專利名稱：負(fù)載壓縮機蝸殼殼體的制造技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開主要涉及用于輔助動力裝置的負(fù)載壓縮機的組裝。更具體地，本公開涉及用于輔助動力裝置的負(fù)載壓縮機蝸殼殼體的制造。
背景技術(shù)：
飛機將輔助動力裝置用于在飛行中重啟主發(fā)動機以及在地面操作期間提供壓縮空氣和電能。輔助動力裝置通常包括驅(qū)動負(fù)載壓縮機的小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。負(fù)載壓縮機生成能夠被用于環(huán)境系統(tǒng)以及輔助啟動主發(fā)動機的壓縮空氣。負(fù)載壓縮機包括葉輪，葉輪由小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機驅(qū)動以生成被引導(dǎo)通過排氣蝸殼的壓縮空氣。蝸殼是由負(fù)載壓縮機殼體界定的引導(dǎo)壓縮空氣通過單個出口的渦旋通道。渦旋通道通常通過已知的脫蠟鑄造過程成形。脫蠟鑄造對于某些材料可能很低效并且因此限制了用于成形蝸殼殼體的材料。

發(fā)明內(nèi)容
公開的一種制造負(fù)載壓縮機蝸殼殼體的方法包括鍛造被機加工并隨后焊接在一起的近終形部件的步驟。被鍛造的部分被機加工以確定蝸殼殼體的特有特征以及配合面。負(fù)載壓縮機蝸殼殼體包括從在蝸殼殼體中心空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)的葉輪接收氣流的渦旋室和環(huán)形通道。在渦旋室內(nèi)確定頂部部分和底部部分之間的交界面。交界面處的焊縫提供了渦旋室內(nèi)的精加工表面，以使氣流不會受到不利影響并且在渦旋室內(nèi)在焊縫成形后不再需要另外的機加工。頂部部分和底部部分在以鋁坯開始的近終形鍛造過程中成形。從坯料開始的鍛造操作提供了使用其他工藝無法可靠獲得的蝸殼殼體均質(zhì)材料組成。能量射束被引導(dǎo)通過環(huán)形通道進(jìn)入渦旋室內(nèi)并引向外壁以形成所需的焊縫。精加工的焊縫在渦旋室內(nèi)提供不會不利地改變流動性質(zhì)的期望光潔度。根據(jù)以下的說明內(nèi)容和附圖能夠很好地理解本發(fā)明的各種特征，下面的內(nèi)容是附圖的簡要說明。


圖I是示例性輔助動力裝置的示意圖。圖2是一部分示例性輔助動力裝置的截面圖。圖3是用于輔助動力裝置的負(fù)載壓縮機的截面圖。圖4是用于負(fù)載壓縮機的不例性蝸殼殼體的截面圖。圖5是蝸殼殼體頂部部分的透視圖。圖6是蝸殼殼體底部部分的示意圖。圖7是示出了示例性蝸殼殼體頂部半部和底部半部的焊接的截面圖。圖8是完成的示例性渦旋式壓縮機殼體的透視圖。
具體實施例方式參照圖I和圖2，示例性的輔助動力裝置10包括驅(qū)動負(fù)載壓縮機14和附件驅(qū)動裝置16的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12。負(fù)載壓縮機14生成被驅(qū)動通過管道18的壓縮空氣。燃?xì)廨啓C12包括將空氣引入壓縮機42內(nèi)的入口。壓縮機42是安裝在由渦輪44驅(qū)動的軸桿40上的葉輪。由壓縮機42吸入的空氣被驅(qū)動送至燃燒器46，在此將燃?xì)馀c壓縮空氣混合并點燃。點燃的燃?xì)馍杀或?qū)動沖向渦輪44以驅(qū)動壓縮機42的氣流。軸桿40上還裝有用于負(fù)載壓縮機14的葉輪38。因此，負(fù)載壓縮機14由共用軸桿40上的渦輪44驅(qū)動。參照圖3并且繼續(xù)參照圖2，負(fù)載壓縮機14包括界定出渦旋室22的蝸殼殼體20。通道24用于讓氣流從葉輪38流入渦旋室22內(nèi)。壓縮空氣被驅(qū)動從渦旋室22通過通道18到達(dá)使用壓縮空氣的各個裝置和附屬設(shè)備。正如應(yīng)該想到的那樣，壓縮空氣可以被用于飛機環(huán)境控制系統(tǒng)并且還可以被用于幫助啟動飛機的主發(fā)動機。而且，術(shù)語蝸殼或渦旋也被本領(lǐng)域技術(shù)人員用于描述示例性蝸殼殼體20以及從擴壓器排氣環(huán)路收集氣流并將該氣流輸送至下游管路的其他結(jié)構(gòu)。
