CN1496439A - 径流式涡轮机用叶轮 - Google Patents

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Abstract

一种径流式涡轮机用叶轮，该径流式涡轮机用叶轮具备多个叶片，同时具备圆形主板，该圆形主板通过切削这些多个叶片的各叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间形成扇形凹口，从上述圆形主板的中心到上述扇形凹口的边部的距离最小的最小半径部分，被定位在一个叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间的、靠近周向距离的一半的上述压力面一侧，因此，上述缺口部在叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间为非对称的。能防止由于流体冲击扇形凹口的边部而使涡轮机效率降低。至少由一个直线状部分、圆弧或抛物线、或它们的组合形成位于叶片的负压面一侧的前端部和上述圆形主板的上述最小半径部分之间的扇形凹口的边部。

Description

径流式涡轮机用叶轮
技术领域
本发明涉及一种微型燃气轮机、膨胀涡轮机或增压机(过给机)等所使用的径流式涡轮机用叶轮。
背景技术
一般情况下，微型燃气轮机、膨胀涡轮机或增压机等所使用的径流式涡轮机用叶轮由多个叶片、即动叶片和具备这些动叶片的圆形主板构成。
图5是现有技术的径流式涡轮机叶轮的局部主视图。如图5所示，叶轮110大致是圆形，绕叶轮110的旋转轴线120沿周向大致等间隔地设有多个动叶片400。另外，在主板200的外周附近、在邻接的所有的动叶片400之间形成有桨叶状的扇形口300。如图5所表明的那样，在动叶片400的负压面410和与其邻接的动叶片400′的压力面420′之间形成有扇形凹口300。通过从主板200的外周沿动叶片以规定的距离切削主板200制成这些扇形凹口300。在形成有扇形凹口300的主板200上，从叶轮110的旋转轴线120到扇形凹口300的边部的最小半径部分位于两个动叶片400、400′之间的大致中心部。因此，这些扇形凹口300为以最小半径部分为中心，左右对称的形状。这些扇形凹口300起到减小叶轮110上的离心应力和惯性矩的作用。
图6a是现有技术的径流式涡轮机叶轮的立体图。如箭头F1、F2所示，流体相对叶轮110的旋转轴线120垂直地进入到叶轮110内，接着，相对旋转轴线120平行地从叶轮110的涡轮机出口部160流出。但是，在形成有扇形口300的情况下，由于在外壳(图未示)和叶轮110的背面之间形成有间隙，所以，产生从压力面420向负压面410的泄漏FR。为了减少这样的泄漏，例如在日本专利公报特开平10-131704号所公开的径流式涡轮机用叶轮，具备扇形凹口300的最小半径部分从叶片之间的中央偏向叶片负压面一侧的左右非对称的扇形凹口。
但是，现有技术的径流式涡轮机用叶轮和日本专利公报特开平10-131704号所记载的径流式涡轮机用叶轮，由于切削主板200形成扇形凹口300，所以会产生其它问题。参照图7a、图7b和图7c以及图6b对该问题进行说明。在此，图7a、图7b和图7c分别是现有技术的径流式涡轮机叶轮的局部视图(子午面)、沿图7a的线A-A剖切的从流向上游看的剖视图、沿图7a的线B-B剖切的从流向上游看的剖视图，图6b是现有技术的径流式涡轮机叶轮的侧剖视图。如图6b所示，流入到叶轮110内的流体的气流F1冲击扇形凹口300的边部。由于流体冲击扇形凹口300的边部，在负压面410产生向动叶片出口覆环450一侧上升的二次流FA(图7a)、和在轮毂150的表面产生朝向负压面410的二次流，所以，如图7b所示，在动叶片400的负压面410一侧且在轮毂150一侧产生旋涡500。这样的旋涡500是低能流体，聚集在动叶片400的出口附近的负压面410的覆环450一侧(图7c)。因此，由于气流的均匀性消失了，所以涡轮机效率较低。
另外，日本专利公报特开平10-131704号所记载的径流式涡轮机用叶轮，虽然能防止由于叶轮背面上的泄漏引起的涡轮机效率的降低，但由于不能形成一部分扇形凹口，使其与负压面410邻接，所以，与现有技术的径流式涡轮机用叶轮一样，不能防止由于旋涡的产生而引起的涡轮机效率的降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种不会由于流体冲击扇形凹口的边部而使涡轮机效率降低的径流式涡轮机用叶轮。
为了达到上述目的，根据本发明的一个实施例提供的径流式涡轮机用叶轮，具备多个叶片，同时具备圆形主板，该圆形主板通过切(开槽于)这些多个叶片的各叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间、形成扇形凹口的边部，从上述圆形主板的中心到上述扇形凹口(的边部)的距离最小的最小半径部分，被定位在一个叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间的、比周向距离的一半更靠近上述压力面一侧，因此，上述扇形凹口在叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间为非对称的。
即，根据本发明的一实施例，由于扇形凹口从动叶片的负压面一侧突出来，所以，能抑制在负压面一侧的扇形凹口部分上的旋涡的产生，其结果是，能防止涡轮机效率降低。
附图说明
图1是本发明的径流式涡轮机叶轮的局部主视图。
图2a是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第一实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。
图2b是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第二实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。
图3a是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第三实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。
图3b是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第四实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。
图4a是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第五实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。
图4b是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第六实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。
图5是现有技术的径流式涡轮机叶轮的局部主视图。
图6a是现有技术的径流式涡轮机叶轮的立体图。
图6b是现有技术的径流式涡轮机叶轮的剖切侧视图。
图7a是现有技术的径流式涡轮机叶轮的局部视图。
图7b是沿图7a的线A-A剖切的从流向上游看的剖视图。
图7c是沿图7a的线B-B剖切的从流向上游看的剖视图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施例进行说明。在以下的附图中，同一部件标同一参考符号。为了容易理解，适当地对这些附图的比例进行了变更，而且，适当地省略了叶轮的一部分动叶片。
图1是依据本发明的第一实施例的径流式涡轮机叶轮的局部主视图。在径流式涡轮机叶轮11的主板20上沿半径方向设置有多个叶片、例如动叶片40。与上述现有技术的径流式涡轮机用叶轮一样，通过从圆形主板20的外周部分切(开槽于)圆形主板20，在邻接的动叶片40、40′之间形成扇形凹口30。如图1所示，在设置于径流式涡轮机叶轮11上的邻接的所有的动叶片40之间形成有扇形凹口30。
图2a是从涡轮机出口侧看依据本发明的第一实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。图2a所示是圆形主板20的一部分，邻接的两个动叶片40、40′沿径向设置在该主板20上。如以上所述，通过从外周切削(开槽)圆形主板20，在这些动叶片40、40′之间形成有扇形凹口30。如图2a所表明的那样，在位于动叶片40的负压面41和动叶片40′的负压面42′之间的主板20内形成有扇形凹口30。在本实施例，从叶轮11的旋转轴线12(图未示)到扇形凹口30的边部的距离最小的最小半径部分50位于两个动叶片40、40′之间的大致靠近中心部的压力面42′一侧。即，设从动叶片40到动叶片40′的周向距离为P，则最小半径部分50位于0.5P至P之间。再有，在本实施例，连接动叶片40的负压面41一侧的前端部48和最小半径部分50之间的扇形凹口30的边部由一个直线状部分31形成。因此，本发明的叶轮11的扇形凹口30为从动叶片40的负压面41向与其邻接的动叶片40′的压力面42′突出的状态，扇形凹口30在邻接的动叶片40、40′之间为非对称的。
由于这样形成主板20的外周部或扇形凹口30，所以，能防止在轮毂15的表面上产生朝向负压面41的二次流。其结果是，能防止在动叶片40的负压面41上产生旋涡(コ一ナ一涡)。因此，通过将扇形凹口30制成上述形状，能防止旋涡聚集在动叶片出口附近的负压面覆环一侧，所以，其结果是，能防止涡轮机效率降低。再有，由于扇形凹口30的一部分是直线状，所以能很容易地制成扇形凹口30。
图2b是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第二实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。在本实施例的场合，连接动叶片40的负压面41一侧的前端部48和最小半径部分50之间的扇形凹口30的边部，由一个曲线部32形成。在本实施例，该曲线部32是以点A为中心的半径为R0的圆弧。再有，与上述的实施例一样，最小半径部分50位于比两个动叶片40、40′之间的大致中心部更靠近压力面42′一侧。因此，设从动叶片40到动叶片40′的周向距离为P，则最小半径部分50位于0.5P至P之间。
在本实施例的情况下，也能防止在轮毂15的表面上产生朝向负压面41的二次流，其结果是，能防止在动叶片40的负压面41上产生旋涡。因此，通过将扇形凹口30制成上述形状，能防止旋涡聚集在动叶片出口附近的负压面覆环一侧，所以，其结果是，能防止涡轮机效率降低，而且，能很容易地制成扇形凹口30的曲线部分。
图3a是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第三实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。在本实施例的场合，连接动叶片40的负压面41一侧的前端部48和最小半径部分50之间的扇形凹口30的边部，由两个曲线部33、34形成。在本实施例，这两个曲线部33、34是分别以点B、点C为中心的半径为R1、R2的圆弧。再有，与上述的实施例一样，最小半径部分50位于两个动叶片40、40′之间的大致靠近中心部的压力面42′一侧。因此，设从动叶片40到动叶片40′的周向距离为P，则最小半径部分50位于0.5P至P之间。
在本实施例的情况下，也能防止在轮毂15的表面上产生朝向负压面41的二次流，其结果是，能防止在动叶片40的负压面41上产生旋涡。因此，通过将扇形凹口30制成上述形状，能防止旋涡聚集在动叶片出口附近的负压面覆环一侧。另外，在本实施例的情况下，由于前端部48和最小半径部分50之间为光滑的形状，所以，也能使流体平滑地流动，其结果是，能防止涡轮机效率降低。再有，由于使曲线部为抛物线的一部分，所以能很容易地制成扇形凹口30。
再有，图3b是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第四实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。在本实施例的场合，连接动叶片40的负压面41一侧的前端部48和最小半径部分50之间的扇形凹口30的边部，由一个曲线部35形成。在本实施例，该曲线部35是抛物线的一部分。再有，与上述的实施例一样，最小半径部分50位于两个动叶片40、40′之间的大致靠近中心部的压力面42′一侧。因此，设从动叶片40到动叶片40′的周向距离为P，则最小半径部分50位于0.5P至P之间。
在本实施例的情况下，也能防止在轮毂15的表面上产生朝向负压面41的二次流，其结果是，能进一步防止在动叶片40的负压面41上产生旋涡。因此，通过将扇形凹口30制成上述形状，能防止旋涡聚集在动叶片出口附近的负压面覆环一侧。另外，在本实施例的情况下，由于前端部48和最小半径部分50之间为光滑的形状，所以，也能使流体平滑地流动，其结果是，能防止涡轮机效率降低。
再有，图4a是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第五实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。在本实施例的场合，连接动叶片40的负压面41一侧的前端部48和最小半径部分50之间的扇形凹口30的边部，由两个直线状部分36、37形成。在本实施例，这些直线状部分36、37相互成钝角。再有，与上述的实施例一样，最小半径部分50位于比两个动叶片40、40′之间的大致中心部更靠近压力面42′一侧。因此，设从动叶片40到动叶片40′的周向距离为P，则最小半径部分50位于0.5P至P之间。
在本实施例的情况下，也能防止在轮毂15的表面上产生朝向负压面41的二次流，其结果是，能防止在动叶片40的负压面41上产生旋涡。因此，通过将扇形凹口30制成上述形状，能防止旋涡聚集在动叶片出口附近的负压面覆环一侧。另外，在本实施例的情况下，由于前端部48和最小半径部分50之间为光滑的形状，所以，也能使流体平滑地流动，其结果是，能防止涡轮机效率降低。
再有，图4b是从涡轮机出口一侧看依据本发明的第六实施例的径流式涡轮机叶轮的局部放大图。在本实施例的场合，连接动叶片40的负压面41一侧的前端部48和最小半径部分50之间的扇形凹口30的边部，由一个直线状部分38和一个曲线部39形成。在本实施例，曲线部39是以点D为中心的半径为R3的圆弧的一部分。再有，与上述的实施例一样，最小半径部分50位于比两个动叶片40、40′之间的大致中心部更靠近压力面42′一侧。因此，设从动叶片40到动叶片40′的周向距离为P，则最小半径部分50位于0.5P至P之间。
在本实施例的情况下，也能防止在轮毂15的表面上产生朝向负压面41的二次流，其结果是，能防止在动叶片40的负压面41上产生旋涡。因此，通过将扇形凹口30制成上述形状，能防止旋涡聚集在动叶片出口附近的负压面覆环一侧。另外，在是本实施例的情况下，由于前端部48和最小半径部分50之间为光滑的形状，所以，也能使流体平滑地流动，其结果是，能防止涡轮机效率降低。
当然，连接动叶片40的负压面41一侧的前端部48和最小半径部分50之间的主板20的边部，也可以至少一个曲线部和至少一个直线状部分的组合，乃至，曲线部也可以是圆弧和抛物线的一部分以外的形状，在这种情况下也能获得同样的效果。
根据本发明的一个实施例，能抑制在负压面一侧的扇形凹口部分上产生旋涡，其结果是，都能获得防止涡轮机效率降低这一共同的效果。

Claims (6)

1.一种径流式涡轮机用叶轮，包括多个叶片，同时还包括圆形主板，该圆形主板通过切所述多个叶片的各叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间形成扇形凹口，
从上述圆形主板的中心到上述扇形凹口的边部的距离最小的最小半径部分，被定位在比一个叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间的、周向距离的一半更靠近上述压力面一侧，因此，上述扇形凹口在叶片的负压面和与其邻接的叶片的压力面之间为非对称的。
2.根据权利要求1的径流式涡轮机用叶轮，其特征是：由一个直线状部分形成位于上述叶片的负压面一侧前端部和上述圆形主板的上述最小半径部分之间的上述扇形凹口的边部。
3.根据权利要求1的径流式涡轮机用叶轮，其特征是：至少由两个直线状部分形成位于上述叶片的负压面一侧前端部和上述圆形主板的上述最小半径部分之间的上述扇形凹口的边部。
4.根据权利要求1的径流式涡轮机用叶轮，其特征是：至少由一个曲线部分形成位于上述叶片的负压面一侧前端部和上述圆形主板的上述最小半径部分之间的上述扇形凹口的边部。
5.根据权利要求1的径流式涡轮机用叶轮，其特征是：由至少一个直线状部分和至少一个曲线部分形成位于上述叶片的负压面一侧前端部和上述圆形主板的上述最小半径部分之间的上述扇形凹口的边部。
6.根据权利要求4或5的径流式涡轮机用叶轮，其特征是：上述曲线部分是圆弧或抛物线的一部分。
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