CN105164426B - 叶轮以及流体机械 - Google Patents

Abstract

在叶轮以及流体机械中，具备呈圆环形状的轮毂(21)、和沿着该轮毂(21)的外周面呈放射状地配置的多个叶片(22)，在叶片(22)的压力面(P1)上，设置有从轮毂(21)侧以相对于旋转方向(A)的前方为90度以下的角度的延伸的第一压力面(31)、和从该第一压力面(31)以相对于旋转方向(A)的前方为大于90度的角度延伸的第二压力面(32)，由此通过减少在叶片的负压面侧滞留的低能量流体从而能够实现高效化。

Description

叶轮以及流体机械

技术领域

本发明涉及在离心式、斜流式等的压缩机、泵等中能够使流体升压的叶轮以及具有该叶轮的流体机械。

背景技术

例如，作为流体机械，压力输送流体的离心压缩机包括外壳、以能够旋转的方式配置在该外壳的内部的叶轮(impeller)、能够使该叶轮旋转的驱动装置。因此，通过利用驱动装置使叶轮旋转，能够从该叶轮的轴线方向前侧向外壳的内部导入流体，并将该流体向叶轮的径向外侧压力输送而向外壳的外部送出。

作为离心压缩机的叶轮，例如有下述专利文献1记载的叶轮。在该专利文献1记载的压缩机的叶轮中，通过在叶片与在旋转方向后侧相邻配置的叶片之间沿着叶片的叶根设置切口，沿着轮毂的表面流入切口的二次流穿过切口而向轮毂的背面侧吸出，从而减少滞留于叶片的负压面侧的低能量流体。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-133267号公报

发明要解决的课题

在上述的压缩机的叶轮中，通过在叶片的叶根设置有切口，能够减少滞留于叶片的负压面侧的低能量流体。但是，近年来，现状为要求压缩机的压缩效率进一步高效化。

发明内容

本发明是为了解决上述的课题而完成的，其目的在于提供一种通过减少滞留于叶片的负压面侧的低能量流体从而能够实现高效化的叶轮以及流体机械。

用于解决课题的方法

用于实现上述目的的本发明的叶轮具备：轮毂，其呈圆环形状；以及多个叶片，其沿着所述轮毂的外周面呈放射状地配置，沿着旋转轴线从所述叶片的前缘侧流入的流体朝向与所述旋转轴线交叉的半径方向的外侧从所述叶片的后缘侧排出，所述叶轮的特征在于，所述叶片的压力面具有：第一压力面，其从所述轮毂侧以相对于旋转方向的前方为90度以下的角度延伸；以及第二压力面，其从所述第一压力面以相对于旋转方向的前方为大于90度的角度延伸。

因此，当叶轮旋转时，通过第一压力面生成沿着轮毂的表面的流体流，低能量流体欲在前方侧的叶片的负压面侧停滞，但由于生成从第二压力面朝向该前方侧的叶片的负压面侧的流体流，因此在叶片的负压面侧滞留的低能量流体减少，由此能够提高叶轮效率。

本发明的叶轮的特征在于，所述叶片的压力面具有第三压力面，该第三压力面从所述第二压力面以相对于旋转方向的前方为90度以下的角度延伸。

因此，由于通过第三压力面生成朝向前方侧的叶片的负压面侧的流体流，因此能够减少在叶片的负压面侧滞留的低能量流体。

本发明的叶轮的特征在于，所述第一压力面与所述第三压力面相对于所述轮毂向旋转方向的前方倾斜。

因此，通过由第一压力面以及第三压力面生成的流体，能够减少在前方侧的叶片的负压面侧的轮毂侧滞留的低能量流体。

本发明的叶轮的特征在于，所述叶片的压力面至少在外周侧设置有所述第二压力面。

因此，由于在前方侧的叶片的负压面侧停滞的低能量流体容易产生在叶片的外周侧，因此通过在叶片的外周侧设置有第二压力面，能够高效地减少在叶片的负压面侧滞留的低能量流体。

本发明的叶轮的特征在于，所述叶片的压力面的内周侧呈朝向旋转方向的前方侧弯曲的弯曲形状，另一方面，所述叶片的压力面的外周侧呈具有所述第一压力面、所述第二压力面以及所述第三压力面的S字形状。

因此，通过内周侧呈弯曲形状而外周侧呈S字形状，能够高效地压力输送流体。

本发明的叶轮的特征在于，所述第二压力面设置在距所述轮毂为所述叶片的旋转轴心方向的长度的1/2以下的位置。

因此，通过在叶片的轮毂侧设置有第二压力面，能够高效地减少在叶片的负压面侧滞留的低能量流体。

本发明的叶轮的特征在于，所述第二压力面与位于旋转方向的前方侧的所述叶片的前端部的负压面对置。

因此，通过使由第二压力面产生的流体向对置的叶片的前端部的负压面流动，能够高效地减少在此滞留的低能量流体。

另外，本发明的流体机械的特征在于，具备：外壳，其呈中空形状；叶轮，其沿着呈圆环形状的轮毂的外周面呈放射状地配置有多个叶片，且以旋转自如的方式支承于所述外壳内；吸入通路，其相对于所述叶轮从该叶轮的前缘侧沿着轴向吸入流体；以及排出通路，其将由所述叶轮压力输送的流体朝向与该叶轮的轴向交叉的半径方向的外侧从所述叶片的后缘侧排出，所述叶片的压力面具有：第一压力面，其从所述轮毂侧以相对于旋转方向的前方为90度以下的角度延伸；以及第二压力面，其从所述第一压力面以相对于旋转方向的前方为大于90度的角度延伸。

因此，当叶轮旋转时，从吸入通路自叶轮的前缘沿着轴向吸入流体，被叶轮压缩后的流体从排出通路朝向与叶轮的轴向交叉的半径方向的外侧从叶片的后缘侧排出。此时，叶轮通过第一压力面生成沿着轮毂的表面的流体流，低能量流体欲在前方侧的叶片的负压面侧停滞，但由于通过第二压力面生成朝向该前方侧的叶片的负压面侧的流体流，因此在叶片的负压面侧滞留的低能量流体减少，由此能够提高叶轮效率。

发明效果

根据本发明的叶轮以及流体机械，由于在叶片的压力面上设置有从轮毂侧以相对于旋转方向的前方为90度以下的角度延伸的第一压力面、和从第一压力面以相对于旋转方向的前方为大于90度的角度延伸的第二压力面，因此通过第二压力面生成朝向前方侧的叶片的负压面侧的流体流，因而在叶片的负压面侧滞留的低能量流体减少，由此能够提高叶轮效率。

附图说明

图1是本发明的一实施例的离心压缩机的叶轮的剖视图。

图2是本实施例的叶轮的主视图。

图3是本实施例的叶轮的立体图。

图4是本实施例的离心压缩机的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的叶轮以及流体机械的优选实施例进行详细说明。需要说明的是，并不通过该实施例来限定本发明，另外，在具有多个实施例的情况下，也包括组合各实施例而构成的方式。

【实施例】

图1是本发明的一实施例的离心压缩机的叶轮的剖视图，图2是本实施例的叶轮的主视图，图3是本实施例的叶轮的立体图，图4是本实施例的离心压缩机的概要图。

在本实施例中，如图4所示，实施例1的离心压缩机10具有外壳11、叶轮12、吸入通路13、以及排出通路14。外壳11呈中空形状，在中央部通过未图示的轴承将旋转轴15支承为旋转自如，在该旋转轴15的端部上连结有未图示的驱动装置。旋转轴15在外周部固定有叶轮(impeller)12。该叶轮12包括作为圆环部件的轮毂21、和呈放射状地配置在该轮毂21的外周面的多个叶片(blade)22。在该情况下，轮毂21固定于旋转轴15，外周面呈从旋转轴方向向与旋转轴方向交叉(正交)的方向弯曲的形状，各叶片22在周向上具有规定间隔地固定在沿该轴向弯曲的外周面上，在该叶片22与外壳11的护圈23之间确保有规定间隙。

外壳11形成有相对于叶轮12沿该叶轮12的轴向吸入流体的吸入通路13，能够经由该吸入通路13将流体导入至叶轮12的前面部。该吸入通路13由护圈23划分出。另外，外壳11在叶轮12的外周侧形成有沿着与该叶轮12的轴向交叉的径向排出由该叶轮12压力输送的流体的排出通路(扩散器)14，被叶轮12压缩后的流体能够向该排出通路14喷出。该排出通路14由外壳11的护圈23、24构成。

因此，当通过驱动装置使旋转轴15旋转时，叶轮12旋转，流体通过吸入通路13而被吸入至外壳11内。于是，该流体在流过旋转的叶轮12的过程中被升压，之后，向排出通路14喷出，在此，压缩流体的动压转换为静压，从喷出口向外部喷出。

如图1至图3所示，这样构成的本实施例的叶轮12通过在轮毂21的外周面呈放射状地固定有多个叶片22而构成。并且，各叶片22呈相同的形状，相对于用箭头A表示的旋转方向，前方侧为压力面P1，后方侧为负压面P2。

叶片22的压力面P1形成有：第一压力面31，其从轮毂21侧以相对于旋转方向A的前方为90度以下的角度θ1朝向护圈23侧延伸；第二压力面32，其从第一压力面31以相对于旋转方向A的前方为大于90度的角度θ2朝向护圈23侧延伸；第三压力面33，其从第二压力面32以相对于旋转方向A的前方为90度以下的角度θ3朝向护圈23侧延伸。

该叶片22的压力面P1在内周侧的前缘端22a侧从轮毂21侧的基端部22c至护圈23侧的前端部22d朝向旋转方向A的前方侧弯曲，从而形成为压力面P1侧凹陷的弯曲剖面形状。另外，叶片22的压力面P1在外周侧的后缘端22b从轮毂21侧的基端部22c至护圈23侧的前端部22d形成有第一压力面31、第二压力面32以及第三压力面33，从而形成为S字剖面形状。

在该情况下，叶片22的压力面P1形成为相对于与轮毂21的轴向交叉的长度方向，从前缘端22a的弯曲剖面形状逐渐转变为后缘端22b的S字剖面形状的形状。即，叶片22的压力面P1相对于与轮毂21的轴向交叉的长度方向，从前缘端22a朝向后缘端22b在距前缘端22a大致1/3的位置开始向S字剖面形状的转变。换句话说，叶片22的压力面P1在距前缘端22a大致1/3的位置开始形成第二压力面32，角度θ2逐渐增大，在后缘端22b成为规定的角度θ2。优选像这样，叶片22的压力面P1至少在后缘端22b设置有第二压力面32。

另外，叶片22的压力面P1从轮毂21侧的基端部22c朝向护圈23侧的前端部22d而在距基端部22c为叶片22的旋转轴心方向的长度的1/4以下的位置设置有第一压力面31。另外，叶片22的压力面P1从轮毂21侧的基端部22c朝向护圈23侧的前端部22d而在距基端部22c为叶片22的旋转轴心方向的长度的1/2以下的位置设置有第二压力面32。

这里，根据图1对第一压力面31、第二压力面32以及第三压力面33进行具体说明。第一压力面31从轮毂21侧以相对于旋转方向A的前方为90度以下的角度θ1朝向护圈23侧延伸，该角度θ1优选为小于90度的角度。第二压力面32从第一压力面31以相对于旋转方向A的前方为大于90度的角度θ2朝向护圈23侧延伸，该第二压力面32优选与位于旋转方向A的前方侧的叶片22的前端部22d侧的负压面P2对置。第三压力面33从第二压力面32以相对于旋转方向A的前方为90度以下的角度θ3朝向护圈23侧延伸，该角度θ3优选为小于90度的角度。换句话说，第一压力面31与第三压力面33优选向轮毂21侧倾斜，第二压力面32优选向护圈23侧倾斜。

另外，叶片22的压力面P1包括第一压力面31、第二压力面32以及第三压力面33，但该各压力面31、32、33优选为从基端部22c朝向前端部22d呈平面形状或者凸状的弯曲面。因此，在各压力面31、32、33为凸状的弯曲面时，各压力面31、32、33的角度θ1、θ2、θ3为切线的角度。另外，第二压力面32与位于旋转方向A的前方侧的叶片22的前端部22d侧的负压面P2对置是指，第二压力面32的法线朝向叶片22的前端部22d侧的负压面P2。

需要说明的是，各叶片22在任意位置均为大致相同的厚度，一方侧为具有三个压力面31、32、33的压力面P1，因此后方侧的负压面P2也成为与压力面P1大致相同的形状。

因此，当叶轮12旋转而使流体从前缘端22a侧流入时，该流体在流过旋转的叶轮12的过程中升压，然后从后缘端22b侧排出。此时，叶轮12通过各叶片22的压力面P1中的第一压力面31生成沿着轮毂21的表面的流体流，低能量流体B欲在前方侧的叶片22的负压面P2侧停滞。但是，由第一压力面31生成的流体流作用于前方侧的叶片22的负压面P2的轮毂21侧，从而在叶片22的负压面P2的轮毂21侧停滞的低能量流体B减少。另外，由第二压力面32生成的流体流作用于前方侧的叶片22的负压面P2的护圈23侧，从而在叶片22的负压面P2的护圈23侧停滞的低能量流体B减少。

这样，在本实施例的叶轮12中，具备呈圆环形状的轮毂21、和沿着该轮毂21的外周面呈放射状地配置的多个叶片22，作为叶片22的压力面P1，设置有从轮毂21侧以相对于旋转方向A的前方为90度以下的角度延伸的第一压力面31、和从该第一压力面31以相对于旋转方向A的前方为大于90度的角度延伸的第二压力面32。

因此，当叶轮12旋转时，通过第一压力面31生成沿着轮毂21的表面的流体流，低能量流体B欲在前方侧的叶片22的负压面P2侧停滞，但由于通过第二压力面32生成朝向该前方侧的叶片22的负压面P2侧的流体流，因此在叶片22的负压面P2侧滞留的低能量流体B减少，由此能够提高叶轮效率。

在本实施例的叶轮12中，作为叶片22的压力面P1，设置有从第二压力面32以相对于旋转方向A的前方为90度以下的角度延伸的第三压力面33。因此，通过第三压力面33生成朝向前方侧的叶片22的负压面P2侧的流体流，因此能够减少在叶片22的负压面P2侧滞留的低能量流体B。

在本实施例的叶轮12中，第一压力面31与第三压力面32相对于轮毂21向旋转方向A的前方倾斜。因此，通过由第一压力面31以及第三压力面33生成的流体，能够减少在前方侧的叶片22的负压面P2侧的轮毂21侧滞留的低能量流体B。

在本实施例的叶轮12中，叶片22的压力面P1至少在外周侧设置有第二压力面32。因此，由于在前方侧的叶片22的负压面P2侧停滞的低能量流体B容易在叶片22的后缘端22b侧产生，所以通过在叶片22的后缘端22b侧设置第二压力面32，能够高效地减少在叶片22的负压面P2侧滞留的低能量流体B。

在本实施例的叶轮12中，将叶片22的压力面P1的前缘端22a侧(内周侧)形成为朝向旋转方向A的前方侧弯曲的弯曲形状，另一方面，通过第一压力面31、第二压力面32以及第三压力面33将后缘端22b侧(外周侧)形成为S字形状。因此，通过前缘端22a侧呈弯曲形状而后缘端22b侧呈S字形状，能够高效地压力输送流体。

在本实施例的叶轮12中，第二压力面32设置在距轮毂21为叶片22的旋转轴心方向的长度的1/2以下的位置。因此，通过使第二压力面32位于叶片22的轮毂21侧，能够高效地减少在叶片22的负压面P2侧滞留的低能量流体B。

在本实施例的叶轮12中，第二压力面32与位于旋转方向A的前方侧的叶片22的前端部22d的负压面P2对置。因此，通过使由第二压力面32产生的流体向对置的叶片22的前端部22d的负压面P2流动，能够高效地减少在此滞留的低能量流体B。

另外，在本实施例的流体机械中，具备：外壳11，其呈中空形状；叶轮12，其沿着呈圆环形状的轮毂21的外周面呈放射状地配置有多个叶片22，且以旋转自如的方式支承于外壳11内；吸入通路13，其相对于叶轮12沿着叶轮12的轴向吸入流体；排出通路14，其沿着与叶轮12的轴向交叉的方向排出由叶轮12压力输送的流体，作为叶片22的压力面P1，设置有从轮毂21侧以相对于旋转方向A的前方为90度以下的角度延伸的第一压力面31、和从该第一压力面31以相对于旋转方向A的前方为大于90度的角度延伸的第二压力面32。

因此，当叶轮12旋转时，从吸入通路13沿着叶轮12的轴向吸入流体，被叶轮12压缩后的流体从排出通路14沿着与叶轮12的轴向交叉的方向排出。此时，叶轮12通过第一压力面31生成沿着轮毂21的表面的流体流，低能量流体B欲在前方侧的叶片22的负压面P2侧停滞，但由于通过第二压力面32生成朝向该前方侧的叶片22的负压面P2侧的流体流，因此在叶片22的负压面P2侧滞留的低能量流体B减少，由此能够提高叶轮效率。

需要说明的是，本发明的叶轮以及流体机械在叶片的压力面上设置有以相对于旋转方向的前方为大于90度的角度延伸的第二压力面，而第一压力面、第三压力面的形状不限定。

另外，在上述的实施例中，将叶轮12设为，在轮毂21的外周面上沿周向隔开规定间隔地固定有多个叶片22、且在该叶片22与外壳11的护圈23之间设置有规定间隙的所谓的开放型叶轮，但并不限定于该结构，也能够应用于在轮毂的外周面上沿周向隔开规定间隔地固定有多个叶片、且在各叶片的外侧固定有呈环状的护圈的所谓的封闭型的叶轮。

附图标记说明

10 离心压缩机(流体机械)

11 外壳

12 叶轮

13 吸入通路

14 排出通路

15 旋转轴

21 轮毂

22 叶片

23、24 护圈

31 第一压力面

32 第二压力面

33 第三压力面

A 旋转方向

B 低能量流体

P1 压力面

P2 负压面

Claims (5)

1.一种叶轮，具备：

轮毂，其呈圆环形状；以及

多个叶片，其沿着所述轮毂的外周面呈放射状地配置，

沿着旋转轴线从所述叶片的前缘侧流入的流体朝向与所述旋转轴线交叉的半径方向的外侧从所述叶片的后缘侧排出，

所述叶轮的特征在于，

所述叶片的压力面具有：

第一压力面，其从所述轮毂侧以相对于旋转方向的前方为90度以下的角度延伸；

第二压力面，其从所述第一压力面以相对于旋转方向的前方为大于90度的角度延伸；以及

第三压力面，其从所述第二压力面以相对于旋转方向的前方为90度以下的角度延伸，

所述叶片的压力面的内周侧呈朝向旋转方向的前方侧弯曲的弯曲形状，另一方面，所述叶片的压力面的外周侧呈具有所述第一压力面、所述第二压力面以及所述第三压力面的S字形状。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，

所述第一压力面与所述第三压力面相对于所述轮毂向旋转方向的前方倾斜。

3.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，

所述第二压力面设置在距所述轮毂为所述叶片的旋转轴心方向的长度的1/2以下的位置。

4.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，

所述第二压力面与位于旋转方向的前方侧的所述叶片的前端部的负压面对置。

5.一种流体机械，其特征在于，具备：

外壳，其呈中空形状；

叶轮，其沿着呈圆环形状的轮毂的外周面呈放射状地配置有多个叶片，且以旋转自如的方式支承于所述外壳内；

吸入通路，其相对于所述叶轮从该叶轮的前缘侧沿着轴向吸入流体；以及

排出通路，其将由所述叶轮压力输送的流体朝向与该叶轮的轴向交叉的半径方向的外侧从所述叶片的后缘侧排出，

所述叶片的压力面具有：

第一压力面，其从所述轮毂侧以相对于旋转方向的前方为90度以下的角度延伸；

第二压力面，其从所述第一压力面以相对于旋转方向的前方为大于90度的角度延伸；以及

第三压力面，其从所述第二压力面以相对于旋转方向的前方为90度以下的角度延伸，

所述叶片的压力面的内周侧呈朝向旋转方向的前方侧弯曲的弯曲形状，另一方面，所述叶片的压力面的外周侧呈具有所述第一压力面、所述第二压力面以及所述第三压力面的S字形状。