CN1240932C - 用于旋转机器的外壳结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一用于旋转机器的外壳结构，它包括两个半圆筒形的壳体对分部分。每一对分部分包括一可容纳紧固件的机加工凸缘。两个对分部分靠穿过诸机加工凸缘的诸紧固件连接在一起。

Description

用于旋转机器的外壳结构及其制造方法
发明背景
1. 技术领域
本发明涉及旋转机器的外壳，尤其涉及用于压气机的对分外壳。
2. 已有技术简述
图1示出了一用于压气机的已有技术的对分外壳的对分部分A。该对分外壳的对分部分A包括一半圆筒形的轧制板B，它有两个相对的边缘C、C’并绕一纵向轴线X延伸。一对凸缘D、D’沿各相对边缘C、C’延伸，各凸缘D、D’通过焊接E连接于半圆筒形的轧制板B。凸缘D、D’形成有多个从凸缘顶侧G至凸缘底侧H的钻孔F。
两个已有技术的对分外壳的对分部分A通过它们各自的凸缘D、D’以传统方式连接在一起，形成一圆筒形的对分外壳组件。这些对分外壳的对分部分A用诸如螺栓的紧固件穿过钻孔F固定在一起。然后将诸如压缩机构件的旋转机器构件放入由连接而成的对分外壳组件的内表面构成的内腔中。
制造对分外壳的对分部分A的一个方法是将一平板K(如图2所示)绕一纵向轴线X轧制成一半圆筒形的轧制板B。如图3所示，然后通过在边缘C、C’焊接E(如图1所示)将凸缘D、D’固定到轧制板B。在将凸缘D、D’焊接到轧制板B之前或在将凸缘D、D’焊接到轧制板B之后在凸缘D、D’上钻出或形成若干钻孔F。
图1中所示的已有技术的诸对分外壳的对分部分A由于要有许多焊接而使制造成本上升。此外，由于在凸缘D、D’与轧制板B之间的焊接不总是正确的，所以有可能出现失误。其它的已有技术外壳结构图示在美国专利1,352,276、1,839,849、2,683,017、3,160,107、3,390,830、3,544,232、4,137,006、4,305,192、4,551,065、4,915,581和5,063,661中。
因此，本发明的一个目的是提供一种对分外壳的对分部分结构，其制造成本低，不需要焊接的凸缘。
发明概要
本发明是一种用于诸如压气机或涡轮机的旋转机器的外壳结构，它包括：一由一单件板形成为一基本是半圆筒形的壳体的第一外壳对分部分，所述第一外壳对分部分具有两个相对边缘和两相对的外侧，所述两相对的外侧具有通过去掉材料形成的凹部，从而在凹部的靠近所述边缘侧具有形成有若干钻孔的机加工凸缘；一由一单件板形成为一基本是半圆筒形的壳体的第二外壳对分部分，所述第二外壳对分部分具有两个相对边缘和两个相对的外侧，所述两相对的外侧具有通过去掉材料形成的凹部，从而在凹部的靠近所述边缘侧具有形成有若干钻孔的机加工凸缘，所述第二外壳对分部分形成一通道孔；以及，多个紧固件，其中，每一第一外壳对分部分的所述诸相对边缘与所述第二外壳对分部分的相应的相对诸边缘对齐，以形成一用穿过所述诸钻孔的所述多个紧固件固定在一起的基本是圆筒形的结构。
一空心容纳腔由连接在一起的第一和第二外壳对分部分以及连接于第一和第二外壳对分部分的诸端板的内表面构成。容纳腔可容纳诸如压缩机或涡轮机构件的旋转机器构件。
本发明还提供一制造对分外壳组件的半个部分的方法，方法包括如下的步骤：
a.提供一基本是半圆筒形的外壳对分部分；以及
b.通过从基本是半圆筒形的外壳对分部分去掉材料在半圆筒形对分部分的相对的外侧上形成凸缘。该方法还包括步骤：
c.在凸缘上形成多个钻孔；
d.在外壳对分部分中形成若干通道孔；
e.使若干通道连接于通道孔；以及
f.将半圆筒形外壳对分部分连接于另一半圆筒形外壳对分部分，形成一具有与通道流体连通的空心容纳腔的圆筒形对分外壳组件。
本发明还提供一种高压对分容器，它包括：一由一单件板形成一基本是半圆筒形的壳体的第一外壳对分部分，所述第一外壳对分部分具有两个相对边缘、两相对的外侧和一内表面，所述两相对的外侧具有通过去掉材料形成的凹部，从而在凹部的靠近所述边缘侧具有形成有若干钻孔的机加工凸缘；一由一单件板形成一基本是半圆筒形的壳体的第二外壳对分部分，所述第二外壳对分部分具有两个相对边缘、两个相对的外侧和一内表面，所述两相对的外侧具有通过去掉材料形成的凹部，从而在凹部的靠近所述边缘侧具有形成有若干钻孔的机加工凸缘，其中，每一第一外壳对分部分的所述相对诸边缘与所述第二外壳对分部分的相应的相对诸边缘对齐，以形成一基本是圆筒形的结构，所述第二外壳对分部分形成一通道孔；多个穿过在所述诸机加工凸缘的所述第二表面中的所述诸钻孔的紧固件；至少一个连接于所述第一外壳对分部分和所述第二外壳对分部分的具有内表面的端板，其中，所述第一外壳对分部分的所述内表面、所述第二外壳对分部分的所述内表面和所述至少一个端板的所述内表面形成一空心的容纳腔；以及，一设置在所述空心容纳腔内的旋转机器。
附图简要说明
图1是一已有技术对分外壳的对分部分的侧视图；
图2是用于制造图1所示的已有技术对分外壳的对分部分的一平板的侧视图；
图3是图1所示的已有技术对分外壳的对分部分的分解侧视图；
图4是用于一旋转机器的外壳结构的立体图，该外壳结构具有根据本发明制造的一第一外壳对分部分和一第二外壳对分部分；
图5是一用于图4所示的旋转机器的外壳结构的分解立体图；
图6是图4所示的第一外壳对分部分的俯视立体图；
图7是图4所示的第二外壳对分部分的俯视立体图；
图8是图4和7所示的第二外壳对分部分的另一俯视立体图；以及
图9是一平板的侧视图。
较佳实施例的详细说明
图4和5示出了本发明的用于旋转机器的对分外壳组件。本发明总的包括一连接于第二外壳对分部分14的第一外壳对分部分12。第一外壳对分部分12和第二外壳对分部分14由轧制板16、最好是钢板制成，并形成诸半圆筒形的壳体结构，每一对分部分具有相同的曲率半径R。或者，可以认为，第一外壳对分部分12和第二外壳对分部分14是铸件或锻造的。对分外壳组件10适合容纳诸如压气机或燃气轮机构件的旋转机器54(图中所示是示意性的)。有多个通道(port)18连接于第一外壳对分部分12或如图4和5所示连接于第二外壳对分部分14。诸端板20固定于对分外壳组件10的第一和第二相对的端部22、24，可设置有密封件以形成一压力密封的结构。
尤其参阅图5，第一外壳对分部分12、第二外壳对分部分14和诸端部20的内表面27构成了一空心的容纳腔26。空心的容纳腔26适合容纳诸如压缩机或涡轮机构件的旋转机器54，如图5所示。
继续参阅图5以及图4，第一外壳对分部分12是一基本上为半圆筒形的壳体或轧制板16，它沿一纵向轴线L延伸。第一外壳对分部分12具有半径R、纵向长度CL、第一和第二外侧30、32，包括两个被机加工的(或被切削的)凸缘(machinedflange)(或称为机加工边缘)28，每一个凸缘或边缘位于第一或第二外侧30、32，每一个凸缘或边缘沿第一外壳对分部分12的纵向长度CL延伸。图6中详细示出的机加工的凸缘28由一个是第一表面34、另一个是第二表面36的两个表面所构成，该两个表面彼此垂直。
图7和8中详细示出的第二外壳对分部分14类似于第一外壳对分部分12，也用相同的标号表示。第二外壳对分部分14具有半径R、纵向长度CL、第一和第二外侧30、32，包括两个机加工的凸缘28，每一个凸缘沿第二外壳对分部分14的纵向长度CL延伸。机加工的凸缘28由一个是第一表面34、另一个是第二表面36的两个表面所构成，该两个表面彼此垂直。第一和第二外壳对分部分12、14较佳地要有足够的厚度以机加工出凸缘28，同时仍然具有压力容器的功能。同样，端板20也要具有足够的厚度以承受上升的压力。
第一与第二外壳对分部分12、14的一个不同点是，尽管第一外壳对分部分12也可形成通道孔46，但最好在第二外壳对分部分14上形成多个通道孔46，如图7和8所示。参阅图4和5，通道18焊接于第二外壳对分部分14。若干通道18可与通道孔46对齐，使得通道18与空心容纳腔26流体连通。
