CN110230609A - 叶轮及具有该叶轮的离心压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种叶轮及具有该叶轮的离心压缩机,其能够提高离心压缩机的效率。叶轮具有:轮毂;多个长叶片,其在轮毂的周面上以从流体的入口部延伸至出口部的方式设置;短叶片,其在轮毂的周面上以从比长叶片的前边缘更靠下游侧的位置延伸至出口部的方式设置于在相邻的长叶片之间形成的流体的各流路;若将出口部处的长叶片及短叶片各自的翼尖侧边缘的叶片角设为β2s,full及β2s,spl,则β2s,full<β2s,spl。
Description
技术领域
本公开涉及叶轮及具有该叶轮的离心压缩机。
背景技术
工业用压缩机和涡轮增压器等使用的离心压缩机通过使放射状地设置多个叶片的叶轮旋转来对流体进行压缩,追求高效率化、高压力比化、大容量化。容量是由形成在叶轮的入口部的最小流路面积(喉口面积)规定的,因此通过减少叶片的片数而扩大喉口面积,能够加大容量。与此相对,通过增加叶轮的出口部处的叶片的片数,能够提高压力比。
特别是在追求大容量化的情况下,可通过减少长叶片(全叶片)的片数来扩大喉口面积,并通过在相邻的全叶片之间在比全叶片的前边缘更靠下游侧的位置设置比全叶片短的短叶片(分流叶片)来增加叶轮的出口部处的叶片的片数而提高压力比。
一般来说,将分流叶片设为与全叶片相同的形状是基本设计。但是,在形成于相邻的全叶片之间的流路中流动的流体未必是沿着全叶片的表面流动的,因此有时在分流叶片的前边缘会产生流体流动的方向与叶片角之间的不一致(冲角),分流叶片的前边缘处的负荷增加而产生较强的压力分布,在冲角大的情况下,会产生剥离而导致效率降低。
另外,在叶轮与覆盖叶轮的壳体之间存在间隙(空隙)。从该空隙泄漏的气流(泄漏流)会变成具有叶片高度方向成分的非预期方向的气流(二次流),因此,对在流路中流动的流体(主流)而言会产生剪断层而使效率降低,形成流体难以流过的区域(阻断区域)而导致压力降低。而且,还知道泄漏流会形成回转流的涡流(纵涡流)即泄漏涡流,冲击分流叶片而导致效率进一步降低。
相对于此,在专利文献1中,通过使分流叶片的前边缘处的叶片角大于全叶片在同子午面位置处的叶片角来降低前边缘处的冲角而提高效率。另外,在专利文献2中,通过不在将全叶片的前边缘与喉口的中间连结的被认为是泄漏涡流所通过的连线上配置分流叶片来提高效率。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2011-80411号公报
专利文献2:日本专利第5308319号公报
通过专利文献1及专利文献2,可消除与分流叶片的前边缘直接相关的损失原因。但是,本发明人对损失构造详细地进行了分析,结果了解到:作为设置分流叶片导致效率降低的原因,还存在以下两个机制。
(第一个机制)
如图14所示,在具有全叶片100及分流叶片101的叶轮的流路103内,存在压力朝向流体的流动方向A上升的压力梯度,泄漏流102承受不住该压力梯度,故而朝向流路103的上游侧倒流。倒流的泄漏流进一步在相邻叶片(全叶片100或分流叶片101)与壳体之间的空隙中泄漏,从而进一步倒流。在相邻叶片上反复泄漏的泄漏流102(多重泄漏流)每重复一次泄漏就累积一次损失。
(第二个机制)
如图15所示,若分流叶片101的前边缘101a做功,即,若对分流叶片101的前边缘101a施加负荷,则在前边缘101a近旁,在分流叶片101的压力面101b侧产生高压区域104,在负压面101c侧产生低压区域105。泄漏流102若到达分流叶片101的前边缘101a附近,则绕过分流叶片101的前边缘101a以避开高压区域104从而进一步加剧倒流,形成阻断区域而使效率降低。
只要存在空隙且叶片做功,泄漏流102就不可避免,而在专利文献1及专利文献2的结构中,在降低上述两个机制方面是不够的。相对于此,根据本发明人的上述详细分析可知:虽然在使施加于分流叶片101的负荷小于施加于全叶片100的负荷时,在全叶片100与壳体之间的空隙中泄漏的泄漏流不会减少,但是在分流叶片101与壳体之间的空隙中泄漏的泄漏流106会减弱,在流过流路103的流体107的作用下朝向流路103的下游(向箭头B的方向)流动,因此能够抑制多重泄漏流而降低上述机制。
发明内容
鉴于上述情况,本公开的至少一个实施方式的目的在于:提供一种能够提高离心压缩机的效率的叶轮及具有该叶轮的离心压缩机。
