[发明专利]斜流式涡轮或者径流式涡轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型燃气轮机、增压器、膨胀器等使用的斜流式涡轮或者径流式涡轮。 

背景技术

该种涡轮，例如在专利文献1等中所示，在轮毂的外周放射状地配置有多个叶片。 

涡轮的效率，相对于叶片入口的圆周速度U与涡轮入口温度及压力比将工作流体(气体)加速的最大流速、即理论速度C0的比、也就是理论速度比(＝U/C0)而表示。 

径流式涡轮具有效率达到峰值的某一理论速度比U/C0。理论速度C0根据气体的状态变化、即气体的温度、压力变化而变化。 

由于理论速度C0变化时，流入叶片的前翼的气体的流入角度变化，因而前缘与气体的流入角之间的角度差变大。 

这样，前缘与气体流入角之间的角度差变大时，流入的气体在前缘剥离，因而冲撞损失变大，发生倾角损失。 

另一方面，在斜流式涡轮中，如图13所示，叶片101构成为，从沿着轮毂103的外周面的截面105看，弯曲线(叶片厚的中心线)107一般呈向旋转方向109侧凸出弯曲的形状。 

因此，使前缘102的叶片角α为沿着流入的气体的形状，即可以 使叶片角α与相对流动角β一致，因而例如可以形成以低理论速度比(低U/C0)降低倾角损失的叶片角α。 

这样，如果可以提高低U/C0的效率，则可以抑制斜流式涡轮的外形，在响应性方面具有效果。 

专利文献1日本特开2002-364302号公报 

但是，斜流式涡轮等中的气体流场，基本上由自由漩涡形成。因此，例如，绝对圆周方向流速Cu如图3所示相对于半径位置成反比例关系。另一方面，叶片101的圆周速度U处于与半径位置成正比例的关系，因而在气流与叶片101之间产生相对圆周方向流速Wu。 

对应于半径位置来描绘该相对圆周方向流速Wu，如图4所示成为向下侧凸出(向反旋转方向凸出)弯曲的曲线。换言之，随着径向位置变小，朝向旋转方向的变化率增大，即具有朝旋转方向的变化率。 

图5示意地表示此时的相对流速变化的轨迹。相对流速W是沿图4变化的相对圆周方向流速Wu与大致一定的相对径向流速Wr合成的流速，其大小的变化具有与图4所示的相对圆周方向流速Wu类似的倾向。 

相对流速W与相对圆周方向流速Wu所成的角度，为其半径位置上的相对流动角β。 

即使令前缘的叶片角α与相对流动角β一致(即，使前缘与相对流速W的轨迹一致)，与相对流速W向反旋转方向凸出弯曲相对，叶片101的弯曲线107向旋转方向凸出弯曲(换言之，叶片角α随着径向位置变小其朝向旋转方向的变化率变小，即具有朝反旋转方向的变化率)，因而随着从前缘朝向下游、两者的间隔急剧扩大。由于这两者的间隔、即施加在叶片上的载荷Fc急剧扩大，因此，因该载荷而从压力面侧向负压面侧发生漏流，发生倾角损失。

并且，随着理论速度C0的变化、气体的流入角变化时，流入的气体在前缘剥离，因而冲撞损失增大，发生倾角损失。 

发明内容

本发明鉴于上述问题点，目的在于提供一种斜流式涡轮或者径流式涡轮，可以抑制施加在叶片前缘部的载荷的急剧增加，并可以降低倾角损失。 

为了解决上述问题，本发明采用如下方案。 

即，本发明提供一种斜流式涡轮或径流式涡轮，具有：轮毂；多个叶片，大致等间隔地设置在该轮毂的外周面上，并且观察从前缘侧至后缘侧的整体时，叶片截面的弯曲线向旋转方向侧凸出弯曲，其中，在上述叶片的前缘部设有拐折部，该拐折部以沿着上述外周面的截面上的弯曲线向上述旋转方向侧凹入弯曲的方式拐折。 

这样，由于在叶片的前缘部设有以沿着轮毂外周面的截面上的弯曲线向旋转方向侧凹入弯曲的方式拐折的拐折部，因而在拐折部，叶片角随着径向位置变小、其向旋转方向的变化率增大，即具有朝旋转方向的变化率。 

因此，在前缘的叶片角与相对流动角一致(即，使前缘与相对流速的轨迹一致)的情况下，拐折部上的叶片角以大致沿着相对流速变化的方式变化，因而可以减小叶片表面与相对流速之间的间隔，可以抑制急剧的增加。 

因此，可以在前缘部防止施加在叶片上的载荷的急剧扩大，因而 可以抑制因该载荷而从压力面侧至负压面侧发生漏流，可以降低倾角损失。 

在上述发明中，优选的是，在将上述叶片投影到圆筒面上时的前缘部上，设有以弯曲线向上述旋转方向侧凹入弯曲的方式拐折的拐折部。