本發(fā)明涉及離心葉輪以及具備離心葉輪的離心壓縮機。

背景技術(shù)：

通常，在石油化學(xué)工廠、天然氣工廠等中，使用產(chǎn)業(yè)用離心壓縮機。在這種離心壓縮機中，使用具備固定于旋轉(zhuǎn)軸的輪轂和配置于該輪轂的多個葉片并且利用旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)將流體沿著徑向吹出的離心葉輪(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2004-044473號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，在從吸入口101側(cè)觀察離心葉輪的葉片100的情況下，如圖11所示，在葉片100中，前緣102的中弧線(camber line)103與從旋轉(zhuǎn)中心沿著徑向延伸的直線104所成的角度在從輪轂側(cè)的壁面105到護(hù)罩側(cè)的壁面106的范圍內(nèi)大致形成為0°。另外，在從吹出口107側(cè)觀察葉片100的情況下，如圖12所示，葉片100的包含后緣108的葉片后半部分以葉片100的負(fù)壓面S與護(hù)罩側(cè)的壁面106對置的方式沿著斜向傾斜。

然而，在這種離心葉輪中，在形成流體的流路的護(hù)罩側(cè)的壁面106上產(chǎn)生邊界層109，該邊界層109在葉片前半部分處的護(hù)罩側(cè)的壁面106的減速區(qū)域發(fā)展。另外，在葉片100的表面上，在與因旋轉(zhuǎn)而施加正壓的正壓面P相比減速大的負(fù)壓面S上也發(fā)展有以前緣102為起點的邊界層。該邊界層在離心力的作用下被向半徑上側(cè)吸引而流入在護(hù)罩側(cè)的壁面106上產(chǎn)生的邊界層109并合體，由此，護(hù)罩側(cè)的壁面106的邊界層109進(jìn)一步發(fā)展。可推定出這樣發(fā)展的邊界層在葉片后半部分也進(jìn)一步成長，在葉片出口側(cè)制造出大的能量虧損部分，因此會損害離心葉輪的性能。但是，在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，未做出尤其是抑制在葉片前半部分處的護(hù)罩側(cè)的壁面106上發(fā)展的邊界層109的努力。

本發(fā)明是鑒于這樣的情況而做出的，其目的在于提供能夠抑制邊界層的發(fā)展而充分發(fā)揮性能的離心葉輪以及離心壓縮機。

用于解決課題的方案

為了解決上述課題而達(dá)成目的，本發(fā)明的離心葉輪具備輪轂、護(hù)罩以及配置于所述輪轂與所述護(hù)罩之間的多個葉片，離心葉輪利用固定于輪轂的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)將流體沿著徑向吹出，離心葉輪的特征在于，在將葉片的中弧線投影到規(guī)定的子午面截面時得到的投影線與該中弧線所成的角設(shè)為傾斜角度，并且將向旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向的相反方向的傾斜設(shè)為正的情況下，葉片形成為，該葉片的前緣的傾斜角度在輪轂側(cè)為0或為正，且隨著朝向護(hù)罩側(cè)而逐漸變大，并且傾斜角度在流動方向上從前緣朝向后緣而逐漸變小。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，葉片的前緣的傾斜角度在輪轂側(cè)為0或正，且朝向護(hù)罩側(cè)而逐漸變大，因此在從葉片的前緣到前半部分的范圍內(nèi)，葉片的正壓面與護(hù)罩對置。因此，借助葉片的正壓面的力將邊界層向護(hù)罩側(cè)壓靠，由此能夠抑制邊界層的發(fā)展。另外，在葉片的負(fù)壓面，邊界層在離心力的作用下向負(fù)壓面壓靠，由此能夠抑制邊界層向護(hù)罩側(cè)移動，能夠抑制邊界層的發(fā)展。而且，傾斜角度形成為在流動方向上從前緣朝向后緣而逐漸變小，因此，通過減少葉片的在葉片的后半部分的表面積，能夠減小在葉片的后半部分在葉片表面上發(fā)展的邊界層的量。由此，能夠抑制在葉片出口側(cè)產(chǎn)生能量虧損部分，充分發(fā)揮離心葉輪的性能。

另外，在該結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的是，葉片的后緣的傾斜角度在輪轂側(cè)為0或為正，且隨著朝向護(hù)罩側(cè)而逐漸變大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在葉片的后半部分，葉片的正壓面也與護(hù)罩對置，因此借助葉片的正壓面的力將邊界層向護(hù)罩側(cè)壓靠，由此能夠抑制邊界層的發(fā)展。

另外，優(yōu)選葉片的后緣的傾斜角度在從輪轂側(cè)到護(hù)罩側(cè)的范圍內(nèi)為0或為正。另外，優(yōu)選正的值接近0。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，葉片的后緣的長度成為最短距離，因此能夠使來自葉片的后緣厚度部分的尾流的量最小化。而且，通過減少葉片的在葉片的后半部分的表面積，能夠使在葉片的后半部分在葉片表面上發(fā)展的邊界層的量與現(xiàn)有技術(shù)相比變小。

另外，優(yōu)選的是，葉片的前緣在投影到子午面截面時，在從輪轂側(cè)到護(hù)罩側(cè)的范圍內(nèi)形成為直線狀，或者在輪轂側(cè)與護(hù)罩側(cè)之間形成為向流動方向上游側(cè)凸出的形狀。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠增大葉片的前緣的與護(hù)罩對置的部分的面積，與之相應(yīng)地，能夠更有效抑制邊界層的發(fā)展。

另外，離心壓縮機具備上述的離心葉輪，因此能夠抑制在葉片出口側(cè)產(chǎn)生能量虧損部分，實現(xiàn)離心壓縮機的壓縮效率的提高。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的離心葉輪，葉片形成為該葉片的前緣的傾斜角度在輪轂側(cè)為0或為正，且隨著朝向護(hù)罩側(cè)而逐漸變大，并且所述傾斜角度在流動方向上從前緣朝向后緣而逐漸變小，因此在從葉片的前緣到前半部分的范圍內(nèi)，葉片的正壓面與護(hù)罩對置，由此能夠抑制邊界層的發(fā)展，能夠抑制在葉片出口側(cè)產(chǎn)生能量虧損部分，充分發(fā)揮離心葉輪的性能。

附圖說明

圖1是本實施方式的離心壓縮機的縱剖視圖。

圖2是表示葉輪的局部放大圖。

圖3是用于說明在子午面截面上表示的葉片的傾斜角度的圖。

圖4是表示投影到子午面截面的葉片的圖。

圖5是從軸向觀察葉輪的吸入口而得到的圖。

圖6是表示葉輪的葉片的前緣的形狀的示意圖。

圖7是從徑向觀察葉輪的吹出口而得到的圖。

圖8是從軸向觀察葉輪的吹出口而得到的圖。

圖9是表示葉輪的葉片的后緣的形狀的示意圖。

圖10是表示基于現(xiàn)有技術(shù)和本實施方式的葉片的形狀而引起的邊界層的成長的變化的實驗計測圖。

圖11是表示現(xiàn)有技術(shù)的葉輪的葉片的前緣的形狀的示意圖。

圖12是表示現(xiàn)有技術(shù)的葉輪的葉片的后緣的形狀的示意圖。

具體實施方式

以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。需要說明的是，本發(fā)明不受以下的實施方式限定。另外，以下的實施方式中的構(gòu)成要素包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠且容易置換的要素或者實質(zhì)上相同的要素。

圖1是本實施方式的離心壓縮機的縱剖視圖。離心壓縮機1具備：殼體2，其通過將多個部分組合而構(gòu)成；旋轉(zhuǎn)軸5，其經(jīng)由省略圖示的軸承而以能夠繞該旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L旋轉(zhuǎn)的方式支承于殼體2內(nèi)；以及封閉型的葉輪6、6，其被設(shè)置為固定于旋轉(zhuǎn)軸5并與該旋轉(zhuǎn)軸5一體旋轉(zhuǎn)。即，本實施方式的離心壓縮機1是兩級式的離心壓縮機。

就該離心壓縮機1而言，由省略圖示的驅(qū)動裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸5而使葉輪6、6旋轉(zhuǎn)，由此經(jīng)由設(shè)置于殼體2的吸入口10吸入作為壓縮對象的氣體或者空氣等流體。吸入口10經(jīng)由形成于殼體2內(nèi)的吸入空間10A而與吸入流路11連接，該吸入流路11沿著旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L方向(軸向)彎曲，以與第一級的葉輪6的吸入口6A對置的方式開口。

從吸入口10吸入后的流體借助第一級的葉輪6的旋轉(zhuǎn)而被賦予離心力，其運動能量由設(shè)置于葉輪6的吹出口6B的第一級的無葉擴壓器12轉(zhuǎn)換為壓力能量。進(jìn)一步地，該流體經(jīng)由回彎部14、回流葉片15而被導(dǎo)入下一級壓縮階段即第二級的葉輪6的吸入口6A。

該壓縮流體借助第二級的葉輪6也同樣被賦予離心力，由第二級的無葉擴壓器12將運動能量轉(zhuǎn)換為壓力能量，進(jìn)而成為高壓的壓縮流體并被噴出至渦旋部16。然后，從渦旋部16經(jīng)由設(shè)置于殼體2的噴出口17而被向省略圖示的噴出配管送出。需要說明的是，圖1中的附圖標(biāo)記18是為了調(diào)整葉輪6的軸向力而設(shè)置的平衡活塞。接著，對葉輪6進(jìn)行說明。

圖2是表示葉輪的局部放大圖。如圖2所示，葉輪6具備：輪轂20，其固接于旋轉(zhuǎn)軸5；護(hù)罩21，其以相對于輪轂20在徑向以及軸向上設(shè)置有間隙的方式配置；以及多個葉片22，其配置于輪轂20與護(hù)罩21之間。雖然省略圖示，該葉片22在軸線L的周圍隔開間隔地呈輻射狀配置。另外，葉片22的前緣22A位于葉輪6的吸入口6A側(cè)，后緣22B延伸到葉輪6的吹出口6B。

此外，在葉輪6的吸入口6A側(cè)，在與輪轂20一起形成流體的流路的護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A上產(chǎn)生邊界層?？赏贫ǔ觯撨吔鐚釉诹黧w從葉片22的前緣22A朝向后緣22B流動時，在護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A上成長(發(fā)展)，在吹出口(葉片出口側(cè))6B處產(chǎn)生大的能量虧損，因此損害葉輪的性能。在本實施方式中，為了抑制邊界層的成長，葉片22的形狀具有以下的結(jié)構(gòu)。

首先，對規(guī)定葉輪6的葉片22的形狀所需的傾斜角度進(jìn)行說明。圖3是用于說明在子午面截面上表示的葉片的傾斜角度的圖，圖4是表示投影到子午面截面的葉片的圖。葉輪6的葉片22具有三維形狀，因此使用圖3、4所示的圓柱坐標(biāo)系來表現(xiàn)傾斜角度。

在圖3、4中，Z軸表示旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L。另外，由Z軸和直線r形成的rZ面表示規(guī)定的子午面截面30，所述直線r是以與X軸成規(guī)定角度θ的角從原點O延伸的直線。在將葉片22投影于該子午面截面30的情況下，由附圖標(biāo)記31表示的虛線為將子午面流路沿著葉片延展方向等面積分割的線(流線)。

在圖3中，附圖標(biāo)記32是投影前的葉片(例如前緣)的中弧線。將該中弧線32投影到子午面截面30則形成投影線(與子午面截面30平行的葉片的中弧線的投影線)33。該投影線33與中弧線32所成的角被規(guī)定為本實施方式的葉片22的傾斜角度(葉片向周向的傾斜角度)γθ。需要說明的是，傾斜角度γθ的正負(fù)根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸5的旋轉(zhuǎn)方向而規(guī)定，在本實施方式中，將旋轉(zhuǎn)方向的相反側(cè)(反旋轉(zhuǎn)方向)設(shè)為正。

需要說明的是，附圖標(biāo)記34表示與子午面截面30垂直的葉片的中弧線的投影線，將上述的投影線33與Z軸(在子午面截面30上平行移動后的平行線Z′)所成的角γZ設(shè)為投影到子午面截面30后的葉片的軸向的傾斜角。

