技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种涡轮压缩机，具有压缩机
外壳和压缩机
转子，在所述涡轮压缩机中，所述压缩机转子被放置为可相对于所述压缩机外壳旋转并且通过
叶片的无
覆盖的叶片上沿与所述压缩机外壳的朝向所述叶片上沿的压缩机壁面之间的顶部间隙而间隔开来。
背景技术
[0002] 在根据
现有技术的涡轮压缩机中，装有叶片的压缩机转子相对于固定不动的压缩机外壳旋转，制造一种被轴向吸入且被径向吹出的主要气流。在所述压缩机转子的所述叶片与所述外壳壁面之间，规定了要保持得尽量小的顶部间隙，所述顶部间隙使得所述压缩机转子能够实现无
接触的旋转。所述顶部间隙在所述压缩机转子的子午面看来沿着所述叶片上沿和所述外壳壁面延伸，其中，无论是所述外壳壁面，还是所述叶片上沿，均自轴向的吸气侧向着径向的吹出侧具有连续的走向。在涡轮压缩机中，每个在周向上看来通过所述旋
转轴延伸的平面均被称作为子午面。
[0003] 问题是，在小的
质量流中，所述压缩机特性是通过一种在加压相关于质量流的图形中转数恒定的特性曲线来确定的，气体动
力学的受限于气流的分离极限或者说抽吸极限。实用新型内容
[0004] 因此，本实用新型的根本目的是，所述涡轮压缩机的所述压缩机特性在质量流小的情况下这样移动，使得所述气流的所述流传极限或者说抽吸极限向着更小质量流的方向移动并且由此扩大所述涡轮压缩机的运行范围。同时需要提高效率和加压。
[0005] 根据本实用新型，这个目的通过下述方式实现：提供一种涡轮压缩机，其特征在于，包括压缩机外壳和具有叶片的压缩机转子，其中，所述压缩机转子被放置为可相对于所述压缩机外壳转动并且通过所述叶片的无覆盖的叶片上沿与所述压缩机外壳的朝向所述叶片上沿的压缩机壁面之间的顶部间隙间隔开来，其中，无论是所述叶片的所述叶片上沿，还是所述压缩机外壳的外壳壁面，均分别在其每个子午线剖面轮廓上具有至少一个凹陷以及至少一个隆起，所述凹陷和隆起共同作用，从而所述顶部间隙在所述凹陷和所述隆起的区域内在子午面看来确定了一种Z型的走向。
[0006] 优选地，所述压缩机转子自其吸气侧的前沿至其吹气侧的后沿的子午线长度L被确定在值0＜L＜1之间，所述至少一个凹陷以及所述至少一个隆起被设计为处于0.3＜L＜0.7的范围内。
[0007] 优选地，所述至少一个凹陷以及所述至少一个隆起被设计为处于 0.4＜L＜0.5的范围内。
[0008] 优选地，所述外壳壁面和所述叶片分别具有相互对准的、对于通过所述顶部间隙的通流而言的止动面。
[0009] 优选地，所述止动面相对于垂直线而言向着所述外壳壁面的子午线走向和/或所述压缩机转子的所述叶片上沿的切线并行地以
角度α＝±15°延伸。
[0010] 优选地，其特征在于，所述顶部间隙具有恒定的顶部间隙宽度，其中，所述顶部间隙宽度是通过所述叶片上沿与所述外壳壁面之间的间隔确定的。
[0011] 优选地，所述顶部间隙在与所述吸气侧的叶片边沿相邻接的部段内具有第一个顶部间隙宽度a、在与所述吹气侧的叶片边沿相邻接的部段内具有第二个顶部间隙宽度b以及在所述凹陷和所述隆起的区域内具有在所述止动面之间延伸的径向顶部间隙长度c，其中规定了，所述顶部间隙宽度或者说顶部间隙长度a＜c＜b。
[0012] 优选地，所述顶部间隙在与所述吸气侧的叶片边沿相邻接的部段内具有第一个顶部间隙宽度a、在与所述吹气侧的叶片边沿相邻接的部段内具有第二个顶部间隙宽度b以及在所述凹陷和所述隆起的区域内具有在所述止动面之间延伸的径向顶部间隙长度c，其中规定了，所述顶部间隙宽度或者说顶部间隙长度a＞c＞b。
[0013] 优选地，无论是所述叶片的所述叶片上沿，还是所述外壳壁面，均分别在其每个子午线剖面轮廓上具有更多个凹陷以及更多个隆起，其分别在局部共同作用，以便所述顶部间隙在所述凹陷和所述隆起的区域内在子午面看来确定了一种自我重复的Z型走向。
[0014] 优选地，所述压缩机转子包括具有各自不同的轴向延伸的叶片，所述叶片在周向上被布置得相互交替并且在周向上弯曲。
[0015] 优选地，具有更短轴向延伸的所述叶片作为中间叶片被布置在具有更大轴向延伸的叶片之间，并且具有更大轴向延伸的所述叶片在所述压缩机转子的吸气侧的轴向俯视图中覆盖了所述中间叶片。
[0016] 优选地，至少或者仅仅是具有更大轴向延伸的所述叶片在其每个子午线剖面轮廓上具有所述至少一个凹陷以及所述至少一个隆起。
[0017] 这一目的是通过以下特征组合得以实现的。根据本实用新型，提出了一种涡轮压缩机，包括压缩机外壳以及具有叶片的压缩机转子，其中，所述压缩机转子被放置为可相对于所述压缩机外壳旋转并且通过所述叶片的无覆盖的叶片上沿与所述压缩机外壳的朝向所述叶片上沿的压缩机壁面之间的顶部间隙而间隔开来。无论是所述叶片的叶片上沿，还是所述外壳壁面，均分别在其每个子午线剖面轮廓上具有至少一个凹陷以及至少一个隆起，所述凹陷和隆起在局部共同作用，以便所述顶部间隙在所述凹陷和所述隆起的区域内在子午面上看来确定了一种Z型的延伸走向。
[0018] 通过所述相互对准的叶片上沿和外壳壁面的所述特殊的构型，在所述顶部间隙内，制造了一种与所述被轴向吸入且径向吹出的主要气流相逆的回流。所述叶片上沿和所述外壳壁面在连续的子午线走向上看来具有不连续的轮廓，所述轮廓分别通过在所述叶片上沿和所述外壳壁面上相对于连续的子午线走向而言共同作用的凹陷和紧靠相接的隆起构成。所述顶部间隙的所述Z型走向是通过两个横边和连接该横边的连接边确定的。所述凹陷在此用于成型所述两条横边，所述隆起用于构成连接边。
[0019] 优选所述叶片上沿的凹陷被成型为与所述外壳壁面的隆起互补，所述外壳壁面的所述凹陷被成型得与所述叶片上沿的所述隆起互补，以便构成所述顶部间隙的所述Z型走向。
[0020] 通过所述顶部间隙的、与由所述压缩机转子所制造的主要气流相逆的回流接触到所述叶片上沿或者说所述外壳壁面的所述凹陷或者说隆起，由此经历了受阻，流回进入所述主要气流。由此达到有利的、有利于解决所述目的的流动效果。
[0021] 在所述叶片上沿或者所述外壳壁面上的所述凹陷或者说所述互补的隆起的
定位同样有利地影响着效果。其中，所述压缩机转子的由其吸气侧的轴向前沿向着其吹气侧的径向后沿的子午线长度L被确定在值0＜L＜1之间。优选且在流动技术上最优化的是这样一种实施方式，在其中，所述外壳壁面和所述叶片上沿的所述至少一个凹陷以及所述至少一个隆起被设计得处在0.3＜L＜0.7的范围内，进一步优选0.4＜L＜0.5。
[0022] 在所述顶部间隙在子午面看来呈Z型走向的构造中，一种实施方式非常有利，在其中，所述外壳壁面和所述叶片分别具有对于通过所述顶部间隙的通流而言相互对准的止动面。因此，所述止动面相对于所述顶部间隙的在子午线走向上看来在前的或后续的流动部段而言垂直地或者有角度地延伸，从而所述回流通过所述顶部间隙碰撞到所述止动面上并且被导回相反延伸的主要气流中去。凹陷和隆起既被设置在所述叶片上沿上，也被设置在所述外壳壁面上，由此，所述止动面尽管与所述回流垂直地或者基本垂直地延伸，所述顶部间隙同样保持在压缩机转子与压缩机外壳之间的整个区域内，也就是说，在所述凹陷和隆起的Z型部段的区域内。
[0023] 在一种有利的实施变型中，所述止动面在所述外壳壁面上和所述叶片上沿上相对于垂直于所述压缩机转子的
旋转轴的轴向平面而言并行地以朝向所述压缩机转子的吸气侧且大于0°、优选为15°至45°的角度α延伸。由此能够实现，所述止动面在所述外壳壁面上对准向所述主要气流倾斜的方向，所述回流在所述顶部间隙内已经通过所述止动面往回向着所述主要气流的方向转向。
[0024] 优选地，所述止动面相对于垂直线而言向着所述外壳壁面的所述子午线走向和/或所述压缩机转子的所述叶片上沿的切线并行地以角度α＝±15°延伸。
[0025] 在所述涡轮压缩机的一种
实施例中规定了，所述顶部间隙具有恒定的顶部间隙宽度。所述“顶部间隙宽度”在此是通过所述叶片上沿与所述外壳壁面之间的间隔确定的。这是通过在所述叶片上沿和所述外壳壁面上的所述隆起和凹陷在所述子午线剖面轮廓的整个走向上的正好互补的形状实现的。
[0026] 所述涡轮压缩机的与此替选的实施例的特征在于，所述顶部间隙在与所述吸气侧的叶片边沿相邻接的部段内具有第一个顶部间隙宽度a、在与所述吹气侧的叶片边沿相邻接的部段内具有第二个顶部间隙宽度b以及在所述止动面之间延伸的径向顶部间隙长度c，其中规定了，所述顶部间隙宽度或者说顶部间隙长度a＜c＜b(第一种变型) 或者a＞c＞b(第二种变型)。在第一种变型中，所述顶部间隙由轴向吸气侧向径向吹气侧的部段的通流断面变小，而在第二种变型中它变大。这作为实施变型是通过被设置在单侧、也就是说仅在所述叶片上沿或者仅在所述外壳壁面上的更大的凹陷或者替选更大的隆起来实现的。
[0027] 作为更多的实施方式，也包括了这样的涡轮压缩机，在其中，无论是所述叶片的所述叶片上沿，还是所述外壳壁面，均分别在其每个子午线剖面轮廓上具有更多个凹陷以及更多个隆起，其分别在局部共同作用，以便所述顶部间隙在所述凹陷和所述隆起的区域内在子午面看来确定了一种自我重复的Z型走向。换句话说，所述特殊的不连续的轮廓可在所述叶片的子午线长度上重复。
[0028] 在一种扩展中，所述涡轮压缩机的特征在于，所述压缩机转子包括具有各自不同的轴向延伸的叶片，所述叶片在周向上被布置得相互交替并且在周向上弯曲。所述具有更短的轴向延伸的叶片优选作为中间叶片(也称作分流叶片)被布置在具有更大轴向延伸的叶片之间。
[0029] 在一种特殊的设计中，所述具有更大轴向延伸的叶片在所述压缩机转子的吸气侧的轴向俯视图或者说投影中覆盖了所述中间叶片。这是通过所述具有更大轴向延伸的叶片的弯曲形状实现的，这在所述中间叶片没有在其中延伸的、所述压缩机转子的周缘的区域内继续延伸。
[0030] 另一种实施变型在所述涡轮压缩机中规定了，至少或者仅仅是具有更大轴向延伸的所述叶片在其每个子午线剖面轮廓上具有所述至少一个凹陷以及所述至少一个隆起。这就意味着，也包括了具有中间叶片的压缩机转子，其子午线剖面轮廓连续地以及没有凹陷和隆起地延伸。
[0031] 本实用新型的涡轮压缩机能够扩大所述涡轮压缩机的运行范围。
附图说明
[0032] 本实用新型的其他有利扩展在下面结合本实用新型优选实施方式的说明依照附图来详细呈现。其中：
[0033] 图1为一种涡轮压缩机根据第一种实施例在子午面内被剖开；
[0034] 图2为如图1的所述涡轮压缩机；
[0035] 图3为如图1和2的所述涡轮压缩机的所述顶部间隙的细节图；
[0036] 图4为如图1和2的所述涡轮压缩机的所述压缩机转子的透视图；以及[0037] 图5为压缩机转子的一种替选性实施例的透视图。
具体实施方式
[0038] 在图1和2中，示意性地示出了涡轮压缩机1在子午面内被剖开的截图。所示的仅为所述涡轮压缩机的对于本实用新型比较重要的区域，其余的专业人员请参照现有技术中已知的构造。
[0039] 所述涡轮压缩机1包括所述压缩机外壳2和具有被布置为分布在周向上的叶片5的所述压缩机转子4。此外，所述压缩机转子如图4 所示。由
发动机(未示出)驱动着，所述压缩机转子4围绕着所述旋转轴RA旋转。其中，它轴向地吸入空气并且径向地吹出该气体。一种相对应的主要气流HS如图2所示。
[0040] 在所述压缩机外壳2的固定的外壳壁面3与所述叶片5的所述叶片上沿之间，设置了所述顶部间隙7，所述顶部间隙能够实现所述压缩机转子4的旋转。所述叶片上沿无覆盖，也就是说，没有被盖片覆盖。
[0041] 沿着其每个子午线剖面轮廓，无论是所述叶片5的所述叶片上沿，还是所述外壳壁面3，均被这样调整，使得流过所述顶部间隙7 的回流RS(详见图2)被转向相反的方向并且所述主要气流HS重新被导入。为此，在所述叶片5的所述叶片上沿上，相对于所述子午线走向，在所述主要气流HS由所述压缩机转子4的所述吸气侧的前沿12 向着其吹气侧的后沿6的流向上看来，设置凹陷11以及隆起10。具有所述凹陷13的所述外壳壁面3以互补的形状被构造为与所述叶片 5的隆起10相对，具有所述隆起14的所述外壳壁面被构造为与所述叶片5的所述凹陷11相对。所述不连续的子午线剖面轮廓导致，所述顶部间隙7在子午面看来确定了一种Z型的走向，其中，这一走向在如图1和2的视图中被反照。
[0042] 分别按照由哪一侧来看向所述叶片5，所述Z型的或者说被反照的Z型的走向另外都导致了，所述外壳壁面3和所述叶片5分别具有两个相对于所述子午线走向回撤的横边8以及相互对准的对于通过所述顶部间隙7的气流而言的止动面9、9‘。在所示的实施方式中，所述外壳壁面3的所述止动面9构成了对于所述回流RS而言的重要阻碍，并且将所述回流RS往回导入所述主要气流HS。所述止动面9、 9‘相对于垂直线向着所述外壳壁面3的或者说所述压缩机转子4的所述叶片上沿的所述子午线走向的切线T以角度α倾斜(详见图3)。所述角度α优选处在±15°的范围内，在所示实施方式中为-10°。因此，所述Z型的走向变成了一种闪现状的走向，具有明显的所述止动面9 向回进入所述主要气流HS的折回方向，因而包括了更好地导回所述回流RS。
[0043] 所述外壳壁面3和所述叶片5的所述叶片上沿的相应构造在图3 中被详细地示出。其中可以清楚地辨认出具有所述叶片上沿的凹陷 11和隆起10的所述子午线剖面轮廓相对于所述子午线走向M‘的调整以及具有所述外壳壁面3的凹陷14和隆起13的所述子午线剖面轮廓相对于所述子午线走向M的调整。所述阴影的面积确定了相对于所述连续的子午线走向M、M‘而言的偏差的各个值。另外，在图3 中标示出了通过所述叶片5的所述叶片上沿与所述外壳壁面3之间的间隔所确定的所述顶部间隙宽度a、b以及所述止动面9、9‘之间的所述顶部间隙长度c，其中，在所示实施例中，a＞c＞b。所述外壳壁面 3的所述隆起14和所述叶片上沿的所述凹陷11以及所述叶片上沿的所述隆起10和所述外壳壁面3的所述凹陷13分别是相同的，从而所述顶部间隙宽度a和b分别保持不变。
[0044] 另外，在图1中标出了所述压缩机转子4由其吸气侧前沿12向着其吹气侧后沿6的子午线长度L，所述长度被规定在值0＜L＜1之间，以便确定，通过所述凹陷11、13和隆起10、14构成的所述Z型走向在所示实施例中为0.47。是在平均顶部间隙长度c的情况下测得的。
[0045] 图4和5示出了压缩机转子4的不同实施例，其中，所述压缩机转子4分别包括具有各自不同轴向延伸的叶片5，所述轴向延伸在周向上被布置为相互交替并且在周向上弯曲。所述具有更短轴向延伸或者说子午线延伸的叶片作为中间叶片5‘被布置在具有更大轴向延伸或者说子午线延伸的叶片5之间。所述更长的叶片5的弯曲走向导致了，所述中间叶片5‘在轴向的投影内被覆盖。在如图4和5的所示实施例中，无论是所述叶片5，还是所述中间叶片5‘，均被设计为具有所述隆起10和凹陷11，但也可仅所述叶片5被相应地成型，所述中间叶片5‘具有连续的子午线剖面轮廓。如图5的压缩机转子4的实施方式的不同在于，在所述子午线走向上，所述叶片上沿的所述不连续的子午线剖面轮廓被构造为多重。那么，所述外壳壁面3就被成型为相应地互补。
[0046] 所述整个公布内容不仅适用于径向压缩机转子，也适用于斜流压缩机转子。
