用于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子組件的制作方法
【專利摘要】一種轉(zhuǎn)子組件，包括軸、軸承組件、葉輪和罩。該葉輪和軸承組件被安裝到軸，且該罩被安裝到軸承組件以便覆蓋葉輪。
【專利說(shuō)明】用于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子組件。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子組件可包括葉輪，該葉輪相對(duì)于固定在渦輪機(jī)內(nèi)的罩旋轉(zhuǎn)。在操作期間，該轉(zhuǎn)子組件由于不平衡的力震動(dòng)。結(jié)果，葉輪相對(duì)于罩的震動(dòng)，產(chǎn)生噪音。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在第一方面，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件包括軸、軸承組件、葉輪和罩，該葉輪和軸承組件被安裝到軸，且該罩被安裝到軸承組件以便覆蓋葉輪。
[0004]在將罩安裝到軸承組件中，葉輪相對(duì)于罩自由地旋轉(zhuǎn)。由于罩形成轉(zhuǎn)子組件的一部分，由于轉(zhuǎn)子組件的震動(dòng)導(dǎo)致的葉輪的位移伴隨著罩的位移。因此，葉輪和罩之間的間隙在不考慮轉(zhuǎn)子組件的震動(dòng)的情況下被保持。結(jié)果，在操作期間更少的噪音由轉(zhuǎn)子組件產(chǎn)生。將罩安裝到軸承組件還使得能夠在葉輪和罩之間建立良好限定的間隙。特別地，間隙可不受渦輪機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子組件的安裝或?qū)R影響。
[0005]該軸承組件可包括一對(duì)由套筒圍繞的間隔開(kāi)的軸承。該罩于是被安裝到套筒，套筒提供了相對(duì)大的表面，罩于是被安裝在該表面上。結(jié)果，相對(duì)良好的固定可被形成在罩和軸承組件之間。附加地，由套筒圍繞的間隔開(kāi)的軸承的措施增加了轉(zhuǎn)子組件的剛度，其進(jìn)而導(dǎo)致更高的第一撓曲頻率。因此，該轉(zhuǎn)子組件能夠使在更高的亞臨界速度處操作。
[0006]該軸承組件可突入葉輪。結(jié)果，更緊湊的轉(zhuǎn)子組件可被實(shí)現(xiàn)。附加地，葉輪和軸承組件之間的懸臂長(zhǎng)度被減少。因此，作用在葉輪上的不平衡的力導(dǎo)致較小力矩，且由此軸承組件的徑向負(fù)載被減少。
[0007]該罩可被粘接到軸承組件。這于是可使罩在罩的內(nèi)直徑和/或軸承組件的外直徑上沒(méi)有嚴(yán)格的公差的情況下與葉輪同中心地對(duì)齊。
[0008]該葉輪和罩可為塑料制成。于是這具有減少成本和/或轉(zhuǎn)子組件的重量的優(yōu)勢(shì)。通常與塑料部件關(guān)聯(lián)的尺寸和幾何公差可意味著塑料不適合用于某些傳統(tǒng)的渦輪機(jī)中的。例如，產(chǎn)生的公差疊加可要求不能接受的大葉輪-罩間隙。與此相反，通過(guò)安裝罩到軸承組件，良好限定的葉輪-罩間隙可被實(shí)現(xiàn)。因此，塑料葉輪和罩可被使用同時(shí)保持可接受的葉輪-罩間隙。
[0009]在第二方面，本發(fā)明提供了一種渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)包括框架和如上述任一段中所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該轉(zhuǎn)子組件在罩處或軸承組件處被安裝到框架。
