管子扩压器结构的制作方法

专利名称：管子扩压器结构的制作方法技术领域：本发明总的涉及离心式压缩机，且更具体地涉及离心式压缩机的扩压器的制造一种方法。如1967年8月1日授予J.C.Vrana的美国专利No.3，333，762中所揭示和描述的管子扩压器长期以来一直用于飞机发动机的离心式压缩机。典型地，一组大致径向延伸的通路沿周向隔开并和径向呈一个角度，以使它们的中心线都和同一个称之为相切圆的圆相切。这种几何形状是这样的在各通道的相交处，一个半无叶空间形成在相切圆和一个称为导边圆的外圆之间。由于相邻的各共面圆柱的相贯线为一个椭圆，这个半无叶空间是由一组对称地位于各相贯处的椭圆状隆起组成。当扩压器结构绕一离心式叶轮布置时，从叶轮排出的气流将在相切圆处进入并流过半无叶空间，然后进入扩压器的多个相互隔开的通路。这种扩压器原理在空气动力学方面的优点是获得一个较佳的纵横比因而具有相当高的效率。这种管子扩压器结构的一个特点是各个通路必须径向向内延伸至它们彼此相交。问题产生在钻孔过程中，即当钻头开始进入相邻通路时，它会偏离预期的沿其轴线的直通道。处理这个问题的一个典型方法是用金属柱塞塞入先钻好的孔中，以此使相交部分产生一个均匀的实心排列的材料以后，可将金属柱塞取出。但是，这样一个加工过程就其所需的时间和材料而言是昂贵的。故本发明的一个目的是为提供一种制造管子扩压器的改进方法。这个主旨用权利要求书的前序部分所述的方法和装置以及权利要求书的各特征部分的特征来实现。简而言之，根据本发明的一个方面，对各通路径向向内延伸的范围加以限制，使相邻通路基本上不会相交。然后除去径向内边缘材料，不仅除去至相切圆，而且一直除去至导边圆。其结果是，在相切圆和导边圆之间不是有一个半无叶空间而是有一个全无叶空间。然而，径向布置在导边圆外的结构和已有技术的结构是相同的。所以，最终形成的结构与已有技术的结构在功能上大致是等效的，但其制造起来更容易更经济。根据本发明的另一方面，是用一椭圆切削刀具切除径向内缘的材料，加工中，在相切圆和导边圆之间形成一个中心位于扩压器中心并具有半椭圆形径向轮廓的周向环槽，环槽的宽度等于相连接的通路的直径，环槽的深度等于导边圆和相切圆的半径之差。在下文所描述的附图中，叙述了较佳的和改进的实施例;但是不脱离本发明的实质和范围还可以搞出多种其它的变型和替代的结构。图1-4是根据已有技术的方法制造的扩压器的局部轴向剖面图。图5是表示加工成形的通路的部分立体图。图6-8是根据本发明制成的扩压器的局部轴向剖面图。图9是沿图8的A-A线剖切的扩压器剖面图。图10是显示其中形成的环槽的尺寸关系的示意图。图11是用本发明的制造方法制成的扩压器的部分立体图。本发明是关于一种扩压器装置和在扩压器结构内形成内部通路的方法，这种扩压器结构如转让给本发明的受让人的美国专利申请号(Docket 6885)所揭示和叙述，在此引用作为参考。参见图1，它以轴向截面示出了盘状扩压器结构10的一部分，它有外圆周边缘11，在装配状态下，边缘11位于压缩机的蜗壳或集气室(未示)内，还有一内圆周边缘12，在装配状态下，此内圆周边缘12靠近地围绕着叶轮(未示)，叶轮将压缩的冷剂气体排出至扩压器10的内部通路。所述的这种扩压器是所谓“管子扩压器”，其内制有多个周向隔开的、大致径向布置的截头圆锥形通路，以使压缩气体在从通路的小端流向大端时，体积膨胀而将动能转变成热能或静压力。但应该认识到，本发明同等地适用于叶片式或通道式扩压器，其中，除通路是圆形截面的之外，也可以是其他形状的，例如矩形截面的，各通路之间有楔形的隔离带。已有技术的加工过程的第一步，是通过钻孔加工先制出所需径向通路数目的一半，如图1所示。即，每隔一个所需通路钻一个大致呈径向、但和径向成一个预定角度的孔。一通路13由三个串接的部分14，16，17组成，每一部分14是圆柱形的，第二部分16是截头圆锥形的，其孔壁18和轴线19成第一角度(例如2°)，第三部分17亦为截头圆锥形的，其孔壁21和轴线19成一个较大的角度(例如4°)。