指向的隆起21設置在下方部件3上。如圖1所示，在上方部件2上的彎拱12、在中間部件4上的穹隆形部段14以及在 下方部件3上的彎拱18構成一個螺旋形通道25。作為用來阻擋或抵禦的設備，許多肋狀物22成型在軸向部段15的徑向外部壁上， 此軸向部段15構成壓縮機轉輪的容納腔34，許多肋狀物23成型在彎拱18的外側上，通過 它們來實現殼體1的加固。在壓縮機轉輪的部件折斷時，通過這些加固手段，可採取預防措 施來阻止殼體1的穿透。在按圖2的實施例中示出了用於離心壓縮機的殼體1，它基本上與圖1的殼體相一 致。相同部件的參考標記與圖1相同。作為用來阻擋或抵禦的設備，在圖2的殼體1上，在 彎拱18的區域內設置了強化元件24，它由網狀物、織物(其優選由尼龍纖維構成)組成。 此網狀物或織物在製造下方部件3時放入噴塑模中，因此它被合成材料包圍並嵌入到合成 材料中。圖3在軸向剖面圖中示出了用於離心壓縮機的殼體1，它的結構和造型與圖1和2 的相一致。因此對於相同的部件，其參考標記也與圖1和2的相一致。作為用來阻擋或抵 御的設備，在圖3的實施例中，在下方部件3上，在彎拱18的區域內設置有增強部件24，此 增強部件24具有網狀物或由尼龍纖維構成的織物，在中間部件4的軸向部段15上設置有 許多肋狀物22，它們與中間部件4構成為一體。通過把加固手段和安全措施結合起來，既可 防止中間部件4的穿透，也可防止下方部件3的穿透。上方部件2不會遭受壓縮機轉輪的 折斷部件的這種危險，因為殼體1在套筒19和軸向部段20的範圍內是雙層壁的，當部件在 軸向上轉向時，這些部件的運動能量明顯減少。圖4所示的殼體1示出了成型在下方部件3上的出口管接頭31以及成型在上方 部件2中的吸入管接頭26。此殼體1是由三個部件構成，具有設計成壓縮機後壁的下方部 件3、當作壓縮機前端部件的上方部件2以及中間部件4，此中間部件4是指位於內部的軸 瓦並對作為用於容納和支承壓縮機轉輪的軸向部段15的壓縮機轉輪容納腔34進行限界，此壓縮機轉輪在此實施例中設置了參考標記27並只是以隱含的方式用虛線表示。燃燒空 氣通過構成在上方部件2中的吸入管接頭26軸向地輸入到壓縮機轉輪27中。壓縮的燃燒 空氣徑向地通過擴散器28導入螺旋形通道25中，此螺旋形通道25由上方部件2和下方部 件3限界並通入出口管接頭31中，壓縮的燃燒空氣通過此出口管接頭31最終輸入到內燃 機的氣缸中。在下方部件2和中間部件4之間構成有環繞的環形腔29，此環形腔29徑向地包圍 軸向部段15，並通過中間部件4的壁與軸向部段15流動密封地分隔開來。此環形腔29的 軸向延伸基本與中間部件4相同，因而也與軸向部段15相同。穩定元件22位於環形腔29中，此穩定元件22與中間部件4構成為一體並設置在 軸瓦的管接頭式的壁的徑向外側面上。此穩定元件22由許多單個的加強筋30構成，它們 分在徑向方向上從管接頭式的壁的外側面開始延伸，並在必要的情況下在圓周方向上具有 額外的元件。這些加強筋30位於環形腔29的內部，並在圓周方向上分布在環形腔的長度 上。在徑向方向上，這些加強筋30將環形腔完全填滿，因此，加強筋的徑向的、位於外面的 自由端面貼靠在環形腔29的徑向位於外面的限界壁的內側面上。穩定元件22包圍壓縮機 轉輪27並還在發生意外時承擔穩定功能以便強化殼體1，方法是，壓縮機轉輪27的切向地 外甩的碎裂的轉輪部件被此穩定元件22截住。殼體部件2、3、4由熱塑性的合成材料構成，並以超聲波焊接的方式接合在一起。 這一點通過以下方式實現，即超聲波發生器放置在下方部件3和上方部件2之間的接觸區 域6上，或安置在中間部件4或上方部件之間的接觸區域5上，以便執行超聲波焊接的過 程。下方部件3和上方部件2之間的第一接觸區域6位於徑向朝外的區域中，鄰近構成殼體 流入側的端面。與此相反，接觸區域5則徑向朝內偏置地位於中間部件4和上方部件2之 間，並直接鄰近壓縮機轉輪容納腔的軸向部段15，但同樣在殼體的面向流入側的一側上。在 所有的實施例中，這些殼體部件都由可噴塑的熱塑性合成材料例如聚苯硫醚(PPS)構成。中間部件4以這種方式成型，即在環形腔29的區域中在中間部件4內構成環槽 32，此環槽32由有待放置以形成環形腔29的上方部件2補充。此外，在圖4中還標出了出 口管接頭31，收集在螺旋形通道25中的壓縮的燃燒空氣通過此出口管接頭31導出。在圖5中示出了還未裝上上方部件2的殼體1。可看到具有許多加強筋30的下方 部件3和中間部件4，這些加強筋30構成穩定元件22、23並與中間部件4構成為一體，並徑 向朝外延伸。這些加強筋30在整個圓周上圍繞中間部件4的管接頭26延伸，此管接頭26 對壓縮機轉輪容納腔34的軸向部段5進行限界。另一穩定元件23位於下方部件3的壁的徑向外側面上。此穩定元件23也與位於 內部的、構成在中間部件4上的穩定元件22 —樣由單個的加強筋30構成，這些加強筋30 在壁上徑向朝外延伸。加強筋30被連續構成的連接片33連接，此連接片33在圓周方向上 延伸並明顯提高了穩定性和剛性。總的說來，穩定元件包括加強筋和連接片只是在下方部 件的部分圓周上延伸。圖6示出了已安裝好的殼體1的整體視圖，其具有上方部件2、下方部件3和中間 部件4。具有加強筋30的穩定元件23與環繞的連接片33設置在圓周的外面。視構造空間 比例而定，這些加強筋也可通過多個連接片彼此相連。圖7和8分別在透視的細節圖中示出了中間部件4和下方部件2。從這兩個視圖中可看出，加強筋30的徑向延伸在圓周方向上是變化的，因此相比之下，在圓周方向上的 加強筋30具有與其它圓周位置上的加強筋不同的徑向延伸。此外可看到，中間部件4上的 加強筋30具有下凹的上表面，而下方部件3上的加強筋30具有凸起彎曲的形狀。
