CN114483646A - 旋转机械的叶轮以及旋转机械 - Google Patents

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冈田德幸
明连千寻
中庭彰宏
山下修一
枡谷穰
樋口宽史
小田贵士
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Abstract

本发明提供一种能够抑制作用于轮盖的离心力的影响的叶轮以及旋转机械。本发明的至少一个实施方式的旋转机械的叶轮具备：轮盘；轮盖，其与轮盘在轴向上隔着径向流路对置地配置；以及叶片，其配置于轮盘与轮盖之间。在将叶片的前缘的位置设为0、将叶片的后缘的位置设为1的沿着叶片的弧线的无量纲位置中，叶片的轮盘侧的端部中的第一叶片角与叶片的轮盖侧的端部中的第二叶片角的角度差成为最大的位置存在于0.5以上且1以下的范围。在上述角度差成为最大的位置处，第一叶片角为‑10度以上且0度以下。

Description

旋转机械的叶轮以及旋转机械
技术领域
本发明涉及一种旋转机械的叶轮以及旋转机械。
背景技术
作为在工业用压缩机、涡轮制冷机、小型燃气轮机等中使用的旋转机械，已知有具备在固定于旋转轴的轮盘安装有多个叶片而成的叶轮的旋转机械。上述旋转机械通过使叶轮旋转而对气体赋予压力能及速度能。
例如，在专利文献1中公开了一种具备叶轮的离心压缩机。叶轮是具备轮盘、设置于轮盘的多个叶片、以及以覆盖多个叶片的方式设置的轮盖的所谓的封闭式叶轮。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-122516号公报
然而，在压缩机那样的旋转机械中，要求大容量化、尺寸的小型化。作为用于应对这样的要求的方法，可举出例如叶轮的高周速化。
然而，只增大叶轮的转速的话，作用于叶轮的轮盖的离心力会增大。若由于离心力的增大而增加轮盖内周部的壁厚，则轮盖内周部的刚性提高，另一方面，重量增大，更多地受到离心力的影响。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的至少一个实施方式的目的在于，提供一种能够抑制作用于轮盖的离心力的影响的叶轮以及旋转机械。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一个实施方式的旋转机械的叶轮具备：
轮盘；
轮盖，其与所述轮盘在轴向上隔着径向流路对置地配置；以及
叶片，其配置于所述轮盘与所述轮盖之间，
在将所述叶片的前缘的位置设为0、将所述叶片的后缘的位置设为1的沿着所述叶片的弧线的无量纲位置中，所述叶片的轮盘侧的端部中的第一叶片角与所述叶片的轮盖侧的端部中的第二叶片角的角度差成为最大的位置存在于0.5以上且1以下的范围内，
在所述角度差成为最大的位置处，所述第一叶片角为-10度以上且0度以下。
(2)本发明的至少一个实施方式的旋转机械具备上述(1)的结构的叶轮。
发明效果
根据本发明的至少一个实施方式，能够在提高刚性的同时抑制作用于轮盖的离心力的影响。
附图说明
图1是几个实施方式的离心压缩机的沿着旋转轴的轴向的剖视图。
图2是示意性地示出几个实施方式的叶轮的沿着轴向的剖面的图。
图3是用于说明几个实施方式的叶轮的叶片的叶片角的示意图。
图4A是示出几个实施方式的叶轮中的第一叶片角及第二叶片角的分布的曲线图的一例。
图4B是示出几个实施方式的叶轮中的第一叶片角与第二叶片角的角度差的分布的曲线图的一例。
图5是示出对几个实施方式的叶轮设置有连接构件的例子的图。
图6是用于说明几个实施方式的叶轮的轮盘中的轴向上游侧的径向的壁厚的图。
附图标记说明：
1...离心压缩机；
8...叶轮；
81...轮盘；
82...叶片；
83...轮盖；
85...径向流路；
90...连接构件；
813...贯通孔；
823...前缘；
824...后缘。
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。但是，作为实施方式所记载的或附图中所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”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅严格地表示这样配置，还表示具有公差、或者可得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物相等的状态的表述不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差、或者可得到相同功能的程度的差异的状态。
例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“配备”、“具有”、“具备”、“包含”、或“有”一构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排出在外的排他性表述。
(离心压缩机1的整体结构)
以下，作为旋转机械的一例，列举具备沿轴向排列的多级叶轮的多级式离心压缩机为例进行说明。
图1是几个实施方式的离心压缩机的沿着旋转轴的轴向的剖视图。
如图1所示，离心压缩机1具备壳体2、以及在壳体2内被支承为旋转自如的转子7。转子7具有旋转轴(轴)4、以及固定于旋转轴4的外表面的多级叶轮8。
在壳体2的内部收容有沿轴向排列的多个隔板10。多个隔板10以从外周侧包围叶轮8的方式设置。另外，在壳体2的内周侧，在多个隔板10的轴向上的两侧设置有壳体盖5、6。
转子7被径向轴承20、22及推力轴承24支承为能够旋转，且绕旋转轴4的轴线O旋转。
在壳体2的一端部设置有供来自外部的流体流入的吸入口16，并且在壳体2的另一端部设置有用于将由离心压缩机1压缩后的流体向外部排出的排出口18。在壳体2的内部形成有以连接多级叶轮8之间的方式形成的流路9，吸入口16和排出口18经由多个叶轮8及流路9连通。在排出口18连接有排出配管50。
经由吸入口16流入离心压缩机1的流体通过多级叶轮8及流路9从上游向下游流动，且在通过多级叶轮8时，通过被赋予叶轮8的离心力而阶段性地被压缩。通过了多级叶轮8中的设置于最下游侧的叶轮8的压缩流体经由涡旋流路30及排出口18被引导至壳体2的外部，并经由排出配管50从排出流路51的出口部52排出。
在以下的说明中，将沿着离心压缩机1的轴向、即沿着旋转轴4的轴线O的吸入口16侧称为轴向上游侧或简称为上游侧，将排出口18侧称为轴向下游侧或简称为下游侧。
(叶轮8)
图2是示意性地示出几个实施方式的叶轮的沿着轴向的剖面的图。
如图2所示，几个实施方式的叶轮8具有：大致圆盘状的轮盘81，其随着从轴向上游侧朝向轴向下游侧而逐渐扩径；以及多个叶片82，其以从轮盘81的轮毂面(轮盘主面)811朝向旋转轴4的轴线O的一侧立起的方式呈放射状安装于轮盘81，且沿周向排列。几个实施方式的叶轮8具有以从轴向上游侧覆盖这些多个叶片82的方式安装的轮盖83。在轮盖83中，将与轮盘81的轮毂面811对置的面称为对置面831。
对于几个实施方式的叶轮8，在该轮盖83与隔板10之间划分有间隙，以使得叶轮8与隔板10不接触。
为了方便说明，关于叶轮8，将离心压缩机1的轴向上游侧也称为轮盖侧，将轴向下游侧也称为轮盘侧。
在几个实施方式的叶轮8中划分出径向流路85，该径向流路85是以供流体沿径向流通的方式划分出的空间。径向流路85由相互相邻的一对叶片82的两个面(压力面及负压面)、以及分别设置于叶片82的轴线O方向的两侧的轮盘81及轮盖83的面(轮毂面811及对置面831)划分而成。并且，径向流路85通过叶片82与轮盘81一体旋转而取入并排出流体。具体而言，对于在内部流通的流体，径向流路85将在叶片82中的轴向上游侧、即径向内侧作为供流体流入的入口而取入流体，并且，径向流路85将径向外侧作为供流体流出的出口而进行引导并排出流体。
即，几个实施方式的叶轮8具备轮盘81、隔着径向流路85与轮盘81在轴向上对置配置的轮盖83、以及配置于轮盘81与轮盖83之间的叶片82。
在几个实施方式的叶轮8中，轮盘81的朝向轴向上游侧的端面的直径较小，朝向轴向下游侧的端面的直径较大。并且，轮盘81随着这两个端面从轴向上游侧朝向轴向下游侧而逐渐扩径。即，轮盘81在轴线O方向观察下呈大致圆盘状，整体上呈大致伞形状。
在几个实施方式的叶轮8中，在轮盘81的径向内侧形成有沿轴线O方向贯穿轮盘81的贯通孔813。通过将旋转轴4插入并嵌合于该贯通孔813，叶轮8被固定于旋转轴4而能够一体旋转。
在几个实施方式的叶轮8中，轮盖83是以从轴向上游侧覆盖多个叶片82的方式与这些叶片82一体设置的构件。轮盖83呈随着从轴向上游侧朝向轴向下游侧而逐渐扩径的大致伞形状。即，几个实施方式的叶轮8成为具有轮盖83的封闭式叶轮。
图3是用于说明几个实施方式的叶轮的叶片的叶片角的示意图，从轴向上游侧观察几个实施方式的叶轮，省略了轮盖的记载。需要说明的是，在图3中，通过记载以下说明的弧线CL来示意性地表示叶片82的形状、位置。
在几个实施方式的叶轮8中，叶片82以从轮盘81朝向轴向上游侧的轮盖83立起的方式以轴线O为中心在轴线O的周向、即叶轮8的旋转方向R上隔开一定间隔地配置有多个。在此，例如如图2所示，将叶片82的轮盘81侧且与轮盘81连接的根部端部作为轮盘侧端部821，将叶片82的轮盖83侧的前端部作为轮盖侧端部822。在几个实施方式的叶轮8中，叶片82在轮盘侧端部821和轮盖侧端部822以不同的形状弯曲。即，叶片82分别形成为以随着从轮盘81的径向内侧朝向外侧而趋向旋转方向R的后方侧的方式三维地弯曲。具体而言，叶片82形成为具有轮盘侧端部821的叶片角β与轮盖侧端部822的叶片角β不同的角度分布。因此，从叶片82的前缘823朝向后缘824的轮盘侧端部821的轮廓与从前缘823朝向后缘824的轮盖侧端部822的轮廓不同。
(关于叶片角β)
关于几个实施方式的叶轮8，叶片角β如下进行定义。
即，叶片角β是指在从叶片82的前缘823到后缘824的范围内决定叶片82的曲面形状的角度。具体而言，如图3所示，叶片角β是通过将连结叶片82的厚度方向的中间而描绘的假想曲线即中心曲线(弧线)CL从轴线O方向的一侧向轮盘81投影并描绘投影曲线PL而导出的。将投影曲线PL上的切线TL与假想直线VL所形成的角度中的、相对于假想直线VL而形成于轮盘81的旋转方向R的后侧(旋转方向上游侧)且比切点Tp靠径向外侧的位置的角度定义为叶片角β，该假想直线VL是将投影曲线PL与切线TL的切点和轴线O连结的假想直线。
关于几个实施方式的叶轮8，在比切点Tp靠径向外侧的位置处投影曲线PL上的切线TL存在于比假想直线VL靠轮盘81的旋转方向R的后侧的情况下，叶片角β成为负值。
关于几个实施方式的叶轮8，将轮盘侧端部821的叶片角β定义为第一叶片角β1，将轮盖侧端部822的叶片角β定义为第二叶片角β2。
图4A是示出几个实施方式的叶轮8中的第一叶片角β1及第二叶片角β2的分布的曲线图的一例。
图4B是示出几个实施方式的叶轮8中的第一叶片角β1与第二叶片角β2的角度差(叶片角差Δβ)的分布的曲线图的一例。
需要说明的是，图4B所示的叶片角差Δβ是从第一叶片角β1的值减去第二叶片角β2的值而得到的值(β1-β2)。
图4A及图4B中的曲线图的横轴是将叶片82的前缘823的位置设为0、将叶片82的后缘824的位置设为1时的沿着叶片82的弧线CL的无量纲位置M。
在几个实施方式的叶轮8中，至少在叶片角差Δβ成为最大的无量纲位置M即叶片角差最大位置Ma的附近，第一叶片角β1比第二叶片角β2大。
在离心压缩机1那样的旋转机械中，要求大容量化、尺寸的小型化。作为用于应对这样的要求的方法，可举出例如叶轮8的高周速化。
但是，仅增大叶轮8的转速的话，则作用于叶轮8的轮盖83的离心力会增大而轮盖83发生变形。若轮盖83因离心力变形，则对轮盖83作用周向应力，因此轮盖83的强度成为问题。
在此，作用于轮盖83的离心力随着朝向径向外侧而变大。因此，在抑制作用于轮盖83的周向应力的方面，抑制轮盖83内的径向外侧的区域的变形特别有效。
在几个实施方式的叶轮8中，轮盖83如上所述经由叶片82与轮盘81连接。因此，若轮盖83因离心力变形，则叶片82也发生变形。因此，若能够抑制叶片82的变形，则轮盖83的变形也被抑制，从而能够降低轮盖83的周向应力。
因此，在几个实施方式的叶轮8中，将第一叶片角β1及第二叶片角β2设定为，第一叶片角β1与第二叶片角β2的角度差即叶片角差Δβ成为最大的无量纲位置M存在于无量纲位置M中的0.5以上且1以下的范围。并且，将第一叶片角β1设定为，在叶片角差Δβ成为最大的无量纲位置M即叶片角差最大位置Ma处，第一叶片角β1为-10度以上且0度以下。
根据几个实施方式的叶轮8，当叶片角差Δβ的绝对值变大时，叶片82以从平板形状扭转的方式向叶片82的厚度方向变形，从而三维的形状复杂化，因此即使不增加叶片82的厚度，也能够增大叶片82的刚性。由此，能够在抑制叶片82的重量增加的同时抑制由离心力引起的轮盖83的变形。
在几个实施方式的叶轮8中，通过使叶片角差最大位置Ma存在于无量纲位置M中的0.5以上且1以下的范围内，能够增大径向外侧的区域中的叶片82的刚性。因此，能够有效地抑制由具有在径向外侧变大的倾向的离心力引起的轮盖83的变形。
需要说明的是，第一叶片角β1越接近0度，从前缘823到后缘824的叶片82的延伸方向越接近径向，因此相对于由从轮盖83受到的离心力引起的叶片82的弯曲的叶片82的根部附近的刚性、即轮盘侧端部821附近的刚性变大。因此，在几个实施方式的叶轮8中，使得在叶片角差最大位置Ma处第一叶片角β1为-10度以上。由此，能够有效地抑制由具有在径向外侧变大的倾向的离心力引起的轮盖83的变形。
另外，通过使得在叶片角差最大位置Ma处第一叶片角β1为-10度以上，从而与现有的叶轮相比，能够增大叶片角差Δβ，即使不增加叶片82的厚度也能够增大叶片82的刚性。
但是，如果仅增大叶片角差Δβ，则假设使第一叶片角β1为正值的话，叶片角差Δβ变得更大。但是，在几个实施方式的叶轮8中，从维持叶轮8的性能的观点出发，对第一叶片角β1设定有上限值(0度)。
根据几个实施方式的叶轮8，能够有效地抑制由离心力引起的轮盖83的变形，因此能够抑制因由离心力引起的轮盖83的变形而作用于轮盖83的周向应力。由此，能够有助于叶轮8的高周速化，能够有助于离心压缩机1的大容量化及尺寸的小型化。
在几个实施方式的叶轮8中，例如如图4B所示，使叶片角差Δβ根据无量纲位置M而不同，从而在因由离心力引起的轮盖83的变形而叶片82发生变形时，叶片82的变形状态沿着无量纲位置M变得不均匀，因此叶片82不易变形，叶片82的刚性变大。
在图4A中，用细虚线表示假定在从前缘823(即无量纲位置M为0的位置)到后缘824(即无量纲位置M为1的位置)的范围内第二叶片角β2的变化量相对于无量纲位置M的变化量不变时的假定角度Va。
在几个实施方式的叶轮8中，优选的是，假定角度Va与第二叶片角β2的差Δβ2a成为最大的无量纲位置Mb存在于无量纲位置M中的小于0.5的范围。
例如，如图4A所示，在第二叶片角β2的曲线具有向上变凸的形状的情况下，假定角度Va与第二叶片角β2的差Δβ2a成为最大的无量纲位置Mb越远离叶片角差最大位置Ma，则越容易增大叶片角差Δβ。
因此，与假定角度Va和第二叶片角β2的差Δβ2a成为最大的无量纲位置Mb存在于0.5以上的范围的情况相比，容易增大叶片角差Δβ，容易增大叶片82的刚性。
需要说明的是，在几个实施方式的叶轮8中，至少在假定角度Va与第二叶片角β2的差成为最大的无量纲位置Mb处，第二叶片角β2比假定角度Va大。
在图4A中，优选的是，将假定角度Va与第二叶片角β2的差Δβ2a除以假定角度Va与前缘823(即无量纲位置M为0的位置)处的第二叶片角β2-0的差Δβ2b而得到的值(Δβ2a/Δβ2b)在叶片角差最大位置Ma处为0.15以下。
需要说明的是，在几个实施方式的叶轮8中，至少在假定角度Va与第二叶片角β2的差成为最大的无量纲位置Mb处，假定角度Va比无量纲位置M为0的位置处的第二叶片角β2-0大，第二叶片角β2比假定角度Va大。
由此，能够增大叶片角差Δβ，能够增大叶片82的刚性。
在几个实施方式的叶轮8中，优选的是，第二叶片角β2在比叶片角差最大位置Ma靠后缘824侧的位置，随着无量纲位置M接近后缘824(即无量纲位置M为1的位置)而单调增加。
由此，叶片角差最大位置Ma处的第二叶片角β2比后缘824(即无量纲位置M为1的位置)处的第二叶片角β2小，因此在叶片角差最大位置Ma处容易增大叶片角差Δβ，容易增大叶片82的刚性。
在几个实施方式的叶轮8中，优选的是，第一叶片角β1在比叶片角差最大位置Ma靠后缘824侧的位置，随着无量纲位置M接近后缘824(即无量纲位置M为1的位置)而单调减少。
由此，叶片角差最大位置Ma处的第一叶片角β1比后缘824(即无量纲位置M为1的位置)处的第一叶片角β1大，因此在叶片角差最大位置Ma处容易增大叶片角差Δβ，容易增大叶片82的刚性。
在几个实施方式的叶轮8中，优选的是，第一叶片角β1在比叶片角差最大位置Ma靠前缘823侧处，随着无量纲位置M接近后缘824而从小于-30度的值逐渐增加。
由此，在比叶片角差最大位置Ma靠前缘823侧的位置，随着接近前缘823(即无量纲位置M为0的位置)而能够使第一叶片角β1接近现有的叶轮中的第一叶片角β1。由此，能够有助于维持叶轮8的性能。
在几个实施方式的叶轮8中，优选的是，叶片角差Δβ在无量纲位置M比叶片角差最大位置Ma靠前缘823侧的范围内，随着无量纲位置M接近后缘824而从小于30度的值逐渐增加，且在比叶片角差最大位置Ma靠后缘824侧的范围内，随着无量纲位置M接近后缘824接近而逐渐减少至小于30度的值。
由此，能够在比叶片角差最大位置Ma靠后缘824侧的位置，随着接近后缘824而使第一叶片角β1接近现有的叶轮中的第一叶片角β1。由此，能够有助于维持叶轮8的性能。
在几个实施方式的叶轮8中，优选的是，在无量纲位置M中的0以上且小于0.4的范围内，第一叶片角β1包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐增加且为一50度以上且一30度以下的范围。即，优选的是，第一叶片角β1在无量纲位置M中的0以上且小于0.4的范围内的至少一部分中具有如下角度分布：随着无量纲位置M接近后缘824，从-50度以上且-30度以下的角度逐渐增加至比该角度大且-30度以下的角度。
优选的是，在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内，第一叶片角β1包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐增加且为-30度以上且0度以下的范围。即，优选的是，第一叶片角β1在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内的至少一部分中具有如下角度分布：随着无量纲位置M接近后缘824，从-30度以上且0度以下的角度逐渐增加至比该角度大且0度以下的角度。
优选的是，在无量纲位置M中的超过0.7且为1以下的范围内，第一叶片角包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐减少且为-30度以上且0度以下的范围。即，优选的是，第一叶片角β1在无量纲位置M中的超过0.7且为1以下的范围内的至少一部分中具有如下角度分布：随着无量纲位置M接近后缘824，从-30度以上且0度以下的角度逐渐减少至比该角度小且-30度以上的角度-。
由此，能够在维持叶轮8的性能的同时抑制因由离心力引起的轮盖83的变形而作用于轮盖83的周向应力。
在几个实施方式的叶轮8中，优选的是，在无量纲位置M中的0以上且小于0.4的范围内，叶片角差Δβ包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐增加且为30度以下的范围。即，叶片角差Δβ在无量纲位置M中的0以上且小于0.4的范围内的至少一部分中具有如下角度差的分布：随着无量纲位置M接近后缘824，从30度以下的角度差逐渐增加至比该角度差大且30度以下的角度差。