(1)本发明的至少一个实施方式的叶轮具有:
轮毂;
多个长叶片,其在所述轮毂的周面上以从流体的入口部延伸至出口部的方式设置;
短叶片,其在所述轮毂的周面上以从比所述长叶片的前边缘更靠下游侧的位置延伸至所述出口部的方式设置于在相邻的所述长叶片之间形成的所述流体的各流路;
若将所述出口部处的所述长叶片及所述短叶片各自的翼尖侧边缘的叶片角设为β2s,full及β2s,spl,则β2s,full<β2s,spl。
出口部处的叶片角越大,则叶片的整体负荷(总做功量)越小,因此根据上述(1)的结构,通过使出口部处的短叶片的翼尖侧边缘的叶片角大于出口部处的长叶片的翼尖侧边缘的叶片角,能够使短叶片的负荷与长叶片的负荷相比降低。其结果,即使横跨长叶片的翼尖侧边缘而泄漏的泄漏流不减少,横跨短叶片的翼尖侧边缘而泄漏的泄漏流也会减少,不横跨短叶片的翼尖侧边缘的泄漏流会在流过流路的流体的作用下朝向流路的下游流动,因此能够抑制多重泄漏流而提高离心压缩机的效率。
(2)在几个实施方式中,在上述(1)的结构中,
β2s,spl-β2s,full≧5°。
根据上述(2)的结构,通过使出口部处的短叶片的翼尖侧边缘的叶片角与出口部处的长叶片的翼尖侧边缘的叶片角之差为5°以上,能够切实地使短叶片的负荷与长叶片的负荷相比降低,因此能够抑制多重泄漏流而提高离心压缩机的效率。
(3)在几个实施方式中,在上述(1)或(2)的结构中,
若将从子午面方向观察所述叶轮的情况下的相同位置处的所述长叶片及所述短叶片各自的所述翼尖侧边缘的叶片角设为βs,full及βs,spl,则在所述短叶片的全长范围内,βs,full<βs,spl。
根据上述(3)的结构,可在短叶片的整个区域内切实地抑制多重泄漏流,因此能够进一步提高离心压缩机的效率。
(4)在几个实施方式中,在上述(1)~(3)中的任一结构中,
若将所述出口部处的所述长叶片及所述短叶片各自的轮毂侧边缘的叶片角设为β2h,full及β2h,spl,则β2h,spl-β2h,full≧5°。
从轮毂侧沿翼面向翼尖侧流动的流体横跨翼尖侧边缘而泄漏,从而产生泄漏流。因此,在轮毂侧也能够通过降低短叶片的负荷来进一步抑制泄漏流。根据上述(4)的结构,通过使出口部处的短叶片的翼尖侧边缘的叶片角与出口部处的长叶片的翼尖侧边缘的叶片角之差为5°以上,在轮毂侧,短叶片的负荷也降低,因此能够进一步抑制泄漏流。
(5)在几个实施方式中,在上述(4)的结构中,
若将从子午面方向观察所述叶轮的情况下的所述短叶片的前边缘的位置处的所述长叶片及所述短叶片各自的翼尖侧边缘的叶片角设为βs,full,m=mLE及βs,spl,m=mLE,则βs,spl,m=mLE-βs,full,m=mLE≧5°。
若对短叶片的前边缘施加负荷,则在前边缘附近,在压力面侧形成压力高的高压区域,在负压面侧形成压力低的低压区域。若泄漏流到达短叶片的前边缘,则泄漏流绕过前边缘以避开高压区域,从而反复泄漏。但是,根据上述(5)的结构,通过使从子午面方向观察叶轮的情况下的短叶片的前边缘的位置处的短叶片的翼尖侧边缘的叶片角与长叶片的翼尖侧边缘的叶片角之差为5°以上,短叶片的前边缘的负荷降低,因此难以形成高压区域。其结果,使泄漏流绕过短叶片的前边缘的那种气流减少,到达短叶片的前边缘的泄漏流在流过流路的流体的作用下朝向流路的下游流动,因此能够抑制多重泄漏流而提高离心压缩机的效率。
(6)在几个实施方式中,在上述(4)的结构中,
若将从子午面方向观察所述叶轮的情况下的所述短叶片的前边缘的位置处的所述长叶片及所述短叶片各自的轮毂侧边缘的叶片角设为βh,full,m=mLE及βh,spl,m=mLE,则βh,full,m=mLE>βh,spl,m=mLE。
在轮毂附近的边界层,产生朝向短叶片的负压面的二次流,该二次流若到达负压面,则沿短叶片的负压面向翼尖侧边缘流动,从而使泄漏流增大。但是,根据上述(6)的结构,通过使从子午面方向观察叶轮的情况下的短叶片的前边缘的位置处的短叶片的轮毂侧边缘的叶片角小于长叶片的轮毂侧边缘的叶片角,短叶片的前边缘处的轮毂侧边缘的叶片角与二次流的方向之间的偏差将变小,因此能够降低流过负压面的二次流而抑制泄漏流。其结果,能够进一步提高离心压缩机的效率。
(7)在几个实施方式中,在上述(5)的结构中,
所述短叶片的前边缘包含第一部分和比所述第一部分更靠径向外侧的第二部分,
