CN107923409A - 旋转机械 - Google Patents

Abstract

一种旋转机械，其轮毂包括：叶片相对轮毂部，包括第一叶片相对面，第一叶片相对面与可变叶片的球面状的轮毂侧端面相对，并且具有球面状的第一球面区域；上游侧轮毂部，在轮毂的轴向上设置于叶片相对轮毂部的上游侧，具有在轴向上与第一叶片相对面相邻的第一外周面；下游侧轮毂部，在轴向上设置于叶片相对轮毂部的下游侧，具有在轴向上与第一叶片相对面相邻的第二外周面，所述旋转机械满足以下的条件(a)和条件(b)中的至少一个。条件(a)为，第一外周面的下游端在轮毂的径向上比第一叶片相对面的上游端位于更外侧。条件(b)为，第二外周面的上游端在轮毂的径向上比第一叶片相对面的下游端位于更外侧。

Description

旋转机械

技术领域

本公开涉及旋转机械。

背景技术

在压缩机或涡轮等旋转机械中，为了调节相对于流动的迎角，有时静叶片和动叶片中的至少一方作为能够绕沿着轮毂径向的转动轴转动的可变叶片构成。

在具备这种可变叶片的旋转机械中，在可变叶片的转动范围中可变叶片的轮毂侧端面和轮毂的叶片相对面以不干涉的方式构成的情况下，当使可变叶片向关闭侧(可变叶片的弦线和轮毂的轴向形成的角度增大的方向)转动时，可变叶片的轮毂侧端面和轮毂的叶片相对面之间的间隙容易扩大。如果可变叶片的轮毂侧端面和轮毂的叶片相对面之间的间隙扩大，通过该间隙的泄漏流引起的损失(以下，记载为间隙损失)将会增大，旋转机械的效率有可能降低。

专利文献1中公开有一种旋转机械：可变叶片具有向轮毂的径向外侧凹陷的球面状的轮毂侧端面，并且轮毂的叶片相对面具有向轮毂的径向外侧凸出的球面状的球面区域，由此，即使可变叶片向关闭侧转动，上述间隙也不会扩大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:(日本)实开平3－13498号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如专利文献1记载的旋转机械，轮毂的叶片相对面具有向轮毂的径向外侧凸出的球面状的球面区域的情况下，如果没有任何措施，向流路内突出的球面区域会妨碍流路内的平滑的流体流动。其结果是产生向轮毂的径向外侧的流动(所谓二次流动)，或在球面区域的后方发生剥离现象等，有可能导致旋转机械的性能降低。

鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，在具备能够绕沿着轮毂径向的转动轴转动的可变叶片的旋转机械中，减少间隙损失，抑制性能降低。

用于解决课题的技术方案

(1)本发明的至少一实施方式的旋转机械具备：轮毂，其构成为绕旋转中心轴旋转；壳体，其构成为覆盖所述轮毂，在所述壳体与所述轮毂之间形成流体流路；可变叶片，其配置于所述流体流路上，构成为能够绕沿着所述轮毂的径向的转动轴转动，所述可变叶片包含球面状的轮毂侧端面，所述轮毂侧端面向所述轮毂的径向外侧凹陷，所述轮毂包括：叶片相对轮毂部，其包含第一叶片相对面，该第一叶片相对面与所述可变叶片的所述轮毂侧端面相对，并且具有向所述轮毂的径向外侧凸出的球面状的第一球面区域；上游侧轮毂部，其在所述轮毂的轴向上设置于所述叶片相对轮毂部的上游侧，具有在所述轴向上与所述第一叶片相对面相邻的第一外周面；下游侧轮毂部，其在所述轴向上设置于所述叶片相对轮毂部的下游侧，具有在所述轴向上与所述第一叶片相对面相邻的第二外周面，所述旋转机械满足以下的条件(a)和条件(b)中的至少一个。条件(a)，所述第一外周面的下游端在所述轮毂的径向上比所述第一叶片相对面的上游端位于更外侧；条件(b)，所述第二外周面的上游端在所述轮毂的径向上比所述第一叶片相对面的下游端位于更外侧。

根据上述(1)所述的旋转机械，因可变叶片的轮毂侧端面形成为球面状，并且第一叶片相对面具有第一球面区域，所以即使可变叶片向关闭侧转动，可变叶片的轮毂侧端面与轮毂的叶片相对面之间的间隙基本不会扩大。因此，能够减少间隙损失。

另外，在上述(1)所述的旋转机械满足上述条件(a)的情况下，与不满足上述条件(a)的情况相比，第一叶片相对面形成为相对于将第一外周面向下游侧延长的假想延长面朝向轮毂径向外侧的突出量减小。或者，也可使第一叶片相对面形成为相对于该假想延长面不向轮毂径向外侧突出。这样，能够以不妨碍沿着第一外周面的流体的平滑流动的方式形成第一叶片相对面，因此容易抑制二次流动的产生，抑制旋转机械的性能降低。

另一方面，在上述(1)所述的旋转机械满足上述条件(b)的情况下，与不满足上述条件(a)的情况相比，第一叶片相对面形成为相对于将第二外周面向上游侧延长的假想延长面朝向轮毂径向外侧的突出量减小。或者，也可使第一叶片相对面形成为相对于该假想延长面不向轮毂径向外侧突出。这样，能够以抑制在球面区域的后方发生剥离现象的方式形成第一叶片相对面，因此容易抑制旋转机械的性能降低。

因此，根据上述(1)所述的旋转机械，通过满足上述条件(a)和上述条件(b)中的至少一方，容易抑制旋转机械的性能降低。

(2)在一些实施方式中，在上述(1)所述的旋转机械中，所述旋转机械至少满足所述条件(a)，所述第一叶片相对面形成为，与将所述第一外周面向下游侧延长的第一假想延长面相比，在所述轮毂的径向上不向外侧突出。

根据上述(2)所述的旋转机械，可抑制第一外周面的下游侧的第一叶片相对面妨碍沿着第一外周面的流体的平滑流动的情况，所以能够抑制旋转机械的性能降低。

(3)在一些实施方式中，在上述(1)或(2)所述的旋转机械中，所述旋转机械至少满足所述条件(b)，所述第一叶片相对面形成为，与将所述第二外周面向上游侧延长的第二假想延长面相比，在所述轮毂的径向上不向外侧突出。

根据上述(3)所述的旋转机械，可抑制在球面区域的后方发生剥离现象，抑制旋转机械的性能降低。

(4)在一些实施方式中，在上述(1)～(3)中任一项所述的旋转机械中，所述第一球面区域的球面中心位于所述可变叶片的转动轴和所述旋转机械的旋转中心轴的交点，在将所述第一球面区域的球面半径设为R0，将使所述第一外周面向下游侧延长的第一假想延长面与所述球面中心之间的距离设为R1时，所述第一球面区域以满足R0≦R1的方式形成。

根据上述(4)所述的旋转机械，可抑制第一外周面的下游侧的第一叶片相对面妨碍沿着第一外周面的流体的平滑流动的情况，能够抑制旋转机械的性能降低。

(5)在一些实施方式中，在上述(1)～(4)中任一项所述的旋转机械中，所述第一球面区域的球面中心位于所述可变叶片的转动轴和所述旋转机械的旋转中心轴的交点，在将所述第一球面区域的球面半径设为R0，将使所述第二外周面向上游侧延长的第二假想延长面与所述球面中心之间的距离设为R2时，所述第一球面区域以满足R0≦R2的方式形成。

根据上述(5)所述的旋转机械，可抑制在球面区域的后方发生剥离现象，抑制旋转机械的性能降低。

(6)在一些实施方式中，在上述(1)～(5)中任一项所述的旋转机械中，所述可变叶片的转动轴与所述可变叶片的弦线的中心相比位于前缘侧，所述第一叶片相对面的上游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dh1大于所述第一叶片相对面的下游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dh2，所述第一叶片相对面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L1小于所述第一叶片相对面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L2。

根据上述(6)所述的旋转机械，能够缩小包含第一球面区域的第一叶片相对面的上游侧端和第一球面区域的顶点(是存在于第一球面区域上，且在轮毂径向上距轮毂中心轴最远的点，通常是第一球面区域和转动轴的交点)之间的轴向距离及径向距离。因此，能够使旋转机械的轴向尺寸紧凑，缩小叶片前缘侧的无用空间，以抑制第一叶片相对面附近的再循环流。另外，可抑制第一球面区域顶点在径向上自第一外周面的突出量，有效地降低第一叶片相对面对沿着第一外周面的流体的平滑流动造成的影响。

(7)在一些实施方式中，在上述(6)所述的旋转机械中，所述轮毂的第一外周面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间在所述轮毂的轴向上的距离L3小于所述轮毂的第二外周面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间在所述轮毂的轴向上的距离L4。

