CN108026935A - 高硬度涡轮机推进器、包括所述推进器的涡轮机及制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了涡轮机推进器(1)，其包括：具有旋转轴线(A‑A)的毂(3)；护罩(13)；在毂(3)和护罩(13)之间的多个叶片(5；5A，5B)；以及多个流导向部(11)，各个流导向部限定在毂(3)、护罩(13)和相邻叶片(5；5A，5B)之间，各个流导向部具有流导向部入口和流导向部出口。各个流导向部(11)从流导向部入口朝向沿径向最内流导向部区段沿径向向内延伸，且从沿径向最内流导向部区段延伸到流导向部出口。

Description

高硬度涡轮机推进器、包括所述推进器的涡轮机及制造方法

技术领域

本公开大体涉及涡轮机及其推进器。本文公开的实施例涉及所谓的带护罩的推进器。

背景技术

径向或混合式涡轮机通常包括布置成在壳中旋转的一个或多个推进器。各个推进器包括毂，毂具有前表面、后表面和其间的侧表面。推进器进一步包括多个叶片，叶片从毂的侧表面上的叶片根部朝向叶片末梢延伸。

带护罩的推进器是已知的，其中叶片布置在毂和外护罩之间，外护罩包围毂且随其旋转。叶片末梢连接到护罩的内表面上。从而限定护罩、毂和成对的相邻叶片之间的流导向部(vane)。护罩改进推进器叶片的硬度。

推进器通常安装在轴上，从而形成涡轮机转子，涡轮机转子布置成在涡轮机的静止壳中旋转。涡轮机转子展示固有频率，也称为共振频率。当固有频率处于或接近扰动频率(诸如转子速度)时，会发生共振振动。旋转机器的临界速度是与旋转机器的固有频率匹配的旋转速度。遇到第一固有频率所处的最低速度称为第一临界速度。随着旋转速度提高，遇到额外的临界速度。当达到固有频率时，机器振动幅度提高。由于高循环疲劳，共振振动可引起失效。

当设计涡轮机转子时，关键方面之一是通过下者来优化其转子动力学：在接近临界速度时降低振动幅度，以及提高转子的硬度，从而提高固有速度，使得运行速度保持低于涡轮机转子的固有速度，且/或转子在加速或减速时安全经过临界速度。

因而想要改进涡轮机转子的硬度，以便改进转子动力学行为。

发明内容

根据一些方面，本文公开的是一种涡轮机推进器，它包括毂、护罩和布置在毂和护罩之间的多个叶片，且具有旋转轴线。涡轮机推进器进一步包括多个流导向部，各个流导向部限定在毂、护罩和相邻叶片之间。各个流导向部具有定位在两个相邻叶片的相应的第一边缘之间的流导向部入口，以及定位在两个相邻叶片的相应的第二边缘之间的流导向部出口。入口表面限定在第一边缘之间，且出口表面限定在第二边缘之间。入口和出口表面可为平坦的几何表面。入口和出口表面分别从所述两个第一边缘和第二边缘中的一个到另一个横跨相应的流导向部。可进一步限定正交于入口表面且从流导向部面向外的向量和正交于出口表面且从流导向部面向外的向量。各个所述向量具有向外定向的向量分量，它正交于推进器的旋转轴线。

本文公开的主题进一步涉及涡轮机推进器，它具有旋转轴线且包括：毂；护罩；布置在毂和护罩之间的多个叶片；多个流导向部，各个流导向部限定在毂、护罩和相邻叶片之间，各个流导向部具有定位在两个相邻叶片的相应的第一边缘之间的流导向部入口，以及定位在两个相邻叶片的相应的第二边缘之间的流导向部出口。各个流导向部从流导向部入口朝向沿径向最内流导向部区段沿径向向内延伸，且从沿径向最内流导向部区段沿径向向外延伸到流导向部出口。

各个流导向部可构造和布置成使得流导向部入口中的流体流具有沿径向向内定向的流速度分量，且流导向部出口中的流体流具有沿径向向外定向的流速度分量。

如从根据本公开的推进器的一些实施例的以下描述将变得明显的那样，流导向部沿径向延伸会使推进器产生更具刚性的整体结构，这对单个推进器以及包括多个堆叠的推进器的转子的共振频率有积极作用。

根据一些实施例，毂包括前盘部分、后盘部分和在其间延伸的中间毂部分。叶片布置在前盘部分和后盘部分之间。中间毂部分具有最小径向尺寸，它小于前盘部分和后盘部分两者的径向尺寸。

护罩可具有最小径向尺寸的一部分，其直径不小于后盘部分和前部盘中的至少一个的直径。照这样，可与毂单元分开来制造护罩，毂单元包括前盘部分、后盘部分、中间毂部分和叶片。可围绕毂单元来安装护罩，且通过例如焊接、胶接、软钎焊或通过任何其他合适的手段将护罩连接到毂单元上。

在一些实施例中，各个叶片可从流导向部的入口延伸到出口。在其他实施例中，叶片可比跨过推进器的流导向部更短。然后各个流导向部可由属于不同组的叶片的按顺序布置的叶片限定。例如，可提供两组按顺序布置的叶片，第一组中的叶片从流导向部入口延伸到流导向部的中间区段，且第二组中的叶片从中间区段延伸到流导向部出口。第一组叶片和第二组叶片可包含相同数量的叶片或不同数量的叶片。例如一个组可包括另一组中的叶片的数量的两倍。

在本文公开的实施例中，至少第一叶片边缘或第二叶片边缘定向成使得其在推进器的子午平面上的投影大致平行于旋转轴线。所述第一叶片边缘和第二叶片边缘中的另一个可定向成使得其在子午平面上的投影与旋转轴线形成介于大约0°和大约60°之间、且优选介于大约0°和大约45°之间、或更优选地介于大约0°和大约30°之间的角。在其他实施例中，第一叶片边缘和第二叶片边缘两者定向成使得其在子午平面上的投影与推进器的旋转轴线形成大约0°、或包括在大约0°和大约60°之间、优选介于大约0°和大约45°之间、且更优选地介于大约0°和大约30°之间的角。

根据另一方面，本文公开的是一种涡轮机，它包括壳和如本文公开的至少第一推进器。在一些实施例中，涡轮机是多级涡轮机，包括多个按顺序布置的推进器，例如它们彼此堆叠，从而形成转子，转子布置成在静止涡轮机壳中旋转。扩散器和返回通道可布置在各对按顺序布置的第一推进器和第二推进器之间，且第二推进器的流导向部入口面向返回通道的出口。

根据又一方面，公开了一种用于制造上面提到的领域的涡轮机推进器的方法，其中在单个增材制造过程中整体地生产毂、叶片和护罩。

在不同的实施例中，制造上面提到的领域的涡轮机推进器的方法可包括以下步骤：

将毂和多个叶片生产为单件，各个叶片从毂处的叶片根部延伸到叶片末梢；

将护罩布置成围绕叶片，且与毂大致同轴；

将护罩连接到叶片末梢上。

在下面公开特征和实施例，且在所附权利要求中进一步阐述它们，所附权利要求形成本描述的组成部分。以上简要描述阐述了本发明的各种实施例的特征，以便可更好地理解以下详细描述，且以便可更好地认识到其对现有技术的贡献。当然，本发明存在其他特征，将在下文描述的本发明的其他特征，且将在所附权利要求中阐述本发明的其他特征。在这方面，在详细解释本发明的若干实施例之前，要理解的是，本发明的各种实施例以其应用不局限于以下描述中阐述或图中示出的构件的结构的细节和布置。本发明能够有其他实施例，且能够用各种方式实践和执行本发明。还要理解的是，本文采用的措施和用语是为了描述的目的且不应理解为限制。

因而，本领域技术人员将认识到，可轻易地使用本公开所基于的概念作为设计用于执行本发明的若干目的的其他结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是认为权利要求包括这样的等效结构，只要它们不偏离本发明的精神和范围。

附图说明

将容易地获得本发明的公开的实施例的更完整的认识和本发明的许多附带优点，因为当结合附图来考虑时，通过参照以下详细描述，它们变得更好理解，其中：

图1示出了根据本公开的推进器的示例性实施例的侧视图；

图2示出了图1的推进器的轴测视图；

图3示出了根据图1的线III-III的前视图；

图4示出了根据图3的线IV-IV的截面；

图5示出了类似于图4的另一个截面视图；

图5A以局部截面视图示出根据本公开的推进器的修改的实施例；

图6示出了根据本公开的推进器的另一个示例性实施例的侧视图；

图7示出了图6的推进器的轴测视图；

图8示出了根据图6的线VIII-VIII的前视图；

图9示出了根据图8的线IX-IX的截面视图；

图10示出了类似于图9的另一个截面视图；

图11示出了根据本公开的推进器的另一个实施例的侧视图；

图12示出了图11的推进器的轴测视图；

图13示出了根据图11的线XIII-XIII的前视图；

图14示出了根据图13的线XIV-XIV的截面视图；

图15示出了类似于图14的截面视图；

图16以侧视图且以预组装状态示出了根据本公开的推进器的另一个示例性实施例；

图17和18示出了图16的推进器的轴测视图；

图19示出了由根据图16-18的三个推进器形成的涡轮机转子，三个推进器组装在一起而形成单个旋转构件；

图20示出了离心压缩机的一部分，离心压缩机包括由根据本公开的推进器形成的转子；

图21示出了组装包括根据本公开的推进器的多级转子的不同方式的截面视图。

具体实施方式

示例性实施例的以下详细描述参照了附图。不同图中的相同参照标号标识相同或相似的元件。另外，图不一定按比例绘制。以下详细描述也不限制本发明。本发明的范围而是由所附权利要求限定。

贯穿说明书对“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”的参照表示，结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。从而，贯穿说明书出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”不一定指示相同的实施例。另外，特定特征、结构或特性可按任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。

如将在本文下文描述的那样，提出了一种新颖的推进器设计，它旨在改进推进器刚性，且从而改进包括一个或多个推进器的涡轮机转子的整体刚性。通过使推进器叶片沿径向和轴向方向延伸，以便将叶片的前边缘和后边缘两者布置在离推进器的旋转轴线一定距离处，来改进刚性。推进器的毂在前端和后端两者处沿径向延伸，以对叶片提供更多支撑。使推进器和转子的整体结构更有刚性，从而改进其转子动力学。

现在参照图1至5，径向涡轮机的推进器1大体包括毂3，毂3具有旋转轴线A-A。毂3具有前端3F、后端3B和在前端3F和后端3B之间延伸的侧表面3S。提供多个叶片5，它们各自从定位在毂3的侧表面3S上的叶片根部延伸且从其突出。

在图1-5的实施例中，各个叶片5包括第一叶片边缘7和第二叶片边缘9。各个叶片5具有相对的压力侧和吸力侧，它们在第一叶片边缘7和第二叶片边缘9之间延伸。在各对邻近的(即，相继或相邻)叶片5之间，限定流导向部11。各个流导向部11进一步由毂3的侧表面3S的一部分和护罩13的内表面的一部分界定，护罩13布置成与毂3同轴且通过叶片5连接到毂3上，各个叶片从定位在毂3的侧表面3S处的相应的叶片根部延伸到定位在护罩13处的相应的叶片末梢。

在运行期间，通过推进器处理的工作流体从流导向部入口到流导向部出口流过流导向部11。如果推进器1是离心机器推进器，例如离心泵推进器或离心压缩机推进器，则第一叶片边缘7是叶片的前边缘，且第二叶片边缘9是叶片的后边缘。通过推进器1处理的流体沿各个流导向部11，从定位在相邻叶片5的第一或前边缘7之间的流导向部入口流到定位在所述相邻叶片5的第二或后边缘9之间的流导向部出口。

在向心机器中，流体流从第二边缘9倒转到第一边缘7。第二边缘9在该情况下是叶片5的前边缘，且第一边缘7是叶片5的后边缘。各个流导向部11具有限定在第二、前边缘9之间的流导向部入口和限定在第一、后边缘7之间的流导向部出口。

现在转到图1至5的示例性实施例，各个叶片5从流导向部入口(前边缘7定位之处)延伸到流导向部出口(后边缘9布置之处)。然而，如将在后面关于另外的示例性实施例所描述的那样，推进器1可设有多个叶片组，例如两个叶片组，一个叶片组从流导向部入口延伸到推进器的中间区段，且另一个叶片组从推进器的中间区段延伸到流导向部出口。

如图4和5中最佳地显示的那样，根据一些实施例，毂3具有前盘部分3X和后盘部分3Y，以及定位在前盘部分3X和后盘部分3Y之间的中间毂部分。叶片5布置在前盘部分3X和后盘部分3Y之间。中间毂部分具有最小径向尺寸Rmin。从而流导向部11具有离推进器1的旋转轴线A-A的可变径向距离。各个流导向部11的最小径向距离定位在中间毂部分中。从最小径向距离开始，各个流导向部朝向界定流导向部11的相应的叶片5的第一边缘7和第二边缘9沿径向向外延伸。

前盘部分3X和后盘部分3Y两者都具有大于毂3的最小径向尺寸Rmin的径向尺寸。在图1至5的示例性实施例中，后盘部分3Y具有大于前盘部分3X的径向尺寸RMED的径向尺寸RMAX。

因此各个流导向部11从前边缘7处的流导向部入口朝向定位在毂3的最小径向尺寸Rmin的部分处的沿径向最内流导向部区段沿径向向内延伸，且从沿径向最内流导向部区段延伸到后边缘9处的流导向部出口。

径向尺寸RMED可大致等于护罩13在推进器入口处的径向尺寸(特别地参见图4)。从而第一叶片边缘7可位于与毂3同轴(即，与推进器1的旋转轴线A-A同轴)的大致柱状表面上。第一叶片边缘7可大致平行于旋转轴线A-A延伸，或它们在子午平面上的投影将平行于旋转轴线A-A，子午平面是包含旋转轴线A-A的平面。