在将从子午面观察时所述第一部分延伸的方向与所述叶轮的旋转轴线所成的锐角侧的角度设为θ1,将从子午面观察时所述第二部分延伸的方向与所述叶轮的旋转轴线所成的锐角侧的角度设为θ2的情况下,θ1>θ2。
若降低短叶片的前边缘的负荷(上述(5)的结构),则短叶片的做功量减少。但是,根据上述(7)的结构,翼尖侧边缘近旁的短叶片的前边缘与其他部分相比更向入口部侧倾斜,因此该部分成为不做功的区域,难以形成高压区域,而由于在其他部分是做功的,因此能够抑制做功量的降低同时抑制多重泄漏流。
(8)本发明的至少一个实施方式的离心压缩机具有上述(1)~(7)中任一项的叶轮。
根据上述(8)的结构,可抑制多重泄漏流,因此能够提高离心压缩机的效率。
发明效果
根据本公开的至少一个实施方式,通过使出口部处的短叶片的翼尖侧边缘的叶片角大于出口部处的长叶片的翼尖侧边缘的叶片角,能够使短叶片的负荷与长叶片的负荷相比降低。其结果,即使横跨长叶片的翼尖侧边缘而泄漏的泄漏流不减少,横跨短叶片的翼尖侧边缘而泄漏的泄漏流也会减少,不横跨短叶片的翼尖侧边缘的泄漏流会在流过流路的流体的作用下朝向流路的下游流动,因此能够抑制多重泄漏流而提高离心压缩机的效率。
附图说明
图1是本公开的实施方式1的叶轮的局部立体图。
图2是从子午面方向对本公开的实施方式1的叶轮的一部分进行观察的图。
图3是用于定义本公开的实施方式1的叶轮的叶片角的图。
图4是表示本公开的实施方式1的叶轮的全叶片及分流叶片各自的叶片角分布的图。
图5是用于说明本公开的实施方式1的叶轮中抑制多重泄漏流的原理的图。
图6是表示对具有本公开的实施方式1的叶轮的离心压缩机的效率的数值计算结果的曲线图。
图7是表示本公开的实施方式2的叶轮的全叶片及分流叶片各自的叶片角分布的图。
图8是表示本公开的实施方式3的叶轮的全叶片及分流叶片各自的叶片角分布的图。
图9是表示本公开的实施方式4的叶轮的全叶片及分流叶片各自的叶片角分布的图。
图10是用于说明本公开的实施方式4的叶轮中抑制多重泄漏流的原理的图。
图11是表示本公开的实施方式5的叶轮的全叶片及分流叶片各自的叶片角分布的图。
图12是用于说明本公开的实施方式5的叶轮中抑制泄漏流的原理的图。
图13是从子午面方向对本公开的实施方式6的叶轮的一部分进行观察的图。
图14是用于说明作为在以往的叶轮中设置分流叶片导致效率降低的原因的机制的图。
图15是用于说明作为在以往的叶轮中设置分流叶片导致效率降低的原因的另一个机制的图。
附图标记说明
1 叶轮
2 轮毂
3 入口部
4 出口部
5 全叶片(长叶片)
5a (全叶片的)前边缘
5b (全叶片的)后边缘
5c (全叶片的)轮毂侧边缘
5d (全叶片的)翼尖侧边缘
6 流路
7 分流叶片(短叶片)
7a (分流叶片的)前边缘
7b (分流叶片的)后边缘
7c (分流叶片的)轮毂侧边缘
7d (分流叶片的)翼尖侧边缘
7e (分流叶片的)压力面
7f (分流叶片的)负压面
10 泄漏流
11 泄漏流
12 (流过流路的)流体
13 泄漏流
20 高压区域
21 低压区域
30 二次流
41 第一部分
42 第二部分
L 旋转轴线
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。不过,本发明的范围并不局限于以下的实施方式。以下的实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等都不是要将本发明的范围仅限定于此,它们都只不过是说明例而已。
(实施方式1)
如图1所示,实施方式1的叶轮1具有轮毂2、全叶片5和分流叶片7,全叶片5是在轮毂2的周面上以从流体的入口部3延伸至出口部4的方式设置的多个长叶片,分流叶片7是在轮毂2的周面上以从比全叶片5的前边缘5a更靠下游侧的位置延伸至出口部4的方式设置于在相邻的全叶片5、5之间形成的流体的各流路6的短叶片。注意,在实施方式1中,对叶轮1设置于涡轮增压器的离心压缩机中的情形进行说明。
如图2所示,全叶片5具有前边缘5a、后边缘5b、轮毂侧边缘5c和翼尖侧边缘5d,前边缘5a是入口部3侧的边缘,后边缘5b是出口部4侧的边缘,轮毂侧边缘5c是与轮毂2连接的一侧的边缘,翼尖侧边缘5d是与轮毂侧边缘5c相对的边缘。分流叶片7具有前边缘7a、后边缘7b、轮毂侧边缘7c和翼尖侧边缘7d,前边缘7a是入口部3侧的边缘,后边缘7b是出口部4侧的边缘,轮毂侧边缘7c是与轮毂2连接的一侧的边缘,翼尖侧边缘7d是与轮毂侧边缘7c相对的边缘。翼尖侧边缘5d、7d分别面向未图示的壳体的内壁面,在各自与壳体的内壁面之间形成间隙(以下,称为“空隙”)。