[0010]因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件震動(dòng)時(shí)，葉輪相對(duì)框架的位移伴隨著罩的相當(dāng)?shù)奈灰?。結(jié)果，該葉輪-罩間隙不管轉(zhuǎn)子組件相對(duì)于框架的運(yùn)動(dòng)而被保持。
[0011]該轉(zhuǎn)子組件可在罩處和軸承組件處被安裝到框架。通過(guò)將轉(zhuǎn)子組件在軸向地間隔開(kāi)的兩個(gè)點(diǎn)處被安裝，轉(zhuǎn)子組件的剛度增加且由此更高的第一撓曲頻率被實(shí)現(xiàn)。
[0012]該轉(zhuǎn)子組件可在罩處或軸承組件處被軟安裝到框架。例如，該轉(zhuǎn)子組件可通過(guò)O環(huán)形被安裝到框架，該O環(huán)形被定位于罩或軸承組件的座中。因此，較少的轉(zhuǎn)子組件的震動(dòng)被傳輸?shù)娇蚣?。附加地，軸承組件的負(fù)載減少，且轉(zhuǎn)子組件的第一撓曲頻率增大。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]為了本發(fā)明可被更容易地理解，本發(fā)明的實(shí)施例現(xiàn)在將要參考附圖通過(guò)實(shí)例而被描述，其中:
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的截面視圖；
[0015]圖2是渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子組件的分解圖；
[0016]圖3示出了轉(zhuǎn)子組件的制造中的步驟；以及
[0017]圖4是在渦輪機(jī)的軸承組件和罩之間的粘合接合部的截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1和圖2中的渦輪機(jī)I包括轉(zhuǎn)子組件2，該轉(zhuǎn)子組件2通過(guò)一對(duì)O環(huán)形4、5被安裝到框架3。
[0019]該轉(zhuǎn)子組件2包括軸6，軸承組件7，葉輪8和罩9。該軸承組件7和葉輪8被安裝到軸6，且罩9被安裝到軸承組件7以便覆蓋葉輪8。
[0020]該軸承組件7包括一對(duì)軸承10、11，彈簧12和套筒13。
[0021]每個(gè)軸承10、11包括內(nèi)環(huán)，支撐多個(gè)球的籠和外環(huán)。該軸承10、11在階梯式區(qū)段的相對(duì)側(cè)處被安裝到軸6。每個(gè)軸承10、11的內(nèi)環(huán)鄰接階梯式區(qū)段；該階梯式區(qū)段用于將兩個(gè)軸承10、11間隔開(kāi)預(yù)定的長(zhǎng)度。
[0022]該彈簧12圍繞軸6的階梯式區(qū)段且施加軸向力到兩個(gè)軸承10、11的外環(huán)。由于該階梯式區(qū)段具有預(yù)定的長(zhǎng)度，且彈簧12具有預(yù)定的彈簧系數(shù)，每個(gè)軸承10、11預(yù)裝載有相同的預(yù)定力。
[0023]該套筒13圍繞軸承10、11和彈簧12，且通過(guò)粘合劑被固定到每個(gè)軸承10、11的外環(huán)。套筒的端部軸向地延伸超過(guò)軸承10的一個(gè)且具有直徑減小的臺(tái)階，其限定用于O環(huán)形4的一個(gè)的座14。
[0024]該葉輪8是半敞開(kāi)離心式葉輪，其包括基座15和多個(gè)葉片16。該基座15具有空氣動(dòng)力學(xué)上表面和中心孔17，葉片16繞該空氣動(dòng)力學(xué)上表面被支撐，軸6被接收穿過(guò)該中心孔17。該軸6于是通過(guò)過(guò)盈配合和/或粘合接合被固定到葉輪8。