类似地，第二叶片边缘9或后边缘9可布置在与毂3同轴(即，与推进器1的旋转轴线A-A同轴)的大致柱状表面上。第二叶片边缘9可大致平行于旋转轴线A-A延伸，或它们在子午平面上的投影可大致平行于旋转轴线A-A，如在图4和5中显示的那样。

在本文显示的示例性实施例中，第一叶片边缘7和第二叶片边缘9是直线。然而，这不是强制性的。第一叶片边缘7或第二叶片边缘9、或第一叶片边缘7和第二叶片边缘9两者可具有弯曲形状。在该情况下，第一或第二叶片边缘在子午平面上的投影将不是直线。上面提到的叶片边缘投影关于旋转轴线A-A的定向在该情况下可指连接叶片边缘在子午平面上的弯曲投影的端点的直线，端点对应于分别在叶片的根部处和末梢处的边缘的点。

在各个流导向部入口处可限定入口表面。在图1至5中显示的示例性实施例中，由于各个流导向部入口由叶片5的相应的成对的相邻第一边缘7限定，故各个入口表面是横跨所述成对的相邻第一边缘7之间的几何表面。如果第一边缘7是直线，则入口表面是平坦的。在图2中，Vi指定正交于入口表面且从流导向部11向外定向的几何向量。在该实施例中，向量Vi是沿径向定向的，即，它仅仅具有正交于推进器1的旋转轴线A-A且沿径向向外定向的径向分量。向量Vi将称为入口表面向量。

类似地，在流导向部11的相对端处，出口表面可限定为横跨限定相应的流导向部出口的两个相邻第二边缘9之间的几何表面。如果第二边缘9是直线，则出口表面可为平坦的。可限定正交于出口表面且相对于流导向部11向外定向的向量。此向量在图2中示意性地显示且被标示为Vo。向量Vo沿径向定向，即，它仅仅具有正交于推进器1的旋转轴线A-A且沿径向向外定向的径向分量。向量Vo将称为出口表面向量。

如果第一边缘7和/或第二边缘9不是直线，则入口表面和/或出口表面是弯曲而非平坦的。在这种弯曲入口或出口表面的各个点处，可限定切向平面。可对弯曲入口和/或出口表面的各个点限定定向在流导向部11的外侧且正交于切向平面的几何向量。入口表面向量Vi和出口表面向量Vo在该情况下是向外定向的向量(即，相对于相应的流导向部11向外定向的向量)，其分别正交于与入口表面和出口表面的中点相切的平面。这些入口表面向量和出口表面向量再次具有向外定向的径向向量分量，它正交于推进器1的旋转轴线A-A。

如从图4和5的截面视图可认识到的那样，在根据本公开的推进器1中，毂3在其前盘部分3X和后盘部分3Y两者处沿径向方向延伸，从而对叶片5提供更坚固的支撑。推进器1从而获得更硬的结构。与现有技术的离心压缩机不同的是，前边缘7布置在相对于毂3的最小径向尺寸的位置沿径向向外移位的位置上。从而叶片5沿推进器部分延伸，从最小径向毂尺寸朝向推进器入口延伸。叶片根部沿前盘部分3X从毂3的最小径向尺寸(Rmin)的区段沿径向向外延伸。

在图1至5的示例性实施例中，叶片5朝向推进器入口沿径向延伸，使得第一边缘7定位在与毂3同轴的柱状表面上。

当多个推进器1组装而形成转子时，获得更好的转子动力学，这是因为转子结构的改进的刚性。计算已经显示，关于当前转子的固有频率，第一和第二固有频率可实现大约140-150%的提高。对于第三固有频率甚至可获得越过现有技术推进器的更大的大约170-180%的提高。

根据其他实施例，毂3的前盘部分3X的径向尺寸和叶片5沿前盘部分3X的延伸可比图1至5中显示的更小，其中第一边缘7位于与推进器1的旋转轴线A-A同轴的柱状表面上。例如，图5A示出了根据本公开的推进器1的修改的实施例，其中相同参照编号指示已经关于图1至5公开的相同或等效的部件和构件。图5A的推进器1的毂3的前盘部分3X具有径向尺寸RMED，它不大于护罩13的最小内部径向尺寸RS。

在该实施例中，第一叶片边缘7或它们在子午平面上的投影相对于轴向方向(即，相对于推进器1的旋转轴线A-A)倾斜。第一叶片边缘7位于与推进器1的旋转轴线A-A同轴的锥状表面上。在图5A中以参照α指示叶片边缘7在子午平面上的投影相对于轴向方向所形成的角。角α对应于锥状表面(第一叶片边缘7定位在其上)的顶点处的角的一半。在一些实施例中，角α可大于0°且小于大约60°，例如介于大约0°和大约50°之间、优选地介于大约0°和大约45°之间、或更优选地介于大约0°和大约30°之间。在图5A的实施例中，角α为大约30°。

尽管在该情况下，对推进器和由多个这样的推进器彼此堆叠形成的转子的固有频率的改进不那么有效，但可获得更简单的制造，如将在后面更详细地描述的那样。

如图5A中显示的那样，在该示例性实施例中，向外定向的入口表面向量Vi具有第一径向分量Vi1和第二轴向分量Vi2。径向分量Vi1相对于流导向部11向外定向，且正交于推进器1的旋转轴线A-A。出口表面向量Vo在该实施例中仅仅具有径向分量。

在其他实施例中，第二叶片边缘9可定位在锥状表面上，这类似于第一叶片边缘7，从而与推进器1的旋转轴线A-A形成角，角可与上面关于角α所描述的具有相同大小。在该情况下，出口表面向量Vo将具有径向、向外定向的向量分量和轴向分量。

也在图5A的实施例中，类似于图1至5的实施例，且与现有技术的推进器不同的是，推进器1具有前盘部分3X，前盘部分3X具有径向尺寸RMED，径向尺寸RMED大于在毂3的前盘部分3X和后盘部分3Y之间的中间位置上的毂3的最小径向尺寸Rmin。此外，第一叶片边缘7定位在毂3的前盘部分3X和护罩13之间，在离旋转轴线A-A一定径向距离处，使得各个流导向部11的第一部分从相关第一叶片边缘7朝向旋转轴线A-A沿径向向内延伸。第二叶片边缘9以类似于现有技术的推进器的方式布置在护罩13和毂3的后盘部分3Y之间，使得各个流导向部11的沿径向延伸的第二部分设置在毂3的最小径向尺寸的中间位置和第二边缘9之间。

从而，各个流导向部11具有相对端部，它们两者都在其入口以及出口处，端部分别从旋转轴线A-A朝向第一叶片边缘7和第二叶片边缘9沿径向方向延伸。

在离心推进器的情况下，流体从各个流导向部11的在第一叶片边缘7处的入口朝向第二叶片边缘9处的出口流过各个流导向部11，从而以具有沿径向向内定向的速度分量的流方向进入流导向部11，且沿径向方向离开流导向部11。

根据其他实施例，后边缘9可在由旋转轴线A-A限定的轴向方向上倾斜，如在所谓的混合式径向-轴向压缩机中已知的那样。

在向心机器的情况下，诸如向心膨胀器或向心涡轮，流体流倒转，在第二叶片边缘9(在该情况下是前边缘)处进入流导向部11，且在第一叶片边缘7(在该情况下是后边缘)处离开流导向部11。从而流体在流导向部11的最下游部分中以具有径向、向外定向的速度分量的速度流动。各个流导向部11的入口表面在该情况下限定在对应的相邻第二叶片边缘9之间，且入口表面向量是向量Vo，而出口表面限定在相应的第一边缘7之间，且出口表面向量是向量Vi。

在图1至5A的实施例中，推进器1设有单组叶片5，其从第一边缘7到第二边缘9沿整个流径延伸跨过推进器1。可提供中间叶片(未显示)，其在一些或所有流导向部11中延伸其一部分。

在其他实施例中，可提供不同组的叶片，它们各自仅仅跨过推进器1延伸流径的一部分。图6至10示出了用于离心或向心涡轮机的推进器1，其中第一组叶片5A和第二组叶片5B布置在毂3的侧表面3S和护罩13之间。在图6至10的示例性实施例中，第一组叶片5A和第二组叶片5B包含相同数量的叶片。

前盘部分3X的直径RMED小于护罩13的最小内部直径，但大于毂3的最小直径Rmin。在其他实施例中，直径RMED可大于护罩13的最小内部直径，如图1-5中示出的那样。

第一组叶片中的各个叶片5A从相应的流导向部11的入口处的第一边缘7(在离心涡轮机的情况下)延伸到沿流导向部11定位在中间位置上的中间第二边缘9A。类似地，第二组叶片中的各个叶片5B从沿流导向部11处于中间位置的中间边缘7A延伸到流导向部11的出口处的第二边缘9。

类似于图1至5A的实施例，各个流导向部11在推进器1的入口和出口处具有端部，其中流体流具有径向速度分量。在向心涡轮机的情况下，各个流导向部11的入口定位在叶片5A的相应的第一边缘7处，且流导向部11具有限定在相邻叶片5A之间的第一部分，其中工作流体流具有向心速度分量。在定位在叶片5B的第二边缘9处的出口处，流导向部11具有限定在相邻叶片5B之间的最终部分，其中工作流体流具有离心速度分量。

相反，在向心涡轮机的情况下，流导向部11的入口定位在叶片5B的第二边缘9处，且流导向部11具有由叶片5B限定的第一部分，其中工作流体流具有向心速度分量。在定位在叶片5A的第一边缘7处的出口处，流导向部11具有由叶片5A限定的最终部分，其中工作流体流具有离心速度分量。

在图6至10的实施例中，可用与上面关于图2所描述的完全相同的方式标识入口和出口表面以及正交于其的相关入口表面向量Vi和出口表面向量Vo。更具体地，参照图6和7，可限定横跨两个相邻第一边缘7之间的平坦入口表面。还可对各个流导向部入口标识几何入口表面向量Vi，它正交于入口表面且相对于流导向部11向外定向。由于在图6至10的实施例中，第一边缘7定位在与推进器1的旋转轴线A-A同轴的锥状表面上，所以入口表面向量Vi具有径向分量Vi1和轴向分量Vi2。径向分量Vi1从流导向部11沿径向向外定向且正交于推进器1的旋转轴线A-A。

类似地，仍然参照图6和7，在流导向部11的相对端处，出口表面可限定成横跨两个相邻第二边缘9之间的几何表面，从而限定相应的流导向部出口。如果第二边缘9是直线，则出口表面可为平坦的。可限定正交于出口表面且相对于流导向部11向外定向的出口表面向量Vo，从而在该实施例中仅仅具有正交于推进器1的旋转轴线A-A的径向、向外定向的分量。

如前面已经提及的那样，如果入口和/或出口表面不是平坦的，则入口表面向量和出口表面向量可相对于分别与入口表面和出口表面在其中心点处相切的平面限定。

图11-15示出了根据本公开的推进器1的另一个实施例。相同参照标号指定相同或等效的构件和部件，如已经在图1至10中公开的那样。在该实施例中，前盘部分3X的径向尺寸RMED与其前端处的护罩13的外部径向尺寸相同，且叶片边缘7定位在柱状表面上。根据其他实施例(未显示)，半径RMED可更小，且叶片边缘7可定位在锥状表面上，如图5A和6-10中显示的那样。

类似于图6-10的实施例，图11-15的推进器1具有两组叶片5A,5B。然而，与前面描述的实施例不同的是，两组叶片具有不同数量的叶片。更具体地，在图11-15的推进器中，第一组叶片5A比第二组叶片5B具有更少数量的叶片。

也在图11-15的实施例中，分别在各个流导向部入口和出口处可标识入口和出口表面，入口和出口表面具有正交于其的相应的入口表面向量和出口表面向量，相对于流导向部11面向外，这以与关于图1至10所描述的向量Vi和Vo很相同的方式。这些向量各自具有沿径向定向(即，正交于推进器1的旋转轴线A-A)且相对于流导向部11向外定向的向量分量。

涡轮机可包括单个推进器1。然而，如果在多级涡轮机中使用，其中多个推进器1组装而形成转子，则上面描述的推进器结构是特别有利的。

根据一些实施例，推进器1可在旋转轴上键合，且由此受支撑而旋转。

在其他实施例中，推进器可直接彼此联接而形成堆叠。在一些实施例中，不提供轴，且推进器本身就形成轴向支撑结构。

推进器可彼此堆叠，且例如通过软钎焊、焊接或硬钎焊而扭转地彼此联接。在其他实施例中，可通过机械联接，诸如借助于Hirth联接，使推进器扭转地联接。

例如可借助于增材制造方法来制造各个推进器1。从而可通过使成连续层的金属粉末沉积来将毂3、叶片5,5A,5B和护罩13制造成整体构件。借助于能量源，诸如电子束源或激光束源，根据对应于推进器的对应截面的型式，使各个金属粉末层熔化。成连续层的部分地熔化的金属粉末在单个整体成品推进器中固化。

根据其他实施例，可通过研磨或其他机械加工过程来制造推进器1。

在一些实施例中，毂3和在一侧上的叶片5,5A,5B和在另一侧上的护罩13可单独地制造且之后组装。护罩13在该情况下必须安装成与包括毂3和叶片5;5A,5B的单元同轴。这要求毂3的前盘部分3X具有小于护罩13的最小内部直径尺寸的直径尺寸，如在图5A、6-10中以示例的方式示出的那样。然后例如通过软钎焊或焊接沿叶片末梢将护罩13连接到叶片5上。可借助于任何合适的过程，例如通过增材制造，或通过研磨，或任何其他切削方法，来制造护罩13和毂和叶片单元3,5,5A,5B中的各个。

图16至18示出了根据本公开的推进器1的另一个实施例。推进器1由两个推进器区段1A,1B形成。在图16至18中，显示了两个推进器区段1A,1B处于拆开状态。例如可通过焊接、软钎焊或硬钎焊，或用任何其他合适的方式，组装推进器区段1A,1B。在一些实施例中，多个推进器1的推进器区段1A,1B堆叠，且借助于设在堆叠的推进器区段1A,1B之间的相互接触的表面处的中心轴和前齿轮连接(例如Hirth齿轮连接)来扭转地且轴向地彼此联接。

一旦组装好，由两个推进器区段1A,1B形成的推进器1与图11-15的推进器1大致相同，且包括具有前盘部分3X和后盘部分3Y的毂3。提供了两组叶片5A,5B。成组的叶片5A在第一推进器区段1A上形成，而成组的叶片5B在第二推进器区段1B上形成。在图16至18中示出的实施例中，第一组叶片5A包括第二组叶片5B的一半数量的叶片。在其他实施例中，在两组叶片5A,5B中可提供相同数量的叶片。

在图17中，显示了入口表面向量Vi和出口表面向量Vo，它们具有正交于旋转轴线A-A的径向方向且从流导向部11面向外。

图19示出了由成组的三个推进器1形成的转子31的示例性实施例，推进器彼此连接且与旋转轴线A-A同轴。各个推进器1构造成图11-18的推进器。应当理解的是，根据图1-10的实施例的推进器1可按很相同的方式组装而形成转子31。

相邻推进器1在由面对面的一个推进器的后盘部分3Y和另一个推进器的前盘部分3X形成的界面处联接。转子在相邻推进器的界面处的大截面，使得转子31比现有技术的转子更硬。

可安装转子31以使其在涡轮机41的静止壳43中旋转，如图20中示意性地显示的那样。静止壳43包含隔膜45，从而形成涡轮机41的静止构件。扩散器47和返回通道49由涡轮机41的隔膜45形成。可用与现有技术的机器中很相同的方式设计扩散器和返回通道，以及涡轮机41的入口和出口歧管，以及它们的其他构件。返回通道49设有布置在其中的静止返回通道叶片。如图20中显示的那样，各个返回通道叶片具有前边缘49L和后边缘49T。返回通道叶片的后边缘49T面向后面的推进器1的第一叶片边缘7，使得推进器1的布置在返回通道49下游的流导向部入口面向返回通道叶片的后边缘49T。

虽然在上面描述的实施例中，转子31的各个推进器1由单个元件形成，或由彼此组装的两个或更多个元件形成，但在其他实施例中，转子31可包括转子区段，各个转子区段可部分地属于第一推进器且部分地属于第二推进器，第一和第二推进器沿被转子处理的流体流的方向布置在彼此的后面。图21示出了此类构造，其中显示了转子区段彼此是分开，即，在组装转子31之前。

在图21的示例性实施例中，示出了包括三个推进器1的转子31。然而应理解的是，可提供不同数量的推进器1。转子31由标为51,53,55,57的四个转子区段形成。两个中间转子区段53,55大致彼此类似。

第一转子区段51大致构造成图16-18的推进器区段1A。最后一个转子区段57大致构造成图16-18的推进器区段1B。两个中间区段53,55中的每一个分别由推进器区段1B和推进器区段1A形成。转子区段51,53,55,57彼此联接，从而形成转子31。例如可通过焊接来获得联接。在其他实施例中，转子区段51,53,55,57可彼此堆叠，且借助于中心轴(未显示)沿轴向锁定。可通过前齿轮连接(诸如Hirth联接的Hirth齿轮连接)来获得转子区段之间的扭转连接。

虽然已经在图中显示了本文描述的主题的公开的实施例，且在上面关于若干示例性实施例特别且详细地完整描述了公开的实施例，但对本领域普通技术人员将明显的是，在实质上不偏离本文阐述的新颖教导、原理和概念，以及所附权利要求中叙述的主题的优点的情况下，许多修改、改变和省略是可行的。因此，公开的创新的恰当范围应当仅仅由所附权利要求的最宽解释决定，以便包含所有这样的修改、改变和省略。另外，任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据备选实施例而改变或重新排序。

Claims (17)

1.一种具有旋转轴线(A-A)的涡轮机推进器(1)，包括：

毂(3)；

护罩(13)；

多个叶片(5；5A，5B)，其布置在所述毂(3)和所述护罩(13)之间；

多个流导向部(11)，各个流导向部限定在所述毂(3)、所述护罩(13)和相邻叶片(5；5A，5B)之间；其中各个流导向部(11)具有定位在两个相邻叶片(5；5A，5B)的相应的第一边缘(7)之间的流导向部入口，以及定位在两个相邻叶片(5；5A，5B)的相应的第二边缘(9)之间的流导向部出口；以及其中入口表面限定在所述第一边缘(7)之间，且出口表面限定在所述第二边缘(9)之间；

其中正交于所述入口表面且相对于所述流导向部(11)向外定向的入口表面向量(Vi)具有正交于所述旋转轴线(A-A)的向外定向的向量分量(Vi；Vi1)；以及其中正交于所述出口表面且相对于所述流导向部(11)向外定向的出口表面向量(Vo)具有正交于所述旋转轴线(A-A)的向外定向的向量分量(Vo；Vo1)。

2.根据权利要求1所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于，各个流导向部(11)构造和布置成使得所述流导向部入口处的流体流具有沿径向向内定向的流速度分量，且所述流导向部出口中的流体流具有沿径向向外定向的流速度分量。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于：所述毂(3)包括前盘部分(3X)、后盘部分(3Y)和在其间延伸的中间毂部分；所述中间毂部分具有小于所述前盘部分(3X)和所述后盘部分(3Y)的径向尺寸的最小径向尺寸(Rmin)；且所述叶片(5；5A，5B)布置在所述前盘部分(3X)和所述后盘部分(3Y)之间。

4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于，各个流导向部(11)在所述前盘部分(3X)和所述护罩(13)之间延伸超过所述中间毂部分。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于，各个流导向部(11)在所述后盘部分(3Y)和所述护罩(13)之间延伸超过所述中间毂部分。

6.根据权利要求3、权利要求4或权利要求5所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于，所述护罩(13)具有最小径向尺寸(RS)的一部分，以及其中所述后盘部分(3Y)和前盘部分(3X)中的至少一个的径向尺寸(RMED)不大于所述护罩(13)的最小径向尺寸(RS)。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于，所述流导向部入口处的所述第一叶片边缘(7)定向成使得其在所述推进器的子午平面上的投影与所述旋转轴线(A-A)的方向形成介于大约0°和大约60°之间、优选介于大约0°和大约45°之间、且更优选地介于大约0°和大约30°之间的角；以及其中所述流导向部出口处的所述第二叶片边缘(9)定向成使得其在子午平面上的投影与所述旋转轴线(A-A)的方向形成介于大约0°和大约60°之间、优选介于大约0°和大约45°之间、且更优选地介于大约0°和大约30°之间的角。

8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于，所述叶片(5)从流导向部入口延伸到所述流导向部出口。

9.根据权利要求1至权利要求7中的一项或多项所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于，第一组叶片(5A)各自从所述流导向部入口处的相应的第一边缘(7)延伸到沿所述流导向部(11)定位在中间位置的相应的中间第二边缘(9A)；以及其中第二组叶片(5B)各自从沿所述流导向部的相应的中间第一边缘(7A)延伸到所述流导向部出口处的第二边缘(9)。

10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机推进器(1)，其特征在于，所述涡轮机推进器(1)包括第一推进器区段(1A)和第二推进器区段(1B)，它们彼此扭转地且轴向地联接；所述第一推进器区段(1A)和所述第二推进器区段(1B)中的一个包括所述流导向部入口，且所述第一推进器区段(1A)和所述第二推进器区段(1B)中的另一个包括所述流导向部出口。

11.一种涡轮机(41)，包括壳(43)和根据前述权利要求中的一项或多项所述的至少第一推进器(1)，所述第一推进器(1)在所述壳(43)中受支撑而旋转。

12.根据权利要求11所述的涡轮机(41)，其特征在于，所述涡轮机(41)进一步包括根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的至少第二推进器(1)，所述第二推进器(1)在所述壳(43)中受支撑而旋转，且布置成与所述第一推进器(1)串联。

13.根据权利要求12所述的涡轮机(41)，其特征在于，扩散器(47)和返回通道(49)布置在所述第一推进器(1)和所述第二推进器(1)之间；其中所述返回通道(49)设有静止返回通道叶片，它们各自具有前边缘(49L)和后边缘(49T)；以及其中所述第二推进器(1)的流导向部入口面向所述返回通道叶片的后边缘(49T)。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的涡轮机(41)，其特征在于，所述第一推进器和所述第二推进器由按顺序布置的推进器区段(51，53，55，57)形成，所述推进器区段中的至少一个形成所述第一推进器的一部分和所述第二推进器的一部分。

15.一种用于制造根据权利要求1至权利要求10中的一项或多项所述的涡轮机推进器(1)的方法，其中利用增材制造过程整体地生产毂(3)、叶片(5；5A，5B)和护罩(13)。

16.一种制造根据权利要求1至权利要10中的一项或多项所述的涡轮机推进器的方法，包括以下步骤：

将毂(3)和多个叶片(5；5A，5B)生产为单件，各个叶片(5；5A，5B)从所述毂(3)处的叶片根部延伸到叶片末梢；

将单独地制造的护罩(13)布置成围绕所述叶片(5；5A，5B)且与所述毂(3)大致同轴；

使所述护罩(13)连接至叶片末梢。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过材料研磨从单件制造所述毂(3)和所述叶片(5；5A，5B)。