CN104718380A - 无焊缝的罐状螺旋壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于流体机械(10)的、尤其用于压缩机的罐状螺旋壳体(1)的罐状件(2)的方法，以及一种用于流体机械(10)的罐状螺旋壳体(1)。根据用于制造罐状螺旋壳体(1)的罐状件(2)的方法提出，罐状件(2)通过切削制造法由坯件(3)制造。罐状螺旋壳体(1)具有根据用于制造罐状螺旋壳体(1)的罐状件(2)的方法所制造的罐状件(2)。

Description

无焊缝的罐状螺旋壳体

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于流体机械的、尤其用于压缩机的罐状螺旋壳体的罐状件的方法以及一种用于流体机械的罐状螺旋壳体。

背景技术

压缩机或挤压流体的装置在不同的工业领域中用于不同的应用，所述应用是流体的、特别是(工艺)气体的压缩或挤压。对此已知的示例是在可移动的工业应用中的、如在废气涡轮增压机中或在喷气式发动机中的涡轮压缩机，或是在固定式的工业应用中的涡轮压缩机、如用于空气分离的齿轮式压缩机或齿轮式涡轮压缩机。

在这样的——以其工作方式持续工作的——涡轮压缩机引起流体的压力提高(压缩)，其方式在于，通过涡轮压缩机的旋转的、具有径向延伸的叶片的叶轮通过叶片的旋转提高流体的从进入到排出的旋转动量。在此，即在这样的压缩机级中，流体的压力和温度提高，而流体在叶轮或涡轮机叶轮中的相对(流动)速度下降。

为了达到流体的尽可能高的压力提高或压缩，能够将多个这样的压缩机级相继地连接。

作为涡轮压缩机的结构形状，在径向压缩机和轴向压缩机之间进行区分。

在轴向压缩机中，待压缩的流体、例如工艺气体沿与轴线(轴向方向)平行的方向穿过压缩机。在径向压缩机中，气体轴向地流到压缩机级的叶轮中并且然后向外(径向，径向方向)偏转。由此在多级的径向压缩机中在每个级后需要流动转向。

轴向和径向压缩机的组合构型借助于其轴向级抽吸大的体积流，所述体积流在所连接的径向级中被压缩到高的压力上。

在通常使用单轴的机械期间，在(多级的)齿轮式涡轮压缩机(在下文中也仅简称为齿轮式压缩机)中各个压缩机级围绕大齿轮编组，其中多个平行的(小齿轮)轴由大的、支承在壳体中的驱动齿轮、大齿轮驱动，其中所述(小齿轮)轴分别承载有一个或两个——容纳在实现为壳体安装件的、引起流入和流出压缩机级的螺旋壳体中的——叶轮(在小齿轮轴的自由的轴端部上设置的涡轮增压叶轮)。

在螺旋壳体(在罐状的实施方案中也称作罐状螺旋壳体)中，即在螺旋壳体中的圆柱形的钻孔中——在叶轮旁——装入螺旋插入件，使得在圆柱形的钻孔中在螺旋插入件轴向端侧上保留通过螺旋壳体和螺旋插入件围住的空间，所谓的环形空间，经由所述环形空间——来自叶轮的——流体径向地经由扩展的横截面流出。此外，经由设备管路，如设置在螺旋壳体上的、具有设置在其上的压力套管突缘的压力套管，流体由环形空间继续从压缩机级中流出。

这样的齿轮式压缩机，西门子公司的具有名称STC-GC的、用于空气分离的齿轮式压缩机从http://www.energy.siemens.com/hq/de/verdichtung-expansion-ventilation/turboverdichter/getriebeturboverdichter/stc-gc.htm(在2012年10月5日可以获得)中已知。

容纳引起流体流入和流出压缩机级或流入和流出叶轮的螺旋壳体通常尤其对于小的叶轮实施为焊接或铸造结构，其优点——在焊接结构的情况下——在于短的交货期和对于高压的简化的可使用性和——在铸造结构的情况下——在于高的效率。

在焊接的(罐状)螺旋壳体中，其构件、即罐状件、压力套管、压力套管突缘和凸缘焊接为螺旋壳体或罐状螺旋壳体。

然而，尤其对于压力套管在罐状件上的连接而言，在罐状螺旋壳体被焊接时需要耗费的焊缝准备工作，以及所述焊接的连接部是在罐状螺旋壳体中的薄弱部位。在焊缝过程之后，罐状螺旋壳体还必须低应力地退火并且喷砂处理，这使制造耗费进一步复杂化并且提高制造成本。

