CN1886596A - 压缩机叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机叶轮，通过防止在轮毂表面产生的边界层的局部集中，并且减小边界层的厚度，谋求压缩机的高效率化。该压缩机叶轮具有多个叶片和配置于该多个叶片根部的轮毂，流体流过的上述轮毂的表面的至少一部分相对旋转轴线倾斜，在上述轮毂的表面设有降低由流体的流动产生的边界层厚度的边界层降低部。

Description

压缩机叶轮

技术领域

本发明涉及离心式压缩机及斜流式压缩机的叶轮，在例如航空用燃气涡轮机、船用增压机、汽车用增压机等中使用。

背景技术

目前，对于在离心式压缩机及斜流式压缩机中使用的叶轮的轮毂表面不太被重视，未进行研究，迄今为止没有对叶轮的轮毂表面上进行过研究。(例如：参照特许文献1)

特许文献1：特开昭55-35173号公报

因此，本申请的发明者们着眼于旋转的叶轮的轮毂面而进行了研究，由结果可知，在轮毂面上发生了如下的现象。

例如，在如图14A所示的离心式压缩机的叶轮100上，当通过叶轮100的叶片11对从叶轮入口部101流入的流动赋予绕旋转轴线C的旋转速度时，该流动就会受到离心力F1作用。该离心力F1可分为垂直于轮毂面12c的方向及与该垂直的方向正交的方向，作用在垂直于轮毂面12c的方向的力F2在使流动从轮毂面12c分离的方向上产生作用，由此，流动的边界层扩大(或者，严重的情况下流动在轮毂面附近倒流，或流动从轮毂面12c分离)，叶轮内部的损失增加，导致离心式压缩机100效率降低。

另外，在叶轮出口部102处，由于离心力F1的方向和轮毂面12c切线的方向一致(即，作用在垂直于轮毂面12c的方向的力F2为0(零))，故作用于使流动从轮毂面12c分离的方向上的力消失。

另外，图中符号12、12a、12b、LE、TE以及B分别表示轮毂、轮毂小径部、轮毂大径部、叶片11的前缘、叶片的后缘以及边界层扩大特别显著的区域(即，边界层厚度显著增加的区域)。

另外，图14B所示的斜流式压缩机的叶轮200也产生同样的现象，特别是在斜流式压缩机中，由于要将流动从轮毂面12c分离的力F2一直作用到轮毂面12c倾斜的叶轮出口部102，故直至叶轮出口部102，残留有边界层扩大引起的流速失真，在叶轮出口部102的损失增加，导致斜流式压缩机200的效率降低。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而构成的，其目的在于，通过防止产生于轮毂表面的边界层的局部集中并且降低边界层的厚度，由此谋求压缩机的高效率化。

本发明为了解决上述课题而采用了以下的方法。

本发明的压缩机叶轮，其具有多个叶片和配置于该多个叶片根部的轮毂，流体流过的所述轮毂表面的至少一部分相对旋转轴线倾斜，其中，在所述轮毂表面设有使基于流体流动所产生的边界层厚度降低的边界层降低部。

根据这种压缩机叶轮，利用设于轮毂表面(轮毂面)的边界层降低部防止形成于轮毂表面的边界层的局部集中，同时，与没有边界层降低部的叶轮相比，边界层的厚度减小。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，将所述边界层降低部设于如下的部分，即，作用于流体流动的离心力作用在使流体的流动从所述轮毂表面分离的方向上。

根据这种压缩机叶轮，理想的是，在作用较大的离心力的同时，在相对叶轮的旋转轴线有倾斜角的轮毂表面、即在距叶轮的旋转轴线具有一定距离的倾斜轮毂的表面上设有边界层降低部。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述边界层降低部设置在从该叶轮的入口端到出口端的长度内距叶轮的入口端约1/4的位置的下游侧。

根据这种压缩机叶轮，在从叶轮的入口端离开规定距离的位置设置边界层降低部的起始点。即，从叶轮的入口端到下游侧的相当一部分区间不设置边界层降低部。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述边界层降低部作为向垂直于所述轮毂表面的方向突出的凸部而形成。

根据这种压缩机叶轮，由作用在垂直于轮毂表面的方向的力(F2)，在凸部的表面产生从轮毂表面朝向形成于叶片间的流路的流动(以下称为“二次流”)。在轮毂表面或凸部的表面形成的边界层由于该二次流而向叶片间形成的流路移动，同时被在该流路流动的主流引导(吸引)而与该主流一起流向下游侧。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述凸部作为在所述叶片间沿所述叶片的翼面形成的至少一个小翼而设置。

根据这种压缩机叶轮，在不妨碍主流的流动且使损失的发生为最小限而形成的、具有比所述凸部大的表面积的小翼的表面上产生二次流，在轮毂表面或小翼的表面形成的边界层，通过流经流路的主流而更多地运向下游侧。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述小翼的高度设为所述叶片高度的约1/10～约1/2。

根据这种压缩机叶轮，由于小翼的前端最好进入流体的主流中，故在小翼表面产生的二次流被可靠且有效地导入通过叶片间的主流内，进一步降低边界层厚度。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述小翼间的最大距离设定为大于在所述轮毂表面由流体的流动产生的边界层的厚度的2倍。

根据这种压缩机叶轮，小翼和小翼的间隔形成为大于由流体的流动而在轮毂表面产生的边界层厚度的2倍，由于流体的主流通过小翼和小翼之间，所以能够促进小翼表面产生的二次流和流体主流的合流，使边界层厚度进一步降低。

