用於內燃機的側通道鼓風機的製作方法

2023-05-25 20:07:18

本發明涉及一種用於內燃機的側通道鼓風機，其具有流動殼體、可轉動地安置在所述流動殼體中的葉輪、葉輪葉片，其構造在葉輪的徑向外側區域中並且徑向向外開放地設計、在葉輪和徑向地包圍葉輪的殼體壁之間的徑向間隙、入口和出口以及兩個使入口與出口相連的用於氣體的輸送通道，所述輸送通道相對葉輪葉片軸向對置地構造在流動殼體中並且通過葉輪葉片之間的空間相互流體連接、驅動單元，通過所述驅動單元能夠驅動葉輪、在出口和入口之間的中斷區域，所述輸送通道在所述中斷區域中在周向上中斷。

側通道鼓風機或者側通道泵通常是已知的並且在許多專利申請中有說明。在機動車中其例如用於輸送燃料或者用於把二次空氣吹入廢氣系統或者用於輸送用於pem燃料電池系統的氫氣。通常通過電動機進行驅動，葉輪布置在電動機輸出軸上。已知在殼體部件中在葉輪的軸向側上僅構成一個輸送通道的側通道鼓風機，還已知在葉輪的兩個軸向側上構成有輸送通道的側通道鼓風機，其中兩個輸送通道彼此流體連接。在這種側通道鼓風機中，其中一個輸送通道大多構造在用作蓋子的殼體部件中，而另一個輸送通道構造在通常固定有驅動單元的殼體部件中，葉輪至少抗扭地布置在驅動單元的軸上。在葉輪外周上葉輪按如下所述地構造，即葉輪與包圍葉輪的一個或者兩個輸送通道構成一個或兩個環繞的渦流通道。

在具有兩個軸向相對的渦流通道的側通道鼓風機中，葉輪葉片在徑向部段上軸向地分成兩個部段，這兩個部段配屬相應的對置的輸送通道。在葉輪葉片之間構成袋部，在葉輪轉動時，被輸送的流體在袋部中通過葉輪葉片沿周向以及徑向加速，從而在輸送通道中產生環繞的渦流。在葉輪構造為徑向開口的情況下，經常發生經葉輪的徑向端部和徑向相對的側壁之間的間隙的從一個輸送通道到另一個輸送通道的溢流。

為了獲得最佳的輸送或者說壓力增加，在輸送氣體和液體時因為在輸送可壓縮或者不可壓縮或者說可以極小程度壓縮的介質時的不同表現而採取了不同的措施。

此外，在側通道鼓風機中輸送時要考慮噪聲產生，因為緊接著每個葉輪葉片掃過中斷區域的起始段之後都會產生聽起來使人煩躁的壓力衝擊，這是由於在葉輪葉片之間的袋部中還存在有被壓縮的氣體，該氣體沒有完全經出口排出並且在到達中斷區域時突然向中斷區域的壁加速。這導致噪聲排放的明顯升高。

為了增加輸送壓力，在文獻us6,422,808b1中建議了一種用於可壓縮流體的側通道鼓風機，其具有由帶兩個側通道的流動殼體包圍的葉輪，流動殼體具有流體入口和流體出口。在葉輪的外周上布置有葉片，葉片沿軸向和沿徑向延伸，並且具有與轉子的轉動方向相反地傾斜的徑向內部部段以及沿轉子的轉動方向傾斜的徑向外側部段，並且在轉子旋轉時把流體從入口向出口輸送。在徑向內部部段上葉片分別具有倒角。

由文獻us5,299,908b1還已知一種側通道鼓風機，其葉輪葉片直線式沿徑向延伸，但是相對於轉動軸線沿轉動方向向對置的側通道傾斜。當然在這兩個軸向的葉片部件之間布置徑向的分隔壁，以防止從一個通道經葉輪向另一個通道的溢流。與輸送通道相對地僅構造葉片的一徑向外側的部分。

這樣傾斜和相互分離的葉片在用於不可壓縮介質的側通道泵的葉輪中也是已知的。此外，該葉輪具有徑向限制的側壁。

然而，在輸送率方面或者說在可能的壓力增加方面，所有這些鼓風機和泵都不是最優化的。

因此，本發明要解決的技術問題在於，提供一種側通道鼓風機，通過所述側通道鼓風機在不進一步增大直徑或者提高轉速的情況下能進一步提高輸送率或者說輸送壓力，方法是，優化在輸送通道中和在葉輪中的流動比率或者說在相同輸送率的條件下保證驅動裝置的電能消耗更小。附加地，該鼓風機應適用於不同的應用和輸送率，並且產生儘可能低的噪聲。

上述技術問題通過獨立權利要求的特徵部分解決。

令人意料不到的是，輸送可壓縮介質的這種優化通過一種側通道鼓風機實現，其中，所述葉輪葉片在橫截面中設計為v形，使得所述葉輪葉片沿轉動方向相對於轉動軸線傾斜地朝著與之對置的輸送通道的方向延伸。同時，葉輪在徑向外側區域中軸向地和徑向開放地設計，使得氣體在葉片的軸向的中部聚集並被加速，這被證明有利於構成螺旋流，其中，在兩個輸送通道之間可以實現持續的交換。這種側通道鼓風機具有更高的效率並且覆蓋了更大範圍的工作點。

葉片相對於轉動軸線的最佳傾角為沿葉輪轉動方向傾斜5°至20°。在這樣的角度情況下可實現特別高的效率，因為在葉片的內部實現了最佳的壓力。

優選地，在所述葉輪葉片的徑向外側的端部區域中，所述葉輪葉片設計為沿葉輪的轉動方向朝著葉輪葉片的在徑向內側鄰接的中間區域傾斜。以此在介質向外的徑向運動時產生附加的加速，以此額外提高效率。

在本發明的進一步改進設計方案中，所述葉輪葉片的徑向的端部區域設計為相對於徑向沿轉動方向傾斜5°至20°，並且所述葉輪葉片的鄰接徑向的端部區域的中間區域與轉動方向相反地相對於徑向傾斜5°至20°。在該設置角度情況下得到鼓風機優化的效率。

在本發明特別有利的設計方案中，所述葉輪葉片的端部區域和徑向包圍葉輪的殼體壁之間的徑向間隙在輸送通道的區域中為葉輪直徑的0.03至0.1倍。這意味著與已知的實施方式相比，間隙顯著減小，這與相應的成形的葉輪葉片相結合出人意料地導致結果的改進。

在葉輪的該實施方式中額外被證明有利的是，所述出口在流動殼體中切向地從輸送通道延伸出並且具有基本相應於輸送通道的橫截面的圓形的橫截面。該設計方案減少了所產生的噪聲排放並使得輸送流良好排出，並因而也實現高的輸送率。

在進一步的實施方式中，在v形葉輪葉片的兩個臂之間的連接部的高度上構造有分隔壁，所述分隔壁徑向地在葉輪葉片的與端部區域鄰接的中間區域上延伸。以此防止來自兩個輸送通道的兩個氣流在葉輪葉片的或者說輸送通道的徑向的內側邊緣上的軸向匯流造成的壓力損失。

因此提供了一種側通道鼓風機，與用於可壓縮介質的已知的側通道鼓風機相比改進了輸送率或者說可能的壓力增加或者在輸送率相同的情況下降低了電能消耗，使得效率提高。同時，通過一種鼓風機尺寸覆蓋了非常寬的功率範圍，減少了噪音。

在附圖中示出根據本發明的側通道鼓風機的實施例，並且在下文中進行說明。

圖1以剖切視圖示出根據本發明的側通道鼓風機的側剖視圖。

圖2示出圖1中的側通道鼓風機的葉輪的局部的立體視圖。

圖3示出圖1中的根據本發明的側通道鼓風機的軸承殼體的立體視圖。

圖1中所示的側通道鼓風機具有兩件式的流動殼體，其由軸承殼體10和例如通過螺栓固定在其上的殼體蓋12構成。能通過驅動單元14轉動的葉輪16支承在軸承殼體10中。被輸送的可壓縮介質經過構成在殼體蓋12中的軸向的入口18到達側通道鼓風機的內部。

介質然後從入口18流入兩個基本上環形延伸的輸送通道20、22，其中的第一輸送通道20在軸承殼體10中構成，驅動單元14的驅動軸28的支承部26布置在軸承殼體10的中央開口24中，葉輪16固定在驅動軸18上，第二輸送通道22構成在殼體蓋12中。空氣通過構成在軸承殼體10中的切向的出口30離開。

葉輪16布置在殼體蓋12和軸承殼體10之間，並且在葉輪的外周上具有葉輪葉片32，葉輪葉片32從固定在構成葉輪16的轉動軸線x的驅動軸28上的盤形的中心部分34延伸，兩個輸送通道20、22相對於葉輪葉片軸向對置構成。

為了可靠地抑制與葉輪16的轉動方向相反從入口18到出口30的短路流，在入口18和出口30之間布置有在殼體蓋12和軸承殼體10上的用於中斷輸送通道20、22的中斷區域36、38，使得在中斷區域36、38中軸向相對於葉輪16的葉輪葉片32地存在儘可能小的間隙。在流動殼體10、12的徑向限定輸送通道20、22邊界的殼體壁42上額外地構成沿徑向作用的中斷區域40。

布置在軸承殼體10和殼體蓋12中的輸送通道20、22具有基本上不變的寬度，並且在中斷區域36、38、40之外延伸經過殼體蓋12和軸承殼體10的外周。在圖3所選視角中，葉輪16的轉動方向y因此逆時針地從輸送通道20的起始段直至輸送通道20的終端或者說直至出口30，然後經過中斷區域36又向與入口18相對的輸送通道20起始段指向。

通過在殼體部件10,12上的和在葉輪16的盤形的中心部分34上的環繞的對應的連接片41和槽43，形成輸送通道20、22沿向葉輪16內部的方向的密封。

葉輪16的葉輪葉片32具有徑向外側的端部區域44以及布置在盤形的中心部分34和徑向外側的端部區域44之間的徑向鄰接的中間區域46。在該中間區域46中，葉輪葉片32通過徑向延伸的分隔壁48分成與第一輸送通道20軸向相對的第一系列和與第二輸送通道22軸向相對的第二系列，從而構成兩個渦流通道，渦流通道分別通過輸送通道20、22中的一個和葉輪葉片32的與其面對的部分構成。在徑向外側的端部區域中不存在分離，使得在該區域中介質可以在輸送通道20、22之間交換。

輸送通道20、22的外直徑略大於葉輪16的外直徑，例如為約85mm，使得在葉輪16的外周的之外也存在兩個輸送通道20、22之間的流體連接。因此，在徑向限定的殼體壁42和葉輪的徑向端部之間構成大小為3至6mm的徑向間隙50，其中，在葉輪16相應更大時，間隙50也需要相應地選擇得更大。因此，在葉輪葉片32之間構成徑向向外開放的袋部52，介質被在袋部中加速，使得介質壓力在輸送通道20、22的長度上升高。

所述間隙50的尺寸特別是在葉輪葉片32的根據本發明的實施方式的背景下得出。在所示的實施例中，葉輪葉片32在中間區域46中相對於徑向方向z與葉輪16的轉動方向相反地以約10°的角度設置。在與中間區域46鄰接的端部區域44中，相對於中間區域46沿轉動方向傾斜20°的角度，或者說在該端部區域44中相對於徑向方向z沿轉動方向以約10°的角度地延伸。以此在葉輪以約12000至24000轉/分鐘的速度轉動時使得介質產生額外的加速。

附加地，在橫截面中、即在垂直於周向或者說轉動方向y的剖切面中，葉輪葉片32在其整個基本上沿徑向的延伸段中構成v形，使得每個葉輪葉片32的每個臂配屬與其相對的輸送通道20、22，並且在中間區域中分隔壁48布置在臂之間。相對於平行於轉動軸線x延伸的向量，每個臂沿葉輪16的轉動方向傾斜約15°，並且設計朝著對置的輸送通道20、22的方向延伸。換句話說，兩臂的軸向端部分別相對於兩臂相接的位置突前地構造。

在葉輪16通過驅動單元14轉動時，來自輸送通道20、22的氣體在位於徑向內部的中間區域46中進入袋部52。由於葉片32的轉動和形狀，在每個葉片32的中部區域中形成氣體的最大程度的積聚。然後，積聚的氣體經由軸向中部區域向外加速，其中，端部區域44的傾角在一般的轉速之外產生額外的加速。利用該壓力，氣體被沿著徑向限制邊界的殼體壁42的方向加速，殼體壁42相應地以更大的距離布置，以便有更大的空間用於沿輸送通道的方向的轉向。然後從徑向外部再向內部流動。接著氣體又進入袋部52，以便被重新加速。因此形成沿各輸送通道從入口18直至出口30的螺旋形的運動。出口具有圓形橫截面，由此使得用於在轉動時從袋部流出的橫截面逐漸減小。這導致產生較低的噪聲和僅少量導引經過中斷區域的氣流，以此改進了鼓風機的效率。

因此，提供了一種用於可壓縮介質的側通道鼓風機，其在不增加能量需求的情況下產生高壓差和體積流，從而與已知的鼓風機相比提高了效率。此外，僅通過改變轉速就可以用一個鼓風機達到多個不同的工作點而不會導致效率降低。

然而應當清楚的是，可以對實施例所述的側通道鼓風機進行不同的修改，而不離開主權利要求的保護範圍。因此可以修改驅動器，入口和出口，中斷和出口輪廓或者固定和密封結構。同樣可以想到其他的修改。