權利要求
一種尤其用於渦輪增壓器的離心壓縮機殼體，包括殼體(1)，此殼體具有至少兩個由合成材料製成的殼體部件(2、3、4)，其中設置了壓縮機轉輪容納腔(34)和螺旋形通道(25)，其特徵在於，設置了將壓縮機轉輪容納腔(34)和/或殼體(1)至少部分地環形包圍的安全結構(22、23、24、30、33)，此安全結構至少與殼體部件(2、3、4)中的一個不可拆分地相連。
2.按權利要求1所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，安全結構(22、23、24、30、33)具 有穩定元件(22、23、30、33)，所述穩定元件與殼體部件(2、3、4)尤其以噴塑技術構成為一體。
3.按權利要求2所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，在殼體(1)中在軸向部段(15) 和螺旋形通道(25)之間置入了作為環形腔(29)構成的中空腔，所述中空腔環形包圍壓縮 機轉輪容納腔(34)，並且在所述中空腔裡面容納有穩定元件(22)。
4.按權利要求3所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，環形腔(29)由兩個殼體部件 (3,4)限界，尤其對環形腔(29)進行限界的殼體部件(3、4)作為位於內部的、形成軸向部段 (15)的中間部件(4)並作為上方部件(2)構成。
5.按權利要求4所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，穩定元件(22)與中間部件(4) 構成為一體。
6.按權利要求2至5之任一項所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，殼體部件(2、3、4) 中的一個設置為下方部件(3)，穩定元件(23)與此下方部件(3)構成為一體。
7.按權利要求6所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，下方部件(3)具有徑向的外側 面，穩定元件(23)在此外側面上沿徑向方向延伸。
8.按權利要求2至7之任一項所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，穩定元件(22、23) 作為多個在圓周上分布的徑向加強筋(30)構成。
9.按權利要求8所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，為了連接加強筋(30)設置了至 少一個連接片(33)，此連接片(33)與殼體部件構成為一體。
10.按權利要求1所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，安全結構(22、23、24、30、33)具 有用於阻擋或抵禦壓縮機轉輪的斷裂部件的設備。
11.按權利要求10所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，包圍壓縮機轉輪容納腔(34) 的中間部件(4)在軸向部段(15)上設有沿徑向朝外指向的加強筋(22)。
12.按權利要求10或11所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，在第一殼體部件(2)和 第二殼體部件(3)之間構成螺旋形通道(25)，其中在第二殼體部件(3)上通過在圓周方向 上擴展的彎拱(18)構成螺旋形通道(25)的壁。
13.按權利要求12所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，加強筋(23)成型在彎拱(18) 的區域內。
14.按權利要求12所述的離心壓縮機殼體，其特徵在於，在彎拱(18)的區域內將網狀 物或織物作為強化元件(24)嵌入到合成材料中。
15.一種尤其用於渦輪增壓器的離心壓縮機，包括殼體(1)，此殼體具有壓縮機轉輪容 納腔(34)、螺旋形通道(25)和壓縮機轉輪(27)，其特徵在於，此殼體(1)按上述權利要求 之任一項來構造。
全文摘要
本發明涉及一種離心壓縮機殼體，尤其用於內燃機的渦輪增壓器，此殼體包括至少兩個由合成材料製成的殼體部件(2、3、4)，其中設置了壓縮機轉輪容納腔(34)和螺旋形通道(25)，並且具有將壓縮機轉輪容納腔和/或殼體(1)至少部分地環形包圍的安全結構(22、23、24、30、33)，所述安全結構至少與殼體部件中的一個不可拆分地相連。
文檔編號F04D29/42GK101965460SQ200880116963
公開日2011年2月2日 申請日期2008年11月20日 優先權日2007年11月20日
發明者B·胡爾德曼, H·克拉德克, H·希克, 託馬斯·切赫 申請人:曼·胡默爾有限公司