理想的是，本发明的压缩机叶轮是离心式压缩机叶轮，所述边界层降低部设置在直到作用在垂直于所述轮毂表面的方向的力为零的位置。

根据这种压缩机叶轮，边界层降低部一直设置到作用于流体流动的离心力作用在使流体的流动从所述轮毂面分离的方向上的部位，即从该叶轮的入口端到出口端的长度中距叶轮入口端约1/4的位置到在垂直于轮毂面的方向作用的力为零的位置，由此，靠近轮毂面形成的边界层厚度在整个轮毂面上降低。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述边界层降低部也从在垂直于所述轮毂面的方向作用的力为零的位置进一步向下游侧延伸。

根据这种压缩机叶轮，由于边界层降低部从在垂直于所述轮毂面的方向作用的力为零的位置进一步向下游侧延伸设置，故沿着该延伸了的边界层降低部，边界层被向叶轮的半径方向外侧驱逐，进一步降低边界层厚度。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述边界层降低部一直设置到该叶轮的出口端。

根据这种压缩机叶轮，由于边界层降低部延伸设置到叶轮出口端，故沿着该延伸的边界层降低部，边界层被向叶轮的半径方向外侧驱逐，进一步降低边界层的厚度。

另外，由于从边界层降低部的叶轮出口端流出的流体以最短的距离到达设置在下游侧的扩散器，故由离心压缩机整体的流体的流速失真造成的损失被降低。

理想的是，本发明的压缩机叶轮是斜流式压缩机叶轮，所述边界层扩大防止部一直设置到该叶轮的出口端。

根据这种压缩机叶轮，所述边界层降低部一直设置到作用于流体流动的的离心力作用在使流体的流动从所述轮毂面分离的方向上的部位，即从该叶轮入口端到入口端的长度中距叶轮入口端约1/4的位置到叶轮的出口端，由此，靠近轮毂面形成的边界层厚度在整个轮毂上降低。

本发明的压缩机叶轮，其具有多个叶片和配置于该多个叶片根部的轮毂，流体流过的所述轮毂表面的至少一部分相对旋转轴线倾斜，其中，在所述轮毂表面设有防止由流体流动产生的边界层的扩大的边界层扩大防止部。

根据这种压缩机叶轮，利用在轮毂表面(轮毂面)设置的边界层扩大防止部，防止形成于轮毂表面的边界层的扩大，与没有边界层扩大防止部的叶片相比，边界层厚度减小。

另外，作为具备使流体流过的轮毂表面的至少一部分相对于旋转轴线倾斜的叶轮的压缩机，有离心式压缩机以及斜流式压缩机。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述边界层扩大防止部设置在作用于流体流动的离心力在使流体的流动从所述轮毂表面分离方向上作用的部位。

根据这种压缩机叶轮，在作用较大的离心力的同时，在相对叶轮的旋转轴线具有倾斜角的轮毂的表面，即在距叶轮的旋转轴线具有一定程度距离的倾斜的轮毂表面设有边界层扩大防止部。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述边界层扩大防止部设置在从该叶轮的入口端到出口端的长度中距叶轮的入口端约1/4的位置的下游侧。

根据这种压缩机叶轮，在从叶轮的入口端离开规定距离的位置上设置边界层扩大防止部的起始点。即，从叶轮的入口端到下游侧的相当一段区间内不设置边界层扩大防止部。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述边界层降低部由多个槽构成。

根据这种压缩机叶轮，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动越过槽的峰部而流入相邻槽的谷部，或者越过槽的峰部向相邻槽的上方斜向进入，造成轮毂面附近的流动乱流。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述多个槽在所述叶片间沿所述叶片的翼面直线状形成。

根据这种压缩机叶轮，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动越过槽的峰部流入相邻槽的谷部，或者越过槽的峰部向相邻槽的上方斜向进入，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动产生乱流，防止边界层的扩大或流动的分离。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述直线状槽从上游侧到下游侧分割成多个区域。

根据这种压缩机叶轮，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动越过槽的峰部流入相邻槽的谷部、或者越过槽的峰部向相邻槽的上方斜向进入，沿轮毂面流入轮毂面附近的流动产生乱流，防止边界层的扩大或流动的分离。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述多个槽在所述叶片间平面看形成波形。

根据这种压缩机叶轮，由于可形成使越过槽的峰部流入相邻槽的谷部，或者越过槽的峰部向相邻槽的上方斜向进入的流动的方向与槽的峰部形成的角度进一步增大的部分，因此，在该部分沿轮毂面流过轮毂面附近的流动产生更强的乱流，进一步防止边界层的扩大或流动的分离。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述多个槽在所述叶片间形成平面锯齿形。

根据这种压缩机叶轮，可形成使越过槽的峰部流入相邻槽的谷部，或者越过槽的峰部向相邻槽的上方斜向进入的流动的方向与槽的峰部形成的角度进一步增大的部分，并且可更多地形成这种部分，因此，通过沿轮毂面流过轮毂面附近的流动产生更强的乱流，进一步防止边界层的扩大或流动的分离。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述多个槽由在所述叶片间以从一侧叶片向另一侧叶片倾斜横切流路的方式形成的多个槽、以与这些槽交叉的方式形成并且以从另一侧叶片朝向一侧叶片倾斜横切流路的方式形成的多个槽构成。

根据这种压缩机叶轮，形成多个突起，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动冲撞这些突起、或越过突起流入相邻槽的谷部、或越过突起向相邻槽的上方斜向进入，在沿轮毂面流过轮毂面附近的流动上产生乱流，防止边界层的扩大或流动的分离。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述多个槽在所述叶片间在以该叶轮的旋转轴线为中心的同心圆上形成。

根据这种压缩机叶轮，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动越过槽的峰部流入相邻槽的谷部，或者越过槽的峰部向相邻槽的上方斜向进入，在沿轮毂面流过轮毂面附近的流动上产生强的乱流，防止边界层的扩大及流动的分离。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述边界层降低部由多个凹凸构成。

根据这种压缩机叶轮，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动冲撞这些凸部、或越过这些凸部流入相邻的凹部、或越过这些凸部向相邻凸部及凹部的上方斜向进入，在沿轮毂面流过轮毂面附近的流动上产生乱流，防止边界层的扩大或流动的分离。