[0025]該罩9包括轂18，遮蓋19和多個(gè)輻條20，該輻條20在轂18和遮蓋19之間徑向地延伸。該轂18是圓柱形的且包括中心孔21。該遮蓋19軸向上比轂18和在轂18和遮蓋19的上部部分之間延伸的輻條20更長(zhǎng)。該遮蓋19的內(nèi)表面具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓，其對(duì)應(yīng)于葉輪8的葉片16的邊緣。該遮蓋19的外周邊被成形以限定用于O環(huán)形的另一個(gè)的環(huán)形座22。
[0026]該罩9被固定到軸承組件7，以致該罩9覆蓋葉輪8。更具體地說(shuō)，該軸承組件7延伸穿過(guò)轂18中的孔且通過(guò)粘合劑被固定到轂18。
[0027]該轉(zhuǎn)子組件2在軸承組件和罩9兩者處被安裝到框架3。更具體地說(shuō)，該轉(zhuǎn)子組件2在每個(gè)位置處通過(guò)一個(gè)O環(huán)形4、5柔性地安裝。第一 O環(huán)形4定位在軸承組件7的座14中，且第二 O環(huán)形5定位在罩9的座22中。[0028]在渦輪機(jī)I的操作期間，由于不平衡的力該轉(zhuǎn)子組件2相對(duì)于框架3震動(dòng)。在將罩9安裝到軸承組件7中，葉輪8相對(duì)于框架3的任何位移被罩9所跟蹤。結(jié)果，葉輪8和罩9之間的間隙無(wú)視震動(dòng)被保持。因此，較少的噪音由轉(zhuǎn)子組件2產(chǎn)生。與此相反，如果葉輪8相對(duì)于罩9震動(dòng)，該震動(dòng)將壓縮且稀薄周圍的空氣，從而產(chǎn)生噪音。
[0029]將罩9安裝到軸承組件7還能夠在葉輪8和罩9之間建立良好限定的間隙。如下面描述的，當(dāng)制造轉(zhuǎn)子組件2時(shí)，該葉輪8和罩9可接觸且然后分離以便建立良好限定的間隙。該葉輪8和罩9之間的間隙因此不受渦輪機(jī)I的框架3內(nèi)的轉(zhuǎn)子組件2的對(duì)齊的影響。
[0030]將罩9安裝到軸承組件7還可對(duì)于相對(duì)柔性的和/或被要求在臨界速度或接近臨界速度處操作轉(zhuǎn)子組件具有益處。對(duì)于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子組件，葉輪相對(duì)于罩的震動(dòng)可為如此大的，以致葉輪-罩間隙必須增加以便適應(yīng)該震動(dòng)。然而，間隙的任何增加將不利地影響渦輪機(jī)的性能。通過(guò)將罩9安裝到軸承組件7中，葉輪8的震動(dòng)被罩9跟蹤。因此，較小的間隙可被使用，從而改進(jìn)渦輪機(jī)I的性能。
[0031]該葉輪8和/或罩9可通過(guò)材料或方法(其尺寸和幾何公差可能否則導(dǎo)致它們不適合用于現(xiàn)有渦輪機(jī)中)形成。例如，該葉輪8和罩9可由塑料使用模制工藝形成。通過(guò)安裝罩9到軸承組件7，良好限定的葉輪-罩間隙仍可被獲得。
[0032]軸承組件7的包括由套筒13圍繞的間隔開(kāi)的軸承10、11的措施增加了轉(zhuǎn)子組件2的剛性。這進(jìn)而增加了第一彎曲模式的頻率且由此增加了轉(zhuǎn)子組件2的臨界速度。
[0033]由于軸承10、11通過(guò)預(yù)定的間距間隔開(kāi)且彈簧13具有預(yù)定的彈簧系數(shù)，軸承10、11預(yù)裝載有相同的良好限定的力。該預(yù)載荷的大小可因此被限定以便防止在預(yù)載荷沒(méi)有過(guò)大的情況下軸承10、11滑移，其否則將導(dǎo)致不好的軸承性能。
[0034]通過(guò)將軸承組件7突入葉輪8，轉(zhuǎn)子組件2的軸向長(zhǎng)度被減少。此外，在葉輪8和軸承組件7之間的懸臂長(zhǎng)度被減少，且由此作用于葉輪8上的任何不平衡的力將導(dǎo)致更小的力矩。因此，軸承10、11的徑向負(fù)載被減少且由此軸承組件7的壽命被增加。