示例性蝸殼殼體20由頂部部分50和底部部分52制成。蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52界定了渦旋室22和環(huán)形通道24。蝸殼殼體20通過將頂部部分50焊接至底部部分52制成。希望在渦旋室22內(nèi)提供光滑的表面光潔度以使氣流不會受到表面光潔度中的任何不一致的不利影響。因此，在蝸殼殼體20的頂部部分和底部部分上確定的配合面之間的交界面58產(chǎn)生了渦旋室22的期望內(nèi)部表面光潔度的很小的中斷。渦旋室22的外壁28包括內(nèi)表面30和外表面32。內(nèi)表面和外表面32由外壁28界定。凸臺34被設(shè)置在蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52之間的配合面的位置。凸臺34為焊縫交界面58提供了額外的材料。參照圖4并且繼續(xù)參照圖3，蝸殼殼體20包括通向內(nèi)腔36的內(nèi)周邊的內(nèi)部環(huán)形通道24，內(nèi)腔36界定出葉輪38在其中旋轉(zhuǎn)的空間。參照圖5和圖6，蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52通過鍛造操作成形。鋁合金材料被用于制造示例性蝸殼殼體20的示例性頂部部分50和底部部分52。某些鋁合金與脫模鑄造過程不兼容。在這樣的非兼容性合金中，合金成分熔融溫度的差異不能在脫蠟?zāi)Ｖ七^程中提供均勻的元素分布并因此導(dǎo)致不合期望的加工低效。示例性蝸殼殼體20利用擠壓成形的鋁材制成。鋁材被擠壓為坯料并通過鍛造操作成形為近終形結(jié)構(gòu)。在完成鍛造操作之后，就將各種特征機加工到頂部部分50和底部部分52中每一個內(nèi)。在鍛造之后形成配合面54和56以界定出蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52之間的焊縫和配合交界面58。其他的表面也被機加工以提供完整蝸殼殼體20所需的結(jié)構(gòu)并包括用于軸桿軸承的開口以及葉輪38在其中旋轉(zhuǎn)的內(nèi)腔36。一旦完成所需的機加工操作并提供了在期望容差以內(nèi)的機械表面，就在配合面54和56以期望方式被對齊的情況下將頂部部分和底部部分固定在一起。參照圖7，利用能量射束焊接方法焊接現(xiàn)已對齊的蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52。在本示例中，電子束62被用于在頂部部分50和底部部分52之間成形期望的焊縫。在本示例中，電子束焊機64生成被引導(dǎo)通過通道24射向外壁28的電子束62。電子束62被指引或引導(dǎo)通過通道24射向外壁28的內(nèi)表面30。電子束62被導(dǎo)向的具體位置是配合面54和56之間的交界面58。被引導(dǎo)的能量射束提供焊縫60以建立起不會影響通過渦旋室22期望氣流性質(zhì)的充分精加工的表面。焊接射束62以連續(xù)的方式圍繞渦旋室22的圓周施加。這可以通過旋轉(zhuǎn)電子束62以使其被引導(dǎo)通過通道24或者通過旋轉(zhuǎn)蝸殼殼體20已組裝的頂部部分和底部部分來實現(xiàn)。電子束62提供穿過外壁28整個厚度的焊縫60以形成期望的接合部。在外壁28的外表面上，凸臺34被設(shè)置以用于進(jìn)一步為焊縫60提供空間。一旦完成期望的焊縫，渦旋式壓縮機即被精加工以完成蝸殼殼體20的制造。正如應(yīng)該想到的那樣，盡管公開了電子束焊接過程，但是也可以使用其他的射束焊接過程例如激光焊接。參照圖8，完成的蝸殼殼體20如圖所示并且包括單件式殼體的所有特征而并無脫蠟?zāi)Ｖ萍庸み^程造成的低效。因此，用于負(fù)載壓縮機的示例性蝸殼殼體在渦旋室內(nèi)提供了期望的表面光潔度且 無需付出加工低效的犧牲。而且，電子束焊接方法允許在渦旋室內(nèi)精確施加焊縫而不必修改部件結(jié)構(gòu)。盡管已經(jīng)公開了示例性的實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該意識到在本公開的保護(hù)范圍內(nèi)可以進(jìn)行一定程度的修改。為此，應(yīng)該研讀以下的權(quán)利要求以確定本發(fā)明的保護(hù)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制造用于負(fù)載壓縮機的蝸殼殼體的方法，包括 成形包括渦旋室第一部分的頂部部分； 成形包括渦旋室第二部分的底部部分，渦旋室包括外壁和通向內(nèi)周邊的通道； 在頂部部分上成形第一配合面且在底部部分上成形第二配合面； 在第一和第二配合面對齊的情況下將頂部部分固定至底部部分； 弓丨導(dǎo)能量射束通過所述通道以在渦旋室內(nèi)接合第一和第二配合面之間的交界面；并且 利用被引導(dǎo)的能量射束在交界面處成形焊縫。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中渦旋室包括外壁，頂部部分和底部部分之間的交界面位于所述外壁處。
