CN108457896A - 具有支撑件的压缩机叶轮 - Google Patents

具有支撑件的压缩机叶轮 Download PDF

Info

Publication number
CN108457896A
CN108457896A CN201810153941.7A CN201810153941A CN108457896A CN 108457896 A CN108457896 A CN 108457896A CN 201810153941 A CN201810153941 A CN 201810153941A CN 108457896 A CN108457896 A CN 108457896A
Authority
CN
China
Prior art keywords
support element
compressor impeller
thickness
main body
face
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810153941.7A
Other languages
English (en)
Inventor
K·尼克松
T·帕尔默-怀特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Inc
Original Assignee
BorgWarner Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BorgWarner Inc filed Critical BorgWarner Inc
Publication of CN108457896A publication Critical patent/CN108457896A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/266—Rotors specially for elastic fluids mounting compressor rotors on shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • F01D5/048—Form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05B2280/6003—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

在本公开的一个方面中，公开了一种压缩机叶轮，其包括主体、多个叶片以及一个或多个支撑件。例如，支撑件为压缩机叶轮增加强度并且可以被配置为肋部。主体具有可包括叶片的第一面(例如外面或前面)以及可包括支撑件的第二面(例如内面或后面)。支撑件可以包括在压缩机叶轮的旋转方向中向前弯曲的弧形构造。

