徑流式壓縮機葉輪和所屬的徑流式壓縮機的製作方法

2023-06-01 08:27:56

本發明涉及一種徑流式壓縮機葉輪，所述徑流式壓縮機葉輪具有輪盤、與所述輪盤間隔開的蓋盤和設置在其之間的、將輪盤和蓋盤連接的葉片。

背景技術：

這種葉輪例如在壓縮機或者鼓風機中使用。

這種徑流式壓縮機葉輪的輪盤具有葉片，所述葉片例如由實心體銑削而成，隨後蓋盤被固定在葉片上，由此形成徑流式壓縮機葉輪。

傳統的徑流式壓縮機葉輪設置在被驅動的軸上。徑流式壓縮機葉輪由殼體圍繞，通過徑流式壓縮機葉輪的轉動，軸向地流入到輪盤和蓋盤之間的中間空間中的氣體能夠徑向地並且沿著環周方向加速從而被壓縮。流動的氣體在經過徑流式壓縮機葉輪之後進入到殼體的通道中。

轉動的徑流式壓縮機葉輪的葉輪出口中的流通過相互作用與輪側空間流耦聯。這種相互作用影響性能、尤其可實現的壓力升高和壓縮機級的效率。在葉輪葉片的轉動的後緣的區域中，在尾流低壓中產生壓力損耗並且因氣體從輪側空間流入到葉輪流中引起葉輪出口流中的移位和收縮效應。由此，徑流式壓縮機葉輪的壓力升高以不期望的方式減小。

在葉輪出口流和輪側空間流之間的這種相互作用已通過耗費的3D流動模擬來展示。

技術實現要素：

因此，本發明基於下述目的：提出一種徑流式壓縮機葉輪，所述徑流式壓縮機葉輪構成為，使得出現壓縮機級的所期望的壓力升高。

為了實現該目的，在開始提出類型的徑流式壓縮機葉輪中，根據本發明提出：葉片具有與輪盤和蓋盤的徑向外部的端部向內間隔開的端部部段，所述端部部段具有相對於連接到其上的部段減小的厚度。

相對於傳統的徑流式壓縮機葉輪，根據本發明的徑流式壓縮機葉輪的葉片「變短」，也就是說，以縮短的方式構成並且在徑向上不延伸直至輪盤和蓋盤的外部端部而是具有從外部端部徑向向內移動或者說設置的端部部段，其中在傳統的徑流式壓縮機葉輪中，葉片延伸直至輪盤和蓋盤的外環周。除此之外，葉片的徑向外部的端部部段也具有相對於葉片的相鄰的部段的厚度減小的厚度。減小的厚度在此優選僅設置在葉片的端部部段的區域中，而葉片在連接到所述端部部段的區域中不具有減小的厚度。通過葉輪出口的以這種方式調整的造型，能夠在轉速固定時以所期望的方式影響葉輪流和輪側空間流的相互作用從而以所期望的方式影響壓縮機級的壓力升高。除此之外，葉輪出口處的混合損耗降低，由此提高了級效率。

葉片的「變短」，即葉片的減小的直徑相對於輪盤和/或蓋盤的「未變短」的直徑d能夠為1％至15％。

本發明的一個改進方案提出：葉片的端部部段在抽吸側上分別具有倒圓的稜邊。注意的是，厚的葉片後緣隨著葉輪出流中的相應顯著的尾流低壓引起明顯的壓力損耗，此外，穿流徑流式壓縮機葉輪的氣體與輪側空間中的氣體進行混合。

優選地，倒圓的稜邊和葉片在抽吸側處的型廓連續彼此融合。這意味著，倒圓的稜邊和葉片在抽吸側處的型廓、即抽吸側輪廓連續彼此融合，也就是說，倒圓的稜邊和葉片的型廓在接觸點處具有相同的切線。

在根據本發明的徑流式壓縮機葉輪中，優選的是，倒圓的稜邊具有半徑R，所述半徑至少近似對應等式R≈a·d，其中d為蓋盤或輪盤的直徑，並且a為在0.1和0.3之間的係數，所述係數優選為0.2。

在本發明的另一設計方案中能夠提出：葉片的徑向外部的端部的寬度的大約三分之一近似平行於輪盤和蓋盤的外環周構成並且倒圓的稜邊連接到其上。與之相應地，倒圓的稜邊並非在葉片的徑向外部的端部的整個寬度上延伸，而是僅在寬度的大約三分之二上延伸。葉片的徑向外部的端部以平行於輪盤的和蓋盤的外環周的方式構成，作為替選方案，其也能夠構成為切線。

在本發明的範疇中也存在的是，葉片的端部部段在壓力側上分別具有倒圓的稜邊。由此，與抽吸側上的倒圓的稜邊類似或相反，壓力側具有倒圓的稜邊。與之相應地，能夠有針對性地通過改變抽吸側和/或壓力側處的型廓來影響根據本發明的徑流式壓縮機葉輪的空氣動力學的特性。通常，抽吸側或者壓力側是倒圓的，因為這兩種效應相互抵消。

在壓力側處也優選的是，倒圓的稜邊和葉片的型廓連續彼此融合，也就是說，在接觸點，切線是相同的。

在根據本發明的徑流式壓縮機葉輪中，倒圓的稜邊能夠具有半徑R，所述半徑至少近似對應等式R≈b·d，其中d為蓋盤的或輪盤的直徑，並且b為在0.1和0.3之間的係數，所述係數優選為0.2。

根據本發明的徑流式壓縮機葉輪的一個變型形式提出：葉片的徑向外部的端部的寬度的大約三分之一近似平行於輪盤的和蓋盤的外環周構成並且倒圓的稜邊連接到其上。

此外，本發明涉及一種徑流式壓縮機，所述徑流式壓縮機具有所描述類型的徑流式壓縮機葉輪，所述徑流式壓縮機葉輪容納在殼體中。

附圖說明

接下來根據實施例參考附圖詳細描述本發明。附圖是示意性的視圖並且示出：

圖1示出根據本發明的徑流式壓縮機葉輪的細節的剖視圖；

圖2示出沿著線II-II貫穿圖1中所示出的葉片的剖面；

圖3示出根據另一實施例與圖2中剖面類似的剖視圖；

圖4示出圖3的在葉片的端部部段的區域中的細節；

圖5示出根據另一實施例的與圖2中的剖面類似的葉片的剖視圖；以及

圖6示出圖5中所示出的葉片在葉片的端部部段的區域中的細節。

具體實施方式

圖1的剖視圖示出徑流式壓縮機葉輪1的一部分，所述徑流式壓縮機葉輪包括輪盤2，所述輪盤固定在(未示出的)軸上。此外，徑流式壓縮機葉輪1包括與輪盤2間隔開的蓋盤3。在輪盤2和蓋盤3之間的自由空間中設置有沿著環周方向分布式地設置的葉片4。徑流式壓縮機葉輪1在外側由殼體5圍繞，所述殼體在圖1中僅部分地示出。當固定在軸上的徑流式壓縮機葉輪1置於轉動時，軸向地沿著通過箭頭6所表示的方向流入的氣體徑向地並且沿著環周方向加速從而被壓縮。所述氣體經過徑流式壓縮機葉輪1並且流動到在殼體5中構成的流動通道7中。

圖2示出圖1的徑流式壓縮機葉輪1的沿著線II-II的剖視圖。在圖2中在此僅示出貫穿葉片4的剖面以及輪盤2的一部分，所述輪盤與葉片4一件式地構成。葉片4具有空氣動力學的型廓並且包括抽吸側8和壓力側9。葉片4在其長度上具有近似保持不變的厚度。

在圖2中可以看到，葉片4具有端部部段10，所述端部部段與輪盤2的徑向外部的端部11以及與相對於其近似平行地設置的蓋盤3向內間隔開。與之相應地，葉片4相對於傳統的葉片在其沿著徑向方向位於外部的端部處變短。例如能夠通過切削加工、尤其通過鏜孔製造的變短的葉片端部引起徑流式壓縮機葉輪1的壓力升高的減小。由此，徑流式壓縮機葉輪例如能夠在執行臺架測試之後通過鏜孔改型為，使得其實現預設的壓力升高。在製造新的徑流式壓縮機葉輪的過程中，葉片的端部部段顯然也能夠直接如在圖2中所示出的那樣構成，也就是說，構成有與輪盤的外部端部間隔開的端部部段。另一方面，已經存在的徑流式壓縮機葉輪能夠以所描述的方式機械切削地通過鏜孔來加工，以便使在葉輪出口區域中的葉片變短。

圖3和4示出徑流式壓縮機葉輪的另一實施例，其中僅——類似於圖2——示出貫穿葉片的剖面並且在圖4中示出圖3的視圖的細節。

在圖3中示出的葉片12基本上對應於圖2中所示出的葉片4。特別地，葉片12具有端部部段13，所述端部部段與輪盤2的徑向外部的端部向內間隔開。如最佳地在圖4的放大的視圖中可以看到的那樣，葉片12的端部部段13在抽吸側8上具有倒圓的稜邊14。倒圓的稜邊14和葉片12在抽吸側8上的型廓連續彼此融合，在該部位處滿足相切條件，也就是說，稜邊14和葉片12的型廓的稜邊在接觸點中具有相同的切線。

倒圓的稜邊14是具有半徑R的圓弧段，所述半徑近似相當於輪盤2的半徑d的0.2倍。

在圖4中可以看到，葉片12的徑向外部的端部部段13的(未倒圓的)寬度的大約三分之一近似平行於輪盤2的外環周構成並且倒圓的稜邊14連接在其上。端部部段13的外稜邊和倒圓的稜邊14圍成略大於90°的角度。

具有倒圓的稜邊14的端部部段13能夠直接在製造葉片12或製造與葉片整體地構成的輪盤12時構成，要麼作為替選方案，端部部段13也能夠在事後通過精車削傳統的葉片來製造。製造倒圓的稜邊14能夠由此視為「圓滑過渡」，也就是說，在該部位處以傳統的方式存在的稜邊設有半徑。

圖5和6在葉片的區域中示出徑流式壓縮機葉輪的另一實施例，其中圖5示出與圖2和3類似的視圖，而圖6示出圖5中所示出的葉片的放大的細節。

在圖5和6中所示出的葉片15與圖2中所示出的實施例一致地具有端部部段16，所述端部部段與輪盤2的徑向外部的端部11間隔開。「縮短的」葉片15的端部部段16在壓力側9上具有倒圓的稜邊17。如最佳地在圖6中所看到的那樣，倒圓的稜邊17和葉片15在壓力側9上的外輪廓連續彼此融合。在接觸點處滿足相切條件。

在圖6中此外示出，倒圓的稜邊17構成為圓弧段，所述圓弧段的半徑大致相當於輪盤2的直徑d的0.2倍。在其它實施方案中，能夠設有另一半徑，該另一半徑例如能夠在0.15d和0.25d之間。

葉片15的徑向的端部部段16的寬度的大約三分之一平行於輪盤2的外環周構成，倒圓的稜邊17連接到其上，所述倒圓的稜邊由此近似在(假想的)寬度的三分之二上延伸。

傳統的徑流式壓縮機葉輪能夠通過對葉片的徑向的端部部段進行鏜孔並且通過在壓力側上的圓滑過渡以切削的方式加工，使得產生圖5和6中所示出的徑流式壓縮機葉輪。另一方面，葉片15在圖5和6中所示出的形狀在製造新的徑流式壓縮機葉輪時直接通過銑削或者另一生產方法來形成。

在所述實施例中所示出的不同的方法引起對流動情況的如下影響：壓力損耗降低並且降低或避免輪側空間的區域中的流體與葉輪出口的區域中的流體的所不期望的混合。以這種方式提高葉輪級的效率。在所描述的不同實施例中示出的措施也能夠彼此組合。為了獲得具有限定特性的徑流式壓縮機葉輪，也能夠對在葉片的端部部段的區域中已實施的改型進行修改。例如不僅能夠在抽吸側上而且在壓力側上設置有倒圓的稜邊。此外，也能夠調整葉片沿著徑向方向的剩餘長度或距輪盤的外稜邊的距離。

雖然本發明在細節上通過優選的實施例詳細說明和描述，但是本發明不受限於所公開的實例，並且本領域技術人員能夠從中推導出其它變型形式，而不脫離本發明的保護範圍。