专利名称：涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡轮机，尤其涉及一种涡轮机转子。
背景技术：
涡轮增压器是所熟知的用于以高于大气压力(增压)将空气供应至内燃机进气口 的装置。传统的涡轮增压器主要包括安装在位于涡轮机壳体内的旋转轴一端的废气驱动的 涡轮机叶轮。该涡轮机叶轮的旋转带动安装在位于压縮机壳体内的轴另一端的压縮机叶轮 转动。压縮机叶轮将压縮的空气传送至发动机进气歧管，以此增加发动机动力。
涡轮增压器轴通常通过轴颈轴承(滑动轴承)(journal bearing)和止推轴承 (thrust bearing)支撑，其包括位于中间轴承壳体内连接在涡轮机及压縮机叶轮壳体之间 的适当的润滑系统。所述轴、所连接的压縮机叶轮和涡轮机叶轮(连在轴的相反端部)共 同地形成转子组件。已知，转子组件的平衡是重要的，以确保轴真正位于轴承内旋转。任何 不平衡都会对涡轮增压器的运行及寿命带来危害。例如，转子组件的不平衡会导致涡轮增 压器的噪音和振动以及磨损的增大，尤其是增大轴承表面的磨损。在极端的情况下，转子组 件的不平衡可(例如)使得压縮机叶轮相对于轴的旋转轴线径向向外移动，可能潜在地导 致涡轮增压器产生严重故障。 通常实现可接受的转子组件平衡的工艺是多步骤的工艺。首先，在组装之前，组成 该转子组件的各个零件都单独地平衡。接下来，将涡轮叶轮摩擦焊接至该轴，然后平衡该轴 和所连接的涡轮叶轮。继而，将该轴及所连接的涡轮叶轮插入涡轮增压器中，并且将转子组 件的其他部件，包括压縮机叶轮，连接到装在该轴的相对端以完成转子组件的组装。最后， 在涡轮增压器中在原位/现场平衡该转子组件。转子组件的平衡，包括调节转子组件各部 件的平衡和/或位置，以补偿任何不平衡。可通过从部件的特定部分增加或去掉材料来调 整组件的平衡。可选地，转子组件的单个部件是可更换的，以便努力获得形成平衡的转子组 件的部件的组合。由于转子组件的平衡，特别是增加或去掉材料是在转子组件处于原位/ 现场时进行的，因为因而这个过程会是复杂的，因为转子组件的通道是受限。另外，压縮机 叶轮通常采用比轴软的材料制成，众所周知，在平衡进行过程中，将压縮机叶轮连接到该轴 上、从该轴的去除压縮机叶轮或从该轴上替换压縮机叶轮，将对压縮机叶轮产生不可修复 的损伤。任何这种损坏了的压縮机叶轮不得不报废。
发明内容
本发明的目标在于消除或缓解上述问题的至少部分。 根据本发明，提供了一种涡轮增压器转子组件，包括安装到转子轴上以随其绕轴
线转动的涡轮叶轮和压縮机叶轮，其中 该涡轮叶轮安装在涡轮轴上； 该压縮机叶轮安装在压縮机轴上；且 该涡轮轴和压縮机轴彼此相连以限定所述转子轴。
因此，根据本发明的涡轮增压器转子组件可由两个子组件构成，即包括安装在涡 轮轴部分的涡轮叶轮的涡轮端子组件，和包括安装在压縮机轴部分的压縮机叶轮的压縮机 端子组件。这两个转子轴部分可共轴地连接在一起以形成完整的转子轴。该结构的一个 优点在于可在将转子轴组装到涡轮增压器上之前，在涡轮增压器之外单独地平衡每个子组 件。 该涡轮轴和压縮机轴可分开地彼此互相连接。这允许(例如)转子组件的组装允 许该组件的一个或多个部件被替换。 该涡轮轴和压縮机轴可通过各自相互啮合的螺纹面连接在一起。例如，涡轮轴和 压縮机轴中的一个在其外表面的一部分设有螺纹，而另一个设置有轴向延伸的螺纹孔用以 接收所述螺纹轴。例如，在本发明的一个实施例中，压縮机轴外表面形成螺纹并旋入沿涡轮 轴的轴线形成的孔内。应该认识到，在这种情况下，具有外螺纹的轴或者沿其轴线长度的至 少一部分轴的直径，比形成有用于接收上述轴的内孔(或管座)的另一轴的外径小。