CN102459915A - 复合材料护罩和用于将该护罩附连到多个叶片上的方法 - Google Patents

Abstract

用于涡轮机械的方法和叶轮。这种叶轮包括：金属基部(1502)，其具有中心孔、后表面(1502b)和与后表面(1502b)相对的前表面(1502a)；多个叶片(1504，1506)，它们在金属基部(1502)的前表面(1502a)上延伸；复合材料护罩(1508)，其附连在该多个叶片(1504，1506)上，使得由金属基部(1502)的前表面(1502a)、多个叶片(1504，1506)和该复合材料护罩(1508)形成了多个封闭路径或轮叶；以及连接装置(1510，1606，1706，1806，1906，2302，2410，2608，2612，3002，3010，3402，3510)，其设置为用以将复合材料护罩(1508)附连到金属基部(1502)或多个叶片(1504，1506)上。

Description

复合材料护罩和用于将该护罩附连到多个叶片上的方法

相关专利的交叉引用

本申请要求享有于2009年5月8日在意大利提交的G.Massimo、G.Iacopo、B.Dino、B.Manuele和M.Andrea的序列号为No.MI2009A000781的意大利专利申请的优先权，其全部内容通过引用而结合在本文中。

背景

技术领域

本文公开的主题的实施例大体涉及方法和系统，并且更具体地说，涉及用于将复合材料护罩附连到叶轮的多个叶片上的机构和技术。

背景论述

压缩机是一种特定类型的涡轮机械，其能够通过利用机械能量来增加可压缩流体(例如气体)的压力。在石油和天然气工业的处理设备中使用了各种类型的压缩机。在这些压缩机中间，存在所谓的离心式压缩机，其中能量通过离心加速度而供给气体粒子。离心加速度可通过旋转部件的旋转来获得，该旋转部件由一个或多个由金属制成并容纳在定子内部的轮或离心转子组成。

离心式压缩机可装有单个转子(叶轮)，即单级构造，或者装有若干个串联排列的转子，即多级压缩机。离心式压缩机的各个级包括位于定子中的用于将被接收的气体的吸入管道，能够将动能供给气体的转子，以及位于定子中的管道系统，其位于一个转子和下一转子之间，以用于将离开转子的气体的动能转换成压力的目的。

另一类型的涡轮机械是泵，其能够通过利用机械能量来增加不可压缩流体(例如液体)的压力。在石油和天然气工业中所使用的各种类型的泵包括所谓的离心泵，其中机械能量通过使旋转部件旋转而以离心加速度的形式供给液体，旋转部件由一个或多个轮或离心转子组成，并且在高性能涡轮机械的情况下大体由金属制成。离心泵可装有单个转子或若干个串联排列并容纳在定子中的转子。离心泵可由合适的膨胀和返回管道形成，以便将离开转子的液体的动能转换成压力。

离心转子不论用于离心式压缩机还是离心泵通常都被分类为带有“单个曲率”、“二维曲率”或“三维曲率”的转子，这依赖于它们的几何形状。具体地说，二维(见图1A)中的2D离心转子包括叶片302D，其拥有在二维中基本上围绕转子的旋转轴线X2D而延伸的轮廓。通常，叶片302D具有从入口孔200I朝向出口孔200U沿径向的轮廓。另外，2D转子包括背衬盘202D，其相对于旋转轴线X2D在径向上，并且叶片302D附连在背衬盘上。

图1B显示了与图1A中所示的转子相似的二维转子22D，但其不同于前者之处在于，其拥有固定在叶片302D的侧面上、与背衬盘202D相对的前面盘或背衬盘102D，如在后文中更详细地论述。

图1C显示了放大的转子22D的截面，图中显示背衬盘102D固定在叶片302D上，并且其展现了基本径向展开图，其适合于形成用于流体的吞吐空间，且同时将其从入口孔200I引导向出口孔200U。具体地说，在二维转子22D中，背衬盘102D具有“板状”形状，其带有：基本上平行于轴线X2D的表面S1，其成形于入口孔200I附近，以便促进流体的进入；以及平面的及径向的表面S2，即连接在表面S1上以便从入口孔200I延伸至出口孔200U的法向表面。

图2A中显示了三维中的3D离心转子，并且3D转子由叶片303D表示特征，其拥有围绕着转子的旋转轴线X3D从轴向入口孔303I朝着基本径向出口孔303U的基本三维的轮廓。换句话说，这种类型的叶片303D不会像针对二维叶片的情况那样由空气动力学轮廓的简单的轴向平移来产生，但可由任何适合于使构件的流体动力学性能最大化的轮廓来产生。这种类型的3D转子具有背衬盘203D，其中叶片303D附连在该背衬盘上。

图2B显示了与图2A的转子相似的三维的转子33D，但其不同于前者，因为其包括固定到与背衬盘203D相对的叶片303D的一侧上的前面盘或背衬盘103D。图2C显示了转子33D的截面，其中背衬盘103D固定在叶片303D上。背衬盘103D具有或者轴向或者径向的轮廓，其适合于针对流体来成形吞吐空间，并且同时用于将流体从入口孔300I引导向出口孔300U。具体地说，在三维转子的情况下，背衬盘103D通常具有基本“钟形的”或“喇叭形的”轮廓，其中垂直于其外表面S3的方向从入口孔300I至出口孔300U逐渐地从大约径向转至大约轴向方向。然而，应该注意的是，背衬盘102D和103D的形式可根据具体的应用而变化。

根据具体的应用，还可能具有拥有在二维转子和三维转子之间的中间特征的构造，诸如，例如拥有二维叶片以及具有基本钟形形式或其它构造的背衬盘的转子。

二维类型(图1B和1C)或者三维类型(图2B和2C)的离心转子，如果其拥有背衬盘102D或103D的话，传统上都被称为“封闭的”。另一方面，如果其没有这种背衬盘103D或203D，转子通常被称为“敞开的”。在后一情况下，涡轮机械的定子外壳引导过程流体在转子中进行推进。上述转子可通过装配其构件(通过焊接或铜焊)来生产，或由单个实心金属体通过机械加工(例如通过机械加工或电侵蚀)、铸造或其它方法来生产。上述各种类型的离心转子都存在特定的优点和缺点，其中某些优点和缺点概括如下。

由于其几何形状的原因，二维离心转子不论是敞开的还是封闭的都比敞开的或封闭的三维转子更为简单且更具经济效率。同二维或三维的封闭的转子相比，敞开的离心转子不论二维还是三维则都更为简单且更具经济效率地生产出来，因为它们没有护罩，护罩在传统上使生产它们所需要的工作变得复杂。

另一方面，同敞开的二维或三维转子相比，二维或三维封闭类型的转子实现了更好的流动控制，因为它们拥有明确限定的(well defined)流体动力学路径。此外，封闭类型的转子允许获得更高的性能，因为它们最大限度地减小了与定子外壳相关的流动损失。

敞开或封闭的二维离心转子的缺点是它们由于其几何形状的原因而拥有低于敞开或封闭的三维离心转子的流体动力学性能。

二维或三维敞开的离心转子的另一缺点是它们由于在转子和定子壳体之间的流体泄漏的原因而拥有比二维或三维封闭转子的流体动力学性能更低的流体动力学性能，流体泄露尤其与多级涡轮机械相关，在多级涡轮机械中难以保持轴向变形处于控制之下。

二维或三维封闭类型的转子的缺点是它们具有比二维或三维敞开类型的最大周向速度更低的最大周向速度。这尤其是因为背衬盘在叶片上由于其径向膨胀而产生了离心拉力(在图1C和2C中由Fc所示)，这在高的旋转速度时尤其相关。具体地说，在某一速度以上(通常大约350米每秒，这依赖于材料和几何形状)，背衬盘在叶片中产生这种高的拉力，其可能导致转子本身的破坏。

因而，二维敞开的转子已经证明是制造最简单且最经济的，具有高的最大旋转速度，但同时具有低的流体动力学性能。另一方面，三维封闭的转子证明拥有最高的流体动力学性能，但同时是制造最复杂且最昂贵的，并且具有有限的最大旋转速度。中间类型的转子，例如二维封闭的转子或三维敞开的转子拥有介于中间的优点。

美国专利4,676,722描述了一种离心转子，其拥有增加的机械强度和减少的重量，以便获得同传统转子的那些相比更大的转子旋转速度和直径，该专利的全部内容通过引用而结合在本文中。这种转子由一系列勺状物(scoop)生产而成，勺状物由复合材料形成，并且相对于其旋转轴线彼此刚性地固定在圆周方向上。

上述转子的一个缺点是各种勺状物包括基本上定向在径向方向上的增强纤维，其意味着由于在高的旋转速度下产生的离心力Fa(见图1C)的原因而难以平衡周向拉力。

该文献的转子的又一缺点是从机械观点来看，这种转子相对复杂，因为其由许多不同的构件组成，这些构件必须独立地生产出来并在机械方面装配在一起。此外，这种机械装配不能很容易地利用自动化机械来实现，其导致制造时间和成本的增加。

这种转子的另一缺点是在与流接触的区域中，转子的复合材料没有受到针对磨损或可能的酸性流体的保护，这种磨损是由于流中可能存在的固体颗粒而造成的。

又一个另外的缺点是其可证明难以达到用于各个构件和用于固定系统的对于转子在高速下的最佳功能而言必需的公差。此外，由于使用期间所产生的拉力和力而产生的可能的变形可能会导致操作中的问题。另外，在操作期间可能发生振动，其是由于各种构件的磨损和/或不完善的机械装配而造成的。

专利JP56132499描述了一种封闭的离心转子，该专利的全部内容通过引用而结合在本文中，该离心转子拥有由复合材料形成并设置在背衬盘的吸入侧处的环，以便试图减少在高的旋转速度下所产生的离心拉力。这种转子的一个缺点是这种由复合材料形成的环以极端局部化的方式作用在其安装的区域中，出于这个原因，其可靠性不是特别地高。

另一缺点是在高的旋转速度下，由于背衬盘的变形在环和背衬盘之间产生了可观的剪力，从而在背衬盘中可能形成危险的裂纹。

又一个另外的缺点是背衬盘的变形随旋转速度而增加，从而导致了环可能变得脱离的风险。如果发生这种情况，转子将分解，因而损坏机械的定子的部件。

专利JP9195987描述了一种“三维”类型的离心转子，该专利的全部内容通过引用而结合在本文中。在背衬盘上结合了一层包括碳纤维的复合材料，以增加其刚性，并限制在高的旋转速度下的出口孔区域中的变形。这种转子的一个缺点是转子没有解决背衬盘中在高速下所产生的离心拉力Fc的问题。因此通过这种设置所获得的速度方面的提升对于封闭的转子是有限的。

另一缺点是，在最大速度的条件下，复合材料层可能变得脱离板，因为负载沿切向作用于背衬盘上，从而在结合表面中产生高的剪力。

专利JP141898描述了一种敞开的离心转子，该离心转子拥有带同轴空腔以减少其重量的背衬盘，以及设置在背衬盘的周向表面上以便减少其变形的环形元件，该专利的全部内容通过引用而结合在本文中。这种环形元件由具有比转子的热膨胀系数更低的热膨胀系数的材料生产而成。

这种转子的一个缺点是，即使在这种情况下，该系统并没有解决由于背衬盘中在高速下所产生的离心拉力Fc所造成的问题。因此通过这种设置可获得的速度方面的提升对于封闭的转子是有限的。

最后，上面的文献都没有解决在高的旋转速度下由背衬盘在叶片中所产生的拉力问题。因此，虽然技术有发展，但为可在较高的旋转速度下操作的涡轮机械生产“封闭”类型的离心转子，而同时在生产和使用方面确保足够的可靠性和经济性仍然被认为是必要的。

因此，将合乎需要的是提供避免之前所述问题和缺陷的系统和方法。

发明内容

在一个示例性实施例中，提供了一种用于生产离心转子的方法，其同已知的方法相比更为简单且更为经济，并且其同时允许生产提供更高且更好的性能的最终产品。

根据一个示例性实施例，存在一种用于涡轮机械的叶轮。这种叶轮包括金属基部、多个叶片、复合材料护罩和连接装置，金属基部具有中心孔、后表面和与后表面相对的前表面；多个叶片在金属基部的前表面上延伸；复合材料护罩附连在多个叶片上，从而由金属基部的前表面、多个叶片和复合材料护罩形成了多个封闭路径或轮叶；并且连接装置设置为用以将复合材料护罩附连到金属基部或多个叶片上。

根据另一示例性实施例，存在一种离心式压缩机，其包括外壳；设于外壳中并设置为用以相对于外壳而旋转的轴；以及至少一个附连在轴上并如权利要求1所述而设置的叶轮。

根据又一示例性实施例，存在一种用于将复合材料护罩附连到涡轮机械的叶轮的叶片上的方法。该方法包括提供金属基部和多个叶片，金属基部具有中心孔、后表面和与后表面相对的前表面，多个叶片在金属基部的前表面上延伸；使复合材料护罩与多个叶片相接触，从而由金属基部的前表面、该多个叶片和复合材料护罩形成了多个封闭路径或轮叶；并且将复合材料护罩固定到金属基部和/或该多个叶片上。

该方法可包括以下步骤中的一个或多个：在金属基部的前表面上将多个复合材料叶片连接到多个叶片上，使得整个叶片在后缘处由复合材料制成，并且在前缘处由金属材料制成，其中前缘首先遇到有待叶轮处理的流体，并且后缘最后遇到流体；将胶水或树脂或硅应用于复合材料护罩和该多个叶片和/或金属基部之间；将由复合材料制成的复合材料护罩的托架结合到该多个叶片上；在该多个叶片的后缘上将复合材料条带连接到复合材料护罩和金属基部的后表面上，并固化复合材料条带以使其硬化；在复合材料护罩中形成多个凹陷；和将多个销附连到该多个叶片上，其中该多个销设置为用以装配在该多个凹陷内部，使得该多个销具有打开位置和封闭位置，打开位置容许该多个销进入或离开凹陷，而封闭位置将该多个销锁定在该多个凹陷内部；在多个叶片上形成多个钩状物并在复合材料护罩中形成相对应的多个孔，它们设置为用以容纳该多个钩状物；在多个叶片上形成多个销，并在复合材料护罩中形成相对应的多个孔，它们设置为用以容纳该多个销；在形成于多个叶片中的多个孔和复合材料护罩中的相对应的孔中提供多个销，并且铆定该多个销或使它们带有螺纹以接收螺母，或两者兼有，以便将复合材料护罩固定到叶片上；与复合材料护罩一体地形成多个复合材料叶片，并将该多个复合材料叶片与金属基部的前表面上的多个叶片连接起来，使得整个叶片在后缘处由复合材料制成，并且在前缘处由金属材料制成，其中前缘首先遇到有待由叶轮处理的流体，而后缘最后遇到流体；借助封闭螺栓或金属线或铆钉或螺栓将该多个复合材料叶片连接到金属基部上；与复合材料护罩一体地形成叶片的端部部分以覆盖该多个叶片的后缘和金属基部的侧表面的一部分，其中金属基部的侧表面将前表面连接到后表面上，其中叶片端部部分围绕金属基部的侧表面形成了连续表面；借助螺栓或销将叶片端部部分附连到金属基部的侧表面上；借助螺栓或销将托架附连到叶片上，使得叶片端部部分被托架固定到金属基部的侧表面上；在该多个叶片上形成多个连接元件，使得该多个连接元件中的各个具有孔，借助复合材料护罩覆盖该多个叶片，并穿过该多个连接元件的孔提供带，以便将复合材料护罩固定到该多个叶片上；或者将多个托架附连到多个叶片上，并通过该多个托架和该多个叶片而插入多个销以固定复合材料护罩。

附图说明

包含在本说明书中并组成本说明书一部分的附图显示了一个或多个实施例，并且与说明一起解释这些实施例。图中：

图1A，1B和1C分别以轴测投影图显示了传统敞开的二维离心转子、传统二维封闭的离心转子和图1B中的转子的放大的截面；

图2A，2B和2C分别以轴测投影图显示了传统敞开的二维离心转子、传统二维封闭的离心转子和图2B中的转子的放大的截面；

图3A和3B以轴测投影图和放大的局部截面图示意性地显示了根据一个示例性实施例的离心转子；

图4A和4B以轴测投影图和放大的局部截面图示意性地显示了根据一个示例性实施例的离心转子；

图5A和5B以轴测投影图和放大的局部截面图示意性地显示了根据一个示例性实施例的离心转子；

图6A和6B以轴测投影图和放大的局部截面图示意性地显示了根据一个示例性实施例的离心转子；

图7A至7B示意性地显示了根据一个示例性实施例可使用的某些复合材料；

图8A至11B示意性地显示了根据不同的示例性实施例的相应的锚定系统；

图11C以轴测投影局部截面图示意性地显示了根据一个示例性实施例的图11B的锚定系统的放大的细节；

图12示意性地显示了根据另一示例性实施例的锚定系统；

图13以轴测投影图示意性地显示了根据图8A至11B中的实施例中的一个而生产的离心转子；

图14示意性地显示了又一示例性实施例的截面的放大图；

图15是根据一个示例性实施例的叶轮的示意图，其具有部分地由复合材料制成且部分地由金属制成的叶片；

图16是根据一个示例性实施例的复合材料护罩的示意图，其具有附连在金属叶片上的复合材料托架；

图17是根据一个示例性实施例的借助复合材料条带而附连在金属基部上的复合材料护罩的示意图；

图18是根据一个示例性实施例的复合材料护罩的示意图，其具有用来容纳头部的凹陷；

图19-23是根据一个示例性实施例的复合材料护罩的示意图，其具有多个孔以及与该多个孔相接合的销或钩状物；

图24和图25是根据一个示例性实施例的复合叶轮的示意图，其具有由复合材料制成的叶片端部部分；

图26-29是根据一个示例性实施例的与叶片的部分制成整体的复合叶轮的示意图；

图30-34是根据一个示例性实施例的借助带而附连在叶片上的复合叶轮的示意图；

图35-37是根据一个示例性实施例的利用卡口或销元件而附连在叶片上的复合叶轮的示意图；

图38是流程图，其显示了根据一个示例性实施例的用于将复合材料护罩附连到叶片和/或金属支承物上的方法；且

图39是离心式压缩机的示意图，其具有包括上面提到的示例性实施例的特征中的一个或多个的叶轮。

具体实施方式

对示例性实施例的以下描述参照附图。不同图纸中的相同的参考标号标识相同或相似的元件。以下详细描述并不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求来限定。出于简单起见，以下实施例参照离心式压缩机的术语和结构进行论述。然而，接下来论述的实施例并不局限于这些压缩机，而是可应用于包括背衬盘和由叶片分隔开的护罩的其它压缩机、泵以及其它涡轮机械。

整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合一个实施例所述的特定的特性、结构或特征包含在本公开主题的至少一个实施例中。因而，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”出现在整个说明书的各个地方并不一定都是参照同一实施例。此外，在一个或多个实施例中可将特定的特性、结构或特征以任何合适的方式组合起来。

在附图中(其中相似的标号在所有不同的图中对应于相似的构件)，在图3A和图3B中大体用标号1表示根据一个实施例的第一离心转子。转子1包括三维的“封闭”类型的第一转子3以及由复合材料形成并附连在第一转子3上的第一补充背衬盘5(例如“护罩”)。

在图3A所述的实施例中，第一基本转子完全由金属制成，并包括第一后板3A，若干个第一叶片3B附连在该第一后板上。板3A装有相对于旋转轴线X1同轴的第一中心孔3C，在其上安装了第一轮毂3E，第一轮毂3E用于将第一转子3机械地连接到出于清晰起见而未在图中显示的轴向旋转部件上。如以下所述，在与板3A相对的叶片3B的端部装配了第一基本背衬盘3D，第一补充背衬盘5附连在其上。

根据另一示例性实施例，在图4A和图4B中大体由标号10表示的第二三维离心转子包括“敞开”类型的第二三维转子30以及由复合材料形成并附连在转子30上的第二补充背衬盘50。在这个实施例中，第二敞开的转子30完全由金属制成，并且包括第二后板30A，若干个第二叶片30B附连在该第二后板30A上。板30A还具有相对于旋转轴线X1同轴的第二中心孔30C，在孔中提供了第二轮毂30E，其用于机械地将第二转子30连接到出于清晰起见而未在图中显示的轴向旋转部件上。在与板30A相对的叶片30B的端部上附连了第二背衬盘50。

各个叶片30B优选拥有特定形状的端部(其中一个如图4A中的30F所示)，该特定形状的端部是基本平坦的，适合于提供用于第二背衬盘50的连接表面。可将这种表面生产为具有特别的形状，该形状根据用于生产或使用的具体要求而变化。

在图3B和图4B中，应该注意存在第一锚定系统，其包括分别装配在第一转子1的第一入口孔3I(图3B)和第二转子10的第二入口孔30I(图4B)上的第一环6A和60A。这种设置至少部分地防止了第一和第二背衬盘5和50在受到轴向拉力Fa的压迫时沿轴向运动。此外，第二环6B和60B可分别装配在第一转子1的第一出口孔3U(图3B)和第二转子10的第二出口孔30U(图4B)上，以便防止第二背衬盘在径向方向上移动。

环6A，60A和6B，60B可以单独零件的形式分别产生于基本转子3和30上，或者可通过焊接或冷缩配合或其它方法而固定在基本转子3和30上。这样，可获得一种锚定护罩的系统，其关于背衬盘5，50保留了复合材料的完整性，并可改善其在转子3，30上的对中。

根据另一示例性实施例(见图5A和5B)，第三离心转子100包括“二维”类型的第三封闭的基本转子300，其由金属形成，并包括第三背衬板300A，若干个第三叶片300B附连在该第三背衬板上。类似于之前的示例性实施例，第三板300A具有相对于旋转轴线X1同轴的第三中心孔300C。第三轮毂300E被提供并用于将第三基本转子300机械地连接到图中出于清晰起见而未显示的轴向旋转部件上。在与板300A相对的叶片300B的端部，提供了第三基本背衬盘300D，第三背衬盘500装配在该第三基本背衬盘上。

根据又一示例性实施例，提供了第四三维离心转子110(见图6A和6B)，且其包括“二维”类型的第四敞开的基本转子330，并且由复合材料形成的第四补充背衬盘550附连在该基本转子330上。在一种应用中，基本转子330由第四背衬板330A产生，若干个第四叶片330B附连在该第四背衬板上。板330A可额外地装有相对于旋转轴线X1同轴的第四中心孔330C，以及第四轮毂330E，其用于将第四基本转子330机械地连接到图中出于清晰起见而未显示的轴向旋转部件上。在板330A上的叶片330B的相对的端部处，附连有第四补充背衬盘550。

如上所述，各个叶片330B可装有特定形状的端部(其中一个端部在图6B中大体显示为330F)，其适合于为第四背衬盘550提供连接表面。在一种应用中，该表面可以不同形状的形式来产生，这依赖于生产或使用的具体要求。

在一个示例性实施例中，补充背衬盘5，50，500和550由均质的基质组成的材料制成，其至少拥有相对于轴线X1以主要是周向的方式定向地设置的第一数量的加强纤维R1(在图3A，4A，5A和6A中部分地和不按比例地示意性地显示)。这样，在转子1，10，100和110的旋转(见箭头F1)期间由离心力引起的拉力至少部分地被抵消-或者是在复合材料本身中或者是在支承的金属材料中。

在另一示例性实施例中，根据可由于具体应用而产生的特定拉力，可生产纤维网格，以便在不同的优选方向上加强补充背衬盘5，50，500或550。这可关于至少部分地彼此重叠在一起的两层或更多层纤维或网格来实现。例如，可以将第二数量的加强纤维(图中出于清晰起见未显示)设置在与第一纤维R1基本垂直的方向上，以便至少部分地补偿由离心力Fc产生的径向拉力。

图7A至7L示意性地显示了可用于背衬盘的复合材料的某些类型的纤维或纤维网格。具体地说，图7A显示了由基质Rm组成的复合材料，在基质中嵌入了“连续的”纤维R2，其可相对于径向方向(也参见图3B，4B，5B和6B中的箭头R)垂直地设置在转子上。

图7B显示了由其中嵌入了颗粒纤维R3的基质Rm组成的复合材料，而图7C显示了由其中嵌入了非连续纤维R4的基质Rm组成的复合材料。

图7D和7E显示了分别由双轴向的纤维网格R5和纤维缝线R6组成的复合材料，它们可相对于转子1，10，100或110沿着不同的方向进行设置。

图7F和7G显示了分别由三轴向的纤维网格R7和多层及多轴向的经纱缝线R8组成的复合材料，其中纤维相对于转子1，10，100或110设置在不同的方向上。

图7H，7I和7L显示了分别由三维纤维织物R9组成、组成三维圆柱形结构R10以及组成三维的编织的纤维结构R11的复合材料，在这些情况下，纤维可以各种方向设置在转子1，10，100或110上。备选地，如上所述，第二补充材料可仅仅包括纤维或仅仅包括聚合物材料。

还应该注意，取决于具体应用，已经开发出可用于背衬盘的复合材料的无数类型的拥有特定特征的合成纤维。例如，

(也被称为“凝胶纺丝聚乙烯”或高密度聚乙烯)是一种特别适合于拖缆生产的合成纤维，并且其用于体育应用，例如筝帆冲浪、滑翔伞、攀爬和钓鱼运动或职业钓鱼，以及用于防弹背心的生产。是一种在材料和成分方面相似的纤维。另一纤维是

一种基于间位芳族聚酰胺的材料，其是耐火的。这种材料是由杜邦公司开发出来的。从化学角度来看，其可被认为是芳香族尼龙，一种对位芳族聚酰胺凯夫拉尔(Kevlar)的间位变体。在市场上可找到根据示例性实施例特别适用于复合材料的加强的其它类型的纤维。

当存在基质时，基质可由聚合物材料制成，聚合物材料至少部分地包括热固性或热塑性聚合物。在一个示例性实施例中，基于有待抵消的拉力，根据优选方向，基质纤维可设置成呈现一定的各向异性，以便加强背衬盘，以优化强度和刚性，这依赖于具体应用。

在使用时，优选在聚合物材料中生产同质的基质，其适合于将加强材料保持在一起，将拉力均匀分布在纤维之间，并优选提供对高温和磨损的高抗性。此外，可以低的比重或密度生产基质，以便减少背衬盘的重量，以及因而减少产生于背衬盘中的离心力。用于基质的聚合物材料可包括有机的、天然的或合成的物质，其主要成分是高分子量聚合物，其分子包括通过各种化学键连接起来的大量的基本单位(单体)，但大部分具有共价性质。在结构上，它们可由直链或支链形成，或甚至彼此大大地缠绕在一起，或者是三维基质，其主要由碳原子和氢原子，并且在某些情况下由氧、氮、氯、硅、氟、硫或其它原子组成。通常，聚合物材料形成很宽范围的数百种物质的群组，所以不可能依赖于具体的应用或用途排除不同的聚合物材料。

还可能对聚合物材料添加一种或多种辅助复合物或纳米粒子，它们依赖于具体应用而具有不同的功能，诸如，例如用以稳定、保存、流化、着色、脱色和/或保护聚合物免于氧化。

在一个示例性实施例中，用于基质的聚合物材料至少部分地包括热塑性聚合物，诸如，例如PPS(聚苯硫醚)、PA(聚酰胺或尼龙)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、LCP(液晶聚合物)、POM(缩醛树脂)、PAI(聚酰胺酰亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PEKK(聚醚酮酮)、PAEK(聚芳基醚酮)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PE(聚乙烯)、PEI(聚醚酰亚胺)、PES(聚醚[转用：PES通常指聚砜醚])、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PVC(聚氯乙烯)、PU(聚氨基甲酸脂)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、PPO(聚苯醚)、PI(聚酰亚胺，也可以热固性形式获得)或其它。

在另一示例性实施例中，基质的聚合物材料可至少部分地包括热固性聚合物，诸如，例如环氧化物、苯酚、聚脂、乙烯基酯、胺、呋喃、PI(聚酰亚胺，也生产为热塑性的)、BMI(双马来酰亚胺(bismalimide))、CE(氰酸盐酯)、酞腈(Phthalanonitrile)或其它。

根据另一示例性实施例，基质由陶瓷材料(诸如，例如碳化硅、氧化铝或其它)组成，或者还至少部分地由金属组成，诸如，例如铝、钛、镁和其合金或其它金属。同聚合物材料相比，这些最终用于基质的材料拥有对温度和老化更高的抗性，但同时具有更高的密度和更高的成本。

根据一个示例性实施例，补充背衬盘5，50，500和550分别附连在基本转子3，30，300和330上，以便分别形成敞开的或封闭的叶轮或两维或三维类型的叶轮。背衬盘(护罩)通过锚定层而附连在例如叶片上，该锚定层在图3A至6B中由层9示意性地且不按比例表示。上述用于护罩的基质成分可借助可能的添加剂进行改进，以便提高其结合性能。

根据另一示例性实施例，锚定层9由胶水或聚合物树脂来生产，其依赖于具体应用而拥有高的粘接特征。同机械类型的锚定相比，在它们能够保证背衬盘与基本转子的结合的情况下，这种后一示例特别轻，并且生产容易且经济。然而，这些粘粘剂或树脂会遇到老化和在高温下得到强化的所谓粘性蠕变。

接下来论述机械类型或其它类型的另外的锚定系统。图8A至10B显示了某些机械锚定系统。这些系统设置为用以防止背衬盘5，50，500或550尤其由于轴向力Fa而脱离其相应的基本转子3，30，300或330，以便促进结合，且同时减少在高的旋转速度下的机械负载和变形。这些机械系统通常允许避免粘性蠕变，并且不倾向于随时间退化，且从而在其中粘接层由树脂、粘合剂或基于聚合物的基质生产而成的所有情况下都显示为是合适的。同时，这种系统的使用给转子增加了一定数量的质量，而且另外需要在背衬盘中产生钻孔，切断任何纤维，并从而导致复合材料的局部弱化。另外，可能需要提供可能的锁定系统以防止其无意中的分离。

在一个示例性实施例中，第一锚定系统61(图8A和8B)通过利用螺栓来产生。图8A显示了第一转子1的越过图13的线XIII的局部截面图。锚定系统61包括若干个在第一基本背衬盘3D上在合适的位置P1或P2或这两个位置(见图13)上整体地产生的螺栓61A(图中只显示了其中两个)。这些螺栓61A插入在补充背衬盘5上的相应位置P1或P2上钻出的合适的孔61B中，并且通过拧入到各个螺栓61A上的螺母61C进行锁定。金属嵌入物61D可装配在孔61B中，以便减少孔附近的材料中的压缩和剪切效应，压缩和剪切效应在纤维复合材料的情况下是特别严重的。螺栓系统61容许控制预加载力，减少损坏第二补充背衬盘的材料的风险。

图8B显示了第二转子10的沿着图13的线XIII的局部截面图。螺栓系统161按照与螺栓系统61相似的方式来产生，但区别在于，若干个螺钉161A是与叶片30B的特定形状的端部30E整体地产生的，或者附连在它上面(例如通过焊接或相似的方法)。在这种情况下，螺钉161A插入第二补充背衬盘50的相应的孔161B中，并且通过拧入到各个螺钉161A上的螺母161C进行锁定。在各个孔161B中可提供嵌入物161D。

备选地，还可以在螺钉61A或161A的位置上，在基本转子3或30中产生相应的螺纹孔(出于清晰起见在图中未显示)，对应的螺钉可插入该相应的螺纹孔中。这样，就改进了装配阶段，尤其是在入口孔附近，但同时存在削弱基本转子的材料的风险。

在图9A中所示的另一示例性实施例中，第三锚定系统62通过铆接来产生，并且包括若干个在合适的位置P1或P2或这两个位置上(见图13)与第一转子1的第一基本背衬盘3D整体地产生的销62A。第一背衬盘5附连在这些销62A上，并且后续可铆接销的头部。图9B显示了与铆接系统62相似的铆接系统162，但区别在于，若干个销162A是与第二基本转子30的叶片30B的特定形状的端部30E整体地产生的，或附连在它上面。

由铆接系统62和162产生的锚定系统显示为相对于之前的螺栓系统61和161是经济且容易实现的。此外，后者不存在风险，例如如果嵌入物装配在护罩的各个钻孔中时或者变松或者损坏第二材料。

在图10A中所示的另一示例性实施例中，第四锚定系统63通过利用若干个定位环或“西格(Seeger)环”63A来产生，它们可能嵌入在第一背衬盘5的复合材料中，并设置在位置P1或/和P2上，以便与同背衬盘5整体地产生的相应的凸起物63B相接合。

图10B显示了类似于系统63而产生的锚定系统163，但区别在于，若干个定位环或“西格环”163A(其可能嵌入在第二转子10的第二背衬盘30的复合材料中，并设置在位置P1和/或P2上，以便与相应的凸起物163B相接合)是与其叶片30B的特定形状的端部30F整体地产生的或产生于它上面。

应该注意，上面的机械锚定系统在封闭的基本转子的情况下找到特别通用的应用，因为它们的构件可以很容易地装配在基本背衬盘的任何位置中，而非仅仅与叶片相对应。

在图11A中所示的另一示例性实施例中，第五锚定系统64包括若干个孔64A，它们在位置P1和/或P2上以这样一种方式穿过第一离心转子1的叶片3：即，使得更多纤维的“插塞”或细丝64B可由于插塞64B的抗拉强度而插入那里，以便将第一背衬盘5锚定到第一基本背衬盘3D上。插塞64B可至少部分地嵌入在背衬盘3的复合材料中，或者可设置在它的顶部上。树脂或低粘性基质可额外地注入到各个孔64A的内部，以便改善粘接，并与背衬盘形成连续结构。

图11B显示了一种与系统64相似的锚定系统，但区别在于形成了若干个孔164A以穿过第二转子10的叶片30B，使得更多纤维的“插塞”或细丝由于插塞164B的抗拉强度而可插入里面，以便将第二背衬盘50锚定到叶片30B的特定形状的端部30E上。锚定系统64和164是特别轻且有效的。

在图11C中所示的另一示例性实施例(其显示了图11B中的系统的轴测图)中，注意到，插塞164B备选地插入到第二转子10的叶片30B中所产生的孔164A中。

在图12中所示的另一示例性实施例中，第六锚定系统65包括位于第二转子10的叶片30B的一个特定形状的端部30E和第二补充背衬盘50的内表面之间的卡口型式的联接。这种联接65可通过凸起物65A来实现，其沿着叶片的特定形状的端部30E的至少一部分而延伸，并且与形成于第二背衬盘30中的相应的模制的中空部65B相联接，或者反之亦然。这种联接可通过利用任何其它类型的元件，诸如例如燕尾形接头或其它接头来实现。

上述机械锚定系统60，61，161，62，162，63，163，64，164和65在这里只是作为示例进行描述，并且它们可以是任何其它适用于将护罩附连到叶轮叶片上的目的的类型的(系统)。此外这种系统可根据结构和使用的具体需求而独立地或彼此组合地以及利用锚定层9来生产。另外，这种机械锚定系统60，61，161，62，162，63，163，64，164和65是参照第一转子和第二转子1，10进行描述的。然而会懂得，它们还可以类似的方式应用或用于第三和第四转子100和110的生产。

图13显示了第一离心转子1或第二转子10的轴测图。用于构件60A，60B；61A，61B；61D；62A，62B，62C；63A，63B；64A；65A，65B的上述合适位置P1和P2示意性地显示为处于出口孔3U或30U的附近。换句话说，上面论述的连接机构可分布在叶片或护罩的后缘上。然而，连接机构还可分布在其它位置。位置P1和/或P2可根据具体应用而设置在转子上的其它位置上，诸如，例如叶片30B或330B上，或环60A或60B上，或其它位置。

根据图14中所示的一个示例性实施例，阶梯安装系统67设置为用于将第一基本转子3联接到第一补充背衬盘5上。安装系统67包括若干个平面和圆柱面67A，其相对于基本背衬盘3D上的轴线X1是同心的。元件67A用于减少背衬盘5上由于在高的旋转速度下的离心力Fc而产生的轴向力Fa。还可在其它情形中，也就是说关于三维敞开的基本转子30或二维封闭或敞开的转子300，330，来产生这种带形状的联接系统67。具体地说，在二维或三维敞开的基本转子的情况下，这种平面可产生于叶片的特定形状的端部上。这种联接可与上述锚定系统中的至少另一个组合地产生。

如上所述，根据示例性实施例的离心转子1，10，100，110的生产规定了基本转子3，30，300，330可由单个零件通过自动化机械加工来获得，或者可通过将若干个构件装配在一起来制成。补充背衬盘5，50，500，550可在用于复合材料的模具中成形，并且在这种情况下，纤维R1-R11可通过手(“手工层压”或其它)或通过自动化机械(“细丝缠绕”、“自动化纤维布置”或类似方式)而定位在模具中。备选地，补充背衬盘5，50，500，550可形成于基本背衬盘3D，300D上，或形成于叶片30B，330B的特定形状的端部30F，330F上。

现在参照图15-37论述用于将护罩固定到叶片上的其它新颖的锚定系统和相对应的方法。

根据一个示例性实施例，图15中显示了叶轮1500的一部分。叶轮(有时被称为转子)1500包括金属基部(背衬盘)1502，其支承多个叶片和护罩1508。金属基部1502具有前面1502a和背面1502b。叶片形成于前面1502a上。该多个叶片中的各个可具有由金属材料制成的部分1504和由复合材料制成的部分1506。在一种应用中，后缘由复合材料制成，且因而参考标号1506表示后缘。后缘是相对于压缩机中的气流而限定的。例如，与气体接触的叶片的第一部分是前缘，并且与气体接触的叶片的最后部分是后缘。在图15中所示的示例性实施例中，前缘由金属材料制成。然而，可行的是前缘由复合材料制成，并且叶片的剩余部分由金属材料制成。备选地，可行的是叶片的前缘和后缘两者都由复合材料制成，并且剩余部分(在后缘和前缘之间)由金属材料制成。另外，可行的是将选定的叶片制成为包括复合材料，而其它叶片完全由金属材料制成。在一个示例中，每隔一个叶片被制成部分地包括复合材料。

金属部分1504通过传统的方法形成并附连在金属基部1502上，如上面已经论述过的。然而，如接下来论述的那样，复合材料部分1506可附连在金属基部1502上。在一种应用中，复合材料部分1506独立于复合材料护罩1508而形成并通过胶水或复合材料条带1510而附连到金属基部1502和金属部分1504上。在另一应用中，复合材料部分1506与护罩1508整体地形成(如图15中显示)，且然后附连在金属基部1502和金属部分1504上。在护罩1508和金属部分1504之间可提供相同或不同的胶水或复合材料条带1512。如后面将要论述的那样，螺栓、销或其它装置可与本方法组合使用，以用于将护罩和复合材料部分附连在金属基部和金属部分上。还要注意，金属部分与复合材料部分一起形成了压缩机的叶片。

在图16中所示的另一示例性实施例中，叶轮1600具有由金属材料制成的整个叶片1602。然而，叶片1602的后缘部分1603(现在由金属材料制成)具有相对于所需总厚度减少的厚度。这样，附连在护罩1508上的复合材料部分1604可连接到薄的金属部分上，以便获得叶片1603的所需的总厚度。换句话说，叶片1602的后缘具有由金属材料制成的内部部分和由复合材料制成的外部部分。内部部分和外部部分通过层1606而彼此胶合在一起，层1606还可以是被固化以便将内部部分固定到外部部分上的复合材料条带。图16中所示的内部部分1603(金属)和外部部分1604(复合材料)(托架)的几何形状可根据应用而不同。类似于之前论述的实施例，其它方法(例如螺栓、销等等)可结合本方法用于将护罩固定到叶片上。

根据图17中所示的一个示例性实施例，叶轮1700可具有通过传统方法附连到叶片1702上的护罩1508。另外，叶片1702的后缘1704设有另外的连接装置1706。连接装置1706可以是按照以下方式附连的复合材料条带。假定由复合材料制成的护罩1508已经被固化，使得护罩是固体。叶片1702可以包括或可以不包括由复合材料制成的后缘部分。如果叶片1702包括这种后缘，那么设想叶片后缘的复合材料部分也被固化，即是坚硬的。

提供在固化之前可弯曲的一个或多个复合材料条带1706，以覆盖护罩1508的后缘、叶片1702的后缘和金属基部1502的后缘。可为各个叶片应用一个复合材料条带1706。在这种情况下，金属基部可具有构造于背面1502b中的阶梯1708。复合材料条带1706的端部可设置为用以遵循阶梯1708的轮廓。替代阶梯1708，可使用将阻止条带1706在叶轮旋转期间脱离金属基部1502的另一轮廓。注意，未固化的复合材料条带1706是可弯曲的，并且可以根据需要模制为遵循所需的轮廓。一旦所有复合材料条带1706都就位，它们就被固化而变得坚硬，并将护罩1508固定就位。其它方法可与该方法一起用于也将护罩固定到叶片上。这些方法是上面论述过的方法或接下来将要论述的方法。

根据图18中所示的一个示例性实施例，叶轮1800具有复合材料护罩1508，其被制成为具有某一最小厚度，从而可形成至少一个空腔1804。相对应的头部(钩状物)1806可形成于或附连在叶片1802上，并且头部1806可进入空腔1804的内部。空腔1804和头部1806可设置为当护罩1508以给定的方向(例如当压缩机运转时的正常旋转方向)旋转时用以彼此锁定在一起。这样，叶片1802的后缘就附连在护罩1508的后缘上。在护罩和叶片之间可形成一个或多个这种空腔和相对应的头部。

要注意，对于参照图15-18论述的实施例，叶片的后缘或者由复合材料制成，或者以特定方式附连到护罩上。然而，对于叶片的其它部分亦是如此。

根据图19中所示的另一示例性实施例，叶轮1900可具有设有多个孔1904的护罩1902。出于清晰起见，在图20中显示了一个孔1904。显示了钩状物1906通过孔1904进入，以用于将护罩固定就位。在图21中显示了钩状物1906形成于叶片1908的后部部分上。显示了叶片1908附连在金属基部1910上。在孔1904周围可提供金属嵌入物或复合材料嵌入物1907，以用于保护复合材料护罩免于损伤。

图22显示了另一示例性实施例，其中替代钩状物1906形成了夹子2200，以便将护罩1902附连到叶片1906上。夹子2200可通过孔2202而设于环2204中，并可铆接在两端上，以便固定护罩1902。在一种应用中，孔1904的边缘(见图20)可由金属材料形成，以用于防止复合材料经受任何损伤。

根据图23中所示的另一示例性实施例，替代利用销或钩状物将护罩固定到叶片上，在叶片上可形成带螺纹的销。在一种应用中，带螺纹的销只形成于叶片的后缘上。以这种方式，将螺母2300应用于带螺纹的销2302上，以便将护罩2304固定到叶片上。

根据图24中所示的另一示例性实施例，叶轮2400具有与多个复合材料叶片2404整体地形成的护罩2402。复合材料叶片2404和形成于金属基部2408上的相对应的金属叶片2406一起形成了整个叶片。如图25中所示，复合材料叶片2404可通过螺栓2410而附连到金属基部2408上。螺栓2410可或者胶合到复合材料叶片2404上，焊接(到复合材料叶片2404上)，或者可具有拧入到复合材料叶片2404中的螺纹部分。备选地，该螺栓可用封闭螺栓、金属线、铆钉等等来替换。

根据图26中所示的另外的另一示例性实施例，叶轮2600可具有与护罩2604整体地形成的或附连在护罩上的叶片端部部分2602。在这个实施例中，叶片端部部分2602由复合材料制成。然而，叶片端部部分2602不是叶片2606的一部分。叶片端部部分2602用作用于叶片2606的盖。图27显示了叶片端部部分2602借助螺栓或销2608而附连到金属基部2610的侧面部分上。在图28中所示的另一应用中，螺栓2608可将托架2612连接到金属基部2610的后表面上。托架2612设置为用以将叶片端部部分2602固定到金属基部2610的侧面部分上。在图29中所示的另外的另一示例性实施例中，叶片端部部分2602通过连接部分2614而彼此连接在一起。

根据图30中所示的另一示例性实施例，叶轮3000包括一个或多个连接元件3002，其附连或形成于相对应的叶片3004上。叶片3004形成于或附连在金属基部3006的前表面上。连接元件3002可以是如图30中所示封闭的，或者如图31中所示是敞开的。在将护罩3008放置于叶片3004上之后，连接元件3002穿透形成于护罩3008中的相对应的孔。在这个阶段，如图32中所示，可通过连接元件3002将带3010插入到护罩3008的顶部上，以将护罩3008固定到叶片上。在图31中显示了相同情形。带3010可以是如图33中所示封闭的，或者通过其它已知的方法，例如胶水、焊接、螺栓等等而封闭的。

图30-33中所示的实施例显示了形成于叶片3004的后缘上的连接元件3002。然而，连接元件3002可形成于沿着叶片的其它位置上。另外，连接元件3002可与之前论述的其它连接方法相结合。同样，叶片3004可完全由金属材料形成或由金属材料和复合材料的组合来形成，例如，如图15中所示。相同情形适用于连接元件3002的成分。

在图34中所示的另外的另一示例性实施例中，叶轮3400具有借助销3404而附连在叶片3406上的托架3402。托架设置为用以容纳护罩3408的后缘，以便将护罩3408固定到叶片3406上。备选地，销3404可与托架3402整体地形成，并且销3404可形成为具有燕尾形状，以便附连到叶片3406上。

在图35中所示的另一示例性实施例中，叶轮3500具有形成于或附连在叶片(未显示)上的销3502。该销形成于叶片的前缘上。销3502穿透形成于护罩3506中的孔3504。孔3504可具有第一区域3508和第二区域3510，第一区域具有大的宽度，销3502进入该区域中，而第二区域3510具有小的宽度，且设置为用以锁定销3502。在叶片的后缘，如图36中所示的卡口机构3512可用于将护罩的后部部分固定到叶片上。备选地，图37显示了铆接的销，其将叶片的后缘连接到护罩的后部部分上。图37中的后缘在所有自由度上都受到约束，而图36中的护罩后缘具有环向方向上的自由度。

根据图38中所示的一个示例性实施例，存在一种用于在涡轮机械的叶轮中将复合材料护罩附连到叶片上的方法。该方法包括：步骤3800，提供金属基部和多个金属叶片，金属基部具有中心孔、后表面和与后表面相对的前表面，该多个金属叶片在金属基部的前表面上延伸；步骤3802，使复合材料护罩与该多个金属叶片相接触，使得由金属基部的前表面、该多个金属叶片和该复合材料护罩形成了多个封闭路径；以及步骤3804，将复合材料护罩固定到金属基部和/或该多个金属叶片上。固定步骤可包括用于实现上面关于图15-37所论述的每种机构的各种步骤。另外，固定步骤可包括例如利用粘合剂(或硅或树脂)或铆钉或这些机构的组合以及那些已经论述过的机构，以用于将护罩固定到叶片和/或金属基部上。

所公开的示例性实施例提供了一种用于将复合材料护罩附连到金属叶片和/或叶轮的金属支承物上的系统和方法。应该懂得本说明书并不意图限制本发明。相反，这些示例性实施例意图覆盖包含在所附权利要求所限定的本发明的精髓和范围内的备选例、改型和等效物。此外，在示例性实施例的详细说明中，为了提供对要求保护的本发明的完整理解而阐述了许多特定的细节。然而，本领域中的技术人员将懂得，可在没有这种特定细节的条件下实践各种实施例。

虽然以特定的组合在实施例中描述了当前示例性实施例的特征和元件，但是各个特征或元件可在没有实施例中的其它特征和元件的情况下单独使用，或者在有或者没有本文公开的其它特征和元件的情况下以各种组合来使用。

本书面说明书使用公开的主题的示例来使本领域中的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，并执行任何所含方法。本发明主题的可取得专利的范围由权利要求来限定，并且可包括本领域中的技术人员所能想到的其它示例。这些其它示例都意图在权利要求的范围内。

例如，上面论述的实施例可适用于具有大约150毫米至大约2米的离心式叶轮(对于离心式压缩机或涡轮膨胀机)直径的涡轮机械。这种离心式压缩机3900在图39中示出，并包括外壳3902、叶轮3904和设置为用以保持叶轮的转子3906。该叶轮可以是之前的示例性实施例中所论述的叶轮中的任一种。压力范围(从包括至少一个叶轮，优选多个叶轮的单个机械的入口至出口)大约是1巴至1000巴。根据上面论述的实施例中的一个或多个的叶轮还可构造为用于较低技术的应用，例如用于汽车发动机的涡轮或鼓风机。然而，要注意，这种应用并不面对涡轮机械-其中离心力的大小因为其尺寸的原因而是相当大的，并且可能在叶轮上具有破坏效应-所遇到的挑战。

Claims (55)

1.一种用于涡轮机械的叶轮，所述叶轮包括：

金属基部(1502)，其具有中心孔、后表面(1502b)和与所述后表面(1502b)相对的前表面(1502a)；

多个叶片(1504，1506)，其在所述金属基部(1502)的前表面(1502a)上延伸；

复合材料护罩(1508)，其附连在所述多个叶片(1504，1506)上，使得由所述金属基部(1502)的前表面(1502a)、所述多个叶片(1504，1506)和所述复合材料护罩(1508)形成了多个封闭路径或轮叶；和

连接装置(1510，1606，1706，1806，1906，2302，2410，2608，2612，3002，3010，3402，3510)，其设置为用以将所述复合材料护罩(1508)附连到所述金属基部(1502)或所述多个叶片(1504，1506)上。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，至少一个叶片(1504，1506)的前缘(1506)由复合材料制成，并且剩余部分(1504)由金属材料制成，或者至少一个叶片的后缘由复合材料制成，并且剩余部分由金属材料制成，或者至少一个叶片的前缘和后缘两者都由复合材料制成，并且剩余部分由金属材料制成。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的叶轮，其特征在于，所述连接装置包括：

分布在由复合材料制成的那些部分之间的粘合剂或硅或树脂(1510)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述复合材料护罩(1508)包括由复合材料制成的、设置为用以装配所述多个叶片(1602)的内部部分(1603)的托架(1604)，所述连接装置包括将所述托架(1604)连接到所述多个叶片(1602)的内部部分(1603)上的粘合剂或硅或树脂(1606)，并且所述托架(1604)和所述多个叶片(1602)的内部部分(1603)形成所述叶片(1602)的平滑轮廓。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，还包括：

复合材料条带(1706)，其连接在所述复合材料护罩(1508)上，并在所述多个叶片(1702)的后缘上从所述复合材料护罩(1508)延伸到所述金属基部(1502)的后表面上。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述复合材料护罩(1508)包括多个凹陷(1804)，并且所述连接装置包括多个销(1806)，该多个销附连在所述多个叶片(1802)上并设置为用以装配在所述多个凹陷(1804)的内部，使得所述多个销(1806)具有打开位置和封闭位置，所述打开位置容许所述多个销(1806)进入或离开所述凹陷(1804)，而所述封闭位置将所述多个销(1806)锁定在所述多个凹陷(1804)的内部。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述连接装置包括形成于所述多个叶片(1908)上的多个钩状物(1906)以及位于所述复合材料护罩(1902)中的、设置为用以容纳所述多个钩状物(1906)的相对应的多个孔(1904)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述连接装置包括形成于所述多个叶片(1908)上的多个销(1906)以及位于所述复合材料护罩(1902)中的、设置为用以容纳所述多个销(1906)的相对应的多个孔。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述连接装置包括多个销(2200)和位于所述复合材料护罩(1902)中的相对应的孔(1904)，所述多个销(2200)设于所述多个叶片(1908)中所形成的多个孔(2202)中。

10.根据权利要求9所述的叶轮，其特征在于，所述多个销(2200)被铆接或带有螺纹以接收螺母，或者既被铆接又带有螺纹以接收螺母，以便将所述复合材料护罩固定到所述叶片上。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，还包括：

多个复合材料叶片(2404)，其与所述复合材料护罩(2402)整体地形成，并设置为用以连接到所述金属基部(2408)的前表面上的多个叶片(2406)上，使得整个叶片在后缘处由复合材料制成，并且在前缘处由金属材料制成，其中所述前缘首先遇到有待所述叶轮处理的流体，并且所述后缘最后遇到所述流体。

12.根据权利要求11所述的叶轮，其特征在于，所述连接装置包括设置为用以将所述多个复合材料叶片(2404)连接到所述金属基部(2408)上的封闭螺栓或金属线或铆钉或螺栓(2410)。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，还包括：

叶片端部部分(2602)，其与所述复合材料护罩(2604)整体地形成，并设置为用以覆盖所述多个叶片的后缘和所述金属基部(2610)的侧表面的一部分，其中所述金属基部的侧表面设于所述前表面和所述后表面之间。

14.根据权利要求13所述的叶轮，其特征在于，所述叶片端部部分(2602)在所述金属基部(2610)的侧表面周围形成连续的表面。

15.根据权利要求13所述的叶轮，其特征在于，所述连接装置包括将所述叶片端部部分(2602)连接到所述金属基部(2610)的侧表面上的螺栓或销(2608)。

16.根据权利要求13所述的叶轮，其特征在于，所述连接装置包括借助托架(2612)而将所述叶片端部部分(2602)连接到所述金属基部(2610)的侧表面上的螺栓或销(2608)。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，还包括：

多个连接元件(3002)，其形成于所述多个叶片(3004)上，使得所述多个连接元件(3002)中的各个具有孔，

所述复合材料护罩(3008)具有设置为用以容纳所述多个连接元件(3002)的多个孔，且

所述连接装置包括带(3010)，其进入所述多个连接元件(3002)的孔中，以便将所述复合材料护罩(3008)固定到所述多个叶片(3004)上。

18.根据权利要求17所述的叶轮，其特征在于，所述多个连接元件(3002)的孔在一个侧面上敞开。

19.根据权利要求17所述的叶轮，其特征在于，所述带(3010)设置为用以包围所述整个复合材料护罩(3008)。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述连接装置包括：

设置为用以附连到所述多个叶片(3406)上的多个托架(3402)；和

设置为用以将所述多个托架(3402)附连到所述多个叶片(3406)上的多个销(3404)，

其中，所述多个销(3404)设置为用以固定地容纳所述复合材料护罩(3408)。

21.一种离心式压缩机，包括：

外壳；

轴，其设于所述外壳中并设置为用以相对于所述外壳而旋转；和

至少一个叶轮，其附连在所述轴上，并如前述权利要求中的任一项中所述进行设置。

22.一种用于将复合材料护罩(1508)附连到用于涡轮机械的敞开或封闭的金属叶轮(1502，1504，1506)上的方法，所述方法包括：

提供金属基部(1502)和多个叶片(1504，1506)，所述金属基部(1502)具有中心孔、后表面(1502b)、与所述后表面(1502b)相对的前表面(1502a)，并且所述多个叶片(1504，1506)在所述金属基部(1502)的前表面(1502a)上延伸；

使所述复合材料护罩(1508)与所述多个叶片(1504，1506)相接触，从而由所述金属基部(1502)的前表面(1502a)、所述多个叶片(1504，1506)和所述复合材料护罩(1508)形成了多个封闭路径或轮叶；以及

将所述复合材料护罩(1508)固定到所述金属基部(1502)和/或所述多个叶片(1504，1506)上。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：

由复合材料制造至少一个叶片(1504，1506)的前缘(1506)，且由金属材料制造剩余部分(1504)，或者所述至少一个叶片的后缘由复合材料制成，且所述剩余部分由金属材料制成，或者所述至少一个叶片的前缘和后缘两者都由复合材料制成，且所述剩余部分由金属材料制成。

24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，还包括：

应用分布在由复合材料制成的那些部分之间的粘合剂或硅或树脂(1510)。

25.根据权利要求22至24中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

通过利用粘合剂或硅或树脂(1606)将所述复合材料护罩(1508)的以及由复合材料制成的托架(1604)结合到所述多个叶片(1602)的内部部分(1603)上，并且所述托架(1604)和所述多个叶片(1602)的内部部分(1603)形成了所述叶片(1602)的平滑轮廓。

26.根据权利要求22至25中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述多个叶片(1702)的后缘上将从所述复合材料护罩(1508)中延伸出来的复合材料条带(1706)连接到所述金属基部(1502)的后表面上；以及

固化所述复合材料条带，以使其硬化。

27.根据权利要求22至26中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述复合材料护罩(1508)中形成多个凹陷(1804)；以及

将多个销(1806)附连到所述多个叶片(1802)上，其中所述多个销(1806)设置为用以装配在所述多个凹陷(1804)的内部，使得所述多个销(1806)具有打开位置和封闭位置，所述打开位置容许所述多个销(1806)进入或离开所述凹陷(1804)，而所述封闭位置将所述多个销(1806)锁定在所述多个凹陷(1804)的内部。

28.根据权利要求22至27中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述多个叶片(1908)上形成多个钩状物(1906)，并且在所述复合材料护罩(1902)中形成设置为用以容纳所述多个钩状物(1906)的相对应的多个孔(1904)。

29.根据权利要求22至28中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述多个叶片(1908)上形成多个销(1906)，并且在所述复合材料护罩(1902)中形成设置为用以容纳所述多个销(1906)的相对应的多个孔。

30.根据权利要求22至29中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在形成于所述多个叶片(1908)的多个孔(2202)中以及所述复合材料护罩(1902)中的相对应的孔(1904)中提供多个销(2200)；以及

铆接所述多个销(2200)或使所述多个销(2200)带有螺纹以接收螺母(2300)，或者既铆接所述多个销(2200)又使所述多个销(2200)带有螺纹以接收螺母(2300)，以便将所述复合材料护罩(2304)固定到所述叶片(1908)上。

31.根据权利要求22至30中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

与所述复合材料护罩(2402)整体地形成多个复合材料叶片(2404)；以及

将所述多个复合材料叶片(2404)连接到所述金属基部(2408)的前表面上的多个叶片(2406)上，使得整个叶片在后缘处由复合材料制成，并且在前缘处由金属材料制成，其中所述前缘首先遇到有待所述叶轮处理的流体，并且所述后缘最后遇到所述流体。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，还包括：

借助封闭螺栓或金属线或铆钉或螺栓(2410)而将所述多个复合材料叶片(2404)连接到所述金属基部(2408)上。

33.根据权利要求22至32中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

与所述复合材料护罩(2604)整体地形成叶片端部部分(2602)，使得所述叶片端部部分(2602)设置为用以覆盖所述多个叶片的后缘和所述金属基部(2610)的侧表面的一部分，其中所述金属基部(2610)的侧表面设于所述前表面和所述后表面之间。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述叶片端部部分(2602)在所述金属基部(2610)的侧表面周围形成连续的表面。

35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括：

借助螺栓或销(2608)将所述叶片端部部分(2602)附连到所述金属基部(2610)的侧表面上。

36.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括：

借助螺栓或销(2608)将托架(2612)附连到所述金属基部(2610)上，使得所述叶片端部部分(2602)被所述托架(2612)固定到所述金属基部(2610)的侧表面上。

37.根据权利要求22至36中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述多个叶片(3004)上形成多个连接元件(3002)，使得所述多个连接元件(3002)中的各个具有孔；

借助所述复合材料护罩(3008)覆盖所述多个叶片(3004)；以及

通过所述多个连接元件(3002)的孔提供带(3010)，以将所述复合材料护罩(3008)固定到所述多个叶片(3004)上。

38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述多个连接元件(3002)的孔在一个侧面上敞开。

39.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述带(3010)设置为包围所述复合材料护罩(3008)的整个周边。

40.根据权利要求22至39中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

将多个托架(3402)附连到所述多个叶片(3406)上；以及

通过所述多个托架(3402)和所述多个叶片(3406)插入多个销(3404)，以固定所述复合材料护罩(3408)。

41.一种用于涡轮机械的离心式叶轮(1；10；100；110)，其由利用至少一种第一材料制造而成的基本离心式叶轮(3；30；300；330)组成，并包括与后板(3A；30A；300A；330A)相关联的多个叶片(3B；30B；300B；330B)，其特征在于，该离心式叶轮包括利用与所述至少一种第一材料不同的第二材料制造而成并与所述基本叶轮(3；30；300；330)相关联的至少一个护罩(5；50；500；550)。

42.根据权利要求41所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述第二材料是金属网格。

43.根据权利要求41所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述第二材料是树脂。

44.根据权利要求41所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述第二材料是复合材料。

45.根据前述权利要求中的任一项所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述第一材料至少部分地是金属。

46.根据前述权利要求中的任一项所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述叶片(3B；30B；300B；330B)和/或所述后板(3A；30A；300A；330A)至少部分地由所述第二材料制成，或利用与所述第一材料及所述第二材料不同的第三材料制成。

47.根据前述权利要求中的任一项所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述护罩(5；50；500；550)通过至少一层(9)胶水或树脂而关联到所述基本离心式叶轮(3；30；300；330)上。

48.根据前述权利要求中的任一项所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述护罩(5；50；500；550)通过附连系统(60；61；161；62；162；63；163；64；164；165)而关联到所述基本离心式叶轮(3；30；300；330)上。

49.根据权利要求41至48中的任一项所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述基本离心式叶轮(3；30；300；330)是包括由所述第一材料制成的第一基本护罩(3D)的“封闭”类型，所述护罩(5；550)至少部分地关联到所述第一基本护罩(3D)上。

50.根据权利要求41至48中的任一项所述的离心式叶轮(1；10；100；110)，其特征在于，所述基本离心式叶轮(3；30；300；330)是具有带有合适的特定形状的端部(3F)的多个叶片(30B)的“敞开”类型，所述护罩(5；550)至少部分地关联到所述多个叶片(30B)上。

51.一种涡轮机械，包括根据权利要求41至50中的至少一项所述的至少一个离心式叶轮(1；10；100；110)。

52.一种用于离心式叶轮的护罩(5；50；500；550)，其由第二材料制造而成，并适合于应用到由至少一种与所述第二材料不同的第一材料制成的基本离心式叶轮(3；30；300；330)上，从而制成根据权利要求41至50中的至少一项所述的离心式叶轮(1；10；100；110)。

53.一种制造用于涡轮机械的离心式叶轮(1；10；100；110)的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

制造基本离心式叶轮(3；30；300；330)，其由至少一种第一材料制造而成，并包括与后板(3A；30A；300A；330A)相关联的至少一组多个叶片(3B；30B；300B；330B)；

制造至少一个护罩(5；50；500；550)，其由与所述至少一种第一材料不同的第二材料制造而成；以及

将所述至少一个护罩(5；50；500；550)关联到所述基本离心式叶轮(3；30；300；330)上。

54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，其包括将所述至少一个护罩(5；50；500；550)通过树脂或胶水而胶合到所述基本离心式叶轮(3；30；300；330)之上的子步骤。

55.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，其包括将所述至少一个护罩(5；50；500；550)通过附连系统(60；61；161；62；162；63；163；64；164；165)而固定到所述基本离心式叶轮(3；30；300；330)之上的子步骤。

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