用于封闭的叶轮的盖盘

摘要

一种用于径向式或斜流式流体机械的封闭的叶轮的、为了限定流体通道的盖盘(1)具有壁厚，该壁厚沿着盖盘的子午截面的轮廓中心线在盖盘的第一和第二端侧(2，3)之间具有局部最大值，其中，盖盘的背离流体通道的外表面(1.2)在局部最大值的区域中具有带有这样的半径(R2.2)的凸的弯曲，即，该半径(R2.2)与叶轮的外直径(D2)的比例(R2.2/D2)在0.05和0.5之间的范围中(0.05≤R2.2/D2≤0.5)。

权利要求

1.一种用于径向式或斜流式流体机械的封闭的叶轮的、为了限定流体通道的盖盘(1)，所述盖盘(1)的壁厚沿着所述盖盘(1)的子午截面的轮廓中心线在所述盖盘的第一和第二端侧(2，3)之间具有局部最大值，其特征在于，所述盖盘的背离所述流体通道的外表面(1.2)在所述局部最大值的区域中具有带有这样的半径(R2.2)的凸的弯曲，即，所述半径(R2.2)与所述叶轮的外直径(D2)的比例(R2.2/D2)在0.05和0.5之间的范围中(0.05≤R2.2/D2≤0.5)。

2.根据权利要求1所述的盖盘，其特征在于，所述半径(R2.2)与所述外直径(D2)的比例(R2.2/D2)在0.1和0.4之间的范围中(0.1≤R2.2/D2≤0.4)。

3.根据权利要求2所述的盖盘，其特征在于，所述半径(R2.2)与所述外直径(D2)的比例(R2.2/D2)在0.15和0.3之间的范围中(0.15≤R2.2/D2≤0.3)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的盖盘，其特征在于，所述盖盘的外表面的凸的弯曲朝向所述第一端侧和/或所述第二端侧过渡到凹的弯曲。

5.根据权利要求4所述的盖盘，其特征在于，所述凹的弯曲朝向所述第一端侧具有半径(R2.1)，所述凹的弯曲的半径(R2.1)小于在所述局部最大值的区域中的所述凸的弯曲的半径(R2.2)。

6.根据上述权利要求1-3中任一项所述的盖盘，其特征在于，所述盖盘的壁厚朝向所述第二端侧连续地逐渐减小。

7.根据上述权利要求1-3中任一项所述的盖盘，其特征在于，所述第一端侧为吸入侧，所述第二端侧为离开侧。

8.一种用于径向式或斜流式流体机械的带有根据上述权利要求中任一项所述的盖盘的封闭的叶轮，其特征在于，所述盖盘与叶片组构造成单件，或所述盖盘与叶片组相连接，或者所述盖盘与叶片组的一部分构造成单件并且与所述叶片组的另一部分相连接。

9.一种带有根据权利要求8所述的封闭的叶轮的径向式或斜流式流体机械。

10.根据权利要求9所述的径向式或斜流式流体机械，其特征在于，该径向式或斜流式流体机械为涡轮压缩机。

说明书

用于封闭的叶轮的盖盘

技术领域

[0001] 本发明涉及用于径向式或斜流式流体机械(例如径向压缩机或膨胀器，尤其涡轮压缩机)的封闭的叶轮(Laufrad)的盖盘(Deckscheibe)、带有这种盖盘的叶轮以及带有这种叶轮的流体机械。

背景技术

[0002] 例如从文件DE 19833033A1(该文件在图8至13中显示了带有不同子午截面(Meridianquerschnitt)的盖盘)中已知封闭的叶轮，在其中，通过叶轮叶片(Laufschaufel)、承载该叶轮叶片的叶轮盘(Laufradscheibe)以及与该叶轮叶片相连接的盖盘限定了流体通道。如尤其可从中看出的那样，壁厚在这种盖盘的子午截面的轮廓中心线上通常从吸入口朝向流体出口连续减小。

[0003] 从文件DE 3709518C2和文件DE 4113831A1中，已知根据权利要求1的前序部分的带有盖盘的封闭的叶轮，在其中，盖盘的背离流体通道的外表面具有径向的凸肩，壁厚保持不变的圆锥形的区段联接到该凸肩处，以使得在吸入口和流体出口之间在径向的凸肩处出现了盖盘的壁厚的局部最大值。然而，文件DE 3709518C2和文件DE4113831A1没有对此深入研究。

[0004] 不利地，在已知的盖盘中高应力出现在不适宜的结构部位处。

发明内容

[0005] 因此，本发明的目的为，提供一种改进的盖盘。

[0006] 为了实现该目的，根据权利要求1的前序部分通过其特征部分的特征改进了盖盘。权利要求8将一种带有这种盖盘的封闭的叶轮列入保护范围，权利要求9将一种带有这种叶轮的流体机械列入保护范围。从属权利要求涉及优选的改进方案。

[0007] 本发明基于这一认识，即，盖盘外表面的局部凸起导致了这样的叶轮几何形状，即，在运行中出现离心力时，该叶轮几何形状与相应的盖盘外表面的弯曲相结合可减小重要结构区域处的应力。

[0008] 为此，根据本发明建议，在盖盘的壁厚的局部最大值区域中在盖盘的外表面处设置带有这样的半径的凸的弯曲，即，该半径与叶轮的外直径的比例在0.05和0.5之间的范围中。在带有这种盖盘的示例性的叶轮中，最大应力可减小20％，并且此外以有利的方式，最大应力不再出现在盖盘的重要的端部区域处，而出现在叶轮盘和叶轮叶片之间的中间连接区段中。

[0009] 一种根据本发明的盖盘设置成用于径向式或斜流式流体机械(例如径向压缩机或膨胀器、尤其涡轮压缩机)的封闭的叶轮，并为此可与叶片组(Beschaufelung)构造成单件，例如可以成型(urgeformt)或切屑加工的方式制造。同样地，根据本发明的盖盘也可与叶片组相连接，例如相铆接、相钎焊 和/或焊接。如从带有径向分离的叶轮叶片的文件DE 4113831A1中已知的两种实施方案的结合也可为有利的，其中，一叶轮部分与盖盘构造成单件，另一叶轮部分与盖盘不可分离地相连接。

[0010] 盖盘与2D或3D叶片组以及叶轮盘共同限定了用于待输送、待压缩或待降压的流体的流体通道。盖盘在子午平面中具有轮廓中心线或中弧线(Skelettlinie)，该轮廓中心线或中弧线在盖盘的背离流体通道的外表面和盖盘的面向流体通道的内表面之间的中心上延伸。

[0011] 盖盘沿着该轮廓中心线在第一和第二端侧之间具有局部最大值。例如，第一端侧可为进入侧或吸入侧，第二端侧可相应地为离开侧或受压侧。也就是说，根据本发明的盖盘在进入侧和离开侧之间在其外表面上具有凸出部。

[0012] 在该局部最大值区域中，外表面具有凸的、向外拱起的、带有这样的半径的弯曲，即，该半径与叶轮外直径的比例在0.05和0.5之间的范围中。尤其地，叶轮的最大的或名义直径表示叶轮的外直径。

[0013] 该凸起导致了合理的质量分布，从而减小在运行中出现的最大应力。由此，更高的叶轮转速、更长的使用寿命和/或不太坚固的且由此更有利的材料的使用是可能的。此外，通过带有根据本发明的半径比例的凸的弯曲，可避免在结构上不适宜的部位(例如在与叶轮叶片组连接的区域中的盖盘的外周缘，该连接常常实施成焊缝)处的最大应力的出现或减小这种应力。

[0014] 优选地，半径’与外直径的比例在0.1和0.4之间的范围中，尤其优选地，在0.15和0.3之间的范围中。在此，可得到尤其应力低(spannungsarm)的叶轮。

[0015] 在本发明的一种优选实施方案中，盖盘外表面的凸的弯曲朝向第一和/或第二端侧过渡到凹的弯曲，从而子午截面的外棱边在局部最大值之前和/之或后具有转折点，在该转折点处弯曲变换其符号(Vorzeichen)。这种带有一个或多个反向地弯曲的区域的外表面尤其应力低且可很好地加工出来。

[0016] 凹的弯曲可朝向第一端侧具有这样的半径，即该半径小于在局部最大值的区域中的凸的弯曲的半径。由此，根据本发明的盖盘轴向上可构造得短，因为凸的、平缓弯曲的区域在带有较小的半径的凹的弯曲的区域中可相对轴向方向相对强地倾斜。

[0017] 在一种优选的实施方案中，盖盘的壁厚朝向第二端侧连续地逐渐减小。与从文件DE 3709518C2和文件DE 4113831A1中已知的带有壁厚保持不变的圆锥形外区段的盖盘相比，此处可减小外部的质量并由此减小惯性矩、重量以及制造成本，其中，连续的逐渐减小、尤其带有基本保持不变的曲率半径的逐渐减小提供了有利的应力分布。尤其优选地，盖盘朝向其外周缘在凹的弯曲的区段(该区段联接到在局部最大值区域中的凸的弯曲的区段处)中结束 。显然，这包含这样的实施方案，即，在其中，外表面的外周缘棱边自身构造成中断的(gebrochen)或以其它方式带有小的凸的半径。

附图说明

[0018] 其它优点和特征从从属权利要求和实施例中得出。为此，以部分图示化的方式：

[0019] 图1显示了根据本发明的一种实施方案的盖盘的半部分的子午截面；以及[0020] 图2显示了根据背景技术的盖盘的半部分的子午截面。

具体实施方式

[0021] 图2以半截面显示了一种根据背景技术的径向叶轮(未示出)的盖盘1′(如例如从文件DE 19833033A1的图12中已知的那样)的子午截面。

[0022] 在该盖盘1′中，壁厚沿着子午截面的轮廓中心线在盖盘的第一端侧2′(图2中左侧，该第一端侧2′限定了径向式流体机械(未示出)的吸入口)和轴向上与第一端侧2′相对的盖盘的第二端侧3′(图2中右侧，该第二端侧3′从通过盖盘1′限定的流体通道中形成了流体出口)之间从吸入口2′朝向流体出口3′连续地减小。

[0023] 图1在与图2中相应的示图中显示了根据本发明的一种实施方案的径向叶轮(未示出)的盖盘1的子午截面，该盖盘1带有第一端侧2(图1中左侧，径向式流体机械(未示出)通过该第一端侧2轴向上吸入流体)和轴向上与第一端侧2相对的盖盘1的第二端侧3(图1中右侧，流体从由盖盘1、(未示出的)叶轮叶片以及承载该叶轮叶片的叶轮盘限定的流体通道中从该第二端侧3径向地离开)。

[0024] 面向流体通道的内表面1.1具有三个带有曲率半径为R1.1、R1.2以及R1.3的凸的弯曲的区域，其中，在图1中这些半径分别通过在由曲率中心朝向表面的方向上的箭头表示。

[0025] 从第一端侧2开始，与内表面1.1相对的盖盘1的外表面1.2首先具有与叶轮的纵轴线(图1中点划线)平行的、不弯曲的区域。该区域过渡到带有相对较小的曲率半径R2.1的凹的区域，在该凹的区域的中垂线(Mittelsenkrechten)处盖盘1的壁厚逐渐减小到局部最小值。

[0026] 与流体通道成以远离方式成拱形的 、带有具有半径R2.2(该半径R2.2大于曲率半径R2.1)的凸起弯曲的区段联接到凹的区域处。由于从凹的弯曲变化到凸的弯曲，曲率中心位于外表面1.2的彼此相对侧上，如图1中通过不同的箭头方向所表示的那样。

[0027] 凸的区域自身在朝向第二端侧3的方向上再次过渡到带有曲率半径R2.3的凹的区域，在该凹的区域中，盖盘1的壁厚朝向第二端侧连续逐渐减小。

[0028] 由于盖盘1的外表面1.2的变换的凹-凸-凹的弯曲以及与外表面1.2相对的内表面1.1的与其相对伸延的凸的弯曲，壁厚沿盖盘1的子午截面的轮廓中心线在第一端侧2和第二端侧3之间具有局部最大值。在该局部最大值的区域中，外表面1.2具有带有半径R2.2的凸的弯曲，该半径R2.2相对于叶轮外直径D2的商为：

[0029] R2.2/D2≈0.22。

[0030] 由此，由于作用在盖盘上的离心力而引起的最大应力出现在叶轮叶片-叶轮盘的(未示出的)过渡区处，而不再出现在盖盘1的第二端侧3的区域中。此外，在一定的转速负载下最大应力的绝对值减小了20％。

[0031] 部件列表

[0032] 1，1′ 盖盘

[0033] 1.1，1.1′内表面

[0034] 1.2，1.2′外表面

[0035] 2.2′ 第一端侧(吸入侧)

[0036] 3.3′ 第二端侧(离开侧)

[0037] D2 叶轮的外直径

[0038] R1.1-R1.3 内表面的曲率半径

[0039] R2.1-R2.3 外表面的曲率半径