[发明专利]叶轮

说明书

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的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明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。

背景技术

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，在本发明中，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。

本发明是鉴于上述以往技术的状况做出的发明，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。本发明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。本发明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。

发明内容

在本发明中，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)。