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TWI608160B - 流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪及其製造方法 - Google Patents

流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪及其製造方法 Download PDF

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Description

流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪及其製造方法
本發明係相關於一種流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪，尤指一種可增加壓縮效率的流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪。
一般而言，渦輪增壓器是利用內燃機的排放氣體帶動渦輪增壓器的渦輪轉子轉動，而渦輪轉子會進一步對內燃機的進氣通道中的氣體增壓，以提高內燃機的功率。渦輪增壓器的渦輪轉子主要包含一渦輪葉輪(turbine wheel)、一壓縮葉輪(compressor wheel)以及一轉子軸連接於渦輪葉輪及壓縮葉輪。渦輪葉輪是用以被內燃機排氣通道中的氣體帶動旋轉，以進一步驅動壓縮葉輪轉動。壓縮葉輪再將內燃機進氣通道中的氣體壓縮以提高內燃機的功率。為了增加壓縮效率，先前技術提供一種兩面皆具有葉片的雙面壓縮葉輪。然而，雙面壓縮葉輪的重量較重，渦輪轉子需要較長的時間達到所需的轉速。因此，習知渦輪增壓器的雙面壓縮葉輪會增加渦輪延遲時間。
本發明之目的在於提供一種可增加壓縮效率的流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪及其製造方法，以解決先前技術的問題。
本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪包含一第一輪部以及一第二輪部。該第一輪部具有複數個第一葉片。該第一輪部沿一旋轉軸線形成有一第一通孔，且該第一輪部的底部形成有一第一凹陷部。該第二輪部具有複數個第二葉片。該第二輪部沿該旋轉軸線形成有一第二通孔連通於該第一通孔。其中該第一輪部的底部連接於該第二輪部的底部。
本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的製造方法，包含提供一第一輪部，該第一輪部具有複數個第一葉片，該第一輪部沿一旋轉軸線形成有一第一通孔，該第一輪部的底部形成有一第一凹陷部；提供一第二輪部，該第二輪部具有複數個第二葉片，該第二輪部沿該旋轉軸線形成有一第二通孔連通於該第一通孔；以及連接該第一輪部的底部至該第二輪部的底部。
相較於先前技術，本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪內形成有一中空結構，使得雙面壓縮葉輪的重量減少，進而進一步增加流體壓縮裝置的壓縮效率。再者，由於雙面壓縮葉輪的重量減少，當本發明雙面壓縮葉輪應用於渦輪增壓器的渦輪轉子時，渦輪轉子可以在較短時間內達到所需的轉速，進而減少渦輪延遲時間。
請同時參考第1圖及第2圖。第1圖是本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的第一實施例的示意圖。第2圖是第1圖雙面壓縮葉輪的剖面圖。如圖所示，本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪100包含一第一輪部110以及一第二輪部120。第一輪部110具有複數個第一葉片112。第一葉片112用以於雙面壓縮葉輪100轉動時對氣體進行壓縮。第一輪部110沿雙面壓縮葉輪100的旋轉軸線R形成有一第一通孔114，且第一輪部110的底部形成有一第一凹陷部116連通於第一通孔114。第一凹陷部116的徑向尺寸大於第一通孔114的徑向尺寸。第二輪部120具有複數個第二葉片122。第二葉片122用以於雙面壓縮葉輪100轉動時對氣體進行壓縮。第二輪部120沿雙面壓縮葉輪100的旋轉軸線R形成有一第二通孔124，且第二輪部120的底部形成有一第二凹陷部126連通於第二通孔124。第二凹陷部126的徑向尺寸大於第二通孔124的徑向尺寸。另外，第一葉片112和第二葉片122是面向相反方向。第一通孔114是連通於第二通孔124，以允許一轉軸穿過雙面壓縮葉輪100。
請參考第3圖。第3圖是本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的組合 示意圖。如第3圖所示，本發明雙面壓縮葉輪100是將第一輪部110的底部連接於第二輪部120的底部所形成。舉例來說，第一輪部110的底部是以焊接方式(例如摩擦焊接或電子束焊接)直接連接至第二輪部120的底部以形成本發明雙面壓縮葉輪100。當以電子束焊接方式將第一輪部110的底部焊接至第二輪部120的底部時，可以將電子束集中於第一輪部110和第二輪部120的底部之間的介面以進行焊接。
另一方面，第一輪部110的底部亦可以經由一焊接材料焊接至第二輪部120的底部以形成本發明雙面壓縮葉輪100。請參考第4圖。第4圖是本發明雙面壓縮葉輪利用焊接材料焊接第一輪部及第二輪部的示意圖。如第4圖所示，本發明雙面壓縮葉輪100可另包含一焊接材料層130形成於第一輪部110的底部及第二輪部120的底部之間，如此，第一輪部110的底部可以經由焊接材料層130焊接至第二輪部120的底部以形成本發明雙面壓縮葉輪100。
請參考第5圖。第5圖是本發明雙面壓縮葉輪應用於渦輪增壓器的渦輪轉子的示意圖。如第5圖所示，本發明渦輪轉子10包含一渦輪葉輪(turbine wheel)20、一雙面壓縮葉輪(compressor wheel)100以及一轉子軸30連接於渦輪葉輪20及雙面壓縮葉輪100之間。渦輪葉輪20是用以被內燃機排氣通道中的氣體帶動旋轉，以進一步驅動雙面壓縮葉輪100轉動。雙面壓縮葉輪100再將內燃機進氣通道中的氣體壓縮以提高內燃機的功率。由於雙面壓縮葉輪100的兩面分別形成有第一葉片112及第二葉片122，因此內燃機進氣通道中氣體的壓縮效率可以提升。另一方面，除了第一通孔114及第二通孔124之外，第一凹陷部116及第二凹陷部126在雙面壓縮葉輪100內形成一中空結構，使得雙面壓縮葉輪100的重量減少。雙面壓縮葉輪100可以用較小的力量驅動，進而進一步增加內燃機進氣通道中氣體的壓縮效率。再者，由於雙面壓縮葉輪100的重量減少，渦輪轉子10可以在較短時間內達到所需的轉速，進而減少渦輪延遲時間。
另一方面，本發明雙面壓縮葉輪100亦可以應用於其他流體壓縮裝置，例如吸塵器、吹風機等。本發明雙面壓縮葉輪100可以經由一轉軸連接於一動力源(例如一馬達)，以於旋轉時壓縮氣體。
請同時參考第6圖及第7圖。第6圖是本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的第二實施例的示意圖。第7圖是第6圖雙面壓縮葉輪沿A-A線的剖面圖。如圖所示，在本發明雙面壓縮葉輪的第二實施例200中，第一輪部210的底部形成有複數個(或至少一)第一定位結構218，且第二輪部220的底部形成有複數個(或至少一)第二定位結構228。第二定位結構228的形狀是對應於第一定位結構218形狀，且第二定位結構228用以卡接於第一定位結構218。第一定位結構218和第二定位結構228可以避免在焊接製程中第一輪部210相對第二輪部220移動或轉動，以避免第一輪部210和第二輪部220之間有錯位，並提高焊接效率。
另外，本發明第一定位結構218和第二定位結構228的數目並不限於上述實施例，本發明雙面壓縮葉輪200包含至少一第一定位結構218和至少一第二定位結構228即可達成上述目的。
再者，在上述實施例中，第一定位結構218是凸出於第一輪部210的底部，而第二定位結構228是從第二輪部220的底部凹陷，以使第一輪部210的第一定位結構218可以和第二輪部220的的第二定位結構228相互卡合，但本發明不以此為限。在本發明其他實施例中，第一定位結構可以是從第一輪部210的底部凹陷，而第二定位結構可以是凸出於第二輪部220的底部；或者第一定位結構可以同時具有凸起結構及凹陷結構，且第二定位結構亦可以同時具有凸起結構及凹陷結構。
