專利名稱：離心式壓縮機(jī)葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心式壓縮機(jī)葉輪，它由輪盤和均勻地布置在圓周 方向上的具有入口棱和出口棱的葉片構(gòu)成。
背景技術(shù)：
離心式壓縮機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s能，方法是它使用離心加速度。 離心式壓縮機(jī)基本上由固定在驅(qū)動(dòng)軸上的葉輪、擴(kuò)散器和殼體組成。該 葉輪具有多個(gè)彎曲的葉片。根據(jù)應(yīng)用目的，葉輪的機(jī)械規(guī)格按照封閉的 或者半開放的葉輪類型實(shí)現(xiàn)。在封閉的葉輪的情況下葉片設(shè)有蓋盤，在 半開放的葉輪的情況下葉片具有露出的外棱。
輸送氣體大約在壓縮機(jī)的中心軸向吸入并且通過離心力，也通過葉 片的弧形形狀支持，壓縮并向外加速。布置在圓周側(cè)的擴(kuò)散器將該動(dòng)力 學(xué)能量大部分轉(zhuǎn)換為附加的壓力并且輸送氣體被進(jìn)一步壓縮。
離心式壓縮機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與相應(yīng)的流動(dòng)損失、摩擦損失以及間隙損 失有關(guān)，因此離心式壓縮機(jī)具有拱形的特性曲線。因此除了高的效率， 還要力求達(dá)到穩(wěn)定的特性曲線，它通過在下降的輸送流量時(shí)升高的輸送 壓力而出色。不過離心式壓縮機(jī)的工作范圍通過所謂的泵極限限制。它 一般是具有最小輸送量的特性曲線點(diǎn)。超出了這個(gè)泵極限離心式壓縮機(jī) 不能再使用，因?yàn)榱黧w從葉片上脫離并不能再保證穩(wěn)定的工作。
離心式壓縮機(jī)的特性曲線的穩(wěn)定問題例如在DE 42 14 753 Al中涉 及。由這個(gè)文獻(xiàn)7>開了一種才艮據(jù)前敘部分所述的離心式壓縮才幾葉4侖。該 葉輪的葉片設(shè)有通孔，輸送氣體通過該通孔從凸出的葉片壓力側(cè)輸送到 凹陷的葉片吸氣側(cè)，這樣在小的體積流量和高的壓力比的情況下在葉片
吸氣側(cè)上形成的渦流:故運(yùn)走。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種離心式壓縮機(jī)葉輪，它可以在同時(shí)高 的效率的情況下獲得擴(kuò)大的穩(wěn)定工作范圍。此外本發(fā)明的任務(wù)在于，提
供 一種這種離心式壓縮4幾葉4侖生產(chǎn)方法。首先提到的任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過由輪盤和均勻地布置在圓周方向 上的葉片組成的離心式壓縮機(jī)葉輪解決。該葉片具有入口棱和出口棱， 其中葉片的表面的至少一個(gè)部分區(qū)域是兩次彎曲的部分區(qū)域，它的母線 是曲線并且該彎曲的部分區(qū)域垂直于母線同樣是彎曲的。
在彎曲的部分區(qū)域中的表面設(shè)計(jì)成兩次彎曲的，也就是說，乂人該彎 曲的部分區(qū)域的表面上的點(diǎn)出發(fā)，該表面在兩個(gè)撐開該表面的方向上彎 曲。因此所有通過該點(diǎn)延伸的線是彎曲的并且不是直的。該彎曲的部分 區(qū)域總體由此描述特性，即在這個(gè)部分區(qū)域中的表面上的所有的線，包 括母線都是彎曲的。這個(gè)區(qū)域由此形成所謂的自由形狀表面(雕塑曲 面)。
對(duì)于母線要理解為當(dāng)前的一條線，它在撐開表面的方向上(例如X 向)是該表面的一部分，即具有并定義了該表面在這個(gè)方向的走向。該 表面通過母線在第二個(gè)不與母線平行延伸的方向上(例如Y向，垂直于
x向)上的運(yùn)動(dòng)或者移動(dòng)而構(gòu)成或者定義。母線在這種情況下必須不是
強(qiáng)制靜態(tài)的，而是它可以根據(jù)母線在第二方向上的位置改變。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)特別在于，兩次彎曲的表面能更好地匹配流動(dòng)的三維 發(fā)展并且由此得到改善的流動(dòng)性能。穩(wěn)定的流動(dòng)性能就它那方面來說導(dǎo) 致壓縮機(jī)特性曲線的穩(wěn)定并導(dǎo)致離心式壓縮機(jī)的效率的提高。
相反地，目前的離心式壓縮機(jī)葉輪的葉片表面更多借助直線的母線 定義。關(guān)于此方面涉及常規(guī)表面(通常的表面)或者說常規(guī)表面直線。 為了生產(chǎn)這種表面通常在借助于圓柱形或者圓錐形的滾銑刀的側(cè)銑工 藝中進(jìn)行切削加工。在這種情況下銑刀這樣切入，即它的理論母線在切 削區(qū)域中平行于葉片表面相應(yīng)的常規(guī)表面直線。
在一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，葉片的表面的另一部分區(qū)域是常規(guī)表面 部分區(qū)域，它的母線是直線。這個(gè)部分區(qū)域由此形成常規(guī)表面，這樣通 過這個(gè)部分區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)延伸至少一條直線。
此外優(yōu)選從兩次彎曲的部分區(qū)域到常規(guī)表面部分區(qū)域的過渡是連 續(xù)的。即在這兩個(gè)部分區(qū)域之間不存在折彎位置或者棱。這兩個(gè)部分區(qū) 域之間的過渡是導(dǎo)圓的。由此保證，不會(huì)由于表面上的不平度產(chǎn)生由于 流體的脫離造成的渦流。
優(yōu)選葉片具有輪轂棱和大約位于對(duì)面的外棱，其中兩次彎曲的部分 區(qū)域鄰接于外棱，并且常規(guī)表面部分區(qū)域鄰接于輪轂棱。輪轂棱是一條鄰接于輪盤的輪轂上的棱，它位于葉片的下部區(qū)域。外棱大約位于輪轂 棱的對(duì)面。它在半開放的葉輪的情況下是露出的棱邊。在封閉的葉輪的 情況下它鄰接于蓋盤。外棱、輪轂棱、入口棱以及出口棱形成葉片的邊 界，其中外棱和輪轂棱分別和入口棱和出口棱連接。
兩次彎曲的部分區(qū)域和/或常規(guī)表面部分區(qū)域從入口棱延伸至出口 棱是合乎目的的。
根據(jù)一種另外的合乎目的的改進(jìn)方案，兩次彎曲的部分區(qū)域和常規(guī) 表面部分區(qū)域大約一樣大。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，葉片的表面具有多個(gè)兩次彎曲的部分區(qū) 域。特別地，該表面由多個(gè)交替布置的兩次彎曲的部分區(qū)域和常規(guī)表面 部分區(qū)域組成，由此改善葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特性。
實(shí)現(xiàn)一種另外有利的實(shí)施方案的措施是，鄰接于輪轂棱和外棱分別 設(shè)置有兩次彎曲的部分區(qū)域，在它們之間布置常規(guī)表面部分區(qū)域。
具有降低的脫離危險(xiǎn)的有效流動(dòng)換向根據(jù) 一種特別優(yōu)選的實(shí)施方 式由此實(shí)現(xiàn)，即葉片的整個(gè)表面是兩次彎曲的，即完全通過彎曲的母線 形成。
葉片的幾何形狀在穩(wěn)定的流動(dòng)性能上的積極作用有利地通過彎曲 的入口棱加強(qiáng)。
因?yàn)榱鲃?dòng)性能在葉片的縱向是變化的，葉片優(yōu)選這樣設(shè)計(jì)，即母線 的曲率從入口棱朝著出口棱的方向變化。這意味著，在葉片的橫向上延 伸的兩次彎曲的部分區(qū)域的母線具有在葉片的縱向上變化的曲率。
輪盤、葉片以及或許蓋盤形成分開的單元。葉輪的這些單個(gè)元件可 以單獨(dú)生產(chǎn)并且以后組裝，這樣特別對(duì)葉片的形狀保證大量的靈活性。
該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明此外通過一種用于生產(chǎn)離心式壓縮機(jī)葉輪的方 法解決，該葉輪由輪盤和均勻地布置在圓周方向上的葉片組成，其中該 葉片的表面至少局部地通過點(diǎn)銑借助球頭銑刀或者半徑銑刀加工。由于 葉片的幾何特征，不能如在通常的滾銑的應(yīng)用情況那樣使用銑刀線性接 觸葉片表面的加工過程。兩次彎曲的部分區(qū)域的形狀要求銑刀與葉片表 面的逐點(diǎn)接觸，它保證在生產(chǎn)葉片時(shí)的附加的靈活性。這種逐點(diǎn)的接觸 在端銑中實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地設(shè)置大數(shù)量的銑削線路，以達(dá)到足夠高的表面質(zhì) 量。通過端銑可以例如構(gòu)造整個(gè)葉片表面，也包括常規(guī)表面部分區(qū)域。


本發(fā)明的實(shí)施例借助附圖詳細(xì)說明。在此示意示出 圖1示出了軸向穿過單級(jí)離心式壓縮機(jī)的剖面， 圖2a是具有兩次彎曲的部分區(qū)域和常規(guī)表面部分區(qū)域的葉片的側(cè) 視圖，
圖2b是按照?qǐng)D2a的葉片的俯視圖，
圖3a是具有在流動(dòng)方向上凸出地彎曲的入口棱的葉片的側(cè)視圖， 圖3b是按照?qǐng)D3a的葉片的俯視圖，
圖4a是具有在流動(dòng)方向上凹陷地彎曲的入口棱的葉片的側(cè)視圖， 圖4b是按照?qǐng)D4a的葉片的俯視圖，
圖5a是具有兩個(gè)兩次彎曲的部分區(qū)域，它們之間布置有常規(guī)表面 部分區(qū)域的葉片的側(cè)視圖，
圖5b是按照?qǐng)D5a的葉片的俯視圖， 圖6a是具有多次彎曲的入口棱的葉片的側(cè)視圖， 圖6b是按照?qǐng)D6a的葉片的俯視圖，以及， 圖7示出了離心式壓縮機(jī)的壓縮機(jī)特性曲線。 相同的標(biāo)記在不同的圖中具有相同的意義。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出了一種單向流式(只從一側(cè)供應(yīng)輸送氣體)并且單級(jí) 工作的離心式壓縮機(jī)2。離心式壓縮機(jī)2包括葉輪4、軸6以及擴(kuò)散器8 和蓋盤10,其中軸6可在旋轉(zhuǎn)方向D上轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在該軸6上面安裝 著葉輪4，并且軸6定義了軸向A。該葉輪4由輪盤12和多個(gè)布置在圓 周上的葉片14組成。
輸送氣體軸向在軸6的區(qū)域吸入并經(jīng)過在葉片之間生成的通道通過 離心力徑向向外加速。這通過箭頭F標(biāo)明，它給出輸送氣體的流動(dòng)方向。 在這種情況下不僅輸送氣體的速度，而且它的壓力都增加。在擴(kuò)散器8 中該流動(dòng)被減速，這導(dǎo)致輸送氣體的壓力的進(jìn)一步提高。在壓縮后輸送 氣體重新在軸向離開離心式壓縮才幾。
為了完美地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，葉片14首先要具有空氣動(dòng)力學(xué)的幾何 形狀。該幾何形狀例如在圖2a和圖2b中示出，它們示出了葉片14的 第一實(shí)施方式的側(cè)視圖和俯視圖。葉片14具有入口棱6。在葉片14的縱向的另一端是出口棱18,它在裝配好的狀態(tài)下朝向擴(kuò)散器8。在封閉 的葉輪2的情況下葉片14設(shè)有蓋盤10,在半開放的葉輪的情況下葉片 14具有露出的出口棱18。葉片14的輪轂棱20在輪盤12的表面上延伸 并直接與它在輪轂部位中接界。大約在對(duì)面，葉片14具有外棱22?；?于旋轉(zhuǎn)方向D導(dǎo)引的葉片表面的母線24凸出地彎曲。
葉片14的表面通過相應(yīng)的母線24定義。該母線分別在葉片14的 橫向，也就是說，從輪轂棱20到外棱22延伸。母線24在葉片14的縱 向，即在從入口棱16到出口棱18的方向變化。不同地觀察，整個(gè)表面 由大量無限小的部分表面組成，它們分別通過不同的靜態(tài)母線定義。
在葉片4的橫向，也就是說，在輪轂棱20和外棱22之間，該表 面被劃分成兩次彎曲的部分區(qū)域26和常一見表面部分區(qū)域28。兩次彎曲 的部分區(qū)域26鄰接于外棱22,并且在縱向從入口棱16延伸至出口棱 18。常規(guī)表面部分區(qū)域28鄰接于輪轂棱20，并且如兩次彎曲的部分區(qū) 域26—樣沿著整個(gè)葉片14延伸。這兩個(gè)部分區(qū)域26、 28形成它們之 間的連續(xù)過渡，這樣葉片14的表面沒有可能對(duì)流動(dòng)的生成有負(fù)面影響 的棱、槽或者隆起。
由于這兩個(gè)部分區(qū)域26、 28,母線24也被劃分成彎曲的區(qū)域24a 和常規(guī)表面區(qū)域24b,它們互相連續(xù)地過渡。特別通過在兩次彎曲的部 分區(qū)域26中的三維彎曲，葉片14的形狀在流動(dòng)的穩(wěn)定性方面匹配于流 動(dòng)要求。
葉片14的復(fù)雜的幾何形狀要求一種在加工兩次彎曲的部分區(qū)域26 時(shí)保證在所有三個(gè)空間方向的自由度的制造方法。在這種情況下特別適 合應(yīng)用端銑，它可以通過與葉片14的表面的逐點(diǎn)接觸產(chǎn)生具有不同的 彎曲方向和彎曲半徑的彎曲的面。
葉片14的另一種實(shí)施方式在圖3a和圖3b中示出。葉片14對(duì)它的 整個(gè)表面具有彎曲的母線24a，它從入口棱16延伸至出口棱18并且朝 著輸送氣體的流動(dòng)方向F凹陷。由圖3a和3b此外得知，母線24a的曲 率在流動(dòng)方向F上/人入口棱16到出口棱18變化。在圖3a中的側(cè)一見圖 中，該葉片具有凸出地彎曲的入口棱16。
在圖4a和圖4b的實(shí)施例中，基于旋轉(zhuǎn)方向D導(dǎo)引的葉片表面的母 線24凹陷地彎曲。這里如在圖2a和2b的實(shí)施例中 一樣也設(shè)有兩次彎 曲的部分區(qū)域26和常規(guī)表面部分區(qū)域28。兩次彎曲的部分區(qū)域26在這里構(gòu)成大約整個(gè)表面的1/3。在圖4a、 4b的實(shí)施例中闡明了葉片14的 另外一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，即在圖4a中的側(cè)視圖中凹陷地彎曲的入口棱16， 它改善了葉片14的空氣動(dòng)力學(xué)特性。
根據(jù)一種另外的實(shí)施例，葉片14具有兩個(gè)兩次彎曲的部分區(qū)域26, 它們鄰接于輪轂棱20和外棱22并且在它們之間布置有常規(guī)表面部分區(qū) 域28。這在圖5a和圖5b中示出。在這種情況下入口棱16又設(shè)計(jì)成彎 曲的。單個(gè)的部分區(qū)域26、 28大約一樣大。
根據(jù)圖6a和圖6b的實(shí)施例基本上是按照?qǐng)D4a, 4b和圖5a, 5b的 實(shí)施例的結(jié)合。對(duì)于按照?qǐng)D6a、 6b的實(shí)施例，母線24由兩個(gè)相反地彎 曲的區(qū)域24a組成，它們通過常規(guī)表面區(qū)域24b互相連接。因此這里也 設(shè)有兩個(gè)邊緣側(cè)的兩次彎曲的部分區(qū)域26以及布置在它們之間的常頭見 表面部分區(qū)域28。
在圖中示出的兩次彎曲的部分區(qū)域26分布遮蓋葉片表面的大的表 面區(qū)域，按照實(shí)施例從整個(gè)表面的20%到60%。只是在按照?qǐng)D3a、 3b 的實(shí)施例中彎曲的部分區(qū)域26構(gòu)成整個(gè)表面的100 %或者接近100 % 。
部分區(qū)域26、 28在圖中只粗略地通過虛線標(biāo)明。因?yàn)榍试谌~片 14的縱向變化，存在這種可能性，即在所示部分區(qū)域26的內(nèi)部在有限 的部分塊中母線不是彎曲的，而是直線。當(dāng)曲率在部分區(qū)域26內(nèi)部從 凸出變化到凹陷時(shí)，可能出現(xiàn)這種情況。
離心式壓縮機(jī)2的工作性能對(duì)一定的轉(zhuǎn)速在質(zhì)量上借助圖7中的圖 表通過壓縮機(jī)特性曲線VK描述。在這個(gè)圖表中，壓力比f在體積流 量P上示出，其中P是在壓縮機(jī)2的出口上的輸送壓力并且Po是在入口 棱16上的吸氣壓力。特性曲線VK在左側(cè)通過泵極限S限制。在那里 在過小的體積流量和過高的壓力比的情況下,流體從葉片14上脫離。發(fā) 生這種脫離的那個(gè)在特性曲線VK上的點(diǎn)是分離點(diǎn)W 。離心式壓縮機(jī)2 的工作點(diǎn)B是壓縮機(jī)特性曲線VK與設(shè)備特性曲線AK的交點(diǎn)。B在壓 縮機(jī)特性曲線VK上一般根據(jù)設(shè)備參數(shù)變化。
為了說明根據(jù)本發(fā)明的葉片14在離心式壓縮機(jī)2的性能上的作用， 示出了傳統(tǒng)的離心式壓縮機(jī)的壓縮機(jī)特性曲線VK'和所屬的分離點(diǎn)W， 以及泵極限S，。由于葉片14改善的空氣動(dòng)力學(xué)，特性曲線VK朝著泵 極限方向的上升更陡峭了。這導(dǎo)致，如果這兩個(gè)壓縮機(jī)在輸送氣體上輸 送大約同樣的量，則工作點(diǎn)B比傳統(tǒng)的離心式壓縮機(jī)的工作點(diǎn)B，處在更高的壓力比，這樣實(shí)現(xiàn)離心式壓縮機(jī)2的更高的效率。壓縮機(jī)特征值的 另一改善是分離點(diǎn)W比通常的離心式壓縮機(jī)的分離點(diǎn)W，向更低的體積 流量P移動(dòng)。這樣穩(wěn)定了輸送氣體的流動(dòng)性能并且離心式壓縮機(jī)2在低 的體積流量P時(shí) 一直還無問題且可靠地正常工作。
權(quán)利要求
1.離心式壓縮機(jī)葉輪(4)，它由輪盤(12)和均勻地在圓周方向上布置的葉片(14)構(gòu)成，該葉片(14)具有入口棱(16)和出口棱(18)，其特征在于，所述葉片(14)的表面的至少一個(gè)部分區(qū)域是兩次彎曲的部分區(qū)域(26)，其母線(24a)是曲線，并且上述彎曲的部分區(qū)域(26)垂直于母線(24a)同樣是彎曲的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4)，其特征在于， 所述葉片(14)的表面的另一部分區(qū)域是常規(guī)表面部分區(qū)域(28),它 的母線(24b)是直線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4),其特征在于， 從所述兩次彎曲的部分區(qū)域(26)到常規(guī)表面部分區(qū)域(26, 28)的過 渡是連續(xù)的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4)，其特征在 于，所述葉片(14)具有輪轂棱(20)和大約位于對(duì)面的外棱(22), 其中兩次彎曲的部分區(qū)域(26)鄰接于外棱(22),而常規(guī)表面部分區(qū) 域(28)鄰接于輪轂棱(20)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任意一項(xiàng)所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4)， 其特征在于，所述兩次彎曲的部分區(qū)域(26 )和/或常規(guī)表面部分區(qū)域(28 ) 從入口棱(16)延伸至出口棱(18)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中任意一項(xiàng)所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4)， 其特征在于，所述兩次彎曲的部分區(qū)域(26)和常規(guī)表面部分區(qū)域(28) 大約一樣大。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一項(xiàng)所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4), 其特征在于，所述葉片(14)的表面具有多個(gè)通過常規(guī)表面部分區(qū)域(28) 互相分開的兩次彎曲的部分區(qū)域(26)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4),其特征在于， 鄰接于所述輪轂棱(20)和外棱(22)設(shè)置有兩個(gè)兩次彎曲的部分區(qū)域(26),在它們之間布置有常規(guī)表面部分區(qū)域(28)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4)，其 特征在于，所述葉片(14)的整個(gè)表面是彎曲的，并且具有曲線作為母 線(24a)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4),其特征在于，所述入口棱(16)是彎曲的。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4),其 特征在于，所述母線(24)的曲率從入口棱(16)朝著出口棱(18)的 方向變化。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的離心式壓縮機(jī)葉輪(4),其 特征在于，所述輪盤(12)、葉片(14)和/或蓋盤形成分開的單元。
13. 制造離心式壓縮機(jī)葉輪(4)的方法，該葉輪由輪盤(12)和均 勻地在圓周方向上布置的葉片(14)構(gòu)成，其特征在于，所述葉片(14) 的表面至少局部地通過端銑加工，使得葉片(14)的表面的至少一個(gè)部 分區(qū)域是彎曲的部分區(qū)域(26),其母線(24a)是曲線，并且上述彎 曲的部分區(qū)域(26)垂直于母線(24a)同樣是彎曲的。
全文摘要
為了穩(wěn)定輸送氣體的流動(dòng)性能設(shè)有離心式壓縮機(jī)葉輪(4)，該葉輪由輪盤(12)和均勻地布置在圓周方向上的葉片(14)構(gòu)成，其中葉片(14)的表面的母線(24a)至少在彎曲的部分區(qū)域(26)中是曲線，從而在這個(gè)部分區(qū)域(26)中，所述表面在兩個(gè)方向上是彎曲的。
文檔編號(hào)F04D29/28GK101310112SQ200680042871
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者L·施盧特, T·瓦爾曼 申請(qǐng)人:西門子公司