相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2015年1月20日提交的德國專利申請no.102015000551.0的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容都通過引用并入本文。

一種旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機(1)，其可設(shè)計為用于在旋轉(zhuǎn)式霧化器中驅(qū)動噴射體(例如鐘形板)的徑向渦輪機。

背景技術(shù)：

在用于涂裝機動車車身部件的現(xiàn)代涂裝設(shè)備中，涂料的施加通常使用旋轉(zhuǎn)式霧化器來執(zhí)行，其中，作為噴射體的鐘形板以高達80000轉(zhuǎn)每分鐘的高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

鐘形板通常由氣動式驅(qū)動的渦輪機驅(qū)動，所述渦輪機通常成徑向渦輪機的形式，徑向渦輪機提供驅(qū)動空氣，以用于在相對于渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸線徑向定向的平面中驅(qū)動渦輪機。所述類型的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機例如從ep1384516b1和de10236017b3已知。

通常，多個渦輪機葉片布置在可旋轉(zhuǎn)的渦輪機葉輪上，以便分布在圓周上，所述渦輪機葉片通過驅(qū)動空氣噴嘴經(jīng)受驅(qū)動空氣流動，以便機械地驅(qū)動旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機。

此外，已知的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機還允許旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的快速制動，例如在涂裝操作中斷的情況下。為此，渦輪機葉片通過單獨的制動噴嘴經(jīng)受與旋轉(zhuǎn)方向相反的制動空氣流動。然而，所述已知的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機在各種方面都不是最佳的。

首先，制動性能不是最佳的，使得在制動過程中，旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機僅在一定的停機時間后才停止。

第二，還具有提高旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的驅(qū)動功率的目的，以便使表面涂層性能可相應地增強。特別地，為了增強表面涂層性能，必須施加增加的涂料流量(每單位時間的涂料量)，這進而導致旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機上的更大的機械負載，并且需要相應地增大的驅(qū)動功率。

本發(fā)明的背景技術(shù)還包括de10233199a1、de102010013551a1和us2007/0257131a1。然而，這些公開未解決不令人滿意的制動功率和驅(qū)動功率的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明由此基于提供相應地改進的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的目的。

所述目的借助于根據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機而實現(xiàn)。

本公開基于流體動力學領(lǐng)域中的關(guān)于如引言中所提到的已知的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的缺點的新獲得的發(fā)現(xiàn)。

相應地，在已知的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的情況下，不令人滿意的制動性能可部分地歸因于以下事實：經(jīng)由制動空氣噴嘴供給的制動空氣部分地沿徑向流過環(huán)狀地環(huán)繞的葉片布置，在此不再有助于制動作用。也就是說，一部分制動空氣與渦輪機葉片的旋轉(zhuǎn)方向相反地沖擊渦輪機葉片的前側(cè)，由此對渦輪機葉輪施加制動作用，這是期望的。相比之下，制動空氣的另一部分從外側(cè)向內(nèi)側(cè)流過環(huán)狀地環(huán)繞的葉片布置，由此不會有助于制動作用，或甚至在渦輪機葉輪上附加地施加驅(qū)動作用。

因此，本公開的一個方面使得能夠防止制動空氣能夠從外側(cè)至內(nèi)側(cè)流過環(huán)狀地環(huán)繞的葉片布置。為此，設(shè)置流動阻擋件，所述流動阻擋件可布置在與制動空氣噴嘴相對的固定的位置，其中，流動阻擋件防止從制動空氣噴嘴出現(xiàn)的制動空氣能夠從外側(cè)至內(nèi)側(cè)沿徑向流過環(huán)狀地環(huán)繞的葉片布置。流動阻擋件由此防止制動空氣噴嘴的區(qū)域中的制動空氣再次從各渦輪機葉片在其中延伸的葉片流道沿向內(nèi)的方向再次出現(xiàn)。

流動阻擋件例如可以是在葉片流道上布置在內(nèi)側(cè)處與制動空氣噴嘴相對的簡單的環(huán)狀地環(huán)繞的板。

流動阻擋件優(yōu)選地是固定的，也就是說流動阻擋件不與渦輪機葉輪一起旋轉(zhuǎn)。

例如，可使制動空氣噴嘴區(qū)域中的流動阻擋件沿周向方向延伸經(jīng)過5°-90°的角度，具體地說，例如為30°-40°(更具體地說，例如約33°)的角度。

在該情況下，應提到的是，渦輪機葉輪可在其圓周的一部分上沿徑向敞開，使得來自驅(qū)動空氣噴嘴的驅(qū)動空氣可在渦輪機葉輪的敞開部分中沿徑向從外側(cè)至內(nèi)側(cè)流動通過環(huán)狀地環(huán)繞的葉片布置，在引言中描述的常規(guī)旋轉(zhuǎn)式霧化器類型中也是如此。因此，流動阻擋件僅在制動空氣噴嘴的區(qū)域上沿圓周方向延伸是有利的，以便流動阻擋件以可能的最小程度阻礙驅(qū)動空氣。

上述渦輪機葉輪的敞開形式例如可通過具有渦輪機葉片從其一側(cè)沿軸向突出至葉片流道中的盤的渦輪機葉輪的效果來實現(xiàn)。由此，驅(qū)動空氣可從外側(cè)向內(nèi)側(cè)流過渦輪機葉片的環(huán)狀地環(huán)繞的葉片布置。

然而，渦輪機葉輪也可替代地具有平行的兩個旋轉(zhuǎn)盤，各渦輪機葉片軸向地布置在所述兩個旋轉(zhuǎn)盤之間。渦輪機葉輪也可由此在兩側(cè)上封閉。

此外，本公開基于流體動力學領(lǐng)域中的發(fā)現(xiàn)：已知的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的不令人滿意的驅(qū)動功率部分地起因于下述事實，聚斂-發(fā)散流動管道在每個驅(qū)動空氣噴嘴的下游形成在驅(qū)動空氣噴嘴的出口處，從而由于流動在此進入亞音速狀態(tài)的事實而導致劇烈的高損耗的壓縮沖擊。所述聚斂-發(fā)散流動通道通常在外側(cè)處由葉片流道的流道壁形成，在內(nèi)側(cè)處由相應的渦輪機葉片的環(huán)繞的前側(cè)形成。由于典型的各渦輪機葉片的強烈的彎曲，因此，驅(qū)動空氣流首先經(jīng)過聚斂區(qū)域，其中，渦輪機葉片的拱形前側(cè)與葉片流道的流道壁之間的流動截面縮小。然后，驅(qū)動空氣流經(jīng)過發(fā)散區(qū)域，在發(fā)散區(qū)域中，相應的渦輪機葉片的強拱形的前側(cè)與流道內(nèi)壁之間的流動截面變寬。然而，由于上述的破壞性壓縮沖擊，對應于拉瓦爾(laval)噴嘴的所述類型的聚斂-發(fā)散流動分布是不期望的。

因此，本公開提出各驅(qū)動空氣噴嘴的位于葉片流道的流道壁與相應的渦輪機葉片之間的出口區(qū)域以僅發(fā)散的方式延伸，使得截面區(qū)域沿流動方向變寬并與當前經(jīng)過驅(qū)動空氣噴嘴的出口區(qū)域的渦輪機葉片一起旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的該方面由此針對性地防止了在各驅(qū)動空氣噴嘴的位于相應的驅(qū)動空氣噴嘴下游的出口處的超音速流中形成聚斂-發(fā)散流動通道。因此，在根據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的情況下，由此有利的是在驅(qū)動空氣噴嘴的下游不設(shè)置聚斂截面區(qū)域。

發(fā)散截面區(qū)域優(yōu)選地形成拉瓦爾噴嘴的與渦輪機葉輪一起旋轉(zhuǎn)的輸出側(cè)部分。拉瓦爾噴嘴的上游部分優(yōu)選地由驅(qū)動空氣噴嘴形成，所述上游部分沿流動方向變窄(聚斂)。拉瓦爾噴嘴包括旋轉(zhuǎn)的噴嘴部分(即發(fā)散截面區(qū)域)和固定的噴嘴部分(即驅(qū)動空氣噴嘴)。

在發(fā)散的截面區(qū)域中，流動被加速并且脈沖再次增加，而如在圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)中那樣的(即沿流動方向變窄的)聚斂截面區(qū)域?qū)a(chǎn)生令人煩擾的沖擊波。

在該情況下，拉瓦爾噴嘴至少在下游的發(fā)散噴嘴部分處、但可選地還在上游聚斂噴嘴部分中優(yōu)選地產(chǎn)生超音速流。這是相對于例如擴散器中的亞音速流的基本差異，如在us2007/0257131a1中那樣。根據(jù)本發(fā)明，超音速流優(yōu)選地進入流動速度進一步增大的發(fā)散截面區(qū)域。

這借助于各渦輪機葉片的合適彎曲并借助于在各驅(qū)動空氣噴嘴的出口區(qū)域中的葉片流道的相應的設(shè)計來實現(xiàn)。

在本公開的一示例性實施例中，各驅(qū)動空氣噴嘴的出口區(qū)域的發(fā)散截面區(qū)域沿流動方向以至少2°、4°或甚至至少6°的角度變寬。

發(fā)散截面區(qū)域可沿周向方向延伸經(jīng)過超過5°、10°、15°、20°或甚至30°的角度。

上文已經(jīng)提到，特別地借助于葉片流道的流道壁的合適設(shè)計，可實現(xiàn)僅發(fā)散的截面區(qū)域。在本公開的示例性實施例中，葉片流道的流道壁在驅(qū)動空氣噴嘴的出口區(qū)域中因此具有用于形成發(fā)散截面區(qū)域的向外拱形凹部。在這種情況下，表述“拱形凹部”應相對于流道壁的理想圓周理解，其中，拱形凹部從流道壁的理想圓周向外偏移，以便形成發(fā)散截面區(qū)域。

在示例性實施例中，葉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，拱形凹部和各渦輪機葉片的拱形前側(cè)一起形成隨著渦輪機葉輪的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的發(fā)散截面。

上文已簡要地提到，各渦輪機葉片分別沿徑向彎曲，使得渦輪機葉片的外端部指向與渦輪機葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向。各渦輪機葉片可分別以其前側(cè)在渦輪機葉片的外端部處與葉片流道的外圓周圍成特定的角度，其中，所述角度可以是至少2°、5°或甚至至少10°。

根據(jù)本發(fā)明的渦輪機優(yōu)選地適用于被氣壓為6bar的壓縮空氣所驅(qū)動，這是涂裝設(shè)備中的標準氣壓。應注意的是，根據(jù)本發(fā)明的霧化器的提高的效率使得能夠利用6bar的標準氣壓實現(xiàn)更多的操作(即不同的轉(zhuǎn)速、涂料流率等的值)，而不需要增大的氣壓。然而，渦輪機可替代地適于被具有8bar的氣壓的增壓空氣驅(qū)動。

在任何情況下，本發(fā)明與傳統(tǒng)的霧化器渦輪機相比使得能夠?qū)崿F(xiàn)更高的驅(qū)動功率。這進而使得能夠?qū)崿F(xiàn)更高的涂料流率。例如，霧化器的旋轉(zhuǎn)速度可高于10000rpm、20000rpm、50000rpm或甚至高于60000rpm。此外，由霧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。

還須提到的是，本公開不僅包括作為單獨組件的根據(jù)本公開的上述旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機。而是，本公開還包括具有所述類型的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的完整的旋轉(zhuǎn)式霧化器。

附圖說明

下文基于附圖結(jié)合本公開的示例性實施例更詳細地解釋本公開的其它有利的改進，其中：

圖1示出了旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的側(cè)視圖，

圖2示出了圖1中旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的分解側(cè)視圖，

圖3a-3f是對于渦輪機葉輪的不同的相繼的角位置的驅(qū)動空氣噴嘴的出口處的發(fā)散截面區(qū)域的示意圖，

圖4是發(fā)散截面區(qū)域的詳細示意圖，

圖5示出了示出與制動空氣噴嘴相對的流動阻擋件的剖視圖，

圖6是現(xiàn)有技術(shù)的情況下的破壞性聚斂-發(fā)散截面區(qū)域的示意圖。

具體實施方式

參照圖1-2，示出了根據(jù)本公開的用于驅(qū)動鐘形板的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機1，所述旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機1可旋擰至鐘形板軸2上，其中，鐘形板軸2在操作期間繞旋轉(zhuǎn)軸線3轉(zhuǎn)動。

鐘形板軸2支承渦輪機葉輪4，即，渦輪機葉輪4安裝至鐘形板軸2。多個渦輪機葉片5附接至渦輪機葉輪4，以便分布在周邊上并且從渦輪機葉輪4突出，例如，渦輪機葉片5形成在渦輪機葉輪4的一側(cè)上。渦輪機葉輪4具有延伸至外周邊緣的圓盤17。渦輪機葉片5相對于軸線3徑向地延伸并圍繞圓盤17環(huán)狀地間隔開。各渦輪機葉片5在這種情況下投影到葉片流道6中(圖3a-5所示)，葉片流道6在外側(cè)處通過環(huán)狀地環(huán)繞的管壁7徑向地限界。

旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機1的殼體16具有多個殼體部分，如圖1和圖2所示。旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機1包括第一端部部件25、噴嘴環(huán)26、間隔環(huán)27和第二端部構(gòu)件28。第一和第二端部構(gòu)件25、28、噴嘴環(huán)26和間隔環(huán)27例如使用固定銷30圍繞鐘形板軸2軸向和徑向地彼此耦接，以形成用于旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機1的殼體組件，使得當包圍在殼體中時，鐘形板軸2可繞軸線3轉(zhuǎn)動(圖1)。如圖5所示，噴嘴環(huán)26圍繞渦輪機葉輪4，使得噴嘴環(huán)26的內(nèi)部空間形成圓柱形的渦輪機室25，渦輪機葉輪4在所述渦輪機室25中旋轉(zhuǎn)。

多個驅(qū)動空氣噴嘴8從外側(cè)向葉片流道6中排出，如從圖3a-3f和4可看出的那樣?？諝鈬娮?限定在噴嘴環(huán)26中。應當理解，噴嘴環(huán)26可限定任何合適數(shù)量的空氣噴嘴8。各驅(qū)動空氣噴嘴8分別沿圖3a-5所示的箭頭方向大致相切地將驅(qū)動空氣流排出至葉片流道6中，以使渦輪機葉輪4轉(zhuǎn)動。在這種情況下，在驅(qū)動空氣噴嘴8的出口區(qū)域處，驅(qū)動空氣首先流過發(fā)散截面區(qū)域9。

發(fā)散截面區(qū)域9在內(nèi)側(cè)處由當前經(jīng)過的渦輪機葉片5的拱形的前側(cè)10形成，在外側(cè)處由流道壁7中的拱形凹部11形成。發(fā)散截面區(qū)域9由此隨著該渦輪機葉片5沿旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動，所述渦輪機葉片5相應地在此經(jīng)過相應的驅(qū)動空氣噴嘴8的出口區(qū)域。

然而，與引言中描述的已知的旋轉(zhuǎn)式霧化器相比，不在各驅(qū)動空氣噴嘴8的出口處形成類似于拉瓦爾噴嘴的聚斂-發(fā)散截面區(qū)域，因為這將導致高損耗的壓縮沖擊。不具有這種破壞性聚斂-發(fā)散截面區(qū)域由此有利地使得根據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機1的驅(qū)動功率增大。

再次參照圖2，一對銷30可延伸穿過限定在第一和第二端部部件25、28、噴嘴環(huán)26和間隔環(huán)27中的開口，以便在組裝模式將這些部件鎖定起來并防止第一和第二端部部件25、28、噴嘴環(huán)26和間隔環(huán)27相當于彼此側(cè)向移動。

環(huán)形中間室12被間隔環(huán)27覆蓋，以在安裝狀態(tài)下覆蓋開口。

固定噴嘴本身是拉瓦爾噴嘴。其具有聚斂通道，聚斂通道將流動加速至聲速，直到最窄的截面。從最窄的截面開始，通道是發(fā)散的，從而執(zhí)行加速至超音速。當流動以超音速進入時，殼體與葉片之間的發(fā)散通道是超音速噴嘴。殼體與旋轉(zhuǎn)葉片之間的該發(fā)散通道也可看作是拉瓦爾噴嘴的延伸。

在各驅(qū)動空氣噴嘴8的下游，拱形凹部11沿周向方向分別延伸經(jīng)過15°-30°的范圍內(nèi)的角度β。具體地，如圖4所示，驅(qū)動空氣噴嘴8包括沿流道壁7的圓周、即沿著流道壁7的弧間隔開的邊緣32和端部33。流道壁7的圓周的從邊緣32至端部33經(jīng)過空氣噴嘴8的路徑、即流道壁7的理想圓周在圖4中用附圖標記12標識。角度β沿著路徑12從邊緣32延伸至端部33。圖4所示的角度β是示例地示出的，并且應當理解，角度β可在15°-30°之間，如上文所述的那樣。

繼續(xù)參照圖4，各渦輪機葉片5的前側(cè)10在其外部的自由端部33處分別與流道壁7的圓周的路徑12圍出角度α＝15°-30°。具體地，圖4中示出了渦輪機葉片5的前側(cè)10的在自由端部33處的切線34。在前側(cè)10的切線34與流道壁7的圓周的路徑12之間限定角度α，如圖4所示。

參照圖5，制動空氣噴嘴13向葉片流道6中敞開，以便使渦輪機葉片5經(jīng)受工作空氣流動，其中，制動空氣流指向與渦輪機葉輪4的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向。

在這種情況下，流動阻擋件14定位在葉片流道6的內(nèi)側(cè)處，所述流動阻擋件14防止來自制動空氣噴嘴13的制動空氣沿徑向簡單地流過環(huán)狀地環(huán)繞的葉片布置然后從葉片流道6再次出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)處。特別地參照圖2，流動阻擋件14固定至間隔環(huán)27，并且朝向渦輪機葉輪4軸向地延伸。例如圖1中所示，在已被組裝時，流動阻擋件14在渦輪機葉片5和葉片流道6的徑向內(nèi)部。以這種方式，從制動空氣噴嘴13出來的制動空氣被保持在葉片流道6內(nèi)，由此以明顯更高效的方式有助于對渦輪機葉輪4的制動。

流動阻擋件14可沿周向方向延伸經(jīng)過20°-40°的角度，其中，在一個示例中，優(yōu)選33°的角度。

最后，為了比較，圖6示出了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的情況下的驅(qū)動空氣噴嘴8的出口區(qū)域。從圖中可以看出，在發(fā)散截面區(qū)域9的上游，首先設(shè)有聚斂截面區(qū)域15。由此，聚斂截面區(qū)域15與之后的發(fā)散截面區(qū)域9一起形成類似于拉瓦爾噴嘴的噴嘴，這導致不期望的壓縮沖擊，從而減小旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機的驅(qū)動功率。

應當理解，本公開不限于本文的示例性描述。而是，根據(jù)本公開的原理，許多變型和改型是可行的。

附圖標記列表

1旋轉(zhuǎn)式霧化器渦輪機

2鐘形板軸

3鐘形板軸的旋轉(zhuǎn)軸線

4渦輪機葉輪

5渦輪機葉片

6葉片流道

7葉片流道的流道壁

8驅(qū)動空氣噴嘴

9發(fā)散截面區(qū)域

10渦輪機葉片的前側(cè)

11流道壁中的拱形凹部

12沒有拱形凹部的理想圓周

13制動空氣噴嘴

14流動阻擋件

15聚斂截面區(qū)域

16殼體

17圓盤

25第一端部部件

26噴嘴環(huán)

27間隔環(huán)

28第二端部部件

32邊緣

33端部

34切線