理想的是，在本发明的压缩机叶轮中，所述多个凹凸平面看分别形成圆形。

根据这种压缩机叶轮，在轮毂面形成可容易加工的半球状凹凸。

本发明的压缩机叶轮，所述槽或凹凸的最大深度大于或等于该叶轮外径的0.3％、小于或等于2.0％为好，最好大于或等于0.5％、小于或等于2.0％。

根据这种压缩机叶轮，例如若叶轮外径为100mm，则槽的最大深度为0.3mm～2.0mm为好、最好为0.5mm～2.0mm，形成比通过切削加工制作出的叶轮的轮毂面残留的加工痕迹的槽(一般地，有叶轮外径的0.2％左右的宽和最大深度)更深并且更宽的槽。

理想的是，本发明的压缩机叶轮为离心式压缩机的叶轮，所述边界层扩大防止部一直设置到作用在垂直于所述轮毂表面的方向上的力为零的位置。

根据这种压缩机叶轮，边界层扩大防止部一直设置到作用于流体流动的离心力在使流体的流动从所述轮毂表面分离的方向上作用的部位，即从该叶轮入口端到出口端的长度中的距叶轮入口端约1/4的位置到作用在垂直于轮毂表面的方向的力为零的位置，由此，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动产生乱流，在整个轮毂面上防止边界层的扩大或流动的剥离。

理想的是，本发明的压缩机叶轮为斜流式压缩机的叶轮，所述边界层扩大防止部一直设置到该叶轮的出口端。

根据这种压缩机叶轮，边界层扩大防止部一直设置到从作用于流体流动的离心力在使流体的流动从所述轮毂表面分离的方向上作用的部位，即从该叶轮入口端到出口端的长度上的距叶轮入口端约1/4的位置到叶轮出口端，因此，沿轮毂面流过轮毂面附近的流动产生乱流，在整个轮毂面防止边界层的扩大或流动的剥离。

本发明的压缩机具备上述的任一种叶轮。

根据这种压缩机，具备防止轮毂表面产生的边界层局部集中，并设有降低边界层厚度的边界层降低部的叶轮，或者具有防止在轮毂表面形成的边界层扩大的边界层扩大防止部的叶轮。

根据本发明，可实现以下效果。

可防止由于边界层降低部而在轮毂表面产生的边界层的局部集中，并且能够降低边界层的厚度。

另外，通过采用设置了边界层降低部的叶轮，能够防止边界层的局部集中，并且能够降低边界层厚度，能够减小叶轮内部的损失，可谋求压缩机的压缩效率的提高。

由于设置了边界层扩大防止部，可在沿轮毂面流过轮毂面附近的流动上产生乱流，能够防止边界层的扩大或流动的分离。

另外，通过采用设置了边界层扩大防止部的叶轮，能够降低叶轮内部的损失，可谋求压缩机的压缩效率的提高。

附图说明

图1A～C是表示本发明的叶轮的第一实施方式的图，图1A是主要部分立体图，图1B是图1A的I-I向视剖面图，图1C是图1A的II-II向视剖面图；

图2A及图2B是表示本发明的叶轮的第二实施方式的图，图2A是主要部分立体图，图2B是图2A的III-III向视剖面图；

图3是表示本发明的叶轮的第三实施方式的主要部分立体图；

图4是表示本发明的叶轮的第四实施方式的主要部分立体图；

图5是表示本发明的叶轮的第五实施方式的主要部分立体图；

图6A及图6B是表示本发明的叶轮的第五实施方式的图，图6A是图5的a-a向视剖面图，图6B是图5的b-b向视剖面图；

图7是表示本发明的叶轮的第六实施方式的主要部分立体图；

图8A及图8B是表示本发明的叶轮的第七实施方式的图，图8A是主要部分立体图，图8B是边界层扩大防止部的平面图；

图9A及图9B是表示本发明的叶轮的第八实施方式的图，图9A是主要部分立体图，图9B是边界层扩大防止部的平面图；

图10A及图10B是表示本发明的叶轮的第九实施方式的图，图10A是主要部分立体图，图10B是图10A的c-c向视剖面图；

图11是表示本发明的叶轮的第十实施方式的主要部分立体图；

图12A及图12B是表示本发明的叶轮的第十一实施方式的图，图12A是主要部分立体图，图12B是图12A的d-d向视剖面图；

图13A及图13B与图6B是同样的图，表示作为边界层扩大防止部的槽的其它断面形状；

图14A及图14B是用于说明现有叶轮存在的问题点的图，图14A是离心式压缩机叶轮的断面图，图14B是斜流式压缩机叶轮的断面图。

具体实施方式

以下，参照图1A～图1C对本发明的压缩机叶轮的第一实施方式进行说明。表示本实施方式的叶轮适用于离心式压缩机的情况的具体例。

图1A是本实施方式的叶轮10的主要部分立体图，省略了叶轮10的入口侧的端部。另外，图1B是图1A的I-I向视剖面图，图1C是图1A的II-II向视剖面图。

如图1A～图1C所示，本实施方式的叶轮10主要构成要素有多个叶片11和配置在这些叶片11的根部R上的轮毂12。

叶片11分别设置在轮毂12的表面上，使其前缘LE位于轮毂12的小径侧端部12a，其后缘TE位于轮毂12的大径侧端部12b(参照图14A)。

在轮毂面(轮毂的表面)12c的离心力F1(参照图14A)相对轮毂面12c垂直作用的区域，例如从叶轮入口端到出口端的长度中从入口侧约1/4的位置(在图1A中央位置的小翼13a的最上游侧的位置(起点))到作用在垂直于轮毂面12c的方向上的力F2为零的位置(在图1A中的小翼13a、13b的最下游侧的位置(终点))的区域，且位于叶片11与叶片11之间的区域，沿叶片11的翼面(或者叶片11的根部R)例如设有三个小翼(边界层降低部；凸部)13a、13b。

