離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀的制作方法
【專利摘要】一種離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于：渦旋部（12）的截面面積（A）與從壓縮機(jī)葉輪（3）的軸心（L1）到渦旋部截面圖心（P0）的半徑（R）的比（A／R）的擴(kuò)大比率，是從渦旋部的卷繞開始到卷繞結(jié)束減少。
【專利說(shuō)明】離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離心式壓縮機(jī)，其具備有渦旋部，該渦旋部利用壓縮機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)而在該壓縮機(jī)葉輪的外周部構(gòu)成被形成渦旋形狀的流路，且涉及在渦旋部使流體(氣體)靜壓恢復(fù)的渦旋形狀。
【背景技術(shù)】
[0002]離心式壓縮機(jī)被要求在大的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)是高壓力、高效率化。
[0003]圖7是表示離心式壓縮機(jī)的壓縮機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)軸心上半部主要部分的放大截面圖。
[0004]離心式壓縮機(jī)的壓縮機(jī)I包括:壓縮機(jī)葉輪3，其主要由旋轉(zhuǎn)的輪轂31和安裝在其外周面的多個(gè)離心葉片32構(gòu)成；軸2，其與該壓縮機(jī)葉輪3的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源連結(jié)；壓縮機(jī)殼體11,其收容上述部件且形成流體的流路。
[0005]壓縮機(jī)殼體11在壓縮機(jī)葉輪3的外周側(cè)成為大致環(huán)狀，為了使從壓縮機(jī)葉輪3排出的流體減速，用于恢復(fù)靜壓的擴(kuò)散部13在其外周側(cè)形成為使截面面積朝向周向螺旋狀地?cái)U(kuò)大，且設(shè)有在遍及整周收集氣體的渦旋部12和出口管(圖示省略)。
[0006]當(dāng)壓縮機(jī)葉輪3旋轉(zhuǎn)，則離心葉片32對(duì)從空氣通路15導(dǎo)入的氣體、空氣等流體進(jìn)行壓縮。這樣形成的流體流動(dòng)(流體)從壓縮機(jī)葉輪3的外周端通過(guò)擴(kuò)散部13和渦旋部12而從出口管向外部送出。
[0007]圖8是表示渦旋部12俯視圖一例的概略圖。
[0008]渦旋部12以渦旋終點(diǎn)(圖8的360° )為基準(zhǔn)，從順時(shí)針60°的位置而使在每30°決定位置的半徑R (渦旋部12截面的圖心Ptl到軸2的軸心LI)分布成為一定。
[0009]圖9 (A)的橫軸表示周向每個(gè)角度的位置，縱軸表示從渦旋部12的壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)軸軸心LI到渦旋截面的圖心P的半徑R，表示半徑R的分布是一定的。
[0010]圖9 (B)是以圖8中順時(shí)針60°的位置為基準(zhǔn)而把渦旋部12每個(gè)周向的位置(每30° )的各截面層合表示的截面圖，表示渦旋截面的圖心Ptl在半徑R方向的變化。
[0011]在渦旋部12由于大致達(dá)到渦旋部12全周地有來(lái)自壓縮機(jī)葉輪3的流體(氣體)經(jīng)由擴(kuò)散部13流入，所以渦旋部12的各截面面積要根據(jù)流體的流入量而沿流體的流動(dòng)方向以一定的比率X變大。
[0012]在渦旋部12截面面積的擴(kuò)大比率X (—定的比率)與從擴(kuò)散部13向渦旋部12內(nèi)流體流入量的增大率取得平衡時(shí)，則渦旋內(nèi)的流體速度一定。
[0013]作為使渦旋形狀變化的現(xiàn)有技術(shù)，特開2010-209824號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)被公開。
[0014]專利文獻(xiàn)I的渦旋部在把流體氣體向動(dòng)葉片供給而得到動(dòng)力的渦輪機(jī)動(dòng)葉片的旋轉(zhuǎn)軸周圍具備被形成螺旋狀的流路，且具有使渦旋部的截面形狀從圓角四邊形向圓形轉(zhuǎn)移的同時(shí)，使截面面積逐漸減少的第一轉(zhuǎn)移部，該第一轉(zhuǎn)移部的角部曲率半徑實(shí)質(zhì)上具有相同的大小。
