專利名稱：負(fù)載壓縮機(jī)蝸殼殼體的制造技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)主要涉及用于輔助動(dòng)力裝置的負(fù)載壓縮機(jī)的組裝。更具體地，本公開(kāi)涉及用于輔助動(dòng)力裝置的負(fù)載壓縮機(jī)蝸殼殼體的制造。
背景技術(shù)：
飛機(jī)將輔助動(dòng)力裝置用于在飛行中重啟主發(fā)動(dòng)機(jī)以及在地面操作期間提供壓縮空氣和電能。輔助動(dòng)力裝置通常包括驅(qū)動(dòng)負(fù)載壓縮機(jī)的小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。負(fù)載壓縮機(jī)生成能夠被用于環(huán)境系統(tǒng)以及輔助啟動(dòng)主發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣。負(fù)載壓縮機(jī)包括葉輪，葉輪由小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以生成被引導(dǎo)通過(guò)排氣蝸殼的壓縮空氣。蝸殼是由負(fù)載壓縮機(jī)殼體界定的引導(dǎo)壓縮空氣通過(guò)單個(gè)出口的渦旋通道。渦旋通道通常通過(guò)已知的脫蠟鑄造過(guò)程成形。脫蠟鑄造對(duì)于某些材料可能很低效并且因此限制了用于成形蝸殼殼體的材料。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)的一種制造負(fù)載壓縮機(jī)蝸殼殼體的方法包括鍛造被機(jī)加工并隨后焊接在一起的近終形部件的步驟。被鍛造的部分被機(jī)加工以確定蝸殼殼體的特有特征以及配合面。負(fù)載壓縮機(jī)蝸殼殼體包括從在蝸殼殼體中心空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)的葉輪接收氣流的渦旋室和環(huán)形通道。在渦旋室內(nèi)確定頂部部分和底部部分之間的交界面。交界面處的焊縫提供了渦旋室內(nèi)的精加工表面，以使氣流不會(huì)受到不利影響并且在渦旋室內(nèi)在焊縫成形后不再需要另外的機(jī)加工。頂部部分和底部部分在以鋁坯開(kāi)始的近終形鍛造過(guò)程中成形。從坯料開(kāi)始的鍛造操作提供了使用其他工藝無(wú)法可靠獲得的蝸殼殼體均質(zhì)材料組成。能量射束被引導(dǎo)通過(guò)環(huán)形通道進(jìn)入渦旋室內(nèi)并引向外壁以形成所需的焊縫。精加工的焊縫在渦旋室內(nèi)提供不會(huì)不利地改變流動(dòng)性質(zhì)的期望光潔度。根據(jù)以下的說(shuō)明內(nèi)容和附圖能夠很好地理解本發(fā)明的各種特征，下面的內(nèi)容是附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明。


圖I是示例性輔助動(dòng)力裝置的示意圖。圖2是一部分示例性輔助動(dòng)力裝置的截面圖。圖3是用于輔助動(dòng)力裝置的負(fù)載壓縮機(jī)的截面圖。圖4是用于負(fù)載壓縮機(jī)的不例性蝸殼殼體的截面圖。圖5是蝸殼殼體頂部部分的透視圖。圖6是蝸殼殼體底部部分的示意圖。圖7是示出了示例性蝸殼殼體頂部半部和底部半部的焊接的截面圖。圖8是完成的示例性渦旋式壓縮機(jī)殼體的透視圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI和圖2，示例性的輔助動(dòng)力裝置10包括驅(qū)動(dòng)負(fù)載壓縮機(jī)14和附件驅(qū)動(dòng)裝置16的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12。負(fù)載壓縮機(jī)14生成被驅(qū)動(dòng)通過(guò)管道18的壓縮空氣。燃?xì)廨啓C(jī)12包括將空氣引入壓縮機(jī)42內(nèi)的入口。壓縮機(jī)42是安裝在由渦輪44驅(qū)動(dòng)的軸桿40上的葉輪。由壓縮機(jī)42吸入的空氣被驅(qū)動(dòng)送至燃燒器46，在此將燃?xì)馀c壓縮空氣混合并點(diǎn)燃。點(diǎn)燃的燃?xì)馍杀或?qū)動(dòng)沖向渦輪44以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)42的氣流。軸桿40上還裝有用于負(fù)載壓縮機(jī)14的葉輪38。因此，負(fù)載壓縮機(jī)14由共用軸桿40上的渦輪44驅(qū)動(dòng)。參照?qǐng)D3并且繼續(xù)參照?qǐng)D2，負(fù)載壓縮機(jī)14包括界定出渦旋室22的蝸殼殼體20。通道24用于讓氣流從葉輪38流入渦旋室22內(nèi)。壓縮空氣被驅(qū)動(dòng)從渦旋室22通過(guò)通道18到達(dá)使用壓縮空氣的各個(gè)裝置和附屬設(shè)備。正如應(yīng)該想到的那樣，壓縮空氣可以被用于飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)并且還可以被用于幫助啟動(dòng)飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，術(shù)語(yǔ)蝸殼或渦旋也被本領(lǐng)域技術(shù)人員用于描述示例性蝸殼殼體20以及從擴(kuò)壓器排氣環(huán)路收集氣流并將該氣流輸送至下游管路的其他結(jié)構(gòu)。
示例性蝸殼殼體20由頂部部分50和底部部分52制成。蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52界定了渦旋室22和環(huán)形通道24。蝸殼殼體20通過(guò)將頂部部分50焊接至底部部分52制成。希望在渦旋室22內(nèi)提供光滑的表面光潔度以使氣流不會(huì)受到表面光潔度中的任何不一致的不利影響。因此，在蝸殼殼體20的頂部部分和底部部分上確定的配合面之間的交界面58產(chǎn)生了渦旋室22的期望內(nèi)部表面光潔度的很小的中斷。渦旋室22的外壁28包括內(nèi)表面30和外表面32。內(nèi)表面和外表面32由外壁28界定。凸臺(tái)34被設(shè)置在蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52之間的配合面的位置。凸臺(tái)34為焊縫交界面58提供了額外的材料。參照?qǐng)D4并且繼續(xù)參照?qǐng)D3，蝸殼殼體20包括通向內(nèi)腔36的內(nèi)周邊的內(nèi)部環(huán)形通道24，內(nèi)腔36界定出葉輪38在其中旋轉(zhuǎn)的空間。參照?qǐng)D5和圖6，蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52通過(guò)鍛造操作成形。鋁合金材料被用于制造示例性蝸殼殼體20的示例性頂部部分50和底部部分52。某些鋁合金與脫模鑄造過(guò)程不兼容。在這樣的非兼容性合金中，合金成分熔融溫度的差異不能在脫蠟?zāi)Ｖ七^(guò)程中提供均勻的元素分布并因此導(dǎo)致不合期望的加工低效。示例性蝸殼殼體20利用擠壓成形的鋁材制成。鋁材被擠壓為坯料并通過(guò)鍛造操作成形為近終形結(jié)構(gòu)。在完成鍛造操作之后，就將各種特征機(jī)加工到頂部部分50和底部部分52中每一個(gè)內(nèi)。在鍛造之后形成配合面54和56以界定出蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52之間的焊縫和配合交界面58。其他的表面也被機(jī)加工以提供完整蝸殼殼體20所需的結(jié)構(gòu)并包括用于軸桿軸承的開(kāi)口以及葉輪38在其中旋轉(zhuǎn)的內(nèi)腔36。一旦完成所需的機(jī)加工操作并提供了在期望容差以內(nèi)的機(jī)械表面，就在配合面54和56以期望方式被對(duì)齊的情況下將頂部部分和底部部分固定在一起。參照?qǐng)D7，利用能量射束焊接方法焊接現(xiàn)已對(duì)齊的蝸殼殼體20的頂部部分50和底部部分52。在本示例中，電子束62被用于在頂部部分50和底部部分52之間成形期望的焊縫。在本示例中，電子束焊機(jī)64生成被引導(dǎo)通過(guò)通道24射向外壁28的電子束62。電子束62被指引或引導(dǎo)通過(guò)通道24射向外壁28的內(nèi)表面30。電子束62被導(dǎo)向的具體位置是配合面54和56之間的交界面58。被引導(dǎo)的能量射束提供焊縫60以建立起不會(huì)影響通過(guò)渦旋室22期望氣流性質(zhì)的充分精加工的表面。焊接射束62以連續(xù)的方式圍繞渦旋室22的圓周施加。這可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)電子束62以使其被引導(dǎo)通過(guò)通道24或者通過(guò)旋轉(zhuǎn)蝸殼殼體20已組裝的頂部部分和底部部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。電子束62提供穿過(guò)外壁28整個(gè)厚度的焊縫60以形成期望的接合部。在外壁28的外表面上，凸臺(tái)34被設(shè)置以用于進(jìn)一步為焊縫60提供空間。一旦完成期望的焊縫，渦旋式壓縮機(jī)即被精加工以完成蝸殼殼體20的制造。正如應(yīng)該想到的那樣，盡管公開(kāi)了電子束焊接過(guò)程，但是也可以使用其他的射束焊接過(guò)程例如激光焊接。參照?qǐng)D8，完成的蝸殼殼體20如圖所示并且包括單件式殼體的所有特征而并無(wú)脫蠟?zāi)Ｖ萍庸み^(guò)程造成的低效。因此，用于負(fù)載壓縮機(jī)的示例性蝸殼殼體在渦旋室內(nèi)提供了期望的表面光潔度且 無(wú)需付出加工低效的犧牲。而且，電子束焊接方法允許在渦旋室內(nèi)精確施加焊縫而不必修改部件結(jié)構(gòu)。盡管已經(jīng)公開(kāi)了示例性的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到在本公開(kāi)的保護(hù)范圍內(nèi)可以進(jìn)行一定程度的修改。為此，應(yīng)該研讀以下的權(quán)利要求以確定本發(fā)明的保護(hù)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制造用于負(fù)載壓縮機(jī)的蝸殼殼體的方法，包括 成形包括渦旋室第一部分的頂部部分； 成形包括渦旋室第二部分的底部部分，渦旋室包括外壁和通向內(nèi)周邊的通道； 在頂部部分上成形第一配合面且在底部部分上成形第二配合面； 在第一和第二配合面對(duì)齊的情況下將頂部部分固定至底部部分； 弓丨導(dǎo)能量射束通過(guò)所述通道以在渦旋室內(nèi)接合第一和第二配合面之間的交界面；并且 利用被引導(dǎo)的能量射束在交界面處成形焊縫。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中渦旋室包括外壁，頂部部分和底部部分之間的交界面位于所述外壁處。
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其中外壁包括構(gòu)成一部分潤(rùn)旋室的內(nèi)表面和構(gòu)成蝸殼殼體外表面的外表面。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中被引導(dǎo)的能量射束包括在渦旋室內(nèi)的外壁內(nèi)表面上成形焊縫的電子束。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，包括在外壁的外表面上成形與第一和第二配合面之間的交界面相對(duì)應(yīng)的凸臺(tái)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，包括用電子束在渦旋室內(nèi)第一和第二配合面的交界面處形成精加工表面。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，包括鍛造頂部部分和鍛造底部部分。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，包括在用被引導(dǎo)的能量射束形成交界面處的焊縫之后利用機(jī)加工工藝在蝸殼殼體上成形精加工表面。
9.一種組裝用于輔助動(dòng)力裝置的負(fù)載壓縮機(jī)的方法，包括 通過(guò)以下步驟成形用于負(fù)載壓縮機(jī)的蝸殼殼體成形包括渦旋室第一部分和第一配合面的頂部部分，成形包括渦旋室第二部分和第二配合面的底部部分，渦旋室包括外壁和通向內(nèi)周邊的通道，并且通過(guò)弓I導(dǎo)能量射束通過(guò)所述通道以接合渦旋室內(nèi)的交界面而在第一和第二配合面之間的交界面處形成焊縫；以及 在蝸殼殼體內(nèi)成形的中心空腔中支撐葉輪，葉輪被支撐用于在軸桿上旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中渦旋室包括外壁，頂部部分和底部部分之間的交界面在所述外壁處。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中被弓I導(dǎo)的能量射束包括在渦旋室內(nèi)的外壁內(nèi)表面上成形焊縫的電子束。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，包括用電子束在渦旋室內(nèi)第一和第二配合面的交界面處成形精加工表面。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，包括鍛造頂部部分和鍛造底部部分。
14.一種用于輔助動(dòng)力裝置的負(fù)載壓縮機(jī)，包括 蝸殼殼體，包括焊接至底部部分的頂部部分，從而界定出具有外壁和通向內(nèi)腔的通道的渦旋室，頂部部分和底部部分之間的焊接交界面被設(shè)置在渦旋室內(nèi)的外壁上；以及被支撐用于在內(nèi)腔中旋轉(zhuǎn)的葉輪。
15.如權(quán)利要求14所述的用于輔助動(dòng)力裝置的負(fù)載壓縮機(jī)，包括被支撐在蝸殼殼體內(nèi)用于支撐軸桿旋轉(zhuǎn)的軸承裝置，軸桿支撐葉輪的旋轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求15所述的用于輔助動(dòng)力裝置的負(fù)載壓縮機(jī)，其中蝸殼殼體的外壁在焊接交界面的位置包括凸臺(tái)。
全文摘要
本發(fā)明涉及負(fù)載壓縮機(jī)蝸殼殼體的制造。一種制造負(fù)載壓縮機(jī)蝸殼殼體的方法包括鍛造被機(jī)加工的并隨后焊接在一起的近終形部件的步驟。鍛造部分被機(jī)加工以確定蝸殼殼體的特有特征以及配合面。頂部部分和底部部分之間的交界面被限定在渦旋室內(nèi)。在交界面處的焊縫提供了渦旋室內(nèi)的精加工表面，以使氣流不會(huì)受到不利影響并且在渦旋室內(nèi)在焊縫成形后不再需要另外的機(jī)加工過(guò)程。
文檔編號(hào)F04D29/42GK102900701SQ201210259110
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者J.L.穆?tīng)? M.A.費(fèi)希伯恩, J.斯卡, N.N.克拉亞, D.J.里德 申請(qǐng)人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司