[发明专利]涡轮机及水轮机转子

说明书

技术领域

本发明涉及通过叶轮从流体得到能量的涡轮机及水轮机转子(runner)。

背景技术

通过叶轮从流体得到能量的涡轮机具备具有安装在轴的周围的多个旋转叶片的叶轮和设置在叶轮的外圆周一侧的轮盖(shroud)(外部外壳)，该涡轮机使从叶轮的轴向或轴的倾斜方向流入的流体向叶轮的轴向流出。

这种涡轮机的旋转叶片在叶轮的径向上延伸至轮盖附近。因此，越是靠近叶轮的径向外侧(即轮盖一侧)，旋转时的旋转叶片的圆周方向速度就变得越大。为使旋转叶片在整个表面区域上的负荷均衡，旋转叶片的形状一般设计成沿着流体流动的方向。因此，在根据该思想设计旋转叶片时，越靠近叶轮的径向外侧，旋转叶片的叶弦与叶轮的旋转方向(圆周方向)的夹角就变得越小。即，旋转叶片以越靠近叶轮的径向外侧就越接近叶轮的旋转方向的方式扭转。

例如，在日本特开平7-54752号公报中公开有下述轴流水轮机，该轴流水轮机作为具备上述形状的旋转叶片的涡轮机的一种，具备可自由旋转地支撑的转子(叶轮)和从转子的外圆周一侧覆盖转子的轮盖。

专利文献1：日本特开平7-54752号公报

然而，在具有上述形状的旋转叶片的轮盖一侧的端部(末端部)，通过旋转叶片的流体的速度较高，因而与旋转轴侧部分相比具有易于得到较大的负荷的优点。但是，与此相对，由于流体的速度较高再加上接近轮盖，存在容易产生剥离或逆流的趋势。此外，由于在旋转叶片的轮盖一侧的端部与轮盖之间存在间隙，也存在产生由泄漏引起的压力损失或气蚀(cavitation)的危险。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种抑制在旋转叶片的轮盖一侧的端部的剥离、逆流、泄漏以及气蚀，并且在整体能效上优良的涡轮机。

为实现上述目的，本发明具备：具有可自由旋转地支撑的轴，在该轴的周围设置有多个旋转叶片的叶轮；以及设置为在该叶轮的外圆周一侧与上述旋转叶片夹有间隔的轮盖；上述旋转叶片在从上述轴朝向上述轮盖的方向上扭转，在上述轮盖附近处的上述旋转叶片的扭转方向与上述轴附近的上述旋转叶片的扭转方向相反。

本发明的效果如下。

采用本发明，由于减少了旋转叶片的轮盖一侧的叶片负荷，能够抑制旋转叶片的轮盖一侧的端部的泄漏、剥离、气蚀以及逆流，并且能够提高涡轮机整体的能效。

附图说明

图1是在本发明的第一实施方式的水轮机中，从水轮机转子的径向观察水轮机转子周边的图。

图2是从水轮机转子的轴向观察本发明的第一实施方式的旋转叶片的图。

图3是从水轮机转子的径向观察本发明的第一实施方式的旋转叶片的图。

图4是本发明的第一实施方式的旋转叶片的任意位置的剖视图。

图5是从水轮机转子的径向观察以往的水轮机转子的旋转叶片的图。

图6是以往的水轮机转子的旋转叶片的叶片表面的压力分布图。

图7是对于本发明的第一实施方式的旋转叶片的任意位置的剖面，表示在流体流入时作用的力的图。

图8是本发明的第一实施方式的旋转叶片的叶片表面的压力分布图。

图9是在本发明的第二实施方式的水轮机中，从水轮机转子的径向观察水轮机转子周边的图。

图10是本发明的第二实施方式的旋转叶片的任意位置的剖视图。

其中：

1-旋转叶片，3-水轮机转子，4-轮盖，5-内部外壳，6-轴，7-轮盖一侧的端部，8-前缘，9-后缘，10、11、12、13-圆筒面，10b、11b、12b、13b-叶片剖面，20-水轮机转子的旋转方向，30-流入角度，40-中心轴(水轮机转子的旋转轴)，57-迎角，58-基准线，60-叶弦角度，70-在第一区间的旋转叶片1的扭转方向，71-在第二区间的旋转叶片1的扭转方向，90、91、92、93-圆锥面，R1、R2-基准半径。

具体实施方式

下面，使用附图对本发明的实施方式进行说明。首先，作为用于实施本发明的涡轮机以轴流水轮机为例进行说明。轴流水轮机是具有与水轮机转子的轴大致成直角地安装的旋转叶片，使从水轮机转子的轴向流入的流体通过旋转叶片向轴向流出的水轮机。

图1是在本发明的第一实施方式的水轮机(水力机械)中，从水轮机转子的径向观察水轮机转子周边的侧视图。该图所示的水轮机，即横轴贯流式水轮机，其具备：水轮机转子(叶轮)3；与水轮机转子3隔着间隔设置在水轮机转子3的外圆周一侧的轮盖(外部外壳)4；与轮盖4隔着间隔设置在轮盖4的内侧的内部外壳5。