如图1A所示，这3个小翼13a、13b中位于中央的小翼(即位于正中的小翼)13a被设置在从叶轮入口端到出口端的长度内、从入口侧约1/4的位置到作用在垂直于轮毂面12c的方向上的力F2为零的位置区域、叶片11间的大致中央部。

另外，位于该小翼13a两侧的小翼13b被设置在从叶轮入口端到出口端的长度内、从入口侧约1/4的位置到作用在垂至于轮毂面12c的方向上的力F2为零的位置区域、且叶片11和小翼13a间的大致中央部。

这些小翼13a、13b的截面形状分别如图1A及图1B所示，随着远离轮毂面12c而逐渐变细。另外，这些小翼13a、13b的前缘及后缘也分别向上游侧及下游侧逐渐变细。

这些小翼13a、13b的高度(即从轮毂面12c到小翼13a、13b的前端的最短距离)h为在叶片11的相同半径方向位置的高度H的约1/10～约1/2。

另外，小翼13a、13b的间隔(即小翼13a的前端与小翼13b的前端之间的最短距离)W要比由于流体的流动而在轮毂表面12c产生的边界层BL厚度δ的2倍还大。

这样，通过在轮毂面12c的离心力F1(参照图14A)相对轮毂面12c垂直作用的区域沿叶片11的翼面设置小翼13a、13b，在小翼13a、13b的表面上，在相对轮毂面12c大致垂直的方向(图中空心箭头的方向)产生二次流。轮毂面12c及小翼13a、13b上的边界层BL被该二次流拉曳(承载)，导向在叶片11间形成的流路，即通过叶片11间的流体的主流一侧，最终与流体的主流合流后流向下游侧流去，故能够防止边界层BL的局部集中，同时能够减小边界层BL的厚度δ。

另外，由于小翼13a、13b的高度h为在叶片11的相同半径方向的高度H的约1/10～1/2，所以能够可靠并有效地将在小翼13a、13b的表面产生的二次流引导向通过叶片11间的主流内，可更加减小边界层BL的厚度δ。

另外，由于小翼13a和小翼13b的间隔W要比由于流体的流动而在轮毂面12c产生的边界层BL的厚度δ的2倍还大，使流体的主流通过小翼13a和小翼13b之间，所以能够促进小翼13a、13b的表面产生的二次流与流体的主流合流，可进一步减小边界层BL的厚度δ。

另外，由于小翼13a、13b的前缘及后缘朝向上游侧及下游侧逐渐变细，所以能够使流体的主流冲撞这些小翼13a、13b的前缘时、或从这些13a、13b的后缘剥离时产生的涡流损失在最小限。

另外，由于小翼13a、13b的前端随着远离轮毂面12c而逐渐变细，所以能够使小翼13a、13b的表面产生的二次流从这些小翼13a、13b的前端离开时产生的涡流损失为最小限。

使用图2A及图2B说明本发明的压缩机叶轮的第二实施方式。图2A是跟上述图1A相同的图，省略了叶轮20的入口侧端部。另外，图2B是图2A的III-III向视剖面图。

关于本实施方式的叶轮20，作为边界层降低部(凸部)的全部小翼23的起点设置在与上述的第一实施方式的小翼13a的起点相同的位置，并且全部小翼23的终点在比上述第一实施方式的小翼13a、13b的终点更靠下游侧，即延长至出口端侧设置这一点上与第一实施方式不同。因其它构成要素同上述的第一实施方式相同，故在此省略对这些构成要素的说明，而只对小翼23进行说明。

另外，与第一实施方式相同的部件标注相同的符号。

在轮毂面(轮毂的表面)12c的从叶轮入口端到出口端的长度内从入口侧约1/4的位置(在图2A中的小翼23的最上游侧的位置(起点))到出口侧约1/5的位置(在图2A中的小翼23的最下游侧的位置(终点))的区域，且位于叶片11与叶片11之间的区域，沿叶片11的翼面(或者叶片11的根部R)设有例如三个小翼23。

这些小翼23的截面形状与第一实施方式相同，随着远离轮毂面12c而逐渐变细。

另外，这些小翼23的前缘及后缘也与第一实施方式相同，朝向上游侧及下游侧逐渐变细(参照图1B及图1C)。

这些小翼23的高度(即从轮毂面12c到小翼23的前端的最短距离)h与上述第一实施方式相同，为在叶片11的相同半径方向位置的高度H的约1/10～1/2。

另外，小翼23和小翼23的间隔(即，一个小翼23的前端和与该一个小翼23相邻的小翼23的前端之间的最短距离)W与上述的第一实施方式相同，比由于流体的流动而在轮毂表面12c产生的边界层BL厚度δ的2倍大。

通过设置这种小翼23，能起到与上述的第一实施方式同样的作用和效果。

另外，所有小翼23的起点与从叶轮入口端到出口端的长度内距入口侧约1/4的位置，即与上述的第一实施方式的小翼13a的起点相同的位置，所以，与上述的第一实施方式的小翼相比，小翼23的表面积增加，随之二次流增加，能够进一步防止边界层BL的局部集中，同时能够进一步减小边界层BL的厚度δ。

另外，所有小翼23的终点设置在叶轮入口端到出口端的长度内距出口侧约1/5的位置、即从上述的第一实施方式的小翼13a、13b的终点向下游侧(出口端侧)延伸设置，因此，边界层BL沿该延长后的小翼23的表面被向叶轮20的半径方向驱逐，能够进一步减小边界层BL的厚度δ。

