[发明专利]叶轮和可更换的突鼻件

说明书

技术领域

本文中公开的主题内容主要涉及用于内燃发动机的涡轮机械，并且具体涉及被设置用于接纳突鼻件的压缩机叶轮。

背景技术

废气驱动的涡轮增压器包括旋转组件，其中包括通过轴杆彼此连接的涡轮机叶轮和压缩机叶轮。轴杆通常由一个或多个轴承(例如油润滑轴承、空气轴承、滚珠轴承、磁力轴承等)可旋转地支撑在中间壳体内。在工作期间，来自内燃发动机的废气驱动涡轮增压器的涡轮机叶轮，其进而驱动压缩机叶轮以给送往内燃发动机的充气空气加压。

在工作期间，涡轮增压器的旋转组件必须要在大范围的转速上运行。根据涡轮增压器的规格，所达到的最高转速可能会超过200,000rpm。因为旋转组件的大工作范围和固有设计，绝大部分涡轮增压器的旋转组件都符合“挠性转子”的定义。挠性转子需要独特的平衡过程以确保所有平衡面内的剩余失衡都被控制并且结果是用贯穿整个工作范围的失衡响应测试验证过的。平衡良好的涡轮增压器旋转组件对于恰当的转子动态性能来说非常关键。用于实现低水平失衡的努力有助于确保轴杆稳定性和最小化转子偏斜以进而用于降低轴承负荷。降低轴承负荷实现增强耐用性和降低(例如由于传输振动造成的)噪声。

为了减轻振动，涡轮增压器的旋转组件平衡包括部件和装置的平衡。独立部件例如压缩机和涡轮机叶轮装置通常是利用低转速过程进行平衡，而装置(例如完全组装好的旋转组件)通常是利用高转速平衡过程进行平衡。通常，仅利用在旋转组件的压缩机端上的校正来改善装置的平衡质量。

压缩机叶轮设计可以有两种主要类型，分别是有通孔的类型和无通孔的被称为“无孔”的类型。对于有通孔的压缩机叶轮，组装过程包括在叶轮的通孔内插入轴杆并用锁紧螺母将叶轮固定至轴杆。装置随后被安装在高速平衡机内用于测量和校正。高速平衡器提供了一种以需要的高速操作旋转组件从而提供充分的测量和校正的装置。可以使用仪表例如加速计来测量失衡从而根据振动或重力加速度来提供失衡指示。除了振动响应的大小以外，由高速平衡器提供的信息还可以通过例如指示从锁紧螺母上去除材料以改善平衡的位置(例如失衡相角)来引导操作人员。为了测量失衡相位，高速平衡器可以依赖于磁场传感器或光学传感器。对于磁场传感器来说，锁紧螺母被磁化(也就是由可磁化的材料制成)；而对于光学传感器来说，在锁紧螺母或叶轮上加工出的一个或多个标记即可满足需要。磁性方法通常因为比光学方法更加准确和可靠而成为优选方法。

对于常规的无孔压缩机叶轮，不幸的是上述用于平衡的磁化锁紧螺母的方法无法应用。无孔压缩机叶轮经常被用于其中压缩机叶轮的高应力使得去掉穿过叶轮的通孔有利于减小可能成为高转速下故障源的叶轮中心处应力的应用场合。为了平衡无孔的压缩机叶轮，与其他类型的叶轮一样，也必须要去除材料。但是，无孔压缩机叶轮仅有的选择是从叶轮自身直接去除材料。因此在去除部分材料之后需要进一步进行平衡时可能会出现问题。例如，如果在最终的旋转组件平衡操作期间无法通过进一步去除材料达到可接受的平衡，那么压缩机叶轮就必须报废。具体地，无孔压缩机叶轮的突鼻经常只能进行单次平衡切削处理而不能再次切削。

而且，常规的无孔压缩机叶轮通常由铝制成，而铝并不是可磁化的材料。因此，用于测量失衡的磁场检测方法就不能使用，这是很不利的，原因在于如上所述利用磁化的平衡方法往往比光学方法更加有效。

发明内容

本文中介绍的各种技术涉及能够增强平衡并且因此减轻旋转组件振动的压缩机叶轮和突鼻件。

附图说明

通过参考以下的具体实施方式同时与附图中所示的示例相结合即可获得对本文中所述各种方法、设备、装置、系统、布置方式等及其等价形式的更加完整的理解，在附图中：

图1是涡轮增压器和内燃发动机以及控制器的示意图；

图2是常规装置的两侧视图，其中每一种装置都包括具有通孔和锁紧螺母的压缩机叶轮，锁紧螺母被固定至延伸穿过通孔的轴杆；

图3是常规装置的两侧视图，其中每一种装置都包括无孔的压缩机叶轮，具有接纳轴杆末端的插口；

图4是突鼻件示例和装置示例的一系列视图，其中每一种装置都包括无孔的压缩机叶轮，具有接纳突鼻件的插口和接纳轴杆末端的另一个插口；

图5是图4中的突鼻件和无孔压缩机叶轮插口的一系列视图；

图6是突鼻件示例和用于从突鼻件上去除材料的切口示例的一系列视图；

图7是突鼻件和无孔压缩机叶轮示例的一系列视图以及平衡设备的示意图和测得失衡相对于转速的曲线图；

图8是突鼻件和无孔压缩机叶轮示例的一系列视图；