專利名稱：葉輪及旋轉機械的制作方法
技術領域：
本發明涉及葉輪及旋轉機械，尤其是涉及其流路形狀。
背景技術：
在用于工業用壓縮機及渦輪冷凍機、小型燃氣輪機等旋轉機械的離心式或斜流式的壓縮機中，要求性能提高，尤其是需要提高這些壓縮機的關鍵構件即葉輪的性能。于是， 近年來，提出有為了提高葉輪的性能，在葉片的尖-輪轂間的前緣設置凹部而有效地抑制二次流動及剝離的葉輪(例如，參照專利文獻1)。另外，具有為了提高離心式或斜流式的葉輪的性能，以沿著輪轂面的流動的邊界層不擴大的方式在葉片間的輪轂面上形成多個槽，使沿著輪轂面的流動產生紊流的葉輪； 或為了防止邊界層的局部集中，在葉片間設置多個小翼的葉輪(例如，參照專利文獻2、3)。專利文獻1 (日本)特開2006-2689號公報專利文獻2 (日本)特開2005-163640號公報專利文獻3 (日本)特開2005-180372號公報圖9 圖11所示的現有的離心式壓縮機的葉輪201，由形成于輪轂202的輪轂面 204上的相鄰的葉片203的壓力面ρ及負壓面η、輪轂面204、護罩面205形成流體流路210。 例如，在圖10所示的輪轂202繞軸線0旋轉時，流體從配置于徑向內側的入口 206沿軸向流入，之后，沿流體流路210，流動方向一邊從軸向向徑向變化一邊移動，最終從配置于徑向外側的出口 207沿徑向向外側排出。另外，圖9中箭頭標記表示葉輪201的旋轉方向。這樣，隨著從葉輪201的徑向內側朝向徑向外側，流體流路210的流動方向從沿軸線0的方向向沿徑向的方向變化，所以邊界層發展到葉輪201的出口 207附近的護罩面205 上。另外，由于在葉片203的負壓面η上的壓力最低，所以邊界層被護罩面205和負壓面η 吸引并慢慢蓄積，在出口 207附近的護罩面205上的負壓面η側蓄積低能量流體的塊k。另外，由于在流動的彎曲部內側，流體容易剝離，因此，當低能量流體的塊k發生蓄積、和流體容易剝離同時發揮作用，使得在由負壓面η和護罩面205形成的角隅部附近蓄積的低能量流體的塊k的范圍進一步擴大。在上述的圖9 圖11中，以離心式壓縮機為一例進行了說明，但是，同樣地，在斜流式的壓縮機的流體流路中，也以同樣的理由蓄積低能量流體的塊k。而且，該低能量流體的塊k朝向出口 207慢慢擴大，由此，從流體流路210的出口 207側的后半部211到出口 207產生流動損失。另外，該低能量流體的塊k隨著流量減少而變大，因此，也成為使小流量側的性能下降的主要原因。
發明內容
本發明是鑒于上述問題而設立的，其目的在于提供能夠縮小在流體流路的后半部產生的低能量流體的塊而減小流動損失的葉輪及旋轉機械。為了實現用于解決上述課題的目的，本發明采用以下的構成。
本發明的葉輪(例如，實施方式的葉輪1)為隨著從流體流路(例如，實施方式的葉輪流路10)的徑向內側朝向徑向外側，流動方向從軸向向徑向逐漸變化旋轉機械的葉輪，其具備輪轂面(例如，實施方式的輪轂面4)，其構成所述流體流路的至少一部分；葉片面(例如，實施方式的壓力面P、負壓面n)，其構成所述流體流路的至少一部分；凸出部(例如，實施方式的凸出部b)，其在位于所述流體流路的入口(例如，實施方式的入口 6)側的前半部及出口(例如，實施方式的出口 7)側的后半部(例如，實施方式中的后半部11)的一方即后半部的、所述輪轂面和所述葉片面相接的角隅部(例如，實施方式的角隅部12，22)， 朝向所述流體流路的內側凸出。 根據該發明的葉輪，凸出部在流體流路的后半部從輪轂面和葉片面相接的角隅部朝向流體流路的內側凸出而設置，由此，在流體流路流動的流體在后半部越過凸出部，在凸出部的對面產生的低能量流體的塊被越過了凸出部的高能量的流體推壓而縮小。因此，能夠減小低能量流體的塊蓄積導致的流動損失。在此，低能量流體具有隨著流量減少而增大的傾向，但是，通過凸出部而使流速上升，故而尤其是在流入低流量的流體的情況下，效率提高，經而可抑制流體的失速，因此，波動容許量也擴大。另外，通過在角隅部設置凸出部，能夠使形成有凸出部的葉片和輪轂相接的部分的強度增加。另外，通過與葉片及輪轂一體地形成，能夠抑制零件個數的增加。上述本發明的葉輪的所述角隅部也可以是由所述葉片的負壓面和所述輪轂面形成的角隅部(例如，實施方式的角隅部12)。在該情況下，由于在相對于在葉片的負壓面和護罩面的角隅部附近蓄積的低能量流體的塊比較近的負壓面和輪轂面的角隅部設置有凸出部，故而能夠通過越過凸出部的高能量流體高效率地推壓低能量流體使之縮小。上述本發明的葉輪的所述角隅部也可以是由所述葉片的壓力面和所述輪轂面形成的角隅部(例如，實施方式的角隅部22)。該情況下，即使是在由葉片的壓力面和輪轂面形成的角隅部設有凸出部的情況， 也能夠利用越過凸出部的流體推壓低能量流體使之縮小。另外，在壓力面和輪轂面的角隅部及負壓面和輪轂面的角隅部兩處設有凸出部的情況下，能夠進一步實現低能量流體的縮小化。在上述本發明的葉輪中，也可以在所述凸出部的所述流體流路的上游側和下游側的至少一方設置將所述凸出部和所述輪轂面及所述葉片面順暢地連接的過渡部(例如，實施方式的過渡部13)。該情況下，凸出部與輪轂面及葉片面通過過渡部順暢地連接，因此，能夠抑制流體越過凸出部時的流動損失。另外，本發明的旋轉機械具備上述本發明的葉輪。根據該發明的旋轉機械，由于具備上述的本發明的葉輪，故而能夠進一步減小旋轉機械的損失。根據本發明的葉輪及旋轉機械，通過在輪轂面和葉片面相接的角隅部設置凸出部，在流體流路流動的流體越過凸出部時，能夠縮小沿流體流路的后半部的葉片的負壓面附近的護罩面產生的低能量流體的塊。因此，具有能夠降低由于該低能量流體的塊擴大而產生的流動損失的效果。
圖1是本發明實施方式的離心壓縮機的橫向剖面圖；圖2是表示本發明實施方式的葉輪的主要部分的放大正面圖；圖3是沿圖2的A-A線的剖面圖；圖4是沿圖2的B-B線的剖面圖；圖5是表示相對于本發明實施方式的葉輪的流量的效率特性的曲線圖；圖6是表示相對于本發明實施方式的葉輪的流量的壓力水頭特性的曲線
圖7是本發明實施方式的另一實施例的葉輪的正面圖；圖8是沿圖7的B’ -B，線的剖面圖；圖9是現有葉輪的相當于圖2的正面圖；圖10是沿圖9的A-A線的剖面圖；圖11是沿圖9的B-B線的剖面圖。符號說明1 葉輪4 輪轂面6:入口7 出口10 葉輪流路(流體流路)12 角隅部13 過渡部22 角隅部100 離心壓縮機P 壓力面(葉片面)η:負壓面(葉片面)b:凸出部
