CN110573745A - 离心式旋转机械的叶轮及离心式旋转机械 - Google Patents

离心式旋转机械的叶轮及离心式旋转机械 Download PDF

Info

Publication number
CN110573745A
CN110573745A CN201780089796.4A CN201780089796A CN110573745A CN 110573745 A CN110573745 A CN 110573745A CN 201780089796 A CN201780089796 A CN 201780089796A CN 110573745 A CN110573745 A CN 110573745A
Authority
CN
China
Prior art keywords
impeller
edge
hub
rotary machine
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780089796.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110573745B (zh
Inventor
本田浩范
岩切健一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Publication of CN110573745A publication Critical patent/CN110573745A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110573745B publication Critical patent/CN110573745B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/384—Blades characterised by form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/021—Blade-carrying members, e.g. rotors for flow machines or engines with only one axial stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/303—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/307—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the tip of a rotor blade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/38—Arrangement of components angled, e.g. sweep angle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/51—Inlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/94—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明的一些实施方式的离心式旋转机械的叶轮具备：轮毂，其具有位于轴向的一端部的小径部、以及位于所述轴向的另一端部且直径比所述小径部大的大径部；叶片，其具有位于所述小径部的轴向位置的第一边缘以及位于所述大径部的轴向位置的第二边缘，且设置在所述轮毂的外周面，所述叶轮的经过所述第一边缘的末梢的、轴向位置处的第一半径方向截面中的50％以上的叶高度范围的至少一部分，相对于半径方向向所述叶轮的旋转方向的下游侧倾斜。