优选的是，在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内，叶片角差Δβ包含随着无量纲位置M从前缘823侧接近叶片角差最大位置Ma而逐渐增加且为30度以上且40度以下的范围。即，优选的是，叶片角差Δβ在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内的至少一部分中具有如下角度差的分布：随着无量纲位置M从前缘823侧接近叶片角差最大位置Ma，从30度以上且40度以下的角度差逐渐增加至比该角度差大且40度以下的角度差。
优选的是，在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内，叶片角差Δβ包含随着无量纲位置M从叶片角差最大位置Ma接近后缘824侧而逐渐减少且为30度以上且40度以下的范围。即，优选的是，叶片角差Δβ在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内的至少一部分中具有如下角度差的分布：随着无量纲位置M从叶片角差最大位置Ma接近后缘824侧，从30度以上且40度以下的角度差，逐渐减少至比该角度差小且30度以上的角度差。
优选的是，在无量纲位置M中的超过0.7且1以下的范围内，叶片角差Δβ包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐减少且为30度以下的范围。即，叶片角差Δβ在无量纲位置M中的超过0.7且为1以下的范围内的至少一部分中具有如下角度差的分布：随着无量纲位置M接近后缘824，从30度以下的角度差逐渐减少至比该角度差小的角度差。
由此，能够在维持叶轮8的性能的同时抑制因由离心力引起的轮盖83的变形而作用于轮盖83的周向应力。
(关于前缘823的形状)
例如，如图2所示，在几个实施方式的叶轮8中，优选的是，在叶片82的子午面中，连结前缘823中的轮盘81侧的端部823a和轮盖83侧的端部823b的线段的延伸方向与径向的角度差Δθ为15度以下。需要说明的是，若上述角度差Δθ为15度以下，则前缘823中的轮盘81侧的端部823a可以位于比前缘823中的轮盖83侧的端部823b靠轴向上游侧的位置，也可以位于下游侧的位置，还可以位于轴向上的相同的位置。
由此，能够使叶片82连接轮盘81与轮盖83的范围在轴向上游侧变大，因此能够增大前缘823侧的轮盖83的刚性。
(关于连接构件90)
图5是示出对几个实施方式的叶轮8设置有连接构件90的例子的图。如图5所示，在几个实施方式的叶轮8中，也可以具有连接构件90，该连接构件90配置为在轴向上至少一部分与前缘823分离，并连接轮盘81与轮盖83。
在几个实施方式的叶轮8中，连接构件90也可以是配置在比前缘823靠轴向上游侧的位置、且具有与前缘823附近的叶片82的厚度相等的厚度的板状的构件。
在几个实施方式的叶轮8中，连接构件90的轴向下游侧的端部92可以与前缘823分离，也可以至少一部分与前缘823连接。即，连接构件90的配置数量优选为与叶片82的数量相同，但也可以与叶片82的数量不同。另外，连接构件90优选为配置在将叶片82的弧线CL向轴向上游侧延长而得的假想曲线上，但也可以配置在沿周向远离该假想曲线的位置。
在几个实施方式的叶轮8中，通过设置连接构件90，利用连接构件90连接轮盘81与轮盖83，因此，能够增大前缘823侧的轮盖83的刚性。
(关于轮盘81的轴向上游侧的径向的壁厚)
图6是用于说明几个实施方式的叶轮8的轮盘81的轴向上游侧的径向的壁厚的图。
如上所述，在几个实施方式的叶轮8中，在轮盘81的径向内侧形成有沿轴线O方向贯通轮盘81的贯通孔813。在几个实施方式的叶轮8中，轮盘81在轮盘81的轴向上游侧的区域具有包围贯通孔813的圆筒部815。在几个实施方式的叶轮8中，作为圆筒部815的壁厚，例如在将关于轴向上的轮盘81的前缘823侧的端部的沿着径向的壁厚t设为1时，贯通孔813的半径r优选为为2以上且5以下。需要说明的是，在现有的叶轮中，在将该叶轮的上述壁厚t设为1时，该叶轮的上述半径r一般多为5以上且15以下。
由此，能够使关于轴向上的轮盘81的前缘823侧的端部的沿着径向的壁厚t比现有的叶轮大，能够增大针对离心力的轮盘81的刚性。如上所述，轮盖83经由叶片82与轮盘81连接。因此，通过上述如上述那样设定壁厚及上述半径r，从而能够抑制轮盖83因离心力而变形。
如上所说明的那样，在几个实施方式的叶轮8中，能够抑制因由离心力引起的轮盖83的变形而作用于轮盖83的周向应力。并且，根据具备几个实施方式的叶轮8的离心压缩机1，通过使用几个实施方式的叶轮8，能够实现离心压缩机1的大容量化及尺寸的小型化。
本发明不限定于上述的实施方式，还包括对上述的实施方式施加变形而得的方式、将这些方式适当组合而得的方式。
例如，在上述的几个实施方式中，对叶轮8作为旋转机械的一例用于多级式离心压缩机1的情况进行了说明。但是，上述几个实施方式的叶轮8也可以用于单级式压缩机、径流式涡轮、泵等其他种类的旋转机械。
上述各实施方式所记载的内容例如以下那样进行掌握。
(1)本发明的至少一个实施方式的旋转机械的叶轮8具备：轮盘81；轮盖83，其与轮盘81在轴向上隔着径向流路85对置地配置；以及叶片82，其配置于轮盘81与轮盖83之间。在将叶片82的前缘823的位置设为0、将叶片82的后缘824的位置设为1的沿着叶片82的弧线CL的无量纲位置M中，叶片82的轮盘81侧的端部(轮盘侧端部821)中的第一叶片角β1与叶片82的轮盖83侧的端部(轮盖侧端部822)中的第二叶片角β2的角度差(叶片角差Δβ)成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)存在于0.5以上且1以下的范围内。在角度差(叶片角差Δβ)成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)处，第一叶片角β1为-10度以上且0度以下。
根据上述(1)的结构的叶轮8，当叶片角差Δβ变大时，叶片82以从平板形状扭转的方式向叶片82的厚度方向变形，从而三维的形状复杂化，因此即使不增加叶片82的厚度，也能够增大叶片82的刚性。由此，能够在抑制叶片82的重量增加的同时抑制由离心力引起的轮盖83的变形。
在基于上述(1)的结构的叶轮8中，通过使叶片角差最大位置Ma存在于无量纲位置M中的0.5以上且1以下的范围内，能够增大径向外侧的区域中的叶片82的刚性。因此，能够有效地抑制由具有在径向外侧变大的倾向的离心力引起的轮盖83的变形。
需要说明的是，第一叶片角β1越接近0度，从前缘823到后缘824的叶片82的延伸方向越接近径向，因此相对于由从轮盖83受到的离心力引起的叶片82的弯曲的叶片82的根部附近的刚性、即轮盘侧端部821附近的刚性变大。因此，在基于上述(1)的结构的叶轮8中，使得在叶片角差最大位置Ma处第一叶片角β1为-10度以上。由此，能够有效地抑制由具有在径向外侧变大的倾向的离心力引起的轮盖83的变形。
另外，通过在叶片角差最大位置Ma处使第一叶片角β1为-10度以上，从而与现有的叶轮相比，能够增大叶片角差Δβ，即使不增加叶片82的厚度，也能够增大叶片82的刚性。
但是，如果仅增大叶片角差Δβ，则假设使第一叶片角β1为正值的话，叶片角差Δβ变得更大。但是，在基于上述(1)的结构的叶轮8中，从维持叶轮8的性能的观点出发，对第一叶片角β1设定有上限值(0度)。
根据上述(1)的结构，能够有效地抑制由离心力引起的轮盖83的变形，因此能够抑制因由离心力引起的轮盖83的变形而作用于轮盖83的周向应力。由此，能够有助于叶轮8的高周速化，能够有助于离心压缩机1的大容量化及尺寸的小型化。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，优选的是，假定第二叶片角β2的变化量相对于无量纲位置M的变化量从前缘823到后缘824不变时的假定角度Va与第二叶片角β2的差成为最大的无量纲位置Mb存在于无量纲位置M中的小于0.5的范围内。
根据上述(2)的结构，同上述假定角度Va与第二叶片角β2的差成为最大的无量纲位置Mb存在于0.5以上的范围内的情况相比，容易增大叶片角差Δβ，容易增大叶片82的刚性。
(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的结构的基础上，优选的是，将假定第二叶片角β2的变化量相对于无量纲位置M的变化量从前缘823到后缘824不变时的假定角度Va与第二叶片角β2的差Δβ2a除以假定角度Va与前缘823处的第二叶片角β2-0的差Δβ2b而得到的值在上述角度差(叶片角差Δβ)成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)处为0.15以下。
根据上述(3)的结构，能够增大叶片角差Δβ，能够增大叶片82的刚性。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)至(3)中任一结构的基础上，优选的是，在比上述角度差(叶片角差Δβ)成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)靠后缘824侧处，随着无量纲位置M接近后缘824而第二叶片角β2单调增加。
根据上述(4)的结构，叶片角差最大位置Ma处的第二叶片角β2比后缘824处的第二叶片角β2小，因此在叶片角差最大位置Ma容易增大叶片角差Δβ，容易增大叶片82的刚性。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一结构的基础上，优选的是，在比上述角度差成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)靠后缘824侧处，随着无量纲位置M接近后缘824而第一叶片角β1单调减少。
根据上述(5)的结构，叶片角差最大位置Ma处的第一叶片角β1比后缘824处的第一叶片角β1大，因此在叶片角差最大位置Ma处容易增大叶片角差Δβ，容易增大叶片82的刚性。
(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(5)中任一结构的基础上，优选的是，在比上述角度差成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)靠前缘823侧处，随着无量纲位置M接近后缘824而第一叶片角β1从小于-30度的值逐渐增加。
根据上述(6)的结构，能够在比叶片角差最大位置Ma靠前缘823侧处，随着接近前缘823而使第一叶片角β1接近现有的叶轮中的第一叶片角β1。由此，能够有助于维持叶轮8的性能。
(7)在几个实施方式中，在上述(1)至(6)中任一结构的基础上，优选的是，在无量纲位置M比上述角度差成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)靠前缘823侧的范围内，随着无量纲位置M接近后缘824而上述角度差(叶片角差Δβ)从小于30度的值逐渐鞥家，且在无量纲位置M比上述角度差成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)靠后缘824侧的范围内，随着无量纲位置M接近后缘824接近而上述角度差(叶片角差Δβ)逐渐减少至小于30度的值。
根据上述(7)的结构，能够在比叶片角差最大位置Ma靠后缘824侧处随着接近后缘824而使第一叶片角β1接近现有的叶轮中的第一叶片角β1。由此，能够有助于维持叶轮8的性能。
(8)在几个实施方式中，在上述(1)至(7)中任一结构的基础上，优选的是，在无量纲位置M中的0以上且小于0.4的范围内，第一叶片角β1包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐增加且为-50度以上且-30度以下的范围。优选的是，在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内，第一叶片角β1包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐增加且为-30度以上且0度以下的范围。优选的是，在无量纲位置M中的超过0.7且为1以下的范围内，第一叶片角β1包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐减少且为-30度以上且0度以下的范围。
根据上述(8)的结构，能够在维持叶轮8的性能的同时抑制因由离心力引起的轮盖83的变形而作用于轮盖83的周向应力。
(9)在几个实施方式中，在上述(1)至(8)中任一结构的基础上，优选的是，在无量纲位置M中的0以上且小于0.4的范围内，上述角度差(叶片角差Δβ)包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐增加且为30度以下的范围。优选的是，在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内，上述角度差(叶片角差Δβ)包含随着无量纲位置M从前缘823侧接近上述角度差成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)而逐渐增加且为30度以上且40度以下的范围。优选的是，在无量纲位置M中的0.4以上且0.7以下的范围内，上述角度差(叶片角差Δβ)包含随着无量纲位置M从上述角度差成为最大的位置(叶片角差最大位置Ma)接近后缘824侧而逐渐减少且为30度以上且40度以下的范围。优选的是，在无量纲位置M中的超过0.7且为1以下的范围内，上述角度差(叶片角差Δβ)包含随着无量纲位置M接近后缘824而逐渐减少且为30度以下的范围。
根据上述(9)的结构，能够在维持叶轮8的性能的同时抑制因由离心力引起的轮盖83的变形而作用于轮盖83的周向应力。
(10)在几个实施方式中，在上述(1)至(9)中任一结构的基础上，优选的是，在叶片82的子午面上，连结前缘823中的轮盘81侧的端部823a和轮盖83侧的端部823b的线段的延伸方向与径向的角度差Δθ为15度以下。
根据上述(10)的结构，能够使叶片82连接轮盘81与轮盖83的范围在前缘823侧(轴向上游侧)变大，因此能够增大前缘823侧的轮盖83的刚性。
(11)在几个实施方式中，在上述(1)至(10)中任一结构的基础上，优选的是，还具备连接构件90，该连接构件90在轴向上至少一部分与前缘823分离地配置，并将轮盘81与轮盖83连接。
根据上述(11)的结构，通过连接构件90来连接轮盘81与轮盖83，因此能够增大前缘823侧的轮盖83的刚性。
(12)在几个实施方式中，在上述(1)至(11)中任一结构的基础上，轮盘81形成有沿轴向延伸的贯通孔813。优选的是，在将关于轴向上的轮盘81的前缘823侧的端部的沿着径向的壁厚t设为1时，贯通孔813的半径r为2以上且5以下。
根据上述(12)的结构，能够使关于轴向上的轮盘81的前缘823侧的端部的沿着径向的壁厚t比现有的叶轮大，从而能够增大针对离心力的轮盘81的刚性。如上所述，轮盖83经由叶片82与轮盘81连接。因此，根据上述(12)的结构，能够抑制轮盖83因离心力而变形。
(13)本发明的至少一个实施方式的旋转机械具备上述(1)至(12)中任一结构的叶轮8。
根据上述(13)的结构，能够有助于旋转机械的大容量化及尺寸的小型化。

Claims (13)

1.一种旋转机械的叶轮，其中，
所述旋转机械的叶轮具备：
轮盘；
轮盖，其与所述轮盘在轴向上隔着径向流路对置地配置；以及
叶片，其配置于所述轮盘与所述轮盖之间，
在将所述叶片的前缘的位置设为0、将所述叶片的后缘的位置设为1的沿着所述叶片的弧线的无量纲位置中，所述叶片的轮盘侧的端部中的第一叶片角与所述叶片的轮盖侧的端部中的第二叶片角的角度差成为最大的位置存在于0.5以上且1以下的范围内，
在所述角度差成为最大的位置处，所述第一叶片角为-10度以上且0度以下。
2.根据权利要求1所述的旋转机械的叶轮，其中，
假定所述第二叶片角的变化量相对于所述无量纲位置的变化量从所述前缘到所述后缘不变时的假定角度与所述第二叶片角的差成为最大的所述无量纲位置存在于所述无量纲位置中的小于0.5的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
将假定所述第二叶片角的变化量相对于所述无量纲位置的变化量从所述前缘到所述后缘不变时的假定角度与所述第二叶片角的差除以所述假定角度与所述前缘处的所述第二叶片角的差而得到的值在所述角度差成为最大的位置处为0.15以下。
4.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
在比所述角度差成为最大的位置靠后缘侧处，随着所述无量纲位置接近所述后缘而所述第二叶片角单调增加。
5.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
在比所述角度差成为最大的位置靠后缘侧处，随着所述无量纲位置接近所述后缘而所述第一叶片角单调减少。
6.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
在比所述角度差成为最大的位置靠前缘侧处，随着所述无量纲位置接近所述后缘而所述第一叶片角从小于-30度的值逐渐增加。
7.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
在所述无量纲位置比所述角度差成为最大的位置靠前缘侧的范围内，随着所述无量纲位置接近所述后缘而所述角度差从小于30度的值逐渐增加，且在所述无量纲位置比所述角度差成为最大的位置靠后缘侧的范围内，随着所述无量纲位置接近所述后缘而所述角度差逐渐减少至小于30度的值。
8.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
在所述无量纲位置中的0以上且小于0.4的范围内，所述第一叶片角包含随着所述无量纲位置接近所述后缘而逐渐增加且为-50度以上且-30度以下的范围，
在所述无量纲位置中的0.4以上且0.7以下的范围内，所述第一叶片角包含随着所述无量纲位置接近所述后缘而逐渐增加且为-30度以上且0度以下的范围，
在所述无量纲位置中的超过0.7且1以下的范围内，所述第一叶片角包含随着所述无量纲位置接近所述后缘而逐渐减少且为一30度以上且0度以下的范围。
9.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
在所述无量纲位置中的0以上且小于0.4的范围内，所述角度差包含随着所述无量纲位置接近所述后缘而逐渐增加且为30度以下的范围，
在所述无量纲位置中的0.4以上且0.7以下的范围内，所述角度差包含随着所述无量纲位置从前缘侧接近所述角度差成为最大的位置而逐渐增加且为30度以上且40度以下的范围，
在所述无量纲位置中的0.4以上且0.7以下的范围内，所述角度差包含随着所述无量纲位置从所述角度差成为最大的位置接近后缘侧而逐渐减少且为30度以上且40度以下的范围，
在所述无量纲位置中的超过0.7且1以下的范围内，所述角度差包含随着所述无量纲位置接近所述后缘而逐渐减少且为30度以下的范围。
10.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
在所述叶片的子午面上，连结所述前缘中的所述轮盘侧的端部和所述轮盖侧的端部的线段的延伸方向与径向的角度差为15度以下。
11.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
所述旋转机械的叶轮还具备连接构件，所述连接构件在所述轴向上至少一部分与所述前缘分离地配置，并将所述轮盘与所述轮盖连接。
12.根据权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮，其中，
所述轮盘形成有沿所述轴向延伸的贯通孔，
将关于所述轴向上的所述轮盘的前缘侧的端部的沿着径向的壁厚设为1时，所述贯通孔的半径为2以上且5以下。
13.一种旋转机械，其中，
所述旋转机械具备权利要求1或2所述的旋转机械的叶轮。
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