MXPA06002341A

MXPA06002341A - Rueda compresora turbosobrealimentadora que tiene un escariador tratado para resistencia mejorada a la fatiga para fatiga inducida por tension y configurable para proporcionar una longitud axial compacta.

Info

Publication number: MXPA06002341A
Application number: MXPA06002341A
Authority: MX
Inventors: Daniel Edward Loringer
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-05-22
Also published as: CN1846067A; US6994526B2; AU2004316496B2; US20050056013A1; WO2005083269A2; WO2005083269A3; CA2536171A1; AU2004316496A1; CA2536171C; ZA200602112B; CN1846067B; BRPI0413400A

Abstract

Se proporcionan una rueda compresora (16) y tecnicas para la fabricacion de dicha rueda. La rueda puede incluir una maza (21) con un escariador (36) internamente tratado para impartir tensiones compresoras residuales para la resistencia mejorada a la fatiga para la fatiga inducida por tension. El tratamiento de superficie permite extender el escariador relativamente mas cerca de un plano (30) de tension maxima tipica de la rueda. Esta flexibilidad de diseno ventajosamente permite evitar o reducir la inclinacion de la rueda compresora, mejorando asi la dinamica del rotor y reduciendo la longitud axial de la maza, y la huella total de la rueda compresora.

Description

1 RUEDA COMPRESORA TURBOSOBREAL1MENTADORA QUE TIENE UN ESCARIADOR TRATADO PARA RESISTENCIA MEJORADA A LA FATIGA PARA FATIGA INDUCIDA POR TENSION Y CON FIGURABLE PARA PROPORCIONAR UNA LONGITUD AXIAL COMPACTA ANTECEDENTES DE LA INVENCION La invención se refiere en general a ruedas compresoras o impulsores como se utiliza en un turbosobrealimentador, sobrealimentador, y similares. Las locomotoras equipadas con motores de combustión interna, por ejemplo, motores diesel, diseñados para satisfacer las severas regulaciones de emisiones, pueden requerir de velocidades de flujo de aire relativamente altas y altas presiones de múltiple, como se puede proveer a través de un turbosobrealimentador, para satisfacer los objetivos de calidad del aire, mientras se incrementa al máximo la economía y confiabilidad del combustible. Las altas relaciones de presión de sobrealimentación, típicamente de 3.8 o más altas, pueden requerir de altas velocidades periféricas en una rueda compresora turbosobrealimentadora, las cuales pueden conducir a altos niveles de esfuerzo de tracción en un área de agujero y acortan la vida de la rueda debido a la baja fatiga de ciclo. Se sabe que las ruedas compresoras han utilizado un agujero pasado que se extiende a través del centro de la rueda a lo largo de un eje de rotación, y en donde la rueda puede ser montada con seguridad sobre una flecha 2 con una muesca de cierre. Además se sabe que las así llamadas ruedas compresoras sin agujero son capaces de girar a velocidades más altas que las ruedas compresoras que tienen un agujero pasado, ya que un agujero pasado remueve la carga que lleva material y de esta manera incrementa el nivel de tensión en el material restante. Es decir, más material de rueda sale en un punto de máxima carga centrífuga que da como resultado una capacidad más alta para llevar la carga. En una rueda compresora conocida, una sección de maza de la rueda compresora que axialmente corresponde con la porción radialmente más externa de la rueda, experimenta la máxima carga centrífuga. Es decir, un plano indicativo de tensión máxima típica sale en una alineación axial substancial con el grado radial máximo de la maza. En esta rueda compresora conocida, se proporciona un escariador roscado en una extensión de la maza para recibir la flecha. Sin embargo, el escariador debe terminar muy corto del plano indicativo de una tensión máxima típica para evitar el alto nivel de tensión en esa ubicación. Ya que la longitud de la flecha/interfase roscada es generalmente constante para una aplicación dada, la disposición anterior (que ocasiona que el diseñador coloque dicha ¡nterfase lejos del plano de tensión alto) puede dar como resultado la inclinación de la rueda compresora. Esto afecta dañinamente a la dinámica del rotor e incrementa la longitud axial de la extensión de la maza, incrementando así la huella total de la rueda compresora y el turbosobrealimentador. 3 COMPENDIO DE LA INVENCION Los aspectos de la presente invención proponen mejorar la vida del compresor utilizando una maza con un escariador que incluye una superficie de base tratada para impartir tensiones compresivas residuales para resistencia mejorada a la fatiga para la fatiga inducida por tensión. El tratamiento de superficie permite extender al escariador relativamente más cerca de un plano indicativo de tensión máxima típica. Esta flexibilidad de diseño ventajosamente permite evitar o reducir la inclinación de la rueda compresora, mejorando así la dinámica del rotor y reduciendo la longitud axial de la maza, y la huella total de la rueda compresora y turbosobrealimentador. En general, la presente invención satisface las necesidades anteriores proporcionando en un aspecto de la misma, un método para la fabricación de una rueda compresora. El método permite proporcionar una extensión de maza de la rueda compresora que define un escariador. El método además permite impartir tensiones compresoras residuales a una superficie de base del escariador. En otro aspecto, la presente invención además satisface las necesidades anteriores proporcionando una rueda compresora que comprende una maza que incluye una extensión de maza que define un escariador. El escariador incluye una superficie de base y la superficie de base del escariador es tratada para impartir tensiones compresoras residuales al mismo. 4 BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Los aspectos y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención cuando se lea junto con los dibujos anexos, en los cuales: La Figura 1 ¡lustra una vista cortada de un turbosobrealimentador ilustrativo que puede ser beneficiado a partir de las enseñanzas de la presente invención. La Figura 2 muestra una vista en sección transversal de una rueda compresora ilustrativa que modaliza ios aspectos de la presente invención. La Figura 3 muestra detalles de configuración con respecto a la rueda compresora de la Figura 2 que permiten colocar un escariador de montaje relativamente más cerca de un plano indicativo de tensión máxima típica de la rueda. La figura 4 muestra una flecha giratoria ensamblada a un escariador que modaliza los aspectos de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La Figura 1 muestra una vista cortada de un turbosobrealimentador (10) ilustrativo que puede beneficiarse de las enseñanzas de la presente invención. El turbosobrealimentador (10) generalmente comprende etapas respectivas de compresor y turbina (12) y (14) que incluyen una rueda compresora (16) y una rueda de 5 turbina (18) acoplada a través de una flecha giratoria (20). La rueda de turbina (18) está dispuesta dentro de un alojamiento de turbina, que incluye una entrada para recibir gases de escape de un motor de combustión interna (no mostrado). El alojamiento de turbina guía los gases de escape del motor para comunicación con y expansión a través de la rueda de turbina (18) para dirigir giratoriamente la rueda de turbina. Simultáneamente, la rueda de turbina giratoriamente dirige la flecha (20) y la rueda compresora (16), así como está dispuesta dentro de un alojamiento de compresor. La rueda compresora (16) y el alojamiento permiten derivar y comprimir el aire ambiental para suministrarse a la entrada del motor. Haciendo referencia a la Figura 2, se muestra una vista en sección transversal de una modalidad complementaria de la rueda compresora (16). La rueda compresora (16) incluye una porción de maza (21). La porción de maza (21) define una superficie de cara frontal (22) para la rueda compresora (16), y soporta una pluralidad de cuchillas compresoras (23) circunferencialmente separadas (sólo dos de las cuales son visibles en la Figura 2) extendiéndose tanto radialmente hacia afuera como axialmente. La porción de maza (21) también incluye una porción de tipo disco (24) radialmente agrandada que sirve para soportar las cuchillas compresoras (23) así como para definir una superficie de piso (25) para los canales de flujo de aire definidos entre las cuchillas (23). La porción de tipo disco (24) también define una superficie circunferencial (26) radialmente externa para la maza (21), así como un lado trasero 6 axialmente dispuesto o superficie de cara trasera (27). Como será reconocido por aquellos expertos en la técnica pertinente, en una operación de la rueda compresora (16), un plano indicativo de tensión máxima típica (30) típicamente sale en una alineación axial con el grado radial máximo de la maza (21). Es decir, el plano de tensión máxima (30) es típicamente coincidente con la superficie 26 y alcanza un máximo en el punto en donde el eje de rotación (34) corta transversalmente el plano (30), aproximadamente en el punto (31). Para evitar la concentración de tensión indeseable de un agujero pasado convencional y para conservar la resistencia del metal sólido adyacente al punto (31), la rueda compresora (16) incluye una extensión de maza (38) integralmente definida por la maza (21) y extendiéndose axialmente lejos del plano (30). La extensión de maza (38) define un escariador (36) que se extiende axialmente. Los inventores de la presente invención han reconocido de manera innovadora que