Description

离心式旋转机械的叶轮及离心式旋转机械
技术领域
本公开涉及离心式旋转机械的叶轮和具备该叶轮的离心式旋转机械。
背景技术
涡轮增压器、涡轮机等离心式旋转机械的叶轮，随着转速的增加，在叶表面和叶端部处产生的离心应力趋于增加。针对该应力增加，通过调整叶厚度或增加圆角直径来提高叶轮强度的方法有可能导致喉部面积的减少或性能降低。
在专利文献1中，记载了在动叶的叶端部(通过施加高的离心应力而变形较大的部分)安装圆环来提高强度，降低因离心应力引起的变形的方法。但是，由于该方法的结构复杂，因此存在制造和组装所需的成本增加的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-061223号公报
发明内容
发明的概要
发明要解决的课题
以往的叶轮，典型地是经过轮毂小径部侧的边缘(在压缩机的情况下为前缘，在涡轮机的情况下为后缘)的末梢(チップ，tip)的轴向位置处的叶轮的半径方向截面为沿径向延伸的直线叶。
近年来，随着加工技术的发展，三维叶设计的实现性提高，本发明人对三维叶的期望形状进行了深入研究。通过该研究，得到了在三维叶的情况下，在叶末梢侧可能产生在以往的直线叶中几乎不成为问题的应力的见解。即，在动叶末梢(叶端部)的中央部，作为由于离心应力而使前缘和后缘变形的结果，产生拉伸应力和弯曲力矩。
作为其对策，有增加叶厚度或扩大圆角直径的方法，但存在叶轮的构造变得复杂且制造、组装的成本增加的问题。
本发明的一些实施方式的目的为减小在叶轮的叶片的叶末梢侧产生的拉伸应力和弯曲力矩。
用于解决课题的技术手段
(1)一个实施方式的离心式旋转机械的叶轮，其具备：
轮毂，其具有位于轴向的一端部的小径部、及位于所述轴向的另一端部且直径比所述小径部大的大径部；
叶片，其具有位于所述小径部的轴向位置的第一边缘、以及位于所述大径部的轴向位置的第二边缘，且设置在所述轮毂的外周面，
就所述叶轮而言，经过所述第一边缘的末梢的、轴向位置处的第一半径方向截面中的、50％以上的叶高度范围的至少一部分，相对于半径方向向所述叶轮的旋转方向的下游侧倾斜。
本发明人等的锐意研究的结果是，发现由于伴随叶轮的旋转的离心应力，轮毂小径部侧的第一边缘和轮毂大径部侧的第二边缘要向彼此相反的方向变形，其结果是，在两边缘间的中央部区域产生拉伸应力。特别是，在沿袭在直线叶中具有成果的设计方法(关于离心应力为最大的最大外径部分，决定相对于半径方向向旋转方向上游侧倾斜的倾斜角，以与最大外径部分对应地形成平滑的叶形状的方式决定小径部侧边缘的形状的方法)来设计三维叶的情况下，由于与轮毂大径部侧的边缘的倾斜方向对应地，使轮毂小径部侧的第一边缘向旋转方向上游侧倾斜，因此导致上述拉伸应力变大了。
根据上述(1)的结构，在上述第一半径方向截面中，使50％以上的叶高度范围的至少一部分相对于半径方向向旋转方向的下游侧倾斜，因此能够使第一边缘侧和轮毂大径部侧的第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘和第二边缘之间在末梢侧的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。
(2)在一个实施方式中，在上述(1)的结构中，
在将所述第一半径方向截面的叶厚方向的中点连结的第一基准线上，
在定义了位于所述轮毂的轮毂面的半径方向位置的第一轮毂侧基准点、
和位于所述末梢的半径方向位置的第一末梢侧基准点时，
所述第一末梢侧基准点相对于所述第一轮毂侧基准点位于所述旋转方向的下游侧。
根据上述(2)的结构，由于第一末梢侧基准点相对于所述第一轮毂侧基准点位于所述旋转方向的下游侧，因此能够使第一边缘侧和第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘和第二边缘之间在末梢侧的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。
(3)在一个实施方式中，在上述(2)的结构中，
所述第一基准线包括弯曲部，该弯曲部在所述第一半径方向截面，在所述旋转方向的下游侧具有曲率中心。
根据上述(3)的结构，由于上述弯曲部的曲率中心位于旋转方向下游侧，因此能够使第一边缘侧和轮毂大径部侧的第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘和第二边缘之间在末梢侧的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。
(4)在一个实施方式中，在上述(2)或(3)的结构中，
所述第一基准线包括直线部。
根据上述(4)的结构，通过第一基准线包括直线部，从而能够使叶片的形状成为简单的形状，叶片的制作变得容易。
(5)在一个实施方式中，在上述(2)～(4)的任一项结构中，
所述第一末梢侧基准点与所述第一轮毂侧基准点之间的相位角差Δθ1为20度以上。
随着以直线叶为基准的弯曲程度变大，三维叶难以在强度上成立。
关于这一点，根据上述(5)的结构，通过在使第一半径方向截面的至少末梢侧向在上述(1)的结构中所述的方向倾斜的基础上，确保上述相位角差Δθ1，从而能够使第一边缘侧和轮毂大径部侧的第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘和第二边缘之间在末梢侧的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。另外，即使在三维叶的弯曲程度大的情况下，也能够提高强度上的成立性。
(6)在一个实施方式中，在上述(2)～(5)的任一项结构中，
就所述第一基准线而言，在对该第一基准线上的各点的第一切线与经过该各点的半径方向线之间的角度θ1进行了如下定义的情况下，即，在定义为所述角度θ1的符号在从所述各点朝向径向外侧的所述第一切线相对于所述半径方向线位于所述旋转方向的下游侧时为正的情况下，
所述θ1的最大值为20度以上。
根据上述(6)的结构，由于上述θ1的最大值为20度以上，因此在叶轮旋转时，能够使第一边缘侧可靠地相对于第二边缘侧向反方向、即向不使拉伸应力增加的方向变形。由此，能够可靠地降低拉伸应力及弯曲力矩。
(7)在一个实施方式中，在上述(1)～(6)的任一项结构中，
就所述叶轮而言，在经过所述第二边缘末梢的、轴向位置处的第二半径方向截面中的、50％以上的叶高度范围的至少一部分，相对于半径方向向所述叶轮的旋转方向的上游侧倾斜。
根据上述(7)的结构，由于在上述第二半径方向截面中第二边缘的50％以上的叶高度范围的至少一部分，相对于半径方向向叶轮的旋转方向的上游侧倾斜，因此在叶轮旋转时，能够使第一边缘侧和轮毂大径部侧的第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘和第二边缘之间在末梢侧中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。
(8)在一个实施方式中，在上述(7)的结构中，
在将所述第二半径方向截面的叶厚方向的中点连结的第二基准线上，
在定义了位于所述轮毂的轮毂面的半径方向位置的第二轮毂侧基准点、和位于所述末梢的半径方向位置的第二末梢侧基准点时，
所述第二末梢侧基准点相对于所述第二轮毂侧基准点位于所述旋转方向的上游侧。
根据上述(8)的结构，由于第二边缘的第二末梢侧基准点相对于第二轮毂侧基准点位于旋转方向上游侧，因此在叶轮旋转时，能够使第二边缘侧向旋转方向上游侧位移。由此，能够降低在第一边缘与第二边缘之间在末梢侧的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。
(9)在一个实施方式中，在上述(8)的结构中，
所述第二基准线包括弯曲部，该弯曲部在所述第二半径方向截面，在所述旋转方向的上游侧具有曲率中心。
根据上述(9)的结构，由于上述弯曲部的曲率中心位于叶轮的旋转方向上游侧，因此在叶轮旋转时，能够使第二边缘侧向旋转方向上游侧位移。由此，能够降低在第一边缘与第二边缘之间在末梢侧的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。
(10)在一个实施方式中，在上述(8)或(9)的结构中，
所述第二基准线包括直线部。
根据上述(10)的结构，通过使第二基准线包括直线部，从而能够使叶片的形状成为简单的形状，制作变得容易。
(11)在一个实施方式中，在上述(8)～(10)的任一项结构中，
所述第二末梢侧基准点与所述第二轮毂侧基准点之间的相位角差Δθ2为20度以上。
根据上述(11)的结构，通过在使第二半径方向截面的至少末梢侧向上述(7)的结构中所述的方向倾斜的基础上，确保上述相位角差Δθ2，从而在叶轮旋转时，能够使第一边缘侧和轮毂大径部侧的第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘和第二边缘之间在末梢侧的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。另外，即使在三维叶的弯曲程度大的情况下，也能够提高强度上的成立性。
(12)在一个实施方式中，在上述(8)～(11)的任一项结构中，
就所述第二基准线而言，在对该第二基准线上各点的第二切线与经过该各点的半径方向线之间的角度θ2进行了如下定义的情况下，即，在定义为所述角度θ2的符号在所述各点朝向径向外侧的所述第二切线相对于所述半径方向线位于所述旋转方向的上游侧时为正的情况下，
所述θ2最大值为30度以上。
根据上述(12)的结构，由于上述θ2的最大值为30度以上，因此在叶轮旋转时，能够使第二边缘侧可靠地相对于第一边缘侧向反方向、即向不使拉伸应力增加的方向变形。由此，能够可靠地降低拉伸应力及弯曲力矩。
(13)在一个实施方式的离心式旋转机械中，其具备：
具有上述(1)至(12)的任一项的结构的叶轮；
壳体，其以覆盖所述叶轮的方式设置。
根据上述(13)的结构，通过叶轮旋转时施加的离心应力，能够使第一边缘侧和第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘和第二边缘之间在末梢侧的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。
(14)在一个实施方式中，在上述(13)的结构中，
所述叶轮包括：
作为所述第一边缘的前缘；
作为所述第二边缘的后缘；
所述离心式旋转机械是离心式压缩机。
根据上述(14)的结构，在离心式旋转机械为离心式压缩机时，在叶轮旋转时，能够降低在叶片的中央部区域产生的拉伸应力及弯曲力矩。
发明效果
根据一些实施方式，可以减小在叶轮旋转时在叶片末梢侧的中心区域产生的拉伸应力和弯曲力矩。
附图说明
图1是一个实施方式的叶轮的侧视图。
图2是一个实施方式的叶轮的主视图。
图3是表示一实施方式的叶轮的叶片形状的主视图。
图4是一个实施方式的离心式旋转机械的侧面剖视图。
图5是表示一个实施方式的叶轮的叶片形状的主视图。
图6是表示一个实施方式的叶轮的叶片形状的主视图。
图7是表示一个实施方式的叶轮的叶片形状的主视图。
图8是表示一个实施方式的叶轮的叶片形状的主视图。
图9是表示一实施方式的叶轮的叶片形状的主视图。
图10是现有的叶轮的侧视图。
图11是现有的叶轮的主视图。
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，作为实施方式记载或附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不是将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。
例如，表示"在某个方向上"、"沿着某个方向"、"平行"、"正交"、"中心"、"同心"或"同轴"等相对或绝对的配置的表达，不仅严格地表示这样的配置，还表示以公差或能够得到相同功能的程度的角度或距离相对地位移的状态。