使用图3说明本发明的压缩机叶轮的第三实施方式。图3是与上述的图1A以及图2A同样的图，省略了叶轮30的入口侧端部。

本实施方式的叶轮30在作为边界层降低部(凸部)的全部小翼33的终点延长至叶轮30的出口端方面与第二实施方式不同。因其它构成要素同上述第二实施方式相同，在此省略这些构成要素的说明，只对小翼33进行说明。

另外，与第一实施方式及第二实施方式相同的部件标注相同的符号。

在轮毂面(轮毂的表面)12c的从叶轮入口端到出口端的长度内从距入口侧约1/4的位置(在图3中的小翼33的最上游侧的位置(起点))到出口端的区域，且叶片11与叶片11之间的位置区域，沿叶片11的翼面(或者叶片11的根部R)设有例如三个小翼33。

这些小翼33的截面形状分别与第一实施方式相同，随着远离轮毂面12c而逐渐变细。

另外，这些小翼33的前缘及后缘也与第一实施方式相同，分别朝向上游侧及下游侧逐渐变细(参照图1B及图1C)。

这些小翼33的高度(即，从轮毂面12c到小翼33的顶端的最短距离)h与上述的第一实施方式相同，为在叶片11的相同半径方向的高度H的约1/10～1/2。

另外，小翼33和小翼33的间隔(即从一个小翼33的前端和与该一个小翼33相邻的小翼33的前端之间的最短距离)W同上述的第一实施方式相同，比由于流体的流动而在轮毂表面12c产生的边界层BL厚度δ的2倍还大。

通过设置这些小翼33，能起到与上述的第一实施方式同样的作用和效果。

另外，由于所有小翼33的终点延长至叶轮出口端，故边界层沿该延长的小翼33的表面被向叶轮30的半径方向外侧驱逐，能够进一步减小边界层BL的厚度δ。

另外，由于所有小翼33的终点延长至叶轮出口端，从而从小翼33的后缘流出的流体以最短的距离到达设置在下游侧的扩散器，因此，可降低对于离心式压缩机整体的流体的流速失真的损失。

使用图4说明本发明的压缩机叶轮的第四实施方式。图4是与上述图1A、图2A以及图3同样的图，省略了叶轮40的入口侧的端部。

本实施方式的叶轮40适用于斜流式压缩机，其在轮毂面12c上形成与图1A～图1C所示的作为边界层降低部(凸部)的小翼13a、13b同样的小翼。

如图4所示，本实施方式的叶轮40的主要构成要素有多个叶片11和配置在这些叶片11的根部R上的轮毂12。

叶片11分别设置在轮毂12的表面上，使其前缘LE位于轮毂12的小径侧端部12a，其后缘TE位于轮毂12的大径侧端部12b(参照图14B)。

在轮毂面(轮毂的表面)12c的离心力F1(参照图14A)相对轮毂面12c垂直作用的区域，例如从叶轮入口端到出口端的长度内从距入口侧约1/4的位置(图4中位于中央的小翼的最上游侧的位置(起点))到叶轮的出口端(图4中的小翼的最下游侧的位置(终点))的区域，且位于叶片11与叶片11之间的区域，沿叶片11的翼面(或者叶片11的根部R)设有例如三个小翼43a、43b。

如图4所示，这三个小翼43a、43b中位于中央的小翼(即位于正中的小翼)43a被设置在叶轮入口端到出口端的长度内从距入口侧约1/4的位置到叶轮出口端的区域，且叶片11间的大致中央部。

另外，位于该小翼43a两侧的小翼43b被设置在从叶轮入口端到出口端的长度内从距入口侧约1/2的位置到叶轮出口端的区域，且叶片11和小翼13a间的大致中央部。

这些小翼43a、43b的截面形状分别同第一实施方式相同，随着从轮毂面12c离开而逐渐变细。

另外，这些小翼43a、43b的前缘及后缘也同第一实施方式相同，分别朝向上游侧及下游侧逐渐变细(参照图1B及图1C)。

这些小翼43a、43b的高度(即从轮毂面12c到小翼43a、43b的前端的最短距离)h同上述第一实施方式相同，为在叶片11的相同半径方向位置的高度H的约1/10～1/2.

另外，小翼43a、43b的间隔(即小翼43a的前端到小翼43b的前端的最短距离)w要比由于流体的流动而在轮毂表面12c产生的边界层BL厚度δ的2倍还大。

如上所述，通过在轮毂面12c的离心力F1(参照图14B)相对轮毂面12c垂直作用的区域，沿叶片11的翼面设置小翼43a、43b，在小翼43a、43b的表面上在相对轮毂面12c大致垂直的方向(图1A及1B中空心箭头的方向)上产生二次流。轮毂面12c及小翼43a、43b上的边界层BL被该二次流拉曳(承载)，导向形成于叶片11间的流路，即通过叶片11间的流体的主流一侧，最终与流体的主流合流后流向下游侧，故能够防止边界层BL的局部集中，同时能够减小边界层BL的厚度δ。

另外，由于小翼43a、43b的高度h为在叶片11的相同半径方向的高度H的约1/10～1/2，所以能够可靠并有效地将在小翼43a、43b的表面产生的二次流引导至通过叶片11间的主流内，能够进一步减小边界层BL的厚度δ。

另外，小翼43a和小翼43b的间隔W比由于流体的流动而在轮毂面12c产生的边界层BL的厚度δ的2倍还大，由于流体的主流通过小翼43a和小翼43b之间，所以能够促进小翼43a、43b的表面产生的二次流与流体主流的合流，能够进一步减小边界层BL的厚度δ。

另外，由于小翼43a、43b的前缘及后缘分别朝向上游侧及下游侧逐渐变细，所以能够将流体的主流冲撞小翼43a、43b的前缘时、或从这些小翼43a、43b的后缘离开时产生的涡流损失限制在最小限。

另外，由于小翼43a、43b的前端随着远离轮毂面12c而逐渐变细，所以能够将在小翼43a、43b的表面产生的二次流从这些小翼43a、43b的前端离开时所产生的涡流损失限制在最小限。

另外，本发明并非只限于上述的实施方式，也可以与图2A或图3相同，使例如图4所示的小翼43b的起点位于从叶轮入口端到出口端的长度内的距入口侧约1/4的位置。

其得到的作用和效果因在上述第二实施方式中已记述过，所以在此省略其说明。

另外，小翼的个数不只限于三个，只要能够在小翼与小翼间存在主流的流速，则也可以为任意个。

关于本发明的压缩机叶轮的第五实施方式，参照图5、图6A及图6B进行说明。另外，以下叙述的实施方式的叶轮适用于离心式压缩机。

图5是本实施方式的叶轮310的主要部分立体图，省略了从叶轮入口端到出口端的长度内距入口侧约1/4的结构。另外，图6A是图5的a-a向视剖面图，图6B是图5的b-b向视剖面图。

如图5所示，本实施方式的叶轮310主要构成要素有多个叶片11和配置在这些叶片11的根部R上的轮毂12。

叶片11分别设置在轮毂12的表面上，使其前缘LE位于轮毂12的小径侧端部12a，其后缘TE位于轮毂12的大径侧端部12b(参照图14A)。

在轮毂面(轮毂的表面)12c的离心力F1(参照图14A)相对轮毂面12c垂直作用的区域，例如从叶轮入口端到出口端的长度内从距入口侧约1/4的位置(在图5中影线所示的位置)到相对轮毂面12c垂直的方向作用的力F2为零的位置的区域，且位于叶片11与叶片11之间的区域，沿叶片11的翼面(或者叶片11的根部R)设有多条(图5所示为五条)直线状的槽313(边界层扩大防止部)。

另外，图5中的符号314表示用圆头槽铣刀切削加工制作叶片310的加工痕迹，是在轮毂面12c的相对轮毂面12c垂直的方向作用的力F2为0的区域设置的十二个小槽。该槽的最大深度以及宽度分别如前所述，一般为叶轮外径的0.2％左右。因此，若叶轮直径为100mm，则其最大深度以及宽度分别为0.2mm左右。

如图6A及图6B所示，作为边界层扩大防止部设置的槽313比叶轮制作时形成的机械加工痕迹的槽314深。即H1＞h1。在此，H1是槽313的最大深度，h1是对轮毂面12c切削加工时的加工痕迹深度。

优选槽313的最大深度H1设为轮毂面边界层的排除厚度的程度，具体地说，优选大于或等于叶轮外径的0.3％小于或等于2.0％，最好大于或等于0.5％小于或等于2.0％。即，若叶轮外径为100mm，则槽313的最大深度H1优选0.3mm～2.0mm，最好为0.5mm～2.0mm。

这样，通过在轮毂面12c的离心力F1垂直作用于轮毂面12c的区域沿叶片11的翼面设置多个直线状槽313，使沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动越过槽313的峰部而流入相邻槽313的谷部，或者越过槽313的峰部向相邻槽313的上方斜向进入，在沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动上产生乱流，能够防止边界层的扩大或流动的分离。

另外，由于槽313直线状形成，所以既容易进行槽313的加工又可以抑制制造成本。

下面，使用图7说明本发明的压缩机叶轮的第六实施方式。图7是同上述的图5相同的图，是省略了从叶轮入口端到出口端的长度内距入口侧约1/4结构的主要部分立体图。

本实施方式的叶轮320在作为边界层扩大防止部的槽323的平面看形状形成为波形这一点上与第五实施方式不同。因其它构成要素同上述的第五实施方式相同，故在此省略这些构成要素的说明，而只对槽323的平面看形状进行说明。

另外，与第五实施方式相同的部件标注相同的符号。

本实施方式的作为边界层扩大防止部的槽323，其平面看形状为波形，即平面看的峰部和谷部分别由光滑的曲线形成，并且这些峰部和谷部连续形成。由于槽323的深度同上述的第五实施方式的槽313相同，在此省略其说明。

这样，通过使作为边界层扩大防止部的槽323的平面看形状为波形，可形成使越过槽323的峰部流入相邻槽323的谷部、或者越过槽323的峰部向相邻槽323的上方斜向进入的流体的方向与槽323的峰部所成的角度比第五实施方式的角度大的部分，在该部分沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动产生更强的乱流，能够防止边界层的扩大流动的分离。

使用图8A以及图8B说明本发明的压缩机叶轮的第七实施方式。图8A是与上述的图5及图7相同的图，是省略了从叶轮入口端到出口端的长度内距入口侧的约1/4结构的主要部分立体图。

本实施方式的叶轮330在作为边界层扩大防止部的槽333的平面看形状形成为锯齿状这一点上与上述实施方式的情形不同。因其它构成要素同上述的实施方式相同，故在此省略这些构成要素的说明、而只对槽333的平面看形状进行说明。

另外，与上述实施方式相同的部件标注相同的符号。

如图8B所示，本实施方式的作为边界层扩大防止部的槽333，其平面看形状为锯齿状，即分别由两个直线形成平面看的峰部和谷部，并且这些峰部和谷部连续并将其直线连接。槽333的宽度及深度同上述的实施方式相同，在此省略其说明。

这样，通过使作为边界层扩大防止部的槽333的平面看形状为锯齿形，从而可形成使越过槽333的峰部流入相邻槽333的谷部、或者越过槽333的峰部向相邻槽333的上方斜向进入的流体的方向与槽333的峰部形成的角度比第五实施方式大的部分，并且使该部分形成得比第六实施方式多，因此，由于沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动而产生更强的乱流，能够防止边界层的扩大或流动的分离。

使用图9A以及图9B说明本发明的压缩机叶轮的第八实施方式。图9A是与上述图5、图7及图8A相同的图，是省略了从叶轮入口端到出口端的长度内距入口侧的约1/4结构的主要部分立体图。

本实施方式的叶轮340在作为边界层扩大防止部的槽343相互交叉而形成这一点上与上述实施方式不同。因其它构成要素同上述的实施方式，在此省略这些构成要素的说明而只对槽343进行说明。

另外，与上述实施方式相同的部件标注相同的符号。

如图9B所示，本实施方式的作为边界层扩大防止部的槽343由从一侧向另一侧斜向横切在叶片11和叶片11间形成的流路而形成的多个槽343a、与这些槽343a交叉形成并从另一侧向一侧斜向横切在叶片11和叶片11间形成的流路而形成的多个槽343b构成。即，图中将从左下向右上延伸的槽343a和从右下向左上延伸的槽343b相互交叉而形成。

另外，在图9A以及图9B中，表示槽343a、343b的实线表示槽的最深部分形成的线。

另外，符号343c表示刻槽343a、343b之后残留的部分，即叶轮制作时形成的机械加工痕迹在顶部表面残留的突起。

槽343a、343b的宽度及深度同上述的实施方式相同，故在此省略其说明。

这样，通过使作为边界层扩大防止部的槽343相互交叉形成，从而形成多个突起343c，沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动冲撞这些突起343c，或越过这些突起343c而流入相邻槽343a、343b的谷部，或越过这些突起343c向相邻槽343a、343b的上方斜向进入，沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动产生乱流，能够防止边界层的扩大或流动的分离。

使用图10A以及图10B说明本发明的压缩机叶轮的第九实施方式。图10A是与上述图5、图7、图8A及图9A同样的图，其是省略了从叶轮入口端到出口端的长度内距入口侧的约1/4结构的主要部分立体图。

本实施方式的叶轮350在作为边界层扩大防止部的槽353在以叶轮350的旋转轴线为中心的同心圆上形成这一点上与上述的实施方式不同。其它构成要素由于与上述的实施方式相同，故在此省略对这些构成要素的说明，只是说明槽353。

另外，与上述的实施方式相同的部件标注同一符号。

如图10A所示，本实施方式的作为边界层扩大防止部的槽353与以叶轮350的旋转轴线为中心的同心圆上，即从叶轮350的旋转轴线向叶轮350的外周缘延伸的放射线成正交。另外，图10B是10A的c-c向视剖面图。

槽353的宽度及深度同上述的实施方式相同，在此省略其说明。

这样，由于作为边界层扩大防止部的槽353在以叶轮350的旋转轴线为中心的同心圆上形成，从而沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的全部流动越过槽353的峰部而流入相邻槽353的谷部，或越过353的峰部向相邻槽353的上方斜向进入，沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动产生乱流，从而防止边界层的扩大或流动的分离。

另外，由于槽353直线状形成，所以可容易地进行槽353的加工，且可抑制制造成本。

另外，该同心圆上的槽既可形成同第六实施方式相同的波形，也可形成同第七实施方式相同的锯齿状。

使用图11说明本发明的压缩机叶轮的第十实施方式。图11是与上述的图5、图7、图8A、图9A及图10A同样的图，是省略了从叶轮入口端到出口端的长度内距入口侧约1/4结构的主要部分立体图。

本实施方式的叶轮360在将作为边界层扩大防止部的槽363分成多个区域形成(本实施方式是三个区域363a、363b、363c)这一点上与上述的实施方式不同。因其它构成要素同上述实施方式，在此省略这些构成要素的说明，而只对槽363进行说明。

另外，与上述实施方式相同的部件标注相同的符号。

如图11所示，本实施方式的作为边界层扩大防止部的槽363基本上同图5所示的第五实施方式相同，但是，在槽363从上游侧到下游侧被分割为三个区域363a、363b、363c这一点上与第五实施方式不同。即，轮毂面12c的离心力相对轮毂面12c垂直作用的区域，例如从叶轮入口端到出口端的长度内从距入口侧约1/4的位置(在图5阴影所示的位置)到相对轮毂面12c垂直方向作用的力F2为0的位置的区域被分割为三个区域363a、363b、363c，并且在各区域的叶片11与叶片11之间，沿叶片11的表面均匀地设置多个(图11表示在区域363a形成四个、在区域363b形成四个、在区域363c形成五个)直线状的槽363。

槽363的宽度及深度同上述的实施方式相同，因此在此省略其说明。

另外，其作用和效果也与上述的第五实施方式相同，在此省略其说明。

使用图12A以及图12B说明本发明的压缩机叶轮的第十一实施方式。图12A是与上述图5、图7、图8A、图9A、图10A及图11同样的图，是省略了从叶轮入口端到出口端的长度内距入口侧约1/4结构的主要部分立体图。

本实施方式的叶轮370在作为边界层扩大防止部设置多个凸部373a以及多个凹部(凹窝)373b代替已述的槽这一点上与上述的实施方式不同。因其它构成要素同上述实施方式，在此省略这些构成要素的说明，而只对凸部373a以及凹部373b进行说明。

另外，与上述实施方式相同的部件标注相同的符号。

如图12A所示，本实施方式作为边界层扩大防止部的凸部373a以及凹部373b平面看分别呈圆形，且如图12B所示其断面看呈半圆形。

凸部373a以及凹部373b的直径及深度同上述的实施方式相同，优选大于或等于叶轮外径的0.3％且小于或等于2.0％，最好大于或等于0.5％且小于或等于2.0％。

这样，由于边界层扩大防止部由多个凸部373a以及多个凹部373b构成，从而沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动冲撞这些凸部373a，或越过这些凸部373a流入而相邻凹部373b，或越过这些凸部373a向相邻凸部373a及凹部373b的上方斜向进入，沿轮毂面12c流过轮毂面12c附近的流动产生乱流，能够防止边界层的扩大或流动的分离。

另外，本发明不仅适用于离心式压缩机，也可以适用于斜流式压缩机。但是，斜流式压缩机中，与离心压缩机不同，由于离心力F1相对轮毂面12c垂直作用到叶轮出口端，因此，在本发明适用于斜流式压缩机的情况下，设置上述的边界层扩大防止部的区域到叶轮出口端为对象。即，图5、图7、图8A、图9A、图10A、图11及图12A所示的槽314的部分也是该图中所示的设置边界层扩大防止部的对象区域。

在具有已述的叶轮的离心式压缩机或斜流式压缩机中，由于能防止边界层的扩大或流动的分离，所以，能够减小叶轮内部的损失并且提高压缩效率。

另外，槽313、323、333、343a、343b、353、363的断面形状不只限定于图6B的情形，例如也可为图13A或图13B所示的截面形状。

即，如图13A所示，也可以形成为如下的形状，即，曲线形成槽的谷部，同时将槽的谷和峰的顶点直线连接的锯齿的截面形状，或如图13B所示，也可以为开始制作叶轮时在槽的顶部一直残留有加工痕迹314的状态。

另外，本发明不仅适用于用切削加工制作的叶轮，也可以适用于通过铸造制作的铸造叶轮。对于这种情况，只要对预铸型表面施行用于形成上述的边界层扩大防止部的办法即可。

另外，本发明的边界层扩大防止部不只限定于上述的槽、凸部或凹部等，即使仅为比通常使用的轮毂面粗糙的面，也能够得到与上述的效果同样的效果。

Claims (28)

1、一种压缩机叶轮，具有多个叶片和配置于该多个叶片根部的轮毂，流体流过的所述轮毂表面的至少一部分相对旋转轴线倾斜，其中，在所述轮毂的表面设有减小由流体的流动产生的边界层厚度的边界层降低部。

2、如权利要求1所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层降低部设置在作用于流体流动的离心力作用在使流体的流动从所述轮毂表面分离的方向上的部位。

3、如权利要求1所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层降低部设置在从该叶轮的入口端到出口端的长度的距叶轮的入口端约1/4的位置的下游侧。

4、如权利要求1所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层降低部作为向垂至于所述轮毂表面的方向突出的凸部而形成。

5、如权利要求4所述的压缩机叶轮，其中，所述凸部作为在所述叶片间沿所述叶片的翼面形成的至少一个小翼而设置。

6、如权利要求5所述的压缩机叶轮，其中，所述小翼的高度设定为所述叶片高度的约1/10～约1/2。

7、如权利要求5所述的压缩机叶轮，其中，所述小翼间的最大距离设定为大于在所述轮毂表面由于流体的流动而产生的边界层厚度的2倍。

8、如权利要求3所述的压缩机叶轮，其中，所述压缩机叶轮是离心式压缩机的叶轮，所述边界层降低部一直设置到作用于相对所述轮毂表面垂直的方向的力为零的位置上。

9、如权利要求8所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层降低部也从相对所述轮毂表面垂直的方向作用的力为零的位置进一步向下游侧延伸设置。

10、如权利要求9所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层降低部一直设置到所述叶轮的出口端。

11、如权利要求3所述的压缩机叶轮，其中，所述压缩机叶轮是斜流式压缩机的叶轮，所述边界层扩大防止部一直设置到叶轮的出口端。

12、一种压缩机叶轮，其具有多个叶片和设置于该多个叶片根部的轮毂，流体流过的所述轮毂的表面的至少一部分相对旋转轴线倾斜，其中，在所述轮毂的表面设有防止由流体的流动产生的边界层扩大的边界层扩大防止部。

13、如权利要求12所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层扩大防止部设置在作用于流体流动的离心力作用在使流体的流动从所述轮毂表面分离的方向的部位。

14、如权利要求12所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层扩大防止部设置在从所述叶轮的入口端到出口端的长度的距叶轮的入口端约1/4的位置的下游侧。

15、如权利要求14所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层降低部由多个槽构成。

16、如权利要求15所述的压缩机叶轮，其中，所述多个槽在所述叶片间沿所述叶片的翼面形成直线状。

17、如权利要求16所述的压缩机叶轮，其中，所述直线状槽从上游侧到下游侧被分割成多个区域。

18、如权利要求15所述的压缩机叶轮，其中，所述多个槽在所述叶片间平面看形成波形。

19、如权利要求15所述的压缩机叶轮，其中，所述多个槽在所述叶片间形成平面锯齿形。

20、如权利要求15所述的压缩机叶轮，其中，所述多个槽由在所述叶片间从一侧叶片向另一侧叶片斜向横切流路而形成的多个槽、与这些槽交叉并从另一侧叶片向一侧叶片斜向横切流路而形成的多个槽构成。

21、如权利要求15所述的压缩机叶轮，其中，所述多个槽在所述叶片间以该叶轮的旋转轴线为中心的同心圆上形成。

22、如权利要求14所述的压缩机叶轮，其中，所述边界层降低部由多个凹凸构成。

23、如权利要求22所述的压缩机叶轮，其中，所述多个凹凸平面看分别形成圆形。

24、如权利要求15或22所述的压缩机叶轮，其中，所述槽或凹凸的最大深度大于或等于该叶轮外径的0.3％、小于或等于2.0％。

25、如权利要求15或22所述的压缩机叶轮，其中，所述槽或凹凸的最大深度大于或等于叶轮外径的0.5％、小于或等于2.0％。

26、如权利要求15或22所述的压缩机叶轮，其中，所述压缩机叶轮是离心式压缩机叶轮，所述边界层扩大防止部一直设置到作用于相对所述轮毂面垂直的方向的力为零的位置。

27、如权利要求15或22所述的压缩机叶轮，其中，所述压缩机叶轮是斜流式压缩机叶轮，所述边界层扩大防止部一直设置到该叶轮的出口端。

28、一种压缩机，其具有权利要求1或12所述的叶轮。

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