相似地，第一輪部210的底部可以是以焊接方式(例如摩擦焊接或電子束焊接)直接連接至第二輪部220的底部以形成本發明雙面壓縮葉輪200。或者，本發明雙面壓縮葉輪200可另包含一焊接材料層(圖未示)形成於第一輪部210的底部及第二輪部220的底部之間，如此，第一輪部210的底部可以經由焊接材料層焊接至第二輪部220的底部以形成本發明雙面壓縮葉輪200。
請同時參考第8圖及第9圖。第8圖是本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的第三實施例的示意圖。第9圖是第8圖雙面壓縮葉輪沿A-A線的剖面圖。如圖所示，在本發明雙面壓縮葉輪的第三實施例300中，第一輪部310的底部形成有複數個第一凹陷部316，且第二輪部320的底部形成有複數個第二凹陷部326。第一凹陷部316不連通於第一通孔314。第二凹陷部326不連通於第二通孔324。
另外，本發明第一凹陷部316和第二凹陷部326的數目並不限於上述實施例。本發明雙面壓縮葉輪300亦可包含一環形的第一凹陷部圍繞第一通孔314以及一環形的第二凹陷部圍繞第二通孔324。再者，雙面壓縮葉輪300的第一輪部310和第二輪部320亦可以另包含相對應的定位結構相互卡合。
相似地，第一輪部310的底部可以是以焊接方式(例如摩擦焊接或電子束焊接)直接連接至第二輪部320的底部以形成本發明雙面壓縮葉輪300。或者，本發明雙面壓縮葉輪300可另包含一焊接材料層(圖未示)形成於第一輪部310的底部及第二輪部320的底部之間，如此，第一輪部310的底部可以經由焊接材料層焊接至第二輪部320的底部以形成本發明雙面壓縮葉輪300。
另一方面，在上述實施例中，本發明雙面壓縮葉輪100、200、300的第一輪部110、210、310及第二輪部120、220、320不一定要對稱。舉例來說，本發明雙面壓縮葉輪100、200、300亦可以只在單一輪部形成有凹陷部。或者，當第一輪部110、210、310及第二輪部120、220、320皆形成有凹陷部時，第一凹陷部及第二凹陷部的形狀、位置及數目可以相異。另外，第一通孔114、214、314及第二通孔124、224、324的尺寸可以相異，且第一葉片112、212、312及第二葉片122、222、322的形狀輪廓亦可以相異。
再者，本發明雙面壓縮葉輪100、200、300可以是由金屬製成，但本發明不以此為限。第一輪部110、210、310及第二輪部120、220、320的連接方式不限於焊接，第一輪部110、210、310及第二輪部120、220、320亦可以使用黏著材料相連接。
請參考第10圖。第10圖為本發明渦輪增壓器的雙面壓縮葉輪的製造方法的流程圖400。本發明渦輪增壓器的雙面壓縮葉輪的製造方法的製造方法的流程如下列步驟：
步驟410：提供一第一輪部，該第一輪部具有複數個第一葉片，該第一輪部沿一旋轉軸線形成有一第一通孔，該第一輪部的底部形成有一第一凹陷部；
步驟420：提供一第二輪部，該第二輪部具有複數個第二葉片，該第二輪部沿該旋轉軸線形成有一第二通孔連通於該第一通孔；以及
步驟430：連接該第一輪部的底部至該第二輪部的底部。
另外，本發明雙面壓縮葉輪的製造方法並不一定要依照以上順序，且其他步驟也可以介於上述步驟之間。
相較於先前技術，本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪內形成有一中空結構，使得雙面壓縮葉輪的重量減少，進而進一步增加流體壓縮裝置的壓縮效率。再者，由於雙面壓縮葉輪的重量減少，當本發明雙面壓縮葉輪應用於渦輪增壓器的渦輪轉子時，渦輪轉子可以在較短時間內達到所需的轉速，進而減少渦輪延遲時間。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧渦輪轉子
20‧‧‧渦輪葉輪
30‧‧‧轉子軸
100、200、300‧‧‧雙面壓縮葉輪
110、210、310‧‧‧第一輪部
112、212、312‧‧‧第一葉片
114、214、314‧‧‧第一通孔
116、216、316‧‧‧第一凹陷部
120、220、320‧‧‧第二輪部
122、222、322‧‧‧第二葉片
124、224、324‧‧‧第二通孔
126、226、326‧‧‧第二凹陷部
130‧‧‧焊接材料層
218‧‧‧第一定位結構
228‧‧‧第二定位結構
400‧‧‧流程圖
410至430‧‧‧步驟
R‧‧‧旋轉軸線
第1圖是本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的第一實施例的爆炸圖。
第2圖是第1圖雙面壓縮葉輪的剖面圖。
第3圖是本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的組合示意圖。
第4圖是本發明雙面壓縮葉輪利用焊接材料焊接第一輪部及第二輪部的示意圖。
第5圖是本發明雙面壓縮葉輪應用於渦輪增壓器的渦輪轉子的示意圖。
第6圖是本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的第二實施例的示意圖。
第7圖是第6圖雙面壓縮葉輪沿A-A線的剖面圖。
第8圖是本發明流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的第三實施例的示意圖。
第9圖是第8圖雙面壓縮葉輪沿A-A線的剖面圖。
第10圖是本發明渦輪轉子的製造方法的流程圖。
100‧‧‧雙面壓縮葉輪
110‧‧‧第一輪部
112‧‧‧第一葉片
114‧‧‧第一通孔
116‧‧‧第一凹陷部
120‧‧‧第二輪部
122‧‧‧第二葉片
124‧‧‧第二通孔
126‧‧‧第二凹陷部

Claims (12)

  1. 一種流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪，包含：一第一輪部，具有複數個第一葉片，該第一輪部沿一旋轉軸線形成有一第一通孔，且該第一輪部的底部形成有一第一凹陷部；以及一第二輪部，具有複數個第二葉片，該第二輪部沿該旋轉軸線形成有一第二通孔連通於該第一通孔；其中該第一輪部的底部連接於該第二輪部的底部；其中該第一輪部的底部形成有至少一第一定位結構，該第二輪部的底部形成有至少一第二定位結構對應於該至少一第一定位結構，該至少一第二定位結構卡接於該至少一第一定位結構。
  2. 如請求項1所述的雙面壓縮葉輪，其中該第一凹陷部連通於該第一通孔，且該第一凹陷部的徑向尺寸大於該第一通孔的徑向尺寸。
  3. 如請求項1所述的雙面壓縮葉輪，其中該第一凹陷部不連通於該第一通孔。
  4. 如請求項1所述的雙面壓縮葉輪，其中該第二輪部的底部形成有一第二凹陷部。
  5. 如請求項4所述的雙面壓縮葉輪，其中該第二凹陷部連通於該第二通孔，且該第二凹陷部的徑向尺寸大於該第二通孔的徑向尺寸。
  6. 如請求項4所述的雙面壓縮葉輪，其中該第二凹陷部不連通於該第二 通孔。
  7. 如請求項1所述的雙面壓縮葉輪，其中該至少一第一定位結構是凸出於該第一輪部的底部。
  8. 如請求項1所述的雙面壓縮葉輪，其中該至少一第一定位結構是從該第一輪部的底部凹陷。
  9. 如請求項1所述的雙面壓縮葉輪，另包含一焊接材料層連接於該第一輪部的底部及該第二輪部的底部之間。
  10. 一種流體壓縮裝置的雙面壓縮葉輪的製造方法，包含：提供一第一輪部，該第一輪部具有複數個第一葉片，該第一輪部沿一旋轉軸線形成有一第一通孔，該第一輪部的底部形成有至少一凹陷部以及一第一定位結構；提供一第二輪部，該第二輪部具有複數個第二葉片，該第二輪部沿該旋轉軸線形成有一第二通孔連通於該第一通孔，其中該第二輪部的底部形成有一第二定位結構對應於該第一定位結構；將該第二定位結構卡接於該第一定位結構；以及連接該第一輪部的底部至該第二輪部的底部。
  11. 如請求項10所述的製造方法，其中該第一輪部的底部是直接焊接至該第二輪部的底部。
  12. 如請求項10所述的製造方法，其中該第一輪部的底部是經由一焊接材料焊接至該第二輪部的底部。
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