葉輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種葉輪以及具有它的渦輪機(jī)械，本發(fā)明在渦輪機(jī)械所具有的離心葉輪或者斜流葉輪中，抑制二次流，提高渦輪機(jī)械的性能。本發(fā)明中，葉輪(600)具有輪轂板(609)和在該輪轂板的一方的表面?zhèn)仍谥芊较蚋糸_間隔配置的多個葉片(607)。多個葉片具有輪轂板和葉片正交，且將具有由直線要素構(gòu)成的葉片的基準(zhǔn)葉輪中的各葉片的翼跨度高度方向的多個翼截面以成為曲線要素(606)的葉片的方式在翼跨度高度方向疊層而形成的形狀。在翼截面的翼跨度高度方向的疊層中，隨著從該葉片的輪轂板側(cè)端以及輪轂板相反側(cè)端的至少一方的端面朝向跨度中間部而使賦予翼截面的切向傾斜以及掃掠的量增大。
【專利說明】葉輪
[0001]本申請是名稱為“葉輪以及具有它的渦輪機(jī)械”、國際申請日為2012年4月12日、國家申請?zhí)枮?01210106427.0的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及離心葉輪或者斜流葉輪等葉輪以及具有它的渦輪機(jī)械，尤其涉及具有離心葉輪或者斜流葉輪的壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇、泵等向工作流體賦予能量的渦輪機(jī)械。
【背景技術(shù)】
[0003]作為渦輪機(jī)械的一種的多級壓縮機(jī)為將由被安裝在同一軸上的多個離心葉輪或者斜流葉輪、被一并設(shè)置在各葉輪的下游側(cè)的擴(kuò)散器、反導(dǎo)葉構(gòu)成的段落堆疊的形式。該多級壓縮機(jī)中使用的葉輪在大多情況下是對翼進(jìn)行切削加工而制作的。若能夠?qū)?gòu)成葉輪的翼的翼面形狀作為直線要素的集合體來定義，則能夠使用銑床等棒狀的切削工具。在這種情況下，一面使加工工具的側(cè)面向成為直線要素的部分旋轉(zhuǎn)，一面使之抵接，一面使之從葉輪的入口側(cè)向成為出口側(cè)的方向或者向其反方向滑動，一面進(jìn)行切削。據(jù)此，能夠有效地加工。這樣，因為直線要素葉輪富于制作性.加工性，所以，在離心壓縮機(jī)中大多使用直線要素葉輪。
[0004]雖然采用直線要素葉輪的情況從制作方面看是有效的方法，但是，由于近年要求對葉輪性能的進(jìn)一步改善，所以，有必要從將葉輪的翼做成直線要素集合的制約解放，做成由自由曲面構(gòu)成的翼面，對翼間流動進(jìn)行精密的控制。下面，在本發(fā)明中，將翼面由自由曲面構(gòu)成的葉輪稱為曲線要素葉輪。
[0005]局部地具有曲線要素的葉輪的例子被專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2公開。專利文獻(xiàn)I的葉輪是在葉輪的護(hù)罩側(cè)沒有護(hù)罩板(側(cè)板)的開放式葉輪(下面，也稱半護(hù)罩葉輪)，專利文獻(xiàn)2記載的葉輪雖然在護(hù)罩側(cè)不具有護(hù)罩板(側(cè)板)這點與專利文獻(xiàn)I相同，但是，是在兩片翼之間，具有入口側(cè)尺寸與這些翼相比短的翼的帶中間葉片的半護(hù)罩葉輪。另外，將護(hù)罩側(cè)具有護(hù)罩板(側(cè)板)的葉輪稱為封閉式葉輪(下面，也稱為全護(hù)罩葉輪)。
[0006]專利文獻(xiàn)2記載的葉輪是曲線要素葉輪，在形成翼型時，在翼的前緣附近堆積使翼截面在跨度方向彎曲了的翼，形成用于曲線要素葉輪的翼。據(jù)此，抑制低能量流體在翼間流路的局部積蓄，改善壓縮機(jī)效率。
[0007]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開昭59-90797號公報
[0010]專利文獻(xiàn)2:專利第4115180號公報
[0011]在上述專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2中，在半護(hù)罩葉輪中，通過從以往的翼前緣周圍改變翼前緣周圍，謀求改善壓縮機(jī)效率。在離心葉輪、斜流葉輪中使用的半護(hù)罩葉輪中，產(chǎn)生翼前端泄漏流，在全護(hù)罩葉輪中，不產(chǎn)生翼前端泄漏流。因此，在半護(hù)罩葉輪中，即使是最好的翼形狀，也因翼間的流型的不同，而不保證能夠在全護(hù)罩葉輪中改善性能的最佳的曲線要素葉輪。即、最佳的曲線要素葉輪的翼形狀可能不同。
[0012]這樣，適合全護(hù)罩葉輪的曲線要素化的方法不一定明確。但是，無論是上述任意的形態(tài)的葉輪，也難以想象相對于無數(shù)的曲線要素葉片的形成法，盡量限定真正與提高性能相連的曲線要素化圖案，有必要發(fā)現(xiàn)與改善性能相聯(lián)系的曲線要素化的圖案。
[0013]本發(fā)明是鑒于上述以往技術(shù)的狀況做出的發(fā)明，其目的是在渦輪機(jī)械所具有的離心葉輪或者斜流葉輪中，提高渦輪機(jī)械的性能。本發(fā)明的其它的目的是有效地抑制曲線要素葉輪的翼間的二次流。本發(fā)明的另外的其它的目的是在曲線要素葉輪中，實現(xiàn)與提高性能相聯(lián)系的最佳的曲線要素化的方法，即、翼截面向跨度方向堆疊的圖案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]在本發(fā)明中，因為提出了曲線要素葉輪，所以，首先針對曲線要素葉輪，將必要的用語的定義等說明如下。
[0015][曲線要素葉輪]
[0016]將用曲線連結(jié)葉輪的護(hù)罩面以及輪轂面間，從入口側(cè)到出口側(cè)配置多條該曲線，做成葉片的葉輪定義為曲線要素葉輪。是與直線要素葉輪對比的概念。
[0017]曲線要素葉輪的形狀決定成為基準(zhǔn)的直線要素葉輪的翼形狀，針對該直線要素葉輪，在各種各樣的跨度位置切出翼截面。此后，使切出的翼截面直線移動、旋轉(zhuǎn)移動或者變形，再次堆疊。據(jù)此，得到具有自由曲面的曲線要素葉輪。參照圖1以及圖2，對該具體的方法說明如下。
[0018]圖1是說明使切出的一個翼截面移動或者變形的方法的圖。圖1(a)是用圓筒座標(biāo)系表示的翼截面圖?？缍任恢?圖1(a)上與紙張成直角的方向)是任意位置。圖1(b)是將圖1(a)所示的相同的翼展開，成為正交座標(biāo)系的圖，圖的橫軸是后述的子午面流線方向m，圖的縱軸是周方向(Θ方向)。
[0019]圖2是表示將圖1所示那樣的切出的翼截面堆疊，形成曲線要素葉片的樣子的立體圖。在該圖2中，從葉輪中取出葉片一片量來表示。在子午面(R-Z面)內(nèi)，沿顯眼的線素將從輪轂110到各翼截面的跨度方向高度設(shè)為h，將沿從輪轂110到護(hù)罩120為止的線素的跨度方向的全部高度設(shè)為H，定義無量綱翼高度h/H。
[0020][切向傾斜](夕> '7' 工 > \ > D — > )
[0021]使葉輪的翼截面V的形狀在全等地確保的狀態(tài)下，在周方向(Θ方向)移動，將在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)移動的情況定義為賦予正的切向傾斜。
[0022]在圖1中從翼截面101向翼截面102的移動為切向傾斜。此時的移動量若在圓筒座標(biāo)系(圖1(a))中表不,貝U為δ Θ (rad),若在正交座標(biāo)系(圖1(b))中表不,貝U為縱軸方向的移動量S Y。
[0023][翼弦]
[0024]在翼截面V中，將連結(jié)前緣202和后緣203的線定義為翼弦C，將從前緣202朝向后緣203的方向定義為正。
[0025][掃掠](74 — 7° )
[0026]是在翼截面V中，固定后緣203的位置，在翼弦C的方向使翼截面V的拱線以確保大致相似的狀態(tài)變形的情況。將在正的翼弦方向變形的情況作為正的掃掠。[0027]因為若使翼截面V的形狀，即、翼表面的輪廓形狀本身相似變形，則翼厚th也變化，所以，能夠僅使拱線C大致相似地變形，任意地賦予翼厚th。另外，變形后的前緣202a處于變形前的翼弦C的線上。圖1中，作為從翼截面101向翼截面103的相似變形來表不。這里，將后緣203固定是為了將葉輪外徑R2確保為一定，不使理論揚程大幅變化，在可以使理論揚程變化的情況下，沒有必要一定使后緣203為一定位置。
