CN106687661A - 再制造中心壳体和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于再制造涡轮增压器(100)的中心壳体(106)的系统和方法包括在原始中心壳体(200)上执行机械加工操作以从原始中心壳体(200)移除母材料的一部分。将具有大致矩形横截面的环(156)附接到中心壳体坯料(208)代替移除的材料，以产生改造的中心壳体(106)。在一个实施例中，环(156)形成环形表面(212)，密封件接合在该环形表面上，以避免涡轮机(102)排气通过涡轮机壳体(103)和再制造的中心壳体(106)之间的界面(136)的外部泄漏。

Description

再制造中心壳体和方法

技术领域

本专利公开总体上涉及设备再制造，更具体地，涉及一种再制造的涡轮增压器中心壳体和一种再制造的方法。

背景技术

内燃机通常包括具有各种活动件例如涡轮增压器的部件。典型的涡轮增压器通常由互连并容纳旋转轴的三个铸造部件构成。通常，中心壳体能够旋转地支撑和润滑旋转轴，该旋转轴在一端具有压缩机叶轮，在另一端具有涡轮机叶轮。压缩机叶轮设置在连接到中心壳体的压缩机壳体内，并且涡轮机叶轮设置在涡轮机壳体内，涡轮机壳体也连接到中心壳体。

当发动机被改造和/或修复时，通常移除和更换各种磨损或损坏的部件或系统。一个这样的部件是涡轮增压器，其工作在极端温度条件下，并且例如通过与排气接触而暴露于化学侵蚀，并且因此经常受到腐蚀。典型的涡轮增压器是任何发动机修复或改造工作的昂贵的部分。

为了降低改造发动机的成本，特别是相对于更换发动机的涡轮增压器，过去已经使用各种技术来修复被腐蚀或以其他方式磨损的铸造涡轮增压器部件。一种现有技术包括，例如通过电镀技术或通过焊接堆积将金属沉积或镀覆在铸件的磨损区域中，然后加工或以其它方式完成沉积的材料。这种技术仅部分有效地恢复铸件尺寸，并涉及使用不同的材料，这些材料具有与母体铸造材料不同的热和化学性质。此外，沉积或镀覆技术对于诸如铝的某些铸造材料可能不容易可行或不可行。

发明内容

一方面，本发明描述了一种改造的涡轮增压器。改造的涡轮增压器包括轴，该轴具有在第一轴端连接的涡轮机叶轮和在第二轴端连接的压缩机叶轮。压缩机壳体围绕压缩机叶轮设置，并且形成中心孔的涡轮机壳体围绕涡轮机叶轮设置。涡轮机壳体形成内涡卷通道，内部滚动通道围绕涡轮机叶轮并在操作期间运送气体。隔热罩至少部分地在中心孔内并且围绕在压缩机叶轮和涡轮机叶轮之间的轴而设置。隔热罩通常是杯形的并且包括外凸缘。中心壳体设置在压缩机壳体和涡轮机壳体之间，并且还与压缩机壳体和涡轮机壳体连接。中心壳体形成孔，轴穿过该孔延伸，并且包括至少一个能够旋转地支撑轴的轴承。形成在中心壳体上的突起在中心孔内延伸，使得隔热罩设置在涡轮机叶轮和突起之间。在一个实施例中，通过在中心壳体和涡轮机壳体之间沿着中心壳体的环形区域接合隔热罩的外凸缘来形成密封，该密封相对于所述轴径向延伸并且从所述中心壳体和所述涡轮机壳体之间的界面径向向内设置。具有大致矩形横截面的大致中空圆柱形的环连接到围绕突出部的基部的中心壳体，并且形成环形区域，隔热罩的外凸缘接合在该环形区域上以形成二次密封。

另一方面，本发明描述了一种用于在内燃机上使用的涡轮增压器的中心壳体。中心壳体被配置成将压缩机壳体与涡轮增压器的涡轮机壳体互连。中心壳体包括形成在中心壳体中的孔，并且配置成能够旋转地支撑轴，所述轴在一端具有压缩机叶轮并且在另一端具有涡轮机叶轮。突起也形成在中心壳体上并且被配置成在涡轮机壳体的中心孔内延伸。相对于轴径向延伸的环形区域被设置为从中心壳体和涡轮机壳体之间的界面径向向内。中心壳体还包括具有大致中空圆柱形形状的环，所述环具有大致矩形横截面。环围绕突起的基部被连接到中心壳体，并且形成环形区域，衬垫可以接合在该环形区域上以在中心壳体和涡轮机壳体之间形成密封。

