專利名稱：渦輪壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種渦輪壓縮機，包括壓縮機殼體，在該壓縮級殼體內(nèi)，進入的氣體體積流量被通過進氣通道輸送給葉輪通道，在葉輪通道內(nèi)通過葉輪得到壓縮并從葉輪通道通過排氣通道來排出，并具有設置在壓縮機殼體內(nèi)的分布在葉輪通道和進氣通道外部的流動繞行通道，該流動繞行通道利用在進氣側(cè)的開口通入進氣通道中并利用在葉輪側(cè)的開口通入葉輪通道中，并且該流動繞行通道依賴于開口之間的壓差引導繞行體積流量。
背景技術：
這種類型的渦輪壓縮機例如由EP 0913585B1已知。這種類型的渦輪壓縮機在體積流量遠低于為設計點所設置的體積流量的情況下，沒有在盡可能最佳的運行方面進行設計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明因此基于如下任務，S卩，對所述類型的渦輪壓縮機進行改進，使得該渦輪壓縮機可以優(yōu)化地在體積流量遠低于為設計點所設置的體積流量的情況下運行。該任務在開頭所述類型的渦輪壓縮機的情況下依據(jù)本發(fā)明通過如下方式來解決，即，流動繞行通道從在葉輪側(cè)的開口出發(fā)具有直至在進氣側(cè)的開口擴大的流動橫截面面積。依據(jù)本發(fā)明的解決方案的優(yōu)點在于，利用這種類型的從在葉輪側(cè)的開口直至在進氣側(cè)的開口擴大的流動橫截面面積，由于可能的擴充(Expansion)使在該方向上流動的繞行體積流量減速并然后通過在進氣側(cè)的開口，而不引起大渦流(Turbulenzen)的情況下進入通過進氣通道流動的氣體體積流量內(nèi)。在此特別有利的是，流動繞行通道的流動橫截面面積始終隨著該流動繞行通道的從在葉輪側(cè)的開口向在進氣側(cè)的開口的逐漸增大的延伸而擴大，以便為了在部分負載運行中的流動穩(wěn)定性獲得從在葉輪側(cè)的開口向在進氣側(cè)的開口的繞行體積流量的有利的構造。依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的特別具有優(yōu)點的解決方案設置，在進氣側(cè)的開口的流動橫截面面積處于在葉輪側(cè)的開口的流動橫截面面積的2. 5倍和3倍之間的范圍內(nèi)。在流動橫截面面積的這種確定尺寸的情況下，可以為了部分負載運行的穩(wěn)定化達到繞行體積流量的所希望的延緩。最好的是，在進氣側(cè)的開口的流動橫截面面積處于在葉輪側(cè)的流動橫截面面積的2. 3倍和2. 7倍之間的范圍內(nèi)。相對上述解決方案備選地或補充地，將開頭所提到的任務也在開頭所述類型的一種渦輪壓縮機的情況下依據(jù)本發(fā)明由此來解決，即，流動繞行通道通過與葉輪軸相關地并排布置在環(huán)繞方向上的通道段形成，也就是說，流動繞行通道不是在環(huán)繞方向上繞葉輪通道周圍連續(xù)延伸，而是劃分成這種類型的單個通道段。在此特別具有優(yōu)點的是，多個通道段在環(huán)繞方向上彼此分開，從而由此在葉輪區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的渦旋不是貫穿穿過流動繞行通道地被傳遞，而是在流動繞行通道內(nèi)被減速，從而特別是由流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口排出無渦旋的繞行體積流量。在多個通道段通過在徑向平面上向葉輪軸分布的肋彼此分開時，于是給出了在環(huán)繞方向上的通道段的分開的特別簡單的解決方案。也在流動繞行通道的在葉輪側(cè)的開口的布置方面，與到目前所闡釋的單個實施方式結合地沒有做更詳細說明。因此，特別具有優(yōu)點的解決方案設置，流動繞行通道的在葉輪側(cè)的開口處于葉輪通道的葉輪葉片在里面運動的區(qū)域內(nèi)。
特別有利的是，流動繞行通道的在葉輪側(cè)的開口處于在長的葉輪葉片的在進氣側(cè)的端部與短的葉輪葉片的在進氣側(cè)的端部之間的區(qū)域內(nèi)。關于在葉輪側(cè)的開口的布置特別具有優(yōu)點的是，流動繞行通道的在葉輪側(cè)的開口處于如下的面中，該面連續(xù)地向處在該開口的逆流上的流動引導面和處在該開口的順流上的流動引導面分布。此外有利的是，流動繞行通道的在葉輪側(cè)的開口在環(huán)繞方向上繞葉輪軸環(huán)繞地構造，也就是說，流動繞行通道的在葉輪側(cè)的開口繞整個葉輪通道周圍延伸并由此允許了繞行體積流量在葉輪通道內(nèi)的氣體體積流動的整個周邊上的排流。必要時，流動繞行通道的開口通過將流動繞行通道劃分成單個地在環(huán)繞方向上相繼跟隨的段的肋或接片中斷。在流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口的布置方面到目前沒有做更詳細的說明。因此具有優(yōu)點的解決方案設置，流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口處于葉輪的逆流上。