Description

具有支撑件的压缩机叶轮
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月22日提交的美国临时专利申请序列号62/462,070的权益和优先权，其全部内容通过引用结合于此。
背景技术
在强制引入装置(例如用于内燃机的涡轮增压器或超级增压器)中的压缩机叶轮以高速率(例如，高达每秒200,000rpm)加速并且在高速(例如，高达300,000rpm)下以稳定状态旋转，这可使压缩机叶轮承受高应力。例如，在加速期间，当转矩从驱动轴径向向外传递通过压缩机叶轮时，叶轮可能承受较高的扭转载荷以及由此较高的应力(例如剪切应力)。更具体地，当压缩机叶轮的内部区域在外部区域之前移动时，应力(即剪切应力)产生，并且当转矩径向向外传递时构建在包括压缩机的材料中。
传统的压缩机叶轮通常由金属材料制成并且具有实心主体，其中金属材料在轴向方向中从第一面(例如，外面或前面)连续地延伸到第二面(例如，内面或后面)。在已知的压缩机叶轮中，第一(外)面通常是弯曲的并且包括多个叶片，而第二(内)面通常是平面的和/或轴向远离第一面延伸。这种构造(即材料和结构)允许传统的压缩机叶轮在加速期间分配和管理扭转载荷和应力。
包括复合材料(例如，由复合材料形成的)压缩机叶轮可以提供优于金属压缩机叶轮的各种优点，诸如例如减小的质量和减小的惯性矩，这可以便于更快的响应和/或允许减小马达尺寸(例如，在电动马达驱动的强制引入装置中)。然而，复合压缩机叶轮可能承受不同强度的考虑。本公开通过提供复合压缩机叶轮来解决该问题，该复合压缩机叶轮包括加强支撑件以增加结构刚度以及复合压缩机叶轮承受加速期间产生的扭转载荷和应力的能力。
发明内容
在本公开的一个方面中，公开了一种压缩机叶轮，其包括主体、多个叶片以及一个或多个支撑件。例如，支撑件为压缩机叶轮增加强度并且可以被配置为肋部。主体具有可包括叶片的第一面(例如外面或前面)以及可包括支撑件的第二面(例如内面或后面)。支撑件可以包括在压缩机叶轮的旋转方向中向前弯曲的弧形构造。
在某些实施例中，主体、叶片和支撑件可以一体地形成。例如，主体、叶片和支撑件可以由复合材料(例如玻璃填充尼龙)注射成型。
在某些实施例中，叶片可具有从中间区域增加到分别从中间区域径向向内和向外间隔开的内部和外部区域的宽度。
在某些实施例中，叶片可具有基本上恒定的宽度(例如，在其大部分径向长度上)。
在某些实施例中，支撑件可以在轴向方向中朝向主体的后面的后表面移动的厚度上增加。
在某些实施例中，支撑件可以具有到主体的后面的倒角过渡部，其可以在其大部分径向长度上具有基本上恒定的半径。
在某些实施例中，每个支撑件的径向内端可相对于轴线偏移。
在某些实施例中，压缩机叶轮可包括具有轴联接件的轮毂，该轴联接件从主体的后面径向向后突出。
在某些实施例中，轮毂和轴联接件可以与主体一体地形成。
在某些实施例中，每个支撑件的后缘可以与轮毂切向定位。
在某些实施例中，轮毂的端部可以具有限定与旋转轴线垂直地横跨轮毂延伸的最小径向尺寸的直径。
在某些实施例中，每个支撑件的后缘可以与由轮毂的端部限定的直径切向地定位。
在某些实施例中，每个支撑件的前缘可以与相邻支撑件的后缘相交。
在某些实施例中，轮毂的直径可以与一个或多个支撑件的前缘和一个或多个支撑件的后缘相交。
在某些实施例中，前缘可以相对于轴线偏移。
在某些实施例中，每个支撑件的前缘和后缘可以与轮毂切向地但是在相反的方向中定位。
在某些实施例中，叶片可在与支撑件的曲率方向相反的方向中弯曲。
在某些实施例中，主体可以在其后表面上包括位于相邻支撑件之间的一个或多个空腔。
在某些实施例中，压缩机叶轮可结合到诸如排气驱动涡轮增压器的强制引入装置中。
在本公开的另一方面中，公开了一种压缩机叶轮，该压缩机叶轮包括具有相对的第一面和第二面的主体，以及被配置和设定尺寸为用于与轴机械连接以便于压缩机叶轮围绕旋转轴线旋转的轮毂。压缩机叶轮还包括在主体的第一面上包括并从轮毂径向向外延伸的多个叶片，以及在主体的第二面上包括的多个支撑件。
每个支撑件包括邻近轮毂定位的第一端以及与第一端径向间隔开的相对的第二端(即，在某些实施例中，支撑件可从轮毂径向向外延伸)。支撑件被配置和设定尺寸为在加速期间横跨压缩机叶轮的主体径向向外传递转矩以减少主体中的应力。
在某些实施例中，主体、叶片和支撑件可以一体地形成。
在某些实施例中，压缩机叶轮可以由复合材料(例如玻璃填充尼龙)形成。
在某些实施例中，支撑件中的每一个可以包括邻近轮毂定位的第一端以及与第一端径向间隔开的相对的第二端。在这种实施例中，支撑件中的每一个可以是弧形构造并且可以从第一端到第二端弯曲。例如，支撑件可以对应于压缩机叶轮的旋转方向从第一端到第二端弯曲。
在某些实施例中，叶片可以包括弧形构造，并且可以在与支撑件相反的方向中弯曲。
在某些实施例中，支撑件可各自限定相对于旋转轴线正交延伸的厚度。厚度可以在支撑件的第一端和第二端之间恒定或可变。例如，支撑件可以各自包括邻近支撑件的第一端的第一部分、邻近支撑件的第二端的第二部分，以及位于第一部分和第二部分之间的中间部分，其中第一部分限定第一厚度，第二部分限定第二厚度，并且第三部分限定小于第一厚度和第二厚度的第三厚度。
在某些实施例中，支撑件可各自限定与旋转轴线相交的中心线。然而，可替代地，支撑件可以各自限定偏离旋转轴线的中心线，由此支撑件从轮毂切向延伸。
在某些实施例中，支撑件可各自包括与旋转轴线间隔开第一径向距离的前缘以及与旋转轴线间隔开小于第一径向距离的第二径向距离的后缘。
在某些实施例中，支撑件可以被配置、设定尺寸和定位成使得每个支撑件的前缘与相邻支撑件的后缘相交。
在本公开的另一方面中，公开了一种压缩机叶轮，其包括具有相对的第一面和第二面(例如，外面/前面和内面/后面)的主体、在第一面上包括的多个叶片，以及在第二面上包括的多个支撑件。
压缩机叶轮的主体还包括轮毂，该轮毂被配置和设定尺寸为用于与轴机械连接，以便于压缩机叶轮围绕旋转轴线旋转。
在某些实施例中，叶片可从轮毂径向向外延伸并且可在第一方向(例如，对应于压缩机叶轮的旋转方向)中弯曲，而支撑件可从轮毂径向向外延伸并且可以在与第一方向相反的第二方向中弯曲。
支撑件中的每一个限定相对于旋转轴线正交延伸的厚度。在某些实施例中，每个支撑件的厚度在其第一端和第二端之间可以是恒定的。然而，可替代地，每个支撑件的厚度可以变化。例如，在某些实施例中，支撑件可各自包括邻近支撑件的第一端的第一部分、邻近支撑件的相对的第二端的第二部分，以及在第一部分和第二部分之间定位的中间部分，其中第一部分限定第一厚度，第二部分限定第二厚度，并且第三部分限定小于第一厚度和第二厚度的第三厚度。
在本公开的另一方面中，公开了一种压缩机叶轮，其包括具有相对的第一面和第二面(例如，外面/前面和内面/后面)的主体、在第一面上包括的多个叶片，以及在第二面上包括的多个支撑件。
压缩机叶轮的主体还包括轮毂，该轮毂被配置和设定尺寸为用于与轴机械连接，以便于压缩机叶轮围绕旋转轴线旋转。
在某些实施例中，支撑件中的每一个可以限定偏离旋转轴线的中心线，由此支撑件从轮毂切向地延伸。
在某些实施例中，支撑件可各自包括与旋转轴线间隔开第一径向距离的前缘以及与旋转轴线间隔开小于第一径向距离的第二径向距离的后缘。在这种实施例中，每个支撑件的前缘可以与相邻支撑件的后缘相交。
附图说明
专利或申请文件包含以彩色执行的至少一个图。具有彩色图的本专利或专利申请出版物的副本将由事务所根据要求提供并支付必要的费用。本文的描述参考了附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部分，并且在附图中：
图1是强制引入装置的局部横截面图。
图2是图1的强制引入装置的压缩机叶轮的实施例的后视透视图。
图3是图2的压缩机叶轮的前视透视图。
图4是图2中所示的压缩机叶轮的示意性后视平面图。
图5是沿图4中的线5-5截取的压缩机叶轮的横截面图。
图6是沿图4中的线6-6截取的压缩机叶轮的横截面图。
图7是沿图4中的线7-7截取的压缩机叶轮的横截面图。
图8是图2中看到的压缩机叶轮的替代实施例的前视透视图。
图9是图2中看到的压缩机叶轮的替代实施例的后视透视图。
图10是图2中看到的压缩机叶轮的另一个实施例的后视透视图。
图11A、图11B和图11C是分别在图3、图9和图10中所示的压缩机叶轮的后视透视图，其分别描绘了在加速条件期间压缩机叶轮中的应力。
图12A、图12B和图12C是分别在图3、图9和图10中所示的压缩机叶轮的后视透视图，其分别描绘了在稳定状态条件期间压缩机叶轮中的应力。
图13A、图13B和图13C是分别在图3、图9和图10中所示的压缩机叶轮的后视透视图，其分别描绘了在稳定状态条件期间压缩机叶轮的位移。
具体实施方式
本公开描述了一种用于诸如涡轮增压器或超级增压器的强制引入装置中的压缩机叶轮，该压缩机叶轮可以由诸如聚合物和/或复合材料的非金属材料形成。目前公开的压缩机叶轮被配置和设定尺寸为分布和/或以其它方式管理在加速期间产生的扭转载荷和应力。更具体地，压缩机叶轮包括加强支撑件，该加强支撑件被配置和设定尺寸为诸如例如经由加速期间的压缩径向传递转矩通过压缩机叶轮，来减小应力。加强支撑件在构造上可以是弯曲的和/或线性的，并且可以便于压缩机叶轮在其外部的径向生长的均匀性。
参考图1-7，示出了包括壳体140和位于壳体140内的压缩机叶轮210的强制引入装置100。在使用中，强制引入装置100可以被配置为车辆的动力系的一部分并且可以布置成将压缩空气供应到动力系的内燃机。压缩机叶轮210可以通过连接到任何合适的驱动源或与任何合适的驱动源连通而被致动(即旋转)。例如，压缩机叶轮210可以被配置和设定尺寸以连接到电动马达。另外地或可替代地，可以设想，压缩机叶轮210可以被配置、设定尺寸并定位成经由来自发动机的排气(例如，在涡轮增压器的情况下)或经由来自发动机的机械动力传递(例如，在超级增压器的情况下)而用于旋转。
压缩机叶轮210可以由任何合适的材料形成，诸如例如聚合物、诸如玻璃填充尼龙的复合材料和/或其它非金属材料。在某些实施例中，可以设想，压缩机叶轮210可以是结构单一的，并且压缩机叶轮210可以例如通过成型过程(诸如注射或嵌入成型)形成。
压缩机叶轮210包括具有第一(外/前)面214和第二(内/后)面216的主体212(图2、图3)。主体212包括轮毂217，该轮毂217便于连接到驱动轴152(图1)，使得压缩机叶轮210能够经由连接到前述驱动源或与前述驱动源连通而围绕旋转轴线212a(图2)旋转。在所示实施例中，例如，轮毂217包括与主体212一体形成的轴联接件218，其包含接合结构219。在图2和图3中可见的实施例中，例如，接合结构219包括共同限定大致十字形构造的圆形孔219a和一系列凹部219b。然而，应该认识到，在本公开的替代实施例中，接合结构219的具体构造和部件可以在本公开的替代实施例中改变。例如，可以设想，接合结构219可以包括六边形横截面构造。另外地或可替代地，接合结构219可以包括适合于将驱动轴152连接到压缩机叶轮210以便以本文所述的方式旋转的预期目的的任何结构，诸如例如肋部、掣子等。
轮毂217相对于主体212的内表面216a和外表面216b轴向延伸，以便限定具有横向横截面尺寸(例如，直径)的相应的内表面217a和外表面217b，所述横向横截面尺寸以正交关系延伸到旋转轴线212a。尽管示为在所示实施例中包括大致圆柱形构造，由此轮毂217限定圆形横截面，但可以设想轮毂217可以采用替代的几何构造。例如，可以设想，轮毂217在构造上可以是大致截头圆锥形的。
虽然接合结构219被示出和描述为在图1-7中所示的实施例中与轮毂217一体地形成，但是在替代实施例中，接合结构219可以设置在单独的插入件上，该插入件被配置和设定尺寸为用于由轮毂217接收。例如，参考图8，公开了插入件219c，其可定位在由轮毂217限定的开口217c内。插入件219c包括一系列突起219d，该突起219d被配置和设定尺寸为与由轮毂217限定的相应突起217d接合。在这种实施例中，可以设想，插入件219c和轮毂217可以以任何合适的方式连接，诸如例如经由压配接合、焊接等连接，并且轮毂217和插入件219c可以包括任何合适的横截面几何形状，例如正方形、六边形、扁平面等。
可以设想，插入件219c可以由与轮毂217和压缩机叶轮210相同的材料形成，或者轮毂217和插入件219c可以由不同的材料形成。例如，轮毂217可以由诸如玻璃填充尼龙的非金属材料形成，而插入件219c可以由诸如铝、钢等的金属材料形成。
可以设想，插入件219c可以用作压缩限制器以减少或消除轮毂217上的载荷。另外，可以设想，插入件219c可以通过减小轮毂217上的孔应力来增加可实现的尖端速度。
再次参考图1-7，主体212的外面214包括(例如，限定或形成)外表面216a(图3)，并且通常在构造上是凸形。外面214包括从外表面214a向外延伸的多个叶片220。例如，叶片220被配置和设定尺寸为从进气口(未示出)吸取空气并压缩空气，使得空气以高压从出口(未示出)排出，用于强制进入内燃机。可以设想，多个叶片220可以与主体212一体地形成(例如，作为成型过程的一部分)，并且因此叶片220和主体212可以由相同的材料形成。可替代地，可以设想，叶片220可以与主体212分开地形成并诸如例如经由焊接附接到其上。在这种实施例中，主体212和叶片220可以由相同或不同的材料形成。
在某些实施例中，叶片220可以包括例如如图3中所示的弯曲构造。更具体地，可以设想，叶片220的曲率可以与由箭头1指示的压缩机叶轮210的旋转方向相反，或者叶片220的曲率可以被配置为与压缩机叶轮210的旋转方向相对应。
主体212的内面216包括(例如，限定或形成)内表面216b，并且接近/相交于主体212的外表面214外周边215。内面216通常在构造上为凹形，并且包括一个或多个支撑件222以及一个或多个凹部224。凹部224在相邻支撑件222之间延伸并且由内表面216a、轮毂217和支撑件222共同限定。在某些实施例中，可以设想，凹部224可以减小总体壁厚并且因此减小主体212的总体重量，和/或凹部224可以定位成增加主体212的壁厚的一致性，这在使用注射成型工艺形成压缩机叶轮210方面可能是有利的。如上所述，与许多已知的传统压缩机叶轮所利用的实心设计相比，凹部224因此可使主体212“中空”。
支撑件222被构造、设定尺寸并且定位成横跨压缩机叶轮210的主体212径向向外传递转矩，以便减少加速期间主体212中的应力。尽管在所示实施例中配置为多个肋部，但支撑件222可采用适合于以本文所述方式径向向外传递转矩的预期目的的任何构造，诸如例如支柱、支架、壁等。
可以设想，如图2和图3中所示，支撑件222可以与主体212一体地形成(例如，作为成型过程的一部分)，并且因此支撑件222和主体212可以由相同的材料形成。可替代地，可以设想，支撑件222可以与主体212分开形成并诸如例如经由焊接附接到其上。在这种实施例中，可以设想，主体212和支撑件222可以由相同或不同的材料形成。如图2和图3中可见，与主体212一体地形成支撑件222消除了轮毂217与支撑件222之间的任何物理分割，由此轮毂217的横向横截面尺寸(例如直径)充当将轮毂217与支撑件222分开的假想分界线。
支撑件222中的每一个各自包括与轮毂217相邻定位(例如，联接到轮毂或与其一体形成)的第一端222a和与第一端222a径向间隔开的第二端222b。可以设想，例如如图2中所示，支撑件222的端部222b可以延伸到压缩机叶轮210的外部/周边区域中，或者可替代地，端部222b可以延伸到主体212的外周边215。支撑件222各自限定与旋转轴线212a间隔开第一径向距离R1(图4)的第一边缘222c(例如内缘或前缘)，与旋转轴线212a间隔开大于第一距离的第二径向距离R2的第二边缘222d(例如外缘或前缘)，以及与第一边缘222c和第二边缘222d等距定位的中心线222e。
如图2中所示，例如，可以设想，支撑件222可以横跨内面216均匀间隔开。例如，压缩机叶轮210可以包括以90度间隔间隔开的四个支撑件222。然而，在替代实施例中，在压缩机叶轮210上包括的支撑件222的数量可以变化。例如，压缩机叶轮210可以包括以120度间隔间隔开的三个支撑件222，以72度间隔间隔开的五个支撑件222等。
在一个实施例中，例如如图2中所示，支撑件222可以包括弯曲构造。更具体地，可以设想，支撑件222可以在图2中的箭头1所示的压缩机叶轮210的旋转方向中弯曲，或者可替代地，支撑件222可以在与压缩机叶轮210的旋转方向相反的方向中弯曲。可以设想，支撑件222的曲率可以被选择为便于在压缩机叶轮210的加速期间径向向外传递转矩作为沿着支撑件222的压缩载荷。如可以通过参考图2和3所理解的，可以设想由支撑件222限定的曲率可以与由叶片220限定的曲率相反。
可以设想，支撑件222的构造、尺寸和位置可以在压缩机叶轮210的替代实施例中变化。例如，基于压缩机叶轮210的期望性能和/或在操作期间由压缩机叶轮210经受的载荷/应力，支撑件222的曲率、横截面形状和/或位置可以变化。具体地，支撑件222的曲率可以变化，使得在加速期间，支撑件222主要被加载压缩并且最小化任何弯曲载荷或力矩。还可以选择支撑件222的曲率以抑制或防止从邻近压缩机叶轮210的内面216定位的轴承吸取润滑剂(例如油或油脂)(例如，通过在第二面216上产生小的正压力)。
如图2中所示，可以设想，支撑件222可以限定在端部222a、222b之间变化的厚度T。例如，支撑件222可以各自包括与限定第一厚度Ta的端部222a相邻的第一部分223a，与限定第二厚度Tb的端部222b相邻的第二部分223b，以及在限定第三厚度Tc的部分223a、223b之间定位的一个或多个中间部分223c。在图2中所示的特定实施例中，例如，支撑件222被配置和设定尺寸为使得厚度Ta大于厚度Tb，由此支撑件222变宽以限定邻近轮毂217但小于厚度Tc的倒角。然而，应该理解，在替代实施例中，可以更改或改变厚度Ta、Tb、Tc以实现任何期望的效果，或者根据需要对压缩机叶轮210施加结构支撑。例如，厚度Ta、Tb、Tc可以彼此等同，厚度Ta可以超过厚度Tc等。可以设想，增加与端部222b相邻的支撑件222的厚度可以抵消在叶片220的构造中使用的材料的减少(例如，进一步限制应力集中)。
虽然示出为包括图2中的第一部分、第二部分和第三部分，但是应该理解，在本公开的替代实施例中，部分的数量可以增加或减少。
