[發明專利]葉輪以及具有它的渦輪機械

有效

• 申請號: 201210106427.0
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102734210A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 杉村和之;西田秀夫;小林博美;伊藤俊雄
• 申請（專利權）人: 株式會社日立工業設備技術
• 主分類號: F04D29/26
• 分類號: F04D29/26
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張斯盾

技術領域

本發明涉及離心葉輪或者斜流葉輪等葉輪以及具有它的渦輪機械，尤其涉及具有離心葉輪或者斜流葉輪的壓縮機、鼓風機、風扇、泵等向工作流體賦予能量的渦輪機械。

背景技術

作為渦輪機械的一種的多級壓縮機為將由被安裝在同一軸上的多個離心葉輪或者斜流葉輪、被一并設置在各葉輪的下游側的擴散器、反導葉構成的段落堆疊的形式。該多級壓縮機中使用的葉輪在大多情況下是對翼進行切削加工而制作的。若能夠將構成葉輪的翼的翼面形狀作為直線要素的集合體來定義，則能夠使用銑床等棒狀的切削工具。在這種情況下，一面使加工工具的側面向成為直線要素的部分旋轉，一面使之抵接，一面使之從葉輪的入口側向成為出口側的方向或者向其反方向滑動，一面進行切削。據此，能夠有效地加工。這樣，因為直線要素葉輪富于制作性·加工性，所以，在離心壓縮機中大多使用直線要素葉輪。

雖然采用直線要素葉輪的情況從制作方面看是有效的方法，但是，由于近年要求對葉輪性能的進一步改善，所以，有必要從將葉輪的翼做成直線要素集合的制約解放，做成由自由曲面構成的翼面，對翼間流動進行精密的控制。下面，在本發明中，將翼面由自由曲面構成的葉輪稱為曲線要素葉輪。

局部地具有曲線要素的葉輪的例子被專利文獻1、專利文獻2公開。專利文獻1的葉輪是在葉輪的護罩側沒有護罩板(側板)的開放式葉輪(下面，也稱半護罩葉輪)，專利文獻2記載的葉輪雖然在護罩側不具有護罩板(側板)這點與專利文獻1相同，但是，是在兩片翼之間，具有入口側尺寸與這些翼相比短的翼的帶中間葉片的半護罩葉輪。另外，將護罩側具有護罩板(側板)的葉輪稱為封閉式葉輪(下面，也稱為全護罩葉輪)。

專利文獻2記載的葉輪是曲線要素葉輪，在形成翼型時，在翼的前緣附近堆積使翼截面在跨度方向彎曲了的翼，形成用于曲線要素葉輪的翼。據此，抑制低能量流體在翼間流路的局部積蓄，改善壓縮機效率。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭59-90797號公報

專利文獻2：專利第4115180號公報

在上述專利文獻1以及專利文獻2中，在半護罩葉輪中，通過從以往的翼前緣周圍改變翼前緣周圍，謀求改善壓縮機效率。在離心葉輪、斜流葉輪中使用的半護罩葉輪中，產生翼前端泄漏流，在全護罩葉輪中，不產生翼前端泄漏流。因此，在半護罩葉輪中，即使是最好的翼形狀，也因翼間的流型的不同，而不保證能夠在全護罩葉輪中改善性能的最佳的曲線要素葉輪。即、最佳的曲線要素葉輪的翼形狀可能不同。

這樣，適合全護罩葉輪的曲線要素化的方法不一定明確。但是，無論是上述任意的形態的葉輪，也難以想象相對于無數的曲線要素葉片的形成法，盡量限定真正與提高性能相連的曲線要素化圖案，有必要發現與改善性能相聯系的曲線要素化的圖案。

本發明是鑒于上述以往技術的狀況做出的發明，其目的是在渦輪機械所具有的離心葉輪或者斜流葉輪中，提高渦輪機械的性能。本發明的其它的目的是有效地抑制曲線要素葉輪的翼間的二次流。本發明的另外的其它的目的是在曲線要素葉輪中，實現與提高性能相聯系的最佳的曲線要素化的方法，即、翼截面向跨度方向堆疊的圖案。

發明內容

在本發明中，因為提出了曲線要素葉輪，所以，首先針對曲線要素葉輪，將必要的用語的定義等說明如下。

[曲線要素葉輪]

將用曲線連結葉輪的護罩面以及輪轂面間，從入口側到出口側配置多條該曲線，做成葉片的葉輪定義為曲線要素葉輪。是與直線要素葉輪對比的概念。

曲線要素葉輪的形狀決定成為基準的直線要素葉輪的翼形狀，針對該直線要素葉輪，在各種各樣的跨度位置切出翼截面。此后，使切出的翼截面直線移動、旋轉移動或者變形，再次堆疊。據此，得到具有自由曲面的曲線要素葉輪。參照圖1以及圖2，對該具體的方法說明如下。

圖1是說明使切出的一個翼截面移動或者變形的方法的圖。圖1(a)是用圓筒座標系表示的翼截面圖。跨度位置(圖1(a)上與紙張成直角的方向)是任意位置。圖1(b)是將圖1(a)所示的相同的翼展開，成為正交座標系的圖，圖的橫軸是后述的子午面流線方向m，圖的縱軸是周方向(θ方向)。

圖2是表示將圖1所示那樣的切出的翼截面堆疊，形成曲線要素葉片的樣子的立體圖。在該圖2中，從葉輪中取出葉片一片量來表示。在子午面(R-Z面)內，沿顯眼的線素將從輪轂110到各翼截面的跨度方向高度設為h，將沿從輪轂110到護罩120為止的線素的跨度方向的全部高度設為H，定義無量綱翼高度h/H。