[0028]在這樣的定義下，在本發(fā)明中，為了實現(xiàn)上述目的，在具有輪轂板和在周方向隔開間隔配置在該輪轂板的一方的表面?zhèn)鹊亩鄠€葉片的葉輪中，上述多個葉片具有上述輪轂板和上述葉片正交，且將具有由直線要素構(gòu)成的葉片的基準(zhǔn)葉輪中的各葉片的翼跨度高度方向的多個翼截面以成為曲線要素葉片的方式在翼跨度高度方向疊層而形成的形狀，在將使上述翼截面在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)移動的情況作為賦予正的切向傾斜時，在上述翼截面的翼跨度高度方向的疊層中，隨著從該葉片的輪轂板側(cè)端以及輪轂板相反側(cè)端的至少一方的端面朝向跨度中間部而使賦予上述翼截面的切向傾斜的量增大。
[0029]而且，在該葉輪中，可以是在將使上述翼截面在翼弦下游方向大致相似地變形移動的情況作為賦予正的掃掠時，在上述翼截面的翼跨度高度方向的疊層中，隨著從該葉片的輪轂板側(cè)端以及輪轂板相反側(cè)端的至少一方的端面朝向跨度中間部而使賦予上述翼截面的掃掠的量增大，也可以是上述切向傾斜的賦予量中，輪轂側(cè)的賦予量比護(hù)罩側(cè)的賦予量大，并且，賦予量的最大值相比于跨度中央，處于靠近輪轂側(cè)的翼跨度高度上。
[0030]另外，在本發(fā)明中，在具有輪轂板和在周方向隔開間隔配置在該輪轂板的一方的表面?zhèn)鹊亩鄠€葉片的葉輪中，對于上述葉片的負(fù)壓面和上述輪轂板面，或者上述葉片的負(fù)壓面和在輪轂板相反側(cè)端部與該葉片相向的面的至少任意一個，其所構(gòu)成的角度為鈍角。
[0031]而且，在該葉輪中，也可以是子午面內(nèi)的上述輪轂板面或者在上述輪轂板相反側(cè)端部與該葉片相向的面的至少一方和上述葉片的前緣的棱線構(gòu)成的角度、在含有上述葉片的一側(cè)為銳角。
[0032]另外，還有，在本發(fā)明中，在具有輪轂板和在周方向隔開間隔配置在該輪轂板的一方的表面?zhèn)鹊亩鄠€葉片的葉輪中，上述多個葉片的形狀是在翼跨度高度方向疊層翼截面而形成的形狀，是在該疊層時，在翼跨度高度方向沿曲線疊層的曲線要素葉片，在將該葉輪以相同半徑展開的形狀下的上述葉片的負(fù)壓面在相比于翼跨度中央部的輪轂板側(cè)，在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向為最前端。
[0033]而且，在上述任意一項中，都希望上述葉輪是離心葉輪或者斜流葉輪。
[0034]再有，本發(fā)明的特征是渦輪機(jī)械至少具備一個以上上述任一項所述的葉輪。
[0035]發(fā)明效果
[0036]根據(jù)本發(fā)明，因為在離心葉輪或者斜流葉輪中，葉輪出口的翼截面形狀在旋轉(zhuǎn)方向凸，且使護(hù)罩側(cè)與輪轂側(cè)相比在后側(cè)，所以，能夠抑制促進(jìn)低能量流體向翼間流路的角部積蓄的二次流，提高渦輪機(jī)械的性能。另外，若將上述葉輪做成曲線要素葉輪，則能夠做成能夠進(jìn)一步抑制二次流的形狀，渦輪機(jī)械的性能提高。另外，還有，通過將掃掠和切向傾斜組合，能夠?qū)崿F(xiàn)與提高性能相聯(lián)系的最佳的曲線要素化的方法，即、翼截面向跨度方向堆疊的圖案。
【專利附圖】

【附圖說明】[0037]圖1是用于說明有關(guān)本發(fā)明的葉輪的子午面剖視圖及其展開圖。
[0038]圖2是用于說明有關(guān)本發(fā)明的葉輪的立體圖。
[0039]圖3是有關(guān)本發(fā)明的多級離心壓縮機(jī)的一實施例的縱剖視圖。
[0040]圖4是以往的離心葉輪的一例的子午面剖視圖以及立體圖。
[0041]圖5是以往的離心葉輪的其它例的子午面剖視圖以及立體圖。