在此特別有利的是，流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口以從葉輪葉片的一定間距布置，該間距至少相應于葉輪葉片在葉輪軸方向上的延伸。此外在依據(jù)本發(fā)明的解決方案的框架內(nèi)有利的是，流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口處于基本上平行于氣體體積流量的流動方向分布在進氣通道內(nèi)的面中。也就是說，流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口這樣地布置，S卩，該在進氣側(cè)的開口不干擾在進氣通道內(nèi)的氣體體積流量，而是基于其與氣體體積流量的流動方向基本上平行的取向?qū)υ摎怏w體積流量沒有或僅有不明顯的影響。在這種情況下特別有利的是，流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口處于如下的面中，該面連續(xù)地向在進氣通道內(nèi)在該開口的逆流上的流動引導面和在該開口的順流上的流動引導面分布。因此確保，這些流動引導面引導氣體體積流量經(jīng)過在進氣側(cè)的開口，使得該氣體體積流量基本上不受干擾。在最簡單的情況下，流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口處于相對葉輪軸呈柱體形的面中。此外特別有利的解決方案設置，流動繞行通道的在進氣側(cè)的開口與葉輪軸相關地環(huán)繞地構造，也就是說，完全環(huán)繞進氣通道并由此能夠在排氣通道的所有外側(cè)上給氣體體積流量輸送或從中排出繞行體積流量。在用于將繞行體積流量導入進氣通道的流動繞行通道的構造方面到目前沒有做更詳細的說明。
因此具有優(yōu)點的解決方案設置，流動繞行通道在在進氣側(cè)的開口的區(qū)域內(nèi)這種程度地轉(zhuǎn)向來自在葉輪側(cè)的開口的繞行體積流量，即，該繞行體積流量利用與進入的氣體體積流量的流動方向垂直的流動方向排出到進氣通道內(nèi)。由此確保繞行體積流量以盡可能小的干擾輸送給進入進氣通道內(nèi)的氣體體積流量。在這種情況下特別有利的是，流動繞行通道具有流動轉(zhuǎn)向面，其將由流動繞行通道排出的繞行體積流量在垂直于進入進氣通道的氣體體積流量的方向上轉(zhuǎn)向。備選于或補充于依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的到目前所介紹的特征，依據(jù)本發(fā)明的其它解決方案設置，壓縮機的流動繞行通道這樣配置，即，其在部分負載區(qū)域中促進了從在葉輪側(cè)的開口向在進氣側(cè)的開口的繞行體積流量。
在這種情況下特別具有優(yōu)點的是，流動繞行通道這樣構造，S卩，其在部分負載運行中能夠引導多于20%的流入葉輪的氣體體積流量。這種解決方案同樣具有優(yōu)點，即，因此存在這種可能性，即將渦輪壓縮機在部分負載運行中的運行在相對設計點明顯降低的氣體體積流量的情況下運行。此外，開頭所提到的任務的依據(jù)本發(fā)明的一種解決方案備選于或補充于到目前所介紹的解決方案地設置，流動繞行通道允許渦輪壓縮機在如下氣體體積流量的情況下的部分負載運行，該氣體體積流量處在在設計點內(nèi)所設置的氣體體積流量的40%與在設計點內(nèi)的氣體體積流量之間。在與到目前所闡釋的單個實施例的結合中始終由此出發(fā)，即，在流動繞行通道內(nèi)繞行體積流量和特別是繞行體積流量的方向相應于在葉輪側(cè)的開口與在進氣側(cè)的開口之間的壓差而得到調(diào)整并且僅有該壓差負責繞行體積流量的方向和強度。但依據(jù)本發(fā)明的任務在其它的實施例中具有優(yōu)點地由此得以解決，S卩，流動繞行通道可以通過封閉單元封閉。這種類型的封閉單元提供的可能性是，既影響繞行體積流量的出現(xiàn)，也影響其強度并因此還間接影響其方向。因此以簡單方式存在的可能性是，在設計渦輪壓縮機時，也可以避免如下運行狀態(tài)，在這些運行狀態(tài)的情況下-雖然基于壓差在一個或另外的方向上的繞行體積流量-但這種類型的繞行體積流量完全或部分被壓制。特別是因此提供如下的可能性，即，停止從在進氣側(cè)的開口向在葉輪側(cè)的開口的繞行體積流量，正如該繞行體積流量特別是在高于設計點或也在設計點上或接近設計點的尚開狀態(tài)(Oberlasszustancien)的情況下可能出現(xiàn)的那樣，根據(jù)如何在細節(jié)中確定在潤輪壓縮機內(nèi)的壓力關系。由此存在的可能性是，即使在直接低于設計點的部分負載區(qū)域中，渦輪壓縮機的確定尺寸，其仍會導致從在進氣側(cè)的開口向在葉輪側(cè)的開口的繞行體積流量，但這種繞行體積流量通過封閉單元被壓制。封閉單元在此可以不同類型地構造。根據(jù)一種解決方案，封閉單元具有彈簧加載的閥門元件，從而封閉單元自動起作用并由此例如如下地起作用，即，該封閉單元始終允許從在葉輪側(cè)的開口向在進氣側(cè)的開口的繞行體積流量，但阻止從在進氣側(cè)的開口向在葉輪側(cè)的開口的繞行體積流量，與例如在進氣側(cè)的開口與在葉輪側(cè)的開口之間的壓差無關。