[0015]公開了如下的技術(shù):通過(guò)形成第一轉(zhuǎn)移部，在能夠使渦旋截面變大的相位設(shè)定成圓角四邊形，在不能使渦旋截面變大的相位則設(shè)定成圓形，在各相位確保足夠的流路截面面積，而能夠減少流體的壓力損失。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)
[0018]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開2010-209824號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0020]但在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，是把流體氣體向動(dòng)葉片供給而在膨脹的同時(shí)，得到動(dòng)力的渦輪機(jī)的渦旋形狀，而在壓縮流體(氣體)的本申請(qǐng)的情況下，流體的流動(dòng)方式和性質(zhì)是不同的。
[0021]因此，考慮渦旋形狀的方法也不同。
[0022]離心式壓縮機(jī)被要求在寬的范圍是高輸出比、高效率化。
[0023]在從壓縮機(jī)流出的流體具有速度的情況下，由于盡管得到動(dòng)壓力的上升，而難于得到靜壓力的上升，所以壓力比和效率低下。因此要求壓縮機(jī)內(nèi)速度降低。通過(guò)在擴(kuò)散部使流體的速度降低來(lái)恢復(fù)壓力，但在擴(kuò)散部各部位的截面中，流體的速度在渦旋的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，流體速度有變化，難于求出正確的流量和速度。
[0024]在渦旋部進(jìn)行流體減速的情況下，考慮使渦旋部截面的大小以線性(一定比率)增力口。這時(shí)，在流動(dòng)方向上被給予了一定的減速，而流體與渦旋部壁面之間的邊界層變厚，不能得到充分的靜壓恢復(fù)，且由于產(chǎn)生喘振而招致動(dòng)作范圍縮小和增壓效率降低的不好情況。
[0025]本發(fā)明是為了解決這種問(wèn)題而開發(fā)的，目的在于使離心式壓縮機(jī)能夠得到高的效率和高的壓力，使渦旋部的截面面積成為:從舌部到渦旋部周向的任意角度使所述截面面積的擴(kuò)大比率比根據(jù)在渦旋部流動(dòng)的流體流入量增大的擴(kuò)大比率要逐漸擴(kuò)大，然后，從任意角度到渦旋部卷繞結(jié)束使所述截面面積的擴(kuò)大比率減少，這樣制作使流體的流動(dòng)在渦旋內(nèi)減速的部分和增速的部分，能夠使靜壓充分恢復(fù)。
[0026]解決問(wèn)題的技術(shù)方案
[0027]本發(fā)明為了解決該課題，在形成有從配置在離心式壓縮機(jī)的壓縮機(jī)葉輪下游側(cè)的擴(kuò)散部排出的氣體或空氣等流體流路的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀中，
[0028]A / R比是渦旋部的截面面積A與從所述壓縮機(jī)葉輪的軸心到渦旋部截面圖心的半徑R的比，從渦旋部的卷繞開始直到卷繞結(jié)束，減少該A / R比的隨著所述渦旋角度增大的擴(kuò)大比率。
[0029]本發(fā)明優(yōu)選的是，所述A / R比是通過(guò)以下的計(jì)算而得出的:把所述渦旋部截面分割成固定半徑ri的帶狀區(qū)域截面面積Ai，并且將作為半徑ri與截面面積Ai的Ai / ri比進(jìn)行總和計(jì)算。
[0030]利用這種結(jié)構(gòu)，渦旋截面多是以圖心為中心而在半徑方向不成為對(duì)稱形狀的情況，雖然流體的速度在外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)不同，但即使在這種情況下，也能夠高精度地計(jì)算流體的體積流量，使流體速度減速而得到壓力的恢復(fù)，且使渦旋卷繞結(jié)束附近的流體速度增速，防止渦旋部壁面與流體的邊界層擴(kuò)展，能夠謀求降低損失(減少流量阻力、提高壓力比)和流動(dòng)的穩(wěn)定化。[0031]本發(fā)明優(yōu)選的是具備減速區(qū)域和增速區(qū)域，所述減速區(qū)域是使所述渦旋部的截面面積從所述渦旋部的舌部到所述渦旋部卷繞方向的任意角度逐漸擴(kuò)大，而使所述流體的速度減少；所述增速區(qū)域是通過(guò)使從所述任意角度到所述渦旋部卷繞結(jié)束的所述截面面積的擴(kuò)大比率比所述減速區(qū)域減少，而使所述流體的速度增加。
