廢氣渦輪增壓器的葉輪的製作方法

2023-05-28 10:12:46

廢氣渦輪增壓器的葉輪的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種廢氣渦輪增壓器的葉輪，該葉輪具有葉輪輪轂和設置在該葉輪輪轂上的葉輪葉片。所述葉輪葉片具有葉片厚度分布，該葉片厚度分布經過選擇，從而葉輪葉片沿著其從流體進入邊（4）到流體排出邊（5）的伸展路段，在葉片高度上具有至少一個在針對剛性優化的葉片厚度分布與針對慣性和應力優化的葉片厚度分布之間的過渡部。
【專利說明】廢氣渦輪増壓器的葉輪
[0001]本發明涉及一種廢氣渦輪增壓器的葉輪，該葉輪具有葉輪輪轂和設置在該葉輪輪轂上的葉輪葉片，這些葉輪葉片分別含有流體進入邊和流體排出邊，且分別具有在流體質量流的流向上伸展的葉片厚度分布。
[0002]由於針對廢氣排放到環境中的日益嚴格的法律，越來越多的車輛裝備有通過廢氣渦輪增壓器增壓的柴油機或汽油機。此外，對內燃機的靜態特性的要求在提高，也就是說，必須進一步改進功率、扭矩和消耗。對於藉助渦輪增壓器增壓的內燃機來說，特別是暫態的響應特性也很重要。儘可能輕便的轉子葉片組能實現使得渦輪機帶有小的慣性矩，由此能實現改善的暫態的響應特性。最小的可能的葉片厚度受限於製造方法和所用材料的硬度特性。除了離心力外，還有剪切應力和壓力形式的空氣動力作用到葉輪葉片上。在衝流渦輪機時產生壓力不均，其在每次轉動時都會作用到葉輪葉片上。葉輪葉片必須具有剛性，這種剛性在一定程度上提高了其固有頻率，使得它不會因這種壓力波動而受激成危急的振動。
[0003]已知的是，在徑向上規定葉輪葉片的厚度分布，且厚度曲線從小直逕到大直徑直線地下降。代替徑向的射束，也可以採用垂直於液流通道的射束作為限定基礎，即所謂的子午線射束(Merid1nalstrahlen)。其它已知的方案是，厚度分布帶有簡單的參數函數比如拋物線或指數函數。相應函數或函數類型的參數本身按照硬度標準進行優化，從而在葉輪葉片中特別是在也稱為葉片底腳的葉輪葉片底腳區域中出現小的機械應力，並實現葉輪葉片的足夠的剛性。在葉片的底腳區域中，真正的厚度分布往往在通至輪轂的過渡中被全額半徑覆蓋。該半徑越大，應力就越小，葉片剛性就越大。然而，製造標準和空氣動力標準限制了滿額半徑的最大尺寸。通常，葉輪葉片在其尖端即在徑向的邊緣區域要比在輪轂處薄。如果葉片的剛性或固有頻率不夠用，通常把葉片高度在葉片高度最大的位置沿流向設計得縮短，但這在空氣動力學方面是不利的。另一種可行方案在於，把葉片在整體上設計得較厚。這些解決方案既非慣性最優，也非硬度最優。此外，由於材料利用率比較差，浪費了安裝空間，否則，在葉片底腳間距相同的情況下，所述安裝空間可供附加的葉片使用。
[0004]由DE 10 2008 059 874 Al已知一種渦輪增壓器的葉輪的葉片，該葉片在子午線視圖中對於渦輪機葉輪葉片而言在其排出邊上，或者對於壓縮機葉輪葉片而言在其進入邊上，其軸向長度至少在一個或多個區段中非線性地減小，對於該葉片來來說，適當地選擇相應的區段和葉片的軸向長度的減小，從而葉片在葉片或葉輪的固有頻率與效率損失之間具有預定的關係。此外，由該文獻已知一種葉輪葉片，該葉輪葉片在子午線視圖中對於渦輪機葉輪葉片而言在其排出邊上，或者對於壓縮機葉輪葉片而言在其進入邊上，在第一上部區域中在軸向長度方面有所減小，其中，排出邊在第二下部區域中垂直地、基本垂直地或者向後地、與流向相逆地伸展，或者，進入邊在第二下部區域中垂直地、基本垂直地或者向後地、沿著流向伸展，從而葉輪的效率損失在預定的區域中有所限制。
[0005]本發明的目的在於，提出一種廢氣渦輪增壓器的葉輪，該葉輪在工作中具有改善的特性。
[0006]本發明的目的通過一種具有下述特徵的葉輪來實現。廢氣渦輪增壓器的根據本發明的葉輪具有葉輪輪轂和設置在該葉輪輪轂上的葉輪葉片，這些葉輪葉片分別具有流體進入邊、流體排出邊和葉片高度以及葉片厚度分布。本發明的葉輪的特徵在於，葉片厚度分布經過選擇，使得葉輪葉片沿著其從流體進入邊到流體排出邊的伸展路段上，即在流體流的流向上，在葉片高度上具有至少一個在針對剛性的葉片厚度分布和針對慣性和應力的葉片厚度分布之間的過渡部。
[0007]在此，葉片高度係指，在徑向方向上，以葉輪旋轉軸線為參照，從在葉輪輪轂(2)和葉輪葉片(3)、葉片底腳或底腳區域(BI)之間的過渡區域起，直到離開葉輪輪轂(2)的徑向的葉片邊緣，相應的葉輪葉片的伸展路段。
[0008]葉輪葉片在流體流的流向上的伸展路段表示「葉片長度」，其起始於葉輪葉片的流體進入邊，終止於葉輪葉片的流體排出邊。
[0009]葉輪的一種有利設計的特點是，針對剛性的葉片厚度分布是在葉片高度上的瓶子狀的葉片厚度分布，針對慣性和應力的葉片厚度分布是在葉片高度上的艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布。
[0010]瓶子狀的葉片厚度分布是一種剛性優化的造型，且至少在葉輪葉片的一個側面上但優選在兩側具有壓力側和抽吸側，在垂直於葉輪旋轉軸線的剖切面上觀察具有瓶子狀的側面輪廓。該側面輪廓尤其以曲率改變區域為特點，在該區域中，從徑向內部朝向徑向外部，側面輪廓的即側面彎曲部的以所觀察的葉輪葉片橫截面的虛擬的中心線為參照呈凸形的走勢，過渡為凹形的走勢。在該主題的改進中，所述側面輪廓在葉片底腳和曲率改變區域之間分別具有直線的或彎曲的第一過渡區域。由此產生了具有凸起狀剛性底腳的基本形狀，其中，葉片厚度至少徑向向外緩慢地減小至曲率改變區域(瓶子肚)。在曲率改變區域中，葉片厚度首先在側面輪廓的凸形走勢情況下急劇地變小。隨後，側面輪廓過渡為凹形走勢，從而葉片厚度沿著葉片高度的這個區域徑向向外輕緩地減小。
[0011]在瓶子狀的葉片厚度分布的主題的改進中，相應的葉輪葉片的側面輪廓在其徑向葉片邊緣及其曲率改變區域之間分別具有直線的或彎曲的第二過渡區域(瓶子頸)。在此，側面輪廓的即側面曲率的走勢可以朝向徑向的葉片邊緣以預先給定的曲率發展，或者朝向所觀察的葉輪葉片橫截面的虛擬的中心線傾斜，或者與該中心線平行，從而產生第二過渡區域，其在葉輪葉片的橫截面中例如具有梯形的減小部，或者具有恆定不變的厚度。這樣一來，在橫截面中觀察，葉輪葉片整體上產生了一種側面彎曲，這種側面彎曲類似於瓶子的輪廓線，因而在此是已知的。
[0012]艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布是一種慣性優化和應力優化的造型，且至少在葉輪葉片的一個側面上但優選在兩側(壓力側和抽吸側)，沿徑向向外具有側面輪廓的即葉輪葉片側面彎曲部的凹形走勢，從而葉片厚度沿著葉片高度徑向向外輕緩地減小。
[0013]側面彎曲部朝向徑向葉片邊緣的發展情況在此可以經過設計，使得相應葉輪葉片側面輪廓的凹形彎拱的走勢朝向徑向葉片邊緣連續地發展，或者過渡成直線的、朝向葉輪葉片橫截面的虛擬中心線傾斜或與該中心線平行的走勢，從而產生一個過渡區域，其在葉輪葉片的橫截面具有梯形的徑向向外的減小部，或者具有恆定不變的厚度。葉片底腳區域中的發展情況可以由葉片側壁的彎曲產生，或者設有附加的底腳倒圓部。在橫截面中觀察，由此產生葉輪葉片的側面彎曲，這種側面彎曲類似於艾菲爾鐵塔的輪廓線，因而在此是已知的。
[0014]下面藉助【專利附圖】

【附圖說明】來闡述本發明的具有上述特徵的葉輪的其它有利的設計和改進。
[0015]本發明的葉輪的優點特別是在於，葉輪在由其在工作中要求的特性方面特別是在其剛性、慣性和硬度方面得到優化。要求權利保護的葉片厚度分布可以應用於澆鑄的、蝕刻的以及銑削的徑向、徑向-軸向、和軸向的渦輪機或壓縮機。此外，本發明在澆鑄情況下在彼此相鄰的葉片之間的最小間距方面有利於製造技術的邊緣條件。
[0016]在採用澆鑄方法進行製造時，存在如下可行性:葉片厚度分布既可以沿著葉片高度任意調節，又可以沿著葉片長度任意調節。這種可行性在本發明中按下述進行利用:在葉輪葉片的對於葉輪剛性來說意義不大的區域中進行慣性優化的厚度分布，以及在葉輪葉片的有振動危險的區域中進行剛性優化的厚度分布。對於整個葉片剛性來說意義不大的區域是在徑向上具有較小葉片高度的區域。對於葉片剛性有重大影響的區域是在徑向上具有較大葉片高度的區域。
[0017]本發明的厚度分布策略基於對兩種根本不同的葉片厚度分布即例如艾菲爾鐵塔狀葉片厚度分布和瓶子狀葉片厚度分布的組合，從而葉輪葉片沿著其從流體進入邊到流體排出邊的伸展路段，在沿著葉片高度針對剛性優化的葉片厚度分布與針對慣性和應力優化的葉片厚度分布之間具有至少一個過渡部。在此，艾菲爾鐵塔形狀針對慣性和應力優化，而瓶子形狀針對剛性優化。
[0018]下面參照附圖詳述本發明的實施例。其中:
圖1為廢氣渦輪增壓器的葉輪的示意性的局部剖視圖(在葉輪旋轉軸線方向上)，用於示出葉輪葉片的側視圖；
圖2以葉輪葉片的剖視圖(在垂直於葉輪旋轉軸線伸展的剖切面上)示出在葉片高度上的不同的葉片高度分布的三個例子；
圖3以根據圖2的剖視圖示出在葉輪葉片的葉片高度上的瓶子狀和艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布情況下的葉片厚度分布；
圖4以葉輪葉片的子午線視圖示出在葉片高度上的葉片厚度分布和葉輪葉片在軸向上的延展的兩個例子；
圖5示出側面輪廓的分別直線伸展的區段的實施例的一個例子；
圖6以根據圖2的剖視圖示出非對稱的葉片厚度分布的不同設計的例子；
圖7以根據圖2的剖視圖示出不同的葉片厚度分布的疊加圖。
[0019]功能相同的和名稱相同的物件在這些附圖中一致地標有相同的附圖標記。
[0020]圖1所示為廢氣渦輪增壓器的葉輪草圖，就所示實施例而言，所述葉輪例如是廢氣渦輪增壓器的渦輪機葉輪。在它是渦輪機葉輪時，該葉輪就布置在廢氣渦輪增壓器的渦輪機殼體6和軸承殼體7之間，並在廢氣渦輪增壓器的工作中圍繞葉輪旋轉軸線10轉動。葉輪I藉助其葉輪輪轂2與轉子軸11抗扭地連接。在葉輪輪轂2上沿葉輪的圓周方向等間距地布置有葉輪葉片3，這些葉輪葉片藉助其葉片底腳BI固定在葉輪輪轂2上。例如，葉輪輪轂2和葉輪葉片3在一個步驟中製得，且材料配合地相互連接。
[0021]葉輪葉片3分別具有流體進入邊4、5'和流體排出邊5、4'。由於渦輪機葉輪和壓縮機葉輪在該示意圖中幾乎無法區分，所以在圖1中把兩種設計匯總在一個視圖中。在此，該示意圖中的主要區別在於流體流的流向。被施加以內燃機廢氣的渦輪機葉輪具有廢氣進入邊4和廢氣排出邊5。廢氣的流向在圖1中用箭頭標出，且標有附圖標記8。
[0022]在本發明中，葉輪葉片在其從流體進入邊4、5'到流體排出邊5、4'的伸展路段上，即分別在流體流的流向上，具有特殊的葉片厚度分布，通過這種葉片厚度分布將實現使得葉輪葉片在工作中在其剛性、其慣性及其硬度方面優化。
[0023]圖2以剖視圖示出在葉輪葉片3的葉片高度9上的葉片厚度分布的三個例子，其中，剖切面垂直於葉輪旋轉軸線10伸展。在此，在圖2的左邊的視圖中示出了瓶子狀的葉片厚度分布，在圖2的中間的視圖中示出了艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布，在圖2的右邊的視圖中示出了梯形的葉片厚度分布。在這裡，相應的葉片厚度分布關於相應的葉輪葉片橫截面的虛擬的葉片中心線13對稱。這些葉片厚度分布的共同之處在於，在其相應的底腳區域中，即在與葉輪輪轂連接的區域中(未示出)，相應的葉輪葉片的厚度最大，而在其徑向的與底腳區域相對地布置的葉片邊緣區域中，相應的葉輪葉片的厚度最小。在底腳區域各示出底腳倒圓部12，它是通至葉輪輪轂的過渡部。
[0024]在採用澆鑄方法製造葉輪葉片的情況下，存在任意地調節葉片厚度分布的可行性。這種可行性在本發明中用來在對於葉片硬度來說意義不大的葉片區域中進行慣性優化的厚度分布，而在有振動危險的葉片區域中進行剛性優化的厚度分布。
[0025]對於整個葉片剛性來說意義不大的區域是葉片高度較小的葉片區域。對葉片剛性來說意義重大或者有很大影響的區域是葉片高度較大的葉片區域。
[0026]在本發明中，葉片厚度分布的方式為，把兩種根本不同的葉片厚度分布比如艾菲爾鐵塔形狀和瓶子形狀按一定的方式相互交替或組合。艾菲爾鐵塔形狀在慣性和應力方面最優。瓶子形狀在剛性方面最優。
[0027]菲爾鐵塔形狀的特點尤其是，側面輪廓走勢從底腳區域起，徑向向外首先向內，朝向虛擬的中心線13彎拱，其中，葉片厚度在徑向方向上向外變得薄弱減小。在朝向徑向葉片邊緣的方向上，側面輪廓可以在菲爾鐵塔形狀的後續部中伸展，如由圖2的中間的視圖可見，或者也可以過渡至直線的、朝向葉輪葉片的虛擬中心線傾斜或者與該中心線平行的伸展部，從而產生一個過渡區域，該過渡區域的橫街面積徑向向外梯形地減小，或者具有恆定不變的厚度。在此，底腳區域可以由葉片側壁的彎曲而產生。作為其替代方案，底腳區域也可以設有附加的底腳倒圓部12。
[0028]與此不同的是，在圖2的左邊的視圖中示出的瓶子形狀特別是以曲率改變區域為特點，在該區域中，葉輪葉片的側面輪廓從徑向內部朝向徑向外部由凸形的彎曲過渡為凹形的彎曲。
[0029]梯形的葉片厚度分布，如其在圖2的右邊的視圖中所示，應用於根據現有技術的已知的葉片厚度分布，且在此沿流向在流體進入邊和流體排出邊之間連續地存在。
[0030]圖3在按照垂直於葉輪旋轉軸線10的剖切面的剖視圖中分別示出稱為瓶子形狀的剛性優化的葉片厚度分布和稱為艾菲爾鐵塔形狀的慣性與應力優化的葉片厚度分布的例子。為了簡單地介紹，圖3中的相應的葉片厚度分布對於瓶子形狀被劃分成區域B1~B5，而對於艾菲爾鐵塔形狀則被劃分成區域B1、C2、B4和B5，在這兩種情況下，BI都是葉片底腳區域，B5都是徑向外部的葉片邊緣區域。此外，針對瓶子形狀設置了第一過渡區域B2 (瓶子肚)、曲率改變區域B3 (瓶子凸肩)和第二過渡區域B4 (瓶子頸)。針對艾菲爾鐵塔形狀，在葉片底腳BI和葉片邊緣區域B5之間設置有凹形區域C2，也設置有過渡區域B4。
[0031]葉輪葉片3與輪轂連接所在的底腳區域或葉片底腳BI分別具有最大的厚度，且優選以底腳倒圓部12過渡至葉輪輪轂2。徑向外部的葉輪邊緣使得側面輪廓以規定的邊終止，且分別優選略微倒圓，其中，倒圓部依照葉輪的相應的圓周或者由其產生。
[0032]針對瓶子形狀，可以在設置於底腳區域BI和曲率改變區域B3之間的第一過渡區域B2中把葉輪葉片的側面輪廓設計成直線形，或者優選設計成略微凸出地彎拱。在曲率改變區域B3中，如上面已述，側面輪廓從凸形彎曲過渡為凹形彎曲。
[0033]艾菲爾鐵塔形狀特別是以與底腳區域連接的凹形區域C2為特點，在該凹形區域中，側面輪廓沿徑向方向R向外具有朝向虛擬的中心線13凹形地彎拱的走勢，其中，葉片厚度在徑向方向上向外變得薄弱減小。
[0034]在設置於曲率改變區域B3或凹形區域C2與徑向外部的葉片端部區域B5之間的過渡區域B4中，在這兩種情況下，側面輪廓又可以略微凹形地彎拱繼續伸展，或者過渡至朝向葉輪葉片橫截面的虛擬中心線傾斜或者與該中心線平行的伸展部，從而產生一個過渡區域，該過渡區域的橫街面積徑向向外梯形地減小，或者具有恆定不變的厚度。
[0035]各個區域B1~B5和C2的沿徑向方向R伸展的區段可以在其延展距離及其相互關係方面根據相應的具體應用情況來優化，其中，也可以根據位置沿著葉輪葉片的伸展距離在流體進入邊和流體排出邊及那裡存在的葉片高度對各個區域B1~B5的區段進行劃分。在曲率改變區域B3中側面輪廓的走勢梯度也可以根據相應的應用情況來優化，以便實現剛性與慣性的最佳的折衷。
[0036]根據本發明的用於表明葉片厚度分布的兩個例子在圖4中以葉輪葉片的子午線視圖被示意性地示出。在此，左邊的視圖涉及徑向-軸向-葉輪，右邊的視圖涉及徑向-葉輪。下述設計既可以應用於渦輪機葉輪，又可以應用於壓縮機葉輪。在渦輪機葉輪的情況下，流體進入邊4是葉片高度較小的區域(分別為視圖左側區域)，流體排出邊5是葉片高度較大的區域(分別為視圖右側區域)。在壓縮機葉輪的情況下，流體進入邊5'處於葉片高度較大的區域中(分別為視圖右側區域)，流體排出邊4'是葉片高度較小的區域(分別為視圖左側區域)。
[0037]在這兩個視圖中，底腳區域為明了起見未示出。由於所示的子午線視圖是三維的葉輪葉片在二維平面上的投影，所以，葉片轉向角在這些視圖中未包含在內。由於實際存在轉向角，並且在垂直於葉輪旋轉軸線的剖切面上觀察厚度分布，所以，與所述視圖相反，在該剖切面中在葉輪葉片的兩側，側面輪廓的真正的輪廓走勢在圖4所示的剖切面A~D中通常並非完全對稱，即使它們原則上具有相同的輪廓走勢。根據葉片的轉向角，實際上在兩側產生略微不同的輪廓走勢。根據圖4的剖視圖A~D因而可理解為垂直於葉片型材的框架面的葉片厚度分布(該框架面在沿著葉片長度伸展的走勢中近乎由型材的虛擬的中心線產生，且在相應的剖視圖中表現為中心線)。
[0038]在右邊的視圖(徑向-葉輪)中示出的厚度分布，在徑向葉片高度較小且同時相距葉輪旋轉軸線的間距較大的區域中，參見剖視圖A-A，具有艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布，並沿軸向方向(在該視圖中向右)，如由剖視圖B-B和C-C可見，在徑向葉片高度較大且同時相距葉輪旋轉軸線10的間距較小的區域中，參見剖視圖D-D，連續地過渡為瓶子狀的葉片厚度分布。這種分布相應於如下規律:在葉片高度較大時，針對剛性的葉片厚度分布是特別有利的，而在葉片高度較小時，針對慣性和應力的葉片厚度分布是優選的。但同時，這種分布具有附加效應:對於剛性必需的較大的質量設置部(Massenanordnung)，其形式為瓶子狀葉片厚度分布的「瓶子肚」，靠近葉輪旋轉軸線布置，因而對葉輪的慣性，進而對渦輪增壓器的暫態特性，有較小的不利影響。
