專利名稱：管子擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及離心式壓縮機(jī)，且更具體地涉及離心式壓縮機(jī)的擴(kuò)壓器的制造一種方法。
如1967年8月1日授予J.C.Vrana的美國專利No.3，333，762中所揭示和描述的管子擴(kuò)壓器長期以來一直用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的離心式壓縮機(jī)。典型地，一組大致徑向延伸的通路沿周向隔開并和徑向呈一個角度，以使它們的中心線都和同一個稱之為相切圓的圓相切。這種幾何形狀是這樣的在各通道的相交處，一個半無葉空間形成在相切圓和一個稱為導(dǎo)邊圓的外圓之間。由于相鄰的各共面圓柱的相貫線為一個橢圓，這個半無葉空間是由一組對稱地位于各相貫處的橢圓狀隆起組成。當(dāng)擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)繞一離心式葉輪布置時，從葉輪排出的氣流將在相切圓處進(jìn)入并流過半無葉空間，然后進(jìn)入擴(kuò)壓器的多個相互隔開的通路。
這種擴(kuò)壓器原理在空氣動力學(xué)方面的優(yōu)點(diǎn)是獲得一個較佳的縱橫比因而具有相當(dāng)高的效率。這種管子擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)的一個特點(diǎn)是各個通路必須徑向向內(nèi)延伸至它們彼此相交。問題產(chǎn)生在鉆孔過程中，即當(dāng)鉆頭開始進(jìn)入相鄰?fù)窌r，它會偏離預(yù)期的沿其軸線的直通道。處理這個問題的一個典型方法是用金屬柱塞塞入先鉆好的孔中，以此使相交部分產(chǎn)生一個均勻的實心排列的材料以后，可將金屬柱塞取出。但是，這樣一個加工過程就其所需的時間和材料而言是昂貴的。
故本發(fā)明的一個目的是為提供一種制造管子擴(kuò)壓器的改進(jìn)方法。
這個主旨用權(quán)利要求書的前序部分所述的方法和裝置以及權(quán)利要求書的各特征部分的特征來實現(xiàn)。
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，對各通路徑向向內(nèi)延伸的范圍加以限制，使相鄰?fù)坊旧喜粫嘟弧Ｈ缓蟪较騼?nèi)邊緣材料，不僅除去至相切圓，而且一直除去至導(dǎo)邊圓。其結(jié)果是，在相切圓和導(dǎo)邊圓之間不是有一個半無葉空間而是有一個全無葉空間。然而，徑向布置在導(dǎo)邊圓外的結(jié)構(gòu)和已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)是相同的。所以，最終形成的結(jié)構(gòu)與已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)在功能上大致是等效的，但其制造起來更容易更經(jīng)濟(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，是用一橢圓切削刀具切除徑向內(nèi)緣的材料，加工中，在相切圓和導(dǎo)邊圓之間形成一個中心位于擴(kuò)壓器中心并具有半橢圓形徑向輪廓的周向環(huán)槽，環(huán)槽的寬度等于相連接的通路的直徑，環(huán)槽的深度等于導(dǎo)邊圓和相切圓的半徑之差。
在下文所描述的附圖中，敘述了較佳的和改進(jìn)的實施例;但是不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍還可以搞出多種其它的變型和替代的結(jié)構(gòu)。


圖1-4是根據(jù)已有技術(shù)的方法制造的擴(kuò)壓器的局部軸向剖面圖。
圖5是表示加工成形的通路的部分立體圖。
圖6-8是根據(jù)本發(fā)明制成的擴(kuò)壓器的局部軸向剖面圖。
圖9是沿圖8的A-A線剖切的擴(kuò)壓器剖面圖。
圖10是顯示其中形成的環(huán)槽的尺寸關(guān)系的示意圖。
圖11是用本發(fā)明的制造方法制成的擴(kuò)壓器的部分立體圖。
本發(fā)明是關(guān)于一種擴(kuò)壓器裝置和在擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)內(nèi)形成內(nèi)部通路的方法，這種擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)如轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利申請?zhí)?Docket 6885)所揭示和敘述，在此引用作為參考。
參見圖1，它以軸向截面示出了盤狀擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)10的一部分，它有外圓周邊緣11，在裝配狀態(tài)下，邊緣11位于壓縮機(jī)的蝸殼或集氣室(未示)內(nèi)，還有一內(nèi)圓周邊緣12，在裝配狀態(tài)下，此內(nèi)圓周邊緣12靠近地圍繞著葉輪(未示)，葉輪將壓縮的冷劑氣體排出至擴(kuò)壓器10的內(nèi)部通路。所述的這種擴(kuò)壓器是所謂“管子擴(kuò)壓器”，其內(nèi)制有多個周向隔開的、大致徑向布置的截頭圓錐形通路，以使壓縮氣體在從通路的小端流向大端時，體積膨脹而將動能轉(zhuǎn)變成熱能或靜壓力。但應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明同等地適用于葉片式或通道式擴(kuò)壓器，其中，除通路是圓形截面的之外，也可以是其他形狀的，例如矩形截面的，各通路之間有楔形的隔離帶。
已有技術(shù)的加工過程的第一步，是通過鉆孔加工先制出所需徑向通路數(shù)目的一半，如圖1所示。即，每隔一個所需通路鉆一個大致呈徑向、但和徑向成一個預(yù)定角度的孔。一通路13由三個串接的部分14，16，17組成，每一部分14是圓柱形的，第二部分16是截頭圓錐形的，其孔壁18和軸線19成第一角度(例如2°)，第三部分17亦為截頭圓錐形的，其孔壁21和軸線19成一個較大的角度(例如4°)?？梢钥吹剑?3的內(nèi)端22和相鄰?fù)ǖ肋€只差一點(diǎn)而沒相交。
已有技術(shù)的方法的下一步是在每個制成的通路13內(nèi)嵌入塞子23，塞子23用一種適當(dāng)?shù)淖詈煤蛿U(kuò)壓器本體的材料具有相同的機(jī)械特性的材料制成。然后，以交替關(guān)系加工出各通路13之間的其余通路24，如圖所示。塞子23使得在鉆制通路24過程中，當(dāng)鉆頭到達(dá)與相鄰?fù)?3相交時鉆頭不會偏離。即是，在鉆交替的通路24中的每一孔時，它們與通路13的一側(cè)相交，但由于那些空間中有塞子，鉆頭始終被實心材料包圍著，因而不會偏離其直線鉆削路徑。
如同用塞子23填塞通路13以提供一個實心介質(zhì)在其中進(jìn)行鉆孔加工一樣，為了正確地加工擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)10的內(nèi)圓周12，在新形成的通路24內(nèi)也必須塞入塞子23，使所有通路13和24的內(nèi)端此時都填有塞子。這個步驟如圖3所示，而且是為加工過程的最后加工步驟做準(zhǔn)備，最后加工結(jié)果如圖4所示。
在最后步驟過程中，內(nèi)周邊12(見圖3)繞中心27加工成一個正圓，其半徑R等于相切圓的半徑，以使最終的內(nèi)周邊28和相切圓重合，每個通路13和24的軸線19都與這個圓成相切關(guān)系。除去塞子23之后，最后得到的有內(nèi)部通路13和24的擴(kuò)壓器如圖5所示，其最終的內(nèi)周邊28包含一大致位于圓29上的部分并有多個切向的圓柱段31，這些圓柱段對應(yīng)于通路13和24的直線側(cè)壁表面。各表面31相互串接成圓周，每一段有一弧形的軸向截面輪廓，輪廓的彎曲中心在通路的軸線上，但是每一段也沿其長度保持平行于這一軸線。
可以看到，上述已有技術(shù)的加工方法是耗時且昂貴的，因為必須制造一組塞子23并用于每一擴(kuò)壓器的加工，而且這些塞子不能回收用于制造隨后的擴(kuò)壓器。
根據(jù)本發(fā)明的方法，如圖6-11所示，每一通路32形成在擴(kuò)壓器盤10中，每一通路有一圓柱段33和截頭圓錐段34和36，它們都繞軸線37形成，如同本文上述一樣。然而，通路32的軸向深度是這樣限制的，即令圓柱段33的端頭38只伸至與相鄰?fù)废嘟佑|但實際上不與其相交。這是可以辦到的，而不會引起鉆頭的任何偏離。下一步是從內(nèi)表面12除去材料，如圖7所示。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，材料被均勻地從內(nèi)邊緣除去，徑向地向外直至達(dá)到細(xì)實線39所示的導(dǎo)邊圓。其結(jié)果是在被導(dǎo)邊圓39和相切圓41所限定的區(qū)域內(nèi)形成一個無葉空間。這樣，從導(dǎo)邊圓39徑向地向外，圖7所示的擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)和已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)是相同的，在圖7所示的實施例中，從導(dǎo)邊圓向內(nèi)是全無葉片的結(jié)構(gòu);而在已有技術(shù)的實施例中卻有一個半無葉空間。盡管圖7所示的實施例在功能上不完全相同，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的性能是令人滿意的并且它比已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)易于制造得多。
為了使本發(fā)明的擴(kuò)壓器更接近已有技術(shù)裝置的功能特性，同時仍允許一個簡便得多的加工過程，擴(kuò)壓器盤10一開始就徑向向外僅加工至如圖所示的相切圓41。可以看到，這樣在通路32的入口處就會留下多個如圖7所示的三角狀(在軸向截面內(nèi))凸塊42。所以這些材料需除去，如圖8，9所示。
用一個繞擴(kuò)壓器10的中心27旋轉(zhuǎn)的切削刀具在內(nèi)圓周上加工一個環(huán)槽45，槽的徑向深度延伸至導(dǎo)邊圓39，如圖所示。槽45的徑向輪廓可以是矩形的、圓形的或者其他所需的任一形狀的。然而，最佳形狀為如圖10所示的兩軸為b1和b2的半橢圓，其中b1等于通路的圓柱部分14的直徑，b2等于導(dǎo)邊圓39和相切圓41兩者的直徑之差。根據(jù)這一定義，b1和b2可以是半橢圓的長軸或短軸。這樣，徑向地布置地在導(dǎo)邊圓外的結(jié)構(gòu)就與已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)完全相同，相切圓與導(dǎo)邊圓之間的結(jié)構(gòu)在楔形結(jié)構(gòu)44的壓力側(cè)43上完全相同，而在吸入側(cè)46上結(jié)構(gòu)和性能非常接近。即是，在吸入側(cè)46上，不是讓其表面為彎曲中心位于通路32的軸線上的半圓柱形，而是使其表面有一個半橢圓形的徑向輪廓，其軸向輪廓為圓形的，彎曲中心在擴(kuò)壓器的中心27處。這從其中顯示出了環(huán)槽的圖11可以看出。在環(huán)槽45與楔形凸塊44的吸入側(cè)46的相交處是一個弧形段47，其彎曲中心在擴(kuò)壓器10的中心27上。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的制造擴(kuò)壓器的方法，這種擴(kuò)壓器有多個周向間隔的基本上徑向延伸的通路13，各通路13的中心線19切于一個相切圓，其特征在于包括以下步驟提供一個有徑向內(nèi)表面12和外表面11的盤10；從所述徑向外表面11加工出多個周向間隔的通路13，各通路之間有楔型凸塊44，所述通路13的中心線19大致徑向設(shè)置，但相切于一個徑向布置在所述徑向外表面11和內(nèi)表面12之間的相切圓41，對所述通路13的長度加以限制以使它實質(zhì)上不會延伸進(jìn)相鄰?fù)穬?nèi)；以及從所述徑向內(nèi)表面12切除材料直至所述內(nèi)表面12和一導(dǎo)邊圓39相重合，此導(dǎo)邊圓39是徑向布置在所述相切圓41和所述徑向外表面11之間且通過每一所述楔形凸塊44的導(dǎo)邊。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述通路13有圓形的徑向截面。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通路13有錐形的軸向截面。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述通路13至少有一段17，隨著其徑向向外延伸直徑逐漸增大。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于切削材料的步驟在所述相切圓41和所述導(dǎo)邊圓39之間產(chǎn)生一個無葉空間。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于切削材料步驟產(chǎn)生一個半橢圓形環(huán)槽。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述半橢圓形環(huán)槽有一與所述導(dǎo)邊圓的半徑相一致的長軸b2。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述半橢圓形環(huán)槽有一短軸b1，其尺寸等于所述通路在所述環(huán)槽與所述通路溝通處的直徑。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述半橢圓形環(huán)槽有一長軸b2，其尺寸等于相切圓41和導(dǎo)邊圓39的直徑之差。
10.一種改進(jìn)的擴(kuò)壓器，這種擴(kuò)壓器有多個周向間隔的大致徑向延伸的通路13，各通路13之間有楔形凸塊44，所述各通路13的軸線19切于一相切圓41，每一凸塊44的導(dǎo)邊與一個徑向地位于所述相切圓41之外的導(dǎo)圓相重合，其特征在于在相切圓41和導(dǎo)邊圓39之間的那個空間是完全無葉片的。
11.如權(quán)利要求10所述的管狀擴(kuò)壓器，其特征在于所述通路13有一圓形的徑向截面。
12.如權(quán)利要求10所提出的管子擴(kuò)壓器，其特征在于所述通路13有圓錐形的軸向截面。
13.如權(quán)利要求10所述的改進(jìn)的擴(kuò)壓器，其特征在于所述擴(kuò)壓器包括一周向的環(huán)槽，其限定了在導(dǎo)邊圓39上的一個內(nèi)緣邊界。
14.如權(quán)利要求11所述的改進(jìn)的擴(kuò)壓器，其特征在于所述環(huán)槽的徑向截面為半橢圓形的。
15.如權(quán)利要求14所述的改進(jìn)的擴(kuò)壓器，其特征在于所述環(huán)槽有一個等于所述通路的最小直徑的最大寬度。
16.如權(quán)利要求14所述的改進(jìn)的擴(kuò)壓器，其特征在于所述環(huán)槽有一個等于相切圓41和導(dǎo)邊圓39的半徑之差的徑向深度。
全文摘要
在管子擴(kuò)壓器中，在一個圓盤內(nèi)制出多個周向間隔設(shè)置的大致徑向延伸的通路，其制造方法是不必用塞子來防止鉆孔過程中鉆頭的偏移。鉆削各通路時使其不會與相鄰?fù)酚腥魏螌嵸|(zhì)上的相交。然后，從盤的內(nèi)圓周切除材料，直至切除到各通路之間的凸塊的導(dǎo)邊所限定和導(dǎo)邊圓的徑向范圍。最終形成的結(jié)構(gòu)在性能上基本上和已有技術(shù)等效但其加工過程要容易得多。
文檔編號F04D29/44GK1061081SQ9110983
公開日1992年5月13日 申請日期1991年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月30日
發(fā)明者約斯特·約翰內(nèi)斯·布拉茲 申請人:運(yùn)載器有限公司