在另一方面，本发明描述了一种用于改造或再制造用于涡轮增压器的中心壳体的方法。该方法包括拆卸原始涡轮增压器以将原始中心壳体与剩余的涡轮增压器部件分离，并且将原始中心壳体安装在机械加工装置上。使用机械加工装置进行机械加工操作。机械加工操作包括切割和磨削中的至少一者，以从原始中心壳体去除母材料的一部分。母材料的所述部分设置在中空圆柱形切割区域内。当母材料被移除时，从原始中心壳体产生中心壳体坯料。中心壳体坯件包括径向延伸的环形表面和轴向延伸的圆柱形表面，环形表面和圆柱形表面垂直相交并且通过机械加工操作形成。具有大致矩形横截面的环附接到中心壳体坯料，以产生改造的中心壳体。该环包括设置在内径处的内圆柱形表面和大致平坦的环形底座，使得环的环形底座邻接径向延伸的环形表面，并且内圆柱形表面在压配合间隙处接合中心壳体坯料的轴向延伸的圆柱形表面。

附图说明

图1是根据本发明的涡轮增压器的外形图。

图2是图1所示的涡轮增压器的局部不完整视图。

图3是图2的放大细节图。

图4-7中的每一者是中心壳体的一部分在再制造过程的特定步骤中的的不完整视图。

具体实施方式

本发明总体上涉及部件和系统再制造技术以及相应的再制造部件，并且更具体地涉及用于再制造由于使用而表现出点蚀和其它磨损的涡轮增压器中心壳体的结构和方法。在所公开的实施例中，涡轮增压器包括气体驱动涡轮机和机械地联接到涡轮机的压缩机，以用于内燃机中。所公开的涡轮增压器具有另外典型的结构，其包括具有由发动机排气驱动的涡轮机叶轮的涡轮机。涡轮机叶轮通过轴与压缩机叶轮连接。涡轮机叶轮和压缩机叶轮中的每一个具有大致径向延伸的叶片，叶片在形成于相应壳体内的涡旋状腔室内工作。

轴延伸穿过中心壳体，在中心壳体中提供用于操作、润滑、冷却和/或其他原因的油。在所公开的实施例中，可能在涡轮机壳体和中心壳体之间产生或存在可能的泄漏路径。通过该泄漏路径的废气可沿着路径腐蚀和凹陷中心壳体和/或涡轮机壳体材料，在根据本发明的再制造方法可以有利地补救该损坏。本文公开的实施例涉及用于在内燃机上使用的涡轮增压器，但不应被认为限于本文所述的涡轮增压器结构和再制造方法的结构或应用。

图1示出了涡轮增压器100的外形图。涡轮增压器100包括涡轮机102和压缩机104。涡轮机102和压缩机104均连接到中心壳体106。在所示实施例中，涡轮机102包括涡轮机壳体103，并且压缩机104包括经由背板108连接到中心壳体106的压缩机壳体110。大致为盘形的背板108能够使用任何已知的布置连接到压缩机壳体110。在所示的实施例中，背板108和压缩机壳体110之间的连接装置包括与板114协作的螺栓112，以将背板108保持在围绕形成在压缩机壳体110中的孔的边缘内。压缩机还包括以已知方式容纳在压缩机壳体110内的压缩机叶轮116。压缩机叶轮116在图1中不可见，但是在图3、图5和图7的不完整视图中部分地示出。图2和图3中示出了涡轮机壳体103和中心壳体106之间的连接的详细的不完整视图。

参照图2和图3，涡轮机壳体103形成围绕涡轮机叶轮120设置的滚动通道118。涡轮机叶轮120连接到轴122，并且在运转过程中旋转，使得发动机废气通过滚动通道118，通过叶轮120上方，并且通过出口124离开壳体103。废气门126，其是可选的，可以以已知的方式打开以绕过涡轮机叶轮120。轴122可在中心壳体106的孔内旋转，并且由设置在中心壳体孔内的轴承128支撑。在所示的实施例中，中心壳体106形成油通道130，其在轴122旋转时供应发动机油以润滑和冷却轴承128。通道130中的油从安装有涡轮机102的发动机提供，并且在其在轴承128上洗涤之后排回到发动机。

在所示的实施例中，涡轮机壳体103沿着可断开的连接接口连接到中心壳体106，其可以拆开以用于维修或部件更换和修理。如图所示，中心壳体106形成凸缘132，凸缘132与形成在涡轮机壳体103上的相应凸缘134配合，并沿着环形机械面密封表面136与其配合地连接，该环形机械面密封表面可以可选地包括衬垫或其它密封(未示出)。凸缘132和134通过v形带夹具138保持在一起，但是其它安装布置是已知的并且可以使用。在示出的实施例中，中心壳体106包括在涡轮机壳体103的中心孔142内延伸的突起140。中心孔142足够大以在涡轮机叶轮120被安装时容纳涡轮机壳体103从中心壳体106的插入和移除。为了向连接有涡轮机叶轮120的轴122的端部提供悬臂支撑，中心壳体突起140具有大致圆柱形形状并且在涡轮机壳体103内向上延伸到涡轮机叶轮120。

参照图3，多部件密封装置被用于防止排气从滚动通道118外部泄漏。除了面密封136之外，轴密封144设置在轴122上。轴密封144可旋转和可密封地接合中心壳体孔的端部146。此外，虽然在中心壳体内循环的油，例如通过通道130进一步有助于冷却中心壳体106，但是在中心壳体106的突出部140和涡轮壳体103之间设置有隔热罩148。隔热罩148大体为杯形，并且包括接合在中心壳体106的凸缘132和涡轮机壳体103的相应凸缘134之间的外凸缘150，使得在高压下产生线接触，其基本上形成二次密封或衬垫以密封以防止来自涡轮机壳体103内的排气的外部泄漏。凸缘150径向向内设置，但是在其它方面邻近面密封136，以有助于其密封功能。可以理解，中心壳体106、涡轮机壳体103和隔热罩148之间的尺寸关系对沿着这些部件之间的界面的密封效果具有显着影响。

形成在中心壳体106的表面上的环形区域152，相对于突出部140和涡轮机壳体103之间的轴中心线154径向延伸的部分暴露并受到腐蚀和点蚀。环形区域152上的磨损、腐蚀和/或点蚀可能是由于在操作期间暴露于高温、排气中存在化学化合物，当发动机关闭时的湿气和/或冷凝以及各种其它因素。当环形区域152腐蚀和/或以其它方式获得凹坑和其它表面不连续性时，防止来自涡轮机壳体103的内部的排气的外部泄漏的密封功能受损。此外，中心壳体106可能获得的任何尺寸缺陷，特别是在环形区域152周围的材料中，可能影响改造的涡轮增压器的配合和功能。

为了避免这些和其他问题，根据本发明的改造的涡轮增压器包括环156，其安装在邻近凸缘132的中心壳体106上，代替在改造操作期间被移除的损坏的母材料。环156可以在安装之后被进一步加工以实现其相关表面的尺寸，其与中心壳体106的原始加工尺寸重复。此外，环156可以由与母部件相同的材料制成，例如钢，或者可替代地由不同的材料制成，例如更好地适于抵抗损坏和腐蚀的不锈钢合金。在所示的实施例中，环156具有大致中空的圆柱形形状，其具有相对于轴中心线154在径向方向上的宽度，其充分地延伸跨过环形区域152的基本上整个宽度。环156被连接到邻近突起140的基部的中心壳体。以这种方式，避免了沿着环和中心壳体和/或隔热罩148的凸缘150的界面的可能的泄漏路径。此外，通过加工环156，能够形成构成环形区域152的均匀且平坦的表面，这进一步改善了特别是凸缘150和界面136的密封能力。

为了说明中心壳体106的再制造过程，图4-7示出了经历各种再制造过程步骤的中心壳体106的一系列不完整的轮廓部分视图。在下面的描述中，与先前描述的相应特征和结构相同或相似的特征和结构，为简单起见由先前使用的相同参考标号表示。因此，如图4所示，提供了原始中心壳体200。原始中心壳体200被示出为从原始涡轮增压器移除，其是待再制造的。原始中心壳体200包括主体部分202、凸缘132和环形区域152，主体部分形成孔204，轴122(图2)可以延伸穿过该孔。原始中心壳体200的环形区域152的状态可能由于点蚀、腐蚀、沉积物和其它缺陷而劣化，这些缺陷通常表示为206。

在初始操作中，例如，可以通过化学或机械清洁剂来清洁原始中心壳体200，并且将其安装到诸如车床的机械加工装置上以进行加工。在研磨或切割操作中，原始中心壳体200的主体部分202的母材料的一部分可在中空圆柱形切割区域内被移除，这也移除了污染物和降解材料206。如图5所示，切割或研磨操作的结果是中心壳体坯料208。中心壳体坯料208由在原始中心壳体200上执行的大致圆柱形切割产生。圆柱形切割从沿着轴向方向从主体部分202的涡轮面210上高度为H，至少在外径尺寸D，内径尺寸d之间从原始中心壳体200移除母材料。

在机械加工操作之后，中心壳体坯料208在其外表面上包括径向延伸的环形表面212和轴向延伸的圆柱形表面214，其垂直交叉并且围绕发现损坏材料206的区域，并且损坏材料已经被移除。中心壳体坯料208具有跨过轴向延伸的圆柱形表面214的外径，该外径等于切割操作的内径尺寸d。如图5所示，当切口的深度H小于凸缘132与涡轮机面的轴向距离时，径向延伸的环形表面212具有也等于切割操作的内径尺寸d的内径，以及至少等于切割操作的外径尺寸D的外径。应当理解，在替代实施例中，当切割操作的深度H超过凸缘132的轴向位置时，径向延伸的环形表面212的径向平面宽度将至多等于切割操作的外径尺寸D。

在随后的过程中，如图6所示，环156安装在中心壳体坯料208上，以产生再制造的中心壳体106(图2)。参考这些图，环156具有大致矩形的横截面并且被安装到中心壳体坯料208的主体部分202上，使得其邻接径向延伸的环形表面212和轴向延伸的圆柱形表面214。环156的安装能够通过任何适当的方法来完成。在所示的实施例中，考虑压配合操作。因此，环156具有设置在内径处的内圆柱形表面216，其内径刚好小于或等于切割操作的内径尺寸d，以允许部件之间的压配合干涉。环还具有环形面218，该环形面大致平坦并邻接径向延伸的环形表面212。在安装期间，环形面218和径向延伸的环形表面212之间的邻接面用作压配合安装的插入深度的停止特征，并且还确保面向外的环形面220共面且平坦。为了在安装期间辅助，环156还可以包括在内部下边缘和外部上边缘处沿着环156的对角相对边缘设置的两个倒角或圆角222，以有助于在中心壳体坯料208上的安装期间以及在将中心壳体106安装到涡轮机壳体103中时作为外周表面224或环被插入到涡轮机壳体孔中。

在附接环156之后，压缩机壳体110可以可选地经受附加的机械加工操作，以研磨或切割安装的环156和/或中心壳体106的周围表面的外表面，使得中心壳体106的总体结构和尺寸可以恢复到原始规格。例如，附加的机械加工操作可以对面向外的环形面220进行清洁、弄平或去毛刺，细化外周表面224的外径，和/或执行其他操作。

工业实用性

本发明适用于诸如用于内燃机的涡轮增压器的压缩机的中心壳体的改造。本文所述的改造系统和方法能够有利地生产涡轮增压器，其具有涡轮机壳体和中心壳体之间的接口，其至少与原始构造的涡轮增压器一样有效。通过在中心壳体与涡轮机壳体连接的区域中插入相同母材料或具有更好抗腐蚀性能的不同材料的环，改造的涡轮增压器具有改进的配合、形式和功能。

应当理解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可以预期的是，本发明的其他实施方式可以在细节上不同于前述示例。对本发明或其示例的所有参考旨在参考在该点讨论的特定示例，并且不旨在更一般地暗示对本发明的范围的任何限制。关于某些特征的区别和贬低的所有语言旨在指示缺乏对这些特征的偏好，但不是将这些完全排除在本发明的范围之外，除非另有指示。

除非在此另外指出，否则在此对数值范围的叙述仅仅用作一种速记方法，分别涉及落入范围内的各单独数值，并且各单独数值包含在说明书内，如同在此个别列举一样。本文所述的所有方法可以任何合适的顺序进行，除非本文另有说明或者上下文清楚地相反指示。

Claims (13)

1.一种改造的涡轮增压器(100)，其包括：

轴(122)，其具有在第一轴端连接的涡轮机叶轮(120)和在第二轴端连接的压缩机叶轮(116)；

压缩机壳体(110)，其围绕所述压缩机叶轮(116)设置；

涡轮机壳体(103)，其形成中心孔(142)并且围绕所述涡轮机叶轮(120)设置，所述涡轮机壳体(103)形成内涡卷通道(118)，其围绕涡轮机叶轮(120)并且在操作期间运送气体；

隔热罩(148)，其至少部分地在所述中心孔(142)内并且围绕在所述压缩机叶轮和所述涡轮叶轮之间的所述轴(122)而设置，所述隔热罩(148)通常为杯形，所述隔热罩(148)包括外凸缘(150)；

中心壳体(106)，其设置在所述压缩机壳体(110)和所述涡轮机壳体(103)之间并与所述压缩机壳体(110)和所述涡轮机壳体(103)相连接，所述中心壳体(106)形成所述轴(122)延伸通过的孔(204)，并且包括能够旋转地支撑所述轴(122)的至少一个轴承(128)；