接著，對葉片22的形狀進(jìn)行說明。圖5是從軸向觀察葉輪的吸入口而得到的圖，圖6是表示葉輪的葉片的前緣的形狀的示意圖。如圖6所示，前緣22A以與輪轂20的內(nèi)壁面20A相比更向護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A側(cè)凸出突出的方式彎曲而形成。具體而言，前緣22A的中弧線32相對于向上述的子午面截面30(圖3)投影所得的投影線33的傾斜角度γθ在輪轂20側(cè)大致為0或正，并以朝向護(hù)罩21側(cè)而逐漸變大的方式彎曲。在該結(jié)構(gòu)中，葉片22的前緣22A的護(hù)罩21側(cè)向反旋轉(zhuǎn)方向傾斜，由此葉片22的正壓面P與護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A對置配置。而且，傾斜角度γθ隨著朝向護(hù)罩21側(cè)而逐漸變大，因此前緣22A越靠護(hù)罩21側(cè)越傾斜而更加與護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A對置。因此，葉片22的正壓面P所產(chǎn)生的力F隨著朝向護(hù)罩21側(cè)而逐漸朝向護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A。需要說明的是，前緣22A的彎曲可以沿著一個圓弧彎曲，也可以通過組合多個圓弧而彎曲。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，葉片22的前緣22A的傾斜角度γθ在輪轂20側(cè)為0或為正，并隨著朝向護(hù)罩21側(cè)而逐漸變大，因此在流動方向上的從葉片22的前緣22A到前半部分的范圍內(nèi)，葉片22的正壓面P與護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A對置。因此，借助葉片22的正壓面P的力F將邊界層35向護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A壓靠，由此能夠抑制邊界層35的發(fā)展。另外，在葉片22的負(fù)壓面S側(cè)，產(chǎn)生于負(fù)壓面S的邊界層35在離心力F1的作用下向負(fù)壓面S壓靠，由此能夠抑制邊界層35向護(hù)罩21側(cè)移動，能夠抑制邊界層35的發(fā)展。

接著，對葉片22的后緣22B側(cè)進(jìn)行說明。圖7是從徑向觀察葉輪的吹出口而得到的圖，圖8從軸向觀察吹出口而得到的圖，圖9是表示葉輪的葉片的后緣的形狀的示意圖。葉片22的后緣22B側(cè)與前緣22A側(cè)不同，中弧線32相對于投影線33的傾斜角度γθ形成為大致0或正。該正值優(yōu)選接近0。另外，在葉片22的前緣22A與后緣22B之間，傾斜角度γθ形成為沿著流體的流動方向而逐漸變小(接近0)。在該結(jié)構(gòu)中，葉片22的后緣22B相對于輪轂20的內(nèi)壁面20A以及護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A大致垂直地立起設(shè)置，由此能夠使軸線L方向的高度(長度)為最短距離，因此能夠使來自葉片22的后緣22B的厚度部分的尾流的量最小化。

接著，對本實施方式的效果進(jìn)行說明。圖10是表示基于現(xiàn)有技術(shù)和本實施方式的葉片的形狀而引起的邊界層的成長的變化的實驗計測圖。在圖10中，A～C表示使用現(xiàn)有技術(shù)(圖11、12)的葉片100的結(jié)構(gòu)的情況下的邊界層的變化，D～F表示使用本實施方式的葉片22的結(jié)構(gòu)的情況下的邊界層的變化。具體而言，A、D分別表示葉輪的流出口附近的邊界層的量。另外，B、E分別表示朝向葉輪的流出口的途中部位的邊界層的量。而且，C、F分別表示葉片的流動方向上的長度的中間部處的邊界層的量。

在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，沿著流體的流動方向(C→B→A)，邊界層109(邊界層的集聚發(fā)展部中壓力損失特別大的部分)的量逐漸增加。與此相對，在本實施方式中，沿著流體的流動方向(F→E→D)，雖然邊界層35(在邊界層的集聚發(fā)展部中壓力損失特別大的部分)的量略微增加，但與現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)相比邊界層的量顯著減少，可以認(rèn)為能抑制邊界層(邊界層的集聚發(fā)展部中壓力損失特別大的部分)的成長。

以上，如所說明的那樣，根據(jù)本實施方式，涉及一種葉輪6，該葉輪6具備輪轂20、護(hù)罩21、配置于該輪轂20與護(hù)罩21之間的多個葉片22，該葉輪6利用固定于輪轂20的旋轉(zhuǎn)軸5的旋轉(zhuǎn)將流體沿著徑向吹出，在將葉片22的中弧線32投影到規(guī)定的子午面截面30時所得的投影線33與該中弧線32所成的角設(shè)為傾斜角度γθ，向旋轉(zhuǎn)軸5的旋轉(zhuǎn)方向的相反方向的傾斜設(shè)為正的情況下，葉片22的前緣22A的傾斜角度γθ在輪轂20側(cè)為0或為正，且傾斜角度γθ隨著朝向護(hù)罩21側(cè)而逐漸變大，因此在從葉片22的前緣22A到前半部分的范圍內(nèi)，葉片22的正壓面P與護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A對置。因此，借助葉片22的正壓面P的力F將邊界層35向護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A側(cè)壓靠，由此能夠抑制邊界層35的發(fā)展。另外，在葉片22的負(fù)壓面S，邊界層35在離心力F1的作用下向負(fù)壓面S壓靠，由此能夠抑制邊界層35向護(hù)罩21側(cè)移動，能夠抑制邊界層35的發(fā)展。

而且，在流體的流動方向上，傾斜角度γθ形成為從前緣22A朝向后緣22B而逐漸變小，因此能夠減少葉片22的在葉片22的后半部分的表面積，由此能夠減小在葉片22的后半部分在葉片表面上發(fā)展的邊界層的量。由此，能夠抑制在葉片出口側(cè)產(chǎn)生能量虧損部分，能夠充分發(fā)揮葉輪6的性能。

另外，根據(jù)本實施方式，葉片22的后緣22B的傾斜角度γθ在從輪轂20側(cè)到護(hù)罩21側(cè)的范圍內(nèi)為0或為正，因此能夠使葉片22的后緣22B的軸線L方向上的高度(長度)為最短距離，因此能夠使來自葉片22的后緣22B的厚度部分的尾流的量最小化。而且，通過減少葉片22的在葉片22的后半部分的表面積，能夠使在葉片22的后半部分在葉片表面上發(fā)展的邊界層的量與現(xiàn)有技術(shù)相比顯著變小。

另外，本實施方式的離心壓縮機1具備上述的葉輪6，因此能夠抑制在葉片22出口側(cè)產(chǎn)生能量虧損部分，能夠?qū)崿F(xiàn)離心壓縮機1的壓縮效率的提高。

以上，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限定于上述的內(nèi)容。例如，在上述的實施方式中，對葉片22的后緣22B的傾斜角度γθ在從輪轂20側(cè)到護(hù)罩21側(cè)的范圍內(nèi)為0或為正的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但葉片22的后緣的傾斜角度γθ也可以在輪轂20側(cè)為0或為正且隨著朝向護(hù)罩21側(cè)而逐漸變大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在葉片22的后半部分，葉片22的正壓面P也與護(hù)罩21的內(nèi)壁面21A對置，因此借助葉片22的正壓面P的力將邊界層35向護(hù)罩21側(cè)壓靠，由此能夠更有效抑制邊界層35的發(fā)展。

另外，在上述的實施方式中，葉片22的前緣22A在投影到子午面截面時，在輪轂20與護(hù)罩21之間形成為大致直線的形狀，但不限定于此，也可以在輪轂20與護(hù)罩21之間將前緣22A設(shè)為向流體的流動方向上游側(cè)突出的凸形形狀。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠增大葉片22的前緣22A的與護(hù)罩21對置的部分的面積，與之相應(yīng)地，能夠更有效地抑制邊界層35的發(fā)展。

另外，在本實施方式中，葉片22的前緣設(shè)為傾斜角度γθ隨著從輪轂20側(cè)朝向護(hù)罩21側(cè)而逐漸大幅彎曲的結(jié)構(gòu)，但不限定于此，也可以設(shè)為使傾斜呈中折狀急劇變大(彎折)的結(jié)構(gòu)(在延展方向的某處設(shè)置不連續(xù)部的結(jié)構(gòu))。在該情況下，彎折的部分(不連續(xù)部)也可以不設(shè)置一個而設(shè)置多個。

另外，在本實施方式中，葉輪6設(shè)置于兩級式的離心壓縮機1，但若是具備葉輪的壓縮機，則也能夠適用于單級式的離心壓縮機、三級以上的多級離心壓縮機。

附圖標(biāo)記說明

1 離心壓縮機

2 殼體

5 旋轉(zhuǎn)軸

6 葉輪(旋轉(zhuǎn)葉輪)

6A 吸入口

6B 吹出口

10 吸入口

10A 吸入空間

11 吸入流路

12 無葉擴壓器

14 回彎部

15 回流葉片

16 渦旋部

17 噴出口

18 平衡活塞

20 輪轂

20A 內(nèi)壁面

21 護(hù)罩

21A 內(nèi)壁面

22 葉片

22A 前緣

22B 后緣

30 子午面截面

32 中弧線

33 投影線

35 邊界層(邊界層的集聚發(fā)展部中壓力損失特別大的部分)

100 葉片

101 吸入口

102 前緣

103 中弧線

104 直線

105 壁面

106 壁面

107 吹出口

108 后緣

109 邊界層(邊界層的集聚發(fā)展部中壓力損失特別大的部分)

L 軸線

O 原點

P 正壓面

S 負(fù)壓面

Z′ 平行線

r 直線

γθ 傾斜角度