[发明专利]涡轮、压缩机或泵的叶轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于液体或气态流体的旋转机械的转子，例如离心式压缩机、离心泵或向心涡轮机的转子。它还涉及一种装备有这种转子的压缩机、离心泵或向心涡轮机，以及其至少一个转子是这种类型的涡轮压缩机。

现有技术

旋转机械如向心涡轮机或离心式压缩机广泛用于工业，特别是在热机领域。在一种应用中，作为压缩机联接到相同的轴上的涡轮机被用于形成涡轮压缩机。来自发动机的废气供给涡轮机且涡轮机驱动压缩机，该压缩机压缩新鲜空气以对发动机进行增压。某些压缩机由电机驱动，且某些涡轮机被用来产生电力。

图5和图6示出了根据现有技术的离心式压缩机11。压缩机11包括压缩机主体111和可旋转地安装到压缩机主体111上的旋转部分。旋转部分包括安装在轴114上的压缩机转子112，该轴114在压缩机主体111的轴承113上旋转。压缩机转子112包括轮毂1120和固定到轮毂的一组叶片1121。压缩机的主体111包括轴向开口，面向轮毂1120放置的轴向开口构成了入口导管1110的。压缩机的主体111还包括围绕压缩机转子112的蜗壳1112。蜗壳1112包括设置在压缩机转子112的周界并通向出口导管1113的周向开口1111，该出口导管1113大致沿与压缩机转子112相切的方向延伸。当被压缩机转子112驱动时，气态流体从轴向开口1110循环到周向开口1111。叶片1121的几何形状设计成使得压缩机转子112把机械能提供给气体，这主要是通过加速气体，因此获得的动能然后主要是在蜗壳1112中转化成压力。

一种向心式涡轮机具有与先前所描述的离心式压缩机的结构相当类似的结构，但气体循环的方向是反向的，并且功是由流体提供到机器。在具有气态流体的涡轮机的情况下，叶片的几何形状设计成使气体膨胀通过涡轮机的转子并为其提供能量。

已知地通常使用气态流体工作的构造以非常高的旋转速度，大约每分钟200,000转运转。用于允许达到这样的速度所的技术是非常特殊的，特别是关于轴承，其仅能为流体静液压的并因此在泵的压力下需要把润滑剂供给轴承。此外，当压缩机转子由电机驱动时，这样的速度目前不能达到。

然而，汽车工业已经看到，发展一种用于减少燃料消耗水平的更普遍目的的降低排量的明显趋势，这导致了研发特别是用于增压的旋转机械(其在低发动机功率下是有效率的，并因此对低气体流速是有效率的)的必要性的出现。

当流体是液体时，压力的相当大的增大通过离心旋转机器获得。这些机器称为泵，这些泵通常以大直径转子为特征，大直径转子包括叶片安装在其上的平面凸缘。这种机器由于涉及高离心力的转子的直径，在它们的旋转速度方面受到限制。

因此，本发明的目的是提供一种用于旋转机械的转子，该转子使得针对低流体流速实现高效率成为可能。

发明内容

考虑到这些目的，本发明具有作为其目的的用于流体的旋转机械的转子，转子具有转子的轴线，并包括：轮毂，该轮毂布置成围绕转子的轴线安装旋转转子；凸缘，其固定到轮毂并且大体上在相对于转子的轴线的径向平面中延伸，凸缘包括前面；从所述前面延伸的叶片，叶片中的每一个至多在位于前面的中心圆和周界圆之间延伸，至少一个叶片延伸到中心圆并且一个叶片至少延伸到周界圆，其特征在于，在前面上的位于中心圆和周界圆之间的内圆和外圆具有中心圆和周界圆之间在直径上的差的至少70％的直径上的差，内圆和外圆属于第一圆锥，第一圆锥的顶点向前定向，并且第一圆锥的顶角在154°和170°之间，并且，将转子的轴线作为旋转轴线的、其顶点向前定向的、与在包括在内圆和外圆之间的任何圆中的前面相切的第二锥体具有小于或等于170°的顶角。

当旋转机械被要求以低流体流速操作时，一组约束导致构成了流体循环，该流体循环大体上在径向平面上延伸并具有相对低的轴向分量。对于压缩机或离心泵，供给到流体的功与旋转速度和叶片的入口半径和出口半径之间的差的乘积成比例。因此，有必要使用允许流体跨越大的长度的径向循环的转子。这是对于在低流速下必须具有良好性能的所有旋转机械更普遍的情况。

因此，对于压缩机，叶片的后缘将被放置在大直径处，同时前缘必须尽可能地靠近转子的旋转轴线定位。然而，增加叶片的出口直径趋于增加输出区域，因为，由于叶片和压缩机的主体之间的间隙将不再比叶片的高度小得多的事实，叶片的高度除了通过导致相当大的损失之外，仅可以减小到有限的程度。