[0042]圖6是有關(guān)本發(fā)明的離心葉輪的一實施例的子午面剖視圖以及立體圖。
[0043]圖7是表示賦予切向傾斜的例的圖。
[0044]圖8是表示賦予掃掠的例的圖。
[0045]圖9是有關(guān)本發(fā)明的離心葉輪的其它的實施例的子午面剖視圖以及立體圖。
[0046]圖10是說明翼間流的圖，是葉輪的半徑方向截面的周方向展開圖。
[0047]圖11是說明帶葉片前緣的根部的流動的圖。
[0048]圖12是有關(guān)本發(fā)明的葉輪的一實施例的效率曲線。
【具體實施方式】
[0049]下面，針對本發(fā)明的若干實施例，使用附圖進(jìn)行說明。首先，作為渦輪機(jī)械的一例，對二級離心壓縮機(jī)進(jìn)行說明。圖3是二級離心壓縮機(jī)的縱剖視圖。這里，作為多級離心壓縮機(jī)300，提出二級離心壓縮機(jī)，但是，本發(fā)明可以用于使用了離心型葉輪或者斜流型葉輪的單級或者多級的渦輪機(jī)械，并非被特別限定于二級離心壓縮機(jī)。
[0050]二級離心壓縮機(jī)300具備初級301和第二級302。初級葉輪308以及第二級葉輪311被安裝在同一旋轉(zhuǎn)軸303上，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)體。旋轉(zhuǎn)軸303、第一級、第二級葉輪308、311被收容在壓縮機(jī)殼體306，由被保持在壓縮機(jī)殼體306上的軸頸軸承304、推力軸承305旋轉(zhuǎn)自由地支撐。
[0051]在初級葉輪308的下游側(cè)，配置將被葉輪308壓縮的工作氣體的壓力恢復(fù)，形成在半徑方向向外的流動的擴(kuò)散器309、將因擴(kuò)散器309而在半徑方向向外的工作氣體的流動在半徑方向向內(nèi)，并向第二級葉輪311引導(dǎo)的反導(dǎo)葉310。在二級葉輪311的下游同樣地配置擴(kuò)散器312、將用于因二級擴(kuò)散器312而壓力上升了的工作氣體匯總并向機(jī)外送出的收集器或者被稱為渦盤的回收構(gòu)件313。
[0052]第一級葉輪308具有輪轂板308a、護(hù)罩板308b、在輪轂板308a和護(hù)罩板308b之間在周方向以大致等間隔配置多片的葉片308c。同樣，第二級葉輪311具有輪轂板311a、護(hù)罩板311b、在輪轂板311a和護(hù)罩板311b之間在周方向以大致等間隔配置多片的葉片311c。在各葉輪308、311的入口側(cè)，也就是護(hù)罩板308b、311b側(cè)的外周部配置鼠迷宮式密封件315，在輪轂板308a、311a的背面?zhèn)确謩e配置階梯迷宮式密封件316和平衡迷宮式密封件 317。
[0053]從吸入嘴307流入的工作氣體按照初級葉輪308、帶葉片的擴(kuò)散器309、反導(dǎo)葉310、第二級葉輪311、帶葉片的擴(kuò)散器312的順序通過，被導(dǎo)向收集器、渦盤這樣的回收構(gòu)件313。圖3中，作為擴(kuò)散器表示了帶葉片的擴(kuò)散器，但也可以是無葉片擴(kuò)散器。
[0054]圖4中，為了方便下面的說明，表示了作為以往技術(shù)的直線要素葉輪400。圖4(a)表示子午面的葉片407的拱面。表示了構(gòu)成拱面的輪轂側(cè)邊界線401和護(hù)罩側(cè)邊界線402、位于其間的五條翼截面的拱線405。因此，在圖4(a)中，共使用七個翼截面，葉輪400的葉片407被該七個翼截面特定。403是葉片420的前緣，404是葉片407的后緣。為了在葉輪400疊層翼截面，而使用多個直線線素406。
[0055]圖4(b)中用立體圖表示葉輪400。葉片407的表面作為從輪轂側(cè)邊界401朝向護(hù)罩側(cè)邊界402的直線要素408的集合體被構(gòu)成。另外，直線要素在圖4(a)中用直線要素406表示，在圖4(b)中用直線要素408表示。在圖4(b)所示那樣的直線要素葉輪400中，難以精密地控制形成在翼間的二次流。
[0056]圖5中表示直線要素葉輪500的其它以往例。本葉輪500與圖4所示的葉輪400的不同之處并非是由一條直線線素構(gòu)成葉片507的前緣，而是將由相鄰的多個直線線素521i(i = 1、2、…)形成的面以在子午面形狀，在入口側(cè)為凸的方式切割。即、使各翼截面上的將前緣從輪轂側(cè)連結(jié)到護(hù)罩側(cè)的棱線503在葉片高度方向彎曲。在本以往例中，也與圖4所示的以往例的情況同樣，將翼截面505沿直線要素506、508堆積，形成葉片507。另外，直線要素在圖5(a)中用直線要素506表示，在圖5(b)中用直線要素508表示。在葉輪500中，雖然能夠?qū)σ砬熬?03附近的流動進(jìn)行稍許控制，但是，因為翼間流路的特性在本質(zhì)上與圖4所示的葉輪400相比沒有改變，所以，不能充分控制二次流。
[0057]下面，一面與上述以往例進(jìn)行對比，一面使用圖6~圖12，對本發(fā)明的若干實施例進(jìn)行說明。圖6是有關(guān)本發(fā)明的曲線要素葉輪的一實施例的圖，圖6(a)是曲線要素葉輪600的子午面(R-Z面)形狀，圖6(b)是其立體圖。
[0058]圖6(a)中，在曲線要 素葉輪600，由輪轂側(cè)邊界601和護(hù)罩側(cè)邊界602劃分流路610。在該流路610內(nèi)在周方向隔開間隔配置具有多個曲線要素606的曲線要素葉片607。該圖6(a)中，葉片607用翼截面605表不。曲線要素606成為疊層翼截面的導(dǎo)向器。另外，曲線要素605如后所述(參見圖9)，也有在子午面投影圖中看成直線要素的情況，但實際的形狀是曲線。
[0059]如圖6(b)所示，在曲線要素葉輪600，在輪轂板609的一方的表面上在周方向以大致等間隔配置多個葉片607。而且，葉片607從輪轂側(cè)邊界601朝向護(hù)罩側(cè)邊界602，沿曲線要素608堆積翼截面，葉片表面為自由曲面。本發(fā)明中因為采用曲線要素，所以，翼截面的堆積的自由度比直線要素葉輪大。因此，能夠使葉片表面自由地傾斜，能夠控制向流體施加的力的方向，即、翼間二次流。
[0060]使用圖7以及圖8，對能夠控制該翼間流的曲線要素葉輪600的例進(jìn)行說明。圖7是賦予了切向傾斜S Y的曲線要素葉輪600的例。橫軸是將翼截面的旋轉(zhuǎn)移動量δΥ用翼弦C無量綱化了的值?？v軸表示無量綱翼高度h/H。
[0061]作為切向傾斜δ Y的賦予方法，相對于具有與作為對比基準(zhǔn)的輪轂面垂直的直線要素的直線要素葉輪，在從輪轂側(cè)的翼截面以及護(hù)罩側(cè)的翼截面朝向跨度中間部的翼截面的方向，使切向傾斜SY增大。若像這樣，將切向傾斜δ gamma賦予葉片，則如圖6(b)所示，位于旋轉(zhuǎn)方向背面?zhèn)?_方向)的葉片607的負(fù)壓面成為凹面。另外，成為越是跨度方向中央側(cè)的翼截面，與輪轂側(cè)、護(hù)罩側(cè)的翼截面相比，越在旋轉(zhuǎn)方向前端(+方向)的形狀。此時，葉片607的負(fù)壓面和輪轂面、護(hù)罩面構(gòu)成的角度為鈍角。
[0062]因為圖7所示的切向傾斜δ Y的賦予外形701、702是以滿足上述特征的方式選擇的外形，所以，均與改善性能相連。這里，外形701因切向傾斜δΥ在輪轂面和護(hù)罩面均為0，所以，周方向的翼截面位置相同，在強(qiáng)度方面優(yōu)異。外形702是使護(hù)罩側(cè)的切向傾斜δΥ比輪轂側(cè)的切向傾斜S Y大，使輪轂側(cè)的翼截面位置706與護(hù)罩側(cè)的翼截面位置707相比，在旋轉(zhuǎn)方向在前端，謀求性能比外形701提高的外形。
[0063]賦予了切向傾斜δ Y的外形701、702中，均使切向傾斜為最大的翼高度方向位置705,708與跨度中央相比略位于輪轂側(cè)。其理由是，已知離心葉輪、斜流葉輪的翼間核流的中心位于靠輪轂側(cè)的位置的情況很多，在與該翼間核流的中心位置相比位于上或者下的從核流離開的部分，使翼傾斜增大的情況與提高效率相聯(lián)系。另外，就圖7的橫軸所表示的切向傾斜S Y而言，絕對量并不重要，重要的是使相對的位置關(guān)系成為上述的關(guān)系。
[0064]使用圖8，說明能夠控制翼間流的曲線要素葉輪600的其它例。圖8是賦予了掃掠S M的曲線要素葉輪600的例。橫軸是將翼截面上的前緣部的移動變形量δΜ用翼弦C無量綱化了的值?？v軸表示無量綱翼高度h/H。在本例中，在從輪轂側(cè)的翼截面以及護(hù)罩側(cè)的翼截面朝向翼跨度中間部的翼截面的方向，使掃掠δΜ增大。若像這樣將掃掠δΜ賦予葉片，則如圖6(b)所示，葉片607的前緣成為跨度方向中央部向流動方向下游側(cè)凹陷的形狀。此時，葉片607的前緣的棱線和輪轂面、護(hù)罩面構(gòu)成的角度在含有葉片的一側(cè)測定，為銳角。
[0065]圖8是表示賦予了掃掠δΜ的三種外形801、802、803。這些三種外形801?803均如上所述，被賦予掃掠SM。在被賦予了掃掠δ M的外形801中，還為使輪轂側(cè)和護(hù)罩側(cè)的翼截面位置運動而使葉片607的前緣中央部806凹陷。因為該外形801僅通過對已有的葉輪的前緣部進(jìn)行追加加工即可實現(xiàn)，所以，具有能夠輕易地制作近似的曲線要素葉輪的優(yōu)點。
[0066]在賦予了掃掠δ M的外形802以及外形803中，使輪轂側(cè)掃掠δ M比護(hù)罩側(cè)掃掠δ M相對地小，使輪轂側(cè)的翼截面位置807與護(hù)罩側(cè)的翼截面位置808相比向上游側(cè)突出。據(jù)此，謀求提高效率。另外，在外形802和外形803中，使跨度中間部的外形不同。其理由如下。
[0067]外形802的最大掃掠位置809位于大致跨度中央高度。與此相對，外形803的最大掃掠位置810與跨度中央高度相比，靠近輪轂側(cè)。外形803的最大掃掠位置以這樣的方式設(shè)定是由于像上述那樣，在葉輪內(nèi)的流動中，核流位于靠近輪轂側(cè)，所以，應(yīng)與該核流的偏斜對應(yīng)。
[0068]雖然使掃掠δ M向葉片607的賦予分布在外形802和外形803中像上述那樣不同，但是，該差別僅體現(xiàn)在核流發(fā)展前的葉片607的前緣周圍，因此，越是在賦予了切向傾斜S Y的情況下，在葉輪600的形狀上越?jīng)]有顯著的差異，在性能方面也為大致相同程度。在該圖8中，也是就橫軸的掃掠δ M而言，絕對位置并不重要，重要的是使相對的位置關(guān)系成為上述關(guān)系。
[0069]在圖6所示的葉輪600中，被賦予切向傾斜δ Y和掃掠δ M這兩者，是期待最高性能的形狀。與此相對，即使賦予上述切向傾斜SY和掃掠δ M的任意一種，也能夠得到提高了性能的葉輪。圖9是表示僅賦予了切向傾斜δ Y的葉輪900的例。
[0070]在葉輪900中，在輪轂側(cè)翼截面901和護(hù)罩側(cè)翼截面902之間，在周方向以大致等間隔配置多個葉片907。在從葉片前緣903到葉片后緣904為止之間選擇有多條曲線要素906，沿該曲線要素906堆疊翼截面905。
[0071]因為沒有賦予本實施例的葉輪900掃掠δΜ，所以，在圖9(a)中，曲線要素906的子午面投影圖為直線，可以看出沿直線要素疊層翼截面905。但是，可以看出，因為應(yīng)用了切向傾斜S Y，所以，如圖9(b)所示，葉片907的表面在周方向彎曲，由曲線要素910構(gòu)成。此時，在相當(dāng)于葉輪900的旋轉(zhuǎn)方向的里側(cè)的葉片907的負(fù)壓面，輪轂面?zhèn)鹊奈恢门c護(hù)罩面?zhèn)鹊奈恢孟啾仍谛D(zhuǎn)方向前端(+方向)，并且，在旋轉(zhuǎn)方向最前端的位置與跨度方向中央部相比略微在輪轂面?zhèn)取?br> [0072]接著，使用圖10以及圖11，對以這樣的方式構(gòu)成的有關(guān)本發(fā)明的曲線要素葉輪內(nèi)的流動進(jìn)行說明。圖10是說明賦予了切向傾斜δΥ的效果的圖。在被賦予了切向傾斜δΥ的葉輪1000中，在相鄰的兩片葉片1001之間形成翼間流路1010。圖10是表示葉輪1000的半徑Hr為任意)的截面上的翼間流路1010，是從下游側(cè)看的圖。
[0073]因為在葉片1001上存在翼作用，所以，產(chǎn)生由翼基本渦流引起的誘導(dǎo)速度1006、1007，在翼周圍形成循環(huán)。誘導(dǎo)速度1006、1007在壓力面1001中，朝向紙張進(jìn)深方向(誘導(dǎo)速度1006)，在負(fù)壓面1002中，朝向紙張近前方向(誘導(dǎo)速度1007)。
[0074]流動容易剝離的負(fù)壓面1005在與輪轂板1002的表面交叉的角部1008、與護(hù)罩板1003的表面交叉的角部1009，誘導(dǎo)速度線的密度降低，誘導(dǎo)速度1007變小。S卩、角部1009的流動減速，壓力升高。其結(jié)果為，從壓力面朝向負(fù)壓面的二次流1011被抑制，低能量流體在角部1009積聚的情況降低，能夠降低以二次流為起因的流動損失。
[0075]圖11是表示圖6(a)的A部的細(xì)節(jié)的圖，是說明掃掠δΜ的效果的圖。另外，因為在圖6(a)的B部也是同樣，所以，這里對A部進(jìn)行說明。模式地表示葉輪1100的前緣1101、1104與護(hù)罩1110交叉的端部附近的流入流的偏向狀況。圖11(a)是說明壓力面?zhèn)鹊牧鲃拥膱D，圖11(b)是說明負(fù)壓面?zhèn)鹊牧鲃拥膱D。另外，在葉輪1100的前緣1101、1104與輪轂面交叉的端部附近，也產(chǎn)生同樣的流動。
[0076]因為葉片1120的前緣1101、1104在護(hù)罩側(cè)端面1121附近向上游側(cè)突出，所以，葉片1120的表面的等壓力線1102、1105向下游側(cè)凸地彎曲。其結(jié)果為，形成在葉片1120的表面附近的邊界層流動1103、1106以隨著去向下游側(cè)而從護(hù)罩1110的表面離開的方式彎曲。
[0077]因為圖11(b)表示負(fù)壓面上的流動，所以，在剛剛突入到前緣1104后，為負(fù)壓，向作為角部的護(hù)罩側(cè)端面1112被拉拽。之后，與壓力面同樣，在從角部1112離開的方向彎曲。這樣，在端面1112附近難以積聚邊界層流動。在具有圖8所示的掃掠δ M的外形的葉輪中，若賦予前緣向上游側(cè)凸的掃掠SM的外形，則邊界層流動向與圖11相反的方向轉(zhuǎn)向，助長了剝離，使損失增大。
[0078]因為切向傾斜δ Y是使翼截面在周方向錯開，再次疊層的概念，所以，相對于葉片的表面形狀直至從前緣到后緣為止變化的情況，因為在掃掠δ Μ，葉片相似地變形，所以，在從前緣到后緣的中間部，表面形狀基本不變化，前緣附近產(chǎn)生外觀上的變化。因此，在對離心葉輪、斜流葉輪的二次流的控制中，切向傾斜SY比掃掠δ M更重要，按照這個優(yōu)先順序應(yīng)用。因此，掃掠S M是二次作用，尤其是對葉片前緣附近的流動重要這樣的非設(shè)計點上的性能的改善有效。即、在入射角變大的非設(shè)計點上，雖然容易引起前緣失速，但若應(yīng)用掃掠，則容易抑制失速。
[0079]圖12是表示在將上述實施例所示的切向傾斜δ Y和掃掠δ M賦予到葉輪的葉片時，壓縮機(jī)的性能曲線變化的樣子。該圖12是表示壓縮機(jī)相對于流量的隔熱效率的圖。橫軸以及縱軸是由成為比較基準(zhǔn)的直線要素葉輪的性能指標(biāo)無量綱化了的值。曲線1201是在以往技術(shù)中成為基準(zhǔn)的直線要素葉輪的性能。曲線1202是有關(guān)圖9所示的實施例的性能曲線?？芍魧⑶‘?dāng)?shù)那邢騼A斜S Y賦予葉輪的葉片，則能夠改善設(shè)計點1204的隔熱效率。
[0080]但是，在圖9所示的實施例的葉輪中，效率改善效果被限定在小流量區(qū)域?設(shè)計點流量區(qū)域，在大流量區(qū)域，基本看不到葉輪的性能的改善效果。另一方面，效率曲線1203是針對圖6所示的葉輪600的效率曲線，是賦予了切向傾斜δΥ和掃掠δΜ這兩者的效率曲線。這樣，若恰當(dāng)?shù)刭x予切向傾斜δΥ和掃掠δΜ，則能夠在寬大的流量范圍內(nèi)改善效率。
[0081]如上所述，通過在曲線要素葉輪中賦予切向傾斜δΥ和掃掠δΜ，能夠?qū)崿F(xiàn)抑制二次流，改善了級效率的壓縮機(jī)。另外，在上述實施例中，對將切向傾斜δΥ和掃掠δΜ賦予葉輪的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于上述實施例。即、本發(fā)明的主旨為只要是將翼截面堆積而形成的曲線要素葉輪的形狀做成與上述任意一個實施例相同的形狀即可，其堆積方法不一定需要基于切向傾斜SY、掃掠δΜ，也可以使用向翼弦方向的平行移動、向徑方向的平行移動、向與翼弦垂直的方向的平行移動等方法。
[0082]再有，最好在翼整體、跨度方向整體具有上述各實施例所示的形狀公開的特征，但是，即使像僅在輪轂側(cè)或僅在護(hù)罩側(cè)那樣，僅在局部部位具有那樣的形狀的特征，也能夠得到改善效率的效果。
[0083]符號說明
[0084]101:翼截面;102、103:翼截面；201:翼截面;202、202a:前緣；203:后緣；300:多級離心壓縮機(jī)；301:初級；302:第二級；303:旋轉(zhuǎn)軸；304:軸頸軸承；305:推力軸承；306:壓縮機(jī)殼體；307:吸入嘴；308:初級葉輪；308a:輪轂板；308b:護(hù)罩板；308c:葉片；309:初級擴(kuò)散器；310:初級反導(dǎo)葉；311:第二級葉輪；311a:輪轂板；311b:護(hù)罩板；311c:葉片；312:第二級擴(kuò)散器；313:回收構(gòu)件；315:鼠迷宮式密封件；316:階梯迷宮式密封件；317:平衡迷宮式密封件；400:葉輪；401:輪轂側(cè)翼截面；402:護(hù)罩側(cè)翼截面；403:前緣；404:后緣；405:翼截面；406:直線要素；407:葉片；408:直線要素;500:葉輪；501:輪轂側(cè)翼截面；502:護(hù)罩側(cè)翼截面；503:前緣；504:后緣；505:翼截面；506:直線要素；507:葉片；508:直線要素；5211、5212:直線線素；600:葉輪；601:輪轂側(cè)翼截面；602:護(hù)罩側(cè)翼截面；603:前緣；604:后緣；605:翼截面；606:曲線要素；607:葉片；608:曲線要素；609:輪轂板；610:流路；701、702:切向傾斜.外形；703?708:各點的外形；801?803:掃掠.外形；804?810:各點的外形；900:葉輪；901:輪轂側(cè)翼截面；902:護(hù)罩側(cè)翼截面；903:前緣；904:后緣；905:翼截面；906:直線要素；907:葉片；908:曲線要素；1001:葉片；1002:輪轂板；1003:護(hù)罩板；1004:壓力面;1005:負(fù)壓面;1006、1007:誘導(dǎo)速度;1008、1009:角部；1010:翼間流路；1011: 二次流；1101:前緣；1102:等壓力線；1103:流線；1104:前緣；1105:等壓力線；1106:流線；1201?1203:性能曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種葉輪，所述葉輪具有輪轂板和在周方向隔開間隔配置在該輪轂板的一方的表面?zhèn)鹊亩鄠€葉片，其特征在于， 對于上述葉片的負(fù)壓面和上述輪轂板面、或者上述葉片的負(fù)壓面和在輪轂板相反側(cè)端部與該葉片相向的面的至少任意一個，其所構(gòu)成的角度為鈍角。
2.如權(quán)利要求1所述的葉輪，其特征在于，子午面內(nèi)的上述輪轂板面或者在上述輪轂板相反側(cè)端部與該葉片相向的面的至少一方和上述葉片的前緣的棱線構(gòu)成的角度，在含有上述葉片的一側(cè)為銳角。
【文檔編號】F04D29/26GK104005991SQ201410267017
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月13日
【發(fā)明者】杉村和之, 西田秀夫, 小林博美, 伊藤俊雄 申請人:株式會社日立制作所