CN104487711A - 离心式旋转机械的叶轮、离心式旋转机械 - Google Patents

Abstract

离心式旋转机械的叶轮在形成为以轴线为中心的圆盘状的盘(3)的朝向轴线的方向的面上，沿周向以隔开间隔的方式设有多个桨叶(4)，桨叶(4)具备：第一部分(10A)，其在桨叶(4)的前缘与后缘之间从盘(3)立起，并且随着离开所述盘(3)而向旋转方向R的后方侧倾斜；以及第二部分(11A)，其与第一部分(10A)连续，并且随着离开盘(3)而向旋转方向R的前方侧倾斜。

Description

离心式旋转机械的叶轮、离心式旋转机械

技术领域

本发明涉及在离心式压缩机、送风机、离心泵等离心式旋转机械中使用的叶轮。

本申请基于2012年11月6日向日本申请的日本特愿2012-244784号主张优先权，在此援引其内容。

背景技术

对于离心式压缩机等离心式旋转机械，市场要求端盖(head)的提高、工作范围的扩大等所带来的性能提高，对此，采用了各种对策。

在此，在离心式旋转机械中使用的叶轮的流路内，有时产生朝向与主流的方向不同的方向的流动，即二次流动。因该二次流动的不同而导致低能量流体积蓄在叶轮的流路内，该积蓄部分形成流体速度以及能量大幅缺损的状态。因此，上述的二次流动成为降低离心式旋转机械的性能的重要因素之一。

在专利文献1中公开了抑制从叶轮的桨叶的压力面侧朝向负压面侧的二次流动从而实现性能提高的离心式压缩机的叶轮。具体地说，在该叶轮中，通过从流路的侧壁面沿着主流的流动设置肋条，来防止侧壁面处的边界层流动从桨叶的压力面朝向负压面以横穿流路的方式流通。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-264296号公报

然而，在旋转机械的叶轮中，有时产生与专利文献1所公开的二次流动不同的二次流动。该二次流动是在各流路的负压面侧以离开盘的方式朝向轴线的方向的流动。由此，在负压面侧，且是与盘分离的位置(在封闭叶轮的情况下是罩体的正下方)积蓄低能量流体，成为旋转机械的性能降低的重要因素。

发明内容

发明要解决的课题

本发明提供一种离心式旋转机械的叶轮，其抑制在成为负压面侧的旋转方向的后方侧朝向离开盘的方向的二次流动，能够实现进一步的性能提高。

解决方案

本发明的第一方式所涉及的离心式旋转机械的叶轮具备：盘，其呈以轴线为中心的圆盘状；以及多个桨叶，它们具有供流体流入的前缘和供流体流出的后缘，且多个该桨叶在所述盘的朝向所述轴线的方向的面上以沿周向隔开间隔的方式设置。所述桨叶具备：第一部分，其在该桨叶的所述前缘与所述后缘之间从所述盘立起，并且随着离开所述盘而向旋转方向的后方侧倾斜；以及第二部分，其与该第一部分连续，并且随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜。

根据上述的叶轮，桨叶的第一部分向旋转方向的后方侧倾斜，由此该第一部分配置为向旋转方向的后方侧鼓出。因此，在旋转方向的后方侧产生且以离开盘的方式流动的二次流动被按压向该后方侧鼓出的第一部分。因而，二次流动在与第一部分接触的点被分解为该点的切线方向成分和与该切线方向成分正交且将二次流动按压于第一部分的成分、即法线方向成分。在此，假设在第一部分不向旋转方向的后方侧倾斜的情况下，二次流动不与第一部分接触，法线方向的成分为零，因此，二次流动的全部朝向从盘分离的方向。根据本发明的方式，由于二次流动的一部分朝向法线方向，其余部分朝向切线方向，因此，二次流动不会全部趋近离开盘的位置。另外，桨叶的第二部分向旋转方向的前方侧倾斜，由此能够承受来自旋转方向的前方侧的流体的按压力。因此，即便第一部分向旋转方向的后方侧倾斜，也能够有效地利用来自流体的按压力，不会降低压缩效率。

根据本发明的第二方式，离心式旋转机械的叶轮也可以构成为，还具备：第三部分，其位于比所述第一部分靠所述前缘侧的位置，从所述盘立起，并且该第三部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜；以及第四部分，其位于比所述第二部分靠所述前缘侧的位置，与所述第三部分连续，且该第四部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜。

