延长使用过的涡轮增压器压缩机叶轮的使用寿命的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于更新具有损伤表面的使用过的金属质的压缩机叶轮(14)的方法。该方法大体上包括对该使用过的压缩机叶轮(14)检查疲劳裂纹的步骤，和如果未出现超过预定长度的疲劳裂纹则通过冲击来更新该使用过的压缩机叶轮(14)的步骤。检查过程包括对该使用过的压缩机叶轮(14)进行非破坏性的检查，以检测出比大体上将落在随着冲击产生的压应力区域内的那些裂纹更大的裂纹。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属质压缩机叶轮的更新方法及涡轮增压器压缩机叶轮
本专利技术一般涉及延长金属质的压缩机叶轮的使用寿命，更特别地涉及一种延长使用过的涡轮增压器压缩机叶轮的使用寿命的方法。
技术介绍
使用涡轮增压器来增加发动机性能是众所周知的。简单地说，涡轮增压器增加了供入发动机的空气量，从而改善了发动机性能。典型的涡轮增压器包括涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮通过可转动的轴连接至压缩机叶轮。热的发动机废气为涡轮机叶轮提供动力(使之转动)，涡轮机叶轮驱动压缩机叶轮。压缩机叶轮吸入相对冷的环境空气，并在该环境空气进入发动机进气歧管之前压缩该环境空气。压缩机叶轮以非常高的速度运行，在一些重型载重车中使用的大型涡轮增压器中常常高达90,000转每分钟，而在汽车中高达250,000转每分钟。随着时间的推移，压缩机叶轮可能由于高速度或高循环(开关)速率/频率而经受疲劳失效。用新的压缩机叶轮更换压缩机叶轮是昂贵的。在工业中已知，喷丸处理/喷丸冲击(shotpeening)提高了金属部件的使用寿命。例如，在航空航天工业中已经实施了对疲劳损伤的铝质部件进行喷丸处理以延长使用寿命。迄今为止未知的是延长使用过的压缩机叶轮的使用寿命的方法，该方法包括检查步骤和更新步骤，其中，检查步骤包括对使用过的压缩机叶轮进行非破坏性的检查，以检测出比大体上将落在随着冲击(peening，弹射，喷射锤击)产生的压应力区域内的那些裂纹更大的裂纹，以识别出等候更新的使用过的压缩机叶轮；更新步骤包括实施冲击，以在压缩机叶轮的经受最大疲劳载荷的那些表面区域中施加残余压应力。
技术实现思路
因此，提供一种用于延长金属质的压缩机叶轮(例如使用过的涡轮增压器压缩机叶轮)的使用寿命的方法将会是有益的，从而压缩机叶轮可以再被投入使用。本专利技术的另一目的是提供检查和更新使用过的压缩机叶轮的方法，其中，检查步骤包括对使用过的压缩机叶轮进行非破坏性的检查，以检测出比大体上将落在随着冲击产生的压应力区域内的那些裂纹更大的裂纹，以识别出等候更新的使用过的压缩机叶轮；更新步骤包括实施冲击，以在压缩机叶轮的经受最大疲劳载荷的那些表面区域中施加残余压应力。本专利技术的再一个目的是提供一种已经按照本文所述方法更新过的使用过的涡轮增压器压缩机叶轮。按照本专利技术的一方面，提供了一种用于延长具有损伤的表面或下层表面的使用过的涡轮增压器压缩机叶轮的使用寿命的方法。该方法大体上包括：对使用过的压缩机叶轮检查诸如是疲劳裂纹的材料不连续性、和是否不存在疲劳裂纹、或疲劳裂纹虽然存在但是不大于规定长度的步骤；例如通过喷丸处理来更新使用过的压缩机叶轮的步骤。检查步骤可以使用诸如是超声波检查和/或涡流检测的非破坏性的技术完成。检查步骤优选地包括使用超声波检查来检查压缩机叶轮的背面和使用涡流检测来检查叶片根部附近的压缩机叶轮的正面，以检查出超过预定长度的疲劳裂纹。在本专利技术的一实施例中，如果检测到的疲劳裂纹的长度超过约200微米，则压缩机叶轮被丢弃。在另一实施例中，如果检测到的疲劳裂纹的长度超过约100微米，则压缩机叶轮被丢弃。在再一实施例中，如果检测到任何疲劳裂纹，则压缩机叶轮被丢弃。如果压缩机叶轮在检查步骤期间满足可更新性的预定标准，则该压缩机叶轮等候更新。在更新步骤期间，可以使用冲击向压缩机叶轮施加一层残余压应力以延长其使用寿命。然后可以恢复压缩机叶轮在涡轮增压器中的使用。本专利技术还描述和要求保护一种具有按照本文所述方法更新后的表面的使用过的涡轮增压器压缩机叶轮。使用过的涡轮增压器压缩机叶轮包括轮毂和叶片，该叶片从该轮毂向外辐射延伸并沿着叶片根部附接在该轮毂上。该轮毂具有弯曲的正面和弯曲的背面,叶片附装在该正面上。已经对叶片根部和背面进行了检查以检查疲劳裂纹，并且通过冲击对叶片根部和背面进行了更新。附图说明图1是包括压缩机叶轮的一种典型的涡轮增压器的主要部件的透视图。图2是如图1中所示的传统的涡轮增压器压缩机叶轮的透视图。图3是图2的涡轮增压器压缩机叶轮的侧面正视图。图4是根据本专利技术的检查和更新使用过的涡轮增压器压缩机叶轮的方法的图表。图5是可以根据本专利技术用于检测压缩机叶轮背面中的疲劳裂纹的表面声波装置的示意图。图6是可以根据本专利技术用于检测压缩机叶轮背面中的疲劳裂纹的剪波装置的示意图。图7是在叶片根部附近经受涡流检测的压缩机叶轮的透视图。图8是在喷丸处理之前和之后在使用过的压缩机叶轮中的径向应力随着深度变化的曲线图。具体实施方式虽然本专利技术可以实现为多种形式，但是在图中示出并将在本文中详细描述一个或多个实施例，并且应当理解，本公开应被认为是对本专利技术的原理的示例性说明，而不意在将本专利技术限制于所示实施例。在下文的描述中使用下面的术语：“材料不连续性”可以指疲劳裂纹、断裂、划痕、凹痕、弯折和位于物体的压应力区域中的其它类型的损伤,典型地是在物体的表面上或表面附近。“更新”可以指在物体中给予压应力以提高抗疲劳能力的任何适当的方式，包括诸如通过喷丸处理进行的冲击和诸如通过辗压抛光进行的压力抛光操作。涡轮增压器运行如图1中所示，典型的涡轮增压器10包括涡轮机叶轮12，该涡轮机叶轮12通过可转动的轴16连接至压缩机叶轮14。涡轮机叶轮12容纳在涡轮机壳体18中，压缩机叶轮14容纳在压缩机壳体20中。位于涡轮机壳体18和压缩机壳体20之间的中央壳体(未示出)容纳可转动的轴16。在运行期间，热的发动机废气在作为涡轮机废气离开涡轮机壳体18之前使涡轮机叶轮12旋转。涡轮机叶轮12的旋转驱动可转动的轴16，可转动的轴16驱动压缩机叶轮14。旋转的压缩机叶轮14吸入相对冷的环境空气，并将压缩后的空气排入发动机进气歧管(未示出)中，大大增加了容积效率，使其超过自然吸气式发动机的容积效率。压缩机叶轮以非常高的速度运行，在一些重型载重车中使用的大型涡轮增压器中高达90,000转每分钟，在汽车中高达250,000转每分钟。随着时间的推移，压缩机叶轮可能由于高速度或高循环(开关)速率/频率而经受疲劳失效。用新的压缩机叶轮更换压缩机叶轮是昂贵的。本专利技术满足了对于一种提高涡轮增压器压缩机叶轮的使用寿命、从而使得可以重复利用压缩机叶轮的方法的需要。压缩机叶轮图2是候选用于本文描述和要求保护的更新过程的典型的压缩机叶轮14的透视图。图3是类似的压缩机叶轮14的侧视图。如上所述，压缩机叶轮14在压缩机壳体20中运行，并被安装在由涡轮机叶轮12驱动的轴16上。压缩机叶轮14围绕轴线(A)响应于轴16的旋转而旋转。压缩机叶轮14包括钟形的中央轮毂22和叶片24，该中央轮毂22可安装至旋转轴16，该叶片24从轮毂22向外辐射延伸并沿着叶片根部26附接至轮毂22。在所示实施例中，叶片24以一定角度从轮毂22延伸出，从而各叶片24的一侧限定了相对于轮毂22的锐角，而另一侧限定了相对于轮毂22的钝角。轮毂22具有正面28和平滑的弯曲的背面30，叶片24附装在该正面28上。轮毂22从前平面(F)延伸至背平面(B)。轮毂22可以包括前轮毂延伸部32和后轮毂延伸部34，该前轮毂延伸部32从正面28向前轴向地延伸并在前平面(F)处结束，后轮毂延伸部34从背面30向后轴向地延伸并在背平面(B)处结束。轮毂22限定了可以延伸穿过轮毂22的全部长度或仅部分地穿过轮毂22(如图3所示)的孔36。压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于更新使用过的金属质的压缩机叶轮(14)的方法，所述压缩机叶轮(14)具有轮毂(22)和叶片(24)，所述叶片(24)从所述轮毂(22)向外辐射延伸并沿着叶片根部(26)附接至所述轮毂(22)，所述轮毂(22)具有弯曲的正面(28)和弯曲的背面(30)，所述叶片(24)附装在所述正面(28)上，所述方法包括以下步骤：对使用过的压缩机叶轮(14)检查疲劳裂纹；和如果检测到超过预定长度的疲劳裂纹，则丢弃所述使用过的压缩机叶轮(14)；但是如果没有检测到这种疲劳裂纹，则通过冲击所述使用过的压缩机叶轮(14)的经受最大疲劳载荷的区域来更新所述使用过的压缩机叶轮(14)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.13 US 61/623,695;2013.04.04 US 13/856,6571.一种用于更新使用过的金属质的压缩机叶轮(14)的方法，所述压缩机叶轮(14)具有轮毂(22)和叶片(24)，所述叶片(24)从所述轮毂(22)向外辐射延伸并沿着叶片根部(26)附接至所述轮毂(22)，所述轮毂(22)具有弯曲的正面(28)和弯曲的背面(30)，所述叶片(24)附装在所述正面(28)上，所述方法包括以下步骤：对使用过的压缩机叶轮(14)检查疲劳裂纹；和如果检测到超过预定长度的疲劳裂纹，则丢弃所述使用过的压缩机叶轮(14)；但是如果没有检测到这种疲劳裂纹，则通过冲击所述使用过的压缩机叶轮(14)的经受最大疲劳载荷的区域来更新所述使用过的压缩机叶轮(14)，其中所述使用过的压缩机叶轮(14)的经受最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·O·康奈尔，M·G·麦克金普森，Y·田，D·费，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US