例如，表示"相同"、"相等"和"均匀"等事物为相等状态的表述不仅表示严格相等的状态，而且也表示存在公差或能够得到相同功能的程度的差的状态。
例如，表示四边形状或圆筒形状等形状的表现，不仅表示几何学上严格意义上的四边形状或圆筒形状等形状，也表示在能够得到相同效果的范围内包含凹凸部或倒角部等的形状。
另一方面，"具备"、"具有"、"具备"、"包括"或"包含"一个构成要件这样的表达并不是排除其它构成要件的存在的排他性表达。
图10及图11表示现有的离心式压缩机的叶轮。
在图10及图11中，现有的离心式压缩机的叶轮100具备轮毂部102、和在轮毂部102的外周面设置的多个叶片104。轮毂部102具有位于轴向a的一端部的小径部106及位于轴向a的另外一端部且直径比小径部106大的大径部108。叶片104具有位于小径部106的轴向位置的前缘110、及位于大径部108的轴向位置的后缘112。图中，b表示叶轮100的旋转方向。
如图11所示，前缘110和后缘112在径向上向旋转方向下游侧倾斜。
如图10所示，众所周知，当叶轮100旋转时，在叶片104的中间高度位置周围A1产生大的离心应力。
本发明人等分析的结果是，由离心力引起的叶片104的变形在前缘侧和后缘侧变大，在前缘侧，向叶片104的周向倾斜缓和的方向(朝向旋转方向b的下游侧的箭头X方向)变形，在后缘侧，总的来说，从上方向下方(从前缘侧朝向后缘侧的箭头Y方向)变形。其结果是，在叶片104的叶弦114的末梢侧区域中央部A2产生拉伸应力和弯曲力矩M。
在离心式的旋转机械中，以往，直线叶(前缘沿径向直线延伸的叶)是主流，但近年来，能够进行三维加工。因此，本发明人等在三维叶的研究过程中，设计了使前缘相对于半径方向向旋转方向上游侧翘起的三维形状，但如上所述，已知导致了有拉伸应力作用在动叶末梢的末梢侧区域中央部A2。
图1～图3表示一个实施方式的离心式旋转机械的叶轮10。图1是叶轮10的侧视图，图2是叶轮10的主视图，图3是表示后述的第一半径方向截面S1中的叶轮10的叶片14的形状的主视图。
在图1及图2中，叶轮10具备轮毂部12、和在轮毂部12的外周面设置的多个叶片14。轮毂部12具有位于轴向a的一端部的小径部16及位于轴向a的另一端部且直径比小径部16大的大径部18。叶片14具有位于小径部16的轴向位置的第一边缘20、及位于大径部18的轴向位置的第二边缘22。
如图3所示，叶轮10的在经过第一边缘20的末梢26、的轴向位置处的第一半径方向截面S1中的、50％以上的叶高度范围的至少一部分，相对于半径方向c向叶轮10的旋转方向b的下游侧倾斜。
根据上述结构，如图2所示，由于使第一半径方向截面S1的50％以上的叶高度范围的至少一部分相对于半径方向c向旋转方向b的下游侧倾斜，因此即使在使轮毂大径部侧的第二边缘22相对于半径方向c向旋转方向上游侧倾斜的情况下，也能够使第一边缘侧和第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。具体而言，使第一边缘侧和第二边缘侧向相对接近的方向、或在末梢侧区域中央部A2产生压缩应力的方向位移。由此，能够降低在第一边缘20与第二边缘22间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施方式中，在图1和图2中，在轮毂部12的中心具有旋转轴28，旋转轴28以旋转中心O为中心向箭头b方向旋转。
如图4所示，一个实施方式的离心式旋转机械50具备具有上述结构的叶轮10和以覆盖叶轮10的方式设置的壳体52。
根据上述结构，通过在叶轮10旋转时施加在叶片14的离心力，叶片14能够使第一边缘20侧和第二边缘22侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘20和第二边缘22之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施方式中，离心式旋转机械50是离心式压缩机，其中叶轮10包括具有作为第一边缘20的前缘和作为第二边缘22的后缘的叶片14。通过叶轮10的旋转，被压缩气体G从进入通路54经过在叶片间形成的流路56并被压缩，向排出通路58排出。
根据该实施方式，在叶轮10旋转时，能够降低在前缘与后缘之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施方式中，如图3所示，在将第一半径方向截面S1的叶厚方向的中点连结的第一基准线L1上，在将位于轮毂部12的轮毂面的半径方向位置的点作为第一轮毂侧基准点Ph1、将位于末梢26的半径方向位置的点作为第一末梢侧基准点Pt1时，第一末梢侧基准点Pt1相对于第一轮毂侧基准点Ph1位于叶轮10的旋转方向b的下游侧。
根据该实施方式，由于第一末梢侧基准点Pt1相对于第一轮毂侧基准点Ph1位于叶轮旋转方向的下游侧，因此，能够使第一边缘20侧和第二边缘22侧向相对地不增加拉伸应力的上述方向变形。由此，能够降低在第一边缘20和第二边缘22之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施方式中，如图3所示，第一基准线L1包括弯曲部30，弯曲部30在第一半径方向截面S1中比第一基准线L1更靠叶轮旋转方向b的下游侧的位置具有曲率中心C1。
根据该实施方式，由于弯曲部30的曲率中心C1位于叶轮旋转方向下游侧，因此能够使第一边缘20侧和第二边缘22侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘20和第二边缘22之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施例中，如图3所示，第一基准线L1包括直线部分32。
根据该实施方式，通过第一基准线L1包括直线部32，能够使叶片14的局面形状为简单的形状，叶片14的制作变得容易。
