叶轮制造技术

本发明专利技术公开了一种叶轮以及具有它的涡轮机械，本发明专利技术在涡轮机械所具有的离心叶轮或者斜流叶轮中，抑制二次流，提高涡轮机械的性能。本发明专利技术中，叶轮(600)具有轮毂板(609)和在该轮毂板的一方的表面侧在周方向隔开间隔配置的多个叶片(607)。多个叶片具有轮毂板和叶片正交，且将具有由直线要素构成的叶片的基准叶轮中的各叶片的翼跨度高度方向的多个翼截面以成为曲线要素(606)的叶片的方式在翼跨度高度方向叠层而形成的形状。在翼截面的翼跨度高度方向的叠层中，随着从该叶片的轮毂板侧端以及轮毂板相反侧端的至少一方的端面朝向跨度中间部而使赋予翼截面的切向倾斜以及扫掠的量增大。

【技术实现步骤摘要】
叶轮本申请是名称为“叶轮以及具有它的涡轮机械”、国际申请日为2012年4月12日、国家申请号为201210106427.0的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及离心叶轮或者斜流叶轮等叶轮以及具有它的涡轮机械，尤其涉及具有离心叶轮或者斜流叶轮的压缩机、鼓风机、风扇、泵等向工作流体赋予能量的涡轮机械。
技术介绍
作为涡轮机械的一种的多级压缩机为将由被安装在同一轴上的多个离心叶轮或者斜流叶轮、被一并设置在各叶轮的下游侧的扩散器、反导叶构成的段落堆叠的形式。该多级压缩机中使用的叶轮在大多情况下是对翼进行切削加工而制作的。若能够将构成叶轮的翼的翼面形状作为直线要素的集合体来定义，则能够使用铣床等棒状的切削工具。在这种情况下，一面使加工工具的侧面向成为直线要素的部分旋转，一面使之抵接，一面使之从叶轮的入口侧向成为出口侧的方向或者向其反方向滑动，一面进行切削。据此，能够有效地加工。这样，因为直线要素叶轮富于制作性·加工性，所以，在离心压缩机中大多使用直线要素叶轮。虽然采用直线要素叶轮的情况从制作方面看是有效的方法，但是，由于近年要求对叶轮性能的进一步改善，所以，有必要从将叶轮的翼做成直线要素集合的制约解放，做成由自由曲面构成的翼面，对翼间流动进行精密的控制。下面，在本专利技术中，将翼面由自由曲面构成的叶轮称为曲线要素叶轮。局部地具有曲线要素的叶轮的例子被专利文献1、专利文献2公开。专利文献1的叶轮是在叶轮的护罩侧没有护罩板(侧板)的开放式叶轮(下面，也称半护罩叶轮)，专利文献2记载的叶轮虽然在护罩侧不具有护罩板(侧板)这点与专利文献1相同，但是，是在两片翼之间，具有入口侧尺寸与这些翼相比短的翼的带中间叶片的半护罩叶轮。另外，将护罩侧具有护罩板(侧板)的叶轮称为封闭式叶轮(下面，也称为全护罩叶轮)。专利文献2记载的叶轮是曲线要素叶轮，在形成翼型时，在翼的前缘附近堆积使翼截面在跨度方向弯曲了的翼，形成用于曲线要素叶轮的翼。据此，抑制低能量流体在翼间流路的局部积蓄，改善压缩机效率。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭59-90797号公报专利文献2：专利第4115180号公报在上述专利文献1以及专利文献2中，在半护罩叶轮中，通过从以往的翼前缘周围改变翼前缘周围，谋求改善压缩机效率。在离心叶轮、斜流叶轮中使用的半护罩叶轮中，产生翼前端泄漏流，在全护罩叶轮中，不产生翼前端泄漏流。因此，在半护罩叶轮中，即使是最好的翼形状，也因翼间的流型的不同，而不保证能够在全护罩叶轮中改善性能的最佳的曲线要素叶轮。即、最佳的曲线要素叶轮的翼形状可能不同。这样，适合全护罩叶轮的曲线要素化的方法不一定明确。但是，无论是上述任意的形态的叶轮，也难以想象相对于无数的曲线要素叶片的形成法，尽量限定真正与提高性能相连的曲线要素化图案，有必要发现与改善性能相联系的曲线要素化的图案。本专利技术是鉴于上述以往技术的状况做出的专利技术，其目的是在涡轮机械所具有的离心叶轮或者斜流叶轮中，提高涡轮机械的性能。本专利技术的其它的目的是有效地抑制曲线要素叶轮的翼间的二次流。本专利技术的另外的其它的目的是在曲线要素叶轮中，实现与提高性能相联系的最佳的曲线要素化的方法，即、翼截面向跨度方向堆叠的图案。
技术实现思路
在本专利技术中，因为提出了曲线要素叶轮，所以，首先针对曲线要素叶轮，将必要的用语的定义等说明如下。[曲线要素叶轮]将用曲线连结叶轮的护罩面以及轮毂面间，从入口侧到出口侧配置多条该曲线，做成叶片的叶轮定义为曲线要素叶轮。是与直线要素叶轮对比的概念。曲线要素叶轮的形状决定成为基准的直线要素叶轮的翼形状，针对该直线要素叶轮，在各种各样的跨度位置切出翼截面。此后，使切出的翼截面直线移动、旋转移动或者变形，再次堆叠。据此，得到具有自由曲面的曲线要素叶轮。参照图1以及图2，对该具体的方法说明如下。图1是说明使切出的一个翼截面移动或者变形的方法的图。图1(a)是用圆筒座标系表示的翼截面图。跨度位置(图1(a)上与纸张成直角的方向)是任意位置。图1(b)是将图1(a)所示的相同的翼展开，成为正交座标系的图，图的横轴是后述的子午面流线方向m，图的纵轴是周方向(θ方向)。图2是表示将图1所示那样的切出的翼截面堆叠，形成曲线要素叶片的样子的立体图。在该图2中，从叶轮中取出叶片一片量来表示。在子午面(R-Z面)内，沿显眼的线素将从轮毂110到各翼截面的跨度方向高度设为h，将沿从轮毂110到护罩120为止的线素的跨度方向的全部高度设为H，定义无量纲翼高度h/H。[切向倾斜](タンジェンシャルリーン)使叶轮的翼截面V的形状在全等地确保的状态下，在周方向(θ方向)移动，将在叶轮的旋转方向旋转移动的情况定义为赋予正的切向倾斜。在图1中从翼截面101向翼截面102的移动为切向倾斜。此时的移动量若在圆筒座标系(图1(a))中表示，则为δθ(rad)，若在正交座标系(图1(b))中表示，则为纵轴方向的移动量δY。[翼弦]在翼截面V中，将连结前缘202和后缘203的线定义为翼弦C，将从前缘202朝向后缘203的方向定义为正。[扫掠](スイ－プ)是在翼截面V中，固定后缘203的位置，在翼弦C的方向使翼截面V的拱线以确保大致相似的状态变形的情况。将在正的翼弦方向变形的情况作为正的扫掠。因为若使翼截面V的形状，即、翼表面的轮廓形状本身相似变形，则翼厚th也变化，所以，能够仅使拱线C大致相似地变形，任意地赋予翼厚th。另外，变形后的前缘202a处于变形前的翼弦C的线上。图1中，作为从翼截面101向翼截面103的相似变形来表示。这里，将后缘203固定是为了将叶轮外径R2确保为一定，不使理论扬程大幅变化，在可以使理论扬程变化的情况下，没有必要一定使后缘203为一定位置。在这样的定义下，在本专利技术中，为了实现上述目的，在具有轮毂板和在周方向隔开间隔配置在该轮毂板的一方的表面侧的多个叶片的叶轮中，上述多个叶片具有上述轮毂板和上述叶片正交，且将具有由直线要素构成的叶片的基准叶轮中的各叶片的翼跨度高度方向的多个翼截面以成为曲线要素叶片的方式在翼跨度高度方向叠层而形成的形状，在将使上述翼截面在叶轮的旋转方向旋转移动的情况作为赋予正的切向倾斜时，在上述翼截面的翼跨度高度方向的叠层中，随着从该叶片的轮毂板侧端以及轮毂板相反侧端的至少一方的端面朝向跨度中间部而使赋予上述翼截面的切向倾斜的量增大。而且，在该叶轮中，可以是在将使上述翼截面在翼弦下游方向大致相似地变形移动的情况作为赋予正的扫掠时，在上述翼截面的翼跨度高度方向的叠层中，随着从该叶片的轮毂板侧端以及轮毂板相反侧端的至少一方的端面朝向跨度中间部而使赋予上述翼截面的扫掠的量增大，也可以是上述切向倾斜的赋予量中，轮毂侧的赋予量比护罩侧的赋予量大，并且，赋予量的最大值相比于跨度中央，处于靠近轮毂侧的翼跨度高度上。另外，在本专利技术中，在具有轮毂板和在周方向隔开间隔配置在该轮毂板的一方的表面侧的多个叶片的叶轮中，对于上述叶片的负压面和上述轮毂板面，或者上述叶片的负压面和在轮毂板相反侧端部与该叶片相向的面的至少任意一个，其所构成的角度为钝角。而且，在该叶轮中，也可以是子午面内的上述轮毂板面或者在上述轮毂板相反侧端部与该叶片相向的面的至少一方和上述叶片的前缘的棱线构成的角度、在含有上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶轮，所述叶轮具有轮毂板和在周方向隔开间隔配置在该轮毂板的一方的表面侧的多个叶片，其特征在于，对于上述叶片的负压面和上述轮毂板面、或者上述叶片的负压面和在轮毂板相反侧端部与该叶片相向的面的至少任意一个，其所构成的角度为钝角。

【技术特征摘要】
2011.04.13 JP 2011-0893381.一种叶轮，所述叶轮具有轮毂板和在周方向隔开间隔配置在该轮毂板的一方的表面侧的多个叶片，其特征在于，上述多个叶片具有将基准叶轮中的各叶片的翼跨度高度方向的多个翼截面以成为曲线要素叶片的方式在翼跨度高度方向叠层而形成的形状，在上述基准叶轮中，具有由直线要素构成的叶片且上述轮毂板和上述叶片正交，在将使上述翼截面在叶轮的旋转方向旋转移动的情况作为赋予正的切向倾斜时，在上述翼截面的翼跨度高度方向的叠层中，随着从该叶片的轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉村和之，西田秀夫，小林博美，伊藤俊雄，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP