CN107923408A - 诱导轮及泵 - Google Patents

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Abstract

一种诱导轮(10)，具有轮毂(11)和叶片(12)，前述叶片(12)从轮毂(11)向径向突出，被螺旋状地设置，在叶片(12)的径向上，在比叶片(12)的高度比为0.5的位置靠外侧的区域，第1距离(D1)和第2距离(D2)一致，前述叶片(12)的高度比为距轮毂(11)和叶片(12)的根部(15)的结合部的距离（H2）相对于叶片的高度(H1)的比，前述叶片的高度(H1)为从轮毂(11)和叶片(12)的根部(15)的结合部至叶片(12)的末端部(16)的距离，在比叶片的高度比为0.5的位置靠内侧的区域，具有使第1距离(D1)比第2距离短(D2)的厚壁部(23)。

Description

诱导轮及泵
技术领域
本发明涉及诱导轮及泵。
本申请基于2015年9月14日向日本申请的特愿2015-180708号主张优先权，将其内容引用于此。
背景技术
喷气发动机等具有将液态氢或液态氧等极低温流体加压的泵。在这样的泵上，为了维持其吸入性能而设置有诱导轮。诱导轮具有轮毂和叶片，被配置于泵吸入口，将极低温流体加压，抑制空化的发生，前述轮毂被连结于旋转轴，前述叶片从轮毂向径向突出，被螺旋状地设置(例如参照下述专利文献1、2)。
专利文献1：日本特开平2-33499号公报。
专利文献2：国际专利申请公开第2013/108832号。
但是，一般地，诱导轮为了提高空化性能，在叶片的负压面侧，设置朝向前沿倾斜的楔面，将前缘设置为楔形(末端尖细形状)。
在这样的诱导轮处，若为了提高叶片的弯曲强度而使与轮毂结合的叶片的根部的叶片厚度变厚，则与其对应，楔面的角度增加。若楔面的角度增加，则空化性能下降，此外，与由叶片厚度增加导致的叶片间流路宽度变窄互相结合而起作用，由空化引起的闭塞提前，吸入性能下降。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种诱导轮及泵，前述诱导轮及泵能够在不使楔面的角度增加的情况下使叶片的根部变厚，在维持吸入性能的状态下使叶片的弯曲强度增加。
本发明的发明人为了解决上述问题而反复认真实验，结果，发现在不改变设置有楔面的叶片的负压面侧的形状的情况下，通过改变叶片的压力面侧的形状，能够在维持吸入性能的状态下增加叶片的弯曲强度，想出了本申请的发明。
即，为了解决上述课题，本发明的第1方式是一种诱导轮，前述诱导轮具有轮毂和叶片，前述叶片从轮毂向径向突出，被螺旋状地设置，在叶片的负压面侧设置有向前沿倾斜的楔面，在前述叶片的前述径向上，在比前述叶片的高度比为0.5的位置靠外侧的区域，前述第1距离和前述第2距离一致，前述叶片的高度比为距前述轮毂和前述叶片的根部的结合部的距离相对于叶片的高度的比，前述叶片的高度为从前述轮毂和前述叶片的根部的结合部至前述叶片的末端部的距离，在比前述叶片的高度比为0.5的位置靠内侧的区域，具有使前述第1距离比前述第2距离短的厚壁部。
发明效果
根据本发明，能够得到如下诱导轮及泵，前述诱导轮及泵能够在维持空化性能的状态下使叶片的根部的叶片厚度变厚，增加叶片的弯曲强度。
附图说明
图1是具有本发明的实施方式的诱导轮的泵的结构图。
图2是本发明的实施方式的诱导轮的立体图。
图3是从正压面侧观察本发明的实施方式的叶片的图。
图4是图3的I-I剖视图。
图5是图3的II-II剖视图。
图6是作为比较例而通过以往的方法使叶片厚度变大的叶片的剖视图。
图7是表示将比较例的叶片的根部的叶片厚度变大为A、B、C时的形状的图表。
图8是表示比较例的叶片的空化性能的图表。
图9是表示本发明的实施方式的叶片的空化性能的图表。
图10是表示从正压面侧观察本发明的其他实施方式的叶片的图。
图11是表示本发明的其他实施方式的叶片的空化性能的图表。
图12是表示本发明的实施方式的诱导轮叶片面的应力分布的图。
图13是表示从除了图12之外的角度观察的本发明的实施方式的诱导轮叶片面的应力分布的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的诱导轮的实施方式进行说明。
图1是具有本发明的实施方式的诱导轮10的泵1的结构图。
本实施方式的泵1是将液态氢或液态氧等极低温流体加压的涡轮泵，具有离心叶轮2、涡轮机3、诱导轮10。离心叶轮2、涡轮机3及诱导轮10相对于旋转轴4被在同轴上连结。
旋转轴4在离心叶轮2和涡轮机3之间，经由轴承5被旋转自如地支承于泵壳6。此外，旋转轴4在诱导轮10和离心叶轮2之间，经由轴承7被旋转自如地支承于泵壳6。另外，附图标记8是用于将被诱导轮10升压后的流体向离心叶轮2引导的静叶片。
诱导轮10维持泵1的吸入性能。诱导轮10被配置于离心叶轮2的上游侧的泵吸入口9，将流体加压，辅助离心叶轮2的吸入。诱导轮10具有被连结于旋转轴4的轮毂11、从轮毂11向径向突出的叶片12。在泵吸入口9上连结有容纳有流体的图中未示出的罐。
这样地构成的泵1为，若涡轮机3由于高温高压的气体的作用而旋转，则与其同轴的离心叶轮2旋转，并且诱导轮10旋转。通过该旋转，流体被从图中未示出的罐引导至泵吸入口9。泵1使来自罐的流体被诱导轮10加压而流向离心叶轮2侧，通过离心叶轮2的旋转被进一步加压而排出。
图2是本发明的实施方式的诱导轮10的立体图。图3是从正压面13侧观察本发明的实施方式的图。图4是图3的I-I剖视图。图5是图3的II-II剖视图。另外，I-I截面是沿叶片12的根部15的旋转方向的截面。此外，II-II截面是从叶片12的根部15至尖端部16(末端部)的径向的截面。
诱导轮10如图2所示，具有大致圆柱状的轮毂11、从轮毂11向径向突出而被螺旋状地设置的叶片12。
在诱导轮10上设置多个(在本实施方式中为3片)叶片12。多个叶片12被与轮毂11一体地形成，被在轮毂11的周向(旋转方向)上配置。多个叶片12分别具有相同的尺寸及形状。此外，多个叶片12被在轮毂11的周向上互相等间隔地错开地配置。另外，诱导轮10的叶片12不限于3片，例如可以是4片等，能够与泵1的种类等对应地以适当的数量设定。
叶片12具有与轮毂11结合的根部15、位于与根部15相反的一侧(轮毂11的径向外侧)的尖端部16(末端部)。此外，叶片12具有作为上游端的前沿17、作为下游端的后沿18。另外，径向是指从根部15朝向尖端部16的方向。在叶片12上，设置有朝向前沿17倾斜的楔面19。
楔面19如图4所示，被设置于叶片12的负压面14侧。楔面19相对于将叶片12的负压面14和正压面13的中间点连结的中弧线20以既定角度倾斜。楔面19包括倾斜的平面19a、将平面19a的前缘侧和前沿17连接的倒角面19b(弯曲面)、将平面19a的后缘侧和负压面14连接的倒角面19c。
另一方面，在叶片12的正压面13侧设置有平行面21和倾斜面22，前述平行面21相对于中弧线20平行地从前沿17延伸，前述倾斜面22将平行面21和正压面13连接。倾斜面22包括以既定角度倾斜的平面22a、将平面22a的前缘侧和平行面21连接的倒角面22b、将平面22a的后缘侧和正压面13连接的倒角面22c。另外，在平行面21和前沿17之间也设置有微小的倒角面。
如图3所示，楔面19被设置成叶片12的卷绕角度(从前沿17至后沿18的角度)在0度至120度的范围。平行面21及倾斜面22如图4所示，在与楔面19相反的一侧(正压面13侧)，被设置于设置有楔面19的范围。例如，设置平行面21及倾斜面22的范围R1例如优选为设置成，叶片12的卷绕角度在从0度至15度乃至90度的范围。此外，设置平行面21的范围R2优选为设置成叶片12的卷绕角度在0度至30度的范围。
如图4所示，在叶片12的根部15上，呈如下形状：关于叶片12的厚度方向，中弧线20和前沿17的第1距离D1比中弧线20和叶片12的正压面13的第2距离D2短。图4所示的附图标记X表示使叶片厚度变大前的叶片12的外形。本实施方式的叶片12在不改变负压面14侧的形状(特别是楔面19的角度)的情况下，通过改变正压面13侧的形状来使叶片厚度变大。
如图3及图5所示，在叶片12的正压面13侧，至少在叶片12的根部15处，具有使第1距离D1比第2距离D2短的厚壁部23。本实施方式的厚壁部23与叶片12一体地形成。即，厚壁部23被与叶片12一体地切削加工。厚壁部23形成图4所示的倾斜面22及正压面13的至少一部分。
此外，如图5所示，在叶片12的径向上，从轮毂11和叶片12的根部15的结合部至叶片12的末端部16的距离是叶片的高度H1。进而，在叶片12的径向上，将距轮毂11和叶片12的根部15的结合部的距离设为H2。若将距轮毂11和叶片12的根部15的结合部的距离H2相对于叶片的高度H1的比设为叶片12的高度比，则叶片12的高度比为0.5的位置，即，呈H2＝1/2H1的位置如图3及图5的附图标记H所示的线所示。
厚壁部23如图3及图5所示，是关于径向，比叶片12的高度比为0.5的位置(图3及图5的附图标记H所示的线)靠内侧的区域。另一方面，关于径向，在比叶片12的高度比为0.5的位置(图3及图5的附图标记H所示的线)靠外侧的区域，没有厚壁部23，在该外侧的区域，第1距离D1和第2距离D2一致。即，在比叶片12的高度比为0.5的位置靠外侧的区域，叶片12具有图4中附图标记X所示的外形。
接着，参照图6~图13说明上述结构的诱导轮10的功能。
图6是作为比较例而通过以往的方法使叶片厚度变大的叶片112的剖视图。
比较例的叶片112通过改变设置有楔面119的负压面114侧的形状，使叶片厚度变厚。即，关于叶片112的厚度方向，将叶片112的负压面114和正压面113的中间点连结的中弧线120和前沿117的第1距离D1，与中弧线120和叶片112的正压面113的第2距离D2一致。在该以往的方法中，若使叶片厚度变厚，则与其对应地，楔面119的角度增加。
图7是表示将比较例的叶片112的根部115的叶片厚度变大为A、B、C时的形状的图表。在图7中，h表示叶片高度，t表示叶片厚度。此外，t＝0表示中弧线120。图8是表示比较例的叶片112的空化性能的图表。在图8中，τ表示空化性能，Q/Qd表示泵流量比。Qd是试验用泵的设计流量，Q是工作时的实际的流量。
如图8所示，例如，若用设计流量和实际的流量一致的Q/Qd＝1.0进行比较，则可知，在使用以往的方法来使叶片厚度变为A、B、C的情况下，随着叶片厚度变大，空化性能恶化(变得易发生空化)。
图9是表示本发明的实施方式的叶片12的空化性能的图表。图9表示将叶片12的根部15的叶片厚度从D(在图4中由附图标记X表示的叶片12的外形)变为D´(在图4中由实线表示的叶片12的外形)时的空化的性能。
如图9所示，例如，若用设计流量和实际的流量一致的Q/Qd＝1.0进行比较，则可知在使用本方法而使叶片厚度从D变大至D´的情况下，随着叶片厚度变大，空化性能提高(变得难以发生空化)。该情况下，可知如图4所示，在不改变设置有楔面19的叶片12的负压面14侧的形状(楔面19的角度)的情况下，通过改变叶片12的正压面13侧的形状，使叶片12的根部15变厚，能够提高空化性能。
图10是从正压面13侧观察本发明的其他实施方式的叶片12A的图。图11是表示本发明的其他实施方式的叶片12的空化性能的图表。图11表示将叶片12A的根部15的叶片厚度从D变为D´时的空化的性能。
如图10所示，其他实施方式的叶片12A在关于径向，厚壁部23的一部伸出至比叶片12的高度比为0.5的位置靠外侧的区域这点与上述实施方式不同，但在其他结构上相同。
该其他实施方式的叶片12A如图11所示，例如，若用设计流量和实际的流量一致的Q/Qd＝1.0进行比较，则在使叶片厚度变大前后，具有相同的空化性能。即，若将图9和图11比较，则可知，在欲提高空化性能的情况下，优选地使厚壁部23处于比叶片12的高度比为0.5的位置靠内侧的区域。
图12是表示本发明的实施方式的诱导轮叶片面的应力分布的图。图13是表示从除了图12之外的角度观察的本发明的实施方式的诱导轮叶片面的应力分布的图。
如图12及图13所示，若观察诱导轮叶片面的应力分布，则可知在叶片12的根部15处，应力变高。
在本实施方式中，可知至少使叶片12的根部15的叶片厚度变厚，在改善叶片12的弯曲强度上是有效的。
这样，根据上述本实施方式，在诱导轮10的叶片12的负压面14侧，设置有向前沿17倾斜的楔面19，前述诱导轮10具有轮毂11和叶片12，前述叶片12从轮毂11向径向突出，被螺旋状地设置。此外，在叶片12的径向上，在比距离H2相对于叶片的高度H1的比即叶片12的高度比为0.5的位置靠外侧的区域，第1距离D1和第2距离D2，在比叶片12的高度比为0.5的位置靠内侧的区域，具有使第1距离D1比第2距离D2短的厚壁部23，由此能够得到诱导轮10及泵1，前述诱导轮10及泵1在维持空化性能的状态下，使叶片12的根部15的叶片厚度变厚，能够增加叶片12的弯曲强度，前述叶片的高度H1为从轮毂11和叶片12的根部15的结合部至叶片12的末端部16的距离，前述距离H2是距轮毂11和叶片12的根部15的结合部的距离。
以上，参照附图，对本发明的适合的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。在上述的实施方式中表示的各结构部件的各形状、组合等为一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等进行各种改变。
例如，在上述实施方式中，对厚壁部23与叶片12一体地形成的结构进行了说明，但本发明不限于该结构，厚壁部23也可以由与叶片12分体的附加物形成。
作为附加物，例如，也可以是，通过对诱导轮10的叶片12的根部15进行热喷涂来将壁加厚，借助该附加物来形成厚壁部23。
此外，作为附加物，例如，也可以是，将焊料密封件贴在诱导轮10的叶片12的根部15上，使焊料密封件熔融来将壁加厚，借助该附加物来形成厚壁部23。
例如，在上述实施方式中，对在根部15的正压面13侧设置有平行面21和倾斜面22的结构进行了说明，前述平行面21相对于中弧线20平行地从前沿17延伸，前述倾斜面22将平行面21和正压面13连接。然而，本发明不限于该结构，例如，也可以不设置平行面21而在前沿17和正压面13之间仅设置倾斜面。
产业上的可利用性
根据本发明，能够得到如下诱导轮及泵，前述诱导轮及泵在维持空化性能的状态下使叶片的根部的叶片厚度变厚，能够增加叶片的弯曲强度。
附图标记说明
1 泵
10 诱导轮
11 轮毂
12 叶片
13 正压面
14 负压面
15 根部
17 前沿
19 楔面
20 中弧线
21 平行面
22 倾斜面
23 厚壁部
D1 第1距离
D2 第2距离
H1 叶片的高度。

Claims (7)

1.一种诱导轮，具有轮毂和叶片，前述叶片从前述轮毂向径向突出，被螺旋状地设置，其特征在于，
在前述叶片的负压面侧设置有向前沿倾斜的楔面，
在前述叶片的前述径向上，在比前述叶片的高度比为0.5的位置靠外侧的区域，前述第1距离和前述第2距离一致，前述叶片的高度比为距前述轮毂和前述叶片的根部的结合部的距离相对于叶片的高度的比，前述叶片的高度为从前述轮毂和前述叶片的根部的结合部至前述叶片的末端部的距离，
在比前述叶片的高度比为0.5的位置靠内侧的区域，具有使前述第1距离比前述第2距离短的厚壁部。
2.如权利要求1所述的诱导轮，其特征在于，
前述厚壁部被与前述叶片一体地形成。
3.如权利要求1所述的诱导轮，其特征在于，
前述厚壁部由与前述叶片分体的附加物形成。
4.如权利要求1所述的诱导轮，其特征在于，
至少在前述根部的正压面侧，设置有平行面和倾斜面，前述平行面相对于前述中弧线平行地从前述前沿延伸，前述倾斜面将前述平行面和前述正压面连接。
5.如权利要求2所述的诱导轮，其特征在于，
至少在前述根部的正压面侧设置有平行面和倾斜面，前述平行面相对于前述中弧线平行地从前述前沿延伸，前述倾斜面将前述平行面和前述正压面连接。
6.如权利要求3所述的诱导轮，其特征在于，
至少在前述根部的正压面侧设置有平行面和倾斜面，前述平行面相对于前述中弧线平行地从前述前沿延伸，前述倾斜面将前述平行面和前述正压面连接。
7.一种泵，其特征在于，
具有权利要求1~6中任一项所述的诱导轮。
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