[0035]該轉(zhuǎn)子組件2在軸向間隔開(kāi)的兩個(gè)位置處被安裝到框架3。于是這提供了轉(zhuǎn)子組件2在框架3內(nèi)的良好穩(wěn)定性。附加地，該轉(zhuǎn)子組件2的剛度被增加且由此更高的第一撓曲頻率被實(shí)現(xiàn)。在轉(zhuǎn)子組件2到框架3的軟安裝中，較少的轉(zhuǎn)子組件2的震動(dòng)被傳輸?shù)娇蚣?。附加地，軸承組件7的加載減小且轉(zhuǎn)子組件2的第一撓曲頻率增大。然而，不管軟安裝的優(yōu)勢(shì)，該轉(zhuǎn)子組件2可能想象在一個(gè)或多個(gè)位置處被硬安裝到框架3。
[0036]在葉輪8和罩9的對(duì)齊中的任何偏心將導(dǎo)致更大的葉輪-罩間隙，其將不利地影響渦輪機(jī)I的性能。在兩個(gè)O環(huán)形的對(duì)齊中的任何偏心將意味著轉(zhuǎn)子組件2在框架3內(nèi)不對(duì)齊，也就是，轉(zhuǎn)子組件2的旋轉(zhuǎn)軸線將為傾斜的。同樣，這有可能不利地影響渦輪機(jī)I的性能。通過(guò)將罩9粘附于軸承組件7，該罩9可在固化之前與軸6同中心地對(duì)齊。因此，同中心地對(duì)齊可被實(shí)現(xiàn)在葉輪8和罩9之間且在兩個(gè)O環(huán)形4、5之間。
[0037]該軸承組件7的套筒13提供了相對(duì)大的表面，在該表面上罩9可被固定到軸承組件7。結(jié)果，相對(duì)良好的固定可被形成在罩9和軸承組件7之間。不使用粘合接合，該罩9可通過(guò)過(guò)盈配合被固定到軸承組件7。然而，于是這要求罩9的內(nèi)直徑和軸承組件7的外直徑上的更嚴(yán)格的公差以便確保罩9與軸6同中心地對(duì)齊。更嚴(yán)格的公差自然地增加轉(zhuǎn)子組件2的成本。通過(guò)將罩9粘合到軸承組件7，居中性可在更加成本有效的方式下被實(shí)現(xiàn)。而且，否則將導(dǎo)致對(duì)于實(shí)現(xiàn)過(guò)盈配合不可接受的公差的制造過(guò)程和材料可被使用。例如，該罩9可由塑料通過(guò)模制工藝的方式在不需要在模制后機(jī)械加工罩9的孔21的情況下形成。
[0038]該轉(zhuǎn)子組件2的公差疊加可意味著相對(duì)大的間隙被要求在罩9和軸承組件7之間，以便罩9可被同中心地安裝。大的間隙可意味著被用于將罩9固定到軸承組件7的粘合劑可在固化之前從兩個(gè)部件之間漏出且弄臟葉輪8。較高的粘度的粘合劑可被使用以便防止漏出。然而，填充滿罩9和軸承組件7之間的空間所需的時(shí)間于是增加。因此，一種方法現(xiàn)在將被描述，其阻止粘合劑從罩9和軸承組件7之間漏出同時(shí)保持相對(duì)快速填充時(shí)間。
[0039]現(xiàn)在參考圖3，該軸承組件7和葉輪8被首先固定到軸6以產(chǎn)生子組件23。軸承組件7和葉輪8被固定到軸6的方式不與本討論相關(guān)。該子組件23被安裝到夾具24的一個(gè)部件中且該罩9被安裝到另一部件。該夾具24作用于將罩9的O環(huán)形座22與軸6同中心地對(duì)齊。
[0040]該罩9和子組件23最初是分開(kāi)的且高粘度的粘合劑25的環(huán)被施加到軸承組件7，圖3 (a)。該罩9和子組件23然后被放在一起，導(dǎo)致軸承組件7被插入罩9的孔21，圖3 (b)。該高粘度粘合劑25在罩9和軸承組件7之間形成環(huán)形密封。由于高粘度粘合劑25被供應(yīng)到軸承組件7的位置，該粘合劑25在罩9的孔21的第一端部處形成密封。該罩9和子組件23被放在一起以致罩9接觸葉輪，其后罩9和子組件23被分開(kāi)預(yù)定距離。于是這用于限定葉輪8和罩9之間的間隙。該高粘度粘合劑25然后被固化且轉(zhuǎn)子組件2從夾具24移除。
