TW202214966A - 開放式斜流葉輪 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種可抑制翼端洩流之開放式斜流葉輪。 本發明之開放式斜流葉輪20具備可旋轉之複數個葉片1。葉片1其旋轉之徑向之端部為翼端5，不具備覆蓋翼端5整體之側板。葉片1於翼端5之一部分具備1個或複數個朝向徑向之外側突出之突出部10。突出部10較佳為設置於因葉片1旋轉下之離心力使得翼端5發生較預定值更大之值的變形之位置。

Description

開放式斜流葉輪

本發明係關於一種葉片未被側板覆蓋之開放式之斜流葉輪。

旋轉機械作為液體或氣體之搬送用機械，被應用於產業用製品或家電用製品。葉輪為斜流式之旋轉機械具有可增大流量與靜壓兩者之特性。作為斜流式之葉輪即斜流葉輪，可分類為開放式與封閉式2類。

開放式之斜流葉輪係葉片之徑向之端部(翼端)未由稱為側板之罩體覆蓋，於翼端與殼體之間存在稱為翼端間隙之狹窄之流路。開放式之斜流葉輪中，有被葉輪賦予能量之流體之一部分流動於翼端間隙。流動於翼端間隙之流體稱為翼端洩流，為開放式斜流葉輪之能量損失之一個原因。然而，因於開放式斜流葉輪不存在側板，故有容易製造且因輕量而使材料成本便宜之優點，由於可減少製造費用與材料費用，故於各種領域中使用。

封閉式之斜流葉輪因由側板覆蓋翼端整體，不存在翼端間隙，故具有高效且節能性較佳之優點。然而，封閉式斜流葉輪有製造困難、且材料成本較高之問題。

專利文獻1中記載有先前之葉輪之例。專利文獻1中記載之葉輪為半開放式之軸流風扇所具備，具有複數個葉片，且各葉片具備突出至空氣之吹出側(軸向)之翼端板，藉此抑制洩流，且抑制風量之降低。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2015-214912號公報

[發明所欲解決之問題]

開放式斜流葉輪具有可增大流量與靜壓之兩者，且可減少製造費用與材料費用之優點，但有因發生翼端洩流而產生因翼端洩流造成之損失(翼端洩流損失)，使能效降低致使節能性變差之問題。又，嘗試於開放式斜流葉輪中，設置厚度較薄之葉片用以謀求輕量化與小型化，使葉輪高速旋轉。但，開放式斜流葉輪有若使葉輪高速旋轉，則葉片因離心力而變形，致使翼端間隙擴大且翼端洩流增加而使翼端洩流損失增大之問題。

本發明之目的在於提供一種可抑制翼端洩流之開放式斜流葉輪。 [解決問題之技術手段]

本發明之開放式斜流葉輪具備可旋轉之複數個葉片。上述葉片其旋轉之徑向之端部為翼端，不具備覆蓋上述翼端整體之側板。上述葉片於上述翼端之一部分具備1個或複數個向上述徑向之外側突出之突出部。 [發明之效果]

根據本發明，可提供一種可抑制翼端洩流之開放式斜流葉輪。

本發明之開放式斜流葉輪係於葉片未被側板覆蓋之開放式之斜流葉輪中，於葉片之翼端之一部分具備朝向徑向之外側突出之突出部。葉片可具備1個或複數個突出部。翼端為葉片之旋轉之徑向中之葉片之端部之面。即，翼端為與收納葉輪之殼體對向之葉片之端部之面。徑向意指與葉片之旋轉軸(即葉輪之旋轉軸)垂直之方向。

本發明之開放式斜流葉輪係於葉輪之葉片之翼端之一部分具備突出部，藉此可抑制翼端洩流，尤其因翼端之變形致使翼端間隙擴大而引起之翼端洩流，且可抑制翼端洩流損失之增大。因此，本發明之開放式斜流葉輪相較於封閉式斜流葉輪，可降低製造費用與材料費用，且可抑制能效之降低與節能性之降低。葉輪之能效可以藉由葉輪之旋轉獲得流體之能量與使葉輪旋轉之能量之比表示。

