旋转式雾化器涡轮机的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年1月20日提交的德国专利申请no.102015000551.0的优先权，其全部内容都通过引用并入本文。

一种旋转式雾化器涡轮机(1)，其可设计为用于在旋转式雾化器中驱动喷射体(例如钟形板)的径向涡轮机。

背景技术：

在用于涂装机动车车身部件的现代涂装设备中，涂料的施加通常使用旋转式雾化器来执行，其中，作为喷射体的钟形板以高达80000转每分钟的高转速旋转。

钟形板通常由气动式驱动的涡轮机驱动，所述涡轮机通常成径向涡轮机的形式，径向涡轮机提供驱动空气，以用于在相对于涡轮机的旋转轴线径向定向的平面中驱动涡轮机。所述类型的旋转式雾化器涡轮机例如从ep1384516b1和de10236017b3已知。

通常，多个涡轮机叶片布置在可旋转的涡轮机叶轮上，以便分布在圆周上，所述涡轮机叶片通过驱动空气喷嘴经受驱动空气流动，以便机械地驱动旋转式雾化器涡轮机。

此外，已知的旋转式雾化器涡轮机还允许旋转式雾化器涡轮机的快速制动，例如在涂装操作中断的情况下。为此，涡轮机叶片通过单独的制动喷嘴经受与旋转方向相反的制动空气流动。然而，所述已知的旋转式雾化器涡轮机在各种方面都不是最佳的。

首先，制动性能不是最佳的，使得在制动过程中，旋转式雾化器涡轮机仅在一定的停机时间后才停止。

第二，还具有提高旋转式雾化器涡轮机的驱动功率的目的，以便使表面涂层性能可相应地增强。特别地，为了增强表面涂层性能，必须施加增加的涂料流量(每单位时间的涂料量)，这进而导致旋转式雾化器涡轮机上的更大的机械负载，并且需要相应地增大的驱动功率。

本发明的背景技术还包括de10233199a1、de102010013551a1和us2007/0257131a1。然而，这些公开未解决不令人满意的制动功率和驱动功率的问题。

技术实现要素：

本发明由此基于提供相应地改进的旋转式雾化器涡轮机的目的。

所述目的借助于根据本公开的旋转式雾化器涡轮机而实现。

本公开基于流体动力学领域中的关于如引言中所提到的已知的旋转式雾化器涡轮机的缺点的新获得的发现。

相应地，在已知的旋转式雾化器涡轮机的情况下，不令人满意的制动性能可部分地归因于以下事实：经由制动空气喷嘴供给的制动空气部分地沿径向流过环状地环绕的叶片布置，在此不再有助于制动作用。也就是说，一部分制动空气与涡轮机叶片的旋转方向相反地冲击涡轮机叶片的前侧，由此对涡轮机叶轮施加制动作用，这是期望的。相比之下，制动空气的另一部分从外侧向内侧流过环状地环绕的叶片布置，由此不会有助于制动作用，或甚至在涡轮机叶轮上附加地施加驱动作用。

因此，本公开的一个方面使得能够防止制动空气能够从外侧至内侧流过环状地环绕的叶片布置。为此，设置流动阻挡件，所述流动阻挡件可布置在与制动空气喷嘴相对的固定的位置，其中，流动阻挡件防止从制动空气喷嘴出现的制动空气能够从外侧至内侧沿径向流过环状地环绕的叶片布置。流动阻挡件由此防止制动空气喷嘴的区域中的制动空气再次从各涡轮机叶片在其中延伸的叶片流道沿向内的方向再次出现。

流动阻挡件例如可以是在叶片流道上布置在内侧处与制动空气喷嘴相对的简单的环状地环绕的板。

流动阻挡件优选地是固定的，也就是说流动阻挡件不与涡轮机叶轮一起旋转。

例如，可使制动空气喷嘴区域中的流动阻挡件沿周向方向延伸经过5°-90°的角度，具体地说，例如为30°-40°(更具体地说，例如约33°)的角度。

在该情况下，应提到的是，涡轮机叶轮可在其圆周的一部分上沿径向敞开，使得来自驱动空气喷嘴的驱动空气可在涡轮机叶轮的敞开部分中沿径向从外侧至内侧流动通过环状地环绕的叶片布置，在引言中描述的常规旋转式雾化器类型中也是如此。因此，流动阻挡件仅在制动空气喷嘴的区域上沿圆周方向延伸是有利的，以便流动阻挡件以可能的最小程度阻碍驱动空气。

上述涡轮机叶轮的敞开形式例如可通过具有涡轮机叶片从其一侧沿轴向突出至叶片流道中的盘的涡轮机叶轮的效果来实现。由此，驱动空气可从外侧向内侧流过涡轮机叶片的环状地环绕的叶片布置。

然而，涡轮机叶轮也可替代地具有平行的两个旋转盘，各涡轮机叶片轴向地布置在所述两个旋转盘之间。涡轮机叶轮也可由此在两侧上封闭。

此外，本公开基于流体动力学领域中的发现：已知的旋转式雾化器涡轮机的不令人满意的驱动功率部分地起因于下述事实，聚敛-发散流动管道在每个驱动空气喷嘴的下游形成在驱动空气喷嘴的出口处，从而由于流动在此进入亚音速状态的事实而导致剧烈的高损耗的压缩冲击。所述聚敛-发散流动通道通常在外侧处由叶片流道的流道壁形成，在内侧处由相应的涡轮机叶片的环绕的前侧形成。由于典型的各涡轮机叶片的强烈的弯曲，因此，驱动空气流首先经过聚敛区域，其中，涡轮机叶片的拱形前侧与叶片流道的流道壁之间的流动截面缩小。然后，驱动空气流经过发散区域，在发散区域中，相应的涡轮机叶片的强拱形的前侧与流道内壁之间的流动截面变宽。然而，由于上述的破坏性压缩冲击，对应于拉瓦尔(laval)喷嘴的所述类型的聚敛-发散流动分布是不期望的。

因此，本公开提出各驱动空气喷嘴的位于叶片流道的流道壁与相应的涡轮机叶片之间的出口区域以仅发散的方式延伸，使得截面区域沿流动方向变宽并与当前经过驱动空气喷嘴的出口区域的涡轮机叶片一起旋转。本发明的该方面由此针对性地防止了在各驱动空气喷嘴的位于相应的驱动空气喷嘴下游的出口处的超音速流中形成聚敛-发散流动通道。因此，在根据本公开的旋转式雾化器涡轮机的情况下，由此有利的是在驱动空气喷嘴的下游不设置聚敛截面区域。

发散截面区域优选地形成拉瓦尔喷嘴的与涡轮机叶轮一起旋转的输出侧部分。拉瓦尔喷嘴的上游部分优选地由驱动空气喷嘴形成，所述上游部分沿流动方向变窄(聚敛)。拉瓦尔喷嘴包括旋转的喷嘴部分(即发散截面区域)和固定的喷嘴部分(即驱动空气喷嘴)。

在发散的截面区域中，流动被加速并且脉冲再次增加，而如在图6所示的现有技术中那样的(即沿流动方向变窄的)聚敛截面区域将产生令人烦扰的冲击波。

在该情况下，拉瓦尔喷嘴至少在下游的发散喷嘴部分处、但可选地还在上游聚敛喷嘴部分中优选地产生超音速流。这是相对于例如扩散器中的亚音速流的基本差异，如在us2007/0257131a1中那样。根据本发明，超音速流优选地进入流动速度进一步增大的发散截面区域。

这借助于各涡轮机叶片的合适弯曲并借助于在各驱动空气喷嘴的出口区域中的叶片流道的相应的设计来实现。

在本公开的一示例性实施例中，各驱动空气喷嘴的出口区域的发散截面区域沿流动方向以至少2°、4°或甚至至少6°的角度变宽。

发散截面区域可沿周向方向延伸经过超过5°、10°、15°、20°或甚至30°的角度。

上文已经提到，特别地借助于叶片流道的流道壁的合适设计，可实现仅发散的截面区域。在本公开的示例性实施例中，叶片流道的流道壁在驱动空气喷嘴的出口区域中因此具有用于形成发散截面区域的向外拱形凹部。在这种情况下，表述“拱形凹部”应相对于流道壁的理想圆周理解，其中，拱形凹部从流道壁的理想圆周向外偏移，以便形成发散截面区域。

在示例性实施例中，叶片流道的流道壁中的所述拱形凹部是凹形的并且沿周向延伸10°-90°的角度、例如40°-50°的角度。在此，重要的是，拱形凹部和各涡轮机叶片的拱形前侧一起形成随着涡轮机叶轮的旋转而旋转的发散截面。

上文已简要地提到，各涡轮机叶片分别沿径向弯曲，使得涡轮机叶片的外端部指向与涡轮机叶轮的旋转方向相反的方向。各涡轮机叶片可分别以其前侧在涡轮机叶片的外端部处与叶片流道的外圆周围成特定的角度，其中，所述角度可以是至少2°、5°或甚至至少10°。

根据本发明的涡轮机优选地适用于被气压为6bar的压缩空气所驱动，这是涂装设备中的标准气压。应注意的是，根据本发明的雾化器的提高的效率使得能够利用6bar的标准气压实现更多的操作(即不同的转速、涂料流率等的值)，而不需要增大的气压。然而，涡轮机可替代地适于被具有8bar的气压的增压空气驱动。

在任何情况下，本发明与传统的雾化器涡轮机相比使得能够实现更高的驱动功率。这进而使得能够实现更高的涂料流率。例如，雾化器的旋转速度可高于10000rpm、20000rpm、50000rpm或甚至高于60000rpm。此外，由雾化器施加的涂料的流率可高于200ml/min、300ml/min、400ml/min、500ml/min或甚至高于600ml/min。

还须提到的是，本公开不仅包括作为单独组件的根据本公开的上述旋转式雾化器涡轮机。而是，本公开还包括具有所述类型的旋转式雾化器涡轮机的完整的旋转式雾化器。

附图说明

下文基于附图结合本公开的示例性实施例更详细地解释本公开的其它有利的改进，其中：

图1示出了旋转式雾化器涡轮机的侧视图，

图2示出了图1中旋转式雾化器涡轮机的分解侧视图，

图3a-3f是对于涡轮机叶轮的不同的相继的角位置的驱动空气喷嘴的出口处的发散截面区域的示意图，

图4是发散截面区域的详细示意图，

图5示出了示出与制动空气喷嘴相对的流动阻挡件的剖视图，

图6是现有技术的情况下的破坏性聚敛-发散截面区域的示意图。

具体实施方式

参照图1-2，示出了根据本公开的用于驱动钟形板的旋转式雾化器涡轮机1，所述旋转式雾化器涡轮机1可旋拧至钟形板轴2上，其中，钟形板轴2在操作期间绕旋转轴线3转动。

钟形板轴2支承涡轮机叶轮4，即，涡轮机叶轮4安装至钟形板轴2。多个涡轮机叶片5附接至涡轮机叶轮4，以便分布在周边上并且从涡轮机叶轮4突出，例如，涡轮机叶片5形成在涡轮机叶轮4的一侧上。涡轮机叶轮4具有延伸至外周边缘的圆盘17。涡轮机叶片5相对于轴线3径向地延伸并围绕圆盘17环状地间隔开。各涡轮机叶片5在这种情况下投影到叶片流道6中(图3a-5所示)，叶片流道6在外侧处通过环状地环绕的管壁7径向地限界。

旋转式雾化器涡轮机1的壳体16具有多个壳体部分，如图1和图2所示。旋转式雾化器涡轮机1包括第一端部部件25、喷嘴环26、间隔环27和第二端部构件28。第一和第二端部构件25、28、喷嘴环26和间隔环27例如使用固定销30围绕钟形板轴2轴向和径向地彼此耦接，以形成用于旋转式雾化器涡轮机1的壳体组件，使得当包围在壳体中时，钟形板轴2可绕轴线3转动(图1)。如图5所示，喷嘴环26围绕涡轮机叶轮4，使得喷嘴环26的内部空间形成圆柱形的涡轮机室25，涡轮机叶轮4在所述涡轮机室25中旋转。

多个驱动空气喷嘴8从外侧向叶片流道6中排出，如从图3a-3f和4可看出的那样。空气喷嘴8限定在喷嘴环26中。应当理解，喷嘴环26可限定任何合适数量的空气喷嘴8。各驱动空气喷嘴8分别沿图3a-5所示的箭头方向大致相切地将驱动空气流排出至叶片流道6中，以使涡轮机叶轮4转动。在这种情况下，在驱动空气喷嘴8的出口区域处，驱动空气首先流过发散截面区域9。

发散截面区域9在内侧处由当前经过的涡轮机叶片5的拱形的前侧10形成，在外侧处由流道壁7中的拱形凹部11形成。发散截面区域9由此随着该涡轮机叶片5沿旋转方向转动，所述涡轮机叶片5相应地在此经过相应的驱动空气喷嘴8的出口区域。

然而，与引言中描述的已知的旋转式雾化器相比，不在各驱动空气喷嘴8的出口处形成类似于拉瓦尔喷嘴的聚敛-发散截面区域，因为这将导致高损耗的压缩冲击。不具有这种破坏性聚敛-发散截面区域由此有利地使得根据本公开的旋转式雾化器涡轮机1的驱动功率增大。

再次参照图2，一对销30可延伸穿过限定在第一和第二端部部件25、28、喷嘴环26和间隔环27中的开口，以便在组装模式将这些部件锁定起来并防止第一和第二端部部件25、28、喷嘴环26和间隔环27相当于彼此侧向移动。

环形中间室12被间隔环27覆盖，以在安装状态下覆盖开口。

固定喷嘴本身是拉瓦尔喷嘴。其具有聚敛通道，聚敛通道将流动加速至声速，直到最窄的截面。从最窄的截面开始，通道是发散的，从而执行加速至超音速。当流动以超音速进入时，壳体与叶片之间的发散通道是超音速喷嘴。壳体与旋转叶片之间的该发散通道也可看作是拉瓦尔喷嘴的延伸。

在各驱动空气喷嘴8的下游，拱形凹部11沿周向方向分别延伸经过15°-30°的范围内的角度β。具体地，如图4所示，驱动空气喷嘴8包括沿流道壁7的圆周、即沿着流道壁7的弧间隔开的边缘32和端部33。流道壁7的圆周的从边缘32至端部33经过空气喷嘴8的路径、即流道壁7的理想圆周在图4中用附图标记12标识。角度β沿着路径12从边缘32延伸至端部33。图4所示的角度β是示例地示出的，并且应当理解，角度β可在15°-30°之间，如上文所述的那样。

继续参照图4，各涡轮机叶片5的前侧10在其外部的自由端部33处分别与流道壁7的圆周的路径12围出角度α＝15°-30°。具体地，图4中示出了涡轮机叶片5的前侧10的在自由端部33处的切线34。在前侧10的切线34与流道壁7的圆周的路径12之间限定角度α，如图4所示。

参照图5，制动空气喷嘴13向叶片流道6中敞开，以便使涡轮机叶片5经受工作空气流动，其中，制动空气流指向与涡轮机叶轮4的旋转方向相反的方向。

在这种情况下，流动阻挡件14定位在叶片流道6的内侧处，所述流动阻挡件14防止来自制动空气喷嘴13的制动空气沿径向简单地流过环状地环绕的叶片布置然后从叶片流道6再次出现在内侧处。特别地参照图2，流动阻挡件14固定至间隔环27，并且朝向涡轮机叶轮4轴向地延伸。例如图1中所示，在已被组装时，流动阻挡件14在涡轮机叶片5和叶片流道6的径向内部。以这种方式，从制动空气喷嘴13出来的制动空气被保持在叶片流道6内，由此以明显更高效的方式有助于对涡轮机叶轮4的制动。

流动阻挡件14可沿周向方向延伸经过20°-40°的角度，其中，在一个示例中，优选33°的角度。

最后，为了比较，图6示出了传统的旋转式雾化器涡轮机的情况下的驱动空气喷嘴8的出口区域。从图中可以看出，在发散截面区域9的上游，首先设有聚敛截面区域15。由此，聚敛截面区域15与之后的发散截面区域9一起形成类似于拉瓦尔喷嘴的喷嘴，这导致不期望的压缩冲击，从而减小旋转式雾化器涡轮机的驱动功率。

应当理解，本公开不限于本文的示例性描述。而是，根据本公开的原理，许多变型和改型是可行的。

附图标记列表

1旋转式雾化器涡轮机

2钟形板轴

3钟形板轴的旋转轴线

4涡轮机叶轮

5涡轮机叶片

6叶片流道

7叶片流道的流道壁

8驱动空气喷嘴

9发散截面区域

10涡轮机叶片的前侧

11流道壁中的拱形凹部

12没有拱形凹部的理想圆周

13制动空气喷嘴

14流动阻挡件

15聚敛截面区域

16壳体

17圆盘

25第一端部部件

26喷嘴环

27间隔环

28第二端部部件

32边缘

33端部

34切线