[0041]該轉(zhuǎn)子組件2于是被倒轉(zhuǎn)且低粘度粘合劑26通過(guò)孔21的第二端部被引進(jìn)罩9和軸承組件7之間的空間，圖3 (c)。該高粘度粘合劑25充當(dāng)用于低粘度粘合劑26的止動(dòng)器或塞子，其在罩9和軸承組件7之間的空間的剩余部分內(nèi)上升且填充該剩余部分。
[0042]該罩9的孔21包括一個(gè)或多個(gè)軸向凹槽27，如圖2中所示。該低粘度粘合劑26通過(guò)凹槽27被引入，其用于向下傳送低粘度粘合劑26到高粘度粘合劑25。當(dāng)?shù)驼扯日澈蟿?6繼續(xù)通過(guò)凹槽27被引進(jìn)，該粘合劑26在罩9和軸承組件7之間的空間內(nèi)上升以便驅(qū)逐出任何空氣。于是這減少了滯留空氣的風(fēng)險(xiǎn)，其否則將導(dǎo)致較弱的粘合劑接合。附加地，罩9的孔21是錐形的。更具體地說(shuō)，該孔21從第一端部到第二端部呈錐形以致第二端部的直徑較大。因此，當(dāng)?shù)驼扯日澈蟿?6上升時(shí)，空氣被驅(qū)逐入擴(kuò)大的體積，由此也減少了滯留空氣的風(fēng)險(xiǎn)。
[0043]該凹槽27在孔21的第二端部處開(kāi)始且在第一端部處之前終止。這是用于制造罩9的模制工藝的人為產(chǎn)物。然而，優(yōu)勢(shì)在于在孔21的第一端部處之前終止凹槽27。如果該凹槽27沿孔21的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，存在該高粘度粘合劑25可未能充分地滲透入一個(gè)或多個(gè)凹槽27的可能；當(dāng)然這將取決于凹槽27的深度，以及高粘度粘合劑25被供應(yīng)到軸承組件7的數(shù)量。結(jié)果，高粘度粘合劑25可未能在罩9和軸承組件7之間形成完整的密封。通過(guò)將凹槽27在孔21的第一端部之前終止，完整的密封可在不需要過(guò)多的高粘度粘合劑25的數(shù)量的情況下被形成。附加地，相對(duì)深的凹槽27可被使用用于低粘度粘合劑26的更快傳送。
[0044]該孔21的第二端部被斜切(chamfered),如圖4中所示。該斜切部分充當(dāng)用于上升的低粘度粘合劑26的容器。因此，在被引進(jìn)罩9和軸承組件7之間的空間的粘合劑26的數(shù)量上的嚴(yán)密控制是不需要的。
[0045]在低粘度粘合劑26已被引進(jìn)之后，粘合劑26被固化的。如圖4中所示，靜結(jié)果是高粘度粘合劑25被定位于罩9的孔21的第一端部處。該低粘度粘合劑26于是從高粘度粘合劑25延伸到孔21的第二端部處。通過(guò)使用兩種不同粘度的粘合劑，罩9可在粘合劑沒(méi)有從兩個(gè)部件之間漏出的情況下相對(duì)迅速地被固定到軸承組件7。而且，通過(guò)使用低粘度粘合劑26填滿罩9和軸承組件7之間的空間，在引進(jìn)粘合劑26中可能被捕獲的任何空氣更能夠上升到頂部且逸出。因此，該低粘度粘合劑26促進(jìn)在罩9和軸承組件7之間的更均勻的粘合劑層。
[0046]該低粘度粘合劑26沿孔21軸向延伸的長(zhǎng)度比高粘度粘合劑25更長(zhǎng)。該低粘度粘合劑26因此用于提供在罩9和軸承組件7之間的粘合劑接合部的大部分強(qiáng)度。與此相反，高粘度粘合劑25主要被用于充當(dāng)用于低粘度粘合劑26的擋塊。因此，相對(duì)便宜的高粘度粘合劑25可被使用，其粘合強(qiáng)度可為相對(duì)差的。
[0047]在上述的方法中，該罩9被安裝到子組件23，其中葉輪8已被安裝到軸6。因此，僅可能將軸承組件7通過(guò)第一端部插入罩9的孔21。然而，想象得到，葉輪8可在罩9已被安裝到子組件23之后被安裝到軸6。在此情況下，軸承組件7可通過(guò)第一端部或第二端部插入到罩9的孔21。因此，該高粘度粘合劑25可被供應(yīng)到軸承組件7和/或罩9的孔21。