[0039]在左邊的視圖中，即軸向-徑向-葉輪，在剖視圖A-A中的艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布首先沿葉片高度較大的方向(在該視圖中向右)過渡為瓶子狀的葉片厚度分布，參見剖視圖C-C。然後朝向流體排出邊/流體進入邊5、5'再次過渡至艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布。這種附加的過渡和由此在流體排出邊/流體進入邊5、5'上存在的艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布可以有選擇地採用，以便一方面用來減小在流體排出邊/流體進入邊5、5'的輪轂區域內的危急的應力，另一方面通過減小流體排出邊/流體進入邊5、5'的厚度或減小相應的邊半徑來實現空氣動力的優點。
[0040]在軸向上存在的位於不同的葉片厚度分布之間的過渡區域具有相應於艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布與瓶子狀的葉片厚度分布的組合的橫截面形狀。
[0041]圖5示出用於介紹本發明的一種特殊設計的例子。根據該設計，葉輪葉片3的側面輪廓的相應走勢(這裡以瓶子狀的葉片厚度分布為例示出，但可通過同樣的方式轉用至艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布)，沿徑向方向向外分別具有多個均為直線伸展的輪廓區段G1~G7。然而，在各個直線形伸展的輪廓區段的接續中，由此也產生了一種瓶子狀或艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布作為上位的(Ubergeordnet)造型。這種設計具有的優點是，能實現採用逐行式的(gezeilt)銑削方法來製造葉輪葉片。
[0042]圖6示出用於介紹本發明的其它設計的例子。
[0043]就參照以前的附圖介紹的厚度分布而言，在剖視圖中示出，在葉輪葉片的兩側，即在抽吸側和壓力側，葉輪葉片的側面輪廓分別具有基本上對稱的走勢。
[0044]與此不同的是，圖6示出了在葉輪葉片3的抽吸側S和壓力側P的不同的非對稱的葉片厚度分布的例子，其中，兩個外輪廓以虛擬的中心線為參照具有不同的輪廓走勢。葉輪葉片的抽吸側和壓力側的名稱在此是隨意選取的，且在這裡僅僅用於區分葉片兩側。圖6的視圖6.1例如示出在葉輪葉片3的抽吸側S的梯形地直線地徑向向外減小的葉片厚度分布和在壓力側P的艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布。而視圖6.2示出在抽吸側S的艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布和在壓力側P的瓶子狀的葉片厚度分布。視圖6.3也示出在抽吸側S的瓶子狀的葉片厚度分布和在壓力側P的錐形的葉片厚度分布。在此，完全也可以實現對不同葉片厚度分布的在此未示出的其它組合。通過在抽吸側和壓力側S、P的這種非對稱的葉片厚度分布，可以抑制葉片材料中的熱致應力、葉片材料的固有應力和在工作中出現的氣體動力。替代地或附加地，此點的實現方式也可以為，使得葉片不再精確地與徑向射束(Radialstrahlen)對齊，而是沿圓周方向略微傾斜或彎曲。
[0045]圖7示出用於闡明不同的葉片厚度分布的剖視圖的疊加視圖。這些葉片厚度分布是上面已在圖2中示出的設計。
[0046]但由這種疊加可見，在所實現的剛性和硬度相同的情況下，在葉片底腳區域中的最大厚度對於瓶子狀葉片厚度分布來說要比錐形的葉片厚度分布小。
[0047]相比於錐形的葉片厚度分布，無論對於瓶子狀葉片厚度分布還是對於艾菲爾鐵塔形狀的葉片厚度分布，可在製造技術上採用的最小葉片厚度都沿著葉輪葉片的葉片高度的較大部分延伸。通過這種設計，本發明的葉片厚度分布實現了慣性減小。但同時，剛性相比於錐形的葉片厚度分布保持不變，這是因為沿著葉片高度的較大部分幾乎使用了在葉片底腳區域中的最大的厚度。
[0048]此外，由於製造技術上的原因，要求遵守在葉片底腳區域中的最小葉片間距以及最低程度的倒圓。本發明的葉輪比較容易滿足該標準，這是因為最大的葉片厚度相比於錐形的葉片厚度分布有所減小。由此可以實現提高葉片數量，這對熱動力效率有積極作用。
[0049]在直徑較大的區域中，即在靠近徑向葉片邊緣B5的過渡區域B4中，存在恆定的葉片厚度，這改善了採用CAD方式由製成件產生可澆鑄的毛坯的能力。為了建立餘量(Aufmafierstellung)，可以採用面積外推法，因為對於本發明的葉輪而言，在徑向葉片端部區域中的厚度保持恆定不變。此外，在輪廓旋轉時可以對基本設計進行修整調配，而不會改變徑向葉片端部區域的厚度。
[0050]輪轂上的厚度最大值可以在流向上處於幾乎任意的位置。如果處在垂直於最低固有模態(Eigenform)的振動軸線的理想位置，則可以減小最大的葉片厚度，因為剛性被優化了。這有利於渦輪增壓器的慣性。
[0051]如果在優化中考慮到葉片厚度分布的氣體動力品質，則例如也可以通過把厚度最大值布置在輪轂上來朝向較尖銳的排出角優化流體排出邊的楔角。在此，在渦輪機葉輪的情況下，流體排出邊5的徑向葉片厚度分布也設計成艾菲爾鐵塔形狀，如在圖4的左邊的視圖中在剖視圖D-D中示出。相比於連續錐形的葉片厚度分布，通過本發明的葉片厚度分布可以實現在渦輪機葉輪葉片的流體排出邊5上的低矮的楔角。本發明的主題也能以有利的方式用於通過渦輪機葉片組的改善的剛性來減小所謂的倒切(Cut-Back)。
【權利要求】
1.一種廢氣渦輪增壓器的葉輪(1)，該葉輪具有葉輪輪轂(2)和設置在該葉輪輪轂上的葉輪葉片(3)，所述葉輪葉片分別具有流體進入邊(4)、流體排出邊(5)、葉片底腳(BI)、徑向的葉片邊緣(B5)和葉片高度(9)以及葉片厚度分布，其特徵在於，葉片厚度分布經過選擇，從而葉輪葉片(3)沿著其從流體進入邊(4)到流體排出邊(5)的伸展路段，在葉片高度上具有至少一個在針對剛性優化的葉片厚度分布與針對慣性和應力優化的葉片厚度分布之間的過渡部。
2.如權利要求1所述的廢氣渦輪增壓器的葉輪(1)，其特徵在於，針對剛性的葉片厚度分布是在葉片高度上的瓶子狀的葉片厚度分布，針對慣性和應力的葉片厚度分布是在葉片高度上的艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布。
3.如權利要求2所述的葉輪(1)，其特徵在於，相應的葉輪葉片(3)的側面輪廓在瓶子狀的葉片厚度分布的區域中，在其葉片底腳(BI)及其徑向的葉片邊緣(B5)之間分別具有曲率改變區域(B3)。
4.如權利要求3所述的葉輪(1)，其特徵在於，相應的葉輪葉片(3)的側面輪廓在其葉片底腳(BI)及其曲率改變區域(B3)之間分別具有直線的或彎曲的第一過渡區域(B2)。
5.如權利要求4所述的葉輪，其特徵在於，相應的葉輪葉片(3)的側面輪廓在其徑向的葉片邊緣(B5)及其曲率改變區域(B3)之間分別具有直線的或彎曲的第二過渡區域(B4)。
6.如權利要求2所述的葉輪(1)，其特徵在於，相應的葉輪葉片(3)的側面輪廓在艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布的區域中，在其葉片底腳(BI)及其徑向的葉片邊緣(B5)之間具有凹形彎拱的走勢，從而葉片厚度沿著葉片高度(9)徑向向外輕緩地減小。
7.如權利要求6所述的葉輪(1)，其特徵在於，相應的葉輪葉片(3)的側面輪廓的凹形彎拱的走勢，在朝向徑向的葉片邊緣(B5)的方向上，過渡為朝向葉輪葉片(3)的虛擬的中心線(13)傾斜的或者與該中心線(13)平行的走勢，從而產生一個過渡區域(B4)，該過渡區域在葉輪葉片的橫截面中徑向向外具有梯形的減小部，或者具有恆定不變的厚度。
8.如權利要求2~7中任一項所述的葉輪(1)，其特徵在於，葉輪(I)是渦輪機葉輪，葉輪葉片(3)在其流體進入邊(4)的區域中分別具有在葉片高度上的艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布，且在其流體排出邊(5)的區域中分別具有在葉片高度上的瓶子狀的葉片厚度分布。
9.如權利要求2~7中任一項所述的葉輪(I)，其特徵在於，葉輪(I)是壓縮機葉輪，葉輪葉片(3)在其流體進入邊(4)的區域中且在其流體排出邊(5)的區域中分別具有在葉片高度上的艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布，並在其流體進入邊(4)的區域與其流體排出邊(5)的區域之間分別具有帶有在葉片高度(9)上的瓶子狀的葉片厚度分布的區域。
10.如權利要求2~7中任一項所述的葉輪(I)，其特徵在於，它是壓縮機葉輪，葉輪葉片(3)在其流體進入邊(5')的區域中分別具有瓶子狀的葉片厚度分布，並在其流體排出邊(4')的區域中分別具有艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布。
11.如權利要求2~7中任一項所述的葉輪(1)，其特徵在於，它是壓縮機葉輪，葉輪葉片(3)在其流體進入邊(5')的區域中且在其流體排出邊(4')的區域中分別具有在葉片高度上的艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布，並在其流體進入邊(5')的區域與其流體排出邊(4')的區域之間分別具有帶有瓶子狀的葉片厚度分布的區域。
12.如權利要求2~7中任一項所述的葉輪，其特徵在於，葉輪葉片(3)的側面輪廓在瓶子狀的葉片厚度分布的區域中且在艾菲爾鐵塔狀的葉片厚度分布的區域中沿徑向向外分別具有多個直線伸展的輪廓區段。
13.如前述權利要求中任一項所述的葉輪(1)，其特徵在於，葉輪葉片(3)分別具有抽吸側(S)和壓力側(P)，且在抽吸側(S)和壓力側(P)帶有相應的側面輪廓和相同的葉片厚度分布，從而相應的葉輪葉片的兩個側面輪廓以虛擬的中心線為參照彼此對稱地伸展。
14.如權利要求1~12中任一項所述的葉輪，其特徵在於，葉輪葉片(3)分別具有抽吸側(S)和壓力側(P)，且在抽吸側(S)和壓力側(P)帶有相應的側面輪廓和不同的葉片厚度分布，從而兩個側面輪廓以虛擬的中心線為參照具有不同的輪廓走勢。
【文檔編號】F01D5/14GK104471190SQ201380039415
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年7月2日 優先權日:2012年7月24日
【發明者】克勞斯 M., 梅倫達 T., 萊邁爾 B., 帕夫拉特 M., 桑多爾 I., 巴蒂 E., 維弗 U. 申請人:大陸汽車有限公司