首先，說明開放式斜流葉輪與封閉式斜流葉輪。另，本說明書使用之圖式中，對相同或對應之構成要件附加相同符號，關於該等構成要件，有時省略重複說明。

圖1係顯示先前之開放式斜流葉輪30之一例之子午面圖。開放式斜流葉輪30設置於旋轉機械。圖1中顯示有具備開放式斜流葉輪30之旋轉機械之一部分。

旋轉機械具備機械軸3、殼體4、開放式斜流葉輪30。機械軸3以旋轉軸6為中心旋轉，且使葉輪30旋轉。殼體4為位於葉輪30之徑向之外側，收納機械軸3與葉輪30，且相對於葉輪30之靜止壁。

開放式斜流葉輪30具備輪轂2、於輪轂2沿周向設置之複數個葉片1，且以旋轉軸6為中心旋轉。輪轂2固定於旋轉機械之機械軸3，且與機械軸3之旋轉一起旋轉並使葉片1旋轉。葉片1可根據機械軸3之旋轉而以旋轉軸6為中心進行旋轉，且藉由旋轉將能量賦予流體。藉由葉片1之旋轉而被賦予能量之流體之例中，包含水等之液體或空氣等之氣體。另，圖1中，流體自左向右流動。

開放式斜流葉輪30係葉片1之徑向之端部之面(即與葉片1之殼體4對向之端部之面)即翼端5相對於旋轉軸6斜向傾斜之斜流葉輪。斜流葉輪相較於軸流葉輪與離心葉輪，具有可增大流量與靜壓之兩者之特性。

開放式斜流葉輪30中，如圖1所示，於葉片1之翼端5與殼體4之間，存在稱為翼端間隙7之間隙。藉由葉片1賦予能量之流體之一部分流動於翼端間隙7。流動於翼端間隙7之流體稱為翼端洩流，成為開放式斜流葉輪30之能量損失之一個原因，使開放式斜流葉輪30之能效降低且節能性變差。

圖2係顯示封閉式斜流葉輪40之一例之子午面圖。封閉式斜流葉輪40具備與開放式斜流葉輪30同樣之構成，但於葉片1之翼端5設置有覆蓋葉片1之側板8之點上與開放式斜流葉輪30不同。側板8設置於葉片1之翼端5整體，覆蓋翼端5整體。封閉式斜流葉輪40因於葉片1之翼端5設置有側板8，故在翼端5與殼體4之間不存在翼端間隙7，未發生翼端洩流。

開放式斜流葉輪30(圖1)因不具備側板8，故相較於封閉式斜流葉輪40可進而減少製造費用與材料費用等之成本。又，於開放式斜流葉輪30中，有進而具備厚度較薄之葉片1用以降低成本，進行使葉片1高速旋轉之運轉之情形。若葉片1高速旋轉，則翼端5因離心力而變形致使翼端間隙7擴大，有翼端洩流增加且葉輪30之能效顯著降低之情形。

圖3係顯示開放式斜流葉輪30中，葉片1之翼端5因離心力而變形之例之子午面圖。圖3中，以虛線顯示因離心力而變形之葉片1，且顯示葉片1之翼端5因離心力而變形為翼端9之例。

葉片1之翼端5大多因離心力而如虛線所示之翼端9般變形，即以翼端間隙7擴大之方式變形。開放式斜流葉輪30若翼端間隙7擴大，則翼端洩流增加從而翼端洩流損失增大，能效顯著降低。

本發明之實施例之開放式斜流葉輪可抑制翼端洩流，且即使葉片1因離心力而變形，仍可抑制翼端洩流。

以下，說明本發明之實施例之開放式斜流葉輪。

[實施例1] 使用圖4與圖5，說明本發明之實施例1之開放式斜流葉輪20。圖4係顯示本實施例之開放式斜流葉輪20之葉片1與輪轂2之立體圖。圖5係顯示本實施例之開放式斜流葉輪20之子午面圖。以下，針對本實施例之開放式斜流葉輪20，主要說明與圖1所示之先前之開放式斜流葉輪30不同之構成。

本實施例之開放式斜流葉輪20具備可旋轉之複數個葉片1、及沿周向設置有複數個葉片1之輪轂2，葉片1之翼端5不具備覆蓋翼端5整體之側板。翼端5為葉片1之徑向端部之面。本實施例之開放式斜流葉輪20收納於殼體4。殼體4位於葉輪30之徑向之外側。

本實施例之開放式斜流葉輪20於葉片1之翼端5之一部分具備1個或複數個突出部10。突出部10朝向徑向外側、即朝向殼體4突出。突出部10可具備任意形狀及大小。例如，突出部10可由以包圍複數個葉片1之翼端5之一部分之方式跨及複數個葉片1而設置之1個筒狀構件構成，亦可由個別設置於複數個葉片1各者之突起狀構件構成。突出部10例如可由與封閉式斜流葉輪40之葉片1所具備之側板8同樣之素材構成。

突出部10並非設置於葉片1之翼端5整體，而是部分地設置於翼端5。即，本實施例之開放式斜流葉輪20中，將1個或複數個突出部10設置於葉片1之翼端5之一部分，且覆蓋翼端5之一部分。

本實施例之開放式斜流葉輪20中，流體朝向流動方向15所示之方向流動。

本實施例之開放式斜流葉輪20中，作為一例如圖5所示，於翼端5之後緣部5a(流體之流動方向15之下游部)設置有1個突出部10。突出部10亦可於翼端5之後緣部5a設置複數個。又，突出部10亦可於翼端5之前緣部5b(流體之流動方向15之上游部)設置1個或複數個，又可於翼端5之後緣部5a與前緣部5b之兩者設置。

如使用圖3說明，於先前之開放式斜流葉輪30中，若葉片1高速旋轉，則葉片1之翼端5因離心力而變形致使翼端間隙7擴大。若翼端間隙7擴大，則翼端洩流增加且翼端洩流損失增大，導致葉輪30之能效降低。

本實施例之開放式斜流葉輪20(圖5)中，突出部10較佳為，於因葉片1之旋轉之離心力而引起葉片1之翼端5較大變形之位置部分地設置。因離心力而使翼端5較大變形之位置，根據葉片1之形狀等而不同。於圖5所示之開放式斜流葉輪20中，以因離心力之葉片1之翼端5之變形較大之位置為翼端5之後緣部5a，於翼端5之後緣部5a設置有突出部10。例如，若因離心力引起之葉片1之翼端5之變形較大之位置為翼端5之前緣部5b，則突出部10較佳設置於翼端5之前緣部5b。圖5所示之開放式斜流葉輪20中，突出部10可防止因離心力引起之翼端5之變形而導致後緣部5a之翼端間隙7擴大，抑制後緣部5a之翼端洩流。

另，圖5所示之殼體4係為於葉片1之翼端5之一部分設置突出部10，形狀與圖1或圖3所示之殼體4不同。圖5中，於後緣部5a之徑向外側之部分，於突出部10與殼體4之間有間隙60。該間隙60由於為葉片1之上游側與下游側之壓力差較小之部分，故翼端洩流之量較少。即，即使存在間隙60，翼端洩流亦未增加。

如以上說明，本實施例之開放式斜流葉輪20係為了抑制翼端洩流，尤其因翼端5之變形使翼端間隙7擴大所導致之翼端洩流，而於葉片1之翼端5之一部分具備突出部10。突出部10由於縮小翼端間隙7，故可抑制翼端洩流，且抑制翼端洩流損失之增大。本實施例之開放式斜流葉輪20藉由於葉片1之翼端5之一部分具備突出部10，可防止能效之降低。

又，突出部10並未於葉片1之翼端5之前緣部5b至後緣部5a，即翼端5整體設置。因此，本實施例之開放式斜流葉輪20由於相較於封閉式斜流葉輪40更容易製造且輕量，故可減少製造費用與材料費用。

[實施例2] 對本發明之實施例2之開放式斜流葉輪20進行說明。本實施例中，對設置突出部10之位置之例進行說明。如實施例1所說明，突出部10較佳為於因離心力引起之葉片1之翼端5之變形較大之位置，部分地設置。例如，突出部10於因離心力引起翼端5進行較預定值更大之值之變形之位置，部分地設置。如使用圖3所說明，於先前之開放式斜流葉輪30中，若葉片1高速旋轉，則葉片1之翼端5因離心力而變形致使翼端間隙7擴大。

圖6係顯示先前之開放式斜流葉輪30中，葉片1高速旋轉之情形之因離心力引起之葉片1之翼端5之變形量之分佈之一例的圖。圖6之圖表係關於先前之開放式斜流葉輪30之典型之構成，可藉由執行數值計算而獲得。

圖7係顯示先前之開放式斜流葉輪30中，翼端5之前緣11與後緣12之子午面圖。翼端5之前緣11為翼端5之流體之流動方向15中之上游之端。翼端5之後緣12為翼端5之流體之流動方向15中之下游之端。

圖6中，橫軸以距前緣11之無維度距離，表示翼端5之部分之位置。橫軸之0.0之值顯示位於前緣11之位置之翼端5之部分之位置，橫軸之1.0之值顯示位於後緣12之位置之翼端5之部分之位置。

圖6中，縱軸表示橫軸所示之各位置之翼端5之變形量除以其位置之翼端間隙7之值。翼端5之變形量意指因離心力致使翼端5變形時之翼端5上之點(構成翼端5之點)的移動量。圖6之縱軸顯示該翼端5之變形量除以求得變形量之翼端5上之點之位置中之翼端5變形前之翼端間隙7之值。縱軸之值為100%意指因離心力引起之翼端5之變形量與翼端間隙7之大小相同。

另，如使用圖3所說明，翼端5並非因離心力以靠近殼體4之方式變形即以縮小翼端間隙7之方式變形，而多以擴大翼端間隙7之方式變形。

於獲得圖6之圖表之開放式斜流葉輪30中，若翼端5變形而使翼端5之變形量大於翼端間隙7之50%，則翼端間隙7大幅擴大，翼端洩流增加且翼端洩流損失增大，相較於翼端5變形前，葉輪30之能效降低至無法容許之程度。即，若翼端5之變形量大於翼端間隙7之50%，則葉輪30之能效大幅降低。根據圖6，翼端5之變形量大於翼端間隙7之50%之位置，為距翼端5之前緣11之位置在0.77至1.0之間的位置。

於本實施例之開放式斜流葉輪20中，突出部10於因葉片1之旋轉之離心力引起翼端5進行較預定值更大之值之變形之位置，部分地設置。具體而言，突出部10於因葉片1之旋轉之離心力致使翼端5之變形量大於翼端間隙7之50%之位置設置。即，突出部10於距翼端5之前緣11之位置在0.77至1.0之間之位置，設置於翼端5。本實施例之開放式斜流葉輪20係因於翼端5之變形量為較預定值更大之值之位置(翼端5之變形量大於翼端間隙7之50%之位置)具備突出部10，且突出部10抑制翼端洩流並抑制翼端洩流損失之增大，故翼端5之變形導致之葉輪20之能效之降低為容許之程度。

本實施例中，對翼端5之變形量大於翼端間隙7之50%時，使葉輪之能效大幅(無法容許之程度)降低之例進行說明。使葉輪之能效大幅降低之翼端5之變形量，未必為大於翼端間隙7之50%之變形量。

又，於本實施例之開放式斜流葉輪20中，突出部10較佳為，設置於因葉片1之旋轉下之離心力、使得翼端5發生葉輪20之能效低於預定值的變形之位置。該預定值意指例如對葉輪20要求之能效之值。即，突出部10較佳為設置於可防止翼端5在離心力下變形而產生之葉輪20之能效降低的翼端5之位置。藉由將突出部10設置於此種位置，本實施例之開放式斜流葉輪20可抑制翼端洩流，且抑制翼端洩流損失增大。

[實施例3] 實施例1、2之開放式斜流葉輪20於葉片1之翼端5之一部分具備突出部10，較佳為，於因離心力引起葉片1之翼端5較大地變形、致使翼端間隙7擴大之位置具備突出部10，而抑制翼端洩流，防止能效之降低。然而，若突出部10與殼體4之間存在間隙，則有時自葉輪20被賦予能量之流體之一部分會流入該間隙而返回葉輪20之吸入側(上游側)。該現象亦為洩流，使葉輪20之能效降低。

圖8係顯示在顯示具備突出部10之開放式斜流葉輪20之子午面圖(圖5)中，於突出部10與殼體4之間之間隙13產生之洩流之圖。自葉輪20被賦予能量之流體之一部分沿流動方向14所示之方向流動，流入突出部10與殼體4之間之間隙13，而返回葉輪20之吸入側17。

本發明之實施例3之開放式斜流葉輪20中，突出部10或殼體4具備凹凸部(曲折構造)，抑制流體沿流動方向14所示之方向流動而返回吸入側17之洩流。

圖9係顯示本實施例之開放式斜流葉輪20之子午面圖。以下，針對本實施例之開放式斜流葉輪20，主要說明與實施例1之開放式斜流葉輪20(圖5)不同之構成。

本實施例之開放式斜流葉輪20其突出部10具備凹凸部16。突出部10所具備之凹凸部16於突出部10與殼體4之間之間隙13中，設於突出部10朝向殼體4之位置。突出部10所具備之凹凸部16，具備：朝向徑向之內側、即沿離開殼體4之方向凹陷之凹部；及朝向徑向之外側、即朝向殼體4突出之凸部。

圖10係顯示本實施例之開放式斜流葉輪20之其他構成之子午面圖。本實施例之開放式斜流葉輪20可具備收納葉輪30之殼體4，且殼體4具備凹凸部16。殼體4具備之凹凸部16設於突出部10與殼體4之間之間隙13中殼體4朝向突出部10之位置。殼體4具備之凹凸部16具備朝向徑向之外側即沿自突出部10離開之方向凹陷之凹部、與朝向徑向之內側即朝向突出部10突出之凸部。

凹凸部16因藉由產生於其凹部之內部之2次渦流，使流動於間隙13之洩流之壓力損失增大，故可抑制流動於間隙13之洩流。因此，本實施例之開放式斜流葉輪20可抑制翼端洩流損失之增大，且可防止能效之降低。另，凹凸部16未抑制自翼端5之前緣部5b朝向後緣部5a之流體之流動(即，因葉片1之上游側與下游側之壓力差而產生之流動)。

另，本發明並非限定於上述實施例者，可進行各種變形。例如，上述實施例係為易理解地說明本發明而詳細說明者，即本發明並非限定於具備所說明之全部構成之態樣者。又，可將某實施例之構成之一部分置換為其他實施例之構成。又，可對某實施例之構成增加其他實施例之構成。又，關於各實施例之構成之一部分，可進行削除、或追加、置換其他構成。

1:葉片 2:輪轂 3:機械軸 4:殼體 5:翼端 5a:後緣部 5b:前緣部 6:旋轉軸 7:翼端間隙 8:側板 9:因離心力而變形之翼端 10:突出部 11:前緣 12:後緣 13:突出部與殼體之間之間隙 14:流體之流動方向 15:流體之流動方向 16:凹凸部 17:吸入側 20:開放式斜流葉輪 30:先前之開放式斜流葉輪 40:封閉式斜流葉輪 60:突出部與殼體之間之間隙

圖1係顯示先前之開放式斜流葉輪之一例之子午面圖。 圖2係顯示封閉式斜流葉輪之一例之子午面圖。 圖3係顯示開放式斜流葉輪中，葉片之翼端因離心力而變形之例之子午面圖。 圖4係顯示本發明之實施例1之開放式斜流葉輪之葉片與輪轂之立體圖。 圖5係顯示本發明之實施例1之開放式斜流葉輪之子午面圖。 圖6係顯示先前之開放式斜流葉輪中，葉片高速旋轉之情形之離心力引起之葉片之翼端的變形量之分佈之一例的圖。 圖7係顯示先前之開放式斜流葉輪中，翼端之前緣與後緣之子午面圖。 圖8係顯示在顯示具備突出部之開放式斜流葉輪之子午面圖中，於突出部與殼體之間之間隙發生之洩流之圖。 圖9係顯示本發明之實施例3之開放式斜流葉輪之子午面圖。 圖10係顯示本發明之實施例3之開放式斜流葉輪之其他構成之子午面圖。

1:葉片

2:輪轂

3:機械軸

4:殼體

5:翼端

5a:後緣部

5b:前緣部

6:旋轉軸

7:翼端間隙

10:突出部

15:流體之流動方向

20:開放式斜流葉輪

60:突出部與殼體之間之間隙

Claims (5)

1. 一種開放式斜流葉輪，其特徵在於具備： 可旋轉之複數個葉片；且 上述葉片其旋轉之徑向之端部為翼端，不具備覆蓋上述翼端整體之側板； 上述葉片於上述翼端之一部分具備1個或複數個朝向上述徑向之外側突出之突出部。
2. 如請求項1之開放式斜流葉輪，其中 上述突出部設置於因上述葉片旋轉下之離心力使得上述翼端發生較預定值更大之值的變形之位置。
3. 如請求項1之開放式斜流葉輪，其中 上述突出部設置於因上述葉片旋轉下之離心力、使得上述翼端發生上述開放式斜流葉輪之能效低於預定值的變形之位置。
4. 如請求項1之開放式斜流葉輪，其中 上述開放式斜流葉輪收納於殼體；且 上述突出部於朝向上述殼體之位置具備凹凸部。
5. 如請求項1之開放式斜流葉輪，其具備： 殼體，其收納上述開放式斜流葉輪；且 上述殼體於朝向上述突出部之位置具備凹凸部。

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