[发明专利]涡轮机的转子轴以及用于生产涡轮机转子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种涡轮机(具体是排气涡轮增压器)的转子、以及根据权利要求13的前序部分的一种用于生产此类型转子的方法。

背景技术

从JP11-320132A已知一种属类的转子，它描述了一种TiAl转子，该转子带有由钛铝合金(TiAl合金)构成的一个涡轮机叶轮，这个涡轮机叶轮是使用由镍基合金构成的一个中间件来刚性地连接到一个钢轴上。将由TiAl构成的涡轮机叶轮紧束到该中间件上是通过高温钎焊来实现的。这种中间件/轴的紧束通过电子束焊接(EB焊接)发生，但还可以通过摩擦焊接来发生。

如同这个复杂的型式，EP 1002935A描述了一种转子，该转子的由TiAl合金构成的涡轮机叶轮是使用一种圆柱形的中间件、通过摩擦焊接刚性地连接到构成支承轴的钢质本体上。因为该中间件在其被连接至涡轮机叶轮上的末端处包括镍基或钴基合金，这1实现了高的机械强度。为了减少不希望的热通量从涡轮机叶轮经由中间件进入钢质本体中的涡轮机侧的支承点之中，该中间件是由多个层构造的，这些层同样是通过多个单独的摩擦焊接操作/步骤来构建的。在这种情况下，应该指出，这样一种型式虽然在涡轮机侧的轴承的方向上提供了一定的热屏障，但尽管如此，考虑到就操作而言的高费用并且还因为这几个单独步骤的成本，针对大型串联应用的背景它还是被判定为是不经济的。

另一份现有技术(EP 0368642B1)说明了一种涡轮机的转子，该转子的涡轮机叶轮包括TiAl合金并且通过摩擦焊接经过由镍基或钴基合金构成的一种中间件被连接到一个钢轴上。

现有技术的所有这些文件所具有的共同之处在于，虽然说明了使用一个中间件将由TiAl合金构成的涡轮机叶轮连接到由一种合金钢构成的轴上的不同的连接方法，但尽管如此它们忽略了用于生产由TiAl合金构成的运转部件所必需的这些制造步骤中的一个重要方面，这个方面涉及成品转子的平衡。

所提到的根据现有技术的所有这些已知的型式具有以下缺陷，即作为一个单独部件的转子的平衡必须在易碎的TiAl合金的涡轮机叶轮上进行，这具有高故障潜能(诱发破裂)并且因此严重减少了部件的使用寿命。

此外，根据现有技术的所有这些型式所具有的共同之处在于，虽然说明了将圆柱形中间件用作由钢构成的轴与由TiAl合金构成的涡轮机叶轮之间的一种连接，但这些型式并未使之有可能在该中间件上执行任何平衡性切除以便在用于涡轮机的转子的这些目前可接受的限度内将该部件平衡。

此外，根据现有技术的所有这些型式所具有的共同之处在于，与就力度而言的上述缺点一起，总是要在TiAl合金中(不论该部件中的平衡标记的位置)在2个平面中必须完成一种必要的平衡方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供根据权利要求1的前序部分的一种转子以及用于生产根据权利要求13的前序部分的这种类型的转子的一种方法，它们允许以一种技术简单并且可靠的方式，至少极大地免除了损害地来平衡该转子。

这个目的是通过权利要求1的这些特征、或者就该方法而言是通过权利要求13的这些特征来实现的。

因此，根据本发明，存在着以下可能性，即使用一个中间件作为转子轴(钢轴)与转子叶轮(特别是以由TiAl构成的涡轮机叶轮的形式)之间的一种连接元件、以及该中间件的一种几何形状的设计(优选是盘的形式)，这样使得可以通过本身已知的多种平衡方法在该中间件中在该转子叶轮的叶轮背侧上进行平衡。

这就是说，该中间件(优选是在镍基或钴基合金的基础上)将两个功能组合在一个部件上：

将由一种金属间钛铝合金(TiAl)构成的一个涡轮机叶轮连接到由钢构成的一个轴上，并且

使用多种经济的型平衡工艺对该转子进行平衡。

这些从属权利要求包含对根据本发明的转子以及方法的多种有利的改进。

根据本发明，相应地通过中间件的优选地进行优化的几何形状可以消除现有技术的这些缺陷，换言之，这意味着将用于平衡所要求的特殊区域从涡轮机叶轮中移出到该中间件的几何形状之中是有可能的。

由于将转子叶轮(涡轮机叶轮)与中间件组装在一起的制造步骤与在一个分离的工作步骤中将这个组件连接到转子轴上的制造步骤是分离的，因此产生了一种用于连接整个转子的高效率方法，以下更详细地论及该方法。

由转子叶轮以及中间件(没有轴)组成的一种复合结构的解说如下：

将由镍基或钴基合金构成的中间件紧束到由TiAl合金构成的涡轮机叶轮上可以通过摩擦焊接、CD焊接或高温钎焊来进行。