继续参考图2，可以设想，支撑件222可以在支撑件222的大部分长度上(例如，支撑件222的总长度的50％或更多)限定具有基本上恒定的半径(例如，简单的曲线)的曲率。可替代地，设想支撑件222的曲率可以在端部222a、222b之间变化。例如，在一个实施例中，部分223a、223b、223c的曲率可以不相等(例如，部分223a的曲率可以超过部分223b的曲率，该部分223b的曲率可能超过部分223c的曲率)。可以设想，支撑件222的曲率可以被定义为椭圆或指数曲率或任何其它合适的形状。
参考图4-7，支撑件222限定可以在端部222a、222b之间变化的高度H。例如，在所示的实施例中，可以设想，高度H可以从端部222a到端部222b减小。可以设想，高度H的变化可以是渐变的，使得支撑件222包括大致“渐缩”的构造，例如如图5-7中所示，或者高度H可以以逐步的方式递减地减小。
取决于由支撑件222提供的期望的操作和结构增强，可以设想支撑件222的具体位置和/或取向可以变化。例如，参考图4，支撑件222可定位成使得中心线222e从旋转轴线212a径向偏移或间隔开，由此支撑件222从轮毂217切向地延伸。可替代地，可以设想，支撑件222可定位成使得中心线222e与旋转轴线212a相交。如图4中可见，在某些实施例中，支撑件222可定位成使得边缘222d与相邻支撑件222的边缘222c相交或以其它方式结合到边缘222c。
如上所讨论，当与没有这种支撑件222的类似构造的压缩机叶轮相比时，支撑件222在加速期间减小主体212中的应力，并且这些应力减小的效果被支撑件222的曲率放大。图11A提供了关于例如图2和图3中所示的压缩机叶轮210执行的计算机模拟的图示，而图11B提供了关于没有支撑件222的类似压缩机叶轮310执行的计算机模拟的图示，并且图11C提供了关于包括线性支撑件422的类似压缩机叶轮410执行的计算机模拟的图示。
在图11A-11C中反映的模拟在压缩机叶轮210、310和410的加速和稳定状态条件中执行以确定应力集中。在模拟期间，压缩机叶轮210、310、410的相应的外周边215、315、415被保持在适当位置，同时转矩被施加到相应的轮毂217、317、417。具有不同阴影的区域指示不同水平的应力(参见与图11A相关的图例)。如图11B中所示，压缩机叶轮310在围绕轮毂317的区域以及主体312的内部区域中经受大于200MPa的大应力集中，随着距轮毂317的径向距离增加，该应力逐渐减小。在与叶片320相关联的区域中也可以看到应力减小。如图11C中所示，压缩机叶轮410在围绕轮毂417的区域以及主体412的内部区域以及支撑件422与主体412之间的过渡区域中也经受大于200MPa的大应力集中。与之相反，如图11A中所示，压缩机叶轮210经受大于200MPa的实质上较小的应力集中，该应力集中于支撑件222与轮毂217之间的过渡区域。
图12A-12C提供了在稳定状态条件中执行的计算机模拟的图示，在该稳定状态条件中轮毂217、317、417被约束，并且表示空气动力学载荷的1巴载荷结合70,000RPM的离心载荷施加到叶片220、320、420。如图12B中所示，压缩机叶轮310经受最低量值应力集中，峰值约为70,000MPa。然而，如图12C中所示，压缩机叶轮410在支撑件422与主体412之间的过渡区域中经受了大约100,000MPa的峰值应力集中(例如，当支撑件422约束主体412的径向生长时)。如图12A中所示，压缩机叶轮210还在支撑件222与主体212之间的过渡区域中经受大约100,000MPa的峰值应力集中，其中最高应力集中位于压缩机叶轮210的外部区域中(例如，当支撑件222为了拉直而径向向外扩张时)。
图13A-13C提供了在稳定状态条件中执行的计算机模拟的图示，以识别和测量压缩机叶轮210、310、410经受的径向位移(例如，生长)。在图13A-13C中，具有不同阴影的区域指示不同量的径向生长(参见与图13A相关联的图例)。与金属压缩机叶轮相比，聚合物或复合压缩机叶轮的生长可能高达20倍。如图13B中所示，压缩机叶轮210经受大致均匀的径向生长。例如，叶片220的空气动力学载荷倾向于将压缩机叶轮210径向向内压缩，以便部分抵消离心力。如图13C中所示，压缩机叶轮410经受不均匀的径向生长，其中支撑件422以90度的间隔约束生长。如图13A中所示，压缩机叶轮210通常经受均匀的径向生长，但幅度比压缩机叶轮310略大。
在图11A-13C中反映的模拟示出了在加速期间压缩机叶轮210与压缩机叶轮310、410相比时经受应力上的显著降低，但是在稳定状态条件期间经受比压缩机叶轮310更高的压力。另外，模拟示出了在稳定状态旋转期间压缩机叶轮210经受比压缩机叶轮310稍大的径向生长，并且在径向生长上基本上比压缩机叶轮410更均匀。结果，压缩机叶轮210可以在加速和稳定状态条件中提供更好的应力折中，同时提供大致均匀的径向生长，这可以提供压缩机叶轮210的更好的耐久性和/或疲劳寿命。此外，使用弯曲的支撑件222在不同的应用中可以是特别有利的，诸如在排气驱动的涡轮增压器中，该涡轮增压器以可能导致更大的应力和/或形状变形的更高的压力和/或更高的温度操作压缩机叶轮210(例如，与电子或机械驱动的强制引入装置相比)。
应该理解，本公开不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等同布置，其范围将被赋予最广泛的解释以便包括法律允许的所有这些修改和等同结构。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，结合一个实施例示出或描述的元件和特征可以与另一个实施例的元件和特征组合。
在前面的描述中，可以参考附图中示出的各种结构之间的空间关系以及结构的空间取向。然而，如本领域技术人员在完整阅读本公开之后将认识到的，本文描述的结构可以以适合于其预期目的的任何方式定位和取向。因此，诸如“在...之上”、“在...之下”、“上”、“下”、“内部”、“外部”等的术语的使用应该被理解为描述结构之间的相对关系，和/或结构的空间取向。
另外，诸如“大约”和“大致”的术语应该被理解为允许与它们相关联的任何数字范围或概念的变化。例如，可以设想，诸如“大约”和“大致”的术语的使用应当被理解为包括25％的量级的变化，或者允许制造公差和/或设计偏差。

Claims (20)

1.一种压缩机叶轮，包括：
具有相对的第一面和第二面的主体，以及被配置和设定尺寸为用于与轴机械连接以便于所述压缩机叶轮围绕旋转轴线旋转的轮毂；
在所述主体的所述第一面上包括的多个叶片，所述叶片从所述轮毂径向向外延伸；以及
在所述主体的所述第二面上包括的多个支撑件，所述支撑件中的每一个包括邻近所述轮毂定位的第一端以及与所述第一端径向间隔开的相对的第二端，所述支撑件被配置和设定尺寸为在所述压缩机叶轮加速期间横跨所述主体径向向外传递转矩以减少所述主体中的应力。
2.根据权利要求1所述的压缩机叶轮，其中所述主体、所述叶片和所述支撑件一体地形成。
3.根据权利要求2所述的压缩机叶轮，其中所述压缩机叶轮由复合材料形成。
4.根据权利要求3所述的压缩机叶轮，其中所述压缩机叶轮由玻璃填充尼龙形成。
5.根据权利要求1所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件中的每一个包括弧形构造并且从所述第一端到所述第二端弯曲。
6.根据权利要求5所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件对应于所述压缩机叶轮的旋转方向从所述第一端到所述第二端弯曲。
7.根据权利要求6所述的压缩机叶轮，其中所述叶片包括弧形构造并在与所述支撑件相反的方向中弯曲。
8.根据权利要求6所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自限定相对于所述旋转轴线正交延伸的厚度，所述厚度在所述第一端和所述第二端之间恒定。
9.根据权利要求6所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自限定相对于所述旋转轴线正交延伸的厚度，所述厚度在所述第一端和所述第二端之间变化。
10.根据权利要求9所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自包括邻近所述支撑件的所述第一端的第一部分，邻近所述支撑件的所述第二端的第二部分，以及定位在所述第一部分和所述第二部分之间的中间部分，所述第一部分限定第一厚度，所述第二部分限定第二厚度，并且所述第三部分限定小于所述第一厚度和所述第二厚度的第三厚度。
11.根据权利要求5所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自限定与所述旋转轴线相交的中心线。
12.根据权利要求5所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自限定偏离所述旋转轴线的中心线，使得所述支撑件相对于所述轮毂切向延伸。
13.根据权利要求12所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自包括前缘和后缘，所述前缘与所述旋转轴线间隔开第一径向距离，并且所述后缘与所述旋转轴线间隔开小于所述第一径向距离的第二径向距离，每个支撑件的所述前缘与相邻支撑件的所述后缘相交。
14.一种压缩机叶轮，包括：
具有相对的第一面和第二面的主体，以及被配置和设定尺寸为用于与轴机械连接以便于所述压缩机叶轮围绕旋转轴线旋转的轮毂；
在所述主体的所述第一面上包括的多个叶片，所述叶片从所述轮毂径向向外延伸并且在第一方向中弯曲；以及
在所述主体的所述第二面上包括的多个支撑件，所述支撑件从所述轮毂径向向外延伸并在与所述第一方向相反的第二方向中弯曲，所述支撑件中的每一个限定相对于所述旋转轴线正交延伸的厚度。
15.根据权利要求14所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件对应于所述压缩机叶轮的旋转方向弯曲。
16.根据权利要求14所述的压缩机叶轮，其中每个支撑件的所述厚度是恒定的。
17.根据权利要求14所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自包括第一端和第二端，每个支撑件的所述厚度在其所述第一端和第二端之间变化。
18.根据权利要求17所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自包括邻近所述支撑件的第一端的第一部分，邻近所述支撑件的相对的第二端的第二部分，以及定位在所述第一部分和所述第二部分之间的中间部分，所述第一部分限定第一厚度，所述第二部分限定第二厚度，并且所述第三部分限定小于所述第一厚度和所述第二厚度的所述第三厚度。
19.一种压缩机叶轮，包括：
具有相对的第一面和第二面的主体，以及被配置和设定尺寸为用于与轴机械连接以便于所述压缩机叶轮围绕旋转轴线旋转的轮毂；
在所述主体的所述第一面上包括的多个叶片；以及
在所述主体的所述第二面上包括的多个支撑件，所述支撑件中的每一个限定偏离所述旋转轴线的中心线，使得所述支撑件相对于所述轮毂切向延伸。
20.根据权利要求19所述的压缩机叶轮，其中所述支撑件各自包括前缘和后缘，所述前缘与所述旋转轴线间隔开第一径向距离，并且所述后缘与所述旋转轴线间隔开小于所述第一径向距离的第二径向距离，每个支撑件的所述前缘与相邻支撑件的所述后缘相交。
CN201810153941.7A 2017-02-22 2018-02-22 具有支撑件的压缩机叶轮 Pending CN108457896A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762462070P 2017-02-22 2017-02-22
US62/462070 2017-02-22
US15/899037 2018-02-19
US15/899,037 US20180238339A1 (en) 2017-02-22 2018-02-19 Compressor Wheel With Supports

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108457896A true CN108457896A (zh) 2018-08-28

Family

ID=61223802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810153941.7A Pending CN108457896A (zh) 2017-02-22 2018-02-22 具有支撑件的压缩机叶轮

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180238339A1 (zh)
EP (1) EP3366926B1 (zh)
JP (1) JP2018135885A (zh)
KR (1) KR20180097164A (zh)
CN (1) CN108457896A (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020514610A (ja) * 2016-12-23 2020-05-21 ボーグワーナー インコーポレーテッド ターボチャージャー及びタービンホイール
JP6899232B2 (ja) * 2017-03-07 2021-07-07 三菱重工業株式会社 電動過給機
DE102018215068A1 (de) * 2018-09-05 2020-03-05 Robert Bosch Gmbh Laufrad für einen radialen Turboverdichter
US11136997B2 (en) * 2019-07-23 2021-10-05 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for a compressor housing
DE102020212605A1 (de) * 2020-10-06 2022-04-07 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Radialer Verdichter und Verfahren zum Betreiben eines radialen Verdichters
US11619239B2 (en) * 2020-11-12 2023-04-04 Air-Tec Innovations, LLC Turbo charger with compressor wheel

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR581311A (fr) * 1924-05-05 1924-11-26 Roue à aubes pour machines centrifuges
WO2004016952A1 (de) * 2002-07-26 2004-02-26 Robert Bosch Gmbh Verdichterrad
DE102012022647A1 (de) * 2012-11-20 2014-05-22 Daimler Ag Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine
CN103967837A (zh) * 2014-05-09 2014-08-06 中国航空动力机械研究所 航空发动机的压气机离心叶轮
CN106015037A (zh) * 2015-03-30 2016-10-12 日本电产株式会社 叶轮以及送风机

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1785918A (en) * 1928-09-18 1930-12-23 Albert H Stebbins Combined fan and classifier
US2028783A (en) * 1935-06-05 1936-01-28 Duriron Co Centrifugal pump
US2209607A (en) * 1938-08-01 1940-07-30 American Air Filter Co Blade tip for rotary dust separators
US3944406A (en) * 1973-12-20 1976-03-16 Veb Chemieanlagenbau-Und Montagekombinat Centrifugal pump for pumping liquids with heavy gas content
US4826398A (en) * 1987-07-06 1989-05-02 Kamyr Ab Medium consistency pump with self-feeding
US4776758A (en) * 1987-07-06 1988-10-11 Kamyr Ab Combined fluidizing and vacuum pump
US4877424A (en) * 1988-02-26 1989-10-31 Markku Perkola Method and apparatus for separating solids from a solids-gas mixture
FI86333C (fi) * 1988-04-11 1992-07-10 Ahlstroem Oy Foerfarande och anordning foer separering av gas med pumpen ur mediet som skall pumpas.
US5167678A (en) * 1988-04-11 1992-12-01 A. Ahlstrom Corporation Apparatus for separating gas with a pump from a medium being pumped
FR2645817B1 (fr) * 1989-04-14 1992-01-10 Alsthom Gec Dispositif de ventilation de moteur de traction ferroviaire et d'epuration dynamique de l'air de ventilation
US4981413A (en) * 1989-04-27 1991-01-01 Ahlstrom Corporation Pump for and method of separating gas from a fluid to be pumped
US6074166A (en) * 1998-10-01 2000-06-13 Moddemeijer; Pieter J. H. Pump
US6293751B1 (en) * 1999-04-30 2001-09-25 Virgil W. Stockstill Water/solids extracting blower
CA2432831A1 (en) * 2003-06-20 2004-12-20 Peter G. Mokry An impeller and a supercharger for an internal combustion engine
EP1651869B1 (de) * 2003-08-04 2008-02-20 Sulzer Pumpen Ag Laufrad für pumpen
DE10350417A1 (de) * 2003-10-28 2005-06-02 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Lüfterrades sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Lüfterrad
US7281901B2 (en) * 2004-12-29 2007-10-16 Caterpillar Inc. Free-form welded power system component
US8353665B1 (en) * 2010-04-23 2013-01-15 GlobalTech Motor & Controls, Inc. Impeller for two-chamber extracting blower
WO2011143064A2 (en) * 2010-05-10 2011-11-17 Borgwarner Inc. Fan with overmolded blades
US9737970B2 (en) * 2013-07-10 2017-08-22 United Technologies Corporation Vibratory mass media fixture with tip protector
WO2016165795A1 (en) * 2015-04-15 2016-10-20 Sulzer Management Ag An impeller for a centrifugal headbox feed pump
EP3314129B1 (de) * 2015-06-24 2023-10-18 Basf Se Verdichterrad und verwendung des verdichterrades
DE102015117463A1 (de) * 2015-10-14 2017-04-20 Atlas Copco Energas Gmbh Turbinenlaufrad für eine Radialturbine
CA2966053C (en) * 2016-05-05 2022-10-18 Tti (Macao Commercial Offshore) Limited Mixed flow fan

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR581311A (fr) * 1924-05-05 1924-11-26 Roue à aubes pour machines centrifuges
WO2004016952A1 (de) * 2002-07-26 2004-02-26 Robert Bosch Gmbh Verdichterrad
DE102012022647A1 (de) * 2012-11-20 2014-05-22 Daimler Ag Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine
CN103967837A (zh) * 2014-05-09 2014-08-06 中国航空动力机械研究所 航空发动机的压气机离心叶轮
CN106015037A (zh) * 2015-03-30 2016-10-12 日本电产株式会社 叶轮以及送风机

Also Published As

Publication number Publication date
EP3366926A1 (en) 2018-08-29
KR20180097164A (ko) 2018-08-30
EP3366926B1 (en) 2020-12-02
JP2018135885A (ja) 2018-08-30
US20180238339A1 (en) 2018-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108457896A (zh) 具有支撑件的压缩机叶轮
US8348803B2 (en) Planetary reduction gear apparatus
EP1178231B1 (en) Mechanical coupling for cooperating rotatable members
CN205401227U (zh) 压缩机组件及涡轮增压器
US20150071782A1 (en) Fan impeller
US20170175808A1 (en) Multi-piece journal bearing
US20100158679A1 (en) Radial compressor
US20180216716A1 (en) Scissor gear assembly
US20110078875A1 (en) Axial spacer for a rotational assembly
CN107208544A (zh) 增压器
WO2009036403A2 (en) Fan with structural support ring
CN100564886C (zh) 霍尔威克真空泵
EP2241780A2 (en) Planetary reduction gear apparatus
CN110573744A (zh) 车辆增压器用frp叶轮
EP3277983B1 (en) Torsional vibration damper spoke design
EP2031187A1 (en) A wheel for a rotating flow machine
CN215171874U (zh) 轻量化发动机平衡轴齿轮及发动机平衡轴系统
EP2920422B1 (en) Vane rotor for a rotary volumetric pump
US11913451B2 (en) Screw compressor including spoked gear
CN107477021B (zh) 叶轮传动结构及离心式压缩机
CN105604979A (zh) 双级叶轮组件和具有其的离心式压缩机
JP2003184790A (ja) 中間流量係数を有する遠心圧縮機用のロータブレード
US20110072612A1 (en) Axial spacer for a rotational assembly
CN215058426U (zh) 一种用于涡扇的轮盘结构
EP3686434A1 (en) Self-priming assembly for use in a multi-stage pump

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination