KR101070904B1 - 레이디얼 터빈 휠 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 레이디얼 터빈 휠이 개시된다. 상기 레이디얼 터빈 휠은,
전방에서 후방으로 가면서 외경이 증가하여, 후방의 외주부가 중심축의 수직면을 향해 방사상으로 확장되는 허브, 허브의 외주면에 소정의 간격을 두고 형성된 다수의 터빈 블레이드를 구비하고, 허브의 터빈 블레이드 사이에는, 허브의 후방 외주부에서 내측으로 절개된 슬롯이 형성된다. 개시된 레이디얼 터빈 휠에 의하면, 터빈의 효율이 향상되고, 열응력으로 인한 균열의 발생 및 진전이 억제된다.

Description

레이디얼 터빈 휠{Radial turbine wheel}
도 1은 일반적인 터버차저의 개략적인 단면도이고,
도 2는 종래기술에 의한 터빈 휠의 부분 사시도이고,
도 3은 도 2의 터빈 휠을 모식적으로 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 휠의 사시도이고,
도 5는 도 4의 터빈 휠을 후방에서 도시한 평면도이고,
도 6은 균열 크기에 따른 응력확대계수의 변화를 도시한 도면이고,
도 7은 터빈 휠의 사이클 회수에 따른 균열 크기의 변화를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 휠을 도시한 사시도이고,
도 9는 도 8의 터빈 휠을 후방에서 도시한 평면도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
110,210 : 허브 110a,210a : 허브의 후방측 외주부
120,220 : 터빈 블레이드 130,230 : 터빈 휠
150,250 : 슬롯 160 : 스캘롭
d : 슬롯의 절개깊이
본 발명은 레이디얼 터빈 휠(radial turbine wheel)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 터빈 효율이 향상되고, 열응력에 의한 균열의 발생 및 진전이 억제되는 개선된 구조의 레이디얼 터빈 휠에 관한 것이다.
일반적으로, 가스터빈은 연소기에서 연소과정을 거쳐 생성된 고온, 고압의 작동유체가 팽창하면서 출력을 발생시켜, 동축상에 연결된 압축기를 구동하고, 압축기에 의해 압축된 고압의 가스를 연료전지나, 내연기관의 연소 실린더로 공급하는데 이용된다.
도 1에는 이러한 가스터빈에 의해 구동되는 일반적인 터보차저(turbocharger)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 터보차저에 연결된 내연기관(미도시)이 작동하는 동안에 그의 배기가스(F)는 먼저 터빈의 유입케이싱(6) 안으로 유입된다. 이 배기가스(F)는 스파이럴 유입케이싱(6) 안에서 가속되고, 터빈 휠(30)로 유입된다. 배기가스(F)는 터빈 휠(30)에서 팽창하면서, 회전축(5)과 압축기 휠(4)을 구동시킬 수 있는 출력을 제공하고, 압축기 휠(4)은 공기(A)를 압축하여 연소 실린더(미도시)에 공급한다. 도면부호 C는 회전축(5) 중심을 나타낸다.
도 2에는 종래기술에 의한 레이디얼 터빈 휠이 도시되어 있다. 레이디얼 터빈 휠(30)은 허브(10) 및 허브(10) 면 상에 소정의 간격을 두고 형성된 다수의 터빈 블레이드(20)를 구비한다. 터빈 휠(30)로 유입된 배기가스(F)는 터빈 블레이드(20)를 따라 유동하고, 이 과정에서, 배기가스(F)의 흐름에 의해 터빈 블레이드 (20)가 회전방향으로 가압됨으로써, 터빈 휠(30)이 회전되는 것이다. 종래기술에 따르면, 열응력(thermal stress)을 감소시키고, 터빈 중량을 감소시키기 위해, 터빈 블레이드(20) 사이의 소정영역을 절결함으로써, 이른바, 스캘롭(60,scallop)을 형성한다. 이에 따라, 터빈 블레이드(20) 사이의 허브 후방의 외주부(10a)는 내측으로 오목한 형상을 가지게 된다.
