DE112022000431T5

DE112022000431T5 - Laufrad, Zentrifugalkompressor und Verfahren zum Herstellen eines Laufrads

Info

Publication number: DE112022000431T5
Application number: DE112022000431.2T
Authority: DE
Inventors: Takashi Fujiwara; Taichi Kimura
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2023-11-02
Also published as: JPWO2022224512A1; WO2022224512A1; US20230349388A1; CN116710660A

Abstract

Ein Kompressorlaufrad hat: eine Nabe, die an einem Ende einer Welle vorgesehen ist; eine Schaufel, die um einen Außenumfang der Nabe herum angeordnet ist; eine vordere Kante 17b, die an der Schaufel ausgebildet ist und eine nichtlineare Form hat, die sich von einer geraden Linie unterscheidet, die ein deckbandseitiges Ende und nabenseitiges Ende verbindet; und eine Schaufelfläche 17d, die zwischen der vorderen Kante 17b und einer hinteren Kante 17c der Schaufel ausgebildet ist und eine gekrümmte Flächenform hat, die durch eine Bahnkurve einer Bewegung einer erzeugenden Linie gezogen ist, die eine gerade Linie ist, die das deckbandseitige Ende und das nabenseitige Ende verbindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Laufrad, einen Zentrifugalkompressor und ein Verfahren zum Herstellen des Laufrads. Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Wirkung der Priorität basierend auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-72886 , die am 22. April 2021 eingereicht wurde und deren Inhalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Technischer Hintergrund
Patentliteratur 1 offenbart ein Kompressorlaufrad, in dem eine Nabe und eine Vielzahl von Schaufeln, die um die Nabe herum angeordnet sind, einstückig geformt sind.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2007-50444 A
Zusammenfassung
Technisches Problem
Im Allgemeinen wird eine Form eine Schaufelfläche eines Kompressorlaufrads durch Flankenfräsen über einen weiten Bereich auf einmal bearbeitet, wobei eine Drehachsenrichtung eines Werkzeugs, wie eines Schaftfräsers, mit einer Richtung einer erzeugenden Linie ausgerichtet ist. Da eine Bearbeitung über einen weiten Bereich unter Verwendung einer Flanke eines Werkzeugs erfolgt, kann die Bearbeitungszeit relativ verkürzt werden. Jedoch ist eine Form einer vorderen Kante des Kompressorlaufrads, das in solch einer Weise bearbeitet wird, gerade in einer Spannweitenrichtung ausgebildet. Wenn die vordere Kante gerade in der Spannweitenrichtung ausgebildet ist, ist es schwierig, eine Strömungsverringerung aufgrund einer Kollision an der vorderen Kante einzudämmen.
Es ist der Zweck der vorliegenden Offenbarung, ein Laufrad, einen Zentrifugalkompressor und ein Verfahren zum Herstellen des Laufrads vorzusehen, die eine Strömungsverringerung aufgrund einer Kollision an der vorderen Kante eindämmen können, während sie eine Bearbeitungszeit verringern.
Lösung des Problems
Um das vorstehende Problem zu lösen, hat ein Laufrad gemäß der vorliegenden Offenbarung Folgendes: eine Nabe, die an einem Ende einer Welle vorgesehen ist; eine Schaufel, die um einen Außenumfang der Nabe herum angeordnet ist; eine vordere Kante, die an der Schaufel ausgebildet ist und eine nichtlineare Form hat, die sich von einer geraden Linie unterscheidet, die ein deckbandseitiges Ende und einen nabenseitiges Ende verbindet; und eine Schaufelfläche, die zwischen der vorderen Kante und einer hinteren Kante der Schaufel ausgebildet ist und eine gekrümmte Flächenform hat, die durch eine Bahnkurve einer Bewegung einer erzeugenden Linie gezogen wird, die eine gerade Linie ist, die das deckbandseitige Ende und das nabenseitige Ende verbindet.
Eine Vielzahl von Aussparungen, die benachbart zueinander entlang einer Spannweitenrichtung sind, können an der vorderen Kante ausgebildet sein.
Um das vorstehende Problem zu lösen, hat ein Zentrifugalkompressor gemäß der vorliegenden Offenbarung das vorstehende Laufrad.
