CN111520341A - 离心旋转机械的制造方法、及离心旋转机械 - Google Patents

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Abstract

一种离心旋转机械的制造方法、及离心旋转机械，该离心旋转机械的制造方法包括：固定工序(S1)，将具有假想翼形的返回叶片原体固定在引导流路上，该假想翼形随着朝向径向内侧而向旋转轴的旋转方向前方侧弯曲且由朝向旋转方向前方侧凹陷的压力面及朝向旋转方向前方侧凸出的负压面形成；及切削工序(S2)，通过将返回叶片原体的包含径向内侧的端部的部分从压力面切除至负压面而形成切断面。

Description

离心旋转机械的制造方法、及离心旋转机械
技术领域
本发明涉及离心旋转机械的制造方法、及离心旋转机械。
本申请对于在2019年2月5日提出申请的日本特愿2019-018760号来主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
离心压缩机具备沿轴线延伸的旋转轴、安装于该旋转轴的多个叶轮、及从外周侧将上述旋转轴及叶轮覆盖的壳体。在壳体内形成有从轴线方向一方侧至另一方侧反复进行缩径和扩径的流路。流路具有从叶轮的出口朝向径向外侧延伸的扩散流路、从该扩散流路的径向外侧的端部转向180°而向径向内侧延伸的回弯部、及从该回弯部向径向内侧延伸的引导流路。在引导流路内以对流体的流动进行整流为目的而设有多个返回叶片。作为这样的返回叶片的具体例，已知有日本实用新型登记第3187468号公报记载的内容。
日本实用新型登记第3187468号公报记载的返回叶片以随着朝向叶轮(旋转轴)的旋转方向前方侧而从周向朝向径向的方式弯曲。此外，返回叶片的出口角度(径向内侧的端面相对于径向所成的角度)设为0°。由此，将从径向外侧与返回叶片接触的流体的流动整流，将该流动中包含的回旋流成分除去。其结果是，压缩机的压头改善。
【发明要解决的课题】
已知如日本实用新型登记第3187468号公报那样返回叶片的出口角度设为0°的情况下，虽然压头上升，但是压缩机的工作范围减小。而且，在实际使用离心压缩机之前，也有想要事后扩大其工作范围的要求。因此，希望能够容易且事后地扩大离心压缩机的工作范围的技术。
发明内容
本发明为了解决上述课题而作出，其目的在于提供一种能够容易且事后扩大工作范围的离心旋转机械的制造方法、及扩大了工作范围的离心旋转机械。
【用于解决课题的方案】
本发明的一方案的离心旋转机械的制造方法中，所述离心旋转机械具备：旋转轴，能够绕轴线旋转；多个叶轮，固定于该旋转轴；壳体，从外侧将该叶轮覆盖，并形成有从所述叶轮的外周侧向径向外侧延伸的扩散流路、从该扩散流路的径向外侧的端部向径向内侧转向的回弯部、及从该回弯部向径向内侧延伸的引导流路；及多个返回叶片，在所述引导流路上沿所述旋转轴的旋转方向隔开间隔地设置，其中，所述离心旋转机械的制造方法包括：固定工序，将具有假想翼形的返回叶片原体固定在所述引导流路上，该假想翼形随着朝向径向内侧而向所述旋转方向前方侧弯曲且由朝向所述旋转方向前方侧凹陷的正压面及朝向所述旋转方向前方侧凸出的负压面形成；及切削工序，通过将所述返回叶片原体的包含径向内侧的端部的部分从所述正压面切除至所述负压面而形成切断面。
根据上述方法，通过切削工序，通过将返回叶片的包含径向内侧的端部的部分从正压面切除至负压面而形成切断面。由此，能够使返回叶片的出口角度(径向内侧的端面相对于径向所成的角度)大于假想翼形的出口角度。由于出口角度的增大而成为在通过了返回叶片的流体的流动中残存有回旋流成分的状态。其结果是，能够扩大离心旋转机械的工作范围。而且，在上述方法中，对于经由固定工序已经安装于壳体的返回叶片事后执行切削工序。由此，不用再次重新制造返回叶片，能够得到具有所希望的工作范围的离心旋转机械。
在上述离心旋转机械的制造方法中，也可以是，在所述切削工序中，以从所述轴线方向观察时所述切断面呈直线状的方式形成该切断面。
根据上述方法，通过将切断面设为直线状，能够变更返回叶片的出口角度。即，仅利用比较简单的机械加工就能够调整离心旋转机械的工作范围。
在上述离心旋转机械的制造方法中，也可以是，在所述切削工序中，以从所述轴线方向观察时所述切断面呈朝向所述旋转方向前方侧凹陷的圆弧状的方式形成该切断面。
根据上述方法，通过将切断面设为圆弧状，能顺畅地引导沿着该切断面流动的流体的流动，能够减少在该流动产生剥离或涡流的可能性。
在上述离心旋转机械的制造方法中，也可以是，在所述切削工序中，以所述切断面相对于径向成10°以上的角度的方式形成该切断面。
根据上述方法，切断面相对于径向成10°以上的角度。换言之，出口角度为10°以上的角度。由此，能够使由返回叶片引导的流体的流动中包含的回旋流成分更积极地残存。其结果是，能够显著地扩大离心旋转机械的工作范围。
在上述离心旋转机械的制造方法中，也可以是，在所述切削工序中，以沿所述旋转方向相邻的一对所述返回叶片彼此之间的分离距离在一方的所述返回叶片的所述负压面与另一方的所述返回叶片的所述切断面的径向外侧的端部之间变得最小的方式形成所述切断面。
根据上述方法，返回叶片彼此之间的分离距离在一方的返回叶片的负压面与另一方的返回叶片的切断面的径向外侧的端部之间变得最小。由此，能够更顺畅地引导在返回叶片彼此之间流动的流体的流动。
在上述离心旋转机械的制造方法中，也可以是，在所述切削工序之后，还包括形成将所述正压面与所述切断面呈曲面状地连接的连接曲面部的连接曲面形成工序。
根据上述方法，由于正压面与切断面由连接曲面部呈曲面状地连接，因此能够减少沿该连接曲面部流动的流体的流动中产生剥离或涡流的可能性。
本发明的一方案的离心旋转机械具备：旋转轴，能够绕轴线旋转；多个叶轮，固定于该旋转轴；壳体，从外侧将该叶轮覆盖，并形成有从所述叶轮的外周侧向径向外侧延伸的扩散流路、从该扩散流路的径向外侧的端部向径向内侧转向的回弯部、及从该回弯部向径向内侧延伸的引导流路；及多个返回叶片，在所述引导流路上沿所述旋转轴的旋转方向隔开间隔地设置，所述返回叶片具有切断面，该切断面通过将假想翼形的包含径向内侧的端部的部分从所述正压面切除至所述负压面而形成，所述假想翼形随着朝向径向内侧而向所述旋转方向前方侧弯曲且由朝向所述旋转方向前方侧凹陷的正压面及朝向所述旋转方向前方侧凸出的负压面形成。
根据上述结构，通过将返回叶片的包含径向内侧的端部的部分从正压面切除至负压面而形成切断面。由此，能够使返回叶片的出口角度(径向内侧的端面相对于径向所成的角度)大于假想翼形的出口角度。由于出口角度增大而成为通过了返回叶片的流体的流动中残存有回旋流成分的状态。其结果是，能够扩大离心旋转机械的工作范围。
在上述离心旋转机械中，也可以是，所述切断面在从所述轴线方向观察时呈直线状。
根据上述结构，通过将切断面设为直线状，能够变更返回叶片的出口角度。即，仅利用比较简单的机械加工就能够调整离心旋转机械的工作范围。
在上述离心旋转机械中，也可以是，所述切断面在从所述轴线方向观察时呈朝向所述旋转方向前方侧凹陷的圆弧状。
根据上述结构，通过切断面呈圆弧状，能够顺畅地引导沿该切断面流动的流体的流动，减少该流动中产生剥离或涡流的可能性。
在上述离心旋转机械中，也可以是，所述切断面相对于径向成10°以上的角度。
根据上述结构，切断面相对于径向成10°以上的角度。换言之，出口角度为10°以上的角度。由此，能够使由返回叶片引导的流体的流动中包含的回旋流成分更积极地残存。其结果是，能够显著地扩大离心旋转机械的工作范围。
在上述离心旋转机械中，也可以是，沿所述旋转方向相邻的一对所述返回叶片彼此之间的分离距离在一方的所述返回叶片的所述负压面与另一方的所述返回叶片的所述切断面的径向外侧的端部之间变得最小。
根据上述结构，返回叶片彼此之间的分离距离在一方的返回叶片的负压面与另一方的返回叶片的切断面的径向外侧的端部之间变得最小。由此，能够更顺畅地引导在返回叶片彼此之间流动的流体的流动。
在上述离心旋转机械中，也可以是，还具有将所述正压面与所述切断面呈曲面状地连接的连接曲面部。
根据上述结构，正压面与切断面由连接曲面部呈曲面状地连接，因此能够减少沿该连接曲面部流动的流体的流动中产生剥离或涡流的可能性。
【发明效果】
根据本发明，能够提供一种可容易且事后扩大工作范围的离心旋转机械的制造方法、及扩大了工作范围的离心旋转机械。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的离心旋转机械的结构的示意图。
图2是本发明的实施方式的离心旋转机械的剖视图。
图3是表示本发明的实施方式的返回叶片的结构的图。
图4是本发明的实施方式的返回叶片的主要部分放大图。
图5是表示本发明的实施方式的离心旋转机械的制造方法的工序图。
图6是表示本发明的实施方式的返回叶片的变形例的图。
【标号说明】
1 旋转轴
2 流路
3 壳体
4 叶轮
5 轴颈轴承
6 推力轴承
7 吸气口
8 排气口
21 吸入流路
22 压缩流路
23 扩散流路
24 回弯部
25 引导流路
41 盘
42 叶片
43 罩
50 返回叶片
51 前缘
52 后缘
53 负压面
54 压力面
55 切断面
56 连接曲面部
100 离心压缩机
C 中心线
L 分离距离
O 轴线
R 旋转方向
V 假想翼形
G 工作流体
α 出口角度
S1 固定工序
S2 切削工序
S3 连接曲面形成工序
具体实施方式
如图1所示，离心压缩机100具备绕轴线旋转的旋转轴1、通过将该旋转轴1的周围覆盖而形成流路2的壳体3、设置于旋转轴1的多个叶轮4、及设置在壳体3内的返回叶片50。
壳体3呈沿轴线O延伸的圆筒状。旋转轴1以沿轴线O贯通该壳体3的内部的方式延伸。在轴线O方向上的壳体3的两端部分别设有轴颈轴承5及推力轴承6。旋转轴1由上述轴颈轴承5和推力轴承6支承为能够绕轴线O旋转。
在壳体3的轴线O方向一方侧设有用于从外部取入作为工作流体G的空气的吸气口7。此外，在壳体3的轴线O方向另一方侧设有将在壳体3内部被压缩后的工作流体G排出的排气口8。
在壳体3的内侧形成有将上述吸气口7与排气口8连通并反复进行缩径和扩径的内部空间。该内部空间收容多个叶轮4，并成为上述的流路2的一部分。需要说明的是，在以后的说明中，将该流路2上的吸气口7所在的一侧称为上游侧，将排气口8所在的一侧称为下游侧。
在旋转轴1的外周面上沿轴线O方向隔开间隔地设有多个(6个)叶轮4。如图2所示，各叶轮4具有从轴线O方向观察时具有大致圆形的截面的盘41、在该盘41的上游侧的面上设置的多个叶片42、及将这多个叶片42从上游侧覆盖的罩43。
盘41在从与轴线O交叉的方向观察时，以随着从该轴线O方向的一方侧朝向另一方侧而径向的尺寸逐渐扩大的方式形成，由此呈大致圆锥状。
叶片42在上述的盘41的轴线O方向上的两面中的朝向上游侧的圆锥面上，以轴线O为中心而朝向径向外侧呈放射状地排列多个。更详细而言，这些叶片由从盘41的上游侧的面朝向上游侧竖立设置的薄板形成。这多个叶片42在从轴线O方向观察的情况下，以从周向的一方侧朝向另一方侧的方式弯曲。
在叶片42的上游侧的端缘设有罩43。换言之，上述多个叶片42由该罩43和盘41从轴线O方向夹持。由此，在罩43、盘41及彼此相邻的一对叶片42彼此之间形成空间。该空间成为后述的流路2的一部分(压缩流路22)。
流路2是将如上所述构成的叶轮4与壳体3的内部空间连通的空间。在本实施方式中，设为在每1个叶轮4(每1个压缩级)形成1个流路2的情况进行说明。即，在离心压缩机100中，对应于除了最后级的叶轮4之外的5个叶轮4，形成从上游侧朝向下游侧连续的5个流路2。
各个流路2具有吸入流路21、压缩流路22、扩散流路23、及引导流路25。需要说明的是，图2主要示出流路2及叶轮4中的从第一级至第三级的叶轮4。
在第一级的叶轮4中，吸入流路21与上述的吸气口7直接连接。通过该吸入流路21，将外部的空气作为工作流体G向流路2上的各流路取入。更具体而言，该吸入流路21随着从上游侧朝向下游侧而从轴线O方向朝向径向外侧逐渐弯曲。
第二级以后的叶轮4中的吸入流路21与前级(第一级)的流路2中的引导流路25(后述)的下游端连通。即，通过了引导流路25的工作流体G与上述同样以沿着轴线O而朝向下游侧的方式变更其流动方向。
压缩流路22是由盘41的上游侧的面、罩43的下游侧的面、及在周向上相邻的一对叶片42围成的流路。更详细而言，该压缩流路22随着从径向内侧朝向外侧而其截面积逐渐减少。由此，在叶轮4旋转的状态下在压缩流路22中流通的工作流体G逐渐被压缩而成为高压流体。
扩散流路23是从轴线O的径向内侧朝向外侧延伸的流路。该扩散流路23中的径向内侧的端部与上述压缩流路22的径向外侧的端部连通。
引导流路是使朝向径向外侧的工作流体G朝向径向内侧转向，而向下一级的叶轮4流入的流路。引导流路由回弯部24和引导流路25形成。
回弯部24使经由扩散流路23从径向的内侧朝向外侧流通的工作流体G的流动方向朝向径向内侧反转。回弯部24的一端侧(上游侧)与上述扩散流路23连通，另一端侧(下游侧)与引导流路25连通。在回弯部24的中途，位于径向的最外侧的部分成为顶部。在该顶部的附近，回弯部24的内壁面成为三维曲面，从而不会妨碍工作流体G的流动。
引导流路25从回弯部24的下游侧的端部朝向径向内侧延伸。引导流路25的径向外侧的端部与上述的回弯部24连通。引导流路25的径向内侧的端部如上所述与后级的流路2的吸入流路21连通。
接下来，说明返回叶片50。返回叶片50在引导流路25内设置多个。详细而言，如图3所示，多个返回叶片50在引导流路25中，以轴线O为中心呈放射状地排列。换言之，上述返回叶片50在轴线O的周围沿周向隔开间隔地排列。返回叶片50的轴线方向的两端与形成引导流路25的壳体3相接。
返回叶片50在从轴线O方向观察时，呈以径向外侧的端部为前缘51并以径向内侧的端部为后缘52的翼形形状。返回叶片50随着从前缘51朝向后缘52(即，从径向外侧向内侧)而向旋转轴1的旋转方向R前方侧弯曲。返回叶片50以朝向旋转方向R前方侧凸出的方式弯曲。返回叶片50的朝向旋转方向R前方侧的面设为负压面53，朝向旋转方向R后方侧的面设为压力面54。从轴线O方向观察时，距压力面54和负压面53的距离相等的线设为中心线C。
在本实施方式中，返回叶片50的出口角度α朝向旋转方向R前方侧倾斜。在此，出口角度α是指从轴线O方向观察时返回叶片50的中心线C相对于通过该后缘52和轴线O的基准线S所成的锐角的大小。该出口角度α在同一级的返回叶片50彼此中相互相同。出口角度α优选为10°以上且45°以下。
此外，如图4放大所示，将返回叶片50的包含后缘52的压力面54侧的端面设为切断面55。该切断面55通过将图3所示的假想翼形V的包含径向内侧的端部的部分从压力面54切削至负压面53而形成。需要说明的是，在此所说的假想翼形V是指假定为压力面54及负压面53以同样的曲率延伸，延伸至上述压力面54与负压面53的径向内侧的端部相互交叉的点为止的翼形。本实施方式的返回叶片50通过利用机械加工将该假想翼形V的包含径向内侧的端部的部分切除而形成。切断面55以向旋转方向R前方侧凸出的方式弯曲成圆弧状。
如图4所示，压力面54与切断面55通过平滑的曲面(连接曲面部56)而相互连接。压力面54及切断面55向旋转方向R前方侧凸出地弯曲，另一方面，连接曲面部56向旋转方向R后方侧凸出地弯曲。即，该连接曲面部56向与压力面54及切断面55相反的方向弯曲。连接曲面部56通过对形成在压力面54与切断面55之间的角部进行倒角而形成。
此外，如图3所示，返回叶片50彼此之间的分离距离L在一方的返回叶片50的负压面53与另一方的返回叶片50的切断面55的径向外侧的端部之间变得最小。
接下来，关于本实施方式的离心旋转机械的制造方法，参照图5进行说明。如该图所示，该制造方法包括固定工序S1、切削工序S2、及连接曲面形成工序S3。
在固定工序S1中，在引导流路25上固定具有上述的假想翼形V的加工前的返回叶片50(返回叶片原体)。虽然详情未图示，但返回叶片原体通过螺栓而紧固固定于引导流路25的壁面。
接着固定工序S1之后执行切削工序S2。在切削工序S2中，通过对固定在引导流路25上的状态的返回叶片原体实施机械加工(切削加工)，由此形成上述的切断面55。需要说明的是，优选在固定工序S1与切削工序S2之间，对离心压缩机100进行试运转，根据需要而执行确认工序，该确认工序对是否达到预先确定的所希望的工作范围进行确认。在不满足所希望的工作范围的情况下(即，需要扩大工作范围的情况下)，执行切削工序S2。而且，在该切削工序S2中，优选以加工后的返回叶片50的出口角度α为上述的数值范围内且工作范围成为所希望的值的方式调整切削量。
接着切削工序S2之后执行连接曲面形成工序S3。在连接曲面形成工序S3中，形成上述的连接曲面部56。更具体而言，通过对形成在压力面54与切断面55之间的角部进行倒角加工而形成曲面状的连接曲面部56。通过以上所述，本实施方式的制造方法的全部工序完成。
根据上述的方法，通过切削工序S2，通过将返回叶片原体的包含径向内侧的端部的部分从压力面54切除至负压面53而形成切断面55。由此，能够使返回叶片50的出口角度α(径向内侧的端面相对于径向所成的角度)大于假想翼形V的出口角度。通过出口角度α的增大而成为在通过了返回叶片50的流体的流动中残存有回旋流成分的状态。其结果是，能够扩大离心压缩机100的工作范围。而且，在上述方法中，对经由固定工序S1已经安装于壳体3的返回叶片原体事后执行切削工序S2。由此，不用再次重新制造返回叶片50而能够容易地得到具有所希望的工作范围的离心压缩机100。
根据上述方法及结构，通过使切断面55成为向旋转方向R前方侧凸出的圆弧状，能顺畅地引导沿着该切断面55流动的流体的流动，能够减少该流动产生剥离或涡流的可能性。
根据上述方法及结构，切断面55相对于径向成10°以上的角度。换言之，出口角度α为10°以上的角度。由此，能够使由返回叶片50引导的流体的流动中包含的回旋流成分更积极地残存。其结果是，能够显著地扩大离心压缩机100的工作范围。
根据上述方法及结构，返回叶片50彼此之间的分离距离在一方的返回叶片50的负压面53与另一方的返回叶片50的切断面55的径向外侧的端部之间变得最小。由此，能够更顺畅地引导在返回叶片50彼此之间流动的流体的流动。
根据上述方法及结构，压力面54与切断面55由连接曲面部56呈曲面状地连接，因此能够减少沿着该连接曲面部56流动的流体的流动中产生剥离或涡流的可能性。
以上，说明了本发明的实施方式。需要说明的是，只要不脱离本发明的主旨，就可以对上述的方法及结构实施各种变更、修改。例如，在上述实施方式中，说明了切断面55呈圆弧状的例子。然而，切断面55的形状没有限定于此，如图6所示在从轴线O方向观察时切断面55′也可以呈直线状。而且，也可以设为不形成上述的连接曲面部56的结构。通过使切断面55′成为直线状，仅利用比较简单的机械加工就能够容易地调整离心压缩机100的工作范围。

Claims (12)

1.一种离心旋转机械的制造方法，所述离心旋转机械具备：
旋转轴，能够绕轴线旋转；
多个叶轮，固定于该旋转轴；
壳体，从外侧将该叶轮覆盖，并形成有从所述叶轮的外周侧向径向外侧延伸的扩散流路、从该扩散流路的径向外侧的端部向径向内侧转向的回弯部、及从该回弯部向径向内侧延伸的引导流路；及
多个返回叶片，在所述引导流路上沿所述旋转轴的旋转方向隔开间隔地设置，
其中，
所述离心旋转机械的制造方法包括：
固定工序，将具有假想翼形的返回叶片原体固定在所述引导流路上，该假想翼形随着朝向径向内侧而向所述旋转方向前方侧弯曲且由朝向所述旋转方向前方侧凹陷的正压面及朝向所述旋转方向前方侧凸出的负压面形成；及
切削工序，通过将所述返回叶片原体的包含径向内侧的端部的部分从所述正压面切除至所述负压面而形成切断面。
2.根据权利要求1所述的离心旋转机械的制造方法，其中，
在所述切削工序中，以从所述轴线方向观察时所述切断面呈直线状的方式形成该切断面。
3.根据权利要求1所述的离心旋转机械的制造方法，其中，
在所述切削工序中，以从所述轴线方向观察时所述切断面呈朝向所述旋转方向前方侧凹陷的圆弧状的方式形成该切断面。
4.根据权利要求1所述的离心旋转机械的制造方法，其中，
在所述切削工序中，以所述切断面相对于径向成10°以上的角度的方式形成该切断面。
5.根据权利要求1所述的离心旋转机械的制造方法，其中，
在所述切削工序中，以沿所述旋转方向相邻的一对所述返回叶片彼此之间的分离距离在一方的所述返回叶片的所述负压面与另一方的所述返回叶片的所述切断面的径向外侧的端部之间变得最小的方式形成所述切断面。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的离心旋转机械的制造方法，其中，
在所述切削工序之后，还包括形成将所述正压面与所述切断面呈曲面状地连接的连接曲面部的连接曲面形成工序。
7.一种离心旋转机械，具备：
旋转轴，能够绕轴线旋转；
多个叶轮，固定于该旋转轴；
壳体，从外侧将该叶轮覆盖，并形成有从所述叶轮的外周侧向径向外侧延伸的扩散流路、从该扩散流路的径向外侧的端部向径向内侧转向的回弯部、及从该回弯部向径向内侧延伸的引导流路；及
多个返回叶片，在所述引导流路上沿所述旋转轴的旋转方向隔开间隔地设置，
所述返回叶片具有切断面，该切断面通过将假想翼形的包含径向内侧的端部的部分从所述正压面切除至所述负压面而形成，所述假想翼形随着朝向径向内侧而向所述旋转方向前方侧弯曲且由朝向所述旋转方向前方侧凹陷的正压面及朝向所述旋转方向前方侧凸出的负压面形成。
8.根据权利要求7所述的离心旋转机械，其中，
所述切断面在从所述轴线方向观察时呈直线状。
9.根据权利要求7所述的离心旋转机械，其中，
所述切断面在从所述轴线方向观察时呈朝向所述旋转方向前方侧凹陷的圆弧状。
10.根据权利要求7所述的离心旋转机械，其中，
所述切断面相对于径向成10°以上的角度。
11.根据权利要求7所述的离心旋转机械，其中，
沿所述旋转方向相邻的一对所述返回叶片彼此之间的分离距离在一方的所述返回叶片的所述负压面与另一方的所述返回叶片的所述切断面的径向外侧的端部之间变得最小。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的离心旋转机械，其中，
所述离心旋转机械还具有将所述正压面与所述切断面呈曲面状地连接的连接曲面部。
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