如图7所示，机加工凸缘28在圆周距离RD1和RD2处一体地形成在第一和第二外壳对分部分12、14的第一和第二外侧30、32上。圆周距离RD1和RD2是角α和β以及它们相应的向量半径R1和R2的函数。向量半径R1和R2的原点在假想直径线DL的中点M，该直径线连接第一外壳对分部分12和/或第二外壳对分部分14的第一和第二相对端22、24，长度等于外壳对分部分12、14的内直径DL。与如图5所示的半径R不同，向量半径R1和R2延伸至外壳对分部分12、14的外侧30、32。
通过凸缘28的各个第二表面36钻出或形成多个钻孔38。钻孔38从第一或第二外壳对分部分12、14的第二表面36延伸到各自的第一和第二边缘40、42。若干钻孔38在第一和第二外壳对分部分12、14的整个长度CL沿第二表面36相互隔开，如图4所示，以容纳诸如螺栓的紧固件。
继续参阅图4，将各自的第一和第二边缘40、42相对放置或靠拢，使各自的钻孔38相互对齐，如此将第一外壳对分部分12固定到第二外壳对分部分14。图5中所示的螺栓或紧固件44穿过钻孔38，直到螺栓44的螺纹端从第二外壳对分部分14中的凸缘28的第二表面36伸出。螺栓44的螺纹端也从第一外壳对分部分12的第二表面36伸出。螺纹螺母48安装在靠近第一外壳对分部分12的螺栓44的端部上，螺母50安装在靠近第二外壳对分部分14的螺栓44的端部上，从而将第一外壳对分部分12固定到第二外壳对分部分14上，以形成一对分外壳组件10。在该结构中，轴线L、L’、L″彼此对齐，其中对分外壳组件10基本上是圆筒形的，具有恒定的曲率半径R。然后在栓紧对分外壳组件10之前可在内部固定诸端板20或在栓紧之后可在外部固定诸端板20，由此形成用于旋转机器54的外壳结构。最好是，将诸端板20抵靠在空心容纳腔26中的保持台阶或表面上，以在内部安装端板20，或用紧固件(未示出)在外面安装端板20。
应予以理解的是，诸端板20可固定于第一和第二外壳对分部分12、14的两者之一上或两者上，旋转机器构件可在将第一外壳对分部分12固定至第二外壳对分部分14之前连接于诸端板20和对分部分12、14。
制造第一外壳对分部分12的方法叙述如下。首先，提供一最好用钢制成的平板52。如图9所示，然后按箭头方向轧制平板52，使得板52绕轴线L弯曲，形成半圆筒形。如图6所示，然和在轧制板16加工具有第一和第二表面34、36的凸缘28。第一和第二表面34、36形成在轧制板16的两相对侧30、32，各个表面34、36基本上彼此相垂直。然后在机加工凸缘28的第二表面36上加工或钻出多个钻孔38。这些钻孔38是凹进的，为螺母48、50提供空隙，还相互隔开，以保证螺栓44和螺母48、50。此外，钻孔38与第一表面34隔开足够的距离，为螺母48和50提供空隙。钻孔38从第二表面36延伸到各自的第一和第二边缘40、42。
如图7和8所示，除了通过例如机加工或钻在轧制板16上形成多个通道孔46之外，制造第二外壳对分部分14的方法基本上与制造第一外壳对分部分12的相同。最好是，第一和第二外壳对分部分12、14都是半圆筒形的，具有相同曲率半径R。通道18可连接至通道孔46，第一和第二外壳对分部分12、14彼此相连，形成一具有与通道18流体连通的空心容纳腔的圆筒形对分外壳组件10。通道孔46也可形成在第一外壳对分部分12中，或者在第一外壳对分部分12或第二外壳对分部分14中都不形成通道孔46。
本发明的制造成本比需要将分开的凸缘焊接到轧制板上的已有技术的外壳低。此外，本发明通过增加壁的厚度和删去焊接凸缘使结构较强。
已结合较佳实施例描述了本发明。显然，当其它人阅读和理解前面的详细说明时可对该实施例进行改变和变更。因此，要把本发明解释为包括在所附权利要求书的范围和其等价物之内的所有这样的改变和变更。

Claims (17)

1.一种用于旋转机器的外壳，包括：
一由一单件板形成为一基本是半圆筒形的壳体的第一外壳对分部分，所述第一外壳对分部分具有两个相对边缘和两相对的外侧，所述两相对的外侧具有通过去掉材料形成的凹部，从而在凹部的靠近所述边缘侧具有形成有若干钻孔的机加工凸缘；
一由一单件板形成为一基本是半圆筒形的壳体的第二外壳对分部分，所述第二外壳对分部分具有两个相对边缘和两个相对的外侧，所述两相对的外侧具有通过去掉材料形成的凹部，从而在凹部的靠近所述边缘侧具有形成有若干钻孔的机加工凸缘，所述第二外壳对分部分形成一通道孔；以及
多个紧固件，
其中，每一第一外壳对分部分的所述诸相对边缘与所述第二外壳对分部分的相应的相对诸边缘对齐，以形成一用穿过所述诸钻孔的所述多个紧固件固定在一起的基本是圆筒形的结构。
2.如权利要求1所述的用于旋转机器的外壳结构，其特征在于，所述诸凸缘沿所述第一外壳对分部分的长度延伸和沿所述第二外壳对分部分的长度延伸。
3.如权利要求1所述的用于旋转机器的外壳结构，其特征在于，所述诸机加工凸缘由第一表面和第二表面所形成，其中，所述第一表面和所述第二表面彼此垂直。
4.如权利要求1所述的用于旋转机器的外壳结构，其特征在于，所述诸凸缘一体地形成在所述第一和第二外壳对分部分的所述外侧上。
5.如权利要求1所述的用于旋转机器的外壳结构，其特征在于，所述第一和第二外壳对分部分由钢制成。
6.一种制造用于旋转机器的对分外壳组件的半个部分的方法，方法包括如下的步骤：
a.提供一是半圆筒形的外壳对分部分；以及
b.通过从所述是半圆筒形的外壳对分部分去掉材料在半圆筒形对分部分的相对的外侧上形成凸缘。
7.如权利要求6所述的制造对分外壳的对分部分的方法，其特征在于，还包括步骤：
在所述诸凸缘上形成多个钻孔。
8.如权利要求6所述的制造对分外壳的对分部分的方法，其特征在于，还包括步骤：
在所述外壳对分部分中形成若干通道孔。
9.如权利要求8所述的制造对分外壳的对分部分的方法，其特征在于，还包括步骤：
使若干通道连接于所述诸通道孔。
10.一种高压对分容器，它包括：
一由一单件板形成一基本是半圆筒形的壳体的第一外壳对分部分，所述第一外壳对分部分具有两个相对边缘、两相对的外侧和一内表面，所述两相对的外侧具有通过去掉材料形成的凹部，从而在凹部的靠近所述边缘侧具有形成有若干钻孔的机加工凸缘；
一由一单件板形成一基本是半圆筒形的壳体的第二外壳对分部分，所述第二外壳对分部分具有两个相对边缘、两个相对的外侧和一内表面，所述两相对的外侧具有通过去掉材料形成的凹部，从而在凹部的靠近所述边缘侧具有形成有若干钻孔的机加工凸缘，其中，每一第一外壳对分部分的所述相对诸边缘与所述第二外壳对分部分的相应的相对诸边缘对齐，以形成一基本是圆筒形的结构，所述第二外壳对分部分形成一通道孔；
多个穿过在所述诸机加工凸缘的所述第二表面中的所述诸钻孔的紧固件；
至少一个连接于所述第一外壳对分部分和所述第二外壳对分部分的具有内表面的端板，其中，所述第一外壳对分部分的所述内表面、所述第二外壳对分部分的所述内表面和所述至少一个端板的所述内表面形成一空心的容纳腔；以及
一设置在所述空心容纳腔内的旋转机器。
11.如权利要求10所述的高压对分容器，其特征在于，一通道连接于所述通道孔。
12.如权利要求10所述的高压对分容器，其特征在于，所述诸机加工凸缘沿所述第一外壳对分部分的长度延伸和沿所述第二外壳对分部分的长度延伸。
13.如权利要求10所述的高压对分容器，其特征在于，所述机加工凸缘一体地形成在所述第一和第二外壳对分部分的所述外侧上。
14.如权利要求11所述的高压对分容器，其特征在于，所述空心容纳腔与所述通道流体连通。
15.如权利要求10所述的高压对分容器，其特征在于，所述第一和第二外壳对分部分由钢制成。
16.如权利要求10所述的高压对分容器，其特征在于，所述旋转机器是一涡轮机。
17.如权利要求10所述的高压对分容器，其特征在于，所述旋转机器是一压缩机。
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