CN112412883B - 叶片扩压器及离心压缩机 - Google Patents

Abstract

提高叶片扩压器中的扩压器性能。叶片扩压器是设置于离心压缩机的叶轮的下游侧的叶片扩压器，具备：扩压器流路形成部，包括轮毂侧面及与所述轮毂侧面相向的护罩侧面，在所述叶轮的下游侧形成环状的扩压器流路；多个扩压器翼，在所述叶轮的周向上隔开间隔地设置于所述扩压器流路，在所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述轮毂侧面的连接部、及所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述护罩侧面的连接部中的至少一个连接部上形成有圆角，在将所述圆角的半径设为R且将所述多个扩压器翼的各扩压器翼的翼高度设为b的情况下，所述扩压器流路的喉部位置的下游侧的R/b的最大值比所述扩压器流路的所述喉部位置的上游侧的R/b的最大值大。

Description

叶片扩压器及离心压缩机

技术领域

本公开涉及叶片扩压器(Vane diffuser)及离心压缩机。

背景技术

在车辆用、船舶用及工业用的涡轮增压器的压缩部等中使用的离心压缩机经由叶轮的旋转而对流体提供动能，并且通过向径向外侧喷出流体，借助离心力使得压力上升。

为了提高离心压缩机的性能，进行了各种研究。作为其中之一为列举在离心压缩机的叶轮的下游侧设置的叶片扩压器的静压恢复性能(扩压器性能)的提高。例如在专利文献1中记载有如下的技术，即，通过减小扩压器翼的翼角与流体的流动角之差即入射角(incidence)，抑制扩压器性能的降低(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-92482号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述的专利文献1中记载的离心压缩机中，通过考虑入射角在翼高度方向上的分布，使得更有效地抑制扩压器性能的降低。但是，从提高离心压缩机的性能的观点，要求进一步提高扩压器性能。

鉴于上述的情况，本发明的至少一个实施方式的目的在于，提高叶片扩压器的扩压器性能。

用于解决课题的手段

(1)本发明的至少一个实施方式的叶片扩压器，设置于离心压缩机的叶轮的下游侧，具备：扩压器流路形成部，包括轮毂(hub)侧面及与所述轮毂侧面相向的护罩(Shroud)侧面，在所述叶轮(impeller)的下游侧形成环状的扩压器流路；及多个扩压器翼，在所述叶轮的周向上隔开间隔地设置于所述扩压器流路，在所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述轮毂侧面的连接部、及所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述护罩侧面的连接部中的至少一个连接部上形成有圆角(fillet)，在将所述圆角的半径设为R且将所述多个扩压器翼的各扩压器翼的翼高度设为b的情况下，所述扩压器流路的喉部(throat)位置的下游侧的R/b的最大值比所述扩压器流路的所述喉部位置的上游侧的R/b的最大值大。

通常在扩压器流路中，形成为流路截面积随着朝向下游侧而变大，以使由于静压恢复，流体的流速随着朝向下游侧而降低。另外，在上述连接部的附近，由于流体分别受到来自交叉的两个壁面即扩压器翼和轮毂侧面的影响、或扩压器翼和护罩侧面的影响，所以流体的流速尤其容易降低。在扩压器流路中，虽然通过因静压恢复引起的静压的上升，扩压器流路的下游侧的静压更加变高，但是在上述连接部的附近，流体的流速降低，由此受到随着朝向扩压器流路的下游侧而变高的静压的影响，存在产生流体的逆流的危险。因此，流体流从上述连接部剥离，有效的流路截面积变小，存在静压恢复性能降低的危险。

在此，如使上述R/b变大，则形成于上述连接部的圆角的半径R变大，所以在上述连接部，使得轮毂侧面、护罩侧面与扩压器翼经由圆角平缓地连接，从而难以受到来自交叉的两个壁面的影响，所以抑制在上述连接部的附近流体的流速的降低。因此，抑制上述那样的逆流的产生，能够抑制流体的剥离。另外，若使上述R/b变大，则与上述R/b小的情况相比，流路截面积减小，所以能够抑制流体的流速超过必要地降低，更难以发生上述那样的逆流，能够抑制流体的剥离。此外，从静压恢复的观点，希望在扩压器流路中，使流路截面积随着朝向下游侧而进一步增大，使流体的流速随着朝向下游侧而进一步降低，但是若流体的流速过度降低会发生上述那样的逆流、剥离，则扩压器性能会大大地降低。因此，通过使上述R/b变大，由此抑制随着朝向下游侧而增加的流路截面积的增加量，能够抑制上述那样的逆流、剥离，带来扩压器性能的提高。

另一方面，在实现扩压器性能的提高的方面，希望在扩压器流路的喉部位置的上游侧，使流路截面积尽可能地大。因此，在扩压器流路的喉部位置的上游侧，上述R/b最好是较小。

根据上述(1)的构成，由于扩压器流路的喉部位置的下游侧的R/b的最大值比扩压器流路的喉部位置的上游侧的R/b的最大值大，所以能够抑制上述那样的逆流、剥离，并且在扩压器流路的喉部位置的上游侧能够获得尽可能大的流路截面积，所以能够有效地提高扩压器性能。

(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构中，所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的R/b的最大值为0.2以上。

根据本发明人的见解，扩压器流路中的边界层厚度，即壁面附近的流体的流速比较低的区域的厚度为扩压器翼的翼高度的约20％左右。因此，根据上述(2)的结构，通过将R/b的最大值设为0.2以上，由此圆角的翼高度方向的尺寸为扩压器翼的翼高度的20％以上，所以有效地抑制在上述连接部的附近流体的流速的降低。因此，能够有效地抑制上述那样的逆流、剥离。

(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的结构中，所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的至少一部分的区间的R/b朝向所述扩压器翼的后缘侧而变大。

根据本发明人的见解，越朝向扩压器流路的下游侧，上述那样的逆流、剥离越增强。因此，根据上述(3)的结构，通过使R/b朝向扩压器翼的后缘侧而变大，由此能够有效地抑制上述那样的逆流、剥离。

(4)在几个实施方式中，在上述(3)的结构中，所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的至少一部分的区间的R/b朝向所述扩压器翼的后缘侧而线性地变大。

根据本发明人的见解，扩压器流路的流路截面积随着朝向扩压器翼的后缘侧而线性地变化的情况与非线性地变化的情况相比，扩压器性能更加良好。因此，例如在扩压器翼由平板构件等形成为直线状等的情况下，如上述(4)的结构那样，通过将R/b形成为朝向扩压器翼的后缘侧而线性地变大，由此能够使扩压器流路的流路截面积线性地变化。由此，扩压器性能变得良好。

另外，根据上述(4)的结构，将圆角形成为圆角的半径R线性地变化，所以制造容易。

(5)在几个实施方式中，在上述(3)的结构中，所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的至少一部分的区间的R/b朝向所述扩压器翼的后缘侧曲线地变大，以使变化量随着朝向所述后缘侧而变大。

根据本发明人的见解，扩压器流路的流路截面积随着朝向扩压器翼的后缘侧而线性地变化的情况与非线性地变化的情况相比，扩压器性能更加良好。因此例如在扩压器翼形成为朝向后缘侧非线性的曲线状等的情况下，通过将R/b形成为曲线地变大，以使变化量随着朝向扩压器翼的后缘侧而变大(即形成为朝向下方的凸状)，由此能够使扩压器流路的流路截面积线性地变化。

由此，扩压器性能良好。

(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(5)任一个结构中，所述圆角分别形成于所述多个扩压器翼的各扩压器翼的压力面及负压面，在将形成于所述压力面的所述圆角的半径设为R_P且将形成于所述负压面的所述圆角的半径设为R_S的情况下，形成于所述压力面的所述圆角的R_P/b的分布与形成于所述负压面的所述圆角的R_S/b的分布相互不同。

根据本发明人的见解，扩压器流路中的边界层的厚度在压力面侧和负压面侧不同。因此，如上述(6)的结构那样，通过将形成于压力面的圆角的R_P/b的分布、与形成于负压面的圆角的R_S/b的分布形成为根据在各个面中分别形成的边界层的厚度而相互不同，由此能够提高扩压器性能。

(7)在几个实施方式中，在上述(6)的结构中，所述扩压器流路的喉部位置的下游侧的R_P/b的最大值比所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的R_S/b的最大值大。

根据本发明人的见解，在离心压缩机的某一工作点，压力面侧的边界层形成为比负压面侧的边界层厚。因此，如上述(7)的结构那样，通过将喉部位置的下游侧的压力面侧的R_P/b的最大值形成为比负压面侧的R_S/b的最大值大，由此诱发二次流并且压力面侧边界层变薄，所以能够提高扩压器性能。

(8)在几个实施方式中，在上述(1)至(7)中任一结构中，所述圆角仅形成于所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述轮毂侧面的连接部，或仅形成于所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述护罩侧面的连接部。

即使仅是上述的圆角仅形成于多个扩压器翼的各扩压器翼与轮毂侧面的连接部，或仅形成于多个扩压器翼的各扩压器翼与护罩侧面的连接部，也有助于扩压器性能的提高。因此，根据上述(8)的结构，能够提高扩压器性能。

(9)在几个实施方式中，在上述(1)至(7)中任一结构中，所述叶轮包括在所述叶轮的周向上隔开间隔地设置的多个叶片，所述多个叶片的各叶片的前端相对于所述离心压缩机的壳体的内表面隔开规定的间隙而配置，所述圆角至少形成于所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述护罩侧面的连接部。

根据上述(9)的构成，多个叶片的各叶片的前端相对于离心压缩机的壳体的内表面隔开规定的间隙而配置。即，根据上述(9)的结构，叶轮构成为不具有环状的护罩构件的所谓开式叶轮。

根据本发明人的见解，在具有开式叶轮的离心压缩机中，由于来自叶片的叶稍余隙的泄露流的影响，与轮毂侧面相比，护罩侧面形成更厚的边界层。

因此，根据上述(9)的结构，通过在多个扩压器翼的各扩压器翼与护罩侧面的连接部形成圆角，由此能实现对于开式叶轮的扩压器性能的提高。

(10)本发明的至少一个实施方式的离心压缩机具备：叶轮；及上述(1)至(9)中任一结构的叶片扩压器。

根据上述(10)的构成，由于具备上述(1)至(9)中任一结构的叶片扩压器，所以能够有效地提高扩压器性能，提高离心压缩机的效率。

发明效果

根据本发明的至少一个实施方式，能够提高叶片扩压器中的扩压器性能。

附图说明

图1是一个实施方式的离心压缩机的沿着轴向的概略剖视图。

图2是向图1中的II-II箭头方向观察的视图。

图3是向图2中的III箭头方向观察的视图。

图4是向图2中的IV箭头方向观察的视图。

图5是向图2中的V箭头方向观察的视图。

图6是向图2中的VI箭头方向观察的视图。

图7是示出在4个连接部中的两个上形成有圆角的例子的示意图。

图8是示出在4个连接部中的3个上形成有圆角的例子的示意图。

图9是示出在全部4个连接部上都形成有圆角的例子的示意图。

图10是表示在几个实施方式中圆角的半径R的大小从扩压器翼的前缘到后缘如何变化的曲线的例子。

图11是表示在几个实施方式中圆角的半径R的大小从扩压器翼的前缘到后缘如何变化的曲线的例子。

图12是表示在几个实施方式中圆角的半径R的大小从扩压器翼的前缘到后缘如何变化的曲线的例子。

图13是表示在几个实施方式中圆角的半径R的大小从扩压器翼的前缘到后缘如何变化的曲线的例子。

图14是用于说明扩压器流路中的边界层及二次流的图。

标号说明

8 扩压器流路

10 叶片扩压器

11 扩压器流路形成部

13、15 流路壁

13a 轮毂侧面

15a 护罩侧面

20 叶轮

21 叶片

21a 前端

30 扩压器翼

30a 壁面(压力面)

30b 壁面(负压面)

41 喉部

41a 喉部位置

43、45 连接部

50 圆角

100 离心压缩机

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的几个实施方式。其中，关于作为实施方式记载的或在附图中示出的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，并不旨在将本发明的范围限定于此，只不过仅是说明例。

例如，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等的表示相对或绝对的配置的表述，不仅表示严格地那样配置，也表示以公差或获得相同的功能的程度的角度、距离而相对位移的状态。

例如，“同一”、“相同”及“均质”等的表示事物为相同的状态的表述，不仅表示严格地相同的状态，也表示存在公差或获得相同的功能的程度的差异的状态。

例如，四边形状、圆筒形状等的表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义上的四边形状、圆筒形状等的形状，也表示在获得相同的效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“装备”“具有”、“具备”、“包括”或“含有”一个构成要素的表述，并不是排除其他的构成要素的存在的排他性的表述。

图1是一个实施方式的离心压缩机100的沿着轴向的概略剖视图。图2是向图1中的II-II箭头方向观察的视图，是用于说明后述的叶片扩压器10的示意图。图3是向图2中的III箭头方向观察的视图。图4是向图2中的IV箭头方向观察的视图。图5是向图2中的V箭头方向观察的视图。图6是向图2中的VI箭头方向观察的视图。

此外，离心压缩机100例如能够在汽车用或船舶用的涡轮增压器、其他工业用离心压缩机、鼓风机等中应用。

在下面的说明中，将后述的叶轮20的轴线方向，即旋转中心O的延伸方向称为轴向。将轴向中的沿着流入离心压缩机100的流体流的上游侧设为轴向上游侧，将其相反侧设为轴向下游侧。此外，在后述的图3～图9中，将轴向上游侧称为护罩侧，将轴向下游侧称为轮毂侧。

另外，在下面的说明中，将以旋转中心O为中心的叶轮20的径向也仅称为径向。径向中的接近旋转中心O的方向设为径向内侧，将远离旋转中心O的方向设为径向外侧。

在下面的说明中，将沿着叶轮20的以旋转中心O为中心的旋转方向的方向也简称为周向。

此外，在下面的说明中，在简称为上游侧的情况下，指与方向的说明有关的部位、区域中的沿着流体的主流的方向的上游侧。同样地，在下面的说明中，在简称为下游侧的情况下，指与方向的说明有关的部位、区域中的沿着流体的主流的方向的下游侧。

例如图1所示，几个实施方式的离心压缩机100包括叶轮20和壳体3。壳体3具备在叶轮20的外周侧形成涡形流路4的涡形部6和设置于叶轮20的下游侧且用于将被叶轮20压缩的流体(压缩空气)供给至涡形流路4的叶片扩压器10。

在几个实施方式中，叶轮20包括在叶轮20的周向上隔开间隔地设置的多个叶片21。多个叶片21分别立设于叶轮20的轮毂面20a。

在几个实施方式中，多个叶片21的各叶片21的前端21a与壳体3的内表面3a隔开规定的间隙地配置。即，几个实施方式的叶轮20构成为不具有环状的护罩构件的开式叶轮(open type impeller)。

几个实施方式的叶片扩压器10具备：扩压器流路形成部11，在叶轮20的下游侧形成环状的扩压器流路8；及多个扩压器翼30，在扩压器流路8中，在叶轮20的周向上隔开间隔地设置。

此外，在叶轮20的沿着轴向的截面上(即，在图1中的纸面上)，涡形流路4具有圆形形状，扩压器流路8形成为直线状。

扩压器流路形成部11由在叶轮20的轴向上隔着扩压器流路8设置的一对流路壁13、15构成。一对流路壁13、15中的轮毂侧的流路壁13具有面向扩压器流路8的轮毂侧面13a，护罩侧的流路壁15具有与轮毂侧面13a相向且面向扩压器流路8的护罩侧面15a。

此外，在图1中，虽然为了方便，对涡形部6和扩压器流路形成部11标注不同的剖面线，但是壳体3可以由在与涡形部6和扩压器流路形成部11的边界位置无关的任意的部位连结的多个壳体构件构成。另外，壳体3除了容置叶轮20的压缩外壳以外，还可以包括容置将叶轮20支撑为能够旋转的轴承的轴承外壳的一部分。

例如在图2中良好地示出的，多个扩压器翼30的各扩压器翼30具有：压力面侧的壁面30a，从扩压器翼30的径向内侧的端部即前缘31延伸到作为径向外侧的端部的后缘33；及负压面侧的壁面30b，沿着翼厚方向设置于压力面侧的壁面30a的相反侧。在下面的说明中，也将压力面侧的壁面30a简称为压力面30a，也将负压面侧的壁面30b简称为负压面30b。在几个实施方式中，扩压器翼30的背部侧的壁面是压力面30a，腹部侧的壁面是负压面30b。

在沿着周向相互相邻的一对扩压器翼30中，一个扩压器翼30的压力面30a与另一个扩压器翼30的负压面30b相向。将一对扩压器翼30之间的流路面积最小的位置称为喉部41。在图2中，用虚线表示喉部41所在的区域。在下面的说明中，也将喉部41所在的区域的位置称为喉部位置41a。

在几个实施方式的离心压缩机100中，使得叶片扩压器10中的扩压器性能提高，以提高离心压缩机100的性能。下面，详细说明几个实施方式的叶片扩压器10。

在几个实施方式的叶片扩压器10中存在多个扩压器翼30中的各扩压器翼30与轮毂侧面13a的连接部43及多个扩压器翼30中的各扩压器翼30与护罩侧面15a的连接部45。即，在几个实施方式的叶片扩压器10中存在连接压力面30a和轮毂侧面13a的连接部43、连接负压面30b和轮毂侧面13a的连接部43、连接压力面30a和护罩侧面15a的连接部45及连接负压面30b和护罩侧面15a的连接部45这4个连接部43、45。

在几个实施方式的叶片扩压器10中，如图4～图6所示，在上述的4个连接部43、45中的至少一个连接部形成有圆角50。此外，在图4～图6所示的例子中，在连接负压面30b和轮毂侧面13a的连接部43形成有圆角50。

此外，几个实施方式的圆角50是也被称为所谓R角部的角部的圆弧，即在壁面彼此交叉的部分，与在叶片扩压器10的形成的过程中非有意地形成的角部的圆弧不同，是有意形成的圆弧。圆角50的半径具有比非有意地形成的角部的圆弧的半径大的曲率半径。此外，在几个实施方式中，若将非有意形成的角部的圆弧的半径设为Ra，则Ra/b大约为0.05到0.1左右的大小。此外，圆角50也可以不是完全的圆弧的形状，只要是大致圆弧的形状即可。

几个实施方式的圆角50可以不形成在连接负压面30b和轮毂侧面13a的连接部43，而形成在该连接部43以外的3个连接部43、45中的任意一个。

另外，几个实施方式的圆角50也可以形成于4个连接部43、45中的任意两个。例如，图7是示出在4个连接部43、45中的两个上形成有圆角50的例子的示意图。在图7所示的例子中，几个实施方式的圆角50形成于连接负压面30b和轮毂侧面13a的连接部43及连接负压面30b和护罩侧面15a的连接部45。

另外，几个实施方式的圆角50也可以形成于4个连接部43、45中的任意3个。例如，图8是示出在4个连接部43、45中的3个上形成有圆角50的例子的示意图。在图8所示的例子中，几个实施方式的圆角50形成于连接负压面30b和轮毂侧面13a的连接部43、连接负压面30b和护罩侧面15a的连接部45及连接压力面30a和轮毂侧面13a的连接部43。

而且，几个实施方式的圆角50也可以形成于全部的4个连接部43、45。例如，图9示出在全部的4个连接部43、45都形成有圆角50的例子的示意图。

图10～图13是表示在几个实施方式中，圆角50的半径R的大小从扩压器翼30的前缘31到后缘33如何变化的曲线的例子。在图10～图13中，在横轴上取腹部侧的壁面30b即负压面30b的从前缘31到后缘33的位置，在纵轴上取圆角50的半径R除以扩压器翼30的翼高度b得到的R/b的值。

此外，图10～图13中的曲线71～74仅为例示，本发明不限定于此。

例如，可以如图10的曲线71、图13的曲线74所示，从前缘31到喉部位置41a为止不设置圆角50，在喉部位置41a以后设置圆角50，使得在喉部位置41a的后缘33侧，R/b的值为0.2以上。此外，在下面的说明中，所说的以后指，作为基准的位置和该位置的后缘33侧。例如，喉部位置41a以后指，喉部位置41a的位置和喉部位置41a的后缘33侧。

另外，也可以例如由图11的曲线72所示的那样，从前缘31侧到喉部位置41a的前缘31侧的位置C2为止不设置圆角50，在位置C2以后设置圆角50，使得在喉部位置41a，R/b的值为0.2以上。

还可以例如用图12的曲线73所示的那样，从前缘31侧到喉部位置41a的后缘33侧的位置C3为止不设置圆角50，在位置C3以后设置有圆角50，使得在位置C3的后缘33侧的位置，R/b的值为0.2以上。

此外，可以如图10的曲线71a、图11中的曲线72a、图12中的曲线73a那样，在喉部位置41a的后缘33侧的位置C1以后，使R/b的值恒定。

另外，也可以如图10的曲线71b、图11中的曲线72b、图12中的曲线73b那样，在喉部位置41a的后缘33侧的位置C1以后，使R/b的值逐渐增大。

另外，还可以如图10的曲线71c、图11中的曲线72c、图12中的曲线73c那样，在喉部位置41a的后缘33侧的位置C1以后，使R/b的值逐渐减小。

可以如图10～12的曲线71～73那样，使R/b的值线性地变化，也可以如图13的曲线74那样，使R/b的值曲线地(非线性地)变化。

另外，可以如图13的曲线74a、74c那样，在喉部位置41a以后或喉部位置41a的后缘33侧的位置以后，使R/b的值逐渐增加，也可以如图13的曲线74b那样，在喉部位置41a的后缘33侧的位置C4以后，使R/b的值逐渐减小。

此外，可以如图13的曲线74a那样，使得随着朝向后缘侧，R/b的值的变化量变小，也可以如图13的曲线74c那样，使得随着朝向后缘侧，R/b的值的变化量变大。

另外，也可以如图10～13的曲线71c、72c、73c、74b那样，在随着朝向后缘33而使R/b的值逐渐减小的情况下，在使R/b的值逐渐减小的区间的一部分，R/b的值变为小于0.2。

为了使R/b的值变化，可以使扩压器翼30的翼厚t在沿着流体流的方向及轴向上变化。此外，在此，翼厚t设为从扩压器翼30的弧线(camber line)到翼面的距离。

如图10～13所示，在几个实施方式的叶片扩压器10中，在将圆角50的半径设为R，将多个扩压器翼30的各扩压器翼30的翼高度设为b的情况下，扩压器流路8的喉部位置41a的下游侧的R/b的最大值比扩压器流路8的喉部位置41a的上游侧的R/b的最大值大。

通常在扩压器流路8中，形成为使得流路截面积随着朝向下游侧而变大，以使由于静压恢复，流体的流速随着朝向下游侧而降低。另外，在上述连接部43、45的附近，由于流体分别受到来自交叉的两个壁面即扩压器翼30和轮毂侧面13a的影响，或分别受到来自扩压器翼30和护罩侧面15a的影响，所以流体的流速尤其容易降低。在扩压器流路8中，虽然通过因静压恢复引起的静压的上升，扩压器流路8的下游侧的静压更加变高，但是在上述连接部43、45的附近流体的流速降低，由此受到随着朝向扩压器流路8的下游侧而变高的静压的影响，存在产生流体的逆流的危险。因此，流体流从上述连接部43、45剥离，有效的流路截面积变窄，存在静压恢复性能降低的危险。

在此，若使上述R/b大，则形成于上述连接部43、45的圆角50的半径R变大，所以在上述连接部43、45中，使得轮毂侧面13a、护罩侧面15a与扩压器翼30经由圆角50平缓地连接，难以受到来自交叉的两个上述壁面的影响，所以抑制在上述连接部43、45的附近流体的流速的降低。因此，抑制上述那样的逆流的发生，能够抑制流体的剥离。另外，若使上述R/b大，则与上述R/b小的情况相比，流路截面积减小，所以能够抑制流体的流速超出必要地降低，更加难以发生上述那样的逆流，能够抑制流体的剥离。此外，从静压恢复的观点，希望在扩压器流路8中，使流路截面积随着朝向下游侧而进一步增大，使流体的流速随着朝向下游侧而进一步降低，但是若流体的流速过度降低会发生上述那样的逆流、剥离，则扩压器性能会大大地降低。因此，通过使上述R/b大，由此抑制随着朝向下游侧而增加的流路截面积的增加量，从而能够抑制上述那样的逆流、剥离，带来扩压器性能的提高。

另一方面，在实现扩压器性能的提高方面，希望在扩压器流路8的喉部位置41a的上游侧获得尽可能大的流路截面积。因此，在扩压器流路8的喉部位置41a的上游侧，上述R/b最好是较小。

根据几个实施方式，由于扩压器流路8的喉部位置41a的下游侧的R/b的最大值比扩压器流路8的喉部位置41a的上游侧的R/b的最大值大，所以能够抑制上述那样的逆流、剥离，并且在扩压器流路8的喉部位置的上游侧能够获得尽可能大的流路截面积，所以能够有效地提高扩压器性能。

此外，在几个实施方式的叶片扩压器10中，可以仅在多个扩压器翼30的各扩压器翼30与轮毂侧面13a的连接部43、或多个扩压器翼30的各扩压器翼30与护罩侧面15a的连接部45中的任一个连接部上形成圆角50。

图14是用于说明扩压器流路8中的边界层及二次流的图。图14是与向图2中的V箭头方向观察的视图相当的图，是示出未形成上述的圆角50的情况的图。

下面，参照图14，说明边界层91及二次流93对扩压器性能造成的影响。

在流体在扩压器流路8中流动的情况下，在作为壁面的轮毂侧面13a、护罩侧面15a、压力面30a及负压面30b的附近，由于受到这些壁面的影响，所以产生与不受这些壁面的影响的区域相比流速大幅变低的边界层91。

另外，在扩压器流路8中，产生因压力面30a附近的压力与负压面30b附近的压力之差引起的压力梯度。该压力梯度产生在扩压器流路8中的与如下的横断面(Cross-section)平行的截面，该横断面即包括与流体的流动方向正交的方向和扩压器翼30的翼高度方向(轴向)的平面。此外，在图3～图9及图14的各图中，表示与该横断面平行的截面。

所说的二次流93，是以上述的压力梯度作为主要的驱动力而以沿着与横断面的延伸方向平行的方向在扩压器流路8内循环的方式流动的流体流。

此外，在连接部43、45的附近，产生被上述的二次流93驱动的另外的二次流95。若产生该另外的二次流95，则产生被称为转角位的、流体几乎不向从扩压器流路8的上游侧朝向下游侧的方向流动的区域。转角位的产生，不仅使扩压器流路8内的有效流路截面减少，还导致上述那样的逆流、剥离，所以使静压恢复性能降低。

另外，因静压恢复导致流体的主流的流速随着朝向扩压器流路8的下游侧而降低。因此，通常随着朝向扩压器流路8的下游侧，横断面内的转角位的产生区域变大。

在扩压器流路8中的喉部位置41a的上游侧，维持从上游侧朝向下游侧的流体的动能充足的状态。因此，与由横断面内的上述压力梯度引起的运动量变化相比，从上游侧朝向下游侧的流体的运动量(流动方向运动量)大，难以产生二次流93。因此，在喉部位置41a的上游侧，最好是确保尽可能大的流路截面积。

但是，在喉部位置41a的下游侧，通过静压恢复，流动方向运动量减小，开始受到横断面内的压力梯度的影响。

此时，通过静压恢复，一边维持如克服越向下游侧越上升的静压的压力梯度(反向压力梯度)那样的流动方向运动量，一边适度地产生二次流，使边界层91的厚度尽可能薄，由此有效流路截面增大，从而能够期待进一步的静压恢复。

根据几个实施方式，通过沿着扩压器流路8的延伸方向变更圆角50的半径R，由此控制因横断面内的压力梯度而产生的二次流，能够实现离心压缩机100的工作范围扩大和效率提高。

另外，根据几个实施方式，通过在4个连接部43、45中的至少一个上形成圆角50，容易产生转角位的区域替换为圆角50，能够抑制转角位的产生。

如图10～13所示，在几个实施方式中，扩压器流路8的喉部位置41a的下游侧的R/b的最大值为0.2以上。

根据本发明人的见解，扩压器流路8中的边界层91，即壁面附近的流体的流速比较低的区域的厚度为扩压器翼30的翼高度b的约20％左右。因此，根据几个实施方式，通过将R/b的最大值设为0.2以上，由此圆角50的翼高度方向的尺寸为扩压器翼30的翼高度b的20％以上，所以有效地抑制在连接部43、45的附近流体的流速的降低。因此，能够有效地抑制上述那样的逆流、剥离。

如图10～13所示，在几个实施方式中，扩压器流路8的喉部位置41a的下游侧的至少一部分的区间的R/b朝向扩压器翼30的后缘33侧而变大。

根据本发明人的见解，越朝向扩压器流路8的下游侧，上述那样的逆流、剥离越增强。因此，根据几个实施方式，使R/b朝向扩压器翼30的后缘33侧而变大，由此能够有效地抑制上述那样的逆流、剥离。

如图10～12所示，在几个实施方式中，扩压器流路8的喉部位置41a的下游侧的至少一部分的区间的R/b朝向扩压器翼30的后缘33侧而线性地变大。

根据本发明人的见解，扩压器流路8的流路截面积随着朝向扩压器翼30的后缘33侧而线性地变化的情况与非线性地变化的情况相比，扩压器性能更加良好。因此，例如在扩压器翼30由平板构件等形成为直线状等的情况下，通过将R/b形成为朝向扩压器翼30的后缘33侧而线性地变大，由此能够使扩压器流路8的流路截面积线性地变化。由此，扩压器性能良好。

另外，由于形成圆角50以使圆角50的半径R线性地变化，所以制造容易。

如图13的曲线74c那样，扩压器流路8的喉部位置41a的下游侧的至少一部分的区间的R/b可以朝向扩压器翼30的后缘33侧而曲线地变大，以使变化量随着朝向后缘33侧而变大。

如上述的那样，根据本发明人的见解，扩压器流路8的流路截面积随着朝向扩压器翼30的后缘33侧而线性地变化的情况与非线性地变化的情况相比，扩压器性能更加良好。因此，例如在扩压器翼30朝向后缘33侧而形成为非线性的曲线状等的情况下，将R/b形成为曲线地变大，以使变化量随着朝向扩压器翼30的后缘33侧而变大(即如图13的曲线74c那样，形成为朝下的凸状)，由此能够使扩压器流路8的流路截面积线性地变化。由此，扩压器性能良好。

在多个扩压器翼30的扩压器翼30的压力面30a及负压面30b分别形成有圆角50的情况下，可以将圆角50的半径R设为以下那样。即，将形成于压力面30a的圆角50的半径设为R_P且将形成于负压面30b的圆角50的半径设为R_S的情况下，形成于压力面30a的圆角50的R_P/b的分布与形成于负压面30b的圆角的R_S/b的分布可以相互不同。

根据本发明人的见解，扩压器流路8中的边界层91的厚度在压力面30a侧和负压面30b侧不同。因此，如上述的那样，将形成于压力面30a的圆角50的R_P/b的分布和形成于负压面30b的圆角50的R_S/b的分布形成为根据在各个面中形成的边界层91的厚度而相互不同，由此能够提高扩压器性能。

另外，在多个扩压器翼30的各扩压器翼30的压力面30a及负压面30b分别形成有圆角50的情况下，扩压器流路8的喉部位置41a的下游侧的R_P/b的最大值比扩压器流路8的喉部位置41a的下游侧的R_S/b的最大值大即可。

根据本发明人的见解，在离心压缩机的某一工作点，存在压力面30a侧的边界层91比负压面30b侧的边界层91形成得厚的情况。因此，如上述的那样，通过使喉部位置41a的下游侧的压力面30a侧的R_P/b的最大值比负压面30b侧的R_S/b的最大值大，由此能够提高扩压器性能。

此外，圆角50可以仅形成于多个扩压器翼30的各扩压器翼30与轮毂侧面13a的连接部43，或仅形成于多个扩压器翼30的各扩压器翼30与护罩侧面15a的连接部45。

即使仅是上述的圆角50仅形成于多个扩压器翼30的各扩压器翼30与轮毂侧面13a的连接部43，或仅形成于多个扩压器翼30的各扩压器翼30与护罩侧面15a的连接部45，也有助于扩压器性能的提高。

在上述的几个实施方式中，多个叶片21的各叶片21的前端21a相对于离心压缩机100的壳体3的内表面3a隔开规定的间隙而配置。并且，在上述的几个实施方式中，圆角50至少可以形成于多个扩压器翼30的各扩压器翼30与护罩侧面15a的连接部45。

即，在上述的几个实施方式中，叶轮20构成为不具有环状的护罩构件的所谓开式叶轮。

根据本发明人的见解，在具有开式叶轮的离心压缩机100中，因来自叶片21的叶稍余隙(chip clearance)的泄露流的影响，护罩侧面15a形成比轮毂侧面13a更厚的边界层91。

因此，根据上述的几个实施方式，通过在多个扩压器翼30的各扩压器翼30与护罩侧面15a的连接部45形成圆角50，由此能够实现对于开式叶轮的扩压器性能的提高。

此外，在上述的几个实施方式中，叶轮20可以具有环状的护罩构件。

以上，如说明的那样，几个实施方式的离心压缩机100具备上述的几个实施方式的叶片扩压器10，所以能够有效地提高扩压器性能，提高离心压缩机100的效率。

本发明不限于上述的实施方式，也包括对上述的实施方式进行了变形的方式、将这些方式适当组合的方式。

此外，在上述的几个实施方式中，说明了离心压缩机，但是上述的几个实施方式的特征也能够应用于离心泵。

Claims (9)

1.一种叶片扩压器，设置于离心压缩机的叶轮的下游侧，

具备：

扩压器流路形成部，包括轮毂侧面及与所述轮毂侧面相向的护罩侧面，在所述叶轮的下游侧形成环状的扩压器流路；及

多个扩压器翼，在所述叶轮的周向上隔开间隔地设置于所述扩压器流路，

在所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述轮毂侧面的连接部、及所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述护罩侧面的连接部中的至少一个连接部上形成有圆角，

在将所述圆角的半径设为R且将所述多个扩压器翼的各扩压器翼的翼高度设为b的情况下，所述扩压器流路的喉部位置的下游侧的R/b的最大值比所述扩压器流路的所述喉部位置的上游侧的R/b的最大值大，

所述圆角分别形成于所述多个扩压器翼的各扩压器翼的压力面及负压面，

在将形成于所述压力面的所述圆角的半径设为R_P且将形成于所述负压面的所述圆角的半径设为R_S的情况下，形成于所述压力面的所述圆角的R_P/b的分布与形成于所述负压面的所述圆角的R_S/b的分布相互不同。

2.根据权利要求1所述的叶片扩压器，其中，

所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的R/b的最大值为0.2以上。

3.根据权利要求1或2所述的叶片扩压器，其中，

所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的至少一部分的区间的R/b朝向所述扩压器翼的后缘侧而变大。

4.根据权利要求3所述的叶片扩压器，其中，

所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的至少一部分的区间的R/b朝向所述扩压器翼的后缘侧而线性地变大。

5.根据权利要求3所述的叶片扩压器，其中，

所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的至少一部分的区间的R/b朝向所述扩压器翼的后缘侧而曲线地变大，以使变化量随着朝向所述后缘侧而变大。

6.根据权利要求1所述的叶片扩压器，其中，

所述扩压器流路的喉部位置的下游侧的R_P/b的最大值比所述扩压器流路的所述喉部位置的下游侧的R_S/b的最大值大。

7.根据权利要求1或2所述的叶片扩压器，其中，

所述圆角仅形成于所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述轮毂侧面的连接部，或仅形成于所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述护罩侧面的连接部。

8.根据权利要求1或2所述的叶片扩压器，其中，

所述叶轮包括在所述叶轮的周向上隔开间隔地设置的多个叶片，

所述多个叶片的各叶片的前端相对于所述离心压缩机的壳体的内表面隔开规定的间隙而配置，

所述圆角至少形成于所述多个扩压器翼的各扩压器翼与所述护罩侧面的连接部。

9.一种离心压缩机，具备：

叶轮；及

权利要求1至8中任一项所述的叶片扩压器。

Images