图5及图6表示第一径向截面S1中各实施方式的叶片14的形状。
在一个实施方式中，如图5所示，第一末梢侧基准点Pt1和第一轮毂侧基准点Ph1之间的相位角差Δθ1为20度以上。
根据该实施方式，通过在使第一半径方向截面S1的至少末梢侧向叶轮旋转方向下游侧倾斜的基础上，确保上述相位角差Δθ1，而能够使第一边缘侧和第二边缘侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘20和第二边缘22之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。另外，即使在三维叶的弯曲程度大的情况下，也能够提高强度上的成立性。
在一个实施方式中，如图6所示，就第一基准线L1而言，在对该第一基准线上各点的第一切线34与经过第一基准线上的各点的半径方向线36之间的角度θ1进行如下定义的情况下，即，在定义为角度θ1的符号在从上述各点朝向径向外侧的第一切线34相对于半径方向线36位于叶轮旋转方向b的下游侧时为正的情况下，构成为θ1的最大值为20度以上。
根据该实施方式，由于θ1的最大值为20度以上，因此在叶轮10旋转时，能够使第一边缘20侧可靠地相对于第二边缘22侧向不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够可靠地降低拉伸应力及弯曲力矩M。
图7～图9表示后述的第二半径方向截面S2中的各实施方式的叶片14的形状。
在一个实施方式中，如图7所示，叶轮10的经过第二边缘22的末梢38、的轴向位置处的第二半径方向截面S2(参照图1)中的、50％以上的叶高度范围的至少一部分，相对于半径方向向叶轮旋转方向b的上游侧倾斜。
根据该实施方式，在叶轮10旋转时，能够使第一边缘20侧和第二边缘22侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。即，使第一边缘侧和第二边缘侧向相对接近的方向、或在末梢侧区域中央部A2产生压缩应力的方向位移。
由此，能够降低在第一边缘20和第二边缘22之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施方式中，如图7所示，在将第二半径方向截面S2的叶厚方向的中点连结的第二基准线L2上，在将位于轮毂部12的轮毂面的半径方向位置的点作为第二轮毂侧基准点Ph2、将位于末梢38的半径方向位置的点作为第二末梢侧基准点Pt2时，第二末梢侧基准点Pt2相对于第二轮毂侧基准点Ph2位于叶轮旋转方向b的上游侧。
根据该实施方式，由于第二边缘22的第二叶端侧基准点Pt2相对于第二轮毂侧基准点Ph2位于旋转方向上游侧，因此在叶轮旋转时，能够使第二边缘22侧向旋转方向上游侧位移。由此，能够降低在第一边缘20与第二边缘22之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施例中，如图7所示，第二基准线L2包括弯曲部40，该弯曲部40在第二半径方向截面S2的叶轮旋转方向b的上游侧具有曲率中心C2。
根据该实施方式，由于弯曲部40的曲率中心C2位于叶轮旋转方向上游侧，因此在叶轮旋转时，能够使第二边缘22侧向旋转方向上游侧位移。由此，能够降低在第一边缘20与第二边缘22间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施例中，如图7所示，第二基准线L2包括直线部42。
根据该实施方式，通过第二基准线L2包含直线部42，而能够使叶片14的局面形状为简单的形状，制作变得容易。
在一个实施方式中，如图8所示，第二末梢侧基准点Pt2和第二轮毂侧基准点Ph2之间的相位角差Δθ2为20度以上。
根据该实施方式，通过在使第二半径方向截面S2的至少末梢侧向叶轮旋转方向上游侧倾斜的基础上，确保20度以上的相位角差Δθ2，而在叶轮旋转时，能够使第一边缘20侧和第二边缘22侧向相对地不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够降低在第一边缘20和第二边缘22之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M。另外，即使在三维叶的弯曲程度大的情况下，也能够提高强度上的成立性。
在一个实施方式中，如图9所示，就第二基准线L2而言，在将该第二基准线上各点P的第二切线44与经过各点P的半径方向线36之间的角度θ2进行如下定义的情况下，即，在定义为角度θ2的符号在从各点P朝向径向外侧的第二切线44相对于半径方向线36位于叶轮旋转方向的上游侧时为正的情况下，构成为θ2的最大值为30度以上。
根据该实施方式，由于角度θ2的最大值为30度以上，因此在叶轮旋转时，能够使第二边缘22侧可靠地相对于第一边缘20侧向不增加拉伸应力的方向变形。由此，能够可靠地降低拉伸应力及弯曲力矩M。
在一个实施方式中，当Δθ1和Δθ2为相同程度时，能够最大限度地提高在第一边缘20和第二边缘22之间在末梢侧区域中央部A2产生的拉伸应力及弯曲力矩M的降低效果。
产业上的可利用性
根据一些实施方式，能够降低在离心式旋转机械例如汽车、船舶的涡轮增压器、燃气轮机、汽轮机等的叶轮的叶片的叶末梢侧产生的拉伸应力及弯曲力矩。
附图标记说明
10、100叶轮
12、102轮毂部
14、104叶片
16、106小径部
18、108大径部
20第一边缘
22第二边缘
24、114叶弦
26、38末梢
28旋转轴
30、40弯曲部
32、42直线部
34第一切线
36半径方向线
44第二切线
50离心式旋转机械
52壳体
54进入通道
56流路
58排出通路
110前缘
112后缘
A2末梢侧区域中央部
L1第一基准线
L2第二基准线
M弯曲力矩
Ph1第一轮毂侧基准点
Ph2第二轮毂侧基准点
Pt1第一末梢侧基准点
Pt2第二末梢侧基准点
S1第一半径方向截面
S2第二半径方向截面
a轴向
b旋转方向
c径向
Δθ1、Δθ2相位角差

Claims (14)

1.一种离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，具备：
轮毂，其具有位于轴向的一端部的小径部、以及位于所述轴向的另一端部且直径比所述小径部大的大径部；
叶片，其具有位于所述小径部的轴向位置的第一边缘、以及位于所述大径部的轴向位置的第二边缘，且设置在所述轮毂的外周面，
就所述叶轮而言，经过所述第一边缘的末梢的、轴向位置处的第一半径方向截面中的、50％以上的叶高度范围的至少一部分，相对于半径方向向所述叶轮的旋转方向的下游侧倾斜。
2.根据权利要求1所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
在将所述第一半径方向截面的叶厚方向的中点连结的第一基准线上，
在定义了位于所述轮毂的轮毂面的半径方向位置的第一轮毂侧基准点、和位于所述末梢的半径方向位置的第一末梢侧基准点时，
所述第一末梢侧基准点相对于所述第一轮毂侧基准点位于所述旋转方向的下游侧。
3.根据权利要求2所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
所述第一基准线包括弯曲部，该弯曲部在所述第一半径方向截面，在所述旋转方向的下游侧具有曲率中心。
4.根据权利要求2或3所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
所述第一基准线包括直线部。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
所述第一末梢侧基准点与所述第一轮毂侧基准点之间的相位角差Δθ1为20度以上。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
就所述第一基准线而言，在对该第一基准线上的各点的第一切线与经过该各点的半径方向线之间的角度θ1进行了如下定义的情况下，即，在定义为所述角度θ1的符号在从所述各点朝向径向外侧的所述第一切线相对于所述半径方向线位于所述旋转方向的下游侧时为正的情况下，
所述θ1的最大值为20度以上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
就所述叶轮而言，在经过所述第二边缘的末梢的、轴向位置处的第二半径方向截面中的、50％以上的叶高度范围的至少一部分，相对于半径方向向所述叶轮的旋转方向的上游侧倾斜。
8.根据权利要求7所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
在将所述第二半径方向截面的叶厚方向的中点连结的第二基准线上，
在定义了位于所述轮毂的轮毂面的半径方向位置的第二轮毂侧基准点、和位于所述末梢的半径方向位置的第二末梢侧基准点时，
所述第二末梢侧基准点相对于所述第二轮毂侧基准点位于所述旋转方向的上游侧。
9.根据权利要求8所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
所述第二基准线包括弯曲部，该弯曲部在所述第二半径方向截面，在所述旋转方向的上游侧具有曲率中心。
10.根据权利要求8或9所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
所述第二基准线包括直线部。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
所述第二末梢侧基准点与所述第二轮毂侧基准点之间的相位角差Δθ2为20度以上。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的离心式旋转机械的叶轮，其特征在于，
就所述第二基准线而言，在对该第二基准线上的各点的第二切线与经过该各点的半径方向线之间的角度θ2进行了如下定义的情况下，即，在定义为所述角度θ2的符号在从所述各点朝向径向外侧的所述第二切线相对于所述半径方向线位于所述旋转方向的上游侧时为正的情况下，
所述θ2最大值为30度以上。
13.一种离心式旋转机械，其特征在于，具备：
权利要求1至12中任一项所述的叶轮；
壳体，其以覆盖所述叶轮的方式设置。
14.根据权利要求13所述的离心式旋转机械，其特征在于，
所述叶轮包括：
作为所述第一边缘的前缘；
作为所述第二边缘的后缘；
所述离心式旋转机械是离心式压缩机。
CN201780089796.4A 2017-10-11 2017-10-11 离心式旋转机械的叶轮及离心式旋转机械 Active CN110573745B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/036807 WO2019073551A1 (ja) 2017-10-11 2017-10-11 遠心式回転機械のインペラ及び遠心式回転機械

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110573745A true CN110573745A (zh) 2019-12-13
CN110573745B CN110573745B (zh) 2021-11-26

Family

ID=66100542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780089796.4A Active CN110573745B (zh) 2017-10-11 2017-10-11 离心式旋转机械的叶轮及离心式旋转机械

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11525457B2 (zh)
EP (1) EP3696425B1 (zh)
JP (1) JP6842563B2 (zh)
CN (1) CN110573745B (zh)
WO (1) WO2019073551A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11525457B2 (en) * 2017-10-11 2022-12-13 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Impeller for centrifugal turbomachine and centrifugal turbomachine
EP3835591B1 (en) * 2019-12-13 2023-08-02 Dab Pumps S.p.A. Impeller for centrifugal pump, particularly for a recessed-impeller pump, and pump with such an impeller
WO2021215471A1 (ja) * 2020-04-23 2021-10-28 三菱重工マリンマシナリ株式会社 インペラ、及び遠心圧縮機
GB2611561A (en) * 2021-10-08 2023-04-12 Cummins Ltd Compressor impeller
CN114962322B (zh) * 2022-05-24 2023-09-26 威灵（芜湖）电机制造有限公司 叶轮结构、风机及家用电器

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6447251B1 (en) * 2000-04-21 2002-09-10 Revcor, Inc. Fan blade
JP2005023901A (ja) * 2003-07-02 2005-01-27 Yukinobu Sakata 遠心式羽根車及びその設計方法
DE102006048514B3 (de) * 2005-12-01 2007-05-10 Mtu Friedrichshafen Gmbh Leiteinrichtung für einen VTG-Abgasturbolader
CN101560987A (zh) * 2008-04-17 2009-10-21 霍尼韦尔国际公司 带有喘振控制的离心式压缩机及有关方法
CN102341602A (zh) * 2009-03-13 2012-02-01 涡轮梅坎公司 带有可变倾斜角的轴向离心压缩机
CN103703216A (zh) * 2011-10-27 2014-04-02 三菱重工业株式会社 涡轮动叶片及具备该涡轮动叶片的燃气轮机
JP2014109193A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Hitachi Ltd 遠心式流体機械
CN104093988A (zh) * 2011-11-17 2014-10-08 株式会社日立制作所 离心式流体机械
JP2015045304A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 株式会社Ihi 遠心圧縮機および過給機
CN104854350A (zh) * 2012-12-13 2015-08-19 三菱重工业株式会社 压缩机
CN205154739U (zh) * 2015-11-06 2016-04-13 重庆江增船舶重工有限公司 一种大流量高压比高效率离心式压气叶轮

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4178545B2 (ja) 2002-10-02 2008-11-12 株式会社Ｉｈｉ 回転機械の動翼
US20080229742A1 (en) 2007-03-21 2008-09-25 Philippe Renaud Extended Leading-Edge Compressor Wheel
US8579591B2 (en) * 2010-10-28 2013-11-12 Hamilton Sundstrand Corporation Centrifugal compressor impeller
JP5608062B2 (ja) 2010-12-10 2014-10-15 株式会社日立製作所 遠心型ターボ機械
JP5574951B2 (ja) * 2010-12-27 2014-08-20 三菱重工業株式会社 遠心圧縮機の羽根車
CN103256248B (zh) * 2012-02-21 2015-08-26 珠海格力电器股份有限公司 叶轮及包括该叶轮的离心压缩机
JP5611307B2 (ja) * 2012-11-06 2014-10-22 三菱重工業株式会社 遠心回転機械のインペラ、遠心回転機械
CN105164426B (zh) * 2013-06-13 2017-05-17 三菱重工业株式会社 叶轮以及流体机械
JP2016061223A (ja) 2014-09-18 2016-04-25 株式会社Ihi ターボ回転機械
JP2016169613A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 三菱重工業株式会社 インペラ、圧縮機、および、インペラの製造方法
US10221858B2 (en) * 2016-01-08 2019-03-05 Rolls-Royce Corporation Impeller blade morphology
JP6559805B2 (ja) * 2016-01-14 2019-08-14 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 圧縮機インペラ及びその製造方法
JP6710271B2 (ja) 2016-03-31 2020-06-17 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 回転機械翼
US11525457B2 (en) * 2017-10-11 2022-12-13 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Impeller for centrifugal turbomachine and centrifugal turbomachine

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6447251B1 (en) * 2000-04-21 2002-09-10 Revcor, Inc. Fan blade
JP2005023901A (ja) * 2003-07-02 2005-01-27 Yukinobu Sakata 遠心式羽根車及びその設計方法
DE102006048514B3 (de) * 2005-12-01 2007-05-10 Mtu Friedrichshafen Gmbh Leiteinrichtung für einen VTG-Abgasturbolader
CN101560987A (zh) * 2008-04-17 2009-10-21 霍尼韦尔国际公司 带有喘振控制的离心式压缩机及有关方法
CN102341602A (zh) * 2009-03-13 2012-02-01 涡轮梅坎公司 带有可变倾斜角的轴向离心压缩机
CN103703216A (zh) * 2011-10-27 2014-04-02 三菱重工业株式会社 涡轮动叶片及具备该涡轮动叶片的燃气轮机
CN104093988A (zh) * 2011-11-17 2014-10-08 株式会社日立制作所 离心式流体机械
JP2014109193A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Hitachi Ltd 遠心式流体機械
CN104854350A (zh) * 2012-12-13 2015-08-19 三菱重工业株式会社 压缩机
JP2015045304A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 株式会社Ihi 遠心圧縮機および過給機
CN205154739U (zh) * 2015-11-06 2016-04-13 重庆江增船舶重工有限公司 一种大流量高压比高效率离心式压气叶轮

Also Published As

Publication number Publication date
JP6842563B2 (ja) 2021-03-17
EP3696425B1 (en) 2023-05-03
CN110573745B (zh) 2021-11-26
WO2019073551A1 (ja) 2019-04-18
US20200056487A1 (en) 2020-02-20
EP3696425A4 (en) 2021-05-12
JPWO2019073551A1 (ja) 2020-04-09
US11525457B2 (en) 2022-12-13
EP3696425A1 (en) 2020-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110573745B (zh) 离心式旋转机械的叶轮及离心式旋转机械
US8172525B2 (en) Centrifugal compressor
US9638040B2 (en) Blade of a row of rotor blades or stator blades for use in a turbomachine
EP3009686A1 (en) Impeller and fluid machine
CN103857880B (zh) 涡轮机压缩机叶片以及包含该叶片的涡轮机压缩机定子和涡轮机
US10927849B2 (en) Apparatus for transferring energy between a rotating element and fluid
JPWO2017168766A1 (ja) 回転機械翼、過給機、および、これらの流れ場の形成方法
US10337524B2 (en) Group of blade rows
CN109844263B (zh) 涡轮机叶轮、涡轮机及涡轮增压器
CN108603513B (zh) 压缩机叶轮及其制造方法
US11047256B2 (en) Variable nozzle unit and turbocharger
CN109477417B (zh) 涡轮增压器、涡轮增压器的喷嘴叶片以及涡轮机
CN112412883B (zh) 叶片扩压器及离心压缩机
CN109563770B (zh) 涡轮机及涡轮增压器
US11236669B2 (en) Turbine and turbocharger
JP7036949B2 (ja) ターボ機械
EP3954882A1 (en) Variable geometry turbocharger
US11384766B2 (en) Diffuser vane geometry for a centrifugal compressor and turbocharger
CN116157587A (zh) 涡轮叶轮、涡轮以及涡轮增压器
CN111819347B (zh) 涡轮机动叶片及涡轮机
CN109312659B (zh) 涡轮增压器、涡轮增压器的喷嘴叶片以及涡轮机
EP3739181A1 (en) Radial inflow type turbine and turbocharger
EP3839263B1 (en) Shrouded impeller with shroud reinforcing struts in the impeller suction eye
CN115380169A (zh) 叶轮及离心压缩机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant