CN109964044B - 压缩机及其叶片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

压缩机叶片(30)的前端部(33)相对于外壳(10)以具有间隙的方式对置。前端部(33)具有包含叶片前缘(LE)的上游侧区域(34)和包含叶片后缘(TE)的下游侧区域(36)。上游侧区域(34)具有小间隙部(35),该小间隙部(35)包括间隙在前端部(33)中成为最小的部分。在下游侧区域(36)的整个区域的范围内形成间隙比小间隙部(35)的间隙大的大间隙部(37)。

Description

压缩机及其叶片的制造方法
技术领域
本发明涉及压缩机及其叶片的制造方法。
本申请基于2016年11月18日在美国申请的美国专利临时申请第62/424,022号以及2016年11月18日在美国申请的美国专利临时申请第62/424,029号主张优先权,在此引用该内容。
背景技术
压缩机具备以轴线为中心而旋转的转子和覆盖该转子的外周侧的外壳。转子具有旋转轴部和多个叶片,该旋转轴部以轴线为中心沿轴线方向延伸,该多个叶片在周向上隔开间隔地设置于旋转轴部。多个叶片分别具有前缘、后缘、正压面、负压面和前端部。前端部相对于外壳以具有间隙的方式对置。
叶片以轴线为中心而旋转,因此在该叶片的前端部与作为静止体的外壳之间需要间隙。当有该间隙时,在周向上排列的第一叶片、第二叶片和第三叶片中的、例如在第一叶片与第二叶片之间流动的气体的一部分通过第二叶片与外壳之间的间隙,流入第二叶片与第三叶片之间。通过第二叶片与外壳之间的间隙的气体即泄漏气体会妨碍在第二叶片与第三叶片之间流动的气体的流动。因此,当泄漏气体的运动量增大时,压缩机的性能降低。
因此,在以下的专利文献1中,通过在前端部形成多个槽,来抑制泄漏气体的运动量。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利申请公开第2014/0186190号说明书
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于,提供一种在确保外壳与叶片之间的间隙的同时,抑制由泄漏气体的影响导致的压缩机的性能降低的技术。
用于解决课题的方案
用于实现上述目的的发明的一个方案的压缩机具备以轴线为中心而旋转的转子和覆盖所述转子的外周侧的外壳。所述转子具有旋转轴部和多个叶片,该旋转轴部以所述轴线为中心而旋转,该多个叶片在相对于所述轴线的周向上隔开间隔地设置于所述旋转轴部。多个所述叶片分别具有:前缘,其形成所述轴线延伸的轴线方向的边缘;后缘,其形成与所述前缘相反一侧的边缘;正压面及负压面,它们连接所述前缘和所述后缘,朝向包含所述周向的成分的方向,且为相互背对背的关系;以及前端部,其连接所述前缘和所述后缘,且相对于所述外壳以具有间隙的方式对置。所述前端部具有包含所述前缘的上游侧区域和包含所述后缘的下游侧区域。所述上游侧区域具有小间隙部,该小间隙部包括所述间隙在所述前端部中成为最小的部分。所述下游侧区域从所述小间隙部的所述后缘一侧的边缘延伸至所述后缘。所述下游侧区域在所述下游侧区域的整个区域的范围内形成所述间隙比所述小间隙部的间隙大的大间隙部。
在本方案的压缩机中,由于在上游侧区域形成小间隙部,因此通过某个叶片的间隙的泄漏气体的最大运动量产生的位置偏移至后缘侧。因此,在本方案中,能够减少该泄漏气体对与某一叶片相邻的其他叶片的影响。
这里,在所述一个方案的所述压缩机的基础上,也可以是,作为所述间隙的最小值的最小间隙的位置是在所述叶片的弦延伸的弦方向上距所述前缘为所述叶片的弦长的5%~60%的距离的位置。
另外,在所述压缩机的基础上,也可以是,所述最小间隙的位置是在所述弦方向上距所述前缘为所述弦长的10%~60%的距离的位置。
在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,作为所述间隙的最小值的最小间隙为所述叶片的弦长的0.4%以上。
另外,在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,所述小间隙部的所述前缘的一侧的边缘是在所述叶片的弦延伸的弦方向上距所述前缘为所述叶片的弦长的0%~25%的距离的位置。
在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,所述小间隙部存在于所述叶片的弦延伸的弦方向上的所述前缘至距所述前缘为弦长的10%~60%的距离的位置。
在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,所述叶片的所述间隙从所述前缘至作为所述间隙的最小值的最小间隙的位置平滑地变化。
在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,所述小间隙部包括在所述叶片的弦延伸的弦方向上作为所述正压面与所述负压面的间隔的叶片厚度成为最大的位置。
在本方案中,即使形成小间隙部,也能够抑制叶片的振动特性及强度特性的降低。
在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,所述小间隙部的所述间隙根据所述周向的位置而变化。
在本方案中,即使小间隙部与外壳接触,也仅小间隙部的周向的一部分接触,能够抑制因接触引起的小间隙部的损伤。
在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,所述小间隙部仅存在于所述上游侧区域中的所述周向的一部分。
在本方案中,即使小间隙部与外壳接触,也仅前端部的周向的一部分接触,能够抑制因接触引起的前端部的损伤。并且,在本方案中,能够实现前端部的叶片厚度的薄壁化。
在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,所述小间隙部的可磨性比所述叶片中除了所述小间隙部以外的部分高。
在本方案中,即使小间隙部与外壳接触,也能够抑制外壳的损伤。
在以上的任一方案的所述压缩机的基础上,也可以是,具有在所述轴线方向上隔开间隔地配置的多个静叶栅。多个所述静叶栅均具有在所述周向上隔开间隔地固定于所述外壳的多个静叶。所述转子具有在所述轴线方向上隔开间隔地配置的多个叶片栅。多个所述叶片栅分别配置在多个所述静叶栅中的任一个静叶栅的轴线上游侧。多个所述叶片栅均具有在所述周向上隔开间隔地设置于所述旋转轴部的多个所述叶片。