通过这样的第二部分、第三部分、第四部分，在桨叶的前缘侧，能够可靠地承受来自旋转方向的前方侧的流体的按压力，并且能够通过第一部分抑制在旋转方向的后方侧朝向离开盘的方向的二次流动，因此能够实现进一步的性能提高。

根据本发明的第三方式，离心式旋转机械的叶轮也可以构成为，还具备：第五部分，其位于比所述第一部分靠所述后缘侧的位置，从所述盘立起，并且该第五部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的后方侧倾斜；以及第六部分，其位于比所述第二部分靠所述后缘侧的位置，与所述第五部分连续，且该第六部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的后方侧倾斜。

根据本发明的第四方式，离心式旋转机械的叶轮也可以构成为，还具备：第七部分，其位于比所述第五部分靠所述后缘侧的位置，从所述盘立起，并且该第七部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜；以及第八部分，其位于比所述第六部分靠所述后缘侧的位置，与所述第七部分连续，且该第八部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜。

根据本发明的第五方式，离心式旋转机械具备：旋转轴，其以轴线为中心而进行旋转；上述的离心式旋转机械的叶轮，其嵌套在所述旋转轴上，且与所述旋转轴一起旋转；以及外壳，其将所述旋转轴支承为能够旋转，并且从外周侧覆盖所述叶轮。

根据上述的离心式旋转机械，通过叶轮的桨叶具备第一部分以及第二部分，由此在桨叶与在旋转方向的后方侧产生的二次流动接触的接触点处，二次流动的一部分朝向接触点的法线方向，其余部分朝向切线方向，因此二次流动不会全部趋近离开盘的位置。另外，能够利用第二部分承受来自旋转方向的前方侧的流体的按压力。

发明效果

根据上述的叶轮以及离心式旋转机械，通过桨叶具备第一部分和第二部分，由此能够抑制在旋转方向的后方侧以离开盘的方式流动的二次流动，并且能够有效地利用来自流体的按压力，从而实现性能提高。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的整体简图。

图2是将本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮局部剖开而示出的立体图。

图3是示出本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮的主要部分的子午面图。

图4A是本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮的桨叶的剖视图，且示出图3的X1-X1剖面。

图4B是本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮的桨叶的剖视图，且示出图3的X2-X2剖面。

图4C是本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮的桨叶的剖视图，且示出图3的X3-X3剖面。

图4D是本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮的桨叶的剖视图，且示出图3的X4-X4剖面。

图4E是本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮的桨叶的剖视图，且示出图3的X5-X5剖面。

图4F是本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮的桨叶的剖视图，且示出图3的X6-X6剖面。

图5是本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机的叶轮的桨叶的剖视图，且是示出图4C中的二次流动的方向的图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，对本发明的实施方式所涉及的离心式压缩机(离心式旋转机械)100进行说明。

如图1所示，离心式压缩机100具备：外壳102；旋转轴101，其通过滑动轴承103以及推力轴承104枢轴支承在外壳102的内部，且能够绕轴线O旋转；以及叶轮1，其以沿轴线O方向排列的方式嵌套在旋转轴101上。

该离心式压缩机100利用与旋转轴101一起旋转的叶轮1的离心力使从形成于外壳102的吸入口105c供给来的流体F0从上游侧的流路105a向下游侧的流路105b阶段性地流通。而且，在流通期间，使流体F0升压并从排出口105d排出。

接下来，对叶轮1进行说明。

叶轮1嵌套在旋转轴101上，与旋转轴101一起以轴线O为中心而朝向旋转方向R旋转。需要说明的是，在本实施方式中，叶轮1设有多个(6个)，从而构成多级离心式压缩机。

如图2所示，各叶轮1具备沿轴线O方向观察时呈大致圆盘状的盘3、设于盘3上的多个桨叶4、以及从轴线O方向覆盖这些桨叶4的罩体5。

盘3的朝向轴线O方向的第一方向侧的端面形成为小径，朝向第二方向侧的端面形成为大径，这两个端面通过随着从轴线O方向的第一方向侧朝向第二方向侧而逐渐扩径的曲面3a连接，由此，盘3具有沿轴线O方向观察时呈大致圆盘状的形状，盘3是整体具有大致伞形状的形状的构件。

另外，在该盘3的径向内侧形成有在轴线O方向上贯穿该盘3的贯通孔3b。向该贯通孔3b插入并嵌合旋转轴101，由此叶轮1固定于旋转轴101，能够作为一体而旋转。

桨叶4是以从上述盘3的曲面3a朝向轴线O方向的第一方向侧立起的方式在轴线O的周向、即旋转方向R上隔开恒定间隔地设有多个的构件。

另外，所述的多个桨叶4分别形成为，随着从盘3的径向内侧朝向外侧而朝向旋转方向R的后方侧弯曲，朝向旋转方向R的前方侧的面成为压力面，朝向旋转方向R的后方侧的面成为负压面。

罩体5是以从轴线O方向的第一方向侧覆盖多个桨叶4的方式与所述桨叶4设置为一体的构件，且具有随着朝向轴线O方向的第二方向侧而逐渐扩径的大致伞形状。即，在本实施方式中，叶轮1是具有罩体5的封闭叶轮。

而且，由邻接的两个桨叶4、盘3、罩体5围起的空间成为流体F0能够从径向内侧朝向外侧流通的叶轮流路FC。流体F0从叶轮1的轴线O方向的第一方向侧、即桨叶4的前缘4a侧导入叶轮流路FC，从成为径向的外侧的桨叶4的后缘4b侧排出。

接下来，对桨叶4进行更为详细的说明。

如图3以及图4A～图4F所示，桨叶4从前缘4a侧朝向后缘4b侧依次具有部分B、部分A、部分C、部分D。

部分A具备：第一部分10A，其在桨叶4的最靠前缘4a侧与盘3连续地形成在靠近盘3的位置；以及第二部分11A，其与该第一部分10A连续，且以离开盘的方式延伸。即，以成为桨叶4的立起方向的中途位置(在本实施方式中是桨叶4的立起方向的中央位置)的假想线L为边界，第一部分10A与第二部分11A连续地形成。

在此，关于桨叶4，将桨叶4相对于从盘3的曲面3a呈直角立起的假想线L1(从桨叶4与曲面3a的接点P处的切线L2呈直角立起的假想线L1)的倾斜角度设为倾斜角α。

第一部分10A形成为具有在桨叶4中向旋转方向R的后方侧倾斜的倾斜角α，从盘3立起并且随着离开而圆滑地弯曲。

第二部分11A从第一部分10A朝向罩体5连续，随着离开盘3而朝向旋转方向R的前方侧圆滑地弯曲且倾斜地延伸。

在此，图4B、图4C、图4D示出所述第一部分10A以及第二部分11A的形成位置的一例。即，在本实施方式中，第一部分10A以及第二部分11A形成在例如叶轮1的子午面上的与前缘4a相距15％～65％的位置。

在本实施方式中，对于第一部分10A，倾斜角α从前缘4a侧逐渐增大，并且倾斜角α在40％的位置处达到最大，并且倾斜角α再次随着朝向后缘4b侧而逐渐减小。即，在子午面上的40％的位置处，桨叶4的第一部分10A最大幅度向旋转方向R的后方侧倾斜。最大幅度向后方侧倾斜的位置并不局限于子午面上的40％的位置处，40％这样的数值仅是一例。

另外，对于第二部分11A，使弯曲程度从前缘4a侧逐渐增大，并且弯曲程度在40％的位置处达到最大，再次随着朝向后缘4b侧而逐渐减小。即，在子午面上的40％的位置处，桨叶4的第二部分11A最大幅度向旋转方向R的前方侧倾斜。最大幅度向前方侧倾斜的位置并不局限于子午面上的40％的位置，40％这样的数值仅是一例。

部分B是位于比部分A靠桨叶4的前缘4a侧的位置的部分，具备：第三部分10B，其与盘3连续，形成在靠近盘3的位置；以及第四部分11B，其以假想线L为边界，与该第三部分10B连续且以离开盘的方式延伸。

如图4A所示，第三部分10B设置为在比第一部分10A靠桨叶4的前缘4a侧的位置具有向旋转方向R的前方侧倾斜的倾斜角α，且该第三部分10B从盘3立起，随着离开盘3而呈直线状延伸。

另外，第四部分11B在比第二部分11A靠桨叶4的前缘4a侧的位置不从与第三部分10B连接的连接部倾斜，而是以使第三部分10B笔直地呈直线状延长的方式延伸。即，第四部分11B向旋转方向R的前方侧倾斜。

在此，图4A示出所述第三部分10B以及第四部分11B的形成位置的一例。即，在本实施方式中，第三部分10B以及第四部分11B从例如叶轮1的子午面上的0％的位置形成至部分A的前缘4a侧的位置，即形成在前缘4a附近。

部分C是位于比部分B靠桨叶4的后缘4b侧的位置的部分，具备：第五部分10C，其与盘3连续，形成在靠近盘3的位置；以及第六部分11C，其以假想线L为边界与该第五部分10C连续，且以离开盘的方式延伸。

如图4E所示，第五部分10C设置为在比第一部分10A靠桨叶4的后缘4b侧的位置具有向旋转方向R的后方侧倾斜的倾斜角α，且该第五部分10C从盘3立起，随着离开盘3而呈直线状延伸。

另外，第六部分11C在比第二部分11A靠桨叶4的后缘4b侧的位置不从与第五部分10C连接的连接部倾斜，而是以使第五部分10C笔直地呈直线状延长的方式延伸，即，第六部分11C向旋转方向R的后方侧倾斜。

在此，图4E示出所述第五部分10C以及第六部分11C的形成位置的一例。即，在本实施方式中，第五部分10C以及第六部分11C从例如部分A的后缘4b侧形成至叶轮1的子午面上的85％的位置。

部分D是位于比部分C更靠桨叶4的后缘4b侧的位置的部分，具备：第七部分10D，其与盘3连续，形成在靠近盘3的位置；以及第八部分11D，其以假想线L为边界与该第七部分10D连续，且以离开盘的方式延伸。

如图4F所示，第七部分10D设置为在比第五部分10C更靠桨叶4的后缘4b侧的位置具有与前缘4a同样地向旋转方向R的前方侧倾斜的倾斜角α，且随着离开盘3而呈直线状延伸。

另外，第八部分11D在比第六部分11C更靠桨叶4的后缘4b侧的位置不从与第七部分10D连接的连接部倾斜，而是以使第七部分10D笔直地呈直线状延长的方式延伸，即，第八部分11D与前缘4a同样地向旋转方向R的前方侧倾斜。

在此，图4F示出所述第七部分10D以及第八部分11D的形成位置的一例。即，在本实施方式中，第七部分10D以及第八部分11D从例如部分C的后缘4b侧形成至叶轮1的子午面上的100％的位置，即形成在后缘4b附近。

如此一来，在桨叶4中，在前缘4a与后缘4b之间的至少一处位置，存在有在比假想线L靠盘3侧的位置向旋转方向R的后方侧倾斜的位置。

在这样的离心式压缩机中，桨叶4具备向旋转方向R的后方侧倾斜的第一部分10A。因而，该第一部分10A配置为向旋转方向R的后方侧鼓出。因此，在桨叶4的旋转方向R的后方侧，伴随着叶轮1的旋转，如图5所示，当产生以离开盘3的方式沿着负压面流动的二次流动F时，该二次流动F与第一部分10A接触而被按压。

即，二次流动F在与第一部分10A接触的负压面上的点A处被分解为该点A的切线方向成分F1和与该切线方向成分F1正交的法线方向成分F2。而且，该法线方向成分F2成为将二次流动F按压于第一部分10的成分。

在此，在第一部分10A不向旋转方向R的后方侧倾斜的情况下，二次流动F不与第一部分10A接触，法线方向成分F2为零。因此，二次流动F全部朝向离开盘3的方向。另一方面，在本实施方式中，由于二次流动F的一部分朝向法线方向F2，其余部分朝向切线方向F1，因此，二次流动F不会全部趋近离开盘3的位置。

另外，桨叶4具备向旋转方向R的前方侧倾斜的第二部分11A，由此，能够利用桨叶4承受压力面处的流体F0的按压力。因此，即便第一部分10A向旋转方向R的后方侧倾斜，也不会降低压缩效率。

此外，桨叶4具备在子午面上的0％的位置处向旋转方向R的前方侧倾斜的第三部分10B、第四部分11B，由此，能够在将流体F0向流路FC导入时，在桨叶4的前缘4a侧利用桨叶4可靠地承受压力面处的流体F0的按压力，因此能够更高效地实现流体F0的压缩。

根据本实施方式的离心式旋转机械，在前缘4a与后缘4b之间，桨叶4的第一部分10A向旋转方向R的后方侧倾斜，并且第二部分11A向旋转方向R的前方侧倾斜。因此，能够抑制在旋转方向R的后方侧以离开盘3的方式流动的二次流动F，从而能够抑制低能量流体在桨叶4的旋转方向R的后方侧、且是与盘3分离的位置即接近罩体5的位置处汇集。

另外，在压力面中，能够承受来自流体F0的按压力并有效地利用该力，从而能够抑制二次流动F且维持压缩效率，能够实现性能提高。

以上，对本发明的实施方式的进行了详细说明，但也可以在不脱离本发明的技术构思的范围内酌情加以设计变更。

例如，只要是在桨叶的前缘4a与后缘4b之间的至少一处位置具有向旋转方向R的后方侧倾斜的第一部分10A和与该第一部分10A连续且向旋转方向R的前方侧倾斜的第二部分11A即可。因此，关于第三部分10B、第四部分11B、第五部分10C、第六部分11C、第七部分10D、第八部分11D的倾斜方向以及形状并不局限于上述的实施方式。另外，上述构件也可以设置为不向旋转方向R倾斜，而配置在假想线L1上。

另外，在上述的实施方式中，第一部分10A、第二部分11A弯曲地设置，但也可以设为直线状。

另外，在上述的实施方式中，对叶轮1采用封闭叶轮的情况进行了说明，但也可以是不具有罩体5的开放叶轮。

此外，离心式压缩机100并不局限于多级压缩机，在单级压缩机中也可以应用上述的叶轮1的桨叶4。

而且，作为离心式旋转机械，并不局限于离心式压缩机，也可以是送风机、离心泵等。

工业实用性

根据上述的叶轮以及离心式旋转机械，通过桨叶具备第一部分和第二部分，由此能够抑制在旋转方向的后方侧以离开盘的方式流动的二次流动，并且能够有效地利用来自流体的按压力，从而实现性能提高。

附图标记说明如下：

1     叶轮

3     盘

3a    曲面

3b    贯通孔

4     桨叶

4a    前缘

4b    后缘

5     罩体

10A   第一部分

11A   第二部分

10B   第三部分

11B   第四部分

10C   第五部分

11C   第六部分

10D   第七部分

11D   第八部分

O     轴线

F0    流体

F     二次流动

P     接点

F1    切线方向成分

F2    法线方向成分

FC    叶轮流路

L、L1 假想线

L2    切线

R     旋转方向

100   离心式压缩机(离心式旋转机械)

101   旋转轴

102   外壳

103   滑动轴承

104   推力轴承

105a  流路

105b   流路

105c   吸入口

105d   排出口

Claims (5)

1.一种离心式旋转机械的叶轮，具备：

盘，其呈以轴线为中心的圆盘状；以及

多个桨叶，它们具有供流体流入的前缘和供流体流出的后缘，且多个该桨叶在所述盘的朝向所述轴线的方向的面上以沿周向隔开间隔的方式设置，

所述桨叶具备：第一部分，其在该桨叶的所述前缘与所述后缘之间从所述盘立起，并且随着离开所述盘而向旋转方向的后方侧倾斜；以及第二部分，其与该第一部分连续，并且随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜。

2.根据权利要求1所述的离心式旋转机械的叶轮，其中，

还具备：

第三部分，其位于比所述第一部分靠所述前缘侧的位置，从所述盘立起，并且该第三部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜；以及

第四部分，其位于比所述第二部分靠所述前缘侧的位置，与所述第三部分连续，且该第四部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的离心式旋转机械的叶轮，其中，

还具备：

第五部分，其位于比所述第一部分靠所述后缘侧的位置，从所述盘立起，并且该第五部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的后方侧倾斜；以及

第六部分，其位于比所述第二部分靠所述后缘侧的位置，与所述第五部分连续，且该第六部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的后方侧倾斜。

4.根据权利要求3所述的离心式旋转机械的叶轮，其中，

还具备：

第七部分，其位于比所述第五部分靠所述后缘侧的位置，从所述盘立起，并且该第七部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜；以及

第八部分，其位于比所述第六部分靠所述后缘侧的位置，与所述第七部分连续，且该第八部分随着离开所述盘而向所述旋转方向的前方侧倾斜。

5.一种离心式旋转机械，具备：

旋转轴，其以轴线为中心而进行旋转；

权利要求1至4中任一项所述的离心式旋转机械的叶轮，其嵌套在所述旋转轴上，且与所述旋转轴一起旋转；以及

外壳，其将所述旋转轴支承为能够旋转，并且从外周侧覆盖所述叶轮。