ventajosamente se puede mejorar la dinámica del rotor así como reducir la longitud axial de la rueda compresora cuando una superficie de base (40) del escariador (36) es tratada para impartir tensiones compresoras residuales a dicha superficie de base. Ejemplos de técnicas, tales como técnicas de trabajo en frío, que se pueden utilizar para tratar la superficie de base del escariador pueden comprender martillado por inyección, aperlado de vidrio, pulimento por rodillo, etc. El trabajo en frío proporciona 7 deformación plástica de un metal (por ejemplo, aluminio) por debajo de su temperatura de ablandamiento para ocasionar un endurecimiento de esfuerzo permanente. El martillado, como es entendido en la técnica y como se utiliza aquí, significa comprimir una porción de una superficie formando una depresión o indentación sobre la superficie. El equipo de martillado generalmente es utilizado para crear una- capa de protección compresivamente tensada en la superficie externa de una pieza de trabajo. La capa de protección considerablemente incrementa la resistencia de la pieza de trabajo a la falla a la fatiga. Una inyección utilizada en el martillado por inyección puede comprender partículas esféricas construidas a partir de un metal duro o cualquier material adecuado. Con los sistemas de martillado por inyección, una corriente de partículas de inyección que viajan a alta velocidad, es dirigida a una superficie externa de una pieza de trabajo, por ejemplo, la base del escariador. Cada partícula de inyección que impacta con fuerza suficiente sobre la superficie externa de la pieza de trabajo ocasiona la deformación plástica de la superficie y se forma ahí un hoyuelo. De esta manera, se forma una capa compresivamente tensada en la superficie externa de la pieza de trabajo para incrementar la resistencia a la fatiga de la pieza de trabajo. En el martillado por láser, un rayo láser de una fuente de rayo láser, es utilizado para producir una fuerza compresora localizada fuerte sobre una superficie. El martillado por láser puede ser 8 utilizado en lugar del martillado por inyección para crear una capa de protección compresivamente tensada en la superficie externa de una pieza de trabajo. Este tipo de tratamiento también considerablemente incrementa la resistencia de la pieza de trabajo a la falla por fatiga. De esta forma, el martillado es típicamente un medio muy efectivo para producir tensión residual por compresión de superficie, y, por lo tanto, la prolongación de la vida útil de la pieza de trabajo. Como se muestra en la Figura 3, el tratamiento de la superficie de la base del escariador permite extender la superficie de base (40) del escariador (36) relativamente más cerca al plano (30), indicativo de una tensión máxima típica. Esto se ilustra a manera de ejemplo en la Figura 3 a través de la representación de la base (40') del escariador con relación a la representación de la base de escariador (40). Esta flexibilidad de diseño ventajosamente permite evitar o reducir la inclinación de la rueda compresora, mejorando así la dinámica del rotor y reduciendo la longitud axial de la extensión de la maza, y toda la huella de la rueda compresora y el turbosobrealimentador. Por ejemplo, asumir que la base (40) del escariador (36) está configurada para extenderse a una distancia L hacia el plano (30), esto podría permitir reducir la longitud axial de la extensión (38) de la maza por la distancia L. En otro aspecto más de la invención, y como se puede apreciar en la Figura 4, la base (40) extendida del escariador permite una penetración más profunda de la flecha (20) con relación al plano (30) de una resistencia a la tensión máxima típica, reduciendo así la 9 inclinación axial de la rueda compresora. En una modalidad ilustrativa, el escariador (36) incluye pilotos de alineación (42) dispuestos para facilitar el centrado de la flecha (20) recibida en el escariador (36). Es decir, los pilotos de alineación (42) están configurados para reducir al mínimo la excentricidad de la flecha (20) con relación a las paredes del escariador. Como se apreciará por aquellos expertos en la técnica, la rueda compresora, flecha y collarín de empuje (44) pueden girar con relación a un cojinete configurado para proporcionar soporte radial a las estructuras giratorias. Aunque se han mostrado y descrito aquí las modalidades preferidas de la presente invención, será obvio que dichas modalidades son provistas a manera de ejemplo solamente. Numerosas variaciones, cambios y substituciones se Ies ocurrirán a aquellos expertos en al técnica sin apartarse de la invención. Por consiguiente, se pretende que la invención quede sólo limitada por el espíritu y alcance las reivindicaciones anexas.

Claims

10 REIVINDICACIONES

1. - Un método para la fabricación de una rueda compresora (16), el método comprende: proporcionar una extensión de maza (38) sobre una maza (21) de la rueda compresora, la extensión de maza definiendo un escariador (36); y impartir tensiones compresoras residuales a una superficie de base (40) del escariador.

2. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende configurar el escariador para extender su superficie de base hacia un plano (30) indicativo del esfuerzo de tracción máximo típico de la rueda compresora.

3. - El método de acuerdo con la reivindicación 2, que además comprende reducir la longitud axial de la extensión de maza basándose en la distancia que la superficie de base del escariador se extiende hacia el plano indicativo del esfuerzo de tracción máximo típico de la rueda compresora.

4. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso de impartir tensiones compresoras residuales a la superficie de base del escariador se selecciona del grupo que consiste de martillado por inyección, martillado por láser, pulimento con rodillo, y aperlado de vidrio a dicha superficie.

5. - Un método para reducir la longitud axial de una rueda compresora, el método comprende: 11 proporcionar una extensión de maza (38) sobre una maza (21) de la rueda compresora, la extensión de maza definiendo un escariador (36); impartir tensiones compresoras residuales a una superficie de base (40) del escariador; extender la superficie de base de dicho escariador hacia un plano indicativo del esfuerzo de tracción máximo típico de la rueda compresora; y reducir la longitud axial de la rueda compresora basándose en la distancia que la superficie de base del escariador se extiende hacia el plano indicativo del esfuerzo de tracción máximo típico.

6. - El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el paso de impartir tensiones compresoras residuales a la superficie de base del escariador se selecciona del grupo que consiste de martillado por inyección, martillado por láser, pulimento con rodillo, y aperlado de vidrio a dicha superficie.

7. - El método de acuerdo con la reivindicación 5, que además comprende montar una flecha giratoria (20) al escariador, en donde la superficie de base extendida de dicho escariador permite una penetración más profunda de dicha flecha con relación al plano indicativo del esfuerzo de tracción máximo típico, reduciendo así la inclinación de la rueda compresora.

8. - Una rueda compresora que comprende: una maza (21) que incluye una extensión de maza (38) que define un escariador (36), dicho escariador incluyendo una superficie 12 de base (40), en donde la superficie de base de dicho escariador es tratada para impartir tensiones compresoras residuales al mismo.

9. - La rueda compresora de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la maza y la extensión de maza comprenden una estructura integral.

10. - Un turbosobrealimentador para un motor de combustión interna, dicho turbosobrealimentador comprende: una rueda compresora (16); una maza (21) en dicha rueda compresora, la maza incluyendo una extensión de maza (38) que define un escariador que incluye una superficie de base 40, en donde la superficie de base de dicho escariador es tratada para impartir tensiones compresoras residuales al mismo, y además en donde la superficie de base de dicho escariador está configurada para extenderse hacia un plano (30) indicativo del esfuerzo de tracción máximo típico de la rueda compresora; y una flecha giratoria (20) montada en el escariador, en donde la superficie de base extendida de dicho escariador permite una penetración más profunda de dicha flecha con relación al plano indicativo del esfuerzo de tracción máximo típico, reduciendo así la inclinación axial de la rueda compresora.