그런데, 종래기술에 따르면, 이러한 스캘롭(60)을 과도하게 형성함으로써, 터빈 효율이 감소하게 된다. 즉, 도 3을 참조하면, 스캘롭을 과다하게 형성함으로써(이 경우, 외주부(10a)의 외경(R2)이 터빈 블레이드(20)의 외경(R1)에 비해 과소하게 됨), 유동통로를 통해, 터빈 휠(30)로 유입되는 배기가스가 외주부(10a)에 충돌하거나(F1), 터빈 휠(30)과 벽부(15) 사이의 틈을 통해 이면영역(B)으로 누출된다(F2). 그런데, 외주부(10a)에 충돌하거나, 이면영역(B)으로 누출된 배기가스는 터빈 휠(30)을 구동시키는 에너지로 작용하지 않기 때문에, 구동손실이 발생하게 되고, 따라서, 터빈 효율이 저하되는 것이다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 터빈 효율이 향상되는 개선된 구조의 레이디얼 터빈 휠을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열응력으로 인한 균열의 발생 및 진전이 억제되는 레이디얼 터빈 휠을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 레이디얼 터빈 휠은,
전방에서 후방으로 가면서 외경이 증가하여, 후방의 외주부가 중심축의 수직면을 향해 방사상으로 확장되는 허브;
상기 허브의 외주면에 소정의 간격을 두고 형성된 다수의 터빈 블레이드;를 구비하고,
상기 허브의 터빈 블레이드 사이에는, 허브의 후방 외주부에서 내측으로 절개된 슬롯이 형성된다.
상기 슬롯의 내측 선단은 라운드 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 슬롯의 내측으로 절개된 깊이는 적어도 3mm 이상인 것이 바람직하다.
한편, 상기 터빈 블레이드 사이의 허브 후방 외주부는 내측으로 오목한 형상을 가질 수 있다. 여기서, 상기 외주부의 최내측 외경은 터빈 블레이드 외경의 적어도 75% 이상인 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 터빈 휠(130)은 허브(110), 및 상기 허브(110) 면 상에 소정간격을 두고 형성된 다수의 터빈 블레이드(120)를 포함한다.
상기 허브(110)는 전방에서 후방으로 가면서 외경이 증가하여, 허브의 후방 측 외주부(110a, 이하 후방 외주부라고 한다.)는 중심축(C)에 수직한 평면을 향하여 방사상으로 확장된다. 상기 허브(110)의 중앙에는 터빈 휠(130)을 지지하는 회 전축(미도시)이 삽입되고, 터빈 휠(130)의 회전에너지는 이러한 회전축을 통해, 동일 축 상에 연결된 압축기 휠로 전달된다. 상기 허브(110)는 허브 면 상에 형성된 다수의 터빈 블레이드(120)를 지지한다.
상기 터빈 블레이드(120)는 배기가스의 압력에너지를 터빈 휠의 회전에너지로 전환하는 기능을 한다. 효율적으로 배기가스의 압력에너지를 터빈 휠(130)에 전달하기 위해, 터빈 블레이드(120)는, 도면에 도시된 바와 같이, 원주방향으로 소정의 곡률을 가진다.
상기 터빈 블레이드(120) 사이에는 스캘롭(160, scallop)이 형성되어, 후방 외주부(110a)는 내측으로 오목한 형상을 가진다. 이러한 스캘롭(160)은, 허브 후방의 소정영역을 절결함으로써, 형성될 수 있다. 연소실을 빠져나온 고온의 배기가스와 곧바로 접하게 되는 허브 후방 일부를 절결함으로써, 열응력을 감소시킬 수 있고, 열응력으로 인한 균열을 방지할 수 있다.
한편, 터빈 휠(130)을 지지하는 회전축에는 터빈 휠(130)의 자중으로 인해 휨 변형이 유발되거나, 회전시의 발생하는 원심력(관성모멘트)으로 인해 휨 진동이 발생된다. 이러한 휨 변형이나 휨 진동은 회전축에 응력을 유발한다. 본 실시예의 스캘롭(160)이 형성되면, 터빈 휠(130)의 자중이 감소되어, 회전축에 작용하는 응력이 감소된다.
본 발명에 있어서는, 스캘롭(160)의 크기가 소정의 범위 내로 제한되는 것이 바람직하다. 도 5를 참조하면, 상기 스캘롭(160)은, 외주부의 최내측 외경(R2)이 터빈 블레이드 외경(R1)의 75% 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 스캘롭이 과도하게 형성됨으로써, 터빈 휠로 유입되는 배기가스가 이면영역으로 누출되거나, 배기가스의 원활히 유입되지 못함으로써, 발생되는 터빈 효율의 감소를 막을 수 있다(도 3 참조).
도 4에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 터빈 휠(130)에 있어서는, 터빈 블레이드(120) 사이의 후방 외주부(110a)로부터 내측으로 절개된 다수의 슬롯(slot,150)이 형성되어 있다. 이러한 슬롯(150)은 터빈 블레이드(120) 사이마다 형성되도록 소정간격을 두고 방사상으로 형성된다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 슬롯(150)의 내측 선단(150a)은 라운드 형상으로 형성되는데, 내측 선단(150a)이 라운드 형상을 가짐으로써, 선단(150a)에 작용하는 응력이 분산되고, 응력집중으로 인한 균열(crack)의 발생이 방지된다.
배기가스의 연소열이 집중되는 외주부(110a)에 슬롯(150)이 형성되면, 열응력으로 인한 균열의 발생 및 진전이 억제될 수 있는데, 도 4를 참조하여 이에 대해 설명한다.
터빈 휠(130)의 회전속도 가속시(예를 들어, 가스터빈의 시동시점), 또는 회전속도 감속시(예를 들어, 가스터빈의 정지시점)등 과도기적 상태에서는, 배기가스와 곧바로 접촉하는 터빈 휠(130)의 후방 외주부(110a)와 터빈 휠 중심의 허브(110)에서 큰 온도차이가 발생한다. 즉, 터빈 휠(130)의 회전속도 가속시에는 터빈 휠(130)로 유입되는 배기가스의 온도가 상승한다. 이에 따라, 배기가스와 곧바로 접촉하는 외주부(110a)는 바로 온도가 상승하지만, 터빈 휠(130) 중심의 허브(110)에서는 온도가 상승하기까지 어느 정도의 시간이 소요되며, 결과적으로, 외주부 (110a)와 허브(110)에서는 과도기적인 온도편차가 발생된다. 또한, 터빈 휠(130)의 회전속도 감속시에는, 터빈 휠(130)로 유입되는 배기가스의 온도가 하강하게 되고, 배기가스가 곧바로 접촉하는 외주부(110a)에서는 온도가 바로 하강하지만, 터빈 휠(130) 중심의 허브(110)에서는, 온도가 하강하기 위해, 시간의 경과가 요구되는바, 과도기적인 온도편차가 발생한다.
이와 같이, 과도기적인 온도편차는 열팽창 정도의 차이를 유발하게 되는바, 외주부(110a)에 열응력(Hoop stress로 작용된다.)을 발생시킨다. 즉, 가스터빈의 시동시점에서는, 외주부(110a)에 탄성한계를 넘는 과도한 압축응력이 발생되고, 가스터빈의 정지시점에서는, 외주부(110a)에 탄성한계를 넘는 과도한 인장응력이 발생된다. 가스터빈의 시동 및 정지가 반복되면서, 주기적으로 작용하는 열응력은 터빈 휠(130)에 균열을 발생시키고, 터빈 휠(130)의 수명을 단축시킨다. 본 발명에서와 같이, 터빈 휠(130)에 슬롯(150)이 형성되면, 균열에 대한 저항성이 증가하고, 균열의 진전속도가 둔화된다. 이러한 본 발명의 효과는 도 6 및 도 7에 도시된 전산해석 결과로부터 확인될 수 있다.