发明内容

本发明基于的目的是，提出一种用于流体机械的罐状螺旋壳体，所述罐状螺旋壳体能简单地且成本低地制造和/或安装。

所述目的通过具有根据相应的独立权利要求的特征的一种用于制造用于流体机械的罐状螺旋壳体的罐状件的方法以及一种用于流体机械的罐状螺旋壳体来实现。

根据用于制造用于罐状螺旋壳体的罐状件的方法提出，罐状件通过切削制造法由坯件制造。

在此，“坯件”意味着工件、例如基本上块状的实心材料体部，所述坯件——包含制成的罐状件——关于制成的罐状件的形状和构型是未被加工的。首先通过切削制造法，罐状件得到其基本上完成的形状和构型。

“通过切削制造法由坯件制成”理解为，例如引入或夹紧在加工机械/加工中心中的坯件在这里在加工过程中通过切削的方法，例如通过车削、铣削和/或钻孔在加工机械中或在加工中心中加工并且在切削的加工过程之后作为基本上完成的罐状件离开加工机械或加工中心。

即在坯件上的切削的加工过程能够是各个在坯件上实施的切削的方法技术，如车削、铣削或钻孔。坯件——在加工过程中——也能够通过两个或更多不同的切削的方法技术、例如通过车削和铣削或通过车削和钻孔或通过铣削和钻孔或也通过车削、铣削和钻孔来加工。

在无损于所述切削的、由坯件产生罐状件的加工过程的情况下，能够预先加工坯件，例如锻造、尤其通过将部分体部锻接在基体上来锻造坯件。在无损于所述切削的、由坯件产生罐状件的加工过程的情况下，也能够将罐状件精加工，例如通过局部加工罐状件处的外轮廓面和/或内轮廓面，如将用于附加的构件的拧紧面和/或贴靠面引入罐状件表面中或进一步加工已经在切削的加工过程中产生的拧紧面和/或贴靠面。

换句话说或简单地说，根据本发明罐状件通过切削加工在加工过程中由坯件制造。

罐状螺旋壳体具有根据用于罐状螺旋壳体的罐状件的方法制造的罐状件。

罐状螺旋壳体的其他构件或部件，例如设备管路或压力套管能够尤其直接在罐状件上或与罐状件拧紧。

因此，通过本发明能够制造无焊缝的罐状件(在加工过程中仅通过由坯件切削加工)或无焊缝的罐状螺旋壳体。

由于根据本发明罐状件或罐状螺旋壳体能够无焊缝地实现，能够取消——通常在螺旋壳体焊接构造中在那必需的——预先加工步骤或中间加工步骤和精加工步骤，如焊缝预提供、焊接、退火、喷砂和焊缝检查。

因为根据本发明，螺旋壳体的承压的罐状件或承压的螺旋壳体不具有焊接构件，其制造是简化的且也是方法安全的以及所制造的罐状件或罐状螺旋壳体是极其耐压的。

当通过本发明取消通常必需的预先加工步骤和/或中间加工步骤和精加工步骤时，在制造罐状件时以及在所制造的罐状件或罐状螺旋壳体中，通过本发明也将制造时间和/或故障影响可能性最小化。

根据本发明也能够极其快地且成本低地制造罐状件，以及罐状螺旋壳体，必须尤其在本发明中在加工过程中在加工机械上或在加工中心中加工仅一个唯一的构件，即坯件。

也能够将常用的标准的钢和/或高合金的钢用于根据本发明的罐状件或罐状螺旋壳体。这样的钢能够成本适宜地提供。

由于罐状件或罐状螺旋壳体的在制造方面在本发明中可能的紧凑的结构方式，罐状件能够在小的、以及成本适宜的加工机械/加工中心上——因此也成本适宜地——制造。

本发明还能够实现——在流体机械、如(齿轮式)压缩机、膨胀机或涡轮机中实现本发明时——在那的一个或多个叶轮和/或一个或多个流体流能够保持不变。即能够以与本发明结合的方式继续使用这样的流体机械的至今为止的部件。

当能够通过本发明尤其经由设备管路或压力套管与罐状件的拧紧实现“罐状件/设备管路”的连接以及经由相应的拧紧机构实现其他的连接时，在本发明中取消在已焊接的罐状螺旋壳体中至今为止的薄弱部位，即设备管路或压力套管与罐状件的连接部，以及取消在已焊接的罐状螺旋壳体中其他的受焊缝限制的薄弱部位。