图3是将全叶片5及分流叶片7各自的翼尖侧边缘5d、7d从入口部3至出口部4沿叶轮1(参照图2)的旋转轴线L在平面上展开的图。将全叶片5及分流叶片7各自与旋转轴线L所成的角度β定义为叶片角。叶片角β在全叶片5及分流叶片7的子午面长度方向的任意位置及叶片高度方向(在图2中为从轮毂侧边缘5c、7c向翼尖侧边缘5d、7d的方向)的任意位置处取0°~90°的值。
在图3中,在全叶片5的子午面长度方向上,设定从全叶片5的前边缘5a起的全叶片5的子午面长度方向的长度与全叶片5的子午面长度之比m的轴。根据m的定义,在前边缘5a的位置处,m=0,在后边缘5b、7b的位置处,m=1。另外,m的值相同,意味着从子午面方向观察叶轮1(参照图1)的情况下的位置相同。在以下的说明中,将分流叶片7的前边缘7a的位置表示为m=mLE。
图4示出了全叶片5及分流叶片7的轮毂侧边缘5c、7c及翼尖侧边缘5d、7d的叶片角从前边缘5a、7a至后边缘5b、7b的分布。分流叶片7的轮毂侧边缘7c的叶片角βh,spl在mLE≦m≦1的范围内具有与全叶片5的轮毂侧边缘5c的叶片角βh,full相同的分布。
全叶片5的翼尖侧边缘5d的叶片角βs,full随着m增加而减少,在m=1时与βh,full相同。即,若将m=1时的翼尖侧边缘5d及轮毂侧边缘5c各自的叶片角β设为β2s,full及β2h,full,则β2s,full=β2h,full。
分流叶片7的翼尖侧边缘7d的叶片角βs,spl在m=mLE时与βh,full相同。即,若将m=mLE时的翼尖侧边缘5d、7d各自的叶片角设为βs,full,m=mLE及βh,full,m=mLE,则βs,full,m=mLE=βh,full,m=mLE。另一方面,若在出口部4处、即在m=1时将翼尖侧边缘7d的叶片角设为β2s,spl,则β2s,full<β2s,spl。
出口部4处的叶片角越大,则叶片的整体负荷(总做功量)越小。根据实施方式1的上述结构,通过使出口部4处的分流叶片7的翼尖侧边缘7d的叶片角β2s,spl大于出口部4处的全叶片5的翼尖侧边缘5d的叶片角β2s,full(β2s,full<β2s,spl),能够使分流叶片7的负荷与全叶片5的负荷相比降低。这样一来,如图5所示,即使横跨全叶片5的翼尖侧边缘5d而在空隙中泄漏的泄漏流10不减少,横跨分流叶片7的翼尖侧边缘7d而在空隙中泄漏的泄漏流11也会减弱,因此泄漏流11会在朝向下游流过流路6的流体12的作用下朝向流路6的下游流动,使多重泄漏流相应地得到抑制。其结果,能够提高离心压缩机的效率。
通过数值计算,确认了通过使β2s,full<β2s,spl来提高离心压缩机的效率的效果。图6中示出了其结果。图6示出了出口部4处的分流叶片7的翼尖侧边缘7d的叶片角β2s,spl与全叶片5的翼尖侧边缘5d的叶片角β2s,full之差Δβ2s(=β2s,spl-β2s,full)和离心压缩机的效率之间的关系。Δβ2s=0°是出口部4处的分流叶片7的翼尖侧边缘7d的叶片角β2s,spl与全叶片5的翼尖侧边缘5d的叶片角β2s,full相同的情况。这样一来,可以说:在β2s,full<β2s,spl的条件中的Δβ2s≦17°的范围内,与Δβ2s=0°的情况相比,离心压缩机的效率提高。为了与Δβ2s=0°的情况相比切实地提高离心压缩机的效率,优选为Δβ2s≧5°以上的范围,更优选为5°≦Δβ2s≦13°的范围。
(实施方式2)
接着,对实施方式2的叶轮进行说明。实施方式2的叶轮相对于实施方式1改变了分流叶片7的翼尖侧边缘7d沿着子午面长度的叶片角分布。注意,在实施方式2中,与实施方式1的构成要件相同的构成要件标注相同的附图标记,并省略其详细说明。
如图7所示,在mLE≦m≦1的范围内,即在分流叶片7的全长范围内,分流叶片7的翼尖侧边缘7d的叶片角βs,spl大于全叶片5的翼尖侧边缘5d的叶片角βs,full(βs,full<βs,spl)。其他结构与实施方式1是相同的。
在实施方式2中,由于在分流叶片7的全长范围内都有βs,full<βs,spl,因此可在分流叶片7的整个区域内切实地抑制多重泄漏流。由此,与实施方式1相比,能够进一步提高离心压缩机的效率。
(实施方式3)
接着,对实施方式3的叶轮进行说明。实施方式3的叶轮相对于实施方式1、2分别改变了分流叶片7的轮毂侧边缘7c沿着子午面长度的叶片角分布。以下将按照改变实施方式2的结构中的分流叶片7的轮毂侧边缘7c沿着子午面长度的叶片角分布的方式来说明实施方式3,但也能够改变实施方式1的结构中的分流叶片7的轮毂侧边缘7c沿着子午面长度的叶片角分布来作为实施方式3。注意,在实施方式3中,与实施方式1、2的构成要件相同的构成要件标注相同的附图标记,并省略其详细说明。
如图8所示,在出口部4处,即在m=1时,有β2h,spl-β2h,full≧5°。其他结构与实施方式2是相同的。
从轮毂侧沿翼面向翼尖侧流动的流体横跨翼尖侧边缘5d、7d(参照图2)而在空隙中泄漏,从而产生泄漏流。因此,在轮毂侧也能够通过降低分流叶片7的负荷来进一步抑制泄漏流。在实施方式3中,通过使出口部4处的分流叶片7的翼尖侧边缘7d的叶片角β2h,spl与出口部4处的全叶片5的翼尖侧边缘5d的叶片角β2h,full之差为5°以上,在轮毂侧,分流叶片7的负荷也降低,因此与实施方式2相比能够进一步抑制泄漏流。
(实施方式4)
接着,对实施方式4的叶轮进行说明。实施方式4的叶轮相对于实施方式3改变了分流叶片7的翼尖侧边缘7d沿着子午面长度的叶片角分布。注意,在实施方式4中,与实施方式1~3的构成要件相同的构成要件标注相同的附图标记,并省略其详细说明。
如图9所示,在mLE≦m≦1的范围内,即在流叶片7的全长范围内,分流叶片7的翼尖侧边缘7d的叶片角βs,spl大于全叶片5的翼尖侧边缘5d的叶片角βs,full(βs,full<βs,spl),并且,若将m=mLE时的全叶片5的翼尖侧边缘5d的叶片角及分流叶片7的翼尖侧边缘7d的叶片角分别设为βs,full,m=mLE及βs,spl,m=mLE,则βs,spl,m=mLE-βs,full,m=mLE≧5°。其他结构与实施方式3是相同的。
如图10所示,若对分流叶片7的前边缘7a施加负荷,则在前边缘7a附近,在压力面7e侧形成压力高的高压区域20,在负压面7f侧形成压力低的低压区域21。若泄漏流10到达前边缘7a,则泄漏流10绕过前边缘7a以避开高压区域20,从而反复泄漏。但是,在实施方式4中,通过在m=mLE时使βs,spl,m=mLE-βs,full,m=mLE≧5°,前边缘7a的负荷降低,因此难以形成高压区域20。其结果,绕过前边缘7a的那种泄漏流10减少,横跨分流叶片7的翼尖侧边缘7d而在空隙中泄漏的泄漏流13减弱,在流过流路6的流体12的作用下朝向流路6的下游流动,因此能够抑制多重泄漏流而提高离心压缩机的效率。
(实施方式5)
接着,对实施方式5的叶轮进行说明。实施方式5的叶轮相对于实施方式3改变了分流叶片7的轮毂侧边缘7c沿着子午面长度的叶片角分布。注意,在实施方式5中,与实施方式1~3的构成要件相同的的构成要件标注相同的附图标记,并省略其详细说明。
如图11所示,若将m=mLE时的全叶片5的轮毂侧边缘5c的叶片角及分流叶片7的轮毂侧边缘7c的叶片角分别设为βh,full,m=mLE及βh,spl,m=mLE,则βh,full,m=mLE>βh,spl,m=mLE。其他结构与实施方式3是相同的。
如图12所示,在轮毂2附近的边界层,产生朝向分流叶片7的负压面7f的二次流30,该二次流30若到达负压面7f,则沿负压面7f向翼尖侧边缘部7d(向箭头P的方向)流动,从而使泄漏流增大。但是,在实施方式5中,通过在m=mLE时使βh,full,m=mLE>βh,spl,m=mLE,分流叶片7的前边缘7a处的轮毂侧边缘7c的叶片角与二次流30的方向之间的偏差将变小,因此能够降低流过负压面7f的二次流30而抑制泄漏流。其结果,能够进一步提高离心压缩机的效率。
(实施方式6)
接着,对实施方式6的叶轮进行说明。实施方式6的叶轮相对于实施方式4改变了分流叶片7的前边缘7a的形状。注意,在实施方式6中,与实施方式1~4的构成要件相同的构成要件标注相同的附图标记,并省略其详细说明。
如图13所示,分流叶片7的前边缘7a包含第一部分41和比第一部分41更靠径向外侧的第二部分42。在将从子午面观察时第一部分41延伸的方向D1与叶轮1的旋转轴线L所成的锐角侧的角度设为θ1,将从子午面观察时第二部分42延伸的方向D2与叶轮1的旋转轴线L所成的锐角侧的角度设为θ2的情况下,θ1>θ2。其他结构与实施方式4是相同的。
若像实施方式4那样降低分流叶片7的前边缘7a的负荷,则分流叶片7的做功量减少。但是,在该实施方式6中,翼尖侧边缘7d近旁的分流叶片7的前边缘7a与其他部分相比更向入口部3侧倾斜,因此该部分成为不做功的区域,难以在分流叶片7的压力面7e形成高压区域(参照图10的高压区域20),而由于在其他部分是做功的,因此能够抑制做功量的降低同时抑制多重泄漏流。
Claims (8)
1.一种叶轮,具有:
轮毂;
多个长叶片,其在所述轮毂的周面上以从流体的入口部延伸至出口部的方式设置;
短叶片,其在所述轮毂的周面上以从比所述长叶片的前边缘更靠下游侧的位置延伸至所述出口部的方式设置于在相邻的所述长叶片之间形成的所述流体的各流路;
所述叶轮的特征在于,
若将所述出口部处的所述长叶片及所述短叶片各自的翼尖侧边缘的叶片角设为β2s,full及β2s,spl,则β2s,full<β2s,spl。
2.如权利要求1所述的叶轮,其特征在于,
β2s,spl-β2s,full≧5°。
3.如权利要求1所述的叶轮,其特征在于,
若将从子午面方向观察所述叶轮的情况下的相同位置处的所述长叶片及所述短叶片各自的所述翼尖侧边缘的叶片角设为βs,full及βs,spl,则在所述短叶片的全长范围内,βs,full<βs,spl。
4.如权利要求1所述的叶轮,其特征在于,
若将所述出口部处的所述长叶片及所述短叶片各自的轮毂侧边缘的叶片角设为β2h,full及β2h,spl,则β2h,spl-β2h,full≧5°。
5.如权利要求4所述的叶轮,其特征在于,
若将从子午面方向观察所述叶轮的情况下的所述短叶片的前边缘的位置处的所述长叶片及所述短叶片各自的翼尖侧边缘的叶片角设为βs,full,m=mLE及βs,spl,m=mLE,则βs,spl,m=mLE-βs,full,m=mLE≧5°。
6.如权利要求4所述的叶轮,其特征在于,
若将从子午面方向观察所述叶轮的情况下的所述短叶片的前边缘的位置处的所述长叶片及所述短叶片各自的轮毂侧边缘的叶片角设为βh,full,m=mLE及βh,spl,m=mLE,则βh,full,m=mLE>βh,spl,m=mLE。
7.如权利要求5所述的叶轮,其特征在于,
所述短叶片的前边缘包含第一部分和比所述第一部分更靠径向外侧的第二部分,
在将从子午面观察时所述第一部分延伸的方向与所述叶轮的旋转轴线所成的锐角侧的角度设为θ1,将从子午面观察时所述第二部分延伸的方向与所述叶轮的旋转轴线所成的锐角侧的角度设为θ2的情况下,θ1>θ2。
8.一种离心压缩机,其特征在于,具有权利要求1~7中任一项所述的叶轮。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112943686A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-11 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种离心压气机叶轮及其设计方法 |
CN114320950A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 株式会社丰田自动织机 | 离心压缩机 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11408435B2 (en) * | 2018-06-22 | 2022-08-09 | Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. | Rotor and centrifugal compressor including the same |
JP7140030B2 (ja) * | 2019-03-28 | 2022-09-21 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池用遠心圧縮機 |
EP4112944A4 (en) * | 2020-04-23 | 2023-09-06 | Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery & Equipment Co., Ltd. | IMPELLER AND CENTRIFUGAL COMPRESSOR |
CN115217777A (zh) * | 2021-04-19 | 2022-10-21 | 博隆能源股份有限公司 | 离心式鼓风机及其操作方法、燃料电池系统及叶轮 |
GB2611561A (en) * | 2021-10-08 | 2023-04-12 | Cummins Ltd | Compressor impeller |
CN114087229B (zh) * | 2021-11-15 | 2023-03-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 压缩叶轮和空气循环机 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB941343A (en) * | 1961-08-29 | 1963-11-13 | Rudolph Birmann | Improvements in or relating to impeller blading for centrifugal compressors |
CN1112520C (zh) * | 1998-05-27 | 2003-06-25 | 株式会社荏原制作所 | 涡轮机械叶轮 |
JP2004044473A (ja) * | 2002-07-11 | 2004-02-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 羽根車および遠心圧縮機 |
JP2008196381A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遠心圧縮機のインペラ及び遠心圧縮機 |
CN102459916A (zh) * | 2009-06-05 | 2012-05-16 | 涡轮梅坎公司 | 用于压缩机的离心叶轮 |
CN103228928A (zh) * | 2010-12-13 | 2013-07-31 | 三菱重工业株式会社 | 离心压缩机的叶轮 |
CN103270310A (zh) * | 2010-12-28 | 2013-08-28 | 三菱重工业株式会社 | 离心压缩机 |
CN104854350A (zh) * | 2012-12-13 | 2015-08-19 | 三菱重工业株式会社 | 压缩机 |
CN105650032A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-06-08 | 浙江理工大学 | 离心压缩机的扩压器 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1431779A (en) | 1972-09-25 | 1976-04-14 | Foseco Int | Treatment of droplet dispersions |
US4093401A (en) * | 1976-04-12 | 1978-06-06 | Sundstrand Corporation | Compressor impeller and method of manufacture |
JP5377109B2 (ja) | 2009-06-26 | 2013-12-25 | 株式会社日本触媒 | 光学フィルムとそれを備える画像表示装置 |
JP5495700B2 (ja) | 2009-10-07 | 2014-05-21 | 三菱重工業株式会社 | 遠心圧縮機のインペラ |
JP5308319B2 (ja) | 2009-12-02 | 2013-10-09 | 三菱重工業株式会社 | 遠心圧縮機の羽根車 |
EP3239489B1 (en) * | 2014-12-11 | 2021-08-11 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Impeller for supercharger |
JP2017193982A (ja) * | 2016-04-19 | 2017-10-26 | 本田技研工業株式会社 | コンプレッサ |
US10669854B2 (en) * | 2017-08-18 | 2020-06-02 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Impeller |
-
2018
- 2018-03-05 JP JP2018038627A patent/JP6740271B2/ja active Active
-
2019
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- 2019-02-06 EP EP19155710.7A patent/EP3536973A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB941343A (en) * | 1961-08-29 | 1963-11-13 | Rudolph Birmann | Improvements in or relating to impeller blading for centrifugal compressors |
CN1112520C (zh) * | 1998-05-27 | 2003-06-25 | 株式会社荏原制作所 | 涡轮机械叶轮 |
JP2004044473A (ja) * | 2002-07-11 | 2004-02-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 羽根車および遠心圧縮機 |
JP2008196381A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遠心圧縮機のインペラ及び遠心圧縮機 |
CN102459916A (zh) * | 2009-06-05 | 2012-05-16 | 涡轮梅坎公司 | 用于压缩机的离心叶轮 |
CN103228928A (zh) * | 2010-12-13 | 2013-07-31 | 三菱重工业株式会社 | 离心压缩机的叶轮 |
CN103270310A (zh) * | 2010-12-28 | 2013-08-28 | 三菱重工业株式会社 | 离心压缩机 |
CN104854350A (zh) * | 2012-12-13 | 2015-08-19 | 三菱重工业株式会社 | 压缩机 |
CN105650032A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-06-08 | 浙江理工大学 | 离心压缩机的扩压器 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114320950A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 株式会社丰田自动织机 | 离心压缩机 |
CN114320950B (zh) * | 2020-09-30 | 2023-09-26 | 株式会社丰田自动织机 | 离心压缩机 |
CN112943686A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-11 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种离心压气机叶轮及其设计方法 |
CN112943686B (zh) * | 2021-02-08 | 2023-06-23 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种离心压气机叶轮及其设计方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110230609B (zh) | 2020-12-15 |
US20190271326A1 (en) | 2019-09-05 |
US10801514B2 (en) | 2020-10-13 |
EP3536973A1 (en) | 2019-09-11 |
JP6740271B2 (ja) | 2020-08-12 |
JP2019152166A (ja) | 2019-09-12 |
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