[0048]上述的方法可能同樣地或替代地被用于固定轉(zhuǎn)子組件2的其他部件，特別當(dāng)部件之間的間隙的尺寸阻止某些粘合劑的使用時(shí)。例如，與葉輪8關(guān)聯(lián)的尺寸公差可意味著葉輪8的孔17必須相對(duì)大，以便葉輪8的外直徑可與軸6同中心地對(duì)齊。該方法可因此被使用用于將葉輪8粘接到軸6。在此情況下，環(huán)形的高粘度粘合劑首先被供應(yīng)到軸6和/或葉輪8的孔17。軸6然后被插入葉輪8的孔17中。根據(jù)順序，其中轉(zhuǎn)子組件2是已制成的，葉輪8可被接觸罩9且然后被分開(kāi)以便限定葉輪-罩間隙。該高粘度粘合劑然后被固化，且低粘度粘合劑被引進(jìn)葉輪8和軸6之間的空間。最后，低粘度粘合劑被固化。
[0049]該方法因此適用于以時(shí)間效率高的方式固定具有相對(duì)大間隙的轉(zhuǎn)子組件的部件。而且，因?yàn)樵撻g隙可能是大的，該方法可被用于固定具有相對(duì)差的公差的部件。不管該差的公差，該部件仍可被同中心地對(duì)齊且固定。因此，該方法可被用于在不需要用于高精度制造的情況下制造同中心的轉(zhuǎn)子組件，其中高精度制造可為昂貴的和/或阻止使用某些材料和工藝。
[0050]盡管已經(jīng)參考高粘度粘合劑和低粘度粘合劑，這些標(biāo)識(shí)僅被用于指示兩個(gè)粘合劑是不同粘度的。該標(biāo)識(shí)不應(yīng)被理解為提供對(duì)粘合劑的絕對(duì)粘度的任何指示。
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)子組件，包括軸、軸承組件、葉輪和罩，所述葉輪和軸承組件被安裝到軸，且所述罩被安裝到軸承組件以便覆蓋葉輪。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中所述軸承組件包括一對(duì)由套筒圍繞的軸承。
3.如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子組件，其中所述軸承組件突入葉輪。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子組件，其中所述罩被粘合到軸承組件。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子組件，其中所述葉輪和所述罩是由塑料形成。
6.一種渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括框架和如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)中所述的轉(zhuǎn)子組件，其中所述轉(zhuǎn)子組件在罩處或軸承組件處被安裝到框架。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子組件在罩處和軸承組件處被安裝到框架。
8.如權(quán)利要求6或7所述的渦輪機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子組件在罩處或軸承組件處被軟安裝到框架。
9.如權(quán)利要求8所述的渦輪機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子組件通過(guò)定位在軸承組件或罩的座中的O形環(huán)而被軟安裝到框架。
【文檔編號(hào)】F04D25/06GK103765015SQ201280041747
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】D.瓊斯, G.伯林頓 申請(qǐng)人:戴森技術(shù)有限公司