因此存在的可能性是，渦輪壓縮機這樣設計，即，即使例如在設計點上或也在低于設計點的部分負載區(qū)域中，在進氣側(cè)的開口與在葉輪側(cè)的開口之間產(chǎn)生壓差，該壓差會導致從在進氣側(cè)的開口向在葉輪側(cè)的開口的繞行體積流量，但這種體積流量自動通過彈簧加載的閥門元件被停止。例如在此彈簧加載的閥門元件作為所謂的慣性閥門構造，也就是通過金屬薄片形成，該慣性閥門可以為打開而彎曲，但在關閉時保留在其不彎曲的狀態(tài)中并例如平放在相應地設置的面上。其它的具有優(yōu)點的解決方案設置，封閉單元具有可以控制的封閉元件。 能這種方式控制的封閉元件由此不是這樣設計，S卩，該封閉元件在應當被壓制的繞行體積流量的出現(xiàn)的情況下自動關閉，而是這樣構造，即，該封閉元件得到操控。能這樣控制的封閉元件可以極其不同的方式構造并在渦輪壓縮機內(nèi)、例如要么在流動繞行通道本身內(nèi)，要么在流動繞行通道的多個開口中的一個內(nèi)設置。為了可以適當方式操控能這樣控制的封閉元件，要么可以設置手動的操控，要么可以通過調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置和控制裝置控制該封閉元件，其中，控制裝置不僅可以打開或封閉該封閉元件，而且也可以具有優(yōu)點地還附加地控制繞行體積流量的強度，如果該繞行體積流量完全允許。例如存在的可能性是，通過壓力測量，在最簡單的情況下在在進氣側(cè)的開口和在葉輪側(cè)的開口處獲知在渦輪壓縮機內(nèi)的壓力關系，必要時為此還使用其他的壓力測量，以便也可以盡可能針對性檢測在渦輪壓縮機內(nèi)的流動關系。在此，依賴于壓力關系和流動關系，然后可以這樣進行可控制的封閉元件的操控，即，該可控制的封閉元件允許改善或促進渦輪壓縮機功能性的繞行體積流量，但在另外的任何情況下均停止繞行體積流量。此外還存在的可能性是，該繞行體積流量的強度根據(jù)在渦輪壓縮機內(nèi)的壓力關系和流動關系的必要性的不同進行控制。特別是通過適當?shù)膲毫y量還可以檢測在渦輪壓縮機內(nèi)的流動不穩(wěn)定性并也存在這種可能性，即通過這種類型的壓力測量檢測出現(xiàn)的流動不穩(wěn)定性并然后相應于繞行體積流量進行控制。備選于或補充于在渦輪壓縮機內(nèi)的壓力測量也存在這種可能性，S卩，還附加檢測葉輪的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速是為了穩(wěn)定在渦輪壓縮機內(nèi)，特別是在部分負載區(qū)域內(nèi)的流動需要多少還是不需要繞行體積流量的其它的參數(shù)。在具有封閉單元的所有解決方案中由此存在的可能性是，或多或少地精確確定在哪種運行狀態(tài)下應該允許或不允許通過流動繞行通道的繞行體積流量，以便穩(wěn)定在渦輪壓縮機內(nèi)的流動比例和特別是防止“抽吸”。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點是實施例的后面的說明以及附圖的主題。在這些附圖中圖I示出依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機第一實施例的縱剖面；圖2示出依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的葉輪的側(cè)視圖3示出在進氣殼體和葉輪殼體區(qū)域內(nèi)的依據(jù)圖I的放大的縱剖面；圖4示出在依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機中的壓縮機特性曲線的示意圖；圖5示出特別是在流動繞行通道的區(qū)域內(nèi)的葉輪殼體和進氣殼體的一部分的再次進一步的放大圖；圖6示出沿圖3中線段6-6的剖面；圖7示出沿圖3中線段7-7的剖面；圖8示出沿圖3中線段8-8的剖面；圖9示出沿圖3中線段9-9的剖面； 圖10示出穿過依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的第二實施例的類似于圖5的剖面；圖11示出在流動繞行通道的區(qū)域內(nèi)的依據(jù)圖10的再次放大的剖面；圖12示出穿過依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的第三實施例的類似于圖11的剖面；圖13示出穿過第三實施例的類似于圖9的剖面；圖14示出穿過依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的第四實施例的類似于圖10的剖面；以及圖15示出穿過第四實施例的類似于圖11的剖面。
具體實施例方式依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的圖I中所示的實施例包括作為整體采用10標注的壓縮機殼體，該壓縮機殼體包括進氣殼體12、葉輪殼體14和排氣殼體16。進氣殼體10至少部分形成進氣通道22，該進氣通道在葉輪殼體14中過渡到葉輪通道24內(nèi)并且該葉輪通道再過渡到在排氣殼體16內(nèi)的排氣通道26內(nèi)。在葉輪通道24內(nèi)設置有作為整體采用30標注的葉輪，該葉輪如圖2中所示包括輪轂體32，在該輪轂體上布置有葉輪葉片34和36，其中，葉輪葉片34是所謂的長葉輪葉片，其在進氣通道側(cè)的端部38在平行于葉輪軸40的方向上比所謂短葉輪葉片36的在進氣側(cè)的端部42更遠地逆流在進氣通道22的方向上延伸。葉輪30通過驅(qū)動馬達50被驅(qū)動，葉輪30利用其輪轂體32套裝在該驅(qū)動馬達的馬達軸52上，其中，輪轂體32在背離葉輪葉片34、36的下側(cè)上與馬達軸52連接并通過馬達軸52承載和引導。驅(qū)動馬達50是用于渦輪壓縮機的典型的高轉(zhuǎn)速的驅(qū)動馬達，其例如具有用于馬達軸52的磁性軸承。正如圖3中放大示出的那樣，進氣通道22引導氣體體積流量58，該氣體體積流量基于變窄的進氣通道橫截面面積而隨著增加的速度向葉輪30去地傳播并通過該葉輪的葉輪葉片34和36在葉輪通道24內(nèi)逐漸增加地壓縮氣體體積流量58，其中，渦輪壓縮機依據(jù)圖4中所示的壓縮機特性曲線工作，該特性曲線示出在氣體體積流量上的壓力上升。在此，渦輪壓縮機的設計，也就是說，特別是還有葉輪30和進氣通道22、葉輪通道24和排氣通道26的設計與圖4中所示的壓縮機特性曲線的設計點A相關地進行，其中，設計點A在經(jīng)限定的氣體體積流量58的情況下存在并通過壓縮機特性曲線將相應的壓力上升配屬給設計點A。但依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機不僅在設計點A的范圍內(nèi)運行，而且在較低的氣體體積流量58的情況下也可以運行，其中如從壓縮機特性曲線中得出的那樣，壓力上升大于在設計點A中，并且然而氣體體積流量58同樣顯著地較小。但依據(jù)壓縮機特性曲線也存在這種可能性，S卩，使渦輪壓縮機在高于在設計點中的氣體體積流量的情況下運行，其中，但在這種情況下然后渦輪壓縮機的壓力上升逐漸增大地下降。如果渦輪壓縮機在低于在設計點A內(nèi)的氣體體積流量的氣體體積流量的情況下被運行，那么存在的問題是，渦輪壓縮機由于流動不穩(wěn)定性而開始“抽吸”，其中，這種“抽吸”通過在葉輪通道24內(nèi)部的葉輪30區(qū)域內(nèi)的流動不穩(wěn)定性完成，該流動不穩(wěn)定性導致氣體體積流量從葉輪通道24到進氣通道22中的局部回流。出于這一原因，設置有既在葉輪殼體14內(nèi)也在進氣殼體12內(nèi)延伸的流動繞行通道60，該流動繞行通道繞進氣通道22的分區(qū)域并繞葉輪通道24的分區(qū)域各在這些分區(qū)域 的徑向外部繞這些分區(qū)域周圍環(huán)形地布置并如圖3中所示，從在葉輪側(cè)的開口 62向在進氣側(cè)的開口 64延伸，其中，在流動繞行通道60內(nèi)構造有繞行體積流量66，其方向和大小依賴于在葉輪側(cè)的開口 62與在進氣側(cè)的開口 64之間的壓差。如果例如如圖4所示，渦輪壓縮機利用低于在設計點A內(nèi)的氣體體積流量58的氣體體積流量58，也就是在部分負載運行中被運行，那么在流動繞行通道60的在葉輪側(cè)的開口 62上出現(xiàn)的壓力高于在進氣側(cè)的開口 64處存在的壓力并由此繞行體積流量66a通過流動繞行通道60這樣地構造，即，繞行體積流量66a從在葉輪側(cè)的開口 62向在進氣側(cè)的開口64流動并且在此穿過該在進氣側(cè)的開口貫穿通過地進入進氣通道22內(nèi)。流動繞行通道60在此通過葉輪殼體14和進氣殼體12的與葉輪軸40相關地徑向內(nèi)置的壁72以及葉輪殼體14和進氣殼體12的徑向外置的壁74來界限，其中，徑向內(nèi)置的壁72同時還形成進氣通道22的過渡到葉輪通道24內(nèi)的端部區(qū)段76。端部區(qū)段76在此優(yōu)選處于流動繞行通道60的在進氣側(cè)的開口 64與葉輪30的輪轂體32之間。進氣通道22的端部區(qū)段76在此在垂直于葉輪軸40分布并在輪轂體的在進氣側(cè)的上部區(qū)域78處接觸輪轂體32的平面El的區(qū)域內(nèi)過渡到葉輪通道24內(nèi)。端部區(qū)段76此外優(yōu)選處于流動繞行通道60的在進氣側(cè)的開口 64與平面El之間并具有流動引導面78，該流動引導面連續(xù)過渡到在進氣側(cè)的開口 64處在其中的面80中。此外，進氣通道22包括直至流動繞行通道60的在進氣側(cè)的開口 64引導的流動弓I導面81。流動繞行通道60的布置在徑向內(nèi)置的壁72中的在葉輪側(cè)的開口 62在此處在面82中，該面連續(xù)過渡到葉輪通道24的與在葉輪側(cè)的開口 62逆流鄰接的流動引導面84中和葉輪通道24的順流鄰接的流動引導面86中。