设置 有外螺纹的轴以及螺纹孔沿转子轴的长度的基本上部分延伸。可选地，当外螺纹轴是短轴 时该孔可以相对较短。 应该认识到，该螺纹可布置成使得当转子轴组件安装在工作的涡轮增压器中时， 由涡轮叶轮传递给压縮机叶轮的转动转矩将要拧紧而不是松开涡轮轴和压縮机轴之间的 螺纹连接。 其他装置可以用来连接压縮机轴和涡轮轴。例如，所述连接可以是花键连接而不 是螺纹连接。 根据本发明，压縮机轴安装到压縮机叶轮上。在某些实施例中，压縮机轴的第一端
可延伸穿过沿压縮机叶轮转动轴线设置的孔，且该压縮机叶轮可通过螺母保持带轴上，该
螺母螺旋连接在压縮机轴的所述第一端上并直接或间接地紧靠压縮机叶轮，以将叶轮夹紧
在由压縮机轴的部分限定出的径向邻接部上。该螺母可以是(例如)直接紧靠压縮机叶轮
的前突出部上，或者在锁紧螺母与压縮机叶轮之间可设置垫片或类似部件。类似地，该压縮
机叶轮可以被夹紧抵住轴上的径向邻接部，或者可以在二者之间设置垫片或类似部件。在
另一可选实施例中，孔可以只延伸穿过压縮机叶轮的部分并且压縮机轴的第一端可以容纳
在该孔内并通过配合的螺纹连接或者通过其他适合的连接装置连接。作为另一替代实施
例，压縮机叶轮可包括在相应孔中延伸的短轴，该孔部分地延伸进入压縮机轴中。同样，可
以采用相配合的螺纹来将压縮机叶轮短轴和压縮机轴一个连接到另一上，但是也可以采用
任何其他适合的连接装置。根据本发明，将压縮机叶轮安装至涡轮增压器轴的方法都是已
知的方法，并且任何传统的方法都可用于将压縮机叶轮安装到压縮机轴上。 径向邻接部可以是(例如)由压縮机轴的扩大直径部分限定出的环形肩部。该压
縮机轴的所述扩大直径部分可以例如限定出了适于容纳在由涡轮增压器壳体壁面限定的
孔中的密封凸台，这样就将压縮机叶轮与涡轮增压器轴承腔分隔开，和其中在所述密封凸
台的径向外表面上设置环形槽用以容纳密封圈。该涡轮增压器壳体壁可以是例如轴承壳体
壁、压縮机壳体的背板(其通常称为压縮机背板)或两者组合。该密封圈可以是(例如)
常规的活塞环或其他适合的密封元件，典型的如传统压縮机端部密封/轴承结构中挡油环
所采用的类似元件。 该压縮机叶轮和压縮机轴的扩大直径部分的邻接面可大致垂直于轴线延伸或者是例如绕该轴的轴线的基本上平截头圆锥形，使得其每一个位于绕所述轴线的相同的大致锥形旋转面上。在后者情况中，该邻接面可相互作用以便当施加在夹紧力该压縮机叶轮上时使压縮机叶轮倾向于对准所述轴线中心。该表面可以位于(例如)直线绕所述轴线旋转限定出的锥面上，或者大致由曲线绕所述轴线旋转限定出的大致的锥形面上。压縮机叶轮限定出的邻接面可以是凹的/凹面，压縮机轴的扩大直径部分限定出的邻接面可以是凸的/凸面，反之亦然。 压縮机叶轮和锁紧螺母之间的邻接面可以是类似形状，以帮助压縮机叶轮对准到压縮机轴中心上。例如，压縮机叶轮的前端部可以具有凹进或凸出的锥面，其与由锁紧螺母或者位于锁紧螺母与压縮机叶轮之间的任何部件(例如垫片或类似物)提供的凸出或凹进的锥面相配合。 挡油环和/或止推环被支撑在该转子轴上并被夹紧在涡轮轴限定的径向延伸面与压縮机轴的部分限定出的所述径向邻接面之间，或者由涡轮轴或压縮机轴限定出的其他径向延伸面之间。 例如，在压縮机轴容纳在限定在涡轮轴中的轴向孔内部的本发明实施例中，止推
环/挡油环可以被夹紧在限定在涡轮轴端部的径向面与由设置压縮机轴上的密封凸台限
定的环形面之间。止推环/挡油环可以是整体部件或者止推环与挡油环是分开的。当二者
构成整体单个部件时，止推轴承可以具有径向延伸槽以允许止推轴承装配到止推环上。 涡轮叶轮可以以任意常规方式连接到涡轮轴上。类似地，涡轮轴可以设置有与涡
轮叶轮邻接的活塞凸台，其以常规方式限定出用于容纳密封圈的外环形槽。 本发明提供一种涡轮增压器，其包括根据前述权利要求所述的转子组件。 本发明还提供一种在涡轮增压器中组装涡轮增压器转子组件的方法，该涡轮增压
器包括位于轴承腔的两相对端的涡轮和压縮机，第一壳体壁将涡轮与该轴承腔分隔开，第二壳体壁将压縮机与该轴承腔分隔开；各壳体壁设置有用于接收涡轮增压器转子轴的孔，
所述涡轮增压器转子轴穿过所述轴承腔从涡轮延伸到压縮机，该方法包括
提供第一转子子组件，包括安装在涡轮轴上的涡轮叶轮；
提供第二转子子组件，包括安装在压縮机轴上的压縮机叶轮；
独立地平衡该第一和第二转子子组件； 将涡轮轴穿过设置在第一壳体壁上的孔插入到该轴承腔，将压縮机轴穿过设置在该第二壳体壁上的孔插入该轴承腔； 和将该涡轮轴和压縮机轴同轴地连接在一起以完成该涡轮增压器转子组件。
根据本发明的另一方面，还提供了一种维护涡轮增压器的方法，该涡轮增压器包括如前所述的涡轮增压器转子组件，该方法包括从压縮机轴上拆开涡轮轴并更换或修理转子组件的一个或更多个部件。
现在将通过举例的方式参考附图来介绍本发明的具体实施例，附图中 图1是现有的带有固定几何形状涡轮的涡轮增压器的轴向剖面图，示出了涡轮增
压器和涡轮增压器转子组件的基本部件； 图2是现有的转子组件的轴向剖面图，其构成了如图l所示涡轮增压器的一部分； 图3是根据本发明第一实施例的转子组件的轴向剖面图； 图4是根据本发明第二实施例的转子组件的轴向剖面图； 图5是图4所示的转子组件的止推轴承侧视图； 图6是根据本发明第三实施例的转子组件的轴向剖面图。
具体实施例方式
图1是通过典型的具有固定几何形状涡轮的涡轮增压器的轴向剖面图，示出了涡 轮增压器的基本部件。该涡轮增压器包括涡轮1，涡轮1通过中央轴承壳体3接合到压縮机 2上。涡轮1包括容纳涡轮叶轮5的涡轮壳体4。类似地，压縮机2包括容纳压縮机叶轮7 的压縮机壳体6。涡轮叶轮5和压縮机叶轮7安装在共用的涡轮轴8的两相对端上，该涡轮 轴8支撑在位于轴承壳体3内的轴承组件9上。 涡轮壳体4设置有废气进口 IO和废气出口 11。进口 IO引导进入的废气至环形进 气室，即螺旋室12，其环绕涡轮叶轮5并通过径向延伸的环形入口通道13与其联通。涡轮 叶轮5的旋转带动压縮机叶轮7转动，压縮机叶轮7的转动通过轴向进口 14吸入空气并通 过环形出口螺旋室15向发动机进气口 (未示出)输送压縮空气。包括安装到轴8上的涡 轮叶轮5和压縮机叶轮6的组件被称作转子组件16。 同时参考图1和图2(示出了通过转子组件的轴线剖面图)，涡轮增压器转子组件 16包括涡轮叶轮5、压縮机叶轮7、止推环21a和挡油环21，它们全部安装在涡轮轴8上以 随其转动。涡轮叶轮5摩擦焊接到设置在轴8的涡轮端的密封凸台17上(有时被称作活塞 凸台)。该密封凸台17是轴8的扩大直径部分，其外表面上具有环形槽18。密封圈19(例 如，活塞环)位于槽18中并相对于轴承壳体壁19b内的孔19a密封住轴8，轴承壳体壁19b 将涡轮l与轴承壳体3分开。 轴8的压縮机端是半径縮小部分(整体地用20指代)。该小半径縮小部分20上 通过止推环21a、挡油环21和压縮机叶轮7内的适当尺寸的轴向孔(axial bores)(分别 是22、23)来支撑止推环21a、挡油环21和压縮机叶轮7。挡油环21和压縮机叶轮7大致 同轴并彼此相邻布置，两者中挡油环21更靠近涡轮叶轮5。止推轴承21b设置在挡油环21 和止推环21a之间。挡油环21、止推环21a和压縮机叶轮7被夹紧在轴8的环形肩部24和 锁紧螺母25中间，该锁紧螺母25通过螺纹26安放在轴8的端部上。挡油环21具有延伸 穿过轴承壳体3中的孔28a的部分，并且设置有周向槽27，密封圈28(例如，活塞环)位于 周向槽27内。密封圈28相对于轴承壳体3密封转子组件。 为了最优化涡轮增压器的运行，重要的是，平衡转子组件16，使得转子组件的重心 大致落在转子组件的转动轴线上，从而使转子组件16绕其旋转轴线上的一点的总力矩最 小。减小转子组件16相对旋转轴线上一点的总力矩，将会使得转子组件16旋转时转子组 件16受到的离心力减小，进而增加了转子组件的稳定性。作用在转子组件16上的离心力 太大会引起转子组件16的振动，并因此增加了涡轮增压器噪音和降低其耐用性。另外，由 于转子组件16构成了其部分的涡轮增压器会在非常高的转速(< 140， 000rpm)以及高温 (< 200°C )下运行，转子组件16的平衡尤其重要。由于高转速下的任何不平衡所产生的 作用在转子组件16上的力，以及由于高运行温度下带来的材料性质的损害，都会导致压縮
7机叶轮7相对于轴8、挡油环21和锁紧螺母26径向地滑转。如果发生压縮机叶轮7滑转， 转子组件16的整体平衡将恶化，从而导致压縮机增压器振动的增加并因此噪音增大。在极 端情况下会导致涡轮增压器严重故障。 转子组件16的不平衡可能由多种原因引起，包括(例如)配合面处的部件直角 度不精确；部件制造的不精确导致压縮机叶轮7和/或挡油环21以及轴8之间的径向间 隙；由于锁紧螺母26的拧紧带来的施加在压縮机叶轮7和/或挡油环21上的具有径向分 量的力。另外，转子组件16在锁紧螺母26拧紧时产生的任何转矩作用下可能会变形。如 果转子组件的部件相对于其他部件以及锁紧螺母26的夹紧轴线(在这种情况下也就是转 子组件16的轴线)不是直角的，那么通过拧紧锁紧螺母26而施加在这种非直角部件上的 任何夹紧力都将会具有垂直于转子组件16轴线的分量，这会导致所述部件的径向移动并 因此产生转子组件16的不平衡。 —种已知的用来获得可接受的转子组件16平衡的方法如下一旦轴8已经连接涡 轮叶轮5，就检验涡轮叶轮5和连接的轴8的平衡。这由专门设置的自动机械完成。在这 样一种机械中，当轴8和叶轮5以大约300rpm转速转动时，轴8由空气轴承支撑。然后可 通过磨掉叶轮5上的材料来对其不平衡进行校正。压縮机叶轮7临时连接到心轴上并以与 轴8及叶轮5相同的方式进行平衡。 一旦被平衡后，将涡轮叶轮5及连接轴8分别安放在 轴承壳体3和涡轮1内，使得轴8的压縮机端延伸穿过壳体壁的孔28a进入压縮机壳体6。 轴8通过使其在轴8压縮机端上滑动的方式接收止推环21a、止推轴承21b和挡油环21 。然 后压縮机叶轮7被组装到轴8上，使得压縮机叶轮7位于压縮机内。然后拧紧锁紧螺母26 以夹紧叶轮7、挡油环21和止推环21紧靠环形肩部24。当组装好后，整个转子组件是平衡 的，同时就位于涡轮增压器内的原位。转子组件的任何不平衡都可通过从至少一个组件上 除去材料来进行校正。由于转子组件16是平衡的且位于涡轮增压器内原位，则任何从其一 部分(例如压縮机叶轮的背面)上除去材料都会在受到涡轮增压器壳体的狭窄的通道的严 重限制。 转子组件16位于原位时难于进入则意味着现有的平衡方法通常需要从轴8上拆 下锁紧螺母26、压縮机叶轮7、止推环21a和挡油环21并替换至少其中一个。由于所有同 类型的部件基本上是相同的，除了具有些许的平衡差异，则用一个替换件替换转子组件的 部件中至少一个部件会使得转子组件16再组装后，转子组件16会更平衡。部件替换过程 根据需要重复几次，以便获得满意的转子组件16平衡。另外，转子组件16的部件替换可能 会受到压縮机叶轮7对轴8的磨损的影响。 此夕卜，已知压縮机叶轮7可以用和轴8不同的材料制成。例如，压縮机叶轮7可以 用铝制造而轴8用钢制造。轴8和叶轮7的材料的不同以及用于将轴8和叶轮7固定到一 起所用的大的力会导致材料磨损或变形。这个问题在上述部件替换过程中是严重的。 一旦 发生这种磨损或变形，通常不可能再校正转子组件16的任何不平衡并且转子组件16必须 报废，这引起不必要的浪费和成本。 图3示出了根据本发明实施例的涡轮增压器转子组件。尽管轴的具体构造与图2 的转子组件的构造不同，但在适当的地方相同附图标记用于表示相应的部件。涡轮轴(整 体用8表示)具有两部分安装有涡轮叶轮5的涡轮轴8a，和安装有压縮机叶轮7的压縮 机轴8b。涡轮轴8a和涡轮叶轮5构成了涡轮子组件38a。如前所述，涡轮轴8a包括密封凸台部分17，密封凸台部分17被摩擦焊到涡轮叶轮5上。总体来说，压縮机轴8b、压縮机 叶轮7及它们的连接装置(在这种情形中是锁紧螺母25和螺纹26)构成了压縮机叶轮子 组件38b。压縮机叶轮7被夹在由轴8b的扩大的半径部分35限定出的环形肩部和锁紧螺 母25之间，该螺母25与压縮机轴8b的螺纹部分26以与上文所述方式的相同方式相配合。
为了防止轴8b在拧紧锁紧螺母25时转动，轴8b(例如)可以用卡盘(chuck)固 定住，或者设置平的面(未示出)来与适当工具接合。 根据本发明，涡轮和压縮机子组件被连接到一起以构成完整的转子组件。在图示 的实施例中，涡轮轴8a包括带有螺纹部分30的管座或轴孔29。压縮机轴8b具有较小的直 径(整体用31表示)，其形状和尺寸被形成为以便能以紧配合的方式容纳在孔29内。附加 地，压縮机轴8b的端部包括螺杆部分32，螺杆部分32与螺纹部分30相配合，以便使涡轮 轴8a和压縮机轴8b可以螺纹连接到一起。螺杆部分32和螺纹部分30还螺纹配合，使得 在工作时涡轮叶轮5施加在轴8b上的任何转矩都会拧紧而不是松开涡轮轴8a和压縮机轴 8b之间的接合。 具有轴向孔22和22a的挡油环33和止推环33a支撑在压縮机轴8b的较小直径 部分31上，使得当两轴8a和8b螺纹连接到一起时，挡油环33和止推环33a被夹在涡轮 轴8a的肩部34和压縮机轴8b的扩大半径部分35之间。当组装部件时，可以提供止推轴 承42到在轴8b上挡油环33和止推环33a之间。扩大半径部分35包括周向槽36，密封圈 37(例如，传统的活塞式密封圈)安装在周向槽36内。 根据本发明，在组装和平衡图3所示转子组件16时采用与上文所述现有技术不同 的方法。涡轮轴8a连接到涡轮叶轮5上以构成涡轮子组件38a，涡轮子组件38a的平衡以 与之前所述方式相同的方式来进行检验和校正。然后通过将压縮机叶轮7固定到轴8b的 扩大部分35和锁紧螺母26之间组装压縮机叶轮子组件38b。随后平衡该压縮机叶轮子组 件38b。如上文所述那样使用平衡机械来实现平衡，其中压縮机叶轮子组件38b由空气轴承 借助轴8b的直径来支撑。可选地，轴8b端部的螺杆32可用来将压縮机叶轮子组件38b连 接到平衡机械。替代地，该平衡机械可以支撑(也已知为定位面)肩部39。其他用于平衡 的安装压縮机叶轮子组件的方法对于本领域技术人员来说也是显而易见的。再一次，通过 增加材料到压縮机叶轮7上，或者优选地，从压縮机叶轮7上去除材料，来得到可接受的压 縮机叶轮子组件38b的平衡。与之前所述的传统转子组件16组装方法相反，平衡的主要部 分，即涡轮叶轮子组件38a和压縮机叶轮子组件38b的平衡，可以在转子组件16不在涡轮 增压器原位的情况下实现。这使得平衡过程更直接，因为不再有到转子组件16部件通道的 限制。例如，通常不再需要拆卸或更换单个部件来获得平衡。 当压縮机叶轮子组件38b平衡之后，挡油环33和止推环33a安装到压縮机轴8b 上。涡轮叶轮子组件38a插入到轴承壳体3的涡轮端。在较小直径部分31插入到管座29 中之前将压縮机叶轮子组件38b插入到轴承壳体的压縮机端并转动，以便通过螺杆部分32 和螺纹装置30来将轴8a和8b彼此固定到一起。如前所述，涡轮叶轮子组件38a和压縮机 叶轮子组件38b之间的需要将它们固定到一起的相对转动方向使得在涡轮增压器工作时 施加在涡轮叶轮5上的任何转矩都会拧紧涡轮叶轮子组件38a和压縮机叶轮子组件38b之 间的连结。在这种方式中，借助轴承组件9由涡轮增压器接收转子组件16。为了相对涡轮 轴8a转动压縮机轴8b以利用螺杆和螺纹装置30、32，可以使用工具来接合六边形截面形式的锁紧螺母25。与拧紧压縮机叶轮7旁边的锁紧螺母25所需的力矩相比，旋紧轴8a、8b所需的力矩要小的多。这确保在将两轴8a、8b连接在一起时，不会在压縮机7和锁紧螺母25之间产生破坏压縮机子组件38b的平衡进而破坏整个转子组件转子组件16的平衡的滑动。 轴8a、8b使得当它们螺纹连接到一起时它们具有紧公差配合，以便获得良好的同心度。另外，孔29和较小直径部分31的纵向轴线使得使得当轴8a、8b被螺纹连接到一起时，轴8a、8b是同轴的。这有助于确保当预平衡的涡轮子组件38a连接到压縮机叶轮子组件38b上时，所得到的转子组件16是大致平衡的。另外，优选在配合边缘(或肩部)34和轴8a的纵向轴线之间，以及配合边缘39与轴8b的纵向轴线之间具有良好的直角度。这也有助于保证当轴8a和8b固定到一起时是同轴的。另外，挡油环33和止推环33a使得它们具有两个大致平行的面，在轴(8a和8b)彼此连接到一起时这两个面与配合边缘(34和39)相接合，并与其配合以确保轴8a和8b是同轴的。 所提出的组装方法的优点在于与现有的组装方法相比，当将转子组件16组装到涡轮增压器上时，减小了部件接触面的数量。任何这种部件接触面都会造成转子组件16的不平衡，因此减少部件接触面最小化任何可能的转子组件16的不平衡。可以在构造转子组件16之前组装和平衡压縮机叶轮子组件38b。压縮机叶轮子组件38b的平衡可以补偿各种导致压縮机叶轮子组件38b不平衡进而导致最终转子组件16不平衡的因素，包括在压縮机组件的部件之间任何配合表面的部件直角度不精确；压縮机叶轮7和轴8b之间配合不精确产生的不平衡；在轴8b、压縮机叶轮7或者锁紧螺母25中任何一个的单个部件不平衡；以及由于拧紧螺母25导致的压縮机叶轮子组件38b变形所产生的任何不平衡。因此，在构造压縮机叶轮子组件38b之前不再需要平衡构成压縮机叶轮子组件38b的单个部件。 一旦压縮机叶轮子组件38b平衡了，由于其组成部件中任意一个的不精确所引起的不平衡不再会造成转子组件16的不平衡。从而，只有轴8b的较小直径部分31和管座29之间的同心度，以及挡油环33和止推环33a配合表面，会造成转子组件16的不平衡。可以预见，减少转子组件16不平衡的可能源的数目将意味着，挡油环和止推环33a的加工不精确将不足以引起转子组件16的不可接受的不平衡。 另外，由于将涡轮叶轮子组件38a和压縮机叶轮子组件38b固定一起所需的转矩显著小于通过采用锁紧螺母25固定现有技术转子组件16的所有部件所需的转矩，因此使得紧固子组件38a、38b产生的、作用在转子组件16上的力引起变形进而使转子组件16不平衡的几率更小。 如前所述，使用时，转子组件16被支撑在涡轮增压器内的轴承组件9上。转子组件可以布置成使得响应于螺纹部分30的拧紧会潜在地变形的轴8a的任意部分40不再被轴承组件9所环绕。这使得轴8a的任何变形不会影响轴承组件9与轴8a之间的间隙。间隙的任何减小都会增加轴8a和轴承组件9之间的摩擦，或者使轴8a卡在轴承组件9中。
与现有的转子组件相反，即在如图2所示的转子组件16中压縮机端活塞密封圈28位于挡油环21的槽27内，本申请的密封圈37位于扩大半径部分35的槽36中。这允许挡油环的轴向长度被縮短，从而与传统的涡轮增压器转子组件(即与大直径部分35结合使用的是标准挡油环)相比避免了本申请转子组件16的长度增加。这允许本申请的转子组件16和传统的转子组件可以互换。
图4示出了根据本发明的另一可选实施例。其大体的形式与前一个实施例非常类 似，因此类似的特征采用相同的附图标记。该实施例与前一实施例之间的区别在于较小直 径部分31被形成为涡轮叶轮子组件38a的一部分，与压縮机叶轮子组件38b相对。因此， 图4所示的本发明该实施例的管座29被形成为压縮机叶轮子组件38b的一部分，与涡轮叶 轮子组件38a相对。 图4所示的实施例还包括与止推环形成一体的挡油环41a。止推环和挡油环的整 体特性使得消除了前面实施例中单独的挡油环与止推环之间的接触面。再一次的，由于每 个部件接触面会造成转子组件16不平衡，因此减少转子组件16中部件接触面的数量会最 小化任何可能的转子组件16的不平衡。然而，应该理解到，前面所述实施例的两部分的挡 油环和止推环可以替代组合的挡油环41a。类似地，可以认识到，前面实施例中两部分的挡 油环和止推环可以由图4所示的本发明的实施例的组合挡油环替代。 图4实施例的止推轴承42在图5中示出，其包括径向槽44，径向槽44的尺寸形成 为使得其可以与组合的挡油环/止推环的止推环部分相配合。如本领域公知的，止推轴承 42还具有油道43。 图6示出了根据本发明的另一实施例。在合适的情况下，图6中使用了和图3至5 相同的附图标记。轴8b的扩大部分35与压縮机叶轮7之间的互补配合表面47以及锁紧 螺母25与压縮机叶轮7之间的互补配合表面48都是平截头圆锥形的。当压縮机7通过螺 母25的拧紧固定到轴8b上时，平截头圆锥形配合面47、48相互配合，以便有助于压縮机叶 轮7在轴8b上集中。另外，当转子组件16工作时，配合表面47、48相互配合以帮助防止压 縮机7相对于沿轴8b径向移动。因而，当转子组件16使用时转子组件16的平衡不容易随 时间延长而恶化。另外，配合表面的特性可减小软的压縮机叶轮7由于固定到不同几何形 状的硬轴8b上产生的磨损。 在所示实施例中，压縮机叶轮7的配合表面是凹进的，且相对于转子组件轴线具 有略微弯曲的轮廓。应该认识到，作为压縮机叶轮配合表面的替换也可以是凸出的，而轴上 的配合表面是凹进的。同样该表面需要是弯曲的，但可以位于锥面上。另外，可以使用其他 替换的特征来阻止压縮机叶轮7相对于轴8b的径向移动。 除了减化组件和平衡涡轮增压器转子轴之外，本发明实施例还可以允许涡轮和压 縮机叶轮子组件分开，以有助于涡轮增压器的维护和修理。 对于上述本发明实施例以及本发明应用的其他改进对于本领域技术人员来说是 显而易见的。
权利要求
一种涡轮增压器转子组件，其包括安装到转子轴上以随其绕轴线转动的涡轮叶轮和压缩机叶轮，其中所述涡轮叶轮安装到涡轮轴上；所述压缩机叶轮安装到压缩机轴上；和所述涡轮轴和压缩机轴彼此连接以限定所述转子轴。
2. 根据权利要求1所述的涡轮增压器转子组件，其中所述涡轮轴和压縮机轴彼此可拆 开地连接。
3. 根据权利要求1或2所述的涡轮增压器转子组件，其中所述涡轮轴和压縮机轴通过 彼此啮合的各自的螺纹面连接到一起。
4. 根据权利要求3所述的涡轮增压器转子组件，其中所述涡轮轴和压縮机轴中的一个 在其外表面的一部分上设有螺纹，并且另一轴设置有沿轴线延伸的螺纹孔，用以接收所述 螺纹轴。
5. 根据前面权利要求任一项所述的涡轮增压器转子组件，其中所述压縮机轴的第一端 延伸穿过沿所述压縮机叶轮的所述旋转轴线设置的孔，和其中所述压縮机叶轮通过螺母被 保持在所述轴上，所述螺母螺纹连接在所述压縮机轴的所述第一端上并直接或间接地紧靠 所述压縮机叶轮、以紧靠由所述压縮机轴的一部分限定的径向邻接部夹紧所述叶轮。
6. 根据权利要求5所述的涡轮增压器转子组件，其中所述径向邻接部是由所述压縮机 轴的扩大直径部分限定出的环形肩部。
7. 根据权利要求6所述的涡轮增压器转子组件，其中所述压縮机轴的所述扩大直径部 分限定适于容纳在涡轮增压器壳体壁所限定的孔中的密封凸台，所述涡轮增压器壳体壁将 所述压縮机叶轮与涡轮增压器轴承腔分隔开，和其中环形槽被限定在所述密封凸台的径向 外表面上用以容纳密封圈。
8. 根据权利要求6或7所述的涡轮增压器转子组件，其中所述压縮机叶轮和所述压縮 机轴的所述扩大直径部分的邻接面是绕所述轴的轴线的大致平截头圆锥形，使得其每一个 位于绕所述轴线的相同的大致锥形旋转面上。
9. 根据权利要求5至8中任一项所述的涡轮增压器转子组件，其中挡油环和/或止推 环被支撑在所述转子轴上并被夹紧在由所述涡轮轴限定的径向延伸面和由所述压縮机轴 的一部分限定的所述径向邻接部之间。
10. 根据前面权利要求任一项所述的涡轮增压器转子组件，其中挡油环和/或止推环 被支撑在所述转子轴上并被夹紧在由所述涡轮轴和所述压縮机轴分别限定的径向延伸面 之间。
11. 一种涡轮增压器，其包括根据前面权利要求任一项所述的转子组件。
12. —种在涡轮增压器中组装涡轮增压器转子组件的方法，所述涡轮增压器包括位于 轴承腔的两相对端的涡轮和压縮机、将所述涡轮与所述轴承腔分隔开的第一壳体壁和将所 述压縮机与所述轴承腔分隔开的第二壳体壁；每一个壳体壁设置有用于接收涡轮增压器转 子轴的孔，所述涡轮增压器转子轴穿过所述轴承腔从所述涡轮延伸到所述压縮机，所述方 法包括提供第一转子子组件，所述第一转子子组件包括安装在涡轮轴上的涡轮叶轮； 提供第二转子子组件，所述第二转子子组件包括安装在压縮机轴上的压縮机叶轮；独立地平衡所述第一和第二转子子组件；将所述涡轮轴穿过设置在所述第一壳体壁上的所述孔插入所述轴承腔并将所述压縮 机轴穿过设置在所述第二壳体壁上的所述孔插入所述轴承腔；和将所述涡轮轴和压縮机轴同轴地连接在一起以限定出所述涡轮增压器转子组件。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述涡轮增压器转子组件是根据权利要求1至 10中任一项所述的转子组件。
14. 一种维护涡轮增压器的方法，所述涡轮增压器包括根据权利要求1至10任一项所 述的涡轮增压器转子组件，所述方法包括从所述压縮机轴上分离所述涡轮轴和更换或修理 所述转子组件的一个或更多个部件。
全文摘要
一种涡轮增压器转子组件，包括安装在转子轴(8)上用以绕涡轮增压器的轴线转动的涡轮叶轮(5)和压缩机叶轮(7)。涡轮叶轮(5)安装到涡轮轴部分(8a)而压缩机叶轮安装到压缩机轴部分(8b)。涡轮轴部分(8a)和压缩机轴部分(8b)相互连接以限定出所述转子轴。
文档编号F02B39/00GK101709667SQ20091022146
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月7日 优先权日2008年9月6日
发明者安德鲁·戴 申请人:康明斯涡轮增压技术有限公司