[0032]利用這種結(jié)構(gòu)，通過(guò)使從渦旋卷繞開始到任意角度的渦旋部截面面積的擴(kuò)大比率比根據(jù)在所述渦旋部流動(dòng)的流體流入量增大的擴(kuò)大比率維持得大而使流體速度減速，以得到壓力的恢復(fù)，而且使從任意角度到渦旋卷繞結(jié)束附近的截面面積擴(kuò)大比率比根據(jù)在所述渦旋部流動(dòng)的流體流入量增大的擴(kuò)大比率小而使流體速度增速，防止渦旋部壁面與流體的邊界層擴(kuò)展，能夠謀求降低損失(減少流量阻力、提高壓力比)和流動(dòng)的穩(wěn)定化。
[0033]且本發(fā)明優(yōu)選的是，坐標(biāo)軸具有:隨著從所述渦旋部卷繞開始而把卷繞結(jié)束向右側(cè)行進(jìn)而增加的橫軸、隨著渦旋半徑R與截面面積A的A / R比向上部行進(jìn)而增加的縱軸，在該坐標(biāo)軸表示渦旋截面的A / R分布時(shí)，A / R的分布成為向上凸的形狀為好。
[0034]在把渦旋部的卷繞方向作為橫軸、把渦旋半徑R與截面面積A的A / R比作為縱軸的坐標(biāo)軸中，通過(guò)設(shè)定成A / R是凸形狀的流體速度特性曲線，并且通過(guò)把直到凸形狀的頂部作為壓力的恢復(fù)范圍，把從頂部開始減少擴(kuò)大比率的范圍作為流體速度增速范圍的特性，來(lái)防止渦旋部壁面與流體的邊界層擴(kuò)展，能夠得到降低損失(減少流量阻力、提高壓力t匕)的效果。
[0035]且本發(fā)明優(yōu)選的是，所述任意角度為，所述渦旋卷繞結(jié)束作為O (零)基準(zhǔn)，可以在渦旋內(nèi)流體流動(dòng)的方向上設(shè)定為300?330°的區(qū)域。
[0036]利用這種結(jié)構(gòu)，能夠使流體速度減速，把壓力恢復(fù)區(qū)域設(shè)定得盡可能大，并且確保用于把直至渦旋終點(diǎn)部的流體進(jìn)行加速所需要的最小限度的區(qū)域，提高離心式壓縮機(jī)的效率和壓縮比。
[0037]且本發(fā)明優(yōu)選的是，可以把所述舌部附近的所述渦旋部截面面積的擴(kuò)大比率設(shè)定成比所述減速區(qū)域小。
[0038]由于在舌部附近出現(xiàn)由舌部引起的流體剝離。所以利用這種結(jié)構(gòu)把該部的截面面積設(shè)定成比逐漸擴(kuò)大部分的比率小，以減少以剝離為起因的流體流量損失，提高離心式壓縮機(jī)的效率和壓縮比，且謀求擴(kuò)大動(dòng)作范圍。
[0039]且本發(fā)明優(yōu)選的是，可以把所述舌部附近的截面面積設(shè)定成比所述減速區(qū)域的比率小的區(qū)域被設(shè)定為從所述舌部在渦旋方向上大致30°?60°。
[0040]利用這種結(jié)構(gòu)，求出不受由舌部引起的流體剝離影響的區(qū)域，使減少流體速度的壓力恢復(fù)區(qū)域盡可能地變大，謀求提高離心式壓縮機(jī)的性能。
[0041]且本發(fā)明優(yōu)選的是，為了減少在所述渦旋部流動(dòng)的流體速度，把所述渦旋部截面面積的擴(kuò)大比率設(shè)定成一定，可以使所述截面的圖心到所述渦旋部中心的半徑變化。
[0042]且本發(fā)明優(yōu)選的是，為了減少在所述渦旋部流動(dòng)的流體速度，把所述渦旋部截面的圖心到所述渦旋部中心的半徑設(shè)定成一定，可以使所述截面面積的擴(kuò)大比率變化。
[0043]發(fā)明的效果
[0044]使渦旋部的截面面積從舌部到渦旋部周向的任意角度是逐漸擴(kuò)大，從任意角度到渦旋部卷繞結(jié)束使所述截面面積的擴(kuò)大比率減少，由此來(lái)制作使流體的流動(dòng)在渦旋部?jī)?nèi)減速的部分和增速的部分，能夠使靜壓充分恢復(fù)，使離心式壓縮機(jī)能夠得到高的效率和高的壓力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0045]圖1表示本發(fā)明第一實(shí)施例的渦旋部形狀圖；
[0046]圖2表示本發(fā)明第一實(shí)施例的渦旋部截面形狀；
[0047]圖3 (A)是表示把本發(fā)明第一實(shí)施例渦旋周向各部位的截面層合的斷層圖，(B)是表示把渦旋各部位的A / R與現(xiàn)有比較的圖，(C)是表示把渦旋各部位的截面面積擴(kuò)大比率(d (A / R) / ?θ )與現(xiàn)有比較的圖；
[0048]圖4 (A)是表示把本發(fā)明第二實(shí)施例渦旋周向各部位的截面層合的斷層圖，(B)是表示把渦旋各部位的A / R與現(xiàn)有比較的圖，(C)是表示把渦旋各部位的截面面積擴(kuò)大比率(d (A / R) / ?θ )與現(xiàn)有比較的圖；
[0049]圖5 (A)是表示把本發(fā)明第三實(shí)施例渦旋周向各部位的截面層合的斷層圖，(B)是表示把渦旋各部位的A / R與現(xiàn)有比較的圖，(C)是表示把渦旋各部位的截面面積擴(kuò)大比率(d (A / R) / ?θ )與現(xiàn)有比較的圖；
[0050]圖6 (A)是表示把本發(fā)明第四實(shí)施例渦旋周向各部位的截面層合的斷層圖，(B)是表示把渦旋各部位的A / R與現(xiàn)有比較的圖，(C)是表示把渦旋各部位的截面面積擴(kuò)大比率(d (A / R) / ?θ )與現(xiàn)有比較的圖；
[0051]圖7是表示本發(fā)明離心式壓縮機(jī)的壓縮機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)軸心上半部主要部分的放大截面圖；
[0052]圖8是表示離心式壓縮機(jī)渦旋形狀的圖；
[0053]圖9 (A)表示現(xiàn)有技 術(shù)中渦旋周向各部位的半徑，(B)是表示把渦旋各部位的截面層合的斷層圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]以下使用圖示的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0055]實(shí)施例所記載的結(jié)構(gòu)零件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對(duì)配置等只要沒(méi)有特別的特定記載，則本發(fā)明的范圍就不是僅限定于此，不過(guò)單單是說(shuō)明例。
[0056](第一實(shí)施例)
[0057]如圖7所示，本發(fā)明的渦旋作為流體的流路而在壓縮機(jī)葉輪3的外周側(cè)成為大致環(huán)狀，為了使從壓縮機(jī)葉輪3排出的流體(氣體)減速，用于恢復(fù)靜壓的擴(kuò)散部13在其外周側(cè)形成為，使截面面積朝向卷繞方向(流體流動(dòng)的方向)螺旋狀地?cái)U(kuò)大，且設(shè)有使流體減速、升壓的渦旋部12和出口管(圖示省略)。
[0058]當(dāng)壓縮機(jī)葉輪3旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心葉片32壓縮從空氣通路15導(dǎo)入的氣體和空氣等流體。這樣形成的流體(氣體)流動(dòng)(流體)從壓縮機(jī)葉輪3的外周端通過(guò)擴(kuò)散部13和渦旋部12而從出口管向外部送出。
[0059]根據(jù)圖1、圖2和圖3 (Α)、(B)、(C)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施例離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀。
[0060]圖1是渦旋部12的俯視圖。
[0061]渦旋形狀是把渦旋部12的半徑方向截面設(shè)定成大致圓形，該截面的面積以渦旋部終點(diǎn)Z (360° )為O基準(zhǔn)，從卷繞方向60°的位置到渦旋部終點(diǎn)Z之間是螺旋狀地逐漸擴(kuò)大。(以后，把“渦旋部截面”設(shè)定為是相對(duì)渦旋部12內(nèi)空氣體路的軸線的直角方向的截面。)
[0062]在圖1的卷繞方向大致60°的位置附近設(shè)有舌部5，該舌部5的部位是與渦旋部12的卷繞開始位置大致一致的部位，并且是從擴(kuò)散部13突出的、流體與在渦旋流動(dòng)的流體的間隔壁端緣。
[0063]如圖3 (B)、(C)所示，在渦旋部12具有:使流體的速度下降而恢復(fù)靜壓的減速區(qū)域α、使流體的速度上升而謀求流動(dòng)穩(wěn)定化的增速區(qū)域β。
[0064]通常，在渦旋部12內(nèi)流動(dòng)的流體(氣體)是把角運(yùn)動(dòng)量一定作為條件而多使用以下的式子。
[0065]V Θ Xr=—定(I)
[0066]V Θ:周向速度
[0067]r:半徑(葉輪外形)
[0068]但在渦旋部12各部位截面的內(nèi)側(cè)和外側(cè)也如從(I)式了解的那樣，流體的速度是內(nèi)側(cè)比外側(cè)快。
[0069]因此，在渦旋部12內(nèi)流動(dòng)的流體的體積流量Q需要考慮截面的大小(形狀)和渦旋的半徑。
[0070]因此如圖2所示，把渦旋截面分割成固定半徑ri的帶狀區(qū)域(截面面積Ai)，從
(I)式而由下式來(lái)求體積流量Q。
[0071]體積流量
【權(quán)利要求】
1.一種離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其形成從配置在離心式壓縮機(jī)的壓縮機(jī)葉輪下游側(cè)的擴(kuò)散部排出的氣體或空氣等流體的流路，其特征在于， A / R比是渦旋部的截面面積A與從所述壓縮機(jī)葉輪的軸心到渦旋部截面圖心的半徑R的比，從渦旋部的卷繞開始直到卷繞結(jié)束，減少該A / R比的隨著所述渦旋角度增大的擴(kuò)大比率。
2.如權(quán)利要求1所述的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于，所述A/ R比是通過(guò)以下的計(jì)算而得出的:把所述渦旋部截面分割成固定半徑ri的帶狀區(qū)域截面面積Ai，并且將作為半徑ri與截面面積Ai的Ai / ri比進(jìn)行總和計(jì)算。
3.如權(quán)利要求1所述的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于，其具備減速區(qū)域和增速區(qū)域，所述減速區(qū)域是使所述渦旋部的截面面積從所述渦旋部的舌部到所述渦旋部卷繞方向的任意角度逐漸擴(kuò)大，而使所述流體的速度減少；所述增速區(qū)域是通過(guò)使從所述任意角度到所述渦旋部卷繞結(jié)束的所述截面面積的擴(kuò)大比率比所述減速區(qū)域減少，而使所述流體的速度增加。
4.如權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于，坐標(biāo)軸具有:隨著從所述渦旋部卷繞開始把卷繞結(jié)束向右側(cè)行進(jìn)而增加的橫軸和隨著渦旋半徑R與截面面積A的A / R比向上部行進(jìn)而增加的縱軸，在該坐標(biāo)軸表示渦旋截面的A / R分布時(shí)，A / R的分布成為向上的凸形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于，所述任意角度為，把所述渦旋卷繞結(jié)束作為O (零)基準(zhǔn)，在渦旋內(nèi)的流體流動(dòng)的方向設(shè)定為300?330°的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于，把所述舌部附近的所述渦旋部截面面積的擴(kuò)大比率設(shè)定成在流體流動(dòng)的方向上擴(kuò)大。
7.如權(quán)利要求5所述的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于，使所述舌部附近的截面面積比逐漸擴(kuò)大部分的比率小的區(qū)域被設(shè)定為從所述舌部在渦旋方向上大致30°?60。。
8.如權(quán)利要求1所述的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于，為了減少在所述渦旋部流動(dòng)的流體速度，使所述渦旋部截面圖心的半徑變化。
9.如權(quán)利要求1所述的離心式壓縮機(jī)的渦旋形狀，其特征在于，為了減少在所述渦旋部流動(dòng)的流體速度，把所述渦旋部截面的圖心到所述渦旋部中心的半徑設(shè)定成一定，使所述截面面積的擴(kuò)大比率變化。
【文檔編號(hào)】F04D29/44GK103443472SQ201280013796
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月25日
【發(fā)明者】富田勛, 白石隆, 巖切健一郎 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社