CN103969001A - 可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳，属于机械技术领域。本发明的蜗壳通过铸造加工而成，包括连接体、中间体和排气道。连接体和排气道通过螺纹安装于中间体的两侧，通过特殊构型设计，可以调节改变连接体阶梯状内壁的尺寸以及排气道内壁的曲面形状和尺寸，使阶梯状尺寸与被测涡轮底座尺寸相吻合，使排气道内壁的曲面形状尺寸与被测涡轮的叶片形状尺寸相配合，在不改变中间体的情况下，使蜗壳适用于不同尺寸涡轮的测试。具有改善涡轮动平衡检测的经济性；使多组涡轮机的动平衡检测的过程变得更为简洁，提高涡轮动平衡检测的效率；适应于不同型号涡轮直径的蜗壳便于蜗壳的维修的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳，属于机械技术领域。
背景技术
由于涡轮增压器具有很多优点，能够提高汽车发动机的经济性和动力性能，所以绝大部分分柴油发动机和部分汽油发动机都采用了废气涡轮增压技术。
涡轮增压器的涡轮是一个结构十分复杂的两边悬臂的双支点转子。涡轮增压器转子的工作转速通常在60000r/min--160000r/min之间。转子不平衡会引起转子轴的挠曲和内应力，是增压器产生较大的振动和噪声，加速轴承和密封零件的磨损，降低增压器的效率，严重时会引起叶轮和壳体碰撞，导致转子损坏。由转子结构特点和工作状态决定了增压器转子必须具备较高的动平衡精度。
为了保证涡轮增压器在运行过程中的安全性、可靠性，必须要对涡轮增压器的性能进行性能检测，其中很重要的一方面就是涡轮增压器的动平衡检测。涡轮增压器运行的过程中，涡轮的旋转速度通常在十万转以上，在如此高的转速下，涡轮具有较大的动能，涡轮与涡轮蜗壳之间的间隙较小，在0.5mm左右，如果不能精确保证涡轮平衡运转，涡轮可能会发生振动，从而极有可能导致涡轮叶片与涡轮蜗壳之间发生碰撞，损坏涡轮增压器，这对涡轮增压器的性能具有较大的威胁。所有通过动平衡检测，保证涡轮能够平衡运转具有较大的意义。
目前，在国内外涡轮增压器动平衡机试验台上，对于每一种型号的涡轮，都会采用不同型号的蜗壳与之匹配，从而进行试验，这就要求对于每一个进行动平衡测试的涡轮增压器，都要制造相应的蜗壳，于此同时，每一种尺寸的涡轮进行动平衡检测时，都要重新拆装整个蜗壳，这种做法既不经济，也没有效率，所以将蜗壳做成尺寸可调的模式具有很多优点。
发明内容
本发明的目的是针对现有的涡轮增压器动平衡试验中，每进行一种型号的涡轮增压器的动平衡试验，都对应需要更换一个工艺动平衡涡轮蜗壳的复杂方式，提出的一种可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳。对于一定尺寸范围内的涡轮，只需要更换涡轮与蜗壳之间相互配合的部分，从而减少了制作蜗壳的成本，提高了效率。
一种可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳，通过铸造加工而成，包括连接体、中间体和排气道。连接体和排气道通过螺纹安装于中间体的两侧。
所述中间体为中空的实体，端口处制作进气口，与进气口相连的中空部分为蜗壳流道。蜗壳流道对连接体和排气道的安装位置形成环绕，连接体和排气道的安装位置内壁两侧制作内螺纹，两侧内螺纹之间为中空环形，与蜗壳流道相连通，且中空环形位置对应被测涡轮叶片的进口处，中空环形的宽度与叶片进口宽度相匹配；连接体和排气道安装位置的两侧外缘制作多个螺纹孔。进气口周围制作螺纹孔，可用于与发动机排气管口连接。进气口外表面与蜗壳流道外表面之间制作肋板，以增加机械强度。
所述连接体为使蜗壳与被测涡轮底座形成相互配合的带外螺纹的环状实体，用于连接蜗壳与被测涡轮。连接体的外螺纹与连接体底端环形之间的表面为阶梯状，连接体的内壁也为阶梯状，阶梯状内壁与被测涡轮底座形状相吻合。外螺纹与中间体一侧的内螺纹旋合，外螺纹底部的圆环上制作多个通孔，数量与中间体安装连接体一侧外缘的螺纹孔数量一致，通孔与对应的螺纹孔中心对齐，用于螺钉固定连接体与中间体。
所述排气道为带外螺纹的环状实体，环状实体的中空内壁形状为曲面，与涡轮叶片形成曲面配合。外螺纹与中间体安装排气道一侧的内螺纹旋合，外螺纹底部的圆环上制作多个通孔，数量与中间体安装排气道一侧外缘的螺纹孔数量一致，通孔与对应的螺纹孔中心对齐，用于螺钉固定排气道与中间体。
测量时，将被测涡轮从连接体的环形中空部分伸入，被测涡轮的叶片边缘位于排气道内壁处，且与排气道内壁之间有间隙；被测涡轮的底座与连接体的内壁阶梯状部位配合，采用合适的夹持装置使涡轮与蜗壳的位置相对固定。中间体与蜗壳流道连通的中空环形位置与叶片间有间隙，能保证叶轮正常旋转。将装配涡轮的蜗壳安装在动平衡机上，通过中间体进气口进气，以测量涡轮的平衡性。
通过调节改变连接体阶梯状内壁的尺寸以及排气道内壁的曲面形状和尺寸，使阶梯状尺寸与被测涡轮底座尺寸相吻合，使排气道内壁的曲面形状尺寸与被测涡轮的叶片形状尺寸相配合，在不改变中间体的情况下，使蜗壳适用于不同尺寸涡轮的测试。
有益效果
本发明所述的蜗壳相比于现有技术具有以下优点：
(1)改善涡轮动平衡检测的经济性。本发明的蜗壳将一个完整的蜗壳划分为包含蜗壳流道的尺寸不变的中间体及其他两个尺寸可以调节的部分，从而适应不同尺寸的涡轮动平衡检测的需求，大大减少了涡轮动平衡检测过程的经济投入，具有很重要的经济性意义。
(2)使多组涡轮机的动平衡检测的过程变得更为简洁，提高涡轮动平衡检测的效率。每一次检测时，只需更换连接体和排气道，这两个部分和蜗壳中间体之间通过螺纹连接，操作十分简便，可以大大节省多尺寸涡轮动平衡检测所耗费的时间，对于提高涡轮动平衡检测的效率具有很重要的意义。
(3)本发明所述的适应于不同型号涡轮直径的蜗壳便于蜗壳的维修，同时节约材料，保护资源，具有很重要的环保意义。其中，连接体是经常拆卸，容易发生磨损的部分，排气道也是涡轮转子运行失衡之后容易被破坏的部分，将这两个部分制作成为灵活可调的部件，如果损坏，就容易更换。
附图说明
图1为背景技术中通常的与涡轮匹配的增压器蜗壳中与涡轮底座配合的一侧；
图2为背景技术中通常的与涡轮匹配的增压器蜗壳中用于排气的一侧；
图3是本发明的连接体的三维模型；
图4是本发明的中间体的三维模型中安装连接体的一侧；
图5是本发明的中间体的三维模型中安装排气道的一侧；
图6是本发明中排气道的三维模型；
图7是本发明的可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳的总体装配图；
图8是具体实施例中蜗壳适用于不同尺寸涡轮的调节方法；其中，(a)为尺寸调节前，(b)为尺寸调节后，采用图中所示的方法，能调节涡轮蜗壳的尺寸，使它从适用于直径为90mm的涡轮，变为适用于直径为70mm的涡轮，或其他尺寸的涡轮；
标号说明：1-连接体底端环形、2-阶梯状内壁、3-连接体通孔、4-连接体外螺纹、5-进气口、6-进气口螺纹孔、7-肋板、8-蜗壳流道外表面、9-中空环形、10-安装连接体内螺纹、11-安装排气道内螺纹、12-排气道通孔、13-曲面内壁、14-排气道外螺纹、15-排气道底端环形、16-连接体、17-中间体、18-排气道。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例来对本发明内容作进一步的详细说明。
本发明的可适应于不同型号涡轮直径的可调节蜗壳，结合实际情况将划分为三部分内容：蜗壳三个部件的加工与组装、涡轮动平衡测试方法、蜗壳的尺寸调节。对应的实施方案如下所述。
蜗壳三个部件的加工与组装：
如图4、图5所示，所述中间体为中空的实体，采用铸造加工而成，端口处制作进气口5，与进气口相连的部位制造中空的蜗壳流道。蜗壳流道对连接体和排气道的安装位置形成环绕，中间体总体采用铸造方法获得，之后按照一般机械零件的加工方法对它进行粗加工和精加工，其中，在连接体和排气道的安装位置内壁两侧，采用车削的方法制作内螺纹，两侧内螺纹之间加工中空环形9，与蜗壳流道连通，且中空环形位置对应被测涡轮叶片的进口处，中空环形的宽度与叶片进口宽度相匹配；连接体和排气道安装位置的两侧外缘各制作6个螺纹孔。进气口周围制作4个螺纹孔6，用于与发动机排气口连接。进气口外表面与蜗壳流道外表面之间制作肋板7，以增加机械强度。
如图3所示，所述连接体为使蜗壳与被测涡轮底座形成相互配合的带外螺纹的环状实体，连接体总体采用铸造方法获得，之后按照一般机械零件的加工方法进行粗加工和精加工，其中，采用车削的方法制作连接体外螺纹4，用于连接蜗壳与被测涡轮。连接体外螺纹与连接体底端环形1之间的外表面加工为阶梯状，连接体内壁也加工为阶梯状，阶梯状内壁2与被测涡轮底座形状相匹配，在连接体底端环形上制作6个通孔3。
如图6所示，所述排气道为带外螺纹的环状实体，环状实体的中空内壁形状为曲面，与涡轮叶片形成曲面配合，排气道总体采用铸造获得，之后按照一般机械零件的加工方法进行粗加工和精加工，其中，采用车削的方法加工外螺纹14，在排气道底端环形15上制作6个通孔12。
图7展示了组装蜗壳的方法，连接体外螺纹与中间体一侧的内螺纹旋合，连接体底端环形上的6个通孔与中间体上对应的6个螺纹孔中心对齐，用于螺钉固定连接体与中间体。排气道外螺纹与中间体安装排气道一侧的内螺纹旋合，排气道底端环形上的6个通孔与中间体上对应的6个螺纹孔中心对齐，用于螺钉固定排气道和中间体。
涡轮动平衡测试方法：
测量时，将被测涡轮从连接体的环形中空部分伸入，被测涡轮的叶片端位于排气道内壁处，且与排气道内壁有间隙；被测涡轮的底座与连接体的内壁阶梯状部位配合，采用合适的夹持装置使涡轮与蜗壳的位置相对固定。中间体与蜗壳流道连通的中空环形位置与叶片间有间隙，能保证叶片正常旋转。将装配涡轮的蜗壳安装在动平衡机上，通过中间体进气口进气，以测量涡轮的平衡性。
涡轮蜗壳尺寸调节方案：
图8展示了调节蜗壳尺寸从而满足不同尺寸涡轮的需求的方法，通过调节改变连接体阶梯状内壁尺寸以及排气道内壁的曲面形状尺寸，使阶梯状尺寸与被测涡轮底座尺寸相吻合，使排气道内壁的曲面形状尺寸与被测涡轮的叶片形状尺寸相配合，在不改变中间体的情况下，使蜗壳适用于不同尺寸涡轮的测试。
图8(a)展示了调节前的结构，图8(b)展示了调节后的结构，可以发现中间体在调节前后保持不变，连接体的一部分内壁内径由110mm变为了90mm，排气道的内径由90mm变为了70mm，因为不同的涡轮叶片形状不相同，与此同时，排气道的曲面内壁的形状也要适当变化以和涡轮叶轮的形状相互配合，从而使原本适宜于叶轮直径为90mm的涡轮配合的蜗壳变为了适宜于叶轮直径为70mm的涡轮蜗壳。在这个过程中，重新加工连接体和排气道即可，采用相同的方法，可以将蜗壳改变为适应于更多其他尺寸涡轮的蜗壳。
综上所述，本发明的可适应于不同型号涡轮直径的蜗壳能够通过部件制造、组装、更换连接体和排气道等部位，即可通过简便的更换部件的操作适应不同直径涡轮的需要，当这两个部件损坏后，也可以只更换这两个部件，从而不用废置整个蜗壳。
Claims (3)
1.可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳，其特征在于：包括连接体、中间体和排气道；连接体和排气道通过螺纹安装于中间体的两侧；
所述中间体为中空的实体，端口处制作进气口，与进气口相连的中空部分为蜗壳流道；蜗壳流道对连接体和排气道的安装位置形成环绕，连接体和排气道的安装位置内壁两侧制作内螺纹，两侧内螺纹之间为中空环形，与蜗壳流道相连通，且中空环形位置对应被测涡轮叶片的进口处，中空环形的宽度与叶片进口宽度相匹配；连接体和排气道安装位置的两侧外缘制作多个螺纹孔；进气口周围制作螺纹孔，用于与发动机排气管口连接；进气口外表面与蜗壳流道外表面之间制作肋板；
所述连接体为使蜗壳与被测涡轮底座形成相互配合的带外螺纹的环状实体，连接蜗壳与被测涡轮；连接体的外螺纹与连接体底端环形之间的表面为阶梯状，连接体的内壁为阶梯状，阶梯状内壁与被测涡轮底座形状相吻合；外螺纹与中间体一侧的内螺纹旋合，外螺纹底部的圆环上制作多个通孔，数量与中间体安装连接体一侧外缘的螺纹孔数量一致，通孔与对应的螺纹孔中心对齐，用于螺钉固定连接体与中间体；
所述排气道为带外螺纹的环状实体，环状实体的中空内壁形状为曲面，与涡轮叶片形成曲面配合；外螺纹与中间体安装排气道一侧的内螺纹旋合，外螺纹底部的圆环上制作多个通孔，数量与中间体安装排气道一侧外缘的螺纹孔数量一致，通孔与对应的螺纹孔中心对齐，用于螺钉固定排气道与中间体。
2.根据权利要求1所述的可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳，其特征在于：通过调节改变连接体阶梯状内壁的尺寸以及排气道内壁的曲面形状和尺寸，使阶梯状尺寸与被测涡轮底座尺寸相吻合，使排气道内壁的曲面形状尺寸与被测涡轮的叶片形状尺寸相配合，在不改变中间体的情况下，使蜗壳适用于不同尺寸涡轮的测试。
3.根据权利要求1所述的可拆卸式涡轮增压器整体动平衡测试用蜗壳，其特征在于：测量方法为：将被测涡轮从连接体的环形中空部分伸入，被测涡轮的叶片边缘位于排气道内壁处，且与排气道内壁之间有间隙；被测涡轮的底座与连接体的内壁阶梯状部位配合，采用合适的夹持装置使涡轮与蜗壳的位置相对固定；中间体与蜗壳流道连通的中空环形位置与叶片间有间隙，能保证叶轮正常旋转；将装配涡轮的蜗壳安装在动平衡机上，通过中间体进气口进气，以测量涡轮的平衡性。
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