此外，在葉輪側(cè)的開口 62這樣地布置，即，其在葉輪軸40的方向上處于長葉輪葉片34的在進氣側(cè)的端部38與短葉輪葉片36的在進氣側(cè)的端部42之間(圖5)。這樣做的原因是，在渦輪壓縮機在低于設計點A的氣體體積流量58的情況下運行時，沿葉輪葉片34的在進氣側(cè)的端部38順流直接形成漩渦，這些漩渦基于流動不穩(wěn)定性有助于“抽吸”。這些漩渦優(yōu)選被去除并且出于這一原因在上面所提到的區(qū)域內(nèi)設置有在葉輪側(cè)的開口 62，以便產(chǎn)生這種可能性，即，在氣體體積流量低于在設計點A的情況下的氣體體積流量的情況中，這些本身構造的漩渦不能穿過葉輪通道24流動，而是能夠側(cè)面地從葉輪通道24相對于轉(zhuǎn)子軸40徑向排出。正如圖5和圖6所示，通過在葉輪側(cè)的開口 62排出的繞行體積流量66碰到由徑向外置的壁74形成的轉(zhuǎn)向面90上，該轉(zhuǎn)向面將繞行體積流量66a朝向在進氣側(cè)的開口 64轉(zhuǎn)向，從而該繞行體積流量在徑向內(nèi)置的壁72與徑向外置的壁74之間朝向在進氣側(cè)的開口 64流動并在達到在進氣側(cè)的開口 64之前通過同樣又由徑向外置的壁74形成的轉(zhuǎn)向面92轉(zhuǎn)向，從而排出的繞行體積流量66a具有垂直于流動方向100分布的流動方向96,在進氣通道22內(nèi)進入的氣體體積流量58以該流動方向100朝向葉輪30流動。這種繞行體積流量66a當在葉輪側(cè)的開口 62上的壓力大于在進氣側(cè)的開口 64上的壓力時出現(xiàn)，從而基于進入到進氣通道22內(nèi)的氣體體積流量58的壓差，作為繞行體積流量66a的一部分進入在葉輪側(cè)的開口 62中并通過流動繞行通道60流動到在進氣側(cè)的開口64內(nèi)。 在進氣側(cè)的開口 64特別是這樣地布置，即，其處于一個幾何形狀面102中，該面與處在逆流的面104以及處在順流的面106連續(xù)鄰接并由此不產(chǎn)生進入進氣通道22內(nèi)的氣體體積流量58。例如，面102、104和106是與葉輪軸40同軸分布的呈柱體形面。在渦輪壓縮機內(nèi)的在其中調(diào)整出負責構造繞行體積流量66a的運行狀態(tài)的流動狀態(tài)通常在氣體體積流量58低于為設計點A所設置的氣體體積流量58時才存在，從而葉輪30的進氣側(cè)借助葉輪葉片34已經(jīng)進行了負責構造繞行體積流量66a的壓力構建。特別是在具有低于為設計點所設置的氣體體積流量58的運行狀態(tài)的情況下的繞行體積流量66a的構造通過流動繞行通道60的在進氣側(cè)的開口 64的布置而得到促進，因為通過將在進氣側(cè)的開口 64布置在與葉輪軸40同軸的柱狀面80中，經(jīng)由進氣通道22進入的氣體體積流量58絕對沒有堵塞作用引起并由此在進氣側(cè)的開口 64內(nèi)絕對不引起壓力上升，從而在在進氣側(cè)的開口 64的區(qū)域內(nèi)不出現(xiàn)與繞行體積流量66相反作用的效應。此外該事實造成，繞行體積流量66a以垂直于葉輪軸40分布的流動方向96貫穿穿過在進氣側(cè)的開口 64，該繞行體積流量66a與通過進氣通道22進入的氣體體積流量58混合，從而二者共同進入葉輪通道24，必要時還通過進氣通道22的在其橫截面方面變窄的端部區(qū)段76加速度。此外，這種繞行體積流量66a的構造也由此被促進，即，流動繞行通道60在其在進氣側(cè)的開口 64上提供流動橫截面面積,其大于在葉輪側(cè)的開口 62的流動橫截面面積的2. 5倍并且由此，此外流動繞行通道60從在葉輪側(cè)的開口 62直至在進氣側(cè)的開口 64地連續(xù)擴大。由此，繞行體積流量66a的減速在流動繞行通道60從在葉輪側(cè)的開口 62直至在進氣側(cè)的開口 64的通流的情況下進行，從而由在進氣側(cè)的開口 64排出的繞行體積流量66a的流動速度基本相應于進入進氣通道22內(nèi)的氣體體積流量的流動速度。流動繞行通道60的這種設計導致渦輪壓縮機從圖4中所示的設計點出發(fā)，在部分負載運行中在明顯低于設計點A的氣體體積流量58的情況下仍可以被運行。例如，在此壓縮機在沒有抽吸(也就是通過在氣體體積流量內(nèi)的流動不穩(wěn)定性而出現(xiàn)的振動)的情況下，可以直至如下的氣體體積流量運行，該氣體體積流量直至低于為設計點A所設置的氣體體積流量60%。為了此外在流動繞行通道60內(nèi)防止具有在環(huán)繞方向110上的分量的流動，流動繞行通道60在環(huán)繞方向110上通過在徑向平面111中向葉輪軸40分布的肋112劃分，從而流動繞行通道60由在環(huán)繞方向110上相繼的通道段114的總和形成，這些通道段各自在兩側(cè)通過肋112封閉，由此繞行體積流量66a在在進氣側(cè)的開口 64的區(qū)域內(nèi)隨著其流動方向96基本上不再具有在環(huán)繞方向110上的分量并由此基本垂直于葉輪軸40，特別是大致徑向相對該葉輪軸進入進氣通道22內(nèi)。但依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機也可以如圖4中所示在過載范圍內(nèi)在處在設計點A之上的氣體體積流量的情況下被運行，在這些情況下，在逐漸增大地相對設計點A的較大的氣體體積流量58的情況下，在葉輪側(cè)的開口 62處的壓力將更低并由此在在葉輪側(cè)的開口62與在進氣側(cè)的開口 64之間調(diào)整出壓差，該壓差導致流動繞行通道60由繞行體積流量66b來通流，該繞行體積流量從在進氣側(cè)的開口 64向在葉輪側(cè)的開口 62流動，也就是由通 過進氣通道22進入的氣體體積流量58在在進氣側(cè)的開口 64的區(qū)域內(nèi)被分支，通流流動繞行通道60并通過在葉輪側(cè)的開口 62進入葉輪通道24內(nèi)并且在那里通過葉輪30還被進一步壓縮。但這種繞行體積流量66b并沒有通過在進氣側(cè)的開口 64的取向而得到促進，而是更多地被妨礙，因為這種繞行體積流量66b必須垂直于葉輪軸40地離開在在進氣側(cè)的開口64的區(qū)域內(nèi)的進氣通道22，以便進入流動繞行通道60內(nèi)。也就是說，在依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機在所謂的過載范圍內(nèi)運行時，也就是在處在設計點之上的氣體體積流量58的情況下運行時，繞行體積流量66b在依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的目前的結構實施中沒有促進，而是被容忍。特別是，依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機在設計點A上這樣設計，即，在該設計點上在進氣側(cè)的開口 64與在葉輪側(cè)的開口 62之間不出現(xiàn)壓差，從而也不構成繞行體積流量66。繞行體積流量66a的構造在氣體體積流量58下降的情況下與在設計點上的氣體體積流量58相關地首先緩慢地插入并隨著氣體體積流量58的逐步增加的下降加強，從而渦輪壓縮機在如下氣體體積流量58的情況下仍可以無抽吸地被運行，該氣體體積流量為設計點A內(nèi)的氣體體積流量58的40%的值。在這種情況下，通過繞行體積流量將約30%的進入的氣體體積流量58從在葉輪側(cè)的開口 62向在進氣側(cè)的開口 64返回引導并重新輸送給葉輪30。在依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的在圖10和圖11中所示的第二實施例的情況下，為流動繞行通道60配屬有作為慣性閥門122構造的封閉單元120。該慣性閥門122包括保持在進氣殼體12內(nèi)的片式元件124，其中，當由于壓差會出現(xiàn)繞行體積流量66b時，片式元件124封閉流動繞行通道60 (實線標注)，從而不會出現(xiàn)繞行體積流量66b。如果相反壓力關系是這樣的，即，出現(xiàn)繞行體積流量66a，那么片式元件124打開并允許這種繞行體積流量66a (虛線標注)。因此，在該第二實施例中存在的可能性是，也這樣地設計渦輪壓縮機，即，在設計點A中會出基于壓差的不希望的繞行體積流量66b，但通過慣性閥門122被自動阻止并僅在部分負載范圍內(nèi)可以出現(xiàn)所希望的繞行體積流量66a。
在圖12和圖13中所示的第三實施例中，封閉單元120’包括兩個彼此相疊布置的封閉環(huán)132和134，這兩個封閉環(huán)中的每個具有大量的環(huán)形段，其中，封閉元件136和穿孔段138彼此交替。封閉環(huán)132、134例如可以通過轉(zhuǎn)動封閉環(huán)134這樣地被相對彼此轉(zhuǎn)動，即，一個封閉環(huán)134的封閉段136覆蓋另一個封閉環(huán)132的穿孔段138，或這樣地被相對彼此轉(zhuǎn)動，即，兩個封閉環(huán)132、134的封閉元件136和穿孔段138彼此相疊，從而繞行體積流量66可以貫穿通過彼此向疊的穿孔段。因此存在的可能性是，在確定的運行狀態(tài)下，允許或停止繞行體積流量66。特別是，在部分負載運行中允許繞行體積流量66a并在接近設計點A或高于設計點A的運行中停止繞行體積流量66b。
優(yōu)選地，封閉環(huán)134相對于封閉環(huán)132的位置可以利用控制裝置140和調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置140進行控制，從而例如依賴于控制裝置140例如通過經(jīng)傳感器檢測的、在進氣側(cè)的開口 64與在葉輪側(cè)的開口 62之間的壓差，繞行體積流量66的控制也可以在其強度方面相應于壓力關系和流動關系以及流動不穩(wěn)定性以及必要時葉輪的轉(zhuǎn)速進行。在圖14和圖15中所示的依據(jù)本發(fā)明的渦輪壓縮機的第四實施例中，在進氣殼體12內(nèi)例如在呈柱體形面104上引導地，設置有作為封閉單元120”的滑套150，該滑套-如圖14中所示-可以從在進氣側(cè)的開口 64離開地在相反于葉輪30的方向上運動，以便釋放在進氣側(cè)的開口 64，或可以在葉輪30的方向上運動，以便逐漸地封閉在進氣側(cè)的開口 64，其中，封閉在進氣側(cè)的開口 64的位置在圖15中示出?；?50優(yōu)選地也可以通過調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置142’和控制裝置140’依賴于在渦輪壓縮機內(nèi)的壓力關系和流動關系進行控制，正如結合第三實施例所描述的那樣。此外，在第二、第三和第四實施例中，對于相同的部件使用了與在第一實施例中相同的附圖標記，從而全部內(nèi)容參閱第一實施例的實施。
權利要求
1.渦輪壓縮機，包括壓縮機殼體(10)，進入的氣體體積流量在該壓縮機殼體內(nèi)通過進氣通道(22)輸送給葉輪通道(24)、在該葉輪通道(24)內(nèi)通過葉輪(30)壓縮并從所述葉輪通道(24 )通過排氣通道(26 )排出，并且該渦輪壓縮機具有在所述壓縮機殼體(10 )內(nèi)設置的分布在所述葉輪通道(24)和所述進氣通道(22)外部的流動繞行通道(60)，該流動繞行通道利用在進氣側(cè)的開ロ(64)通入所述進氣通道(22)中并利用在葉輪側(cè)的開ロ(62)通入所述葉輪通道(24)中，并且所述流動繞行通道依賴于所述開ロ之間的壓差引導繞行體積流量(66)，其特征在干，所述流動繞行通道(60)從所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)出發(fā)具有直至所述在進氣側(cè)的開ロ(64)擴大的流動橫截面面積。
2.按權利要求I所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的流動橫截面面積始終隨著所述流動繞行通道的從所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)向所述在進氣側(cè)的開ロ(64)的逐漸増大的延伸而擴大。
3.按權利要求I或2所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述在進氣側(cè)的開ロ(64)的流動橫截面面積處于所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)的流動橫截面面積的2. 5倍至3倍之間的范圍內(nèi)。
4.按權利要求3所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述在進氣側(cè)的開ロ(64)的流動橫截面面積處于所述在葉輪側(cè)的流動橫截面面積的2. 3倍至2. 7倍之間的范圍內(nèi)。
5.按權利要求I的前序部分或按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在干，所述流動繞行通道(60)由相關于葉輪軸(40)沿環(huán)繞方向(110)并排布置的多個通道段(114)形成。
6.按權利要求5所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述多個通道段(114)在所述環(huán)繞方向(110)上彼此分開。
7.按權利要求5或6所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述多個通道段(I14)通過在徑向平面(111)中向著所述葉輪軸(40)分布的肋(112)彼此分開。
8.按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)處于所述葉輪通道(24)的一區(qū)域內(nèi)，葉輪葉片(34、36)在該區(qū)域里面運動。
9.按權利要求I的前序部分或按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在干，所述流動繞行通道(60)的所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)處于長的葉輪葉片(34)的在進氣側(cè)的端部(38)與短的葉輪葉片(36)的在進氣側(cè)的端部(42)之間的區(qū)域內(nèi)。
10.按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)處于如下的面(82)中，所述面連續(xù)向處在這個開ロ(62)上游的流動引導面(84)和處在這個開ロ(62)下游的流動引導面(86)分布。
11.按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)在環(huán)繞方向(110)上繞所述葉輪軸(40)環(huán)繞地構造。
12.按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在進氣側(cè)的開ロ(64)處于所述葉輪(30)的上游。
13.按權利要求12所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在進氣側(cè)的開ロ(64)與所述葉輪葉片(34、36)的間距至少相應于所述葉輪葉片(34、36)的在所述葉輪軸(40)方向上的延伸。
14.按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在進氣側(cè)的開ロ(64)處于與所述氣體體積流量(58)的流動方向(100)基本上平行地分布在所述進氣通道(22)內(nèi)的面(80)中。
15.按權利要求14所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在進氣側(cè)的開ロ(64)處于如下的面(80)中，所述面連續(xù)地向在所述進氣通道(22)內(nèi)在所述開ロ(64)上游的流動引導面(78)和在所述開ロ(64)下游的流動引導面(81)分布。
16.按權利要求15所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在進氣側(cè)的開ロ(64)處于相對所述葉輪軸(40)呈柱狀的面(80)中。
17.按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)的所述在進氣側(cè)的開ロ(64)環(huán)繞所述葉輪軸(40)。
18.按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)在所述在進氣側(cè)的開ロ(64)的區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)向來自所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)的繞行體積流量(66a)，使得該繞行體積流量以與進入的所述氣體體積流量(58)的流動方向(100)垂直的流動方向(96)排出到所述進氣通道(22)內(nèi)。
19.按權利要求18所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述流動繞行通道(60)具有流動轉(zhuǎn)向面(92)，該流動轉(zhuǎn)向面將由所述流動繞行通道(60)排出的所述繞行體積流量(66a)轉(zhuǎn)向垂直于進入所述進氣通道(22)的所述氣體體積流量(58)的方向。
20.按權利要求I的前序部分或按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在干，配置所述流動繞行通道(60)，使得該流動繞行通道在部分負載運行中促進從所述在葉輪側(cè)的開ロ(62)向在所述進氣側(cè)的開ロ(64)的繞行體積流量(66a)。
21.按權利要求20所述的渦輪壓縮機，其特征在干，構造所述流動繞行通道(60)，使得該流動繞行通道在部分負載運行中能夠引導多于20%的流入所述葉輪(30)的所述氣體體積流量(58)。
22.按權利要求I的前序部分或按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在干，所述流動繞行通道(60)允許所述渦輪壓縮機在如下氣體體積流量(5)的情況下的部分負載運行，所述氣體體積流量處在在所述設計點(A)所設置的所述氣體體積流量(58)的40%與在所述設計點(A)的所述氣體體積流量(58)之間。
23.按權利要求I的前序部分或按前述權利要求之一所述的渦輪壓縮機，其特征在干，所述流動繞行通道(60 )能夠由封閉單元(120 )封閉。
24.按權利要求23所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述封閉単元(120)包括彈簧加載的閥門元件(124)。
25.按權利要求23或24所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述封閉単元(120’、120”)具有可控的封閉元件(I 34、150)。
全文摘要
渦輪壓縮機，包括壓縮機殼體，在該壓縮機殼體內(nèi)進入的氣體體積流量通過進氣通道輸送給葉輪通道，在葉輪通道內(nèi)通過葉輪被壓縮并從葉輪通道通過排氣通道被排出，并具有設置在壓縮機殼體內(nèi)分布在葉輪通道和進氣通道的外部的流動繞行通道，該流動繞行通道利用在進氣側(cè)的開口通入進氣通道中并利用在葉輪側(cè)的開口通入葉輪通道中并且該流動繞行通道依賴于開口之間的壓差引導繞行體積流量，為了改進渦輪壓縮機以使其可以優(yōu)化地以遠低于為設計點所設置的體積流量運行，提出流動繞行通道從在葉輪側(cè)的開口出發(fā)具有直至在進氣側(cè)的開口擴大的流動橫截面面積。
文檔編號F04D29/42GK102695881SQ201080057550
公開日2012年9月26日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2009年12月16日
發(fā)明者喬爾·科菲·奧多馬克, 漢斯-約阿希姆·林 申請人:德國琵樂風機公司