본 전산해석에서는, 유한요소해석법(Finite Element Method)을 이용하여 균열선단에서의 응력확대계수를 계산하였다. 여기서, 응력확대계수는, 균열 선단부근에서의 응력분포를 정의하는 계수로써, 균열 선단부근 일 포인트에서의 응력은 응력집중계수와 균열 첨단에 대한 일 포인트의 위치에 의해 결정된다. 이러한 응력집중계수의 크기는 균열의 크기 및 형상에 의해 결정된다.
도면으로 도시되지는 않았으나, 본 전산해석에서는, 스캘롭이 형성되고, 터 빈 블레이드 사이의 허브 후방 외주부에서 내측으로 절개된 균열이 생성된 유한요소 모델이 사용되었다. 참고적으로, 유한요소해석법을 이용하면, 균열의 형상에 대한 제약을 받지 않고 응력확대계수를 계산할 수 있다. 하중조건으로 입력되는 터빈 휠의 응력분포는, 과도기적 상태에서의 온도분포에 대한 해석결과로부터 얻어질 수 있다. 즉, 터빈 휠의 시동에서부터 중지에 이르는 일 주기 동안에 터빈 휠의 온도분포에 대한 해석을 실시하여, 터빈 휠의 온도분포를 얻고, 이로부터 계산된 응력분포를 하중조건으로 부가하였다.
도 6에는 균열의 크기에 따른 응력확대계수의 변화가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 균열의 크기가 3mm 이하의 경우에는 균열의 크기가 증가함에 따라, 응력확대계수가 증가하게 된다. 그러나, 균열의 크기가 3mm 이상이 되면, 균열의 크기가 증가함에 따라 응력확대계수는 감소하게 된다. 응력확대계수의 감소는 균열 선단부위에 작용하는 응력의 감소를 의미하고, 이는 균열의 진전속도가 감소하게 됨을 의미한다. 본 발명의 슬롯이 외주면에서 내측으로 절개된 절개깊이(d, 도 5 참조)는, 도 6에 도시된 해석 결과에 근거하여, 적어도 3mm 이상으로 설계되는 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 해석결과와, 다음과 같은 미분형태의 Paris 식(Eliahu Zahavi,"FATIGUE DESIGN life expectancy of machine parts", CRC Press,pp.163- 166, 1996)으로부터 균열의 진전거동이 계산될 수 있다.
Figure 112004037374046-pat00001
여기서,
Figure 112004037374046-pat00002
는 사이클 변화에 대한 균열크기의 변화를 의미하는데, 사이클은 터빈 휠의 시동에서 정지에 이르는 일련의 가동주기를 의미한다. 또한,
Figure 112004037374046-pat00003
는 응력확대계수의 변화를 의미하는데, 도 6에 도시된 결과로부터 각 균열크기에 대응되는 응력확대계수의 변화치가 얻어질 수 있다. 또한, C와 m은 실험결과로부터 실험적으로 얻어질 수 있는 상수이다.
이러한 Paris식을 적분함으로써, 각 사이클에서의 균열의 크기를 계산할 수 있고, 결과를 도 7에 도시하였다. 여기서, 초기조건은 일반적인 균열의 생성조건을 반영하여, 300 사이클 진행 후, 초기균열크기 0.5mm를 가지는 것으로 가정하였다.
도 7를 참조하면, 사이클의 증가에 따라, 즉, 균열이 진전함에 따라 균열진전속도는 점점 완화된다. 보다 상세히, 초기 300 사이클로부터 900 사이클까지는 균열이 급격히 진전되어, 900 사이클에 이르면, 균열의 크기가 5mm에 이르게 된다. 그러나, 900 사이클, 즉, 균열의 크기가 5mm 이상에서는, 균열진전속도가 둔화되는데, 특히 5000 사이클 이후, 즉, 균열의 크기가 8.6mm에 이르게 되면, 균열진전속도가 상당히 둔화되어 균열의 크기가 거의 일정한 수준으로 유지된다. 이러한 해석결과로부터, 균열의 크기가 일정수준 이상이 되면, 균열의 진전속도가 완화되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 있어서, 슬롯의 절개깊이(d, 도 5 참조)는 도 7에 도시된 해석결과에 근거하여 결정될 수 있는데, 즉, 균열크기 5mm를 기준으로, 균 열진전속도가 완화되기 시작하는바, 슬롯의 절개깊이(d)는 5mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 8에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 휠이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 본 실시예의 터빈 휠(230)도, 회전축(미도시)이 삽입되는 허브(210), 및 상기 허브(210) 면 상에 소정의 간격을 두고 형성된 다수의 터빈 블레이드(220)를 구비한다. 또한, 본 실시예에 있어서도, 허브(210)의 후방 외주부(210a)에서 내측으로 절개된 슬롯(250)이 다수 형성된다. 슬롯(250)이 외주부(210a)에서 내측으로 절개된 절개깊이(d, 도 9 참조), 및 슬롯 선단(250a)의 라운드 형상에 대한 사항은 제1 실시예에서 기술된 사항과 사실상 동일하므로, 여기서는 생략한다.
본 실시예에 있어서는, 제1 실시예와 상이하게, 터빈 블레이드(220) 사이에 스캘롭(scallop)이 형성되어 있지 않다. 즉, 허브의 후방 외주부(210a)가 매끄러운 형상으로 형성되므로, 터빈 휠(230)로 유입되는 배기가스가 이면영역으로 누출되거나, 배기가스 유입부에서의 혼란이 감소하게 되는바(도 3 참조), 터빈 휠(230)의 작동효율이 증가하게 된다.
본 명세서에서는, 터보차저를 일례로 들어 설명되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실질적인 특징들은, 이에 한정될 필요없이, 레이디얼 터빈 휠이 적용되는, 예를 들어, 연료전지용 공기공급장치나 APU(Auxiliary Power Unit) 등에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
이상과 같은 구조를 갖는 본 발명의 레이디얼 터빈 휠에 의하면, 다음과 같 은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 본 발명의 레이디얼 터빈 휠은 스캘롭(scallop)을 소정의 크기로 제한함으로써, 터빈 휠로 유입되는 배기가스의 누출이나, 유입부에서의 혼란이 방지된다. 따라서, 이로 인한 터빈 효율의 감소를 막을 수 있고, 작동효율 향상을 기대할 수 있다.
둘째, 본 발명의 레이디얼 터빈 휠에는 외주면에서 내측으로 절개된 슬롯이 형성되어, 열응력으로 인한 균열의 발생 및 진전이 억제된다. 특히, 본 발명에서는, 슬롯의 절개깊이에 대한 설계사양을 제공함으로써, 터빈 휠의 균열에 대한 저항성을 극대화한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 전방에서 후방으로 가면서 외경이 증가하여, 후방의 외주부가 중심축의 수직면을 향해 방사상으로 확장되는 허브; 및
    상기 허브의 외주면에 소정의 간격을 두고 형성된 다수의 터빈 블레이드;를 구비하고,
    상기 터빈 블레이드 사이에는, 허브의 후방 외주부에서 내측으로 절개된 슬 롯이 형성된 레이디얼 터빈 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯의 내측 선단은 라운드 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이디얼 터빈 휠.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯의 내측으로 절개된 깊이는 적어도 3mm 이상인 것을 특징으로 하는 레이디얼 터빈 휠.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯의 내측으로 절개된 깊이는 적어도 5mm 이상인 것을 특징으로 하는 레이디얼 터빈 휠.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드 사이의 허브 후방 외주부는 내측을 향해 오목한 형상을 가진 것을 특징으로 하는 레이디얼 터빈 휠.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외주부의 최내측 외경은 터빈 블레이드 외경의 적어도 75% 이상인 것을 특징으로 하는 레이디얼 터빈 휠.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014189702A1 (en) * 2013-05-22 2014-11-27 Borgwarner Inc. A balanced mixed flow turbine wheel

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE525219C2 (sv) * 2003-05-15 2004-12-28 Volvo Lastvagnar Ab Turboladdarsystem för en förbränningsmotor där båda kompressorstegen är av radialtyp med kompressorhjul försedda med bakåtsvepta blad
CA2503879A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-07 General Electric Canada Stress relief grooves for francis turbine runner blades
RU2434163C2 (ru) * 2006-06-19 2011-11-20 И.Д.Е. Текнолоджиз Лтд. Ротор компрессора
DE102007012641A1 (de) * 2007-03-16 2008-09-18 Daimler Ag Laufzeug für einen Abgasturbolader
US8137075B2 (en) * 2007-08-31 2012-03-20 Honeywell International Inc. Compressor impellers, compressor sections including the compressor impellers, and methods of manufacturing
US9133720B2 (en) * 2007-12-28 2015-09-15 United Technologies Corporation Integrally bladed rotor with slotted outer rim
US9273563B2 (en) 2007-12-28 2016-03-01 United Technologies Corporation Integrally bladed rotor with slotted outer rim
US7856834B2 (en) * 2008-02-20 2010-12-28 Trane International Inc. Centrifugal compressor assembly and method
DE102008045171B4 (de) 2008-08-30 2019-07-18 Daimler Ag Radialschaufelrad und Verfahren zum Herstellen eines Radialschaufelrads für ein Laufzeug eines Abgasturboladers
JP5479032B2 (ja) 2009-11-05 2014-04-23 三菱重工業株式会社 タービンホイール
FR2957051B1 (fr) * 2010-03-08 2012-05-11 Snecma Attache de pale recevant un pied de pale dans un brochage
US20110280728A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-17 Simpson Peter J Radial flow turbine wheel for a gas turbine engine
CN101915126B (zh) * 2010-06-04 2011-11-09 清华大学 串列叶型混流或径流涡轮
US9103741B2 (en) * 2010-08-27 2015-08-11 General Electric Company Methods and systems for assessing residual life of turbomachine airfoils
US10087762B2 (en) * 2011-07-11 2018-10-02 Hamilton Sundstrand Corporation Scallop curvature for radial turbine wheel
EP2584188A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-24 Cryostar SAS Cryogenic liquid expansion turbine
CN103890318B (zh) * 2011-11-15 2016-09-28 博格华纳公司 流动转子，特别是涡轮机叶轮
JP5967966B2 (ja) 2012-02-13 2016-08-10 三菱重工コンプレッサ株式会社 インペラ及びこれを備えた回転機械
CN104350255B (zh) * 2012-07-02 2018-03-23 博格华纳公司 用于涡轮机叶轮平衡料移除的方法
US20140252771A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-11 Regal Beloit America, Inc. Energy Recovery Apparatus for a Refrigeration System
US9714577B2 (en) 2013-10-24 2017-07-25 Honeywell International Inc. Gas turbine engine rotors including intra-hub stress relief features and methods for the manufacture thereof
WO2015082624A1 (de) * 2013-12-06 2015-06-11 Abb Turbo Systems Ag Verdichterrad
US10040122B2 (en) 2014-09-22 2018-08-07 Honeywell International Inc. Methods for producing gas turbine engine rotors and other powdered metal articles having shaped internal cavities
EP3163018B1 (en) * 2014-09-30 2020-11-18 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Turbine
US10907647B2 (en) * 2015-08-24 2021-02-02 Woodward, Inc. Centrifugal pump with serrated impeller
JP6583946B2 (ja) * 2016-03-02 2019-10-02 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 タービンホイール、ラジアルタービン、及び過給機
JP7049052B2 (ja) * 2016-09-27 2022-04-06 エドワーズ株式会社 真空ポンプ、および真空ポンプに備わる固定円板
US20180142557A1 (en) * 2016-11-19 2018-05-24 Borgwarner Inc. Turbocharger impeller blade stiffeners and manufacturing method
CN110049820B (zh) 2016-12-05 2021-07-20 康明斯过滤Ip公司 具有单件式脉冲涡轮机的分离组件
WO2018129438A1 (en) 2017-01-09 2018-07-12 Cummins Filtration Ip, Inc. Impulse turbine with non-wetting surface for improved hydraulic efficiency
US10443387B2 (en) 2017-05-24 2019-10-15 Honeywell International Inc. Turbine wheel with reduced inertia
CN107313811A (zh) * 2017-07-25 2017-11-03 航天推进技术研究院 一种用于orc发电装置的向心叶轮
CN107780974A (zh) * 2017-10-31 2018-03-09 安徽新宁装备股份有限公司 一种汽轮机转子
WO2019152879A2 (en) 2018-02-02 2019-08-08 Cummins Filtration Ip, Inc. Separation assembly with a single-piece impulse turbine
US11352999B2 (en) 2018-04-17 2022-06-07 Cummins Filtration Ip, Inc Separation assembly with a two-piece impulse turbine
US20220034227A1 (en) 2020-08-03 2022-02-03 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Compressor turbine wheel
US11506060B1 (en) 2021-07-15 2022-11-22 Honeywell International Inc. Radial turbine rotor for gas turbine engine
USD1033483S1 (en) * 2021-10-01 2024-07-02 Fizzle Llc Compressor wheel
USD1034697S1 (en) * 2021-10-01 2024-07-09 Fizzle Llc Compressor wheel
US20240035394A1 (en) * 2022-07-29 2024-02-01 Hamilton Sundstrand Corporation Fused rotor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2941780A (en) 1954-06-17 1960-06-21 Garrett Corp Elastic fluid turbine and compressor wheels
US4008000A (en) 1974-08-28 1977-02-15 Motoren-Und Turbinen-Union Munich Gmbh Axial-flow rotor wheel for high-speed turbomachines

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US737042A (en) * 1903-04-03 1903-08-25 Johann Stumpf Wheel or disk for steam-engines.
US2390506A (en) * 1942-05-23 1945-12-11 Buchi Alfred Turbine with overhung rotor
FR1325267A (fr) * 1962-05-23 1963-04-26 Rotor à pales pour turbines, compresseurs et machines analogues
DE1185625B (de) * 1963-07-19 1965-01-21 Bmw Triebwerkbau Ges M B H Einteilig gegossenes Laufrad fuer Heissdampf- oder Gasturbinen
US4062638A (en) * 1976-09-16 1977-12-13 General Motors Corporation Turbine wheel with shear configured stress discontinuity
DE2715011A1 (de) * 1977-04-04 1978-10-12 Bosch Siemens Hausgeraete Geblaeserad insbesondere fuer hochtemperaturbetrieb
FR2393931A1 (fr) * 1977-06-08 1979-01-05 Snecma Dispositif de maintien des aubes d'un rotor
DE3740191C1 (de) * 1987-11-27 1989-01-19 Guenter Petz Fluegelrad fuer Geblaese
US4890980A (en) * 1988-08-08 1990-01-02 Ingersoll-Rand Company Centrifugal pump
KR20020024933A (ko) * 2000-09-27 2002-04-03 구자홍 임펠러가 사용되는 터빈 압축기 구조
CN1189666C (zh) * 2002-06-06 2005-02-16 孙敏超 离心式叶轮机械中的一种后弯叶片叶轮
CN2572075Y (zh) * 2002-09-19 2003-09-10 陈建明 增压式双向风轮
DE50306044D1 (de) * 2003-09-05 2007-02-01 Siemens Ag Schaufel einer Turbine
US7033137B2 (en) * 2004-03-19 2006-04-25 Ametek, Inc. Vortex blower having helmholtz resonators and a baffle assembly

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2941780A (en) 1954-06-17 1960-06-21 Garrett Corp Elastic fluid turbine and compressor wheels
US4008000A (en) 1974-08-28 1977-02-15 Motoren-Und Turbinen-Union Munich Gmbh Axial-flow rotor wheel for high-speed turbomachines

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014189702A1 (en) * 2013-05-22 2014-11-27 Borgwarner Inc. A balanced mixed flow turbine wheel
US10480325B2 (en) 2013-05-22 2019-11-19 Borgwarner Inc. Balanced mixed flow turbine wheel

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