可以看到，通路13的内端22和相邻通道还只差一点而没相交。已有技术的方法的下一步是在每个制成的通路13内嵌入塞子23，塞子23用一种适当的最好和扩压器本体的材料具有相同的机械特性的材料制成。然后，以交替关系加工出各通路13之间的其余通路24，如图所示。塞子23使得在钻制通路24过程中，当钻头到达与相邻通路13相交时钻头不会偏离。即是，在钻交替的通路24中的每一孔时，它们与通路13的一侧相交，但由于那些空间中有塞子，钻头始终被实心材料包围着，因而不会偏离其直线钻削路径。如同用塞子23填塞通路13以提供一个实心介质在其中进行钻孔加工一样，为了正确地加工扩压器结构10的内圆周12，在新形成的通路24内也必须塞入塞子23，使所有通路13和24的内端此时都填有塞子。这个步骤如图3所示，而且是为加工过程的最后加工步骤做准备，最后加工结果如图4所示。在最后步骤过程中，内周边12(见图3)绕中心27加工成一个正圆，其半径R等于相切圆的半径，以使最终的内周边28和相切圆重合，每个通路13和24的轴线19都与这个圆成相切关系。除去塞子23之后，最后得到的有内部通路13和24的扩压器如图5所示，其最终的内周边28包含一大致位于圆29上的部分并有多个切向的圆柱段31，这些圆柱段对应于通路13和24的直线侧壁表面。各表面31相互串接成圆周，每一段有一弧形的轴向截面轮廓，轮廓的弯曲中心在通路的轴线上，但是每一段也沿其长度保持平行于这一轴线。可以看到，上述已有技术的加工方法是耗时且昂贵的，因为必须制造一组塞子23并用于每一扩压器的加工，而且这些塞子不能回收用于制造随后的扩压器。根据本发明的方法，如图6-11所示，每一通路32形成在扩压器盘10中，每一通路有一圆柱段33和截头圆锥段34和36，它们都绕轴线37形成，如同本文上述一样。然而，通路32的轴向深度是这样限制的，即令圆柱段33的端头38只伸至与相邻通路相接触但实际上不与其相交。这是可以办到的，而不会引起钻头的任何偏离。下一步是从内表面12除去材料，如图7所示。根据本发明的一个实施例，材料被均匀地从内边缘除去，径向地向外直至达到细实线39所示的导边圆。其结果是在被导边圆39和相切圆41所限定的区域内形成一个无叶空间。这样，从导边圆39径向地向外，图7所示的扩压器结构和已有技术的结构是相同的，在图7所示的实施例中，从导边圆向内是全无叶片的结构;而在已有技术的实施例中却有一个半无叶空间。尽管图7所示的实施例在功能上不完全相同，但已经发现这种结构的性能是令人满意的并且它比已有技术的结构易于制造得多。为了使本发明的扩压器更接近已有技术装置的功能特性，同时仍允许一个简便得多的加工过程，扩压器盘10一开始就径向向外仅加工至如图所示的相切圆41。可以看到，这样在通路32的入口处就会留下多个如图7所示的三角状(在轴向截面内)凸块42。所以这些材料需除去，如图8，9所示。用一个绕扩压器10的中心27旋转的切削刀具在内圆周上加工一个环槽45，槽的径向深度延伸至导边圆39，如图所示。槽45的径向轮廓可以是矩形的、圆形的或者其他所需的任一形状的。然而，最佳形状为如图10所示的两轴为b1和b2的半椭圆，其中b1等于通路的圆柱部分14的直径，b2等于导边圆39和相切圆41两者的直径之差。根据这一定义，b1和b2可以是半椭圆的长轴或短轴。这样，径向地布置地在导边圆外的结构就与已有技术的结构完全相同，相切圆与导边圆之间的结构在楔形结构44的压力侧43上完全相同，而在吸入侧46上结构和性能非常接近。即是，在吸入侧46上，不是让其表面为弯曲中心位于通路32的轴线上的半圆柱形，而是使其表面有一个半椭圆形的径向轮廓，其轴向轮廓为圆形的，弯曲中心在扩压器的中心27处。这从其中显示出了环槽的图11可以看出。在环槽45与楔形凸块44的吸入侧46的相交处是一个弧形段47，其弯曲中心在扩压器10的中心27上。权利要求1.一种改进的制造扩压器的方法，这种扩压器有多个周向间隔的基本上径向延伸的通路13，各通路13的中心线19切于一个相切圆，其特征在于包括以下步骤提供一个有径向内表面12和外表面11的盘10；从所述径向外表面11加工出多个周向间隔的通路13，各通路之间有楔型凸块44，所述通路13的中心线19大致径向设置，但相切于一个径向布置在所述径向外表面11和内表面12之间的相切圆41，对所述通路13的长度加以限制以使它实质上不会延伸进相邻通路内；以及从所述径向内表面12切除材料直至所述内表面12和一导边圆39相重合，此导边圆39是径向布置在所述相切圆41和所述径向外表面11之间且通过每一所述楔形凸块44的导边。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述通路13有圆形的径向截面。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于通路13有锥形的轴向截面。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述通路13至少有一段17，随着其径向向外延伸直径逐渐增大。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于切削材料的步骤在所述相切圆41和所述导边圆39之间产生一个无叶空间。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于切削材料步骤产生一个半椭圆形环槽。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述半椭圆形环槽有一与所述导边圆的半径相一致的长轴b2。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述半椭圆形环槽有一短轴b1，其尺寸等于所述通路在所述环槽与所述通路沟通处的直径。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述半椭圆形环槽有一长轴b2，其尺寸等于相切圆41和导边圆39的直径之差。10.一种改进的扩压器，这种扩压器有多个周向间隔的大致径向延伸的通路13，各通路13之间有楔形凸块44，所述各通路13的轴线19切于一相切圆41，每一凸块44的导边与一个径向地位于所述相切圆41之外的导圆相重合，其特征在于在相切圆41和导边圆39之间的那个空间是完全无叶片的。11.如权利要求10所述的管状扩压器，其特征在于所述通路13有一圆形的径向截面。12.如权利要求10所提出的管子扩压器，其特征在于所述通路13有圆锥形的轴向截面。13.如权利要求10所述的改进的扩压器，其特征在于所述扩压器包括一周向的环槽，其限定了在导边圆39上的一个内缘边界。14.如权利要求11所述的改进的扩压器，其特征在于所述环槽的径向截面为半椭圆形的。15.如权利要求14所述的改进的扩压器，其特征在于所述环槽有一个等于所述通路的最小直径的最大宽度。16.如权利要求14所述的改进的扩压器，其特征在于所述环槽有一个等于相切圆41和导边圆39的半径之差的径向深度。全文摘要在管子扩压器中，在一个圆盘内制出多个周向间隔设置的大致径向延伸的通路，其制造方法是不必用塞子来防止钻孔过程中钻头的偏移。钻削各通路时使其不会与相邻通路有任何实质上的相交。然后，从盘的内圆周切除材料，直至切除到各通路之间的凸块的导边所限定和导边圆的径向范围。最终形成的结构在性能上基本上和已有技术等效但其加工过程要容易得多。文档编号F04D29/44GK1061081SQ9110983公开日1992年5月13日 申请日期1991年10月17日 优先权日1990年10月30日发明者约斯特·约翰内斯·布拉兹 申请人:运载器有限公司