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其中外壁包括構(gòu)成一部分潤旋室的內(nèi)表面和構(gòu)成蝸殼殼體外表面的外表面。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中被引導(dǎo)的能量射束包括在渦旋室內(nèi)的外壁內(nèi)表面上成形焊縫的電子束。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，包括在外壁的外表面上成形與第一和第二配合面之間的交界面相對應(yīng)的凸臺。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，包括用電子束在渦旋室內(nèi)第一和第二配合面的交界面處形成精加工表面。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，包括鍛造頂部部分和鍛造底部部分。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，包括在用被引導(dǎo)的能量射束形成交界面處的焊縫之后利用機加工工藝在蝸殼殼體上成形精加工表面。
9.一種組裝用于輔助動力裝置的負(fù)載壓縮機的方法，包括 通過以下步驟成形用于負(fù)載壓縮機的蝸殼殼體成形包括渦旋室第一部分和第一配合面的頂部部分，成形包括渦旋室第二部分和第二配合面的底部部分，渦旋室包括外壁和通向內(nèi)周邊的通道，并且通過弓I導(dǎo)能量射束通過所述通道以接合渦旋室內(nèi)的交界面而在第一和第二配合面之間的交界面處形成焊縫；以及 在蝸殼殼體內(nèi)成形的中心空腔中支撐葉輪，葉輪被支撐用于在軸桿上旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中渦旋室包括外壁，頂部部分和底部部分之間的交界面在所述外壁處。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中被弓I導(dǎo)的能量射束包括在渦旋室內(nèi)的外壁內(nèi)表面上成形焊縫的電子束。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，包括用電子束在渦旋室內(nèi)第一和第二配合面的交界面處成形精加工表面。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，包括鍛造頂部部分和鍛造底部部分。
14.一種用于輔助動力裝置的負(fù)載壓縮機，包括 蝸殼殼體，包括焊接至底部部分的頂部部分，從而界定出具有外壁和通向內(nèi)腔的通道的渦旋室，頂部部分和底部部分之間的焊接交界面被設(shè)置在渦旋室內(nèi)的外壁上；以及被支撐用于在內(nèi)腔中旋轉(zhuǎn)的葉輪。
15.如權(quán)利要求14所述的用于輔助動力裝置的負(fù)載壓縮機，包括被支撐在蝸殼殼體內(nèi)用于支撐軸桿旋轉(zhuǎn)的軸承裝置，軸桿支撐葉輪的旋轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求15所述的用于輔助動力裝置的負(fù)載壓縮機，其中蝸殼殼體的外壁在焊接交界面的位置包括凸臺。
全文摘要
本發(fā)明涉及負(fù)載壓縮機蝸殼殼體的制造。一種制造負(fù)載壓縮機蝸殼殼體的方法包括鍛造被機加工的并隨后焊接在一起的近終形部件的步驟。鍛造部分被機加工以確定蝸殼殼體的特有特征以及配合面。頂部部分和底部部分之間的交界面被限定在渦旋室內(nèi)。在交界面處的焊縫提供了渦旋室內(nèi)的精加工表面，以使氣流不會受到不利影響并且在渦旋室內(nèi)在焊縫成形后不再需要另外的機加工過程。
文檔編號F04D29/42GK102900701SQ201210259110
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者J.L.穆爾, M.A.費希伯恩, J.斯卡, N.N.克拉亞, D.J.里德 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司