在流体机械或压缩机级中，能够在设备管路中或在压力套管中实施形成压力和流动延迟所必需的横截面扩展。

“罐状件/设备管路”这样的由于本发明可能的拧紧连接在压力形成(和流动延迟)之前存在于——能构成为扩散器的——压力套管中进而被较少地加载。

通过本发明也能够减少在螺旋壳体中的构件的数量，这样通常能够将螺旋壳体的已焊接的其他的构件(安装件)例如凸缘通过本发明与由坯件构成的罐状件共同地或集成地在切削的加工过程中制造。

本发明的优选的改进方案也在从属权利要求中得到。

根据一个优选的改进方案，切削制造方法是车削、铣削和/或钻孔。即在坯件上的切削的加工过程能够是各个在坯件上执行的切削的方法技术，如车削、铣削或钻孔，坯件也能够——在加工过程中——通过两个或更多个不同的切削的方法技术，例如通过车削和铣削或通过车削和钻孔或通过铣削和钻孔或也通过车削、铣削和钻孔来加工。

还适宜的是，将坯件在其形状和/或尺寸方面尽可能节省材料地分配。即坯件应在形状和/或尺寸上计量为，使得在切削的加工过程中从坯件去除尽可能少的材料。

根据一个优选的改进方案，坯件在横截面中具有基本上水滴状的外轮廓。换言之，坯件轮廓是3/4圆连同所连接的矩形。基于这样的坯件形状，在切削加工中产生少的材料去除。

这样的、在横截面中基本上水滴状的坯件能够通过在模具中将体部锻接到基本上圆柱形的基体上来制造。

根据另一改进方案，坯件是基本上方形的或圆柱形的、尤其锻造的实心材料体部。

因为由“棒料”提供这样构成的体部，这样成形的或构成的坯件特别适合于交货时间关键的制造。

根据另一优选的改进方案，将罐状件精加工、例如通过局部地(精)加工在罐状件中的外轮廓面和/或内轮廓面。

这样例如在对于已经在切削的加工过程中在罐状件上产生的拧紧和/或贴靠面、如用于附加的、能经由其与罐状件连接的构件、如设备管路或压力套管的面进行这样的进一步处理时能够实现特别的表面特性、表面状态和/或表面构型。

也能够通过罐状件的这种精加工，首先将用于附加的、能经由其与罐状件连接的构件、如设备管路或压力套管的——具有特别的表面特性、表面状态和/或表面构型的——特别的拧紧面和/或贴靠面引到罐状件的表面上。

根据一个优选的改进方案，罐状螺旋壳体具有与罐状件拧紧的设备管路、尤其与罐状件拧紧的压力套管，经由所述设备管路能够实现流体机械的流体的流入或流出。所述设备管路或所述压力套管能够构成为扩散器，以便在那——在压缩机为流体机械的情况下——得到流动延迟和压力提高或——在膨胀机或涡轮机为流体机械的情况下——得到流动加速和压力减小。

在另一优选的改进方案中，根据本发明的罐状螺旋壳体——作为用于压缩机级的叶轮的容纳部和作为用于在压缩机级中的流体的流动引导部——构建在齿轮式涡轮压缩机中。

在此还能够将用于驱动叶轮的传动装置或小齿轮轴的齿轮箱连接件、例如凸缘与罐状螺旋壳体的罐状件拧紧。经由所述接合部产生罐状螺旋壳体相对于在齿轮箱上的小齿轮轴线的附加的调节可能性。所述调节可能性能够必要时替代经由锁和支座的至今为止的与此有关的调节可能性，这尤其在不具有接合部(拉伸小齿轮轴)的流体机械中是有利的。

本发明的有利的设计方案的至今为止给出的说明包含大量特征，所述特征在各个从属权利要求中部分地概括为多个权利要求。然而，所述特征适宜地也由本领域技术人员单个观察并且概括成其他有意义的组合。

附图说明

在附图中示出本发明的实施例，在下文中详细阐述所述实施例。在附图中相同的附图标记表示技术上相同的元件。箭头表明对象或元件的运动方向。

附图示出：

图1示出贯穿具有呈模块结构方式的、根据本发明的无焊缝的罐状螺旋壳体的齿轮式压缩机的压缩机级的一部分的纵剖面，

图2示出用于呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体的根据本发明的罐状件的侧视图，

图3示出呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体的根据本发明的罐状件的俯视图，

图4示出沿着图3的切线IV-IV贯穿呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体的根据本发明的罐状件的纵剖面，

图5示出沿着图2的切线V-V的呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体的根据本发明的罐状件的剖面图，

图6示出沿着图3的切线VI-VI的呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体的根据本发明的罐状件的剖面图，

图7示出沿着图2的切线VII-VII的呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体的根据本发明的罐状件的剖面图，

图8示出用于呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体1的根据本发明的罐状件2的坯件3的示意图，

图9示出用于呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体的根据本发明的罐状件的坯件的示意图，

图10示出用于呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体的根据本发明的罐状件的坯件的示意图，

图11示出根据图10的其中具有“装入的”罐状件2的坯件的立体图。

具体实施方式

用于在齿轮式压缩机中的压缩机级的呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体。

图1示出贯穿具有根据本发明的无焊缝的罐状螺旋壳体1的齿轮式压缩机10的压缩机级18的简化示出的部分的纵剖面，所述罐状螺旋壳体具有通过切削的加工由坯件3制造的罐状件2。

压缩机级18具有围绕转动轴线22旋转的并且在罐状件2中的轴向孔15中容纳的转子轴或小齿轮轴19，在其一个示出的端部上安装有叶轮20。

在小齿轮轴19的进入罐状件2中的区域中，在罐状件2的那里的轴向的端面上设置有与罐状件2拧紧的(参见螺栓21)呈凸缘8形式的齿轮箱连接件8。

叶轮20被流体11的轴向的入流12(轴向地)迎流并且将压缩的流体11径向向外输送到环形空间23中。

在另一转向24之后，流体11从环形空间23流入集流室25中，在那聚集并且经由在罐状件2中的流动开口16或扩散器开口16进入设备管路4中。

设备管路4具有构成为扩散器的、与罐状件2在罐状件2上的拧紧面17上拧紧的压力套管5(在圆周方向上错开地示出)，所述压力套管具有在其上连接的压力套管突缘6，经由所述压力套管突缘，在那进一步被压缩的流体11离开压缩机级18。

在圆周方向上围绕旋转轴线22延伸的集流室25借助于罐状件2和装入罐状件2的凹部9或圆柱形的孔9中的螺旋插入件7形成。

由高合金的钢构成的——罐状件2通过在加工中心中在唯一的加工过程中的纯切削由被锻造的坯件3制造。

坯件3的外面在切削的加工过程中——根据坯件3的形状——车削、铣削和/或钻孔成罐状件3的外轮廓。

在罐状件2中的用于螺旋插入件7的凹部9在切削的加工过程中被钻成。略锥状的——扩散器开口16同样被钻成。钻出用于容纳小齿轮轴19的孔15。铣削用于将压力套管5拧紧在罐状件2上的拧紧面17。

螺旋插入件7如图1所示装配到罐状件2中，使得在螺旋插入件7的轴向端侧上保留形成环形空间23的被围住的空间。

图2和图3示出根据本发明的、在加工过程中通过切削由坯件3制造的罐状件2的侧视图(图2)以及俯视图(图3)。

在图2和图3中的罐状件2的示图中标明切线IV-IV(图3)、V-V(图2)、VI-VI(图3)和VII-VII(图2)，其剖面图在图4、图5、图6和图7中示出。

如图2至图7所示出，罐状件2——在径向横截面中——具有水滴状的外轮廓，所述外轮廓在轴向方向上延伸以用于空间上构成罐状件2。在此，水滴状的外轮廓通过3/4圆连同所连接的矩形而构成。

在罐状件2的轴向端部上引入用于容纳螺旋插入件7的凹部9，由此罐状件2得到其罐状的构成；在另一轴向端部上引入用于容纳罐状件2中的小齿轮轴19的孔15。

在罐状件2的外轮廓上的矩形的两个矩形边中的一个的区域中，加工用于设备管路4或压力套管5的拧紧面17。拧紧面17是基本上矩形的，其中所述矩形的角是倒圆的。

在拧紧面17的中央区域中存在径向的、尽可能锥形的钻孔，所述钻孔通到罐状件2中的凹部9中并且构成扩散器开口16。

围绕扩散器开口16同心地，在拧紧面17中引入用于螺栓21的螺纹孔27，以用于将压力套管5拧紧在罐状件2上。

图8示出用于呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体1的根据本发明的罐状件2的坯件3的示意图。

在图8中示出的坯件3在其外轮廓中具有——如罐状件2——水滴状的形状或构型，所述形状或构型由3/4圆连同所连接的方形得出。

所述水滴状的坯件3通过在模具中将体部14锻接到圆柱形的基体13上制造。

在用于制造罐状件2的坯件3的切削的加工中，坯件3的外轮廓在小的圆周中车削(参见去除部26)，以便消除在坯件3上的不平坦部。

在坯件3上铣削或铣成用于设备管路4或压力套管5的拧紧面17，并且必要时通过滚光来精加工；用于拧紧压力套管5和罐状件2的螺栓21的螺纹孔27被引入拧紧面17中。

在管道2中钻出圆柱形的钻孔9或凹部9以用于容纳螺旋插入件7；必要时精车削或滚光凹部9的钻孔壁。

同样钻出用于容纳小齿轮轴19的钻孔15；必要时精车削或滚光钻孔15的钻孔壁。

也钻出用于使流体11从罐状件2流出到压力套管5中的扩散器开口16；必要时精车削或滚光扩散器开口16的钻孔壁。

图9和图10示出用于呈模块结构方式的、无焊缝的罐状螺旋壳体1的根据本发明的罐状件2的坯件3的其他不同的示意图。

用于罐状件2的图9中示出的坯件3是方形的、被锻造的实心材料体部或实心材料块，其具有近似矩形的横截面。

用于罐状件2的图10中示出的坯件3是圆柱形的实心材料体部。所述实心材料体部能够是被锻造的或是从棒料获得。

图11示出具有——示出的——立体地“装入的”完成的罐状件2的、根据图10的圆柱形的坯件3的立体图。

在此，即在方形的或圆柱形的坯件3中——如在水滴状的坯件3中——坯件外轮廓在切削的加工中也被车去用于制造罐状件2。同样钻出且精加工圆柱形的钻孔9或凹部9、用于容纳小齿轮轴19的钻孔15和扩散器开口16；铣削或铣成并且精加工拧紧面17。

如图8、9和10中的不同的坯件3(水滴状、方形、圆柱形)的比较示出，在水滴状的坯件3(图8)中在坯件3的切削加工中去除的材料26的量为最少，相反地在圆柱形的坯件3(图10)中在坯件3的切削加工中去除的材料26为最大。相应地，圆柱形的坯件3的坯件重量也是最大的，相反在水滴状的坯件3中坯件重量是最小的。

尽管通过优选的实施例详细图解说明和描述本发明的细节，但是本发明不受所公开的示例限制并且能够由本领域技术人员由此推导出其他的变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于制造用于流体机械(10)的、尤其用于压缩机(10)的罐状螺旋壳体(1)的罐状件(2)的方法，

其特征在于，

所述罐状件(2)通过切削制造法由坯件制造。

2.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

所述切削制造法是车削、铣削和/或钻孔。

3.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

所述坯件(3)在横截面中具有基本上水滴状的外轮廓。

4.至少根据上一项权利要求所述的方法，

其特征在于，

在横截面中基本上水滴状的所述坯件(3)通过在模具中将体部锻接到基本上圆柱形的基体上来制造。

5.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

所述坯件(3)是基本上方形的或圆柱形的实心材料体部。

6.一种用于流体机械(10)的罐状螺旋壳体(1)，其特征在于，具有根据上述方法权利要求中至少一项制造的罐状件(2)。

7.根据上述装置权利要求中至少一项所述的罐状螺旋壳体(1)，

其特征在于，具有与所述罐状件(2)拧紧的设备管路(4)、尤其与所述罐状件(2)拧紧的压力套管(5)。

8.根据上述装置权利要求中至少一项所述的罐状螺旋壳体(1)，

其特征在于，具有在所述罐状件(2)上加工的外轮廓面，经由所述外轮廓面，设备管路(4)、尤其压力套管(5)能够与所述罐状件(2)拧紧。

9.根据上述装置权利要求中至少一项所述的罐状螺旋壳体(1)，

使用在用于将流体(11)流出或流入的流体机械(10)中，尤其在压缩机、膨胀机或涡轮机中。

10.一种齿轮式涡轮压缩机(10)，所述齿轮式涡轮压缩机具有根据上述装置权利要求中至少一项所述的罐状螺旋壳体(1)以及具有与所述罐状螺旋壳体(1)的所述罐状件(2)拧紧的齿轮箱连接件(8)、尤其与所述罐状螺旋壳体(1)的所述罐状件(2)拧紧的凸缘(8)。