專利名稱：軸向輻流式渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水輪機(jī)或泵的軸向輻流式渦輪，特別涉及葉片后緣具有改進(jìn)形狀的軸向輻流式渦輪。
背景技術(shù)：
軸向輻流式渦輪用于液壓機(jī)械，包括一種用來發(fā)電的可逆式水泵-水輪機(jī)。
美國專利4,479,757中描述了一種傳統(tǒng)的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子。這種傳統(tǒng)的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子包括若干葉片，其入口(前緣)形狀為從輪邊側(cè)向輪冠側(cè)、朝向與渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向相反的方向彎曲。
美國專利6,135,716中描述了另一種傳統(tǒng)的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子。這種傳統(tǒng)的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子包括若干葉片，其入口(前緣)形狀為從輪邊側(cè)向輪冠側(cè)、朝向渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向彎曲。這種傳統(tǒng)的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子還包括若干葉片，其出口(后緣)形狀為從輪冠側(cè)向輪邊側(cè)、朝向渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向彎曲。
同樣，日本公開專利特開平8-312517中描述了一種傳統(tǒng)的可逆式水泵-水輪機(jī)。這種傳統(tǒng)可逆式水泵-水輪機(jī)的轉(zhuǎn)子具有若干葉片，其后緣從后緣中點(diǎn)向輪邊側(cè)朝向與渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向彎曲。
日本公開專利特開2000-136766中描述了另一種傳統(tǒng)的可逆式水泵-水輪機(jī)。這種傳統(tǒng)可逆式水泵-水輪機(jī)的轉(zhuǎn)子具有若干葉片，其后緣彎曲成使其后緣在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向上形成凸起。
這些傳統(tǒng)軸向輻流式渦輪的葉片形狀得到發(fā)展以提高水力效率或減少氣蝕。因?yàn)樵谌缬?jì)算流體動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中技術(shù)的最新發(fā)展，使得發(fā)展葉片形狀以提高效率仍然存在空間。
尤其地，眾所周知，二次流是不沿著流程線的流動(dòng)，使葉片上的壓力分布發(fā)生扭曲，并導(dǎo)致水力效率的損失。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)的，本發(fā)明一方面的優(yōu)點(diǎn)就是提供了一種其葉片具有改進(jìn)形狀的軸向輻流式渦輪，可以減少產(chǎn)生于葉片表面的氣蝕或減少環(huán)繞葉片的二次流。
為了達(dá)到上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明一方面是提供一種軸向輻流式渦輪，這種軸向輻流式渦輪包括旋轉(zhuǎn)軸；能與旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的輪冠；呈圓周狀排列在輪冠上的多個(gè)葉片，每個(gè)葉片包括一作為后緣的內(nèi)端和通過葉片與輪冠同軸相連的輪邊。其中，旋轉(zhuǎn)軸、輪冠、葉片和輪邊做為整體被水驅(qū)動(dòng)，并在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中朝渦輪方向旋轉(zhuǎn)。其中，在垂直平面上后緣的投影輪廓至少在輪冠側(cè)朝向渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)方向的反方向彎曲，該垂直平面與旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線垂直。
此外，本發(fā)明另一方面是提供一種可以繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子包括能繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的輪冠；呈圓周狀排列在輪冠上的多個(gè)葉片，每個(gè)葉片包括一作為后緣的內(nèi)端；以及通過葉片與輪冠同軸相連的輪邊。其中，輪冠、葉片和輪邊做為整體被水驅(qū)動(dòng)，并在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中朝渦輪方向旋轉(zhuǎn)。其中，由參數(shù)r和θ構(gòu)成的極坐標(biāo)系統(tǒng)被引入到與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的垂直平面中，即，(a)原點(diǎn)設(shè)定在旋轉(zhuǎn)軸線上，(b)θ的正向設(shè)定為渦輪方向，其中垂直平面上后緣的投影輪廓用極坐標(biāo)系統(tǒng)表示為(c)至少在輪冠側(cè)∂2θ∂r2>0.]]>在結(jié)合附圖的情況下，本發(fā)明的進(jìn)一步特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將通過下列優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，從轉(zhuǎn)子的出口側(cè)看到的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子的平面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)中流線中心附近葉片表面周圍的壓力分布圖。
圖3是根據(jù)實(shí)施例，從轉(zhuǎn)子的出口側(cè)看到的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子的平面圖。
圖4是示出了葉片表面壓力最小值和后緣投影輪廓上局部最小點(diǎn)處θ值之間關(guān)系的特性圖。
圖5是從渦輪一出口側(cè)看到的葉片的平面圖，其中輪邊已從轉(zhuǎn)子上移開。
圖6是軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子中傳統(tǒng)葉片的示意分解圖，示意性地示出了在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中吸口表面上壓力分布的模擬結(jié)果。
圖7是根據(jù)本實(shí)施例的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子中葉片的示意分解圖，示意性地示出了渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中吸口表面上壓力分布的模擬結(jié)果。
圖8是從渦輪一出口側(cè)看到的葉片的平面圖，其中輪邊已從轉(zhuǎn)子上移開。
圖9是示出了θb、θc和液壓損失之間關(guān)系的特性表。
具體實(shí)施例方式
下面將參考圖1至4說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，從轉(zhuǎn)子的出口側(cè)看到的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子5的平面圖。換句話說，圖1示出了與軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面上軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子出口的投影輪廓。多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(轉(zhuǎn)子翼)6以圓周排列的方式設(shè)置于輪冠7上。轉(zhuǎn)子葉片6的頭側(cè)由輪冠7支撐在輪冠邊13(也被稱為輪冠連接點(diǎn))上。轉(zhuǎn)子葉片6的底側(cè)由輪邊8支撐在輪邊邊14(也被稱為輪邊連接點(diǎn))上。圖1示出了其中放置有八個(gè)轉(zhuǎn)子葉片6的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子5。因此，輪邊8通過葉片6與輪冠7同軸相連，旋轉(zhuǎn)軸(未示出)連在輪冠7的中心處。軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子5被驅(qū)動(dòng)，并在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中繞旋轉(zhuǎn)軸線朝渦輪方向旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)應(yīng)于位于旋轉(zhuǎn)軸28相連處的輪冠7中心。在下文中，在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)方向被稱為渦輪方向。
葉片6的內(nèi)端被稱為后緣12，因?yàn)樵跍u輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中水從葉片6的內(nèi)端流出。當(dāng)葉片6的后緣12投影到與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面上時(shí)，后緣12在該投影平面上形成一相對(duì)于渦輪方向的凹面。圖1中，渦輪方向示為逆時(shí)針方向，轉(zhuǎn)子葉片6的后緣12形成了左向凹面。換句話說，投影平面上后緣12的投影輪廓向渦輪方向的反方向彎曲，并形成一關(guān)于渦輪方向反方向的凸起。因此，由于靠近葉片6徑向中心的葉片長度與傳統(tǒng)的相比得到了延長，葉片表面每個(gè)單元長度所產(chǎn)生的壓力差就變小了。因此，葉片6的吸口表面的壓力相對(duì)變得大了，從而抑制氣蝕的產(chǎn)生。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)中流線中心附近轉(zhuǎn)子葉片6表面周圍的壓力分布圖。實(shí)線是傳統(tǒng)壓力分布曲線S1，虛線是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓力分布曲線S2。水平軸線顯示沿著從前緣到后緣的葉片的位置。如圖2所示，葉片6的壓力側(cè)表面和吸口側(cè)表面之間葉片的壓差與傳統(tǒng)壓力分布曲線S1相比得到了減小。葉片吸口側(cè)表面的壓力相對(duì)高，葉片表面上壓力最小值不小于發(fā)生氣蝕的飽和蒸汽壓。這表明在根據(jù)本實(shí)施例的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子5中很難產(chǎn)生氣蝕，即使是在軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子5中的流體速度增加、轉(zhuǎn)子葉片表面的壓力相對(duì)減小的高流速運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)處。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，與傳統(tǒng)的渦輪相比氣蝕很難產(chǎn)生，即使在具有更大的流速的渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)中。因此，水壓效率能夠得到提高?；蛘?，使它能在寬的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖1所示實(shí)施例中、向渦輪方向的反方向凸起而形成的后緣12的投影輪廓還要在下面進(jìn)一步進(jìn)行說明。圖3是根據(jù)該實(shí)施例，從轉(zhuǎn)子的出口側(cè)看到的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子5的平面圖。在圖3中，相同的標(biāo)記用于表示與圖1中相應(yīng)的特征。與圖1中相同的元件的詳細(xì)描述可能省略掉。
因?yàn)閳D3示出了在與軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面上軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子5出口的投影輪廓，所以可以引入使用參數(shù)r和θ的極坐標(biāo)系統(tǒng)，其中(a)原點(diǎn)定義為與輪冠7對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線處，(b)θ表示角度，其正向定義為渦輪方向。
使用這種極坐標(biāo)系統(tǒng)，在垂直平面上后緣12的投影輪廓可以用r和θ的函數(shù)來表示，其中，r表示距離輪冠7中心的距離。因?yàn)棣鹊恼蛟O(shè)為渦輪方向，函數(shù)滿足∂2θ∂r2>0.]]>此外，當(dāng)表示θ起始值(θ等于零)的角度θ基準(zhǔn)線定義為從輪冠7的中心連接到輪冠連接點(diǎn)13的直線(射線)時(shí)，后緣12在輪冠7側(cè)的投影輪廓滿足θ≤0。
在本實(shí)施例中，在內(nèi)圓周邊緣(輪邊連接點(diǎn)14)和外圓周邊緣(輪冠連接點(diǎn)13)每一個(gè)上，葉片6的后緣12的投影輪廓具有相同角度θ，θ等于零。這意味著輪邊連接點(diǎn)14位于連接輪冠7中心和輪冠連接點(diǎn)13之間的射線上。在這種情況下，后緣12從輪冠連接點(diǎn)13到輪邊連接點(diǎn)14的投影輪廓滿足θ≤0。
因?yàn)楹缶壍耐队拜喞谂c渦輪方向的反方向上形成凸起，所以在后緣12的投影輪廓上具有θ最小值的點(diǎn)就是局部最小點(diǎn)，此處的θ值被局部最小化。換句話說，在投影輪廓上θ值最小處，投影輪廓的函數(shù)滿足∂θ∂r=0.]]>圖4為一特性圖，示出了葉片表面壓力最小值和位于后緣12的投影輪廓上局部最小點(diǎn)處的θ值(被稱為θmin)之間的關(guān)系。在圖4中，標(biāo)記Zr表示圖1和圖3中所示的葉片6的數(shù)目。
如圖4所示，隨著θmin在負(fù)方向的增加，葉片表面的壓力最小值增加。因此，與局部最小點(diǎn)處的θ值相應(yīng)的沿投影輪廓的θ最小值最好在以下范圍內(nèi)
-14360Zr≤θmin≤-112360Zr]]>度。
據(jù)此，葉片表面的壓力最小值變大了，因此，壓力能夠變得不小于產(chǎn)生氣蝕的飽和蒸汽壓。換句話說，軸向輻流式渦輪能夠在傳統(tǒng)軸向輻流式渦輪的葉片表面上會(huì)產(chǎn)生氣蝕的范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
下面將參考圖5至9說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖5是從渦輪出口側(cè)(輪邊側(cè))看到的葉片的平面圖，其中渦輪的輪邊已從轉(zhuǎn)子上移開了。圖5中，標(biāo)記20表示軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子。標(biāo)記21表示葉片，標(biāo)記22表示輪冠。與第一實(shí)施例相同，軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子20包括輪冠22、多個(gè)葉片21和輪邊(未示出)。標(biāo)記24表示為前緣，即葉片21的外端，在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，水流入其中。標(biāo)記31表示為后緣，即葉片21的內(nèi)端，在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，水從這里流出。標(biāo)記28表示連接到輪冠22上的旋轉(zhuǎn)軸(心軸)。旋轉(zhuǎn)軸28的旋轉(zhuǎn)中心被稱為O(也被稱為CL)，與旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)應(yīng)。與第一實(shí)施例相同，圖5示出了與軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面上軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子20的葉片的投影輪廓。標(biāo)記25表示輪邊和后緣31相連處的輪邊連接點(diǎn)，而標(biāo)記26表示輪冠22和后緣31相連處的輪冠連接點(diǎn)。
位于與心軸(旋轉(zhuǎn)軸)28的旋轉(zhuǎn)軸線CL垂直的平面上的葉片21后緣31的投影輪廓從輪冠連接點(diǎn)(內(nèi)圓周側(cè))26向渦輪方向形成一凹面形狀，并形成S形彎曲方式，即在渦輪方向上朝輪邊連接點(diǎn)25(外圓周側(cè))凸起。換句話說，平面上后緣31的投影輪廓朝渦輪方向的反方向彎曲，并在輪冠22側(cè)(靠近輪冠連接點(diǎn)26)形成一相對(duì)于渦輪方向反方向的凸起。同時(shí)，投影輪廓向渦輪方向彎曲，并在輪邊側(cè)(靠近輪邊連接點(diǎn)25)形成一相對(duì)于渦輪方向的凸起。輪邊連接點(diǎn)25位于連接旋轉(zhuǎn)軸線CL和輪冠連接點(diǎn)26之間的射線上。換句話說，后緣31投影輪廓的兩端都位于射線上。
在本實(shí)施例中，使用參數(shù)r和θ的極坐標(biāo)系統(tǒng)同樣可以被這樣引入(a)原點(diǎn)定義為位于旋轉(zhuǎn)軸28的中心軸線CL處，其與旋轉(zhuǎn)中心O相對(duì)應(yīng)，(b)θ表示角度，其正向定義為渦輪方向。
葉片21后緣31的投影輪廓被設(shè)定成在輪冠連接點(diǎn)26處滿足∂2θ∂r2>0,----(1)]]>并且在輪邊連接點(diǎn)25處滿足∂2θ∂r2<0,----(2)]]>可優(yōu)選形成一投影輪廓，其在滿足公式(1)或(2)的各個(gè)部分具有滿足下式的θ值∂θ∂r=0,----(3)]]>滿足等式(3)的點(diǎn)為圖5所示局部最小點(diǎn)M1和局部最大點(diǎn)SM1。換句話說，局部最小點(diǎn)M1是在投影輪廓上滿足下式的點(diǎn)∂2θ∂r2>0]]>和∂θ∂r=0,]]>而局部最大點(diǎn)SM1是在投影輪廓上滿足下式的點(diǎn)∂2θ∂r2<0]]>和∂θ∂r=0,]]>因此，后緣31整體構(gòu)成S形彎曲。
圖6是軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子中傳統(tǒng)葉片的示意分解圖，示意性地示出了在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中吸口表面上壓力分布的模擬結(jié)果。
圖6中，標(biāo)記7為葉片，標(biāo)記18為后緣，標(biāo)記14為輪邊(輪邊側(cè)根部)，標(biāo)記15為輪冠(輪冠側(cè)根部)。在圖6中，標(biāo)記SFL表示流線(流動(dòng)線路)，標(biāo)記EP表示等壓線。在傳統(tǒng)葉片7中，與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面上，后緣18的投影輪廓形成了從輪冠15到輪邊14的射線。
如圖6所示，壓力分布圍繞“X”區(qū)域產(chǎn)生扭曲，這意味著在“X”區(qū)域里產(chǎn)生了朝輪邊側(cè)根部14的流動(dòng)。圍繞“X”區(qū)域、朝向輪邊側(cè)根部14的流動(dòng)對(duì)應(yīng)于二次流。圍繞“X”區(qū)域壓力扭曲的原因可能是因?yàn)檠嘏c輪邊14側(cè)和輪冠15側(cè)之間不協(xié)調(diào)的流線SFL的前緣和后緣18之間的壓力差導(dǎo)致。換句話說，沿輪冠15側(cè)的流線SFL的壓差大于沿輪邊14側(cè)的。
總的來說，前緣和后緣之間的壓差能通過縮短葉片的長度得到擴(kuò)大。在如圖5所示的實(shí)施例中，與連接旋轉(zhuǎn)軸線CL和輪冠連接點(diǎn)26之間的射線相比，葉片21的長度在輪冠22側(cè)被擴(kuò)大，在輪邊23側(cè)被縮短。這可能使得前緣和后緣之間的壓力差在輪邊23側(cè)和輪冠22側(cè)之間保持一致，有助于解決如圖6中“X”區(qū)域所示的壓力扭曲。
圖7是根據(jù)本實(shí)施例的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子中葉片的示意分解圖，示意性地示出了在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中吸口表面上壓力分布的模擬結(jié)果。圖7中，相同的標(biāo)記用來表示與圖5中相應(yīng)的特征。標(biāo)記SFL表示流線(流動(dòng)線路)，標(biāo)記EP表示等壓線。轉(zhuǎn)子葉片21的后緣31整體構(gòu)成為S形曲線SC。
如圖7所示，圖6中輪邊側(cè)根部14的前緣13附近所發(fā)現(xiàn)的壓力扭曲并沒有出現(xiàn)。這意味著，沿與流線SFL不同方向的流動(dòng)很難產(chǎn)生，導(dǎo)致二次流的減少。在吸口表面二次流的減少能提高軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子的水壓效率。尤其是，由于在吸口側(cè)表面沒有壓力扭曲，軸向輻流式渦輪在部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的渦輪效率能夠得到提高。
此外，局部最小點(diǎn)M1和局部最大點(diǎn)SM1的位置將借助于圖8進(jìn)行描述。圖8是從渦輪出口側(cè)(輪邊側(cè))看到的轉(zhuǎn)子葉片的平面圖，其中輪邊如圖5所示被移開了。與圖5中相同的元件用相同的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)注，并且不再詳細(xì)描述。
圖8為一投影圖，其中葉片21后緣31投影在垂直于心軸28的旋轉(zhuǎn)中心CL(旋轉(zhuǎn)軸線)的平面上。使用參數(shù)r和θ的極坐標(biāo)系統(tǒng)也能被引入。此時(shí)，處于輪冠連接點(diǎn)26的θ值定義為零，位于局部最小點(diǎn)M1和局部最大點(diǎn)SM1的θ值分別定義為θc和θb。在葉片21后緣31的投影輪廓中，輪冠連接點(diǎn)26的圓周位置等于輪邊連接點(diǎn)25的圓周位置。換句話說，輪邊連接點(diǎn)25的θ和輪冠連接點(diǎn)26的θ為相同值，在這種情況下都等于零。θb對(duì)應(yīng)于線HL和連接旋轉(zhuǎn)中心CL和局部最大點(diǎn)SM1之間的線R1L之間的角度。θc對(duì)應(yīng)于線HL和連接旋轉(zhuǎn)中心CL和局部最小點(diǎn)M1之間的線R2L之間的角度。
圖9是一示出了θb、θc和水壓損失之間關(guān)系的特性圖。圖中以在不同的θc和θb值時(shí)相同損失的點(diǎn)連接成的曲線示出水壓損失。垂直軸線為θb值，而水平軸線為θc值。θ(θc和θb)的正向?yàn)闇u輪方向。在圖9中，Zr為轉(zhuǎn)子20上葉片21的數(shù)目，虛線為等量損失曲線，從該圖看出水壓損失在較內(nèi)側(cè)比外周要小。如圖9所示，θc和θb值可以優(yōu)選為-12360Zr≤θc≤0]]>度，和
0≤θb≤360Zr]]>度。
換句話說，因?yàn)榫植孔钚↑c(diǎn)M1和局部最大點(diǎn)SM1是滿足上述公式(1)，(2)和等式(3)的點(diǎn)，后緣31的投影輪廓具有兩個(gè)最好滿足下式的點(diǎn)∂θ∂r=0,∂2θ∂r2>0]]>和-12360Zr≤θ≤0]]>度或者，∂θ∂r=0,∂2θ∂r2<0]]>和0≤θ≤360Zr]]>度。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，從這里所披露的本發(fā)明的詳述和實(shí)踐來考慮，本發(fā)明的其它實(shí)施例是很顯然的。同時(shí)，前緣的輪廓在與本申請(qǐng)同日申請(qǐng)的、發(fā)明名稱為“軸向輻流式渦輪”的申請(qǐng)中進(jìn)行了描述，它也可應(yīng)用到上述實(shí)施例中，以進(jìn)一步提高性能。
權(quán)利要求
1.一種軸向輻流式渦輪，包括旋轉(zhuǎn)軸；能與旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的輪冠；呈圓周狀排列在輪冠上的多個(gè)葉片，每個(gè)葉片包括一作為后緣的內(nèi)端；和通過葉片與輪冠同軸相連的輪邊；其中，旋轉(zhuǎn)軸、輪冠、葉片和輪邊作為整體被水驅(qū)動(dòng)，并在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中朝渦輪方向旋轉(zhuǎn)，其中，在與旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線垂直的垂直平面上，后緣的投影輪廓至少在輪冠側(cè)朝渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)方向的反方向彎曲。
2.如權(quán)利要求1所述的軸向輻流式渦輪，其特征在于在所述垂直平面上，后緣投影輪廓的兩端和旋轉(zhuǎn)軸中心軸線的點(diǎn)位于一條直線上。
3.如權(quán)利要求2所述的軸向輻流式渦輪，其特征在于后緣的投影輪廓能夠用由在垂直平面內(nèi)引入的參數(shù)r和θ所形成的極坐標(biāo)系統(tǒng)來這樣表示(a)原點(diǎn)設(shè)在旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線處，(b)θ的起始值設(shè)在后緣和輪冠相連的輪冠連接點(diǎn)處，(c)θ的正向設(shè)為渦輪方向，其中，葉片數(shù)量為Zr，其中，沿投影輪廓的θ最小值在以下范圍內(nèi)(d)-14360Zr≤θ≤-112360Zr]]>度。
4.如權(quán)利要求1所述的軸向輻流式渦輪，其特征在于后緣的投影輪廓能夠用由在垂直平面內(nèi)引入的參數(shù)r和θ所形成的極坐標(biāo)系統(tǒng)來這樣表示(a)原點(diǎn)設(shè)在旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線處，(b)θ的起始值設(shè)在后緣和輪冠相連的輪冠連接點(diǎn)處，(c)θ的正向設(shè)為渦輪方向，其中，葉片數(shù)量為Zr，其中，沿投影輪廓的θ最小值在以下范圍內(nèi)(d)-14360Zr≤θ≤-112360Zr]]>度。
5.如權(quán)利要求1所述的軸向輻流式渦輪，其特征在于垂直平面上后緣的投影輪廓在輪邊側(cè)朝渦輪方向彎曲。
6.如權(quán)利要求5所述的軸向輻流式渦輪，其特征在于后緣的投影輪廓能夠用由在垂直平面內(nèi)引入的參數(shù)r和θ所形成的極坐標(biāo)系統(tǒng)來這樣表示(a)原點(diǎn)設(shè)在旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線處，(b)θ的起始值設(shè)在后緣和輪冠相連的輪冠連接點(diǎn)處，(c)θ的正向設(shè)為渦輪方向，其中，垂直平面上后緣的投影輪廓有相對(duì)r的θ局部最小點(diǎn)和局部最大點(diǎn)，其中，葉片數(shù)量為Zr，局部最小點(diǎn)的θ值設(shè)為(d)-12360Zr≤θ≤0]]>度，局部最大點(diǎn)的θ值設(shè)為(e)0≤θ≤360Zr]]>度。
