本公开一般涉及涡轮推进器的机械构造。更特别地，本公开涉及一种径向涡轮推进器的机械构造。此外，本公开涉及一种用于制造径向涡轮推进器的方法。
背景技术：
在许多情况下，尤其是小涡轮装置的涡轮推进器由能够是例如钛的一块实心基本金属制成。上述类型的涡轮装置能够是例如但不必是废热回收系统或紧凑规格能量转换系统的集成涡轮发电机的一部分。然而，上述制造方法非常昂贵，且需要复杂的计算机控制加工。此外，制造过程中的失效的风险显著，因为在涡轮推进器的单个部位中例如一个叶片中的制造缺陷导致整个涡轮推进器被视为有缺陷。此外，在叶片失效的情况下，必须更换整个涡轮推进器。另一种制造方法是模具铸造，但是模具铸造有它自身的挑战，例如，通过模具铸造制造的涡轮推进器会在机械上比加工制造的涡轮推进器弱。此外，涡轮推进器的铸坯可能需要最终加工。许多大涡轮装置诸如例如气体涡轮的涡轮推进器通常被构造成使得分开的叶片被附接至毂部。在这种情况下，每一个叶片和毂部能够被分开制造，且因而制造过程中的失效的风险比在涡轮推进器由一块实心基本金属加工的上述情况下显著小。
然而，将分开的叶片附接至毂部的技术也不是没有挑战。一种挑战涉及对可靠的固定系统的需求，该固定系统用于在苛刻的操作条件下也保持叶片附接至毂部。尤其是与小涡轮装置的涡轮推进器结合，在叶片和毂部之间的接头的物理尺寸会很小，并且因此可能难以布置可靠的固定系统用于保持叶片附接至毂部。
技术实现要素：
以下呈现简化的发明内容，以便提供对各种发明实施例的一些形态的基本理解。发明内容不是本发明的广泛概述。它既不意图标识本发明的关键或决定性要素，也不意图描绘本发明的范围。以下发明内容仅以简化形式呈现本发明的一些构思，作为本发明的示范实施例的更详细说明的前奏。
根据本发明，提供一种新的径向涡轮推进器。根据本发明的径向涡轮推进器包括：
-涡轮叶轮模块，所述涡轮叶轮模块包括在所述径向涡轮推进器的轴向方向上彼此对置的第一表面和第二表面；和
-被附接至所述涡轮叶轮模块的叶片模块，每一个叶片模块是单块材料，且包括本体部分和一个或更多个叶片，所述一个或更多个叶片被连接至所述本体部分且从所述本体部分在所述轴向方向上突出，并且至少一个所述叶片模块包括至少两个叶片。
所述涡轮叶轮模块的至少所述第一表面设有一个或更多个环状沟槽，所述一个或更多个环状沟槽在所述轴向方向上开口，且包含所述叶片模块的所述本体部分，从而在每一个所述沟槽中，所述叶片模块在周向方向上连续。
所述径向涡轮推进器还包括固定系统，所述固定系统用于将所述叶片模块的所述本体部分保持在所述一个或更多个环状沟槽中。
由于叶片模块的本体部分处于在轴向方向上开口的环状沟槽中，离心力不以与例如将径向叶片附接至毂部的外周的情况下相同的方式对上述固定系统施加应力。此外，与将每一个叶片分开地附接至毂部的情况下相比，固定系统更简单以构造，因为从固定系统的观点看尺寸相关的上述叶片模块有利地包括许多叶片。涡轮叶轮模块和叶片模块能够由不同材料制造。在许多情况下，上述径向涡轮推进器比由单块材料加工的对应径向涡轮推进器更便宜制造。此外，在叶片失效的情况下，仅需要替换损坏的叶片模块。
根据本发明，也提供一种用于制造径向涡轮推进器的新方法。根据本发明的方法包括：
-制造涡轮叶轮模块，所述涡轮叶轮模块包括在所述径向涡轮推进器的轴向方向上彼此对置的第一表面和第二表面；
-制造叶片模块，每一个叶片模块是单块材料，且包括本体部分和一个或更多个叶片，所述一个或更多个叶片被连接至所述本体部分，且从所述本体部分在所述轴向方向上突出，并且至少一个所述叶片模块包括至少两个叶片；
-在所述涡轮叶轮模块的至少所述第一表面上制作在所述轴向方向上开口的一个或更多个环状沟槽；
-将所述叶片模块的所述本体部分放置到所述一个或更多个沟槽中，从而在每一个所述沟槽中，所述叶片模块在周向方向上连续；以及
-通过固定系统将所述叶片模块附接至所述涡轮叶轮模块，所述固定系统用于将所述叶片模块的所述本体部分保持在所述一个或更多个沟槽中。
在附加从属权利要求中描述了本发明的若干示范且非限制性实施例。
当结合附图阅读时，从对具体示范且非限制性实施例的以下说明将最好地理解本发明的关于构造和关于操作方法的各种示范且非限制性实施例连同本发明的另外的目的和优点。
在该文件中，使用动词“包括……”和“包含……”作为开放式限定，这些开放式限定既不排除也不要求存在未叙述的特征。从属权利要求中叙述的特征能够彼此自由地组合，除非另有明确声明。此外，应理解，贯穿该文件使用“一”或“一个”即单数形式不排除多个。
附图说明
以下在示例的意义上并参考附图更详细地解释本发明的示范且非限制性实施例和它们的优点，在这些附图中：
图1a示出根据本发明的示范且非限制性实施例的径向涡轮推进器，
图1b示出图1a中所示的径向涡轮推进器的涡轮叶轮模块的截面图，
图1c示出图1a中所示的径向涡轮推进器的叶片模块，
图1d示出组装阶段期间的图1a中所示的径向涡轮推进器，
图2a、图2b和图2c示出图1a中所示的径向涡轮推进器的细节，并且
图3示出根据本发明的示范且非限制性实施例的用于制造径向涡轮推进器的方法的流程图。
具体实施方式
以下给出的说明中提供的具体示例不应被理解为限制所附权利要求的范围和/或适用性。以下给出的说明中提供的列表和示例组不是穷举的，除非另有明确声明。
图1a示出根据本发明的示范且非限制性实施例的径向涡轮推进器。该径向涡轮推进器包括涡轮叶轮模块101，该涡轮叶轮模块101包括在径向涡轮推进器的轴向方向上彼此对置的第一表面和第二表面。轴向方向平行于坐标系199的z轴。在图1b中示出涡轮叶轮模块101的截面图。截面平面平行于坐标系199的yz平面。径向涡轮推进器包括叶片模块，这些叶片模块被附接至涡轮叶轮模块101。一个叶片模块是图1c中所示的叶片模块102。每一个叶片模块是单块材料，且包括本体部分和叶片，这些叶片被连接至该本体部分且从本体部分在轴向方向上突出。在图1c中，以附图标记103指示叶片模块102的本体部分，并且以附图标记104和105指示叶片模块102的两个叶片。使用例如模具铸造和/或计算机控制加工和/或一些其它适当的方法，能够将每一个叶片模块与涡轮叶轮模块101分开制造且与其它叶片模块分开制造。由于能够将叶片模块作为分开的部件制造，所以制造过程能够简单，能够容易对叶片模块进行表面涂布，并且能够容易测试不同的材料。
涡轮叶轮模块101的上述第一表面和第二表面设有在轴向方向上开口的环状沟槽。在图1b中，以附图标记106、107、108和109指示第一表面上的环状沟槽。在图1b中，以附图标记110指示第二表面上的一个环状沟槽。图1d示出组装阶段期间的图1a中所示的径向涡轮推进器，其中四个叶片模块已经被安装在涡轮叶轮模块101上。如借助图1a-1d能够理解，环状沟槽包含叶片模块的本体部分，从而在每一个沟槽中，叶片模块在径向涡轮推进器的周向方向上连续。
图1a-1d中所示的径向涡轮推进器还包括固定系统，该固定系统用于将叶片模块的本体部分保持在涡轮叶轮模块101的环状沟槽中。以下参考图2a、图2b和图2c解释该固定系统。图2a示出图1a、图1b和图1c中所示的涡轮叶轮模块101的环状沟槽106的一部分。涉及涡轮叶轮模块101的其它环状沟槽的固定系统的元件可以与涉及环状沟槽106的固定系统的下述元件类似。图2b示出沿图2a中所示的线a1-a1截取的截面。固定系统包括一个或更多个紧固元件211，用于将第一叶片模块202附接至涡轮叶轮模块101，该第一叶片模块202是其本体部分在环状沟槽106中的一个叶片模块。应指出，在图2a中未示出叶片模块202。环状沟槽106包括段212，该段212用于包含叶片模块202的本体部分203。在图2b中，以附图标记204指示叶片模块202的一个叶片。在图2a和2b中所示的示范情况下，紧固元件211是螺钉，并且在图2b中示出这些螺钉中的一个螺钉。固定系统包括在环状沟槽106与第二叶片模块之间的轴向形状锁定，第二叶片模块的本体部分在环状沟槽106中。这些第二叶片模块中的一个第二叶片模块是图1c中所示的叶片模块102。图2c示出沿图2a中所示的线a2-a2截取的截面。应指出，在图2a中未示出叶片模块102。如从图2c能够看到，上述轴向形状锁定意味着：环状沟槽106的横截面形状与第二叶片模块的本体部分的横截面形状被布置成防止第二叶片模块的本体部分在轴向方向上(即在图2a-2c中所示的z方向上)离开环状沟槽106。在图2c中所示的示范情况下，以燕尾接头实现轴向形状锁定。然而，使用其它形状实现轴向形状锁定也是可行的。
环状沟槽106的上述段212允许将第二叶片模块(诸如叶片模块102)的本体部分插入环状沟槽106中并随后沿环状沟槽106沿周向滑动。位于不同环状沟槽中且通过紧固元件附接的叶片模块(诸如叶片模块202)被有利地放置在周向方向上的不同扇区中，以便促进径向涡轮推进器的平衡。例如，沟槽106的段212能够在图1d中所示的扇区114上，沟槽107的对应段能够在扇区115上，沟槽108的对应段能够在扇区116上，并且沟槽109的对应段能够在图1d中所示的扇区117上。在图1b和图1d中未示出允许叶片模块的插入的上述段。
值得指出的是：用于将叶片模块的本体部分保持在涡轮叶轮模块的环状沟槽中的上述固定系统不是唯一的可能选择。例如，也可行的是：所有的叶片模块都通过紧固元件诸如例如螺钉附接至涡轮叶轮模块。
此外，值得指出的是：根据本发明的示范且非限制性实施例的径向涡轮推进器可包括具有不同数目叶片的叶片模块。例如，以图2c中所示类型的形状锁定附接的一个或更多个叶片模块可仅包括一个叶片，而以图2b中所示类型的布置附接的叶片模块可包括许多叶片。
在根据本发明的示范且非限制性实施例的径向涡轮推进器中，以热膨胀将具有收紧效果的方式选择涡轮叶轮模块101和叶片模块的材料。这能够通过选择材料使得涡轮叶轮模块101的材料的热膨胀系数小于叶片模块的材料的热膨胀系数来实现。
用于涡轮叶轮模块101和用于叶片模块的材料对例如能够但不必是：
-钛用于涡轮叶轮模块，并且钢例如不锈钢用于叶片模块，
-钛用于涡轮叶轮模块，并且铝用于叶片模块，
-钛用于涡轮叶轮模块，并且镁用于叶片模块，
-钢例如不锈钢用于涡轮叶轮模块，并且铝用于叶片模块，
-钢例如不锈钢用于涡轮叶轮模块，并且镁用于叶片模块。
钛的长度热膨胀系数是约8.5×10-6/k。钢例如不锈钢的长度热膨胀系数是约11-18×10-6/k。铝的长度热膨胀系数是约24×10-6/k。镁的长度热膨胀系数是约26×10-6/k。
在图1a-1d中所示的示范径向涡轮推进器中，在涡轮叶轮模块101的两侧上都有叶片。在根据本发明的示范且非限制性实施例的径向涡轮推进器中，仅在涡轮叶轮模块的一侧上有叶片。图1a-1d中所示的径向涡轮推进器具有四个涡轮级。如基于图1a-1d能够容易理解，涡轮级的数目不必为四个，而是能够多于四个或少于四个。此外，能够使用相同的涡轮叶轮模块用于不同压力水平的涡轮，因为能够通过使用适当的叶片模块选择叶片高度。
图3示出根据本发明的示范且非限制性实施例的用于制造径向涡轮推进器的方法的流程图。该方法包括下列动作：
-动作301：制造涡轮叶轮模块，该涡轮叶轮模块包括在径向涡轮推进器的轴向方向上彼此对置的第一表面和第二表面；
-动作302：制造叶片模块，每一个叶片模块是单块材料，且包括本体部分和一个或更多个叶片，所述一个或更多个叶片被连接至该本体部分，且从本体部分在轴向方向上突出，并且至少一个叶片模块包括至少两个叶片；
-动作303：在涡轮叶轮模块的至少第一表面上制作在轴向方向上开口的一个或更多个环状沟槽；
-动作304：将叶片模块的本体部分放置到所述一个或更多个沟槽中，从而在每一个沟槽中，叶片模块在周向方向上连续；以及
-动作305：通过固定系统将叶片模块附接至涡轮叶轮模块，该固定系统用于将叶片模块的本体部分保持在所述一个或更多个沟槽中。
在根据本发明的一个示范且非限制性实施例的方法中，每一个叶片模块包括至少两个叶片。
在根据本发明的一个示范且非限制性实施例的方法中，每一个叶片模块包括至少五个叶片。
涡轮叶轮模块的制造301可包括例如从能够是例如钛的一块金属加工涡轮叶轮模块。也可行的是：涡轮叶轮模块的制造包括模具铸造和加工涡轮叶轮模块的铸坯。
叶片模块的制造302可包括例如由一块金属加工每一个叶片模块。也可行的是叶片模块的制造包括：模具铸造叶片模块并加工叶片模块的铸坯；或者仅模具铸造。也可行的是：叶片模块的制造包括三维“3d”打印叶片模块；以及可能精加工已3d打印的叶片模块。3d打印的优点是制作例如中空结构和包括冷却通道的结构的能力。此外，叶片模块的制造可包括以对例如腐蚀和/或某些化学品有抵抗力的适当材料例如铜对叶片模块的表面进行涂布。
以上给出的说明中提供的具体示例不应被理解为限制所附权利要求的范围和/或适用性。以上给出的说明中提供的列表和示例组不是穷举的，除非另有明确声明。