Um das vorstehende Problem zu lösen hat ein Verfahren zum Herstellen eines Laufrads gemäß der vorliegenden Offenbarung folgende Schritte: Bearbeiten einer Schaufelfläche zwischen einer vorderen Kante und einer hinteren Kante einer Schaufel eines Laufrads durch Flankenfräsen; und Bearbeiten der vorderen Kante durch Punktfräsen.
Wirkungen der Offenbarung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Strömungsverringerung aufgrund einer Kollision an der vorderen Kante eingedämmt werden, während eine Bearbeitungszeit verkürzt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Turboladers.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Kompressorlaufrads.
3 ist eine Darstellung einer Form einer Schaufel.
4 ist eine Außenansicht einer Werkzeugmaschine für das Kompressorlaufrad.
5 stellt die Werkzeugmaschine dar, die ein Material des Kompressorlaufrads bearbeitet.
6 ist eine erste Darstellung eines Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad.
7 ist eine zweite Darstellung des Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad.
8 ist eine dritte Darstellung des Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad.
9 ist eine vierte Darstellung des Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Bearbeitungsverfahren (Herstellungsverfahren) des Kompressorlaufrads darstellt.
11 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer vorderen Kante der Schaufel gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
12 ist eine Darstellung einer Form der vorderen Kante gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung wird im Detail nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Spezifische Abmessungen, Materialien und numerische Werte, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben sind, sind lediglich Beispiele für ein besseres Verständnis und beschränken nicht die vorliegende Offenbarung, außer es ist anderweitig spezifiziert. In dieser Beschreibung und den Zeichnungen sind doppelte Erklärungen für Elemente, die im Wesentlichen die gleichen Funktionen und Gestaltungen haben, durch Zuordnen des gleichen Bezugszeichens weggelassen. Des Weiteren sind Elemente, die sich nicht direkt auf die vorliegende Offenbarung beziehen, von den Figuren weggelassen.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Turboladers TC. Nachstehend wird eine Richtung, die durch einen Pfeil L gekennzeichnet ist, der in 1 gezeigt ist, als eine linke Seite des Turboladers TC beschrieben. Eine Richtung, die durch einen Pfeil R gekennzeichnet ist, der in 1 gezeigt ist, wird als eine rechte Seite des Turboladers TC beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, weist der Turbolader TC einen Turboladerkörper 1 auf. Der Turboladerkörper 1 hat ein Lagergehäuse 2, ein Turbinengehäuse 4 und ein Kompressorgehäuse 6. Das Turbinengehäuse 4 ist mit der linken Seite des Lagergehäuses 2 durch Befestigungsbolzen 3 verbunden. Das Kompressorgehäuse 6 ist mit der rechten Seite des Lagergehäuses 2 durch Befestigungsbolzen 5 verbunden.
Ein Lagerloch 2a ist in dem Lagergehäuse 2 ausgebildet. Das Lagerloch 2a geht durch das Lagergehäuse 2 in der Links-nach-Rechts-Richtung des Turboladers TC hindurch. Ein Lager ist in dem Lagerloch 2a angeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Lager ein vollschwimmendes Lager. Jedoch kann das Lager ein anderes Lager sein, wie ein halbschwimmendes Lager oder ein Wälzlager. Eine Welle 7 ist durch das Lager drehbar gestützt. Ein Kompressorlaufrad 8 (Laufrad) ist an dem rechten Ende der Welle 7 vorgesehen. Das Kompressorlaufrad 8 ist in dem Kompressorgehäuse 6 drehbar beherbergt. Ein Turbinenrad 9 ist an dem linken Ende der Welle 7 vorgesehen. Das Turbinenrad 9 ist in den Turbinengehäuse 4 drehbar beherbergt. In der vorliegenden Offenbarung können eine „Axialrichtung“, eine „Radialrichtung“ und eine „Umfangsrichtung“ der Welle 7, des Kompressorlaufrads 8 und des Turbinenrads 9 einfach als die „Axialrichtung“, die „Radialrichtung“ bzw. die „Umfangsrichtung“ bezeichnet werden.
Ein Einlass 10 ist in dem Kompressorgehäuse 6 ausgebildet. Der Einlass 10 öffnet zu der rechten Seite des Turboladers TC. Der Einlass 10 ist mit einem Luftfilter (nicht gezeigt) verbunden. Ein Diffusorströmungspfad 11 ist durch Flächen des Lagergehäuses 2 und des Kompressorgehäuses 6 ausgebildet. Der Diffusorströmungspfad 11 beaufschlagt Luft mit Druck. Der Diffusorströmungspfad 11 ist in einer ringförmigen Form ausgebildet. Der Diffusorströmungspfad 11 ist mit dem Einlass 10 über das Kompressorlaufrad 8 bei einem radial inneren Bereich verbunden. Von Innenflächen des Kompressorgehäuses 6 ist eine Fläche, die dem Kompressorlaufrad 8 radial zugewandt ist, als eine Deckbandfläche 6a ausgebildet.
Ein Kompressorschneckenströmungspfad 12 ist in dem Kompressorgehäuse 6 ausgebildet. Beispielsweise ist der Kompressorschneckenströmungspfad 12 radial außen von dem Diffusorströmungspfad 11 gelegen. Der Kompressorschneckenströmungspfad 12 ist mit einem Ansauganschluss einer Maschine (nicht gezeigt) und dem Diffusorströmungspfad 11 verbunden. Wenn das Kompressorlaufrad 8 dreht, wird Luft von dem Einlass 10 in das Kompressorgehäuse 6 gesaugt. Die angesaugte Luft wird mit Druck beaufschlagt und beschleunigt, wenn sie durch Schaufeln des Kompressorlaufrads 8 hindurchgeht. Die mit Druck beaufschlagte und beschleunigte Luft wird in dem Diffusorströmungspfad 11 und dem Kompressorschneckenströmungspfad 12 weiter mit Druck beaufschlagt. Die mit Druck beaufschlagt Luft wird zu dem Ansauganschluss der Maschine geleitet.
Ein Zentrifugalkompressor CC weist das Kompressorgehäuse 6 und das Lagergehäuse 2 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel des Zentrifugalkompressors CC beschrieben, der in dem Turbolader TC montiert ist. Jedoch ist der Zentrifugalkompressor CC nicht darauf beschränkt und kann in einer Vorrichtung aufgenommen sein, die anders ist als der Turbolader TC, oder kann eine eigenständige Einheit sein.
Ein Auslass 13 ist in dem Turbinengehäuse 4 ausgebildet. Der Auslass 13 öffnet zu der linken Seite des Turboladers TC. Der Auslass 13 ist mit einer Abgasreinigungseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden. Ein Turbinenschneckenströmungspfad 14 und ein Verbindungsdurchgang 15 sind in dem Turbinengehäuse 4 ausgebildet. Beispielsweise ist der Turbinenschneckenströmungspfad 14 radial außen von dem Verbindungsdurchgang 15 gelegen. Der Turbinenschneckenströmungspfad 14 ist mit einem Gaseinlass (nicht gezeigt) verbunden. Ein Abgas, das von einem Maschinenabgasverteiler (nicht gezeigt) abgegeben wird, wird zu dem Gaseinlass geleitet. Der Verbindungsdurchgang 15 verbindet den Turbinenschneckenströmungspfad 14 mit dem Auslass 13 über das Turbinenrad 9. Das Abgas, das von dem Gaseinlass zu dem Turbinenschneckenströmungspfad 14 geführt wird, wird weiter zu dem Auslass 13 über den Verbindungsdurchgang 15 und das Turbinenrad 9 geführt. Das Abgas, das zu dem Auslass 13 geführt wird, dreht das Turbinenrad 9, während es durch dieses hindurchgeht.
Die Drehkraft des Turbinenrads 9 wird zu dem Kompressorlaufrad 8 über die Welle 7 übertragen. Wenn das Kompressorlaufrad 8 dreht, wird Luft mit Druck beaufschlagt, wie vorstehend beschrieben ist. Somit wird die Luft zu dem Ansauganschluss der Maschine geleitet.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Kompressorlaufrads 8. Wie in 2 gezeigt ist, hat das Kompressorlaufrad 8 eine Nabe 16 (Rad) und eine Vielzahl von Schaufeln 17.
Die Nabe 16 hat eine obere Fläche 16a, eine untere Fläche 16b, eine Außenumfangsfläche 16c und ein Durchgangsloch 16d. Ein Bereich der oberen Fläche 16a als kleiner als der der unteren Fläche 16b. Die Außenumfangsfläche 16c ist mit der oberen Fläche 16a und der unteren Fläche 16b verbunden und erstreckt sich radial nach außen von der oberen Fläche 16a zu der unteren Fläche 16b.
Das Durchgangsloch 16d geht von der oberen Fläche 16a zu der unteren Fläche 16b hindurch. Die Welle 7 ist in das Durchgangsloch 16d eingesetzt. Ein Ende der Welle 7 steht von der oberen Fläche 16a vor. Eine Gewindenut ist an dem Ende der Welle 7 ausgebildet, das von der oberen Fläche 16a vorsteht. Durch Befestigen einer Mutter an dieser Gewindenut wird die Nabe 16 an einem Ende der Welle 7 vorgesehen. Die Nabe 16 ist ein drehender Körper, der um die Mitte des Durchgangslochs 16d als seine Drehachse dreht.
Die Schaufel 17 ist ein dünnes plattenförmiges Bauteil, das mit der Nabe 16 einstückig geformt ist. Eine Vielzahl von Schaufeln 17 sind an der Außenumfangsfläche 16c der Nabe 16 angeordnet, wobei sie voneinander in der Umfangsrichtung beabstandet sind. Ein Umfangsspalt zwischen benachbarten Schaufeln 17 (ein Schaufelspalt 17a) dient als ein Strömungspfad von Luft (Fluid). Die Schaufeln 17 erstrecken sich radial nach außen von der Außenumfangsfläche 16c der Nabe 16 zu der Deckbandfläche 6a hin (siehe 1) und sind gekrümmt, um in der Umfangsrichtung geneigt zu sein.
Die Schaufeln 17 umfassen Vollschaufeln 18 (lange Schaufeln) und Splitter-Schaufeln 19 (kurze Schaufeln), von denen jede eine axiale Länge hat, die kürzer ist als die der Vollschaufel 18. Die Vollschaufeln 18 und die Splitter-Schaufeln 19 sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Diese Gestaltung von Splitter-Schaufeln 19 zwischen Vollschaufeln 18 gestattet eine Verbesserung einer Luftansaugeffizienz des Turboladers TC im Vergleich zu einer Gestaltung mit der gleichen Anzahl von Schaufeln 17, die alle aus Vollschaufeln 18 bestehen. Nachstehend, wenn einfach auf die Schaufel 17 Bezug genommen wird, sind sowohl die Vollschaufel 18 als auch die Splitter-Schaufel 19 gemeint.
3 ist eine Darstellung einer Form der Schaufel 17. In 3 ist eine meridionale Form der Schaufel 17 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Strichpunktlinien gezeigt. Die meridionale Form ist eine Projektion der Kontur einer einzelnen Schaufel 17, die um die Drehachse der Nabe 16 herum gedreht ist, ohne die radiale Position der Nabe 16 zu ändern, auf eine Ebene parallel zu der Drehachse der Nabe 16. In 3 entspricht die Links-nach-Rechts-Richtung der Axialrichtung der Welle 7, wobei die rechte Seite eine Seite der unteren Fläche 16b der Nabe 16 ist und die linke Seite eine Seite der oberen Fläche 16a der Nabe 16 ist. In 3 ist die vertikale Richtung eine Spannweitenrichtung (Schaufellängenrichtung) der Schaufel 17, wobei die obere Seite eine Seite der Deckbandfläche 6a (nachstehend einfach als eine Deckbandseite bezeichnet) ist und die untere Seite eine Seite der Außenumfangsfläche 16a der Nabe 16 (nachstehend einfach als eine Nabenseite bezeichnet) ist.
Wie in 3 gezeigt ist, hat die Schaufel 17 eine vordere Kante 17b, die ein stromaufwärtiges Ende in einer Strömungsrichtung von Luft ist, die durch das Kompressorlaufrad 8 strömt (nachstehend einfach als die Strömungsrichtung bezeichnet). Es sei angemerkt, dass, in der Strömungsrichtung, die vordere Kante 17b, die ein Ende der Splitter-Schaufel 19 in der Axialrichtung ist, stromabwärts der vorderen Kante 17b gelegen ist, die ein Ende der Vollschaufel 18 in der Axialrichtung ist.
Die Schaufel 17 hat eine hintere Kante 17c, die ein stromabwärtiges Ende in der Strömungsrichtung ist. Eine Schaufelfläche 17d ist eine gekrümmte Fläche, die zwischen der vorderen Kante 17b und der hinteren Kante 17c der Schaufel 17 ausgebildet ist und dem Strömungspfad zugewandt ist, der in dem Schaufelspalt 17a ausgebildet ist.
Wie in 3 gezeigt ist, ist in der meridionalen Form die Vorderkante 17b im Wesentlichen parallel zu der Radialrichtung. Die hintere Kante 17c ist im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung.
Die Schaufelfläche 17d umfasst die vordere Kante 17b und die hintere Kante 17c als die Enden und hat eine gekrümmte Flächenform (Regelfläche), die durch eine Bahnkurve einer kontinuierlichen Bewegung einer geraden erzeugenden Linie 17e der Schaufel 17 gezogen wird (in 3 als eine gestrichelte Linie gezeigt). Mit anderen Worten gesagt, mit Bezug auf die Regelfläche, die durch eine Bahnkurve einer Bewegung einer geraden Linie (eines Liniensegments) gezogen wird, die ein deckbandseitiges Ende und ein nabenseitiges Ende verbindet, ist die erzeugende Linie 17e eine gerade Linie bei einer von Positionen in der Bahnkurve der Bewegung der geraden Linie. Somit ist das Kompressorlaufrad 8 als ein sogenanntes Regelflächenlaufrad gestaltet. Nachstehend wird eine Werkzeugmaschine für das Kompressorlaufrad 8 beschrieben, und anschließend wird ein Herstellungsverfahren (Bearbeitungsverfahren) des Kompressorlaufrads 8 beschrieben.
4 ist eine Außenansicht einer Werkzeugmaschine 20 für das Kompressorlaufrad 8. 5 stellt die Werkzeugmaschine 20 dar, die ein Material M des Kompressorlaufrads 8 bearbeitet.
Beispielsweise ist die Werkzeugmaschine 20 als ein 5-Achsen-Simultanbearbeitungszentrum gestaltet. Wie in 4 gezeigt ist, weist die Werkzeugmaschine 20 eine Dreheinheit 21, eine Bewegungseinheit 22, eine Halteeinheit 23, eine Bewegungseinheit 24, eine Steuerungseinheit 25 und eine Betriebseinheit 26 auf. Wie in 5 gezeigt ist, hat die Dreheinheit 21 ein Spannfutter 21a, das ein Werkzeug T, wie einen Schaftfräser, stützt, und einen Motor (nicht gezeigt). Während das Spannfutter 21a das Werkzeug T stützt, dreht die Motorleistung das Spannfutter 21a mit dem Werkzeug T. Das Spannfutter 21a stützt das Werkzeug T, wobei eine Drehachse des Spannfutters 21a mit der axialen Mitte des Werkzeugs T ausgerichtet ist.
Beispielsweise umfasst die Bewegungseinheit 22 einen automatisierten Tisch, der in drei zueinander senkrechten Achsen durch Motoren (nicht gezeigt) bewegt werden kann. Die Bewegungseinheit 22 stützt die Dreheinheit 21 und kann die Dreheinheit 21 in jeder der drei Achsen bewegen.
Beispielsweise umfasst die Halteeinheit 23 eine Klemmvorrichtung. Die Halteeinheit 23 hält das Material M des Kompressorlaufrads 8. Ein Loch, das das Durchgangsloch 16d der Nabe 16 werden wird, ist im Voraus in dem Material M ausgebildet. Die Halteeinheit 23 hat eine erste Klemme 23a, die die Außenumfangsfläche des Materials M hält. Eine zweite Klemme 23b ist entgegengesetzt zu der ersten Klemme 23a über das Material M hinweg angeordnet. Ein Stift 23c ist an der zweiten Klemme 23b fixiert. Der Stift 23c hat eine verjüngte Form mit einem kleineren Durchmesser an der Spitze. Die Spitze des Stifts 23c ist in das Loch in dem Material M eingesetzt, das das Durchgangsloch 16d der Nabe 16 werden wird. Das Material M wird durch die erste Klemme 23a und den Stift 23c geklemmt.
Die Bewegungseinheit 24 stützt die Halteeinheit 23. Beispielsweise kann die Bewegungseinheit 24 die Halteeinheit 23 mit dem Material M um zwei Achsen, die voneinander verschieden sind, durch Motoren (nicht gezeigt) drehen.
Relative Positionen und Lagen des Werkzeugs T und des Materials M können mit einem hohen Freiheitsgrad durch die Kooperation der Bewegungseinheiten 22 und 24 geändert werden.
Die Steuerungseinheit 25 steuert die Drehung des Werkzeugs T durch die Dreheinheit 21 und die relativen Positionen und Lagen des Werkzeugs T und des Materials M durch die Bewegungseinheiten 22 und 24 gemäß einem Bearbeitungspfad und anderer Informationen, die durch die Betriebseinheit 26 eingegeben wird. Das Folgende ist eine detaillierte Beschreibung eines Ablaufs eines Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad 8 durch die Steuerungseinheit 25.
6 ist eine erste Darstellung des Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad 8. 7 ist eine zweite Darstellung des Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad 8. 8 ist eine dritte Darstellung des Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad 8. 9 ist eine vierte Darstellung des Bearbeitungsprozesses für das Kompressorlaufrad 8. In 6 bis 9 ist die Werkzeugmaschine 20 für ein besseres Verständnis weggelassen.
Beim Bearbeiten des Regelflächenlaufrads ist eine Drehachsenrichtung des Werkzeugs T mit einer Richtung der erzeugenden Linie 17e ausgerichtet, und eine Flanke Ta des Werkzeugs T wird verwendet, um das Material M des Kompressorlaufrads 8 zu schneiden.
Die Steuerungseinheit 25 steuert die Bewegungseinheiten 22 und 24 und die Dreheinheit 21, um das Material M durch die Flanke Ta des Werkzeugs T zu schneiden, wobei die Drehachse des Werkzeugs T mit der Richtung der erzeugenden Linie 17e ausgerichtet ist, wie in 6 bis 8 gezeigt ist. Mit anderen Worten gesagt dreht die Steuerungseinheit 25 das Werkzeug T und schneidet das Material M bei Bereichen, die die Spalte zwischen den Vielzahlen von Schaufeln 17 (Schaufelspalte 17a) werden sollen, durch die Flanke Ta von der vorderen Kante 17b zu der hinteren Kante 17c. In dieser Situation erhöht die Steuerungseinheit 25 fortlaufend einen Neigungswinkel des Werkzeugs T in einer Richtung, in der sich die Achsenrichtung des Werkzeugs T von der vorderen Kante 17b an die hintere Kante 17c annähert. Somit schneidet die Steuerungseinheit 25 die Schaufelfläche 17d zwischen der vorderen Kante 17b und der hinteren Kante 17c der Schaufel 17 durch die Flanke Ta des Werkzeugs T.
Nachdem die Schaufelfläche 17d geschnitten ist, wird die Drehachsenrichtung des Werkzeugs T mit einer Richtung (Spannweitenrichtung der vorderen Kante 17b) ausgerichtet, die die Axialrichtung der Welle 7 schneidet, und ein Punkt Tb des Werkzeugs T wird verwendet, um einen Abschnitt des Materials M zu schneiden, der der vorderen Kante 17b entspricht.
Die Steuerungseinheit 25 steuert die Bewegungseinheiten 22 und 24 und die Dreheinheit 21, um das Werkzeug T zu drehen und das Material M bei dem Abschnitt, der die vordere Kante 17b werden wird, durch den Punkt Tb entlang einer Dickenrichtung der Schaufel 17 (Schaufeldickenrichtung) zu schneiden, wie in 9 gezeigt ist. Nach dem Schneiden in der Schaufeldickenrichtung bewegt die Steuerungseinheit 25 das Werkzeug T zu einer Position benachbart zu der Schnittstelle in der Spannweitenrichtung, wie durch die gestrichelte Linie in 9 gezeigt ist, und schneidet das Material M wieder bei einem Abschnitt, der die vordere Kante 17b werden wird, durch den Punkt Tb entlang der Schaufeldickenrichtung. Diesen Prozess wiederholend, bewegt die Steuerungseinheit 25 das Werkzeug T von dem deckbandseitigen Ende zu dem nabenseitigen Ende der vorderen Kante 17b, um das Material M zu schneiden. Auf diese Weise schneidet die Steuerungseinheit 25 die vordere Kante 17b durch den Punkt Tb des Werkzeugs T.
10 ist ein Flussdiagramm, das das Bearbeitungsverfahren (Herstellungsverfahren) des Kompressorlaufrads 8 darstellt. Das Flussdiagramm, das in 10 gezeigt ist, wird durch die Steuerungseinheit 25 der Werkzeugmaschine 20 ausgeführt. Zuerst bearbeitet die Steuerungseinheit 25 die Schaufelfläche 17d zwischen der vorderen Kante 17b und der hinteren Kante 17c der Schaufel 17 durch die Flanke Ta des Werkzeugs T (Schritt S11), wie in 6 bis 8 gezeigt ist. Als Nächstes bearbeitet die Steuerungseinheit 25 die vordere Kante 17b durch den Punkt Tb des Werkzeugs T, wie in 9 gezeigt ist (Schritt S12). Somit wird die Schaufel 17 des Kompressorlaufrads 8 ausgebildet. Jedoch ist die Reihenfolge einer Bearbeitung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Schaufelfläche 17d bearbeitet werden (Schritt S11), nachdem die vordere Kante 17b bearbeitet worden ist (Schritt S12).
11 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der vorderen Kante 17b der Schaufel 17 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Wie vorstehend beschrieben ist, wird die vordere Kante 17b gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Punkt Tb des Werkzeugs T geschnitten, der sich entlang der Dickenrichtung der Schaufel 17 bewegt. Wie in 11 gezeigt ist, wird deshalb eine Vielzahl von Aussparungen 30, die benachbart zueinander und fortlaufend miteinander entlang der Spannweitenrichtung sind, in der vorderen Kante 17b ausgebildet. Die Vielzahl von Aussparungen 30 sind beispielsweise Nuten, die sich in einer Richtung erstrecken, die die Spannweitenrichtung der vorderen Kante 17b schneidet (senkrecht zu dieser ist). Die Aussparung 30 hat eine Form, die von der Form des Punkts Tb des Werkzeugs T abhängt.
12 ist eine Darstellung der Form der vorderen Kante 17b gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Wie in 12 gezeigt ist, hat die Form der vorderen Kante 17b gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine nichtlineare Form, die sich von der geraden Linie LI (gestrichelte Linie in 11) unterscheidet, die das deckbandseitige Ende SH und das nabenseitige Ende HB verbindet. Die nichtlineare Form umfasst beispielsweise eine Kreisbogenform, eine Ellipsenbogenform, eine gekrümmte Form, etc.
Die vordere Kante 17b hat einen dazwischenliegenden Abschnitt MD zwischen dem deckbandseitigen Ende SH und dem nabenseitigen Ende HB. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die vordere Kante 17b eine Bogenform, wo der dazwischenliegende Abschnitt MD weiter hinten in der Drehrichtung des Kompressorlaufrads 8 relativ zu dem deckbandseitigen Ende SH und dem nabenseitigen Ende HB positioniert ist. Im Speziellen ist die Mitte der vorderen Kante 17b in der Spannweitenrichtung bei der hintersten Position in der Drehrichtung relativ zu dem deckbandseitigen Ende SH und dem nabenseitigen Ende HB gelegen. Somit hat die vordere Kante 17b eine Bogenform, die nach hinten in der Drehrichtung des Kompressorlaufrads 8 vorsteht.
Jedoch ist die Schaufel 17 nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise eine vordere Kante 117b haben, wie durch eine Strichpunktlinie in 12 gezeigt ist. Die vordere Kante 117b hat eine Bogenform, wo der dazwischenliegende Abschnitt MD weiter vorne in der Drehrichtung des Kompressorlaufrads 8 relativ zu dem deckbandseitigen Ende SH und dem nabenseitigen Ende HB gelegen ist. Im Speziellen ist die Mitte der vorderen Kante 117b in der Spannweitenrichtung bei der vordersten Position in der Drehrichtung relativ zu dem deckbandseitigen Ende SH und den nabenseitigen Ende HB gelegen. Somit hat die vordere Kante 117b eine Bogenform, die nach vorne in der Drehrichtung des Kompressorlaufrads 8 vorsteht.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Schaufelfläche 17d der Schaufel 17 durch die Flanke Ta des Werkzeugs T bearbeitet. Dies verringert die Bearbeitungszeit im Vergleich zu dem Fall, in dem die Schaufelfläche 17d der Schaufel 17 durch den Punkt Tb des Werkzeugs T bearbeitet wird.
Des Weiteren wird die vordere Kante 17b und 117b der Schaufel 17 durch den Punkt Tb des Werkzeugs T bearbeitet. Im Gegensatz zu der Flanke Ta erstreckt sich der Punkt Tb des Werkzeugs T nicht in einer geraden Linie. Deshalb kann durch Bearbeiten durch den Punkt Tb des Werkzeugs T, die vordere Kante 17b und 117b in eine nichtlineare Form gemacht werden, die sich von der geraden Linie LI unterscheidet, die das deckbandseitige Ende SH und das nabenseitige Ende HB verbindet. Als eine Folge kann eine Strömungsverringerung aufgrund einer Kollision an der vorderen Kante 17b und 117b verringert werden.
Obwohl das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung vorstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Es ist offensichtlich, dass ein Fachmann verschiedene Beispiele von Variationen oder Modifikationen innerhalb des Umfangs der Ansprüche ersinnen kann, die auch so zu verstehen sind, dass sie zu dem technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung gehören.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel beschreibt ein Beispiel, in dem die Schaufelfläche 17d durch die Flanke Ta des Werkzeugs T bearbeitet wird und die vordere Kante 17b durch den Punkt Tb des Werkzeugs T bearbeitet wird. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und, zusätzlich zu der vorderen Kante 17b, kann ein Abschnitt der Schaufelfläche 17d durch den Punkt Tb des Werkzeugs T bearbeitet werden. Beispielsweise kann ein Bereich näher zu der vorderen Kante 17b in der Schaufelfläche 17d durch den Punkt Tb des Werkzeugs T bearbeitet werden, und ein Bereich näher zu der hinteren Kante 17c in der Schaufelfläche 17d kann durch die Flanke Ta des Werkzeugs T bearbeitet werden.
Bezugszeichenliste

CC: Zentrifugalkompressor
T: Werkzeug
Ta: Flanke
Tb: Punkt
8: Kompressorlaufrad (Laufrad)
16: Nabe
17: Schaufel
17b: vordere Kante
17c: hintere Kante
17d: Schaufelfläche
18: Vollschaufel
19: Splitter-Schaufel
117b: vordere Kante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 202172886 [0001]
JP 200750444 A [0003]

Claims

Laufrad mit: einer Nabe, die an einem Ende einer Welle vorgesehen ist; einer Schaufel, die um einen Außenumfang der Nabe herum angeordnet ist; einer vorderen Kante, die an der Schaufel ausgebildet ist und eine nichtlineare Form hat, die sich von einer geraden Linie unterscheidet, die ein deckbandseitiges Ende und ein nabenseitiges Ende verbindet; und einer Schaufelfläche, die zwischen der vorderen Kante und einer hinteren Kante der Schaufel ausgebildet ist und eine gekrümmte Flächenform hat, die durch eine Bahnkurve einer Bewegung einer erzeugenden Linie gezogen ist, die eine gerade Linie ist, die das deckbandseitige Ende und das nabenseitige Ende verbindet.
Laufrad nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Aussparungen, die benachbart zueinander entlang einer Spannweitenrichtung sind, an der vorderen Kante ausgebildet sind.
Zentrifugalkompressor mit einem Laufrad nach Anspruch 1 oder 2.
Verfahren zum Herstellen eines Laufrads mit folgenden Schritten: Bearbeiten einer Schaufelfläche zwischen einer vorderen Kante und einer hinteren Kante einer Schaufel eines Laufrads durch Flankenfräsen; und Bearbeiten der vorderen Kante durch Punktfräsen.