为了用于实现上述目的的发明的一个方案的叶片的制造方法是在压缩机的外壳内以轴线为中心,在相对于所述轴线的周向上旋转,其中,执行如下工序:中间件形成工序,形成所述叶片的中间件;以及加工工序,对所述中间件进行加工。在所述中间件形成工序中形成的所述中间件具有:前缘,其形成所述轴线延伸的轴线方向的边缘;后缘,其形成与所述前缘相反一侧的边缘;正压面及负压面,它们连接所述前缘和所述后缘,朝向包含所述周向的成分的方向,且为相互背对背的关系;以及加工前前端部,其与所述外壳对置。在所述加工工序中,对所述中间件的所述加工前前端部进行加工,将所述前缘和所述后缘连接,形成相对于所述外壳以具有间隙的方式对置的加工后前端部。所述加工后前端部具有包含所述前缘的上游侧区域和包含所述后缘的下游侧区域。所述上游侧区域具有小间隙部,该小间隙部包括所述间隙在所述前端部中成为最小的部分。所述下游侧区域从所述小间隙部的所述后缘一侧的边缘延伸至所述后缘。所述下游侧区域在所述下游侧区域的整个区域的范围内形成所述间隙比所述小间隙部的间隙大的大间隙部。
通过本方案的方法制造出的叶片在上游侧区域形成小间隙部。因此,通过某个叶片的间隙的泄漏气体的最大运动量产生的位置偏移至后缘侧。因此,能够减小该泄漏气体对与某一叶片相邻的其他叶片的影响。
这里,在所述一个方案的所述叶片的制造方法的基础上,也可以是,在所述中间件形成工序中,以所述加工前前端部的所述间隙在所述中间件的弦延伸的弦方向中的所述加工前前端部的整个区域的范围内,成为与所述加工后前端部中的所述大间隙部中的最大间隙相同的间隙的方式形成所述中间件,在所述加工工序中,在所述加工前前端部中成为所述小间隙部的部分堆积形成所述小间隙部的材料,从而形成所述小间隙。
在堆积形成所述小间隙部的材料的所述叶片的制造方法的基础上,也可以是,作为所述小间隙部的所述材料,使用可磨性比形成所述中间件的材料高的材料。
在所述一个方案的所述叶片的制造方法的基础上,也可以是,在所述中间件形成工序中,以所述加工前前端部的所述间隙在所述中间件的弦延伸的弦方向中的所述加工前前端部的整个区域的范围内,成为所述加工后前端部中的所述小间隙部中的最小间隙以下的方式形成所述中间件,在所述加工工序中,对所述加工前前端部中成为所述大间隙部的部分进行切削,从而形成所述大间隙部。
发明效果
根据本发明的一个方案,能够在确保外壳与叶片之间的间隙的同时,抑制因泄漏气体的影响导致的压缩机的性能降低。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式中的压缩机的局部剖视图。
图2是本发明的第一实施方式中的叶片的局部侧视图。
图3是本发明的第一实施方式中的中间件的局部侧视图。
图4是本发明的第一实施方式中的叶片的局部剖视图。
图5是表示包含本发明的第一实施方式中的叶片的各种叶片的距前缘的距离与泄漏气体的运动量的关系的曲线图。
图6是表示本发明的第一实施方式的实施例中的叶片与比较例中的叶片的分级(stage)效果的曲线图。
图7是比较例中的压缩机的局部剖视图。
图8是比较例中的叶片的局部侧视图。
图9是表示公称间隙互不相同的多个比较例中的叶片的距前缘的距离与泄漏气体的运动量的关系的曲线图。
图10是本发明的第一实施方式的第一变形例中的叶片的局部侧视图。
图11是从径向外侧观察本发明的第一实施方式的第二变形例中的叶片的图。
图12是本发明的第一实施方式的各种变形例中的叶片的局部剖视图。图12的(A)是第三变形例中的叶片的局部剖视图。图12的(B)是第四变形例中的叶片的局部剖视图。图12的(C)是第五变形例中的叶片的局部剖视图。图12的(D)是第六变形例中的叶片的局部剖视图。图12的(E)是第七变形例中的叶片的局部剖视图。图12的(F)是第八变形例中的叶片的局部剖视图。
图13是本发明的第二实施方式中的叶片的局部侧视图。
图14是本发明的第二实施方式的各种变形例中的叶片的局部剖视图。图14的(A)是第一变形例中的叶片的局部剖视图。图14的(B)是第二变形例中的叶片的局部剖视图。图14的(C)是第三变形例中的叶片的局部剖视图。图14的(D)是第四变形例中的叶片的局部剖视图。
图15是本发明的第三实施方式中的压缩机的局部剖视图。
图16是本发明的第四实施方式中的压缩机的局部剖视图。
具体实施方式
以下,使用附图对压缩机的各种实施方式进行说明。
“第一实施方式”
参照图1~图9对压缩机的第一实施方式进行说明。
首先,在说明本实施方式的压缩机说明前,对比较例的压缩机进行说明。
比较例的压缩机为轴流压缩机。如图7所示,该压缩机具备以轴线Ar为中心而旋转的转子20x、覆盖转子20x的外周侧的外壳10和多个静叶栅15。这里,将轴线Ar延伸的方向设为轴线方向X。将该轴线方向X的一侧设为轴线上游侧Xu,将该轴线方向X的另一侧设为轴线下游侧Xd。另外,在相对于轴线Ar的径向R上,将靠近轴线Ar的一侧设为径向内侧Ri,将其相反侧设为径向外侧Ro。另外,将相对于轴线Ar的周向简称为周向θ。需要说明的是,在轴流压缩机中,轴线上游侧Xu为被压缩的气体的主流动MS的上游侧,轴线下游侧Xd为主流动MS的下游侧。
转子20x具有旋转轴部21和多个叶片栅22x,该旋转轴部21以轴线Ar为中心沿轴线方向X延伸,该多个叶片栅22x沿轴线方向X隔开间隔地设置于旋转轴部21。各叶片栅22x均具有沿周向θ排列的多个叶片30x。
多个静叶栅15分别配置于叶片栅22x中的任意叶片栅22x的轴线下游侧Xd。各静叶栅15均具有沿周向θ排列的多个静叶16。多个静叶16均固定于外壳10。
如图8所示,叶片30x具有前缘LE、后缘TE、正压面31、负压面32和前端部33x。前缘LE形成叶片30x的轴线上游侧Xu的边缘。后缘TE形成叶片30x的轴线下游侧Xd的边缘。正压面31及负压面32均朝向包含周向θ的成分的方向,并连接前缘LE和后缘TE。需要说明的是,正压面31在周向θ上朝向旋转轴部21的旋转侧。另外,负压面32在周向θ上朝向旋转轴部21的反旋转侧。即,正压面31与负压面32是背对背的关系。前端部33x相对于外壳10以具有间隙的方式对置,并连接前缘LE和后缘TE。
比较例的前端部33x处的间隙是在前端部33x的整个区域的范围内实质上恒定的间隙CLn。因此,在该叶片30x的弦Ch延伸的弦方向Dc上,该叶片30x的前缘LE的位置处的间隙以及该叶片30x的后缘TE的位置处的间隙均为间隙CLn。该间隙CLn是比较例的叶片30x的公称间隙。
该间隙CLn例如如以下的式(1)所示,为跨距S的2%。
CLn=0.02·S·······(1)
需要说明的是,跨距S是指从叶片30x的根部到外壳10的距离。但是,跨距在轴线方向X或弦方向Dc的位置发生变化。因此,这里,将轴线方向X或弦方向Dc上的叶片30x的重心位置处的跨距设为跨距S。另外,以下所示的各部分的尺寸均为压缩机未动作且压缩机冷却的状态下的尺寸。
从轴线Ar到前端部33x与前缘LE的交点的距离、即前缘LE半径RLE和从轴线Ar到前端部33x与后缘TE的交点的距离、即后缘TE半径RTE存在以下的式(2)所示的关系。
RLE≥RTE·······(2)
如以上那样,当在叶片30x与外壳10之间存在间隙CLn时,沿周向θ排列的第一叶片、第二叶片和第三叶片中的、例如在第一叶片与第二叶片之间流动的气体的一部分通过第二叶片与外壳10之间的间隙,流入第二叶片与第三叶片之间。通过第二叶片与外壳10之间的间隙的气体即泄漏气体会妨碍在第二叶片与第三叶片之间流动的气体的流动。因此,当泄漏气体的运动量增大时,压缩机的性能降低。并且,压缩机的运转稳定性降低,根据情况而导致压缩机的失速。
对于使比较例的公称间隙CLn变化的情况下的泄漏气体的运动量,进行了CFD(Computational Fluid Dynamics)计算,得到图9所示的计算结果。例如,如图9所示,在公称间隙CLn为0.03·S(跨距S的3%)的情况下,泄漏气体的最大运动量产生的位置是在弦方向Dc上距前缘LE为弦长ChL的25%的位置。另外,泄漏气体的运动量基本上是在弦方向Dc上的任意位置处,与间隙小的情况相比,间隙较大的情况下,泄漏气体的运动量增大。
假设,在弦方向Dc上距前缘LE为弦长ChL的25%的位置处,泄漏气体的运动量变成最大。在该情况下,由于在弦方向Dc上距前缘LE为弦长ChL的25%的位置接近前缘LE,因此该泄漏气体也会对在周向θ上相邻的叶片30x产生影响。即,在该情况下,在第一叶片与第二叶片之间流动的气体的一部分通过第二叶片与外壳10之间的间隙,作为泄漏气体流入第二叶片与第三叶片之间,并且,该泄漏气体也对第三叶片产生影响。这样,对在周向θ上相邻的第二叶片及第三叶片这两者产生影响的现象被称为双重泄漏。与不存在双重泄漏的情况相比,该双重泄漏对压缩机的性能及运转稳定性会进一步造成不良影响。
接下来,对本实施方式的压缩机进行说明。本实施方式的压缩机也与比较例的压缩机同样地是轴流压缩机。
如图1所示,本实施方式的压缩机也与比较例的压缩机同样具备以轴线Ar为中心而旋转的转子20、覆盖转子20的外周侧的外壳10和多个静叶栅15。
转子20具有旋转轴部21和多个叶片栅22,该旋转轴部21以轴线Ar为中心沿轴线方向X延伸,该多个叶片栅22沿轴线方向X隔开间隔地设置于旋转轴部21。各叶片栅22均具有沿周向θ排列的多个叶片30。
多个静叶栅15分别配置于叶片栅22中的任意叶片栅22的轴线下游侧Xd。换言之,多个叶片栅22分别配置于多个静叶栅15中的任一静叶栅15的轴线上游侧Xu。各静叶栅15均具有沿周向θ排列的多个静叶16。多个静叶16均固定于外壳10。
如图2及图4所示,叶片30与比较例的叶片30x同样地,具有前缘LE、后缘TE、正压面31、负压面32和前端部33。前缘LE形成叶片30的轴线上游侧Xu的边缘。后缘TE形成叶片30的轴线下游侧Xd的边缘。正压面31及负压面32均朝向包含周向θ的成分的方向,并连接前缘LE和后缘TE。需要说明的是,正压面31在周向θ上朝向旋转轴部21的旋转侧。另外,负压面32在周向θ上朝向旋转轴部21的反旋转侧。即,正压面31与负压面32是背对背的关系。前端部33相对于外壳10以具有间隙的方式对置,并连接前缘LE和后缘TE。
本实施方式的前端部33与比较例的前端部33x不同。本实施方式的前端部33具有包含前缘LE的上游侧区域34和包含后缘TE的下游侧区域36。上游侧区域34具有小间隙部35。下游侧区域36在该下游侧区域36的整个区域的范围内形成大间隙部37。小间隙部35包括间隙在前端部33中成为最小的部分。
如图4所示,小间隙部35在该叶片30的弦Ch延伸的弦方向Dc上的任意位置处,相对于轴线Ar垂直的截面形状均为半圆形。因此,小间隙部35的间隙随着从正压面31朝向负压面32侧而逐渐变小,在周向θ上的正压面31与负压面32的中间位置处间隙变得最小。并且,小间隙部35随着从正压面31与负压面32的中间位置接近负压面32而间隙逐渐变大。这样,本实施方式的小间隙部35中,间隙根据周向θ的位置而变化。
下游侧区域36从小间隙部35中的后缘侧Dcb的边缘、即轴线下游侧Xd的边缘P2延伸至后缘TE。大间隙部37的间隙比小间隙部35的间隙大。需要说明的是,本实施方式的大间隙部37的间隙在大间隙部37(=下游侧区域36)的整个区域中为本实施方式的叶片30的最大间隙CLmax
本实施方式的叶片30如下制造。
首先,如图3所示,形成叶片30的中间件38(中间件形成工序)。接下来,对该中间件38进行加工(加工工序)。
在中间件形成工序中形成的中间件38例如由不锈钢等金属形成。该中间件38具有前缘LE、后缘TE、正压面31、负压面32和加工前前端部39。加工前前端部39与外壳10对置。加工前前端部39的间隙是在该加工前前端部39的弦方向Dc上的整个区域的范围内与加工后前端部33中的大间隙部37的最大间隙CLmax实质上相同的间隙。即,中间件38的加工前前端部39与比较例的叶片30x的前端部33x实质上相同。因此,该加工前前端部39的间隙、换言之大间隙部37的最大间隙CLmax与比较例的叶片30x的公称间隙CLn实质上相同。因此,中间件38与比较例的叶片30x实质上相同。需要说明的是,加工后前端部33为叶片30完成时的前端部33。
在加工工序中,对中间件38的加工前前端部39进行加工,形成作为完成时的前端部33的加工后前端部33。因此,如图2所示,该加工后前端部33具有包含前缘LE的上游侧区域34和包含后缘TE的下游侧区域36。上游侧区域34具有小间隙部35,该小间隙部35包括间隙在前端部33中成为最小的部分。下游侧区域36从小间隙部35的后缘侧Dcb(轴线下游侧Xd)的边缘P2延伸至后缘TE。该下游侧区域36在下游侧区域36的整个区域的范围内,形成间隙比小间隙部35的间隙大的大间隙部37。
具体而言,在加工工序中,在加工前前端部39中成为小间隙部35的部分,堆积形成小间隙部35的金属材料、例如不锈钢,来形成小间隙部35。作为堆积金属材料的方法,有焊接。
当加工工序结束时,基本上完成叶片30。但是,根据需要,在加工工序后为了调整加工后的产品的形状、尺寸,也可以进行对该加工后的产品的表面进行磨削等精加工。
接下来,参照图2对叶片30的各部分的尺寸等进行详细说明。
叶片30的最小间隙CLmin也是小间隙部35中的最小间隙CLmin。该最小间隙CLmin如以下的式(3)所示,为弦长ChL的0.4%以上且小于最大间隙CLmax
CLmax>CLmin≥0.004·ChL·······(3)
需要说明的是,这里的弦长ChL为叶片高度Bh50%的位置处的弦长ChL。叶片高度Bh为从叶片30的根部到前端的距离。另外,这里的最大间隙CLmax例如为跨距S的2%~3%。
因此,在径向R上,从叶片30的根部到叶片30中的最小间隙CLmin的位置P3的距离a由以上限定的最小间隙CLmin确定。即,从跨距S减去最小间隙CLmin后的值成为距离a。
弦方向Dc上的最小间隙CLmin的位置P3如以下的式(4)所示,是距前缘LE为弦长ChL的5%~60%的任意距离的位置。
0.05·ChL≤P3≤0.60·ChL·······(4)
弦方向Dc上的最小间隙CLmin的位置P3优选如以下的式(5)所示,是距前缘LE为弦长ChL的10%~60%中的任意距离的位置。
0.10·ChL≤P3≤0.60·ChL·······(5)
需要说明的是,图中的区域c在本实施方式中是表示弦方向Dc上的最小间隙CLmin的最小间隙区域c。
在中间件38的加工前前端部39中,堆积形成小间隙部35的材料的隆起区域b包含前述的最小间隙区域c。因此,隆起区域b的弦方向Dc上的后缘侧Dcb的边缘P2比最小间隙区域c靠后缘侧Dcb。另外,隆起区域b的弦方向Dc上的前缘侧Dcf的边缘P1比最小间隙区域c靠前缘侧Dcf。
在本实施方式中,隆起区域b的弦方向Dc上的前缘侧Dcf的边缘P1是弦方向Dc上的前缘LE的位置。然而,隆起区域b的前缘侧Dcf的边缘P1如以下的式(6)所示,也可以是距前缘LE为弦长ChL的0%~25%的任意距离的位置。因此,隆起区域b的前缘侧Dcf的边缘P1如图11所示,也可以不是弦方向Dc上的前缘LE的位置。
0.00·ChL≤P3≤0.25·ChL·······(6)
以上说明的弦方向Dc上的最小间隙区域c的位置及隆起区域b的位置优选基于泄漏气体的最大运动量产生的位置来确定。具体而言,在不存在隆起区域b的情况下的弦方向Dc上的泄漏气体的最大运动量产生的位置,至少存在最小间隙区域c。并且,与该位置相比,使隆起区域b的前缘侧Dcf的边缘P1存在于前缘侧Dcf,与该位置相比,使隆起区域b的后缘侧Dcb的边缘P2存在于后缘侧Dcb。
在从前缘LE经由隆起区域b的前缘侧Dcf的边缘P1到最小间隙区域c的前缘侧Dcf的边缘P4的区域d内,相对于弦方向Dc的位置变化,该位置处相对于外壳10的间隙平滑地变化。因此,在本实施方式中,能够缓和气体相对于区域d的冲击。
另外,在从最小间隙区域c的后缘侧Dcb的边缘P5到隆起区域b的后缘侧Dcb的边缘P2的区域d内,相对于弦方向Dc的位置变化,该位置处相对于外壳10的间隙平滑地变化。
如以上那样,相对于在隆起区域b内的弦方向Dc的位置变化的、在该位置处的间隙不需要为恒定。例如,如图10所示,从周向θ观察小间隙部35的形状也可以呈半椭圆形状。在该情况下,随着从隆起区域b的前缘侧Dcf的边缘P1朝向后缘侧Dcb,间隙逐渐变小。并且,在比边缘P1靠后缘侧Dcb的位置处成为最小间隙CLmin。该情况下的最小间隙CLmin的区域实质上不具有弦方向Dc的宽度。并且,随着从该最小间隙CLmin的位置接近于隆起区域b的后缘侧Dcb的边缘P2,间隙逐渐变大。另外,以上,最小间隙区域c仅在弦方向Dc的一个部位,但也可以散布在弦方向Dc的多个部位。即,如果最小间隙CLmin的位置为满足前述的式(4)或式(5)的位置,则相对于在隆起区域b内的弦方向Dc的位置变化的、在该位置处的间隙可以为任意的。但是,最小间隙CLmin需要满足前述的式(3)。
接下来,使用图5对本实施方式的压缩机的效果进行说明。需要说明的是,图5是通过CFD计算得到的数据。该图5涉及公称间隙CLn为0.03S的比较例1、公称间隙CLn为0.03S的比较例2、以及本实施方式的实施例,示出了距叶片的前缘LE的距离与泄漏气体的运动量的关系。比较例1是图9中的比较例。另外,比较例2与比较例1同样地,公称间隙CLn为0.03S,但叶片形状与比较例1不同。
在本实施方式的实施例的叶片30中,与公称间隙CLn为0.03S的比较例1、2的叶片相比,泄漏气体的最大运动量产生的位置偏移至后缘侧Dcb。具体而言,在本实施例中,泄漏气体的最大运动量产生的位置成为在弦方向Dc上距前缘LE为弦长ChL的约60%的位置。而且,在本实施例中,与比较例1、2的叶片相比,泄漏气体的最大运动量为约1/3左右或1/3以下。
因此,在本实施例中,如图6所示,例如,与比较例2相比,能够将一个叶片栅的性能、换言之一个分级的效果提高至0.9%左右。
因此,在本实施方式中,能够在确保外壳10与叶片30之间的间隙的同时,抑制因泄漏气体的影响导致的压缩机的性能降低。
然而,在压缩机的起动时、停止时,产生转子20与外壳10的热伸缩差,间隙发生变化。因此,在压缩机的起动时或停止时,有可能叶片30的前端部33与外壳10接触。
在轴流压缩机中,外壳10的内径随着朝向轴线下游侧Xd而逐渐变小。假设,在由于转子20与外壳10的热伸缩差,叶片30的后缘TE相对于外壳10相对地移动到轴线下游侧Xd的情况下,在前端部33中包含后缘TE的下游侧区域36与外壳10接触的可能性提高。然而,在本实施方式中,前端部33的下游侧区域36在整个区域的范围内形成大间隙部37,因此与将前端部33的整个区域设为小间隙部35的情况相比,能够降低下游侧区域36与外壳10的接触可能性。
另外,本实施方式的小间隙部35如前所述,间隙根据周向θ的位置而变化。因此,即使小间隙部35与外壳10接触,也仅小间隙部35的周向θ的一部分接触,能够抑制因接触引起的小间隙部35的损伤。
在本实施方式中,在中间件38的加工前前端部39堆积金属材料,根据需要,切削金属材料而形成小间隙部35。因此,容易将小间隙部35形成为目标形状。换言之,通过如本实施方式那样形成前端部33,从而能够容易地将前端部33形成为多种多样的形状。
在构成叶片30的部分中,形成小间隙部35的材料与形成其他部分的材料可以相同,但也可以为不同的材料。例如,形成小间隙部35的材料也可以是可磨性比形成其他部分的材料高的材料。这里的可磨性高是指在与外壳10接触的情况下,形成小间隙部35的材料比形成其他部分的材料容易被切削。因此,例如,形成小间隙部35的材料也可以是比形成其他部分的材料柔软的材料。具体而言,例如,在由Cr基合金形成其他部分的情况下,也可以由比该Cr基合金柔软的不锈钢形成小间隙部35。另外,在由某些不锈钢形成其他部分的情况下,也可以由比该不锈钢柔软的其他的不锈钢形成小间隙部35。
以上的实施方式的小间隙部35在弦方向Dc中的任意位置,相对于轴线Ar垂直的截面形状均为半圆形。然而,小间隙部35相对于轴线Ar垂直的截面形状并不局限于此。
例如,小间隙部35相对于轴线Ar垂直的截面形状也可以是图12的(A)~(F)所示的形状。具体而言,如图12的(A)所示,小间隙部35的截面形状也可以为长方形状。在该情况下,长方形的一边与叶片30的正压面31在同一平面,与该一边对应的另一边与叶片30的负压面32在同一平面。
另外,如图12的(B)所示,小间隙部35的截面形状也可以为半椭圆形状。
另外,如图12的(C)及(D)所示,小间隙部35的截面形状也可以为直角三角形。在该情况下,直角三角形的斜边与外壳10对置,其他两个边中的一边与叶片30的正压面31或负压面32在同一平面。
另外,如图12的(E)及(F)所示,也可以仅在叶片30的前端部33的周向θ的一部分存在小间隙部35。在该情况下,小间隙部35的一边仅相对于叶片30的正压面31和负压面32中的一个面在同一平面。这样,通过使小间隙部35偏向叶片30的正压面31和负压面32中的一个面侧,从而实现前端部33的叶片厚度的薄壁化。
以上的图12的(B)~(C)的前端部33的上游侧区域34的间隙根据周向θ的位置而变化。因此,即使图12的(B)~(C)所示的小间隙部35与外壳10接触,也仅小间隙部35的周向θ的一部分接触,能够抑制因接触引起的小间隙部35的损伤。
“第二实施方式”
参照图13对压缩机的第二实施方式进行说明。
本实施方式的压缩机仅叶片与第一实施方式的压缩机不同。因此,以下,对本实施方式的压缩机的叶片30a进行详细说明。
本实施方式的叶片30a也与第一实施方式的叶片30同样地,具有前缘LE、后缘TE、正压面31、负压面32和前端部33a。
本实施方式的前端部33a也与第一实施方式的前端部33同样地,具有包含前缘LE的上游侧区域34a和包含后缘TE的下游侧区域36a。上游侧区域34a具有小间隙部35a。下游侧区域36a在该下游侧区域36a的整个区域的范围内形成大间隙部37a。小间隙部35a的间隙在弦方向Dc的整个区域的范围内为最小间隙CLmin。另一方面,大间隙部37a的间隙随着从小间隙部35a的后缘侧Dcb的边缘朝向后缘TE,逐渐变大。因此,大间隙部37a中的最大间隙CLmax的位置是弦方向Dc上的后缘TE的位置。
小间隙部35a相对于轴线Ar垂直的截面形状与第一实施方式同样地,基本上可以为任意形状。
本实施方式的叶片30a如下制造。
在本实施方式中,也与第一实施方式同样,执行形成叶片30a的中间件38a的中间件形成工序和对该中间件38a进行加工的加工工序。
在中间件形成工序中形成的中间件38a例如由不锈钢等金属形成。该中间件38a也与第一实施方式的中间件38同样地,具有前缘LE、后缘TE、正压面31、负压面32和加工前前端部39a。但是,本实施方式的加工前前端部39a的间隙在该加工前前端部39a的弦方向Dc上的整个区域的范围内为完成时的前端部33a即加工后前端部33a的最小间隙CLmin以下。换言之,中间件38a的叶片高度为完成品的叶片高度以上。
在加工工序中,对中间件38a的加工前前端部39a进行加工,形成作为完成时的前端部33a的加工后前端部33a。具体而言,在该加工工序中,切削在加工前前端部39a中成为大间隙部37a的部分,形成大间隙部37a。另外,根据需要,也切削在加工前前端部39a中成为小间隙部35a的部分,使该小间隙部35a的间隙在弦方向Dc的整个区域的范围内为最小间隙CLmin
当加工工序结束时,基本上完成叶片30a。但是,根据需要,在加工工序后为了调整加工后的产品的形状、尺寸,也可以进行对该加工后的产品的表面进行磨削等精加工。
接下来,对本实施方式的叶片30a的各部分的尺寸等进行详细说明。
叶片30a的最小间隙CLmin也是小间隙部35a中的最小间隙CLmin。本实施方式的最小间隙CLmin也与第一实施方式的最小间隙CLmin同样,为弦长ChL的0.4%以上且小于最大间隙CLmax。需要说明的是,本实施方式的最大间隙CLmax也例如是跨距S的2%~3%。
因此,在径向R上,从叶片30a的根部到叶片30a中的最小间隙CLmin的位置P3的距离a由以上限定的最小间隙CLmin确定。即,从跨距S减去最小间隙CLmin的值成为距离a。
弦方向Dc上的最小间隙CLmin的位置P3也如下所示,与第一实施方式的最小间隙CLmin的位置P3同样,是距前缘LE为弦长ChL的5%~60%的任意距离的位置。
弦方向Dc上的最小间隙CLmin的位置P3优选如下所示,是距前缘LE为弦长ChL的10%~60%的任意距离的位置。
需要说明的是,在本实施方式中,如前所述,小间隙部35a的间隙在弦方向Dc的整个区域的范围内是最小间隙CLmin。因此,小间隙部35a与第一实施方式不同,在弦方向Dc的整个区域的范围内是最小间隙区域c。
小间隙部35a的前缘侧Dcf的边缘的位置、换言之最小间隙区域c的前缘侧Dcf的边缘P1的位置是弦方向Dc上的前缘LE的位置。另外,小间隙部35a的后缘侧Dcb的边缘的位置、换言之最小间隙区域c的后缘侧Dcb的边缘P2的位置是距前缘LE为弦长ChL的10%~60%的任意距离的位置。
大间隙部37a的间隙如前所述,随着从小间隙部35a的后缘侧Dcb的边缘P2朝向后缘侧Dcb,逐渐变大。更具体而言,大间隙部37a的间隙对应于弦方向Dc的位置变化,从形成最小间隙CLmin的小间隙部35a的后缘侧Dcb的边缘P2到形成最大间隙CLmax的弦方向Dc上的后缘TE的位置呈直线变化。换言之,大间隙部37a是形成最小间隙CLmin的小间隙部35a的后缘侧Dcb的边缘P1与形成最大间隙CLmax的弦方向Dc上的后缘TE的位置实质上呈直线状连结的部分。需要说明的是,形成最小间隙CLmin的小间隙部35a的后缘侧Dcb的边缘P2与形成最大间隙CLmax的弦方向Dc上的后缘TE的位置也可以连结为曲线状。
以上,在本实施方式中,在上游侧区域34a也形成有小间隙部35a。因此,在本实施方式的实施例中,也如使用图5所说明的那样,与公称间隙CLn为0.03S的比较例1、2的叶片相比,泄漏气体的最大运动量产生的位置偏移至后缘侧Dcb。具体而言,在本实施例中,泄漏气体的最大运动量产生的位置成为在弦方向Dc上距前缘LE为弦长ChL的约60%的位置。而且,在本实施例中,与比较例1、2的叶片相比,泄漏气体的最大运动量为约1/3左右或1/3以下。
因此,在本实施方式的实施例中,也如使用图6所说明的那样,与比较例2相比,能够将一个叶片栅的性能、换言之一个分级的效果提高至0.9%左右。
因此,在本实施方式中,也能够在确保外壳10与叶片30a之间的间隙的同时,抑制因泄漏气体的影响导致的压缩机的性能降低。
另外,在本实施方式中,由于前端部33a的下游侧区域36a在整个区域的范围内形成大间隙部37a,因此与将前端部33a的整个区域设为小间隙部35a的情况相比,能够降低下游侧区域36a与外壳10的接触可能性。
需要说明的是,本实施方式中的小间隙部35a相对于轴线Ar垂直的截面形状例如也可以为图14的(A)~(D)所示的形状。具体而言,如图12的(A)及(B)所示,小间隙部35a的截面形状也可以为直角三角形。在该情况下,直角三角形的斜边与外壳10对置,其他两边中的一边与正压面31或负压面32在同一平面。
另外,如图14的(C)及(D)所示,也可以仅在前端部33a的周向θ的一部分存在小间隙部35a。在该情况下,小间隙部35a的一边仅相对于正压面31和负压面32中的一个面在同一平面。这样,通过使小间隙部35a偏向正压面31和负压面32中的一个面侧,从而实现前端部33a的叶片厚度的薄壁化。
以上的图14的(A)~(D)的前端部33a的上游侧区域的间隙根据周向θ的位置而变化。因此,即使图14的(A)~(D)所示的小间隙部35a与外壳10接触,也仅小间隙部35a的周向θ的一部分接触,能够抑制因接触引起的小间隙部35a的损伤。
在本实施方式中,如以上那样,切削中间件38a的加工前前端部39a,形成作为完成时的前端部33a的加工后前端部33a。如本实施方式那样,即使在切削中间件38a的加工前前端部39a的情况下,也可以使完成时的前端部33a即加工后前端部33a的形状与第一实施方式、第一实施方式的各种变形例的前端部的形状相同。
另外,如第一实施方式那样,即使在中间件38的加工前前端部39堆积金属材料的情况下,也可以使完成时的前端部33即加工后前端部33的形状与第二实施方式、第二实施方式的各种变形例中的前端部的形状相同。
另外,在第一实施方式及第二实施方式的叶片30、30a中,在弦方向Dc上,在正压面31与负压面32的间隔即叶片厚度成为最大的位置,也可以存在小间隙部35、35a。这样,通过配置小间隙部35、35a,即使形成小间隙部35、35a,也能够抑制叶片30、30a的振动特性及强度特性的降低。另外,这样,通过配置小间隙部35、35a,根据CFD计算,也能够期待泄漏气体的空气力学性质的提高。
“第三实施方式”
参照图15对压缩机的第三实施方式进行说明。
以上的各实施方式的压缩机是轴流压缩机。另一方面,本实施方式的压缩机是离心压缩机。本实施方式的压缩机具备以轴线Ar为中心而旋转的转子20b和覆盖转子20b的外周侧的外壳10b。在本实施方式中,也将轴线Ar延伸的方向设为轴线方向X。将该轴线方向X的一侧设为轴线上游侧Xu,将该轴线方向X的另一侧设为轴线下游侧Xd。另外,在相对于轴线Ar的径向R上,将接近轴线Ar的一侧设为径向内侧Ri,将其相反侧设为径向外侧Ro。另外,将相对于轴线Ar的周向简称为周向θ。
转子20b具有以轴线Ar为中心而旋转的旋转轴部21b和设置于旋转轴部21b的多个叶片30b。旋转轴部21b具有以轴线Ar为中心沿轴线方向X延伸的旋转轴23b和固定于旋转轴23b的圆盘24b。
圆盘24b的从轴线方向X观察到的形状是以轴线Ar为中心的圆形。圆盘24b随着从轴线上游侧Xu朝向轴线下游侧Xd,其外径逐渐变大。并且,该圆盘24b在其表面25b与子午截面的边界线上的各位置处的切线随着从轴线上游侧Xu朝向轴线下游侧Xd,成为从与轴线Ar大致平行的方向朝向径向外侧Ro的形状。该圆盘24b的轴线下游侧Xd的边缘的切线延伸的方向实质上为径向外侧Ro。
多个叶片30b在周向θ上隔开间隔地设置于圆盘24b的表面25b。叶片30b向包含相对于圆盘24b的表面25b垂直的方向成分的方向突出,沿着圆盘24b的表面25b从圆盘24b的轴线上游侧Xu的边缘延伸至轴线下游侧Xd且径向外侧Ro的边缘。
本实施方式的叶片30b也与以上的实施方式同样地,具有前缘LE、后缘TE、正压面31b、负压面32b和前端部33b。前缘LE形成叶片30b的轴线上游侧Xu的边缘。后缘TE形成叶片30b的径向外侧Ro的边缘。正压面31b及负压面32b均朝向包含周向θ的成分的方向,并连接前缘LE和后缘TE。需要说明的是,正压面31b在周向θ上朝向旋转轴部21b的旋转侧。另外,负压面32b在周向θ上朝向旋转轴部21b的反旋转侧。即,正压面31b与负压面32b是背对背的关系。前端部33b相对于外壳10b以具有间隙的方式对置,并连接前缘LE和后缘TE。
在轴流压缩机中,如前所述,轴线上游侧Xu是被压缩的气体的主流动MS的上游侧,轴线下游侧Xd是主流动MS的下游侧。然而,在离心压缩机中,轴线上游侧Xu是被压缩的气体的主流动MS的上游侧,径向外侧Ro是主流动MS的下游侧。因此,离心压缩机中的叶片30b的后缘TE如前所述,形成叶片30b的径向外侧Ro的边缘、换言之叶片30b的主流动MS的下游侧的边缘。需要说明的是,无论在轴流压缩机中,还是离心压缩机中,前缘LE均形成叶片的主流动MS的上游侧的边缘,后缘TE均形成与前缘LE相反一侧的叶片的主流动MS的下游侧的边缘。
本实施方式的前端部33b也与以上的各实施方式中的前端部同样地,具有包含前缘LE的上游侧区域34b和包含后缘TE的下游侧区域36b。上游侧区域34b具有小间隙部35b。下游侧区域36b在该下游侧区域36b的整个区域的范围内形成大间隙部37b。下游侧区域36b从小间隙部35b的后缘侧的边缘延伸至后缘TE。小间隙部35b包括间隙在前端部33b中成为最小的部分。大间隙部37b的间隙比小间隙部35b的间隙大。
本实施方式的叶片30b可以通过在第一实施方式中说明的制造方法制造,也可以通过在第二实施方式中说明的制造方法制造。
如本实施方式那样,即使压缩机是离心压缩机,通过在上游侧区域34b形成小间隙部35b,从而与不存在小间隙部35b的情况相比,不仅泄漏气体的最大运动量产生的位置偏移至后缘侧,而且泄漏气体的最大运动量变小。
因此,在本实施方式中,也能够在确保外壳10b与叶片30b之间的间隙的同时,抑制因泄漏气体的影响导致的压缩机的性能降低。
“第四实施方式”
参照图16对压缩机的第四实施方式进行说明。
本实施方式的压缩机是斜流压缩机。本实施方式的压缩机与第三实施方式的离心压缩机同样具备以轴线Ar为中心而旋转的转子20c和覆盖转子20c的外周侧的外壳10c。
转子20c与第三实施方式的离心压缩机中的转子20b同样地,具有以轴线Ar为中心而旋转的旋转轴部21c和设置于旋转轴部21c的多个叶片30c。旋转轴部21c具有以轴线Ar为中心沿轴线方向X延伸的旋转轴23c和固定于旋转轴23c的圆盘24c。
圆盘24c的从轴线方向X观察到的形状是以轴线Ar为中心的圆形。圆盘24c随着从轴线上游侧Xu朝向轴线下游侧Xd,其外径逐渐变大。并且,该圆盘24c与第三实施方式的离心压缩机中的圆盘24b同样地,其表面25c与子午截面的边界线上的各位置处的切线随着从轴线上游侧Xu朝向轴线下游侧Xd,成为从与轴线Ar大致平行的方向逐渐朝向相对于轴线Ar的径向R的形状。该圆盘24c的轴线下游侧Xd的边缘的切线延伸的方向成分包括轴线方向成分和周向成分。即,该圆盘24c的轴线下游侧Xd的边缘的切线延伸的方向成分比离心压缩机中的圆盘24c的轴线下游侧Xd的边缘的切线的轴线方向成分多。
多个叶片30c在周向θ上隔开间隔地设置于圆盘24c的表面25c。叶片30c向包含相对于圆盘24c的表面25c垂直的方向成分的方向突出,沿着圆盘24c的表面25c从圆盘24c的轴线上游侧Xu的边缘延伸至轴线下游侧Xd且径向外侧Ro的边缘。
本实施方式的叶片30c也与以上的实施方式同样地,具有前缘LE、后缘TE、正压面31c、负压面32c和前端部33c。前缘LE形成叶片30c的轴线上游侧Xu的边缘。后缘TE形成叶片30c的径向外侧Ro的边缘。正压面31c及负压面32c均朝向包含周向θ的成分的方向,并连接前缘LE和后缘TE。需要说明的是,正压面31c在周向θ上朝向旋转轴部21c的旋转侧。另外,负压面32c在周向θ上朝向旋转轴部21c的反旋转侧。即,正压面31c与负压面32c是背对背的关系。前端部33c相对于外壳10c以具有间隙的方式对置,并连接前缘LE和后缘TE。
在轴流压缩机中,如前所述,轴线上游侧Xu是被压缩的气体的主流动MS的上游侧,轴线下游侧Xd是主流动MS的下游侧。然而,在斜流压缩机中,轴线上游侧Xu是被压缩的气体的主流动MS的上游侧,包含轴线下游侧Xd的方向成分和径向外侧Ro的方向成分的方向侧是主流动MS的下游侧。因此,轴流压缩机中的叶片30c的后缘TE形成主流动MS的下游侧的边缘。
本实施方式的前端部33c也与以上的各实施方式中的前端部同样地,具有包含前缘LE的上游侧区域34c和包含后缘TE的下游侧区域36c。上游侧区域34c具有小间隙部35c。下游侧区域36c在该下游侧区域36c的整个区域的范围内形成大间隙部37c。下游侧区域36c从小间隙部35c的后缘侧的边缘延伸至后缘TE。小间隙部35c包括间隙在前端部33c中成为最小的部分。大间隙部37c的间隙比小间隙部35c的间隙大。
本实施方式的叶片30c也与第三实施方式的叶片30b同样地,可以通过第一实施方式中说明的制造方法制造,也可以通过第二实施方式中说明的制造方法制造。
如本实施方式那样,即使压缩机是斜流压缩机,通过在上游侧区域34c形成小间隙部35c,与不存在小间隙部35c的情况相比,不仅泄漏气体的最大运动量产生的位置偏移至后缘侧,而且泄漏气体的最大运动量也变小。
因此,在本实施方式中,也能够在确保外壳10c与叶片30c之间的间隙的同时,抑制因泄漏气体的影响导致的压缩机的性能降低。
产业上的可利用性
根据本发明的一个方案,能够在确保外壳与叶片之间的间隙的同时,抑制因泄漏气体的影响导致的压缩机的性能降低。
附图标记说明:
10、10b、10c:外壳
15:静叶栅
16:静叶
20、20b、20c、20x:转子
21、21b、21c、21x:旋转轴部
22、22x:叶片栅
23b、23c:旋转轴
24b、24c:圆盘
25b、25c:圆盘的表面
30、30a、30b、30c、30x:叶片
LE:前缘
TE:后缘
31、31b、31c、:正压面
32、32b、32c、:负压面
33、33a、33b、33c、33x:前端部(加工后前端部)
34、34a、34b、34c:上游侧区域
35、35a、35b、35c:小间隙部
36、36a、36b、36c:下游侧区域
37、37a、37b、37c:大间隙部
38、38a:中间件
39、39a:加工前前端部
Ar:轴线
X:轴线方向
Xu:轴线上游侧
Xd:轴线下游侧
R:径向
Ri:径向内侧
Ro:径向外侧
θ:周向
MS:主流动
S:跨距
Bh:叶片高度
Dc:弦方向
Dcf:前缘侧
Dcb:后缘侧
ChL:弦长
CLn:公称间隙
CLmin:最小间隙
CLmax:最大间隙
RLE:前缘半径
RTE:后缘半径
P1:隆起区域中的前缘侧的边缘
P2:隆起区域中的后缘侧的边缘
P3:最小间隙的位置
P4:最小间隙区域的前缘侧的边缘
P5:最小间隙区域的后缘侧的边缘
a:从叶片的根部到叶片中的最小间隙CLmin的位置的距离
b:隆起区域
c:最小间隙区域。

Claims (15)

1.一种压缩机,其具备:
转子,其以轴线为中心而旋转;以及
外壳,其覆盖所述转子的外周侧,
所述转子具有旋转轴部和多个叶片,所述旋转轴部以所述轴线为中心而旋转,所述多个叶片在相对于所述轴线的周向上隔开间隔地设置于所述旋转轴部,
多个所述叶片分别具有:
前缘,其形成所述轴线延伸的轴线方向的边缘;
后缘,其形成与所述前缘相反一侧的边缘;
正压面及负压面,它们连接所述前缘和所述后缘,朝向包含所述周向的成分的方向,且为相互背对背的关系;以及
前端部,其连接所述前缘和所述后缘,且相对于所述外壳以具有间隙的方式对置,
所述前端部具有包含所述前缘的上游侧区域和包含所述后缘的下游侧区域,
所述上游侧区域具有小间隙部,该小间隙部包括所述间隙在所述前端部中成为最小的部分,
所述下游侧区域从所述小间隙部的所述后缘一侧的边缘延伸至所述后缘,
所述下游侧区域在所述下游侧区域的整个区域的范围内形成所述间隙比所述小间隙部的间隙大的大间隙部,
所述小间隙部仅存在于所述上游侧区域中的所述周向的一部分,
在所述小间隙部中,所述间隙成为最小的最小间隙部的位置形成于从所述前缘向所述后缘一侧离开的位置。
2.根据权利要求1所述的压缩机,其中,
作为所述间隙的最小值的最小间隙的位置是在所述叶片的弦延伸的弦方向上距所述前缘为所述叶片的弦长的5%~60%的距离的位置。
3.根据权利要求2所述的压缩机,其中,
所述最小间隙的位置是在所述弦方向上距所述前缘为所述弦长的10%~60%的距离的位置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机,其中,
作为所述间隙的最小值的最小间隙为所述叶片的弦长的0.4%以上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机,其中,
所述小间隙部的所述前缘一侧的边缘是在所述叶片的弦延伸的弦方向上距所述前缘为所述叶片的弦长的0%~25%的距离的位置。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机,其中,
所述小间隙部存在于所述叶片的弦延伸的弦方向上的所述前缘至距所述前缘为弦长的10%~60%的距离的位置。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机,其中,
所述叶片的所述间隙从所述前缘至作为所述间隙的最小值的最小间隙的位置平滑地变化。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机,其中,
所述小间隙部包括在所述叶片的弦延伸的弦方向上作为所述正压面与所述负压面的间隔的叶片厚度成为最大的位置。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机,其中,
所述小间隙部的所述间隙根据所述周向的位置而变化。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机,其中,
所述小间隙部的可磨性比所述叶片中除了所述小间隙部以外的部分高。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机,其中,
所述压缩机具备在所述轴线方向上隔开间隔地配置的多个静叶栅,
多个所述静叶栅均具有在所述周向上隔开间隔地固定于所述外壳的多个静叶,
所述转子具有在所述轴线方向上隔开间隔地配置的多个叶片栅,
多个所述叶片栅分别配置在多个所述静叶栅中的任一个静叶栅的轴线上游侧,
多个所述叶片栅均具有在所述周向上隔开间隔地设置于所述旋转轴部的多个所述叶片。
12.一种叶片的制造方法,其中,
所述叶片在压缩机的外壳内以轴线为中心,在相对于所述轴线的周向上旋转,
所述叶片的制造方法执行如下工序:
中间件形成工序,形成所述叶片的中间件;以及
加工工序,对所述中间件进行加工,
在所述中间件形成工序中形成的所述中间件具有:
前缘,其形成所述轴线延伸的轴线方向的边缘;
后缘,其形成与所述前缘相反一侧的边缘;
正压面及负压面,它们连接所述前缘和所述后缘,朝向包含所述周向的成分的方向,且为相互背对背的关系;以及
加工前前端部,其与所述外壳对置,
在所述加工工序中,对所述中间件的所述加工前前端部进行加工,将所述前缘和所述后缘连接,形成相对于所述外壳以具有间隙的方式对置的加工后前端部,
所述加工后前端部具有包含所述前缘的上游侧区域和包含所述后缘的下游侧区域,
所述上游侧区域具有小间隙部,该小间隙部包括所述间隙在所述加工后前端部中成为最小的部分,
所述下游侧区域从所述小间隙部的所述后缘一侧的边缘延伸至所述后缘,
所述下游侧区域在所述下游侧区域的整个区域的范围内形成所述间隙比所述小间隙部的间隙大的大间隙部,
所述小间隙部仅存在于所述上游侧区域中的所述周向的一部分,
在所述小间隙部中,所述间隙成为最小的最小间隙部的位置形成于从所述前缘向所述后缘一侧离开的位置。
13.根据权利要求12所述的叶片的制造方法,其中,
在所述中间件形成工序中,以所述加工前前端部的所述间隙在所述中间件的弦延伸的弦方向上的所述加工前前端部的整个区域的范围内,成为与所述加工后前端部的所述大间隙部中的最大间隙相同的间隙的方式形成所述中间件,
在所述加工工序中,在所述加工前前端部中成为所述小间隙部的部分堆积形成所述小间隙部的材料,从而形成所述小间隙部。
14.根据权利要求13所述的叶片的制造方法,其中,
作为所述小间隙部的所述材料,使用可磨性比形成所述中间件的材料高的材料。
15.根据权利要求12所述的叶片的制造方法,其中,
在所述中间件形成工序中,以所述加工前前端部的所述间隙在所述中间件的弦延伸的弦方向上的所述加工前前端部的整个区域的范围内,成为所述加工后前端部的所述小间隙部中的最小间隙以下的方式形成所述中间件,
在所述加工工序中,对所述加工前前端部中成为所述大间隙部的部分进行切削,从而形成所述大间隙部。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4170132A1 (de) 2021-10-20 2023-04-26 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Schaufel für eine strömungsmaschine sowie verfahren zur herstellung einer schaufel, wobei die schaufel eine schaufelspitze mit einer anstreifschicht aufweist
WO2023080739A1 (ko) * 2021-11-08 2023-05-11 주식회사 아모텍 소음 저감형 임펠러

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09291897A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Toshiba Corp 軸流圧縮機
JPH11201092A (ja) * 1998-01-05 1999-07-27 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 回転機械の動翼
JP2000345809A (ja) * 1999-06-02 2000-12-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガスタービンエンジン
DE10352253A1 (de) * 2003-11-08 2005-06-09 Alstom Technology Ltd Verdichterlaufschaufel
FR2940374B1 (fr) * 2008-12-23 2015-02-20 Snecma Carter de compresseur a cavites optimisees.
US9951629B2 (en) 2012-07-03 2018-04-24 United Technologies Corporation Tip leakage flow directionality control
JP6012519B2 (ja) * 2013-03-21 2016-10-25 三菱重工業株式会社 タービン、及びこれを備えた回転機械
JP5726242B2 (ja) * 2013-07-19 2015-05-27 三菱重工業株式会社 インペラ及び回転機械
US10876415B2 (en) * 2014-06-04 2020-12-29 Raytheon Technologies Corporation Fan blade tip as a cutting tool
US20160153465A1 (en) * 2014-12-01 2016-06-02 General Electric Company Axial compressor endwall treatment for controlling leakage flow therein

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