突起(140)，其形成在所述中心壳体(106)上，所述突起(140)在所述中心孔(142)内延伸，使得所述隔热罩(148)设置在所述涡轮机叶轮(120)和所述突起(140)之间；

密封，其通过沿着所述中心壳体(106)的环形区域(152)在所述中心壳体(106)和所述涡轮机壳体(103)之间接合所述隔热罩(148)的所述外凸缘(150)而形成，所述密封相对于所述轴(122)径向延伸并且从所述中心壳体(106)和所述涡轮机壳体(103)之间的界面(136)径向向内设置；以及

环(156)，其具有带大致矩形横截面的大致中空圆柱形，所述环(156)被连接到围绕所述突起(140)的基部的中心壳体(106)并且形成所述环形区域(152)，所述隔热罩(148)的所述外凸缘(150)接合在所述环形区域上以形成二次密封。

2.根据权利要求1所述的改造的涡轮增压器(100)，其中，所述环(156)由与所述中心壳体(106)相同的母材料制成。

3.根据权利要求1所述的改造的涡轮增压器(100)，其中，所述环(156)由与所述中心壳体(106)的母材料不同的材料制成。

4.根据权利要求1所述的改造的涡轮增压器(100)，其中，所述环(156)具有内径，所述内径被配置成用于在邻近所述突起(140)的基部的区域(212)处在所述环(156)和所述中心壳体(106)之间压配合接合。

5.根据权利要求1所述的改造的涡轮增压器(100)，其中，所述环(156)包括沿着所述环(156)的相应对角相对边缘设置的两个对角相对的倒角或圆角(222)，第一倒角或圆角设置在所述环的内部下边缘处，第二倒角或圆角设置在所述环(156)的外部上边缘处。

6.根据权利要求1所述的改造的涡轮增压器(100)，其中，所述中心壳体(106)和所述涡轮机壳体(103)之间的所述界面(136)在位于通过夹具固定的相应凸缘(132)上的所述中心壳体(106)和所述涡轮机壳体(103)的协作的环形表面之间形成环形机械面密封(136)。

7.根据权利要求1所述的改造的涡轮增压器(100)，其中，所述环(156)具有相对于所述轴(122)的径向方向上的宽度，所述宽度大于所述外凸缘(150)的相应宽度，使得所述隔热罩(148)的所述外凸缘(150)的整个宽度被容纳在所述环(156)的所述径向方向上的所述宽度内。

8.一种用于改造涡轮增压器(100)的中心壳体(106)的方法，其包括：

拆卸原始涡轮增压器(100)以将原始中心壳体(200)与剩余的涡轮增压器(100)部件分离；

将所述原始中心壳体(200)安装在机械加工装置上；

使用所述机械加工装置执行机械加工操作，所述机械加工操作包括切割和磨削中的至少一者，以从所述原始中心壳体(200)移除所述母材料的一部分，所述母材料的所述部分设置在中空圆柱形切割区域内，并且当所述母材料已被移除时，从所述原始中心壳体(200)产生中心壳体坯料(208)，所述中心壳体坯料(208)包括径向延伸的环形表面(212)和轴向延伸的圆柱形表面(214)，所述环形表面(212)和所述圆柱形表面(214)垂直相交并且通过所述机械加工操作形成；以及

将具有大致矩形横截面的环(156)附接到所述中心壳体坯料(208)以产生改造的中心壳体(106)，所述环(156)包括设置在内径处的内圆柱形表面(216)和大致平坦的环形底座，使得所述环(156)的所述环形底座邻接所述径向延伸的环形表面(212)，并且所述内圆柱表面(216)在压配合间隙处接合所述中心壳体坯料(208)的所述轴向延伸的圆柱表面(214)。

9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：执行额外的机机械加工操作以研磨或切割所述环(156)的各部分，使得所述改造的中心壳体(106)的整体结构和尺寸与新的原始中心壳体(200)的整体结构和尺寸重复。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，执行所述额外的机机械加工操作以进行以下中的至少一者：(a)对所述环(156)的面向外的环形面(220)进行清洁、压平或去毛刺，以及(b)细化所述环(156)的外周表面(224)的外径。

11.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：通过化学和/或机械试剂清洁所述原始中心壳体(200)以去除松散的碎片。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述环(156)附接到所述中心壳体(106)通过压配合操作来实现。

13.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：使用所述改造的中心壳体(106)重新组装改造的涡轮增压器(100)。