根据上述(7)所述的旋转机械，能够使旋转机械的轴向尺寸紧凑，缩小叶片前缘侧的无用空间，以抑制第一叶片相对面附近的再循环流。

(8)在一些实施方式中，在上述(1)～(7)的任一项所述的旋转机械中，所述可变叶片包含球面状的尖端侧端面，所述尖端侧端面向所述轮毂的径向外侧凸出，所述壳体包括：叶片相对壳体部，其包含第二叶片相对面，该第二叶片相对面与所述可变叶片的所述尖端侧端面相对，并且具有向所述轮毂的径向外侧凹陷的球面状的第二球面区域；上游侧壳体部，其在所述轮毂的轴向上设置于所述叶片相对壳体部的上游侧，具有在所述轴向上与所述第二叶片相对面相邻的第一内周面；下游侧壳体部，其在所述轴向上设置于所述叶片相对壳体部的下游侧，具有在所述轴向上与所述第二叶片相对面相邻的第二内周面，所述可变叶片的转动轴与所述可变叶片的弦线的中心相比位于前缘侧，所述第二叶片相对面的上游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dt1大于所述第二叶片相对面的下游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dt2，所述第二叶片相对面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L5小于所述第二叶片相对面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L6。

根据上述(8)所述的旋转机械，可缩小包含第二球面区域的第二叶片相对面的上游端和第二球面区域的顶点(存在于第二球面区域上，且在轮毂径向上最远离轮毂中心轴的点，通常是第二球面区域和转动轴的交点)之间的轴向距离及径向距离。因此，能够使旋转机械的轴向尺寸紧凑，缩小叶片前缘侧的无用空间，以抑制第二叶片相对面附近的再循环流。

(9)在一些实施方式中，在上述(8)所述的旋转机械中，所述壳体的第一内周面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L7小于所述壳体的第二内周面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间在所述轮毂的轴向上的距离L8。

根据上述(9)所述的旋转机械，能够使旋转机械的轴向尺寸紧凑，缩小叶片前缘侧的无用空间，以抑制第二叶片相对面附近的再循环流。

(10)本发明的至少一实施方式的旋转机械具备：轮毂，其构成为绕旋转中心轴旋转；壳体，其构成为覆盖所述轮毂，在所述壳体与所述轮毂之间形成流体流路；可变叶片，其配置于所述流体流路上，构成为能够绕沿着所述轮毂的径向的转动轴转动，所述可变叶片包含球面状的尖端侧端面，所述尖端侧端面向所述轮毂的径向外侧凸出，所述壳体包括：叶片相对壳体部，其包含第二叶片相对面，该第二叶片相对面与所述可变叶片的所述尖端侧端面相对，并且具有向所述轮毂的径向外侧凹陷的球面状的第二球面区域；上游侧壳体部，其在所述轮毂的轴向上设置于所述叶片相对壳体部的上游侧，具有在所述轴向上与所述第二叶片相对面相邻的第一内周面；下游侧壳体部，其在所述轴向上设置于所述叶片相对壳体部的下游侧，具有在所述轴向上与所述第二叶片相对面相邻的第二内周面，所述可变叶片的转动轴与所述可变叶片的弦线的中心相比位于前缘侧，所述第二叶片相对面的上游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dt1大于所述第二叶片相对面的下游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dt2，所述第二叶片相对面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L5小于所述第二叶片相对面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L6。

根据上述(10)所述的旋转机械，可缩小包含第二球面区域的第二叶片相对面的上游端和第二球面区域的顶点(是存在于第二球面区域上，且在轮毂径向上最远离轮毂中心轴的点，通常是第二球面区域与转动轴的交点)之间的轴向距离及径向距离。因此，能够使旋转机械的轴向尺寸紧凑，或减小叶片前缘侧的无用空间，以抑制第二叶片相对面附近的再循环流。

(11)在一些实施方式中，在上述(10)所述的旋转机械中，所述壳体的第一内周面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L7小于所述壳体的第二内周面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间在所述轮毂的轴向上的距离L8。

根据上述(11)所述的旋转机械，能够使旋转机械的轴向尺寸紧凑，缩小叶片前缘侧的无用空间，以抑制第二叶片相对面附近的再循环流。

发明效果

根据本发明的一些实施方式，在具备能够绕沿着轮毂径向的转动轴转动的可变叶片的旋转机械中，能够减少间隙损失，抑制性能降低。

附图说明

图1是表示作为一实施方式的旋转机械的轴流压缩机的示意结构的剖视图。

图2是表示一实施方式的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

图3是表示一实施方式的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

图4是表示一实施方式的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

图5是表示一实施方式的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

图6是表示一实施方式的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

图7是表示一实施方式的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

图8是表示一实施方式的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

图9是表示一实施方式的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

图10是表示作为比较例的轴流压缩机的一部分的示意子午剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一些实施方式进行说明。但是，作为实施方式所记载的或附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不意味着将本发明的范围限定于此，只不过是简单的说明例而已。

例如，表示“在某方向”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”、“一致”等相对配置关系的表述不仅严格地表示这种相对配置关系，而且还表示以具有公差或得到相同功能的程度的角度或距离相对位移的状态。

另外，“备制”、“具有”、“具备”、“包含”或“有”某一构成要素这种表述不是将其它的构成要素的存在排除的排他性表述。

图1是表示作为一些实施方式中的旋转机械的轴流压缩机100的示意结构的剖视图。

图1所示的轴流压缩机100具备绕旋转中心轴O1旋转的轮毂2、覆盖轮毂2且在与轮毂2之间形成流体流路4的壳体6、固定于轮毂2的动叶片8、固定于壳体6的静叶片10。

动叶片8配置于流体流路4上，能够绕沿着轮毂2的径向的转动轴O2转动。在旋转中心轴O1的一处轴线方向位置沿周向排列的多个动叶片8构成一个动叶片列，多个动叶片列沿着旋转中心轴O1的轴线方向(以下，记载为轮毂2的轴向)排列。

静叶片10配置于流体流路4上，能够绕沿着轮毂2的径向的转动轴O3转动。在轮毂2的轴向的一处位置沿周向排列的多个静叶片10构成一个静叶片列，在轮毂的轴向上，动叶片列和静叶片列交替排列。

当轮毂2及固定于轮毂2的动叶片8绕旋转中心轴O1旋转时，从壳体6的入口7流入的流体被压缩，被压缩的流体从壳体6的出口9流出。

接着，对于图1所示的轴流压缩机100，使用图2～图9说明一些实施方式中的动叶片8及其周围的子午剖面形状。

图2是表示一实施方式的轴流压缩机100的一部分的示意子午剖视图。图3是表示一实施方式的轴流压缩机100的一部分的示意子午剖视图。图4是表示一实施方式的轴流压缩机100的一部分的示意子午剖视图。图5是表示一实施方式的轴流压缩机100的一部分的示意子午剖视图。图6是表示一实施方式的轴流压缩机100的一部分的示意子午剖视图。图7是表示一实施方式的轴流压缩机100的一部分的示意子午剖视图。图8是表示一实施方式的轴流压缩机100的一部分的示意子午剖视图。图9是表示一实施方式的轴流压缩机100的一部分的示意子午剖视图。

在一些实施方式中，例如图2～9所示，动叶片8包含向轮毂2的径向外侧凹陷的球面状的轮毂侧端面12。轮毂2包括：与动叶片8的轮毂侧端面12相对的叶片相对轮毂部16、在轮毂2的轴向上设置于叶片相对轮毂部16的上游侧的上游侧轮毂部20、在轮毂2的轴向上设置于叶片相对轮毂部16的下游侧的下游侧轮毂部32。在此，叶片相对轮毂部16包含第一叶片相对面14，第一叶片相对面14与动叶片8的轮毂侧端面12相对，并且具有向轮毂2的径向外侧凸出的球面状的第一球面区域15。上游侧轮毂部20具有在轮毂2的轴向上与第一叶片相对面14相邻的第一外周面18，下游侧轮毂部32具有在轮毂2的轴向上与第一叶片相对面14相邻的第二外周面34。第一球面区域15的球面中心O4位于动叶片8的转动轴O2和旋转机械的旋转中心轴O1的交点。此外，上游侧轮毂部20、叶片相对轮毂部16及下游侧轮毂部32也可以一体(由单个部件)构成，也可以分别分体(由不同的部件)构成。或者，上游侧轮毂部20、叶片相对轮毂部16及下游侧轮毂部32中的至少一个可以由多个部件构成，例如，如图8所示，叶片相对轮毂部16也可以由多个部件形成。

根据图2～图9所示的轴流压缩机100，动叶片8的轮毂侧端面12形成为球面状且第一叶片相对面14具有第一球面区域15，因此，即使使动叶片8向关闭侧转动，动叶片8的轮毂侧端面12和轮毂2的第一叶片相对面14之间的间隙也基本不会扩大。因此，能够减少间隙损失。

在一些实施方式中，例如，如图2～图4及图7～图9所示，第一外周面18的下游端18a在轮毂2的径向上比第一叶片相对面14的上游端14a位于更外侧。

该情况下，例如图2、图3及图7～图9所示，相对于将第一外周面18向下游侧延长的第一假想延长面180相比，第一叶片相对面14以不向轮毂2的径向外侧突出的方式形成。在图2、图3及图7～图9所示的实施方式中，将第一球面区域15的球面半径设为R0，将第一假想延长面180和球面中心O4之间的距离设为R1时，以满足R0≦R1的方式形成第一球面区域15。另外，如图4所示，即使第一叶片相对面14相对于将第一外周面18向下游侧延长的第一假想延长面180向轮毂2的径向外侧突出(即使第一球面区域15以R0＞R1的方式形成的情况)，也能够减小第一叶片相对面14相对于假想延长面180朝向轮毂2的径向外侧的突出量。

因此，能够抑制第一外周面18的下游侧的第一叶片相对面14妨碍沿着第一外周面18的流体的平滑流动F，因此，容易抑制二次流动的发生，抑制轴流压缩机100的性能降低。

相比之下，如图10所示，如果第一外周面18的下游端18a在轮毂2的径向上并未比第一叶片相对面14的上游端14a位于更外侧(在第一叶片相对面14和第一外周面18之间未形成台阶的情况)，沿着轮毂2的第一外周面18的平滑的流体流动F将会被第一球面区域15阻碍。其结果会产生向轮毂2的径向外侧的流动(所谓二次流动)，有可能导致轴流压缩机的性能降低。

在一些实施方式中，例如图2～图6、图8及图9所示，第二外周面34的上游端34a在轮毂2的径向上比第一叶片相对面14的下游端14b位于更外侧。

该情况下，例如图2～图5、图8及图9所示，第一叶片相对面14能够以相对于将第二外周面34向上游侧延长的第二假想延长面340不向轮毂2的径向外侧突出的方式形成。在图2～图5、图8及图9所示的实施方式中，如果将第一球面区域15的球面半径设为R0，将第二假想延长面340和球面中心之间的距离设为R2，则以满足R0≦R2的方式形成第一球面区域15。另外，如图6所示，即使第一叶片相对面14相对于将第二外周面34向上游侧延长的第二假想延长面340向轮毂2的径向外侧突出，也能够缩小第一叶片相对面14相对于第二假想延长面340朝向轮毂2的径向外侧的突出量。

因此，根据图2～图6、图8及图9所示的实施方式，能够抑制在第一球面区域15的后方区域发生的剥离现象，能够抑制轴流压缩机100的性能降低。

相比之下，如图10所示，如果第二外周面34的上游端34a在轮毂2的径向上并未比第一叶片相对面14的下游端14b位于更外侧(在第一叶片相对面14和第二外周面34之间未形成台阶的情况)，在第一球面区域15的后方区域S将会发生剥离现象，有可能导致轴流压缩机的性能降低。

在一些实施方式中，例如，如图2、图8及图9所示，可以以第一假想延长面180和第二假想延长面340一致的方式形成第一外周面18和第二外周面34。或者，例如图3～7所示，第一假想延长面180和第二假想延长面340也可以错开。在后者的情况下，为了降低第一叶片相对面14给主流的平滑流动造成的影响，如图3所示，第一叶片相对面14相对于第一假想延长面180和第二假想延长面340双方均不向轮毂2的径向外侧突出。在图3所示的实施方式中，第一球面区域15以同时满足R0≦R1和R0≦R2的方式形成。

此外，如果比较图5所示的满足R0＞R1且R0≦R2的情况和图7所示的满足R0≦R1且R0＞R2的情况，后者更容易抑制在第一球面区域15的后方区域中的剥离。因此，从抑制在第一球面区域15的后方区域发生的剥离的观点来看，希望比第一假想延长面180更加重视第二假想延长面340而设定第一球面区域15的球面半径R0。

在一些实施方式中，例如图8所示，动叶片8的转动轴O2与动叶片8的弦线的中心O5相比位于前缘40侧。在图8所示的实施方式中，第一叶片相对面14的上游端14a与轴流压缩机100的旋转中心轴O1之间的距离Dh1等于第一叶片相对面14的下游端14b与轴流压缩机100的旋转中心轴O1之间的距离Dh2，第一叶片相对面14的上游端14a与动叶片8的转动轴O2之间的距离L1等于第一叶片相对面14的下游端14b与动叶片8的转动轴O2之间的距离L2。在轮毂2的第一叶片相对面14形成球面区域的情况下，通常容易采用具有这种对称性的形状。但是该情况下，在动叶片8的前缘40侧将会产生无用的空间U1，在第一叶片相对面14附近产生再循环流，所以有可能降低轴流压缩机100的效率。

相比之下，在图9所示的实施方式中，动叶片8的转动轴O2与动叶片8的弦线的中心O5相比位于前缘40侧，第一叶片相对面14的上游端14a与轴流压缩机100的旋转中心轴O1之间的距离Dh1大于第一叶片相对面14的下游端14b与轴流压缩机100的旋转中心轴O1之间的距离Dh2，第一叶片相对面14的上游端14a与动叶片8的转动轴O2之间的距离L1小于第一叶片相对面14的下游端14b与动叶片8的转动轴O2之间的距离L2。

根据该结构，能够缩小包含第一球面区域15的第一叶片相对面14的上游端14a和第一球面区域15的顶点15a(是存在于第一球面区域15上，且在轮毂2的径向上最远离旋转中心轴O1的点，通常是第一球面区域15和转动轴O2的交点)之间的轴向距离及径向距离。因此，能够使轴流压缩机100的轴向尺寸紧凑，缩小动叶片8的前缘40侧的无用空间U1，以抑制第一叶片相对面14附近的再循环流(参照图8)。另外，能够抑制第一球面区域顶点15a在轮毂2的径向上自第一外周面18的突出量，有效降低第一叶片相对面14对沿着第一外周面18的流体的平滑流动F造成的影响。

在一些实施方式中，例如图9所示，轮毂2的第一外周面18的下游端18a与动叶片8的转动轴O2之间在轮毂2的轴向上的距离L3小于轮毂2的第二外周面34的上游端34a与动叶片8的转动轴O2之间在轮毂2的轴向上的距离L4。

根据该结构，能够使轴流压缩机100的轴向尺寸紧凑，减小动叶片8的前缘40侧的无用空间U1，可以抑制第一叶片相对面14附近的再循环流(参照图8)。另外，在流体流路4流动的流体难以通过空间U1流入动叶片8的轮毂侧端面12和轮毂2的第一叶片相对面14之间的间隙。由此，能够抑制轴流压缩机100的效率降低。

在一些实施方式中，例如图8及图9所示，动叶片8包含向轮毂2的径向外侧凸出的球面状的尖端侧端面22。壳体6包含：与动叶片8的尖端侧端面22相对的叶片相对壳体部26、在轮毂2的轴向上设置于叶片相对壳体部26的上游侧的上游侧壳体部30、在轮毂2的轴向上设置于叶片相对壳体部26的下游侧的下游侧壳体部36。在此，叶片相对壳体部26包含第二叶片相对面24，该第二叶片相对面24与动叶片8的尖端侧端面22相对，并且具有向轮毂2的径向外侧凹陷的球面状的第二球面区域25。上游侧壳体部30具有在轮毂2的轴向上与第二叶片相对面24相邻的第一内周面28，下游侧壳体部36具有在轮毂2的轴向上与第二叶片相对面24相邻的第二内周面38。此外，上游侧壳体部30、叶片相对壳体部26及下游侧壳体部36可以一体(由单个部件)构成，也可以分别分体(由不同的部件)构成。或者，上游侧壳体部30、叶片相对壳体部26及下游侧壳体部36中的至少一个还可以由多个部件构成，例如图8所示，叶片相对壳体部16可以由多个部件形成。

根据图8及图9所示的轴流压缩机100，动叶片8的尖端侧端面22形成为球面状，并且第二叶片相对面24具有第二球面区域25，因此，即使动叶片8向打开侧(动叶片8的弦线和轮毂2的轴向形成的角度减小的方向)转动，动叶片8的尖端侧端面22和壳体6的第二叶片相对面24之间的间隙也基本不会扩大。因此，能够减少间隙损失。

在一些实施方式中，例如图8所示，动叶片8的转动轴O2与动叶片8的弦线的中心O5相比位于前缘40侧，第二叶片相对面24的上游端24a与轴流压缩机100的旋转中心轴O1之间的距离Dt1等于第二叶片相对面24的下游端24b与轴流压缩机100的旋转中心轴O1之间的距离Dt2，第二叶片相对面24的上游端24a与动叶片8的转动轴O2之间的距离L5等于第二叶片相对面24的下游端24b与动叶片8的转动轴O2之间的距离L6。在轮毂2的第二叶片相对面24形成球面区域的情况下，通常容易采用具有这样对称性的形状。但是该情况下，在动叶片8的前缘40侧就会产生无用空间U2，在第一叶片相对面14附近会产生再循环流，因此轴流压缩机100的效率有可能降低。

相比之下，在图9所示的实施方式中，动叶片8的转动轴O2与动叶片8的弦线的中心O5相比位于前缘40侧，第二叶片相对面24的上游端24a与轴流压缩机100的旋转中心轴O1之间的距离Dt1大于第二叶片相对面24的下游端24b与轴流压缩机100的旋转中心轴O1之间的距离Dt2，第二叶片相对面24的上游端24a与动叶片8的转动轴O2之间的距离L5小于第二叶片相对面24的下游端24b与动叶片8的转动轴O2之间的距离L6。

根据该结构，能够缩小包含第二球面区域25的第二叶片相对面24的上游端24a与第二球面区域25的顶点25a(是存在于第二球面区域25上，且在轮毂2的径向上最远离旋转中心轴O1的点，通常是第二球面区域25和转动轴O2的交点)之间的轴向距离及径向距离。因此，能够使轴流压缩机100的轴向尺寸紧凑，减小动叶片8的前缘40侧的无用空间U2，以抑制第二叶片相对面24附近的再循环流(参照图8)。

在一些实施方式中，例如图9所示，壳体6的第一内周面28的下游端28a与动叶片8的转动轴O2之间的距离L7小于壳体的第二内周面38的上游端38a与动叶片8的转动轴O2之间在轮毂2的轴向上的距离L8。

根据该结构，能够使轴流压缩机100的轴向尺寸紧凑，减小动叶片8的前缘40侧的无用空间U2，以抑制第二叶片相对面24附近的再循环流(参照图8)。另外，从流体流路4的主流部分流入空间U2的流体减少，所以能够抑制动叶片8的尖端侧端面22和壳体6的第二叶片相对面24之间的间隙中的泄漏流。由此，能够抑制轴流压缩机100的效率降低。

本发明不限于上述的实施方式，还包含在上述的实施方式中增加变形的方式或适当组合这些实施方式的方式。

例如，在上述的一些实施方式中，对由轮毂2及壳体6形成的流体流路4的形状与动叶片8的形状之间的关系进行了说明，但这些关系，也可以适用于该流体流路4的形状与静叶片10的形状之间的关系。

另外，本发明例如可应用于锅炉用轴流风扇、高炉用轴流鼓风机、气体涡轮压缩机及各种涡轮等旋转机械。

附图标记说明

2 轮毂

4 流体流路

6 壳体

7 入口

8 动叶片

9 出口

10 静叶片

12 轮毂侧端面

14 第一叶片相对面

14a 第一叶片相对面的上游端

15 第一球面区域

16 叶片相对轮毂部

18 第一外周面

18a 第一外周面的下游端

20 上游侧轮毂部

22 尖端侧端面

24 第二叶片相对面

24a 第二叶片相对面的上游端

25 第二球面区域

26 叶片相对壳体部

28 第一内周面

28a 第一内周面的下游端

30 上游侧壳体部

32 下游侧轮毂部

34 第二外周面

34a 第二外周面的上游端

36 下游侧壳体部

38 第二内周面

38a 第二内周面的上游端

40 前缘

100 轴流压缩机

180 第一假想延长面

340 第二假想延长面

Claims (11)

1.一种旋转机械，具备：

轮毂，其构成为绕旋转中心轴旋转；

壳体，其构成为覆盖所述轮毂，在所述壳体与所述轮毂之间形成流体流路；

可变叶片，其配置于所述流体流路上，构成为能够绕沿着所述轮毂的径向的转动轴转动，

其特征在于，

所述可变叶片包含球面状的轮毂侧端面，所述轮毂侧端面向所述轮毂的径向外侧凹陷，

所述轮毂包括：

叶片相对轮毂部，其包含第一叶片相对面，该第一叶片相对面与所述可变叶片的所述轮毂侧端面相对，并且具有向所述轮毂的径向外侧凸出的球面状的第一球面区域；

上游侧轮毂部，其在所述轮毂的轴向上设置于所述叶片相对轮毂部的上游侧，具有在所述轴向上与所述第一叶片相对面相邻的第一外周面；

下游侧轮毂部，其在所述轴向上设置于所述叶片相对轮毂部的下游侧，具有在所述轴向上与所述第一叶片相对面相邻的第二外周面，

所述旋转机械满足以下的条件a和条件b中的至少一个：

a、所述第一外周面的下游端在所述轮毂的径向上比所述第一叶片相对面的上游端位于更外侧；

b、所述第二外周面的上游端在所述轮毂的径向上比所述第一叶片相对面的下游端位于更外侧。

2.如权利要求1所述的旋转机械，其特征在于，

所述旋转机械至少满足所述条件a，

所述第一叶片相对面形成为，与将所述第一外周面向下游侧延长的第一假想延长面相比，在所述轮毂的径向上不向外侧突出。

3.如权利要求1或2所述的旋转机械，其特征在于，

所述旋转机械至少满足所述条件b，

所述第一叶片相对面形成为，与将所述第二外周面向上游侧延长的第二假想延长面相比，在所述轮毂的径向上不向外侧突出。

4.如权利要求1～3中任一项所述的旋转机械，其特征在于，

所述第一球面区域的球面中心位于所述可变叶片的转动轴和所述旋转机械的旋转中心轴的交点，

在将所述第一球面区域的球面半径设为R0，将使所述第一外周面向下游侧延长的第一假想延长面与所述球面中心之间的距离设为R1时，

所述第一球面区域以满足R0≦R1的方式形成。

5.如权利要求1～4中任一项所述的旋转机械，其特征在于，

所述第一球面区域的球面中心位于所述可变叶片的转动轴和所述旋转机械的旋转中心轴的交点，

在将所述第一球面区域的球面半径设为R0，将使所述第二外周面向上游侧延长的第二假想延长面与所述球面中心之间的距离设为R2时，

所述第一球面区域以满足R0≦R2的方式形成。

6.如权利要求1～5中任一项所述的旋转机械，其特征在于，

所述可变叶片的转动轴与所述可变叶片的弦线的中心相比位于前缘侧，

所述第一叶片相对面的上游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dh1大于所述第一叶片相对面的下游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dh2，

所述第一叶片相对面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L1小于所述第一叶片相对面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L2。

7.如权利要求6所述的旋转机械，其特征在于，

所述轮毂的第一外周面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间在所述轮毂的轴向上的距离L3小于所述轮毂的第二外周面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间在所述轮毂的轴向上的距离L4。

8.如权利要求1～7中任一项所述的旋转机械，其特征在于，

所述可变叶片包含球面状的尖端侧端面，所述尖端侧端面向所述轮毂的径向外侧凸出，

所述壳体包括：

叶片相对壳体部，其包含第二叶片相对面，该第二叶片相对面与所述可变叶片的所述尖端侧端面相对，并且具有向所述轮毂的径向外侧凹陷的球面状的第二球面区域；

上游侧壳体部，其在所述轮毂的轴向上设置于所述叶片相对壳体部的上游侧，具有在所述轴向上与所述第二叶片相对面相邻的第一内周面；

下游侧壳体部，其在所述轴向上设置于所述叶片相对壳体部的下游侧，具有在所述轴向上与所述第二叶片相对面相邻的第二内周面，

所述可变叶片的转动轴与所述可变叶片的弦线的中心相比位于前缘侧，

所述第二叶片相对面的上游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dt1大于所述第二叶片相对面的下游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dt2，

所述第二叶片相对面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L5小于所述第二叶片相对面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L6。

9.如权利要求8所述的旋转机械，其特征在于，

所述壳体的第一内周面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L7小于所述壳体的第二内周面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间在所述轮毂的轴向上的距离L8。

10.一种旋转机械，具备：

轮毂，其构成为绕旋转中心轴旋转；

壳体，其构成为覆盖所述轮毂，在所述壳体与所述轮毂之间形成流体流路；

可变叶片，其配置于所述流体流路上，构成为能够绕沿着所述轮毂的径向的转动轴转动，

其特征在于，

所述可变叶片包含球面状的尖端侧端面，所述尖端侧端面向所述轮毂的径向外侧凸出，

所述壳体包括：

叶片相对壳体部，其包含第二叶片相对面，该第二叶片相对面与所述可变叶片的所述尖端侧端面相对，并且具有向所述轮毂的径向外侧凹陷的球面状的第二球面区域；

上游侧壳体部，其在所述轮毂的轴向上设置于所述叶片相对壳体部的上游侧，具有在所述轴向上与所述第二叶片相对面相邻的第一内周面；

下游侧壳体部，其在所述轴向上设置于所述叶片相对壳体部的下游侧，具有在所述轴向上与所述第二叶片相对面相邻的第二内周面，

所述可变叶片的转动轴与所述可变叶片的弦线的中心相比位于前缘侧，

所述第二叶片相对面的上游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dt1大于所述第二叶片相对面的下游端与所述旋转机械的旋转中心轴之间的距离Dt2，

所述第二叶片相对面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L5小于所述第二叶片相对面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L6。

11.如权利要求10所述的旋转机械，其特征在于，

所述壳体的第一内周面的下游端与所述可变叶片的转动轴之间的距离L7小于所述壳体的第二内周面的上游端与所述可变叶片的转动轴之间在所述轮毂的轴向上的距离L8。