叶轮及制造这种叶轮的方法技术

叶轮，包括：

【技术实现步骤摘要】
叶轮及制造这种叶轮的方法
[0001]本专利技术是申请日为2016年2月1日、申请号为201680009409.7(国际申请的申请号为PCT/BE2016/000007)、专利技术名称为“叶轮及制造这种叶轮的方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种叶轮，例如用于诸如涡轮压缩机、涡轮机或类似装置的离心机的叶轮。

技术介绍

[0003]众所周知，涡轮压缩机中使用的离心式压缩机元件由可旋转地固定在具有轴向入口和径向出口的壳体中的叶轮组成，其中叶轮由轮毂和叶片形成，所述轮毂是实心喇叭形的型式以使在入口处吸入的气体从轴向方向弯曲到出口处的径向方向，所述叶片固定在轮毂上并且与轮毂和壳体一起限定变窄的通道，气体被引导通过所述变窄的通道以将所述气体压缩。
[0004]叶轮设置有中心钻孔，以能够将叶轮附接到驱动轴。
[0005]已知这种叶轮以每分钟数万转的高速度被驱动，其中叶轮出口处的直线周向速度可以达到每秒几百米。
[0006]由于在这种高速度下产生较大的离心力，所以在叶轮的材料中产生非常大的应力。
[0007]然而，具有完全实心轮毂的叶轮中的这些应力分布得非常不均匀，应力的峰值在中心钻孔的位置处并且在轴向方向上靠近轮毂的后部，即在轮毂的具有最大直径的端部处。
[0008]应力梯度可以根据叶轮的几何形状而变化，但是叶轮的最大部段是欠载的，其应力远低于制造叶轮的材料的弹性极限，其缺点在于这种材料的低效使用以及叶轮的不必要的高质量。
[0009]尽管如此，叶轮质量的降低对于保持叶轮固定在其上的驱动轴的自然弯曲频率足够高以使得能够实现叶轮的较高速度是重要的，其本身对于涡轮压缩机的高效节能操作是有用的。
[0010]在叶轮质量较低的情况下，驱动轴的轴承负载较小，以使得将涡轮压缩机设计成其可以选择来使用更小的轴承，从而导致更低的成本价格和/或更紧凑的压缩机元件或更小直径的驱动轴。
[0011]WO2013/124314提出通过在叶轮的轮毂的中心部分中施加金属网格结构来减小叶轮质量。
[0012]然而，如WO2013/124314中提出的这种网格结构对于适应径向定向的离心力不是最佳的，其中网格结构在卸载方向上不一定是强而刚性的，这导致一定的重量劣势。
[0013]US7.281.901描述了具有中空轮毂的叶轮结构，其具有内侧加强件，所述内侧加强
件主要被定向来减小惯性，但是所提出的解决方案不足以形成叶轮中的应力的均匀分布。
[0014]这种均匀的应力分布仅可以利用US7.281.901的解决方案通过叶轮的不同区域的尺寸仔细平衡来实现。然而，在美国专利US7.281,901中没有给出实现这种平衡的指导。
[0015]实际上，US7,281.901中出现的内侧加强件没有考虑叶片的几何，这导致在叶轮的轮毂中产生应力集中。为了能够适应这些应力集中，轮毂必须制得更厚，这导致叶轮的其他区域中的应力增加。
[0016]因此，仍然需要具有材料的更好利用并且因此具有更低质量的叶轮结构。

技术实现思路

[0017]本专利技术的目的是提供如上述WO 2013/124314和US7.281.901中所描述的与已知叶轮设计相关的一个或多个上述和其他缺点的解决方案。
[0018]为此，本专利技术涉及一种叶轮，包括
[0019]‑
中心轴或中心管，其用于安装在轴上；
[0020]‑
围绕轴的中空轮毂，所述中空轮毂具有外侧和朝向中心轴或中心管定向的内侧；
[0021]‑
一系列叶片，所述一系列叶片通过它们的基部附接到轮毂的外侧，
[0022]其中，在与相关叶片的基部的附接部相对的位置处为每个叶片或者为这些叶片中的至少数个叶片设置加强肋，所述加强肋在中心轴或中心管上在径向方向上延伸并且在中心轴或中心管与轮毂内侧之间形成径向连接。
[0023]因此，提供了延伸作为径向辐条的加强肋，可以说是与叶片相一致，并且由于其径向取向而适应由叶片通过叶片的基部而施加在轮毂上的径向离心力。
[0024]这有助于在构成轮毂的主要载荷的离心力的方向上缓解轮毂，其中使用这些加强肋的整个质量来允许轮毂中的应力流走到叶轮的轴或管，而在轮毂中不存在对于叶轮的强度没有贡献的死质量。
[0025]优选地，为每个叶片设置加强肋。
[0026]这有助于通过离心力以非常均匀的方式将轮毂中的应力分布到轮毂的材料上。
[0027]优选地，加强肋的头部在轮毂的内侧上的附接位置位于所述内侧上的对应叶片的脚印范围内。
[0028]当对应叶片的脚印范围内的加强肋的上述附接位置相对于所述脚印范围的中心线稍微侧向偏移、优选地在逆着叶轮所要旋转的方向的方向上时，加强肋对于应力的均匀分布的积极效果是最大的。
[0029]通过允许材料的厚度例如在轮毂、后壁、轴或管和/或加强肋中以特定方式变化，可以获得甚至更均匀的应力分布。
[0030]具体地，本专利技术适用于离心式叶轮。
[0031]本专利技术还适用于封闭式叶轮，其中叶片不仅附接到轮毂，而且其中在叶片周围设置有护罩，所述护罩还在叶片的顶部处将叶片连接在一起。
[0032]本专利技术还涉及一种用于制造叶轮的方法，其中所述方法包括以下步骤：
[0033]‑
设置轴或管；
[0034]‑
在轴或管上设置后壁；
[0035]‑
在所述轮毂的外侧上设置具有叶片的中空轮毂；
[0036]‑
在与相关叶片的基部的附接部相对的位置处为每个叶片或者为这些叶片中的至少数个叶片设置加强肋，其中轴或管上的这些加强肋在径向方向上延伸并且在轴或管与轮毂内侧之间形成径向连接。
附图说明
[0037]为了更好地示出本专利技术的特征的目的，下面参考附图通过没有任何限制性质的实例来描述根据本专利技术的叶轮的优选实施方案及制造这种叶轮的方法，在附图中：
[0038]图1示意性地示出根据本专利技术的叶轮的透视图，其中一部段被部分地省略；
[0039]图2示出图1的叶轮的另一透视图，但是阶梯式地省略了一部段；
[0040]图3示出根据本专利技术的叶轮的截断部段的另一透视图；
[0041]图4示出沿着图1中的曲线IV
‑
IV的截面；
[0042]图5示出根据图1的叶轮的变型。
具体实施方式
[0043]作为一实例，图1至图3所示的叶轮1是离心式压缩机元件的叶轮。
[0044]叶轮1包括中心管2，叶轮1利用所述中心管2可以安装在图中未示出的轴上，以便围绕压缩机元件的壳体中的管的几何中心线X
‑
X'被驱动。
[0045]径向延伸的后壁4靠近一个端部3设置在管2上，在所示实例的情况下基本上是圆盘形。
[0046]在后壁4的一侧上，叶轮1包括围绕管2延伸的中空喇叭形轮毂5，所述轮毂5通过其具有最大直径的端部6连接到后壁4，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.叶轮，所述叶轮包括：
‑
中心轴或中心管(2)，所述中心轴或中心管用于安装在轴上；
‑
中空轮毂，所述中空轮毂围绕所述中心轴或中心管(2)，所述中空轮毂具有外侧(9)和朝向所述中心轴或中心管(2)定向的内侧(14)；
‑
一系列叶片(11)，所述叶片(11)通过叶片的基部(12)附接到轮毂(5)的外侧(9)，其特征在于，为每个叶片(11)或者为这些叶片(11)中的至少数个叶片在与相关叶片(11)的所述基部(12)的附接部相对的位置处设置加强肋(13)，所述加强肋(13)在所述中心轴或中心管(2)上在径向方向上延伸并且在所述中心轴或中心管(2)与所述轮毂(5)的所述内侧(14)之间形成径向连接。2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，为每个叶片(11)设置加强肋(13)。3.根据权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，所述加强肋(13)在相关叶片(11)的所述基部(12)的整个长度上延伸。4.根据前述权利要求中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述加强肋(13)的头部(16)在所述轮毂(5)的所述内侧(14)上的附接位置位于所述内侧(14)上的对应的叶片(11)的脚印范围(17)内。5.根据权利要求4所述的叶轮，其特征在于，所述加强肋(13)的上述附接位置位于对应的叶片(11)的所述脚印范围(17)内，并且在所述脚印范围(17)内稍微侧向偏移。6.根据权利要求5所述的叶轮，其特征在于，所述加强肋(13)在对应的叶片(11)的所述脚印范围(17)内的所述附接位置在所述叶轮(1)所要旋转的方向(A)上侧向偏移。7.根据前述权利要求中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮(1)是离心式叶轮，所述离心式叶轮的轮毂(5)在从一端(7)到另一端(6)的方向上直径增加，其中后壁(4)设置在具有横向于所述中心轴或中心管(2)的最大直径的所述另一端(6)处，所述后壁(4)至少部分地封闭所述轮毂(5)的中空空间(10)，并且其中所述加强肋(13)直接连接到所述后壁(4)。8.根据权利要求7所述的叶轮，其特征在于，所述后壁(4)的厚度在径向方向上朝所述中心轴或中心管(2)增加。9.根据权利要求7或8所述的叶轮，其特征在于，所述叶片(11)所附接到的所述轮毂(5)的厚度在轴向方向(X
‑
X')上朝所述后壁(4)增加。10.根据权利要求7至9中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述加强肋(13)的厚度朝与所述后壁(4)连接的连接部和/或朝与所述中心轴或中心管(2)连接的连接部增加。11.根据前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：阿特拉斯，
类型：发明
国别省市：