專利名稱：旋轉(zhuǎn)裝置的制作方法
已知的旋轉(zhuǎn)裝置有多種形式。
例如，已知離心泵有一軸向進(jìn)口和帶葉片的轉(zhuǎn)子，以便甩動液體，從而在離心力的作用下徑向向外抽送該液體，同時離心泵還有一個或多個例如切向出口。
還知道軸向壓縮機有多組串聯(lián)布置的轉(zhuǎn)子和靜子葉片。該結(jié)構(gòu)包括數(shù)千種極其復(fù)雜的部件，而且這些部件必須有很高的尺寸精度和機械強度標(biāo)準(zhǔn)。該軸向壓縮機的一個實例是燃?xì)廨啓C，在燃?xì)廨啓C中，高壓氣體介質(zhì)由專用氣源供給并被引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子葉片上，這樣，該轉(zhuǎn)子由力驅(qū)動，同時例如帶動如發(fā)電機這樣的機器旋轉(zhuǎn)。
這些已知的裝置流動不穩(wěn)定，尤其是在低流量時。這通常導(dǎo)致轉(zhuǎn)子負(fù)載不平衡，轉(zhuǎn)子負(fù)載的不平衡將引起振動加大、轉(zhuǎn)速變化無法控制及使得軸承、軸和葉片上的機械負(fù)載非常大。
所有已知的旋轉(zhuǎn)裝置還有更多技術(shù)上的缺陷。
例如，效率通常較低且很依賴于轉(zhuǎn)速。
另外，已知裝置通常體積龐大、很重且很昂貴。
在利用鑄造方法制造轉(zhuǎn)子時，葉片必須有某一最小壁厚，這導(dǎo)致不希望的有效流通容積減小，同時由于釋出(release)和形成渦區(qū)而產(chǎn)生損失。葉片壁厚和所需的葉片形狀還限制了所能裝上的葉片的數(shù)量。此外，鑄造方法將不可避免地產(chǎn)生不希望的表面粗糙度和不平衡度，該不平衡度是由不希望和無法控制的密度差引起的，例如由于含有雜質(zhì)。
鑄造金屬和合金的抗拉強度也是有限的。
已知的離心泵還受到所謂滑移的影響，所謂滑移是指流體幾乎不附在由鄰接葉片限定的流道的吸入側(cè)的現(xiàn)象。由于葉片之間的張角，從而形成滑移區(qū)或有“滯流”的水的區(qū)域，在該區(qū)域中有大規(guī)模的靜態(tài)湍流，因此，在該區(qū)域內(nèi)流通量為零。從而導(dǎo)致離心泵的出口壓力劇烈波動。
此外，已知裝置的結(jié)構(gòu)使它們在工作過程中產(chǎn)生大量的噪音。
例如，所有作為水泵的已知裝置都只有有限的增壓能力。例如，在作為消防泵時，泵通常彼此串聯(lián)起來以便達(dá)到所需的壓力，其表現(xiàn)為使所要泵送的水升高。
在已知的旋轉(zhuǎn)裝置中，有時還有這樣的缺點，即介質(zhì)進(jìn)口和介質(zhì)出口并不在相同方向上，而是例如彼此成直角。但是在某些確定的情況下希望至少能夠選擇使進(jìn)口和出口在同一方向上。
已知的裝置還不能使用粘性變化大的介質(zhì)。
在已知裝置中，流通介質(zhì)的流速在裝置的流通過程中變化相當(dāng)大。由于出現(xiàn)加速，導(dǎo)致噪音的產(chǎn)生和效率的損失。因此希望在所有情況下使該介質(zhì)的流通速度在流過旋轉(zhuǎn)裝置時保持恒定，例如在目標(biāo)值的0.2-5倍的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置沒有現(xiàn)有技術(shù)的上述問題和限制，或者至少減小上述問題和限制的程度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種裝置，該裝置能夠在相對于現(xiàn)有技術(shù)明顯增大的工作范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
因此，總的來說本發(fā)明提供了一種如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)裝置。
例如，如權(quán)利要求2所述的裝置能用作泵或壓縮機。
如權(quán)利要求3所述的裝置涉及一種作為馬達(dá)的裝置。
權(quán)利要求4、5和6涉及用于抽送的不同介質(zhì)。權(quán)利要求6中的術(shù)語“兩相介質(zhì)”是指例如這樣的介質(zhì)，即該介質(zhì)根據(jù)工作溫度和工作壓力可以處于液態(tài)和/或氣態(tài)。該介質(zhì)大量用于冷卻系統(tǒng)中，例如氟利昂、氨、烷烴。
權(quán)利要求7總體介紹了轉(zhuǎn)子流道的可能形式。
權(quán)利要求8、9、10給出了優(yōu)選的轉(zhuǎn)子流道數(shù)量。
權(quán)利要求11涉及防止在工作過程中產(chǎn)生劇烈的周期性壓力波動的旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)保證低噪音和均勻流動。
權(quán)利要求12涉及當(dāng)旋轉(zhuǎn)裝置作為介質(zhì)泵時在介質(zhì)進(jìn)口處的橫切螺旋槳(infeed propellor)的使用。該橫切螺旋槳保證介質(zhì)進(jìn)入轉(zhuǎn)子流道時不會在一定壓力和速度下釋出。
權(quán)利要求13和14介紹了一種較輕和較容易制造的轉(zhuǎn)子的非常實用的實施例。
重要的是在第三介質(zhì)通道區(qū)域中沒有不連續(xù)性，如果有不連續(xù)性，將會產(chǎn)生大規(guī)模的渦流和湍流，從而產(chǎn)生卸壓和噪音，因此如權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)是很有利的。
權(quán)利要求16涉及一種旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中可以采用較多數(shù)量的導(dǎo)流片，且在第三介質(zhì)通道處沒有使導(dǎo)流片厚度大大減小該位置處的介質(zhì)通道。由于相對于轉(zhuǎn)子流道的軸向而言其沿徑向的橫向尺寸越來越大，因此有額外的空間，以便在距離第三介質(zhì)通道一定距離處交錯布置第二組第二導(dǎo)流片。如果需要，在交錯布置的第一和第二導(dǎo)流片之間還可以布置第三組導(dǎo)流片。這些導(dǎo)流片又比第二導(dǎo)流片更短，并沿從第三介質(zhì)通道到第四介質(zhì)通道的方向延伸，一直延伸到第四介質(zhì)通道，并與對著第三介質(zhì)通道的第二導(dǎo)流片末端有一定距離。這樣的結(jié)構(gòu)可以有很好的流動導(dǎo)引效果，且基本對介質(zhì)的有效通道沒有不利影響。
權(quán)利要求17和18涉及靜子葉片的形狀。因為全部靜子葉片都是等角度間距布置的，因此它們的相互距離在任意軸向位置處都是相同的。不過，在流變學(xué)上，沿從第五介質(zhì)通道到第六介質(zhì)通道的方向上看，必需沿靜子流道的流線方向產(chǎn)生有效散開。在垂直于該流線的方向上，在沿著該流線的任意位置處，在葉片間可以確定漸進(jìn)角(angleof progression)。權(quán)利要求17將涉及該角度。權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點是大大提高了效率。
根據(jù)權(quán)利要求19而采用板材來制造盤和葉片所具有的優(yōu)點是能使轉(zhuǎn)子非常輕。板材可以非常輕、光滑且尺寸可靠。對材料的進(jìn)一步選定還要考慮耐磨損性(取決于通過的介質(zhì))、抗彎剛性、機械強度等。對于轉(zhuǎn)子，它的盤具有所述的雙曲形，因此重要的是，即使由于高速旋轉(zhuǎn)而使材料受到離心力時也能夠保持住基本形狀。在這方面還應(yīng)當(dāng)注意到，布置在盤之間且與盤剛性連接的葉片對轉(zhuǎn)子的加強有很大的作用。因此，重要的是采用較多的葉片。轉(zhuǎn)子還可制成具有非常高的尺寸精度，且內(nèi)部的不平衡度很小。
權(quán)利要求20、21、22給出了在特定情況下的材料選擇。
根據(jù)轉(zhuǎn)子的尺寸和轉(zhuǎn)速，所述板材可以有合適的尺寸。合適的選擇通常在權(quán)利要求23所述的范圍內(nèi)。對于可能會有的較小的不平衡度，轉(zhuǎn)子的慣性質(zhì)量矩優(yōu)選是盡可能地小，尤其是在低密度介質(zhì)例如氣體時。因此建議選用在技術(shù)上盡可能小的厚度。
權(quán)利要求24介紹了幾種可以將轉(zhuǎn)子導(dǎo)流片連接到盤上的可行方法。
權(quán)利要求25涉及靜子葉片的可選材料。作為該材料選擇基礎(chǔ)的在技術(shù)上所要考慮的因素大體上與轉(zhuǎn)子的導(dǎo)流片相同。
權(quán)利要求26涉及材料的選擇，或者說至少是殼體的圓柱形內(nèi)表面上的材料和靜子葉片材料的選擇。通過使這些材料的熱膨脹系數(shù)與權(quán)利要求20相同，可以消除熱應(yīng)力，從而在極大的溫度變化情況下也能保證相互連接和保持靜子流道的合適形狀。
葉片采用很薄的板材也有利于有效消除熱應(yīng)力。
權(quán)利要求27是上述技術(shù)原則的特定改進(jìn)，材料的可能性相同。顯然，在進(jìn)一步的改進(jìn)中，不僅殼體的圓柱形內(nèi)表面必須由相應(yīng)的材料制成，而且殼體的整個圓柱形殼或者甚至是整個殼體也可以由相應(yīng)材料制成。
權(quán)利要求28集中說明靜子流道的形狀。
正如前面在權(quán)利要求19-23中所述，慣性質(zhì)量矩和轉(zhuǎn)子的一定不平衡度的危險優(yōu)選是盡可能的小。
權(quán)利要求29也涉及這一方面，且尤其是采用氣體作為介質(zhì)，畢竟該氣體介質(zhì)對慣性質(zhì)量矩沒有明顯的影響。由于徑向尺寸小，軸應(yīng)當(dāng)具有很大的重量，從而使其慣性質(zhì)量矩與轉(zhuǎn)子的慣性質(zhì)量矩大小大約相同，盡管如此，但應(yīng)當(dāng)知道，軸的長度在某些情況下非常大，因此它的上述影響會很大。此外，轉(zhuǎn)子優(yōu)選是采用盡可能最輕的形狀，這樣，它的慣性質(zhì)量矩也相當(dāng)小。
權(quán)利要求30、31介紹了幾種形成轉(zhuǎn)子盤的可能方法。
權(quán)利要求32特別說明了一種形成轉(zhuǎn)子的特定方法。
權(quán)利要求33所述的結(jié)構(gòu)在采用非常熱或非常冷的介質(zhì)的情況下非常有效。
權(quán)利要求34介紹了一種非常有利的實施例，其中在有效密封的同時摩擦力幾乎為零。
權(quán)利要求35和36給出了更優(yōu)選的靜子葉片的可行數(shù)目。在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計中，必須考慮到，如果流管細(xì)長時，在很寬的流動范圍內(nèi)都只有局部的流管是可控的。
權(quán)利要求37、38和39進(jìn)一步給出了旋轉(zhuǎn)裝置在所有第四介質(zhì)通道的總截面積與第三介質(zhì)通道的總截面積之間的比值這一方面的特征。相應(yīng)選擇值在很大程度上取決于設(shè)計要求。
類似地，權(quán)利要求40、41和42提供了第四介質(zhì)通道環(huán)的直徑與第三介質(zhì)通道直徑之比的可選值。作為泵時，相應(yīng)選擇值取決于進(jìn)口和出口之間要產(chǎn)生的壓力比，作為渦輪時，其取決于膨脹比。
在本發(fā)明的泵中，在第四和第五介質(zhì)通道區(qū)域中還有很強的旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致該處的靜壓與已知的離心泵相比來說相對較低。由于該處的壓力相對較低，因此對其相關(guān)壁厚和局部密封要求不高，從而可以采用例如簡單的密封，例如迷宮式密封，而迷宮式密封在特定情況下被認(rèn)為是低級的。眾所周知，由于其性質(zhì)，迷宮式密封并不是完全密封的。由于局部壓力相對較低，該密封采用迷宮式密封就足夠了。
所述小壁厚可以通過深沖壓制造。
本發(fā)明裝置用途極廣。作為泵，它有非常均衡的壓力和效率特性曲線，其功率特性曲線大體上是單調(diào)的，因此，該泵適于多種不同用途，而對于普通的泵，則是不同用途需要不同尺寸。
由于所述特性曲線在任何轉(zhuǎn)速下都單調(diào)且基本成線性，這提供了重要的選擇方式，即通過簡單地調(diào)節(jié)驅(qū)動功率，獲得與其基本明確對應(yīng)的輸出特性。在現(xiàn)有技術(shù)中，實現(xiàn)該目的需要根據(jù)多個相關(guān)參數(shù)的瞬時值進(jìn)行復(fù)雜和昂貴的調(diào)節(jié)。因此在實際中并不這樣進(jìn)行調(diào)節(jié)。
抽吸粘性變化很大的介質(zhì)時，只需要很少的不同大小的泵，因為介質(zhì)的粘性對該裝置的特性影響小。
在作為泵時，一個裝置就可以達(dá)到非常大的流量和/或非常高的壓力，其可與多個現(xiàn)有技術(shù)的泵的串聯(lián)相比。
為了將泵的工作過程倒轉(zhuǎn)而成為馬達(dá)，或者相反，通常需要對靜子流道和轉(zhuǎn)子流道的尺寸進(jìn)行一些改變。
下面將參考附圖介紹本發(fā)明。附圖中

圖1所示為旋轉(zhuǎn)裝置的第一實施例的局部剖視且局部切開的側(cè)視圖；圖2是圖1中的裝置的局部斷開的透視圖，示意表示了空間結(jié)構(gòu)；圖3所示為集氣管的一種變化形式；圖4是旋轉(zhuǎn)裝置的第二實施例的局部斷開的透視圖；圖5A所示為靜子的一部分的展開圖，該靜子部分上帶有限定靜子流道的靜子葉片；圖5B所示為靜子葉片的展開圖；圖5C所示為兩個靜子葉片的與圖5A相應(yīng)的視圖，用于表示幾何比例；圖5D所示為圖5C的靜子流道的直線圖；圖5E所示為作為流道距離的函數(shù)的流道寬度的曲線圖；圖5F所示為作為流道距離的函數(shù)的包角(enclosed angle)；圖6A所示為旋轉(zhuǎn)裝置的第三實施例的示意剖視圖；圖6B所示為一種變化形式的與圖6A相應(yīng)的視圖；圖7所示為對于旋轉(zhuǎn)裝置第四實施例的轉(zhuǎn)子和靜子從內(nèi)部結(jié)構(gòu)下面看的分解透視圖，其中省略了殼體和底部的轉(zhuǎn)子盤；圖8所示為圖7的靜子的俯視圖，其中省略了殼體和轉(zhuǎn)子；圖9所示為轉(zhuǎn)子的與圖7相應(yīng)的、從下面看的分解透視圖；圖10A所示為第五實施例的靜子部分的與圖8相應(yīng)的透視圖，其中集氣管有所不同；圖10B所示為一種變化形式的與圖10A類似的視圖；圖10C所示為一種變化形式的與圖10B類似的視圖；圖10D是表示兩葉片間的切向距離與軸向位置之間的關(guān)系的曲線圖；圖10E所示為作為流道位置的函數(shù)的流道寬度；圖10F是表示作為流道位置的函數(shù)的包角的曲線圖；圖11是旋轉(zhuǎn)裝置的第六實施例的一部分的局部斷開的透視圖；圖12A是制造轉(zhuǎn)子葉片的模具的局部示意透視圖；圖12B所示為沿圖12A中的線B-B的剖視圖；圖12C所示為制造靜子葉片的裝置的示意分解圖；圖12D是圖12C中的裝置的透視圖；圖13A所示為用于裝配圖9所示轉(zhuǎn)子的裝置的示意分解圖；圖13B是在靜子的制造過程中的多個傳導(dǎo)塊的結(jié)構(gòu)的局部透視示意圖；圖13C是畫在圖13B下面的、表示根據(jù)圖13B制造的靜子的局部斷開的透視圖；圖13D所示為圖13B中的用于傳導(dǎo)熱和電的塊組件。
圖14所示為對已知旋轉(zhuǎn)裝置和本專利申請的裝置的作為相對流量的函數(shù)的效率進(jìn)行比較的示意曲線圖；圖15所示為與已知泵進(jìn)行比較的、作為在不同轉(zhuǎn)速下的流量函數(shù)的、由本發(fā)明裝置產(chǎn)生的壓力；圖16是另一實施例中與圖15相應(yīng)的曲線圖；圖17是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)裝置的又一實施例的透視圖；圖18是圖17中的裝置的切開的透視圖；圖19所示為圖17中的裝置的分解圖；圖20是馬達(dá)的透視圖；圖21是在第六介質(zhì)通道和第二介質(zhì)通道之間延伸的流道單元的透視圖22所示為圖21中的單元的俯視圖；以及圖23是一種變化形式的切開的透視圖。
圖1所示為旋轉(zhuǎn)裝置1。該旋轉(zhuǎn)裝置包括一殼體2，該殼體有一位于中心的軸向第一介質(zhì)通道3和三個軸向第二介質(zhì)通道4、5、6。裝置1還包括一軸7，該軸7在殼體2的內(nèi)部和殼體2外部延伸，且將該軸安裝成可相對于該殼體2旋轉(zhuǎn)，并支承著裝于殼體2內(nèi)的轉(zhuǎn)子8，該轉(zhuǎn)子將在下文中介紹。轉(zhuǎn)子8使中心的第三介質(zhì)通道9與第一介質(zhì)通道3連通。該第三介質(zhì)通道9分支成多個等角度間隔的轉(zhuǎn)子流道10，這些轉(zhuǎn)子流道10的每一個都在至少近乎徑向的主平面內(nèi)延伸并從第三介質(zhì)通道9延伸到各第四介質(zhì)通道11。該第三介質(zhì)通道9的端部區(qū)域和第四介質(zhì)通道11的端部區(qū)域都基本沿軸向延伸。如圖1所示，各轉(zhuǎn)子流道10大體稍微成S形，大致與半個余弦函數(shù)相當(dāng)，且各轉(zhuǎn)子流道10的中間部分12沿至少有相當(dāng)大的徑向分量的方向延伸。各轉(zhuǎn)子流道的橫截面的表面積從第三介質(zhì)通道到第四介質(zhì)通道是增大的。
旋轉(zhuǎn)裝置1還包括裝于殼體2內(nèi)的靜子13。該靜子13包括第一中心體14和第二中心體23。
該第一中心體14在其與轉(zhuǎn)子8相鄰的區(qū)域有一圓柱形外表面15，該圓柱形外表面與殼體2的圓柱形內(nèi)表面16一起限定了基本為圓柱形的介質(zhì)通道空間17，該介質(zhì)通道空間17的徑向尺寸最多是圓柱形外表面15的半徑的0.2倍，且在該介質(zhì)通道空間17中裝有多個等角度間隔的靜子葉片19，該靜子葉片一對對地限定了靜子流道18，且每個靜子葉片19在對著轉(zhuǎn)子8的端部區(qū)域20處形成第五介質(zhì)通道24，該第五介質(zhì)通道24的方向與軸向方向21明顯不同，尤其是角度至少60°，在靜子葉片19的另一端部區(qū)域22形成第六介質(zhì)通道25，該第六介質(zhì)通道25的方向與軸向方向21基本相同，尤其是角度最大為15°，該第五介質(zhì)通道24與第四介質(zhì)通道11連通，而該第六介質(zhì)通道25與三個第二介質(zhì)通道4、5、6連通。
該第二中心體布置成這樣，即，在第六介質(zhì)通道25和第二介質(zhì)通道4、5、6之間，三個集氣管流道26從第六介質(zhì)通道25向第二介質(zhì)通道4、5、6漸縮地延伸。這些集氣管流道也由第二中心體23的外表面29和殼體2的圓柱形內(nèi)表面16限定。
圖1中由箭頭表示了總的介質(zhì)流通通道27。該通道27限定于第一介質(zhì)通道3和第二介質(zhì)通道4、5、6之間，并分別通過以下部分第一介質(zhì)通道3、第三介質(zhì)通道9、轉(zhuǎn)子流道10、第四介質(zhì)通道11、靜子流道18、第六介質(zhì)通道25、集氣管流道26、第二介質(zhì)通道4、5、6，且在所述部分之間都基本光滑地過渡。應(yīng)當(dāng)注意，在圖1中，根據(jù)裝置1的抽吸作用示出了介質(zhì)沿箭頭27的流動，為此，軸7由馬達(dá)裝置(未示出)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。對于下面將介紹的裝置1的結(jié)構(gòu)，如果高壓介質(zhì)通過介質(zhì)通道4、5、6壓入第二介質(zhì)通道4、5、6時，那么介質(zhì)的流動將會反向，則轉(zhuǎn)子8將會被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，同時也可以驅(qū)動軸7旋轉(zhuǎn)。
該裝置的結(jié)構(gòu)是這樣的，即，在工作過程中，一方面，在轉(zhuǎn)子8的旋轉(zhuǎn)和軸的旋轉(zhuǎn)之間有相互力矩，從而可以使通過所述介質(zhì)流通通道27流動的介質(zhì)具有速度和壓力。
因此，該裝置通常可以作為泵工作，這時，驅(qū)動軸7并使介質(zhì)沿箭頭27抽送，或者可以作為渦輪/馬達(dá)，這時介質(zhì)流動反向且該介質(zhì)提供驅(qū)動力。
圖2所示為裝置1的示意剖視透視圖。顯然，集氣管流道26由第二中心體23形成，該第二中心體23可以認(rèn)為是一插入件，該插入件布置在第一中心體14上部并有三個形成集氣管流道26的凹陷部分30。該凹陷部分呈圓形，且其下側(cè)與第六介質(zhì)通道25連通，以便引導(dǎo)介質(zhì)沿箭頭27進(jìn)入第二介質(zhì)通道4、5、6。
圖3所示為插入件23的局部斷開的透視圖。在該實施例中，該插入件23由金屬板制成。它也可以由其它合適的材料構(gòu)成，例如固體的優(yōu)選是增強的塑料和類似物。
圖4所示為功能與裝置1相當(dāng)?shù)难b置31。該裝置31包括驅(qū)動馬達(dá)28。
由圖4可以比圖1更清楚地看到，在作為介質(zhì)進(jìn)口的第三介質(zhì)通道9內(nèi)布置有帶有多個螺旋槳葉片33的橫切螺旋槳32。
可以認(rèn)為圖9中的轉(zhuǎn)子與圖1中的轉(zhuǎn)子8相對應(yīng)，并應(yīng)當(dāng)注意，圖4中的裝置31中的轉(zhuǎn)子34有多個額外的增強支架35，而在轉(zhuǎn)子8中是沒有的。
如圖9所示，轉(zhuǎn)子8包括多個單獨的部件，這些部件相互組裝成一體的方法將在下面介紹。轉(zhuǎn)子8包括一下部盤36、一上部盤37、12個相對較長的導(dǎo)流片38和交叉布置在該較長導(dǎo)流片38之間的12個相對較短的導(dǎo)流片39，這些導(dǎo)流片以圖示方式形成各轉(zhuǎn)子流道10的等間距邊界。各導(dǎo)流片38、39形成彎曲形狀，并有垂直彎曲的邊40、41，以便與盤36、37配合密封該介質(zhì)。導(dǎo)流片38、39優(yōu)選是通過焊接與盤連接，從而形成一體的轉(zhuǎn)子。在中心的第三介質(zhì)通道9內(nèi)布置有橫切螺旋槳32。該橫切螺旋槳有12個葉片，該葉片與該較長的轉(zhuǎn)子導(dǎo)流片38連接，而沒有流變明顯的過渡區(qū)。在橫切螺旋槳32的中部布置有向下的錐形流線形元件42。
圖4非常清楚地表示了裝置31在作為例如液體泵時的工作狀況。通過驅(qū)動軸7與轉(zhuǎn)子34共同運動，液體通過螺旋槳32的作用而被壓入轉(zhuǎn)子流道。部分由于所產(chǎn)生的離心加速度，可以獲得與離心泵相當(dāng)?shù)膹娏页閴鹤饔谩２贿^，離心泵是通過根本不同形式的轉(zhuǎn)子流道進(jìn)行工作的。從轉(zhuǎn)子流道10流出的液體有強烈的旋轉(zhuǎn)，形成既有切向或旋轉(zhuǎn)方向分量又有軸向分量的環(huán)流形式。靜子葉片19消除該旋轉(zhuǎn)分量，并將最初軸向引入的流體再一次沿軸向引入到集氣管流道26，在該集氣管流道，分散的流體再集中起來并送入各介質(zhì)出口4、5、6。如果需要，如圖2所示，可以通過將三個出口4、5、6并成一根管道43，從而通過該管道進(jìn)一步抽送該介質(zhì)。再參考圖10，可以看到另一可行的實施例，在該實施例中，出口也幾乎完全軸向延伸。
如圖5A所示，靜子葉片19在其橫切側(cè)有彎邊44。該彎邊有流變作用。它使得由快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子34所產(chǎn)生的、有強烈旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)流體光滑地、成流線形地向靜子流道18過渡。
在該實施例中，參考圖9，所述轉(zhuǎn)子由盤36、37、導(dǎo)流片38、39、螺旋槳32等不銹鋼部件構(gòu)成。
圖5A所示為第一中心體的外表面15和靜子葉片19的展開圖。
圖5B所示為沿圖5A中的虛線B-B的導(dǎo)流片19的視圖。
圖5C所示為一組靜子葉片19一起限定了一組靜子流道18。
圖5D所示為流道18的設(shè)計圖，其中定義了沿逐條線46的相互角(mutual angle)，如圖5D所示，該逐條線46至少在本實施例中彼此沿軸線的距離大約是5mm。各靜子流道的出口寬度大約是15mm，如圖5C所示。圖5D表示了在所示不同位置處兩葉片19之間的相應(yīng)半角。
圖5E所示為作為根據(jù)圖5C和5D中的位置的函數(shù)的流道寬度。
圖5F所示為圖5D所示的夾角。應(yīng)當(dāng)看到，該夾角在各個位置都沒有超過大約15°的流變有效值，甚至保持在14°以下。
在圖1和圖4中可以清楚地看到，各轉(zhuǎn)子8、34在第三介質(zhì)通道和第四介質(zhì)通道區(qū)域內(nèi)分別通過迷宮式密封件45、46而相對于殼體2密封。軸通過至少兩個軸承安裝在殼體上，在圖1和4中僅畫出了這兩個軸承中的一個。該軸承由參考標(biāo)號47表示。
圖6A所示為結(jié)構(gòu)稍微有所不同的旋轉(zhuǎn)裝置。該結(jié)構(gòu)包括一個連續(xù)的集氣管流道單元，因為有由第二中心體50與殼體52的壁51一起限定的空間49。因此只有一個介質(zhì)出口4。
圖6B所示為旋轉(zhuǎn)裝置48’，該旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)幾乎完全與圖6A中的裝置48的結(jié)構(gòu)類似。與裝置48不同的是，裝置48’包括一電馬達(dá)。它還包括多個由參考標(biāo)號90表示的靜子繞組，該靜子繞組布置在靜止位置，而轉(zhuǎn)子的錨固件(anchor)91與轉(zhuǎn)子8的上部盤37牢固連接。
靜子繞組的連接線并沒有畫出。它們能通過靜子葉片19內(nèi)的未使用空間而合適地向上延伸，并在合適位置從裝置48’中引出。
圖7表示了轉(zhuǎn)子8的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中省略了下部盤36。這可以參考圖9。在圖7中，特別重要的是第二中心體53的結(jié)構(gòu)。與圖2相比，可以更清楚地看出該實施例與裝置1的結(jié)構(gòu)的區(qū)別。該第二中心體53有三個限定了凹陷部分55的插入件54，該凹陷部分55使得靜子流道18的出口開口與介質(zhì)出口4、5、6連通。凹陷部分55設(shè)有流體導(dǎo)流片，盡管該流體導(dǎo)流片有不同的形狀，但是為了方便，它們都由參考標(biāo)號56表示。通過該結(jié)構(gòu)，同樣可以形成非常平穩(wěn)的無旋流動。
圖8所示為從另一側(cè)看時圖7中的靜子57。
圖10A所示為第五實施例的一部分。靜子61的結(jié)構(gòu)更有規(guī)則且更對稱，在這一點上它與圖2和7所示的實施例有區(qū)別。在圖10A所示實施例中，集氣管流道62以類似的方式在靜子流道18上形成。集氣管流道62的一側(cè)由沿出口4方向漸縮的第二中心體64的表面63限定，另一側(cè)由殼體的內(nèi)表面(未示出)限定。流道62由分隔壁65相互分開。如圖所示，平均大約2.7個靜子流道合并形成一個集氣管流道62。
圖10B所示為圖10A的一種變化形式。圖10B中的靜子61’與圖10A中的實施例的區(qū)別是這樣，即，流道62’由形狀與靜子61相應(yīng)部件的形狀不同的表面63’和導(dǎo)流片65’彼此分隔開。因此，圖10B中的介質(zhì)通道93’具有比圖10A中的介質(zhì)通道93大的通道。因此，整個流道62’的速度差小于整個流道62的速度差。這可能在某些情況下很有利。
圖10C所示為另一種變化形式，其中靜子61”不僅包括相對較長的導(dǎo)流片19，而且還包括交錯布置在該較長導(dǎo)流片之間的較短導(dǎo)流片19’。它的效果可以參考下面的圖10D、10E和10F進(jìn)行說明。靜子61’’的其它部分基本與靜子61’類似。應(yīng)當(dāng)指出的是，將導(dǎo)流片19和19’的下端區(qū)域進(jìn)行折疊。因此保證在有好的流線形的同時還增加了剛性、強度和抗腐蝕性。
圖10D所示為圖10C中的相鄰導(dǎo)流片19、19’之間的切向距離和圖10A和10B中的導(dǎo)流片19之間的切向距離。圖中切向距離表示為軸向位置的函數(shù)。曲線Ⅰ和Ⅱ?qū)?yīng)于相鄰的導(dǎo)流片。
圖10E涉及圖10C的實施例。該曲線表示作為流道位置的函數(shù)的流道寬度。相對較長和相對較短的導(dǎo)流片交錯布置的影響是顯而易見的。該影響可由曲線的突變而看出。如果沒有該突變，由Ⅱ表示的部分將光滑連接到由Ⅰ表示的部分上，這樣，區(qū)域Ⅱ內(nèi)的流道寬度將會變得非常大。這將嚴(yán)重影響靜子流道的延伸特性(elongatecharacter)，從而將會影響上述裝置的性能。
圖10F所示為作為流道位置的函數(shù)的包角。與圖5F的比較顯示，通過選擇使短導(dǎo)流片和長導(dǎo)流片交錯布置，在圖10C的結(jié)構(gòu)中該包角總是小于10°，而在圖5F中該包角達(dá)到大約14°。
圖11所示為第六實施例。該旋轉(zhuǎn)裝置66包括具有多個轉(zhuǎn)子流道68的轉(zhuǎn)子67，該轉(zhuǎn)子流道68由金屬板壁限定。該轉(zhuǎn)子可以通過爆炸變形(explosive deformation)、利用內(nèi)部介質(zhì)壓力、利用橡膠壓制或其它合適的已知技術(shù)而形成。集氣管流道69由導(dǎo)流片70限定，該導(dǎo)流片70大致成螺旋形地在吸入?yún)^(qū)域上延伸。
圖12表示了能夠由相應(yīng)的不銹鋼條制成空間形狀復(fù)雜的靜子葉片19的方法。
圖12A示意表示了用于由預(yù)定長度的扁平鋼條制成靜子葉片19的模具71。該模具包括兩個模具部件72、73，它們在力的作用下能夠彼此相對旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)閉合的位置，這兩模具部件有兩個彼此正對的分離表面，這兩表面的形狀基本相同，且其形狀與葉片19的形狀相應(yīng)。該分離表面位于74所指的位置處，在該位置上，畫的是實際處在葉片形成過程中的這種葉片19，其中，模具部件72、73的毗鄰部分是以斷開視圖的畫法來表示的。在底部所表示的是相應(yīng)的分離表面75，該分離表面75繼續(xù)成葉片19的形狀。箭頭76表示模具部件72、73的可相對旋轉(zhuǎn)性。導(dǎo)引塊76、77作為模具部件72、73在旋轉(zhuǎn)過程中的導(dǎo)引件。所述的用于旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動模具部件72、73的裝置并沒有畫出。
在該模具的打開位置(該位置并沒有在圖12A中畫出)，將直的不銹鋼條插入。該不銹鋼條是完全扁平且直的。然后，該模具部件相互旋轉(zhuǎn)，這樣，模制表面相互靠近。從而與鋼條接合，同時使其變形。參考圖12B，該圖表示了模具部件72、73的相互共同作用?？梢郧宄匆?，模具部件73在其下面毗鄰支承柱77處有一凹部78，該凹部與不銹鋼條19的彎曲底邊79對應(yīng)，同時，當(dāng)模腔閉合時，在模具部件72的上表面和模具部件73之間的頂部還有一類似的凹部80。該模腔的最終閉合僅由葉片19的金屬厚度決定。凹部80對應(yīng)于上部的彎曲邊81。
圖12C和12D所示為用于由扁平鋼條801形成靜子葉片819的一種可選裝置或模具871，其中給定長度的扁平鋼條801的彎曲形狀如圖12D中所示。該模具871包括兩個模具部件872、873，它們在力的作用下能夠彼此相對旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)閉合的位置，這兩模具部件有兩個彼此正對的分離表面，這兩表面的形狀基本相同，且其形狀與葉片819的形狀相應(yīng)。所述模具部件872、873的相互旋轉(zhuǎn)可以通過利用手柄802使模具部件873旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行，其中模具部件872保持靜止，因為它與固定在工作面上的框架803形成一整體。第二手柄804安裝在基本圓柱形的元件805上，該基本圓柱形的元件805有一個近乎三角形的開口806，該三角形開口806用于放入鋼條801和取出所形成的葉片819。相應(yīng)部件805和814通過裝入鍵槽807內(nèi)的鍵808而相互配合旋轉(zhuǎn)。
所述分離表面810、811使得鋼條801生成雙曲的基本形狀，不過沒有彎曲邊812、813，該彎曲邊812、813用于使靜子的葉片變形部分與各圓柱體連接。通過旋轉(zhuǎn)中間手柄802而獲得該形狀后，通過進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)手柄804，即可形成該彎曲邊812、813。在該進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)的過程中，如前所述，中心部件814與元件805相互配合旋轉(zhuǎn)且有彎曲邊815，由于中心部件814的旋轉(zhuǎn)，所述邊緣產(chǎn)生所希望的彎曲。第二彎曲邊816布置在元件805的內(nèi)部。
通過用裝置871進(jìn)行簡單操作，葉片819就能這樣由預(yù)成形的金屬條801制成。
應(yīng)當(dāng)知道，金屬條801是通過激光切割制成。因此可以獲得非常精確的無切屑、無毛刺的金屬板元件，且該金屬板元件沒有內(nèi)部應(yīng)力。狹窄的端部區(qū)域820能夠如箭頭823所示折疊到820’所指的位置。這樣，葉片819就可用作靜子的部件。這樣的靜子例如如圖13C所示。
圖13A所示為一種可行且非常實用的制造轉(zhuǎn)子8的方法。開始處是下部盤36、上部盤37和轉(zhuǎn)子導(dǎo)流片38、39，該轉(zhuǎn)子導(dǎo)流片38、39置于上部盤36和下部盤37之間并牢固與它們連接(也可見圖9)。
在分解圖13A中還可以看出，多串相似的、導(dǎo)電和導(dǎo)熱的成形塊82能夠并入所形成的三維導(dǎo)流片38、39中。這些塊由金屬線83連接起來以形成相應(yīng)的串，并能夠?qū)щ?，電流能夠由電?6經(jīng)過上電極84和下電極85傳導(dǎo)，并流經(jīng)相應(yīng)的盤37、塊82、導(dǎo)流片38、39、下部盤36和下電極85。通過擠壓裝置(未示出)，用力將形狀分別與上部盤37和下部盤36相對應(yīng)的盤形電極84、85彼此壓向一起，同時也以一相互距離相向擠壓圖3中所畫出和提及的部件。成形區(qū)域86作為擠壓點而布置在上電極84中。對應(yīng)的區(qū)域87布置在下電極84中。在傳輸足夠大的電流的時候，較大的電流經(jīng)擠壓區(qū)域86、87并經(jīng)過相應(yīng)的電流通路傳導(dǎo)，而該擠壓區(qū)域86、87與導(dǎo)流片38、39配準(zhǔn)。由此即可使導(dǎo)流片38、39有效點焊到盤36、37上。例如，銅塊82有很好的導(dǎo)電性，而且對導(dǎo)流片38、39沒有不利的熱影響。這樣完成點焊后，通過拉動金屬線83而將相應(yīng)的塊串取下。該操作完成后，轉(zhuǎn)子就基本制成了。如圖1所示，固定盤90也可以焊接到上部盤37上，并利用蓋體91而使該轉(zhuǎn)子固定在軸7上。在上述參考圖13介紹的點焊操作完成后，如圖4所示的轉(zhuǎn)子還有支架35，然后再安裝軸37。
圖13B以大大簡化且省略了多個部件的方式表示了一種制造如圖13C所示的靜子831的裝置830。為了更好地理解圖13B的裝置，首先參考圖13C。靜子831包括一圓柱形內(nèi)壁832和一圓柱形外壁833。在該實施例中，這些壁由不銹鋼制成。外壁833相對較厚，而內(nèi)壁832相對較薄。相對較長的靜子葉片819(見圖12)和交錯布置在該較長靜子葉片間的較短葉片819’都置于合適的位置，并且它們的彎曲邊812、813都通過焊接而固定在相應(yīng)的內(nèi)壁832和外壁833上。顯然，這些彎曲邊812、813的形狀必須與相應(yīng)的圓柱形表面精確配合。因此，圖12所示的裝置是專門設(shè)計的。
圖13B所示為等間距放置的銅塊串的裝置，其中省略了圓柱形壁832、833，為了方便起見，這些銅塊都以834表示，且其形狀如圖13D所示，分別與葉片819、819’相對應(yīng)。這些塊彼此機械連接，且通過束帶835而相互電絕緣。橡膠墊836具有這樣的形狀，即，使得由塊834、束帶835和墊836組成的整個構(gòu)件837精確安裝在靜子831的葉片819、819’之間。塊834基本成U形。這樣，邊812、813能夠彼此導(dǎo)電和導(dǎo)熱地連接，而不會通過葉片819的中間板導(dǎo)電。通過對比圖13B和13C，可以看出塊834和葉片819、819’的相對布置方式。
圖13B是簡化畫法，只表示了最前面一組串837，同時為了清楚，還省略了圓柱形的殼832、833。外部電極838布置在外殼833的外面，而內(nèi)部電極839布置在內(nèi)殼832的內(nèi)部。這些電極用于同時通過點焊區(qū)傳輸電流，為了方便起見，這些點焊區(qū)都由840表示。為此，電極838、839都與電流841連接。在將內(nèi)圓柱壁832和外圓柱壁833布置好并在整個圓周上布置好插入有塊串837的葉片819、819’后，布置內(nèi)部電極839和外部電極838，然后通上電流，這樣，在電流位置處，彎曲邊812、813被點焊到內(nèi)圓柱壁832和外圓柱壁833上。隨后在束帶835上將各塊串837從該結(jié)構(gòu)的頂部抽出，從而形成靜子831。
圖14所示為表示成相對流速Q(mào)的函數(shù)的效率“EFF”百分?jǐn)?shù)的曲線，該相對流速Q(mào)分別是現(xiàn)有技術(shù)的裝置的(曲線Ⅰ)、在如上述圖1所示的裝置中所測量的(曲線Ⅱ)和最后在如圖7、8、9、10所示的裝置中測量的。顯然，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的效率曲線大大高于現(xiàn)有技術(shù)，具有很大的進(jìn)步。特別是在低轉(zhuǎn)速時有顯著的提高。該提高說明了為什么一個裝置能夠用于多種不同的用途。而在現(xiàn)有技術(shù)中，不同的用途通常需要有不同的裝置。
圖15也表示了本發(fā)明裝置作為泵時的性能。圖15中的曲線涉及到作為本發(fā)明裝置的流速的函數(shù)的泵壓力值，并與尺寸和本發(fā)明裝置相當(dāng)?shù)陌思壠胀x心泵進(jìn)行對比。用圓形測量值點表示的曲線Ⅰ表示測量已知的泵NOVA PS 1874所得的值。其它的曲線表示本發(fā)明的泵在下面各轉(zhuǎn)速時的測量值1500、3000、4000、5000、5500、6000轉(zhuǎn)/分鐘。
圖16所示為兩種本發(fā)明的泵的測量結(jié)果與兩種現(xiàn)有技術(shù)的泵的測量結(jié)果所進(jìn)行的比較。曲線Ⅰ和Ⅱ表示普通類型的八級離心泵在3000轉(zhuǎn)/分鐘時的情況。曲線Ⅰ涉及的進(jìn)口為58mm，而曲線Ⅱ進(jìn)口為80mm。
所畫的分別標(biāo)出1500、3000、4000、5000、6000轉(zhuǎn)/分鐘的曲線表示一種一級的本發(fā)明裝置，該裝置的殼體直徑為170mm，轉(zhuǎn)子直徑為152mm，進(jìn)口直徑為38mm。虛線所示曲線也表示一種一級的本發(fā)明裝置，該裝置的殼體直徑為170mm，轉(zhuǎn)子直徑為155mm，進(jìn)口直徑為60mm。
線Ⅲ和Ⅳ分別表示上述本發(fā)明第一類型的泵的渦凹(cavitation)邊界和上述本發(fā)明第二類型的泵的渦凹邊界。
由前述可知，上述新結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)裝置能產(chǎn)生大大優(yōu)于類似的已知裝置的結(jié)果。尤其是參考圖15和16，還應(yīng)當(dāng)注意，該比較涉及到一級的本發(fā)明裝置與八級的現(xiàn)有技術(shù)裝置，即與串聯(lián)的八個已知旋轉(zhuǎn)裝置比較。
圖17所示為包括旋轉(zhuǎn)裝置902和馬達(dá)903的單元901。將該單元設(shè)計成作為泵。在下部設(shè)置有作為進(jìn)口的第一介質(zhì)通道904，在側(cè)面設(shè)置有作為出口的第二介質(zhì)通道905。
圖18示意表示了單元901的結(jié)構(gòu)。它與如圖4所示的實施例不同，在圖4所示實施例中該單元包括一馬達(dá)和一泵，該泵基本上是不可分地連接在馬達(dá)上，而單元901是由兩個單獨的部件構(gòu)成。為此，馬達(dá)軸906的朝外成錐形的端頭在其末端有一錐形螺紋907，而轉(zhuǎn)子軸908有相應(yīng)的互補形狀。這樣，馬達(dá)903和泵902以可拆開和可傳遞功率的方式彼此連接起來，且還能很容易地拆開。后面將會參考圖21和22特別介紹泵902部件的結(jié)構(gòu)。
圖19以分解圖的方式表示了該單元，其中主要的部件彼此連接和相互關(guān)聯(lián)。應(yīng)當(dāng)注意的是，泵902設(shè)有靜子的上部部件909的結(jié)構(gòu)與前述實施例的相應(yīng)部件不同。轉(zhuǎn)子910和進(jìn)口部件911與前述實施例相同。
圖20所示為馬達(dá)903，在其下部有連接件912，以便與出口部件909上的相應(yīng)連接套筒913連接。
圖21和22所示為出口部件909的部件914。部件914包括一個帶有中心開口916的金屬板縮管915?？s管915中貼著壁面而布置有流體導(dǎo)流片，這些導(dǎo)流片以圖21、22所示方式布置，且盡管它們有不同的形狀，但是為了方便起見，它們都由參考標(biāo)號917表示。導(dǎo)流片917是一個參數(shù)族(parametric family)的元件。
一個同樣由金屬板構(gòu)成的內(nèi)部縮管918布置于縮管915內(nèi)部，這樣，流體導(dǎo)流片917分別由縮管915和918界定，從而形成導(dǎo)流流道919。這些流道919都流出到出口905內(nèi)，以確?？煽氐牧鲃有问?，同時使摩擦損失很小。流體導(dǎo)流片917可以以與制造靜子葉片和/或轉(zhuǎn)子導(dǎo)流片的方法類似的方法制造?？梢詤⒖紙D12和13所涉及的可行制造方法。
單元901的結(jié)構(gòu)就不需要進(jìn)一步介紹了。其結(jié)構(gòu)和操作方法都可以通過前述實施例的介紹而知道。
導(dǎo)流流道919的功能與圖10A和10B中的集氣管流道62、62’類似。與圖10不同的是，單元903的結(jié)構(gòu)是這樣，即，其出口905在單元903的側(cè)面延伸。這簡化了在馬達(dá)903和泵902之間的關(guān)鍵連接結(jié)構(gòu)。不過應(yīng)當(dāng)知道，也可以采用如圖1、2和4所述的實施例。
圖23所示為帶有用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子1003的電馬達(dá)1002的泵1001。靜子1005的進(jìn)口1004通過旋轉(zhuǎn)對稱的過渡區(qū)1007連接到側(cè)面的進(jìn)口1006上。轉(zhuǎn)子1003通過第二旋轉(zhuǎn)對稱過渡區(qū)域1008連接到側(cè)面的出口1009上，在本實施例中，該側(cè)面出口1009布置成與進(jìn)口1006共軸。而區(qū)域1007和1008處于同軸包圍的關(guān)系。
應(yīng)當(dāng)注意到，在圖23中，已經(jīng)確定的部件如葉片、導(dǎo)流片等都沒有畫出。
箭頭1010表示介質(zhì)流。
權(quán)利要求
1．旋轉(zhuǎn)裝置(1)，包括(a)一殼體(2)，該殼體(2)有一位于中心的、基本軸向的第一介質(zhì)通道(3)和至少一個基本軸向的第二介質(zhì)通道(4)(5)(6)；(b)一轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)子軸在殼體(2)的內(nèi)部和殼體(2)外部延伸，且將該轉(zhuǎn)子軸安裝成可相對于該殼體(2)旋轉(zhuǎn)，并支承著裝于殼體(2)內(nèi)的轉(zhuǎn)子(8)，該轉(zhuǎn)子(8)使中心的第三介質(zhì)通道(9)與所述第一介質(zhì)通道(3)連通，該第三介質(zhì)通道(9)分支成多個等角度間隔的轉(zhuǎn)子流道(10)，這些轉(zhuǎn)子流道(10)的每一個都在至少大體徑向的主平面內(nèi)延伸并從第三介質(zhì)通道(9)延伸到相應(yīng)的第四介質(zhì)通道(11)，其中，第三介質(zhì)通道(9)的端部區(qū)域和第四介質(zhì)通道(11)的端部區(qū)域都分別基本沿軸向延伸，各轉(zhuǎn)子流道(10)成曲線形，例如基本呈U形或基本呈S形，且各轉(zhuǎn)子流道(10)的中間部分(12)在至少有相當(dāng)大的徑向分量的方向上延伸，各轉(zhuǎn)子流道(10)有一流管橫截面表面積，即與各處的主方向橫切的橫截面面積，該橫截面沿從第三介質(zhì)通道到第四介質(zhì)通道的方向從相對值1增大到相對值至少為4；(c)一靜子(13)，該靜子(13)裝于該殼體(2)內(nèi)并包括(c1)第一中心體(14)，該第一中心體(14)具有基本旋轉(zhuǎn)對稱的外表面(15)，例如至少大體為圓柱形、至少大體為錐形、曲線形或組合形成，該外表面(15)具有平滑的形狀，它與殼體(2)的內(nèi)表面(16)一起限定了總體基本旋轉(zhuǎn)對稱的例如圓柱形的介質(zhì)通道空間(17)，該介質(zhì)通道空間(17)的徑向尺寸最多是所述外表面(15)的半徑的0.4倍，且在該介質(zhì)通道空間(17)中裝有多個等角度間隔的靜子葉片(19)，該靜子葉片一對對地限定了靜子通道(18)，且每個靜子葉片(19)在對著轉(zhuǎn)子(8)的端部區(qū)域(20)處形成第五介質(zhì)通道(24)，該第五介質(zhì)通道(24)的方向與軸向方向(21)明顯不同，尤其是角度至少60°，在靜子葉片(19)的另一端部區(qū)域(22)處形成第六介質(zhì)通道(25)，該第六介質(zhì)通道(25)的方向與軸向方向(21)幾乎相同，尤其是角度最大為15°，該第五介質(zhì)通道(24)與第四介質(zhì)通道(11)連通，以便使介質(zhì)基本沿軸向流動，并將其布置在基本相同的徑向位置，而該第六介質(zhì)通道(25)與所述至少一個第二介質(zhì)通道(4)(5)(6)連通；(c2)一第二中心體，其中，在第六介質(zhì)通道(25)和所述至少一個第二介質(zhì)通道(4)(5)(6)之間，多個集氣管流道(26)成錐形從第六介質(zhì)通道(25)向所述至少一個第二介質(zhì)通道(4)(5)(6)漸縮延伸，這些集氣管流道由第二中心體(23)的外表面(29)和殼體(2)的圓柱形內(nèi)表面(16)限定；其中，總的介質(zhì)流通通道(27)限定于第一介質(zhì)通道(3)和所述至少一個第二介質(zhì)通道(4)(5)(6)之間，并分別通過以下部分第一介質(zhì)通道(3)、第三介質(zhì)通道(9)、轉(zhuǎn)子流道(10)、第四介質(zhì)通道(11)、靜子流道(18)、第六介質(zhì)通道(25)、集氣管流道(26)、第二介質(zhì)通道(4)(5)(6)，或者反過來，且在工作過程中，所述部分之間都基本光滑地連續(xù)過渡；以及其中，該結(jié)構(gòu)是這樣的，即，在工作過程中，一方面，在轉(zhuǎn)子(8)的旋轉(zhuǎn)和軸(7)的旋轉(zhuǎn)之間有相互力矩，并且在流經(jīng)所述介質(zhì)流通通道(27)的介質(zhì)中有壓力。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中軸(7)與馬達(dá)(28)連接，以便進(jìn)行驅(qū)動，且第一介質(zhì)通道是介質(zhì)進(jìn)口，第二介質(zhì)通道是介質(zhì)出口。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中第二介質(zhì)通道是介質(zhì)進(jìn)口，并與高壓介質(zhì)源連接，第一介質(zhì)通道是介質(zhì)出口。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該介質(zhì)是液體、懸浮液、乳液或類似物。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該介質(zhì)是氣體。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該介質(zhì)是兩相介質(zhì)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中各轉(zhuǎn)子流道的軸向截面形狀基本與半個余弦函數(shù)相似。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中轉(zhuǎn)子流道的數(shù)量至少是10個。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中轉(zhuǎn)子流道的數(shù)量至少是20個。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中轉(zhuǎn)子流道的數(shù)量至少是40個。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中轉(zhuǎn)子流道的數(shù)量與靜子流道的數(shù)量不同，這樣，在旋轉(zhuǎn)過程中不會出現(xiàn)該第四介質(zhì)通道與第五介質(zhì)通道位置一致的情況，從而防止在流經(jīng)該旋轉(zhuǎn)裝置的介質(zhì)中產(chǎn)生與其相關(guān)的周期性的壓力波動。
12．根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中在作為介質(zhì)進(jìn)口的第三介質(zhì)通道內(nèi)布置有一個帶有多個螺旋槳葉片的橫切螺旋槳。
13．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該轉(zhuǎn)子包括兩個盤，這兩個盤與作為分隔器的導(dǎo)流片一起限定了轉(zhuǎn)子流道。
14．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中導(dǎo)流片從第三介質(zhì)通道延伸到與共同限定第四介質(zhì)通道的盤的端部區(qū)域有一定距離的區(qū)域。
15．根據(jù)權(quán)利要求12和13所述的裝置，其中各螺旋槳葉片與一導(dǎo)流片相連。
16．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中第一組第一導(dǎo)流片從第三介質(zhì)通道延伸到第四介質(zhì)通道，至少一個第二組第二導(dǎo)流片在該第一導(dǎo)流片之間交錯布置，該第二導(dǎo)流片從與第三介質(zhì)通道有一定距離處延伸到第四介質(zhì)通道。
17．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中在第五介質(zhì)通道和第六介質(zhì)通道之間的區(qū)域內(nèi)，一起形成靜子流道的一組靜子葉片之間的角度所達(dá)到的最大值為20°。
18．根據(jù)權(quán)利要求16和17所述的裝置，其中所述角度所達(dá)到的最大值為10°。
19．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中該盤和導(dǎo)流片由板材構(gòu)成，例如可由纖維增強的塑料、鋁(合金)、不銹鋼或彈簧鋼。
20．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中與介質(zhì)接觸的全部表面都能抵抗介質(zhì)的化學(xué)和/或機械作用。
21．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中與介質(zhì)接觸的全部表面都由材料制成并相互導(dǎo)電連接，從而有效避免火花的形成。
22．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中與介質(zhì)接觸的全部表面都提前制成光滑的，例如通過研磨、拋光、珩磨或者應(yīng)用涂層，該涂層例如碳化物、氮化物(例如氮化鈦、氮化硼)、玻璃、硅酸鹽、高等級塑料如聚酰亞胺。
23．根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中轉(zhuǎn)子直徑與板材厚度的比值為50-1600。
24．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中該導(dǎo)流片通過(點)焊、粘接、釬焊、磁力、螺紋連接件、凸緣/孔連接件或類似方式與盤連接。
25．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中轉(zhuǎn)子葉片由板材構(gòu)成，例如可由纖維增強的塑料、鋁(合金)、不銹鋼或彈簧鋼。
26．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中殼體內(nèi)表面的材料的熱膨脹系數(shù)與靜子葉片基本相同。
27．根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中至少殼體的內(nèi)表面由與靜子葉片相同的材料構(gòu)成。
28．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中靜子流道是這樣的，即，在橫切軸向方向而延伸的周邊平面內(nèi)，靜子流道的相對壁之間的距離在各軸向位置處都基本相同。
29．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中軸是固體的，因此它對包括該軸和所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)單元的慣性質(zhì)量矩的影響是很大的。
30．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中該盤由金屬通過深沖壓、輥壓、壓力加工、液壓成形、爆炸變形或者通過橡膠壓制或類似方法而制成。
31．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中該盤由塑料通過注模法、熱成形、熱真空成形或類似方法制成。
32．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該轉(zhuǎn)子由放入模具內(nèi)的至少兩層疊置的金屬板制成，該模具有形狀與所需轉(zhuǎn)子形狀一致的模腔，在對著所述模腔的壁而產(chǎn)生塑性變形的過程中，其間引入兩層壓力介質(zhì)，以導(dǎo)致板材料的膨脹，從而形成轉(zhuǎn)子。
33．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中將軸安裝成可相對于殼體在軸承中旋轉(zhuǎn)，軸承位于距介質(zhì)流通通道很遠(yuǎn)的位置，這樣，流通的介質(zhì)所可能的大幅增加或減少的溫度對軸承的溫度沒有影響或只有很小的影響。
34．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中轉(zhuǎn)子通過至少兩個迷宮式密封件而相對于殼體密封，其中一個在第三介質(zhì)通道區(qū)域附近，另一個在第四介質(zhì)通道區(qū)域附近。
35．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中靜子葉片的數(shù)目至少是10。
36．根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中靜子葉片的數(shù)目至少是20。
37．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所有第四介質(zhì)通道的總截面表面積與第三介質(zhì)通道的總截面表面積的比值至少為1。
38．根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其中所有第四介質(zhì)通道的總截面表面積與第三介質(zhì)通道的總截面表面積的比值至少為3。
39．根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中所有第四介質(zhì)通道的總截面表面積與第三介質(zhì)通道的總截面表面積的比值至少為10。
40．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中第四介質(zhì)通道的環(huán)的直徑與第三介質(zhì)通道的直徑的比值至少為1.5。
41．根據(jù)權(quán)利要求40所述的裝置，其中第四介質(zhì)通道的環(huán)的直徑與第三介質(zhì)通道的直徑的比值至少為10。
42．根據(jù)權(quán)利要求41所述的裝置，其中第四介質(zhì)通道的環(huán)的直徑與第三介質(zhì)通道的直徑的比值至少為20。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)裝置(1)，包括(a)兩通道(3,4)；(b)轉(zhuǎn)子(8)；(c)靜子(13)，該靜子(13)包括(c1)第一中心體(14)，其有外表面(15)，該外表面(15)與靜子葉片(19)共同限定介質(zhì)通道空間(27)，該靜子葉片(19)在其一端部區(qū)域(20)形成第五介質(zhì)通道(24)，其方向與軸向不同，在其另一端部區(qū)域(22)形成第六介質(zhì)通道(25)，其方向與軸向幾乎相同，該第五介質(zhì)通道(24)與第四介質(zhì)通道(11)連通，該第六介質(zhì)通道(25)與第二介質(zhì)通道(3,4)連通；(c2)第二中心體(23)，其中，在第六介質(zhì)通道(25)與第二介質(zhì)通道(3,4)之間延伸有由第二中心體和殼體限定的集氣管流道(26)。
文檔編號F04D17/00GK1317075SQ99810643
公開日2001年10月10日 申請日期1999年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月28日
發(fā)明者奧古斯蒂努斯·W·M·伯泰爾斯, 烏韋·史蒂芬 申請人:維利福格爾股份公司