7.一種可繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，包括能繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的輪冠；呈圓周狀排列在輪冠上的多個(gè)葉片，每個(gè)葉片包括一作為后緣的內(nèi)端；和通過葉片與輪冠同軸相連的輪邊；其中，輪冠、葉片和輪邊做為整體被水驅(qū)動(dòng)，并在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中朝渦輪方向旋轉(zhuǎn)，其中，由參數(shù)r和θ構(gòu)成的極坐標(biāo)系統(tǒng)被引入到與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的垂直平面內(nèi)，該系統(tǒng)規(guī)定，(a)原點(diǎn)設(shè)在旋轉(zhuǎn)軸線上，(b)θ的正向設(shè)為渦輪方向，其中，垂直平面上后緣的投影輪廓在極坐標(biāo)系統(tǒng)中表示為(c)至少在輪冠側(cè)∂2θ∂γ2>0,]]>其中，當(dāng)θ的起始值設(shè)在后緣和輪冠相連的輪冠連接點(diǎn)處時(shí)，至少在輪冠側(cè)，θ值滿足(d)θ＜0。
8.如權(quán)利要求7所述的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于后緣投影輪廓兩端的θ值基本相同。
9.如權(quán)利要求8所述的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，其中，葉片數(shù)量為Zr，其中，后緣投影輪廓具有滿足下式的局部最小點(diǎn)，(e)∂θ∂γ=0,]]>其中，當(dāng)θ的起始值設(shè)在后緣和輪冠相連的輪冠連接點(diǎn)時(shí)，局部最小點(diǎn)的θ值在以下范圍內(nèi)(f)-14360Zr≤θ≤-112360Zr]]>度。
10.如權(quán)利要求7所述的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，其中，葉片數(shù)量為Zr，其中，后緣投影輪廓具有滿足下式的局部最小點(diǎn)，(e)∂θ∂γ=0]]>其中，當(dāng)θ的起始值設(shè)在后緣和輪冠相連的輪冠連接點(diǎn)時(shí)局部最小點(diǎn)的θ值在以下范圍內(nèi)(f)-14360Zr≤θ≤-112360Zr]]>度。
11.如權(quán)利要求7所述的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于后緣的投影輪廓在輪邊側(cè)在極坐標(biāo)系統(tǒng)中表示為(e)∂2θ∂γ2<0o]]>
12.如權(quán)利要求11所述的軸向輻流式渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，其中，葉片數(shù)量為Zr，其中，后緣的投影輪廓具有滿足下式的第一和第二點(diǎn)，(f)∂θ∂γ=0,]]>當(dāng)θ的起始值設(shè)在后緣和輪冠相連的輪冠連接點(diǎn)時(shí)，第一點(diǎn)滿足(g)-12360Zr≤θ≤0]]>和∂2θ∂r2>0]]>度，當(dāng)θ的起始值設(shè)在輪冠連接點(diǎn)時(shí)，第二點(diǎn)滿足(h)0≤θ≤360Zr]]>和∂2θ∂r2<0]]>度。
全文摘要
提供了一種葉片具有改進(jìn)形狀的軸向輻流式渦輪，能減少產(chǎn)生于葉片表面的氣蝕，或減少環(huán)繞葉片的二次流。這種軸向輻流式渦輪包括旋轉(zhuǎn)軸、輪冠、多個(gè)葉片和輪邊。輪冠能繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。葉片呈圓周狀排列在輪冠上，每個(gè)葉片包括一作為后緣的內(nèi)端。輪邊通過葉片與輪冠同軸相連。旋轉(zhuǎn)軸、輪冠、葉片和輪邊作為整體在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中朝渦輪方向旋轉(zhuǎn)。在與旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線垂直的垂直平面上，后緣的投影輪廓至少在輪冠側(cè)向渦輪方向的反方向彎曲。
文檔編號(hào)F03B3/10GK1573019SQ20041006392
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
發(fā)明者榎本保之, 杉下懷夫, 黑澤貞男, 鈴木敏曉, 中村高紀(jì) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