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明實施方式的葉輪及旋轉機械進行說明。該實施方式的葉輪以旋轉機械即離心式壓縮機的葉輪為一例進行說明。本實施方式的旋轉機械即離心壓縮機100，作為一例，如圖1所示，主要由繞軸線0 旋轉的軸102、安裝于軸102并利用離心力對流程氣體(氣體)G進行壓縮的葉輪1、可支承軸102使其可旋轉并且形成有使流程氣體G從上游側向下游側流動的流路104的罩105構成。罩105以外輪廓呈大致圓柱狀的方式形成，以貫穿中心的方式配置有軸102。在軸102的軸向兩端設有軸頸軸承105a，在一端設有推力軸承105b。這些軸頸軸承105a及推力軸承105b支承軸102使其可旋轉。S卩，軸102經由軸頸軸承105a及推力軸承105b被罩105支承。另外，在罩105的軸向一端側設有使流程氣體G從外部流入的吸入口 105c，在另一端側設有流程氣體G向外部流出排出口 105d。在罩105內設有與這些吸入口 105c及排出口 105d分別連通且反復縮徑、擴徑的內部空間。該內部空間作為收納葉輪1的空間發揮作用，并且還作為上述流路104發揮作用。S卩，吸入口 105c和排出口 105d經由葉輪1及流路104相連通。
葉輪1在軸102的軸向隔開間隔排列有多個。另夕卜，在圖示例中，葉輪1設有六個， 但是只要設置至少一個以上即可。圖2 圖5表示離心式壓縮機100的葉輪1，該葉輪1具備輪轂2和多個葉片3而構成。輪轂2在正面看時形成為大致圓形，以上述的軸線0為中心可繞軸旋轉。如圖3 所示，在輪轂2上，從自軸線0向徑向外側稍稍離開的徑向內側的規定位置S朝向徑向外側彎曲形成有輪轂面4。該彎曲形成的輪轂面4的位于徑向內側的面沿軸線0形成，并且，以隨著朝向徑向外側慢慢地沿著徑向的方式形成。即，輪轂2從自軸線0稍稍離開的徑向內側的位置S越朝向徑向外側，其軸向厚度尺寸從軸向端面的一方(上游側)開始越減少，該軸向厚度尺寸越內側越大，越外側越小。另外，在圖3中，由箭頭標記表示輪轂2的徑向。如圖2所示，在上述輪轂面4上，多個葉片3大致放射狀地配置，如圖4所示，與輪轂面4大致垂直地立設。該葉片3從輪轂端h到尖端t，厚度形大致一樣，并且呈從輪轂端 h(參照圖3)到尖端t、朝向輪轂2的旋轉方向(圖2中用箭頭表示)多少成為凸面的彎曲形狀。通過葉輪1旋轉，彎曲形狀的葉片3的凹面側及凸面側的各葉片面中凸面側的葉片面成為壓力面P，而凸面的背側即凹面側的葉片面成為負壓面η。另外，如圖3所示，葉片3的尖端t從輪轂2的徑向內側到徑向外側彎曲形成。更具體地說，與上述輪轂面4同樣地，形成為越靠徑向內側越沿著軸線0，隨著朝向徑向外側而逐漸沿著徑向的凹型。而且，葉片3以輪轂面4為基準時，其高度尺寸形成為越靠輪轂2的徑向內側越高，越靠徑向外側越低。對于上述葉輪1而言，其葉片3的尖端t側被罩105 (參照圖1)覆蓋，由利用該罩 105構成的護罩面5、上述相鄰的葉片3的壓力面ρ及負壓面η、這些壓力面ρ與負壓面η之間的輪轂面4構成葉輪1的葉輪流路10。而且，通過葉輪1旋轉，流體從位于輪轂2的徑向內側的葉輪流路10的入口 6沿著軸向流入，通過離心力的作用，流體從位于徑向外側的出口 7沿著徑向向外側流出。上述構成的葉輪流路10隨著從輪轂2的徑向內側朝向徑向外側，其流動方向從軸向向徑向逐漸變化，從上述入口 6朝向出口 7彎曲形成。這樣，葉輪流路10彎曲，由此，在接近葉輪流路10的出口 7側的后半部11的負壓面η的護罩面5側，容易蓄積低能量流體的塊k(參照圖3、圖4)。在葉輪流路10的后半部11，在輪轂面4和葉片3的負壓面η相接的角隅部12形成有朝向葉輪流路10的內側凸出的凸出部b。該凸出部b與輪轂面4及負壓面η —體形成 (參照圖2、圖4)。通過設置該凸出部b，葉輪流路10的后半部11的低能量流體的塊k被越過凸出部b的高能量流體推壓而縮小。凸出部b將其最大寬度設定為葉輪流路10的寬度的25%程度、葉片3的高度的 30%程度。而且，理想的是，在從葉輪流路10的入口 6到出口 7的流路長度的65%程度的位置，寬度最大、高度最大。而且，在凸出部b的周圍設有分別將凸出部b與輪轂面4及負壓面η之間順暢連接的過渡部13。過渡部13在葉輪流路10的入口 6側，從流路長度的30%程度的位置以負壓面η 為基準朝向出口 7側逐漸增加寬度及高度尺寸并向凸出部b連接。另外，在凸出部b的出口 7側，朝向出口 7方向、寬度及高度尺寸逐漸地減少，考慮與在葉輪1的后段配置的未圖示的擴散器等的連接等，在出口 7向負壓面η收斂而使寬度及高度尺寸恢復為零。另外，上述的凸出部b的形狀及位置為一例，并不限于上述位置，另外，過渡部13的開始位置也不限于上述位置。
圖5是表示使用葉輪1及現有的葉輪的旋轉機械的效率特性的曲線圖，縱軸設為效率n、橫軸設為流量Q。另外，圖5中，由實線表示具備未設置凸出部b的葉輪的旋轉機械的效率，由虛線表示具備設有凸出部b的上述葉輪1的旋轉機械的效率。如圖5所示，在同一流量Q下比較設有凸出部b的情況和未設凸出部b的情況，可知設有凸出部b的效率提高。尤其是可知小流量側的效率大大提高。另外，圖6是表示使用葉輪1及現有的葉輪的旋轉機械的壓力水頭(功)特性的曲線圖，將縱軸設為壓力水頭(功)、將橫軸設為流量Q。另外，圖6中，由實線表示具備未設置凸出部b的葉輪的旋轉機械的壓力水頭，由虛線表示具備設有凸出部b的上述的葉輪 1的旋轉機械的壓力水頭。如圖6所示，可知與具備未設置凸出部b的葉輪的旋轉機械的波動點(圖中，由實心圓表示)相比，具備設有凸出部b的上述的葉輪1的旋轉機械的波動點(圖中，用空心圓表示)，向更低流量側進行位移，其波動容許量擴大。這些圖5、圖6的效率提高及波動點的低流量化是由于葉輪流路10的后半部11的低能量流體的塊k被越過凸出部b的高能量流體推壓而縮小，從而抑制流體的失速而實現的。另外，所謂的波動點為旋轉機械不產生波動而進行正常動作時需要的最低限流量。因此，根據上述實施方式的旋轉機械的葉輪1，凸出部b在葉輪流路10的后半部 11從輪轂面4和葉片3的負壓面η相接的角隅部12朝向葉輪流路10的內側凸出地設置， 由此，在葉輪流路10流動的流體在后半部11越過凸出部b。向在凸出部b的對面產生的低能量流體的塊k推壓越過凸出部b的高能量的流體，低能量流體的塊k縮小，因此，能夠減小低能量流體的塊k蓄積導致的流動損失。另外，低能量流體的塊k具有隨著流量減少而增大的傾向，但是，因凸出部b而使流速上升，因此，特別是在流入低流量的流體的情況下能夠提高效率，另外，能夠抑制流體的失速，因此，也擴大波動容許量。另外，通過在角隅部12設置凸出部b，能夠使形成有凸出部b的葉片3和輪轂2的相接部分的強度增加。另外，通過一體地形成輪轂2及葉片3和凸出部b，能夠抑制零件個數的增加。另外，由于在與葉片3的負壓面η和尖端t側的護罩面5的角隅部附近的低能量流體的塊k蓄積的部分比較近的、負壓面η和輪轂面4相接的角隅部12設有凸出部b，因此，利用越過凸出部b的高能量流體能夠高效率地推壓低能量流體的塊k使之縮小。另外，凸出部b與輪轂面4及負壓面η通過過渡部13順暢地連接，因此，能夠抑制高能量流體越過凸出部b時的損失。
另外，在上述的實施方式的葉輪1中，對在位于葉輪流路10的后半部11的負壓面 η及輪轂面4相接的角隅部12設置凸出部b的情況進行了說明，但不僅限于此。例如作為其它的實施例，也可以如圖7、圖8所示，在位于葉輪流路10的后半部11的壓力面ρ及輪轂面4相接的角隅部22設置凸出部b。這樣，在角隅部22設置有凸出部b的情況下，向蓄積于葉片3的負壓面η和護罩面5的角隅部附近的低能量流體的塊k推壓越過凸出部b的高能量的流體，能夠縮小低能量流體的塊k，因此，能夠減小低能量流體的塊k的蓄積導致的流動損失。 另外，上述實施方式的凸出部b的形狀及位置為一例，不限于此。另外，過渡部13 也同樣不限于此。另外，在上述實施方式中，以離心式的旋轉機械的葉輪為一例進行了說明，但不限于此，也可以是斜流式的旋轉機械的葉輪。另外，不限于壓縮機，也適用于鼓風機或渦輪機等的葉輪。另外，在上述實施方式中，以輪轂面4的對面側被護罩面5覆蓋的所謂的開放式葉輪為一例進行了說明，但也可以適用于具備將與葉片3 —體形成的尖端t側覆蓋的壁的封閉式葉輪。該封閉式葉輪的情況下，只要將上述實施方式的護罩面5替換為覆蓋尖端t 的壁的內面即可。另外，凸出部b以外的輪轂面4與翼面(負壓面η、壓力面ρ)的邊界部， 如以往那樣，多少具有切削切斷機工具的前端倒角產生的角弧R。工業上的可利用性根據本發明的葉輪及旋轉機械，通過在輪轂面和葉片面相接的角隅部設有凸出部，在流體流路流動的流體越過凸出部時，能夠使沿著流體流路的后半部的葉片的負壓面附近的護罩面產生的低能量流體的塊縮小，因此，能夠減小由該低能量流體的塊擴大所產生的流動損失。本申請基于2009年7月13日在日本提出申請的特愿2009-164781主張優先權， 在此引用其內容。
權利要求
1.一種葉輪，其為隨著從流體流路的徑向內側朝向徑向外側，流動方向從軸向向徑向逐漸變化的旋轉機械的葉輪，具備輪轂面，其構成所述流體流路的至少一部分； 葉片面，其構成所述流體流路的至少一部分；凸出部，其在位于所述流體流路的入口側的前半部及出口側的后半部的一方即后半部的、所述輪轂面和所述葉片面相接的角隅部，朝向所述流體流路的內側凸出。
2.如權利要求1所述的葉輪，其中，所述角隅部由所述葉片的負壓面和所述輪轂面形成。
3.如權利要求1或2所述的葉輪，其中，所述角隅部由所述葉片的壓力面和所述輪轂面形成。
4.如權利要求1 3中任一項所述的葉輪，其中，在所述凸出部的所述流體流路的上游側和下游側的至少一方，設有將所述凸出部與所述輪轂面及所述葉片面之間順暢地連接的過渡部。
5.一種旋轉機械，其具備權利要求1 4中任一項所述的葉輪。
全文摘要
一種葉輪以及旋轉機械。該葉輪其為隨著從流體流路的徑向內側朝向徑向外側，流動方向從軸向向徑向逐漸變化的旋轉機械的葉輪，具備構成所述流體流路的至少一部分的輪轂面；構成所述流體流路的至少一部分的葉片面；在位于所述流體流路的入口側的前半部以及出口側的后半部的一方即后半部的、所述輪轂面和所述葉片面相接的角隅部，朝向所述流體流路的內側凸出的凸出部。
文檔編號F04D29/30GK102365463SQ201080015579
公開日2012年2月29日 申請日期2010年2月18日 優先權日2009年7月13日
發明者枡谷穰 申請人:三菱重工業株式會社