诱导轮制造技术

本发明专利技术涉及在具有多个同一形状的叶片的诱导轮中，能够使气穴的动作稳定性最佳化的诱导轮形状。诱导轮具有同一形状的多个叶片，其中，叶尖侧的叶片负荷在叶片的前半部比叶片的后半部大，在设诱导轮的从周向的叶片角度为βb(度)，设子午面距离为m(毫米)时，叶片角度增加率dβb/dm在叶尖侧从叶片前缘到无量纲子午面位置0.15为0.2以上，并且在中间跨度中从叶片前缘到无量纲子午面位置0.15为0.25以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】诱导轮
本专利技术涉及在具有同一形状的多个叶片的诱导轮中能够使气穴(cavitation)的动作稳定性最佳的诱导轮形状。
技术介绍
以往，为提高泵的吸入性能，有在主轴的前端部安装被称为诱导轮的轴流型或斜流型的叶轮的情况。以往的诱导轮叶片的设计采取如下设计方法：设计沿着叶尖的叶片角度，并基于叶尖叶片角度，根据螺旋条件来决定沿着毂部的叶片角度。从诱导轮的叶尖的入口(前缘)到出口(后缘)之间的叶片角度为了满足对诱导轮要求的扬程，而被设计成：成为恒定或者阶梯状地增加、直线性地增加、二次线性地增加。在诱导轮中，公知在泵入口压力降低时，因叶片上产生的气穴的发展，发生被称为旋转气穴或气穴浪涌(cavitationsurge)等气穴动作的不稳定现象。但是，在以往的诱导轮设计方法中，没有提出抑制这些气穴不稳定现象的诱导轮叶片形状。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利第4436248号公报
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述情况而研发的，其目的是提供一种诱导轮，是使用如下预测评估方法导出的诱导轮，当最佳地设计泵等所使用的具有同一形状的多个叶片的诱导轮时，不使用时间成本及计算成本大的非稳态CFD，能够从稳态CFD的计算结果以更低成本预测评估气穴的动作稳定性，能够抑制气穴动作的不稳定现象。为实现上述目的，本专利技术是使用预测评估具有同一形状的多个叶片的诱导轮的气穴的动作稳定性的方法导出的诱导轮。该预测评估方法是如下方法，利用CFD(ComputationalFluidDynamics；计算流体动力学)解析预测评估对象的流场，抽出各叶片的叶片面的特定方向的压力分布，特定各叶片的压力分布的特征性的压力分布形状的位置，将各位置的偏差作为表示气穴的动作稳定性的指标。根据本专利技术的用于导出诱导轮的预测评估方法，利用CFD解析预测评估对象的流场，关于多个同一形状的叶片，求出各叶片的叶片面的特定方向的压力分布。例如，求出各叶片的子午面方向的叶片面静压分布。其次，特定各叶片的压力分布的特征性的压力分布形状的位置。例如，叶片面静压分布的情况下，对静压取极大值的子午面位置进行特定。然后，求出被特定的各位置的偏差，将各位置的偏差作为表示气穴的动作稳定性的指标。例如，在对静压取极大值的子午面位置进行特定的情况下，取极大值的位置的子午面位置的偏差大的情况下，评估为气穴动作的不稳定性大，取极大值的位置的子午面位置的偏差小的情况下，评估为气穴动作的稳定性大。在各叶片的子午面中的叶尖附近，具有气穴发展的倾向，从而将特定方向的压力分布作为各叶片的子午面中的叶尖附近的压力分布。各叶片的负压面上的压力分布的极大值的位置不同是指各叶片的压力分布不同，从而能够认为气穴的分布也发生偏差。为求出能够抑制气穴动作的不稳定现象的诱导轮形状，对于诱导轮的设计参数和所述气穴分布的偏差的大小进行灵敏度预测。该情况下，设计参数是叶尖侧的负荷分布的斜率(slope)即SLT，毂部侧的负荷分布的斜率(slope)即SLH，叶尖侧及毂部侧的发生率(Incidence)即INCT、INCH，自由涡流型或强制涡流型等的出口涡流形式。这些设计参数具有对气穴的动作稳定性影响大的参数和相反地影响小的参数。通过这些设计参数预测对气穴的动作稳定性的灵敏度，求出使气穴的动作稳定性最佳化的诱导轮形状。使所述气穴的动作稳定性最佳化包括气穴的动作稳定性最大、和在维持了诱导轮性能的基础上收敛于能够允许气穴的动作稳定性的范围内。本专利技术限定了使通过上述方法得到的气穴的动作稳定性最佳化的诱导轮形状。即，本专利技术的诱导轮是具有多个同一形状的叶片的诱导轮，其特征在于，叶尖侧的叶片负荷在叶片的前半部比叶片的后半部大，在设诱导轮的从周向的叶片角度为βb(度)，设子午面距离为m’(毫米)时，叶片角度增加率dβb/dm’在叶尖侧从叶片前缘到以叶片前缘为0、叶片后缘为1而标准化的子午面位置0.15为0.2以上，并且在中间跨度中从叶片前缘到标准化的子午面位置0.15为0.25以上。根据本专利技术的优选方式，其特征在于，所述叶片角度增加率dβb/dm’在叶尖侧从叶片前缘到标准化的子午面位置0.15为0.2～2.0，并且在中间跨度中从叶片前缘到标准化的子午面位置0.15为0.25～2.0。根据本专利技术的优选方式，其特征在于，叶尖侧的叶片形状是如下的叶片形状：从叶片前缘到标准化的子午面位置0.2，叶片角度增加，从标准化的子午面位置0.2到0.5，叶片角度相对于子午面距离的增加率减小，从标准化的子午面位置0.5到约0.85，叶片角度再次增加，从标准化的子午面位置约0.85到叶片后缘，叶片角度减小，而且，中间跨度中的叶片形状是从叶片前缘到标准化的子午面位置0.2，叶片角度增加的叶片形状。根据本专利技术的优选方式，其特征在于，所述叶尖侧的叶片形状是从标准化的子午面位置0.2到0.5，虽然叶片角度相对于子午面距离的增加率减小但叶片角度不减小的叶片形状。本专利技术的泵的特征在于，具有：技术方案1至4中任一项所述的诱导轮；配置在所述诱导轮的下游侧的叶轮；支承所述诱导轮和所述叶轮的主轴。专利技术的效果根据本专利技术的诱导轮，能够得到高的吸入性能，并且能够抑制气穴动作的不稳定现象。附图说明图1是表示具有本专利技术的一实施方式的诱导轮的涡轮泵的一部分的剖视图。图2是图1所示的诱导轮的立体图。图3是用于说明3个叶片的诱导轮的吸入性能以及气穴动作的不稳定现象的发生范围及其种类的例子的图。图4是关于图3所示的诱导轮的吸入性能，与由稳态CFD计算的结果进行比较的情况。图5A表示从前方观察发生了由稳态CFD求出的气穴的诱导轮的形状。图5B是表示诱导轮叶尖部附近的诱导轮各叶片的叶片面静压分布的图。图6A是表示诱导轮内气穴空泡率50％以上的区域的体积Vc(用与诱导轮流路部体积Vind之比即Vc/Vind表示)相对于气穴数σ的变化的图。图6B是表示诱导轮内气穴区域的分散VT相对于气穴数σ的变化的图。图7是表示包含气穴的动作稳定性在内的诱导轮的设计最佳化的一例的流程图。图8A是表示设计参数的例子的图，图8A表示对毂部侧和叶尖侧的诱导轮负荷分布进行设定的参数。图8B是表示设计参数的例子的图，图8B表示设定出口涡流形式的参数。图9A是表示设计参数对气穴体积带来的影响的图。图9B是表示设计参数对气穴体积带来的影响的图。图9C是表示设计参数对气穴分布的偏差带来的影响的图。图10A是表示诱导轮负荷分布的图。图10B是表示关于图10A的负荷分布的诱导轮通过CFD求出气穴空泡率50％的等值面的结果的图。图10C是表示关于图10A的负荷分布的诱导轮通过CFD求出叶片面的NPSH(NetPositiveSuctionHead；净正吸入压头)的结果的图。图11A是表示诱导轮负荷分布的图。图11B是表示关于图11A的负荷分布的诱导轮通过CFD求出气穴空泡率50％的等值面的结果的图。图11C是表示关于图11A的负荷分布的诱导轮通过CFD求出叶片面的NPSH(净正吸入压头)的结果的图。图12A是表示诱导轮负荷分布的图。图12B是表示关于图12A的负荷分布的诱导轮通过CFD求出气穴空泡率50％的等值面的结果的图。图12C是表示关于图12A的负荷分布的诱导轮通过CFD求出叶片面的NPSH(净正吸入压头)的结果的图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种诱导轮，具有多个同一形状的叶片，其特征在于，叶尖侧的叶片负荷在叶片的前半部比叶片的后半部大，在设诱导轮的从周向的叶片角度为βb(度)、设子午面距离为m(毫米)时，叶片角度增加率dβb/dm在叶尖侧从叶片前缘到无量纲子午面位置0.15为止为0.2以上，并且在中间跨度中从叶片前缘到无量纲子午面位置0.15为止为0.25以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.18 JP 2012-0083331.一种诱导轮，具有多个同一形状的叶片，其特征在于，叶尖侧的叶片负荷在叶片的前半部比叶片的后半部大，在设诱导轮的叶片的中弧线和周向所成的角即叶片角度为βb度、设子午面距离为m’毫米时，叶片角度增加率dβb/dm’在叶尖侧从叶片前缘到以叶片前缘为0、叶片后缘为1而标准化的子午面位置0.15为止为0.2以上，并且在中间跨度中从叶片前缘到标准化的子午面位置0.15为止为0.25以上。2.如权利要求1所述的诱导轮，其特征在于，所述叶片角度增加率dβb/dm’在叶尖侧从叶片前缘到标准化的子午面位置0.15为止为0.2～2.0，并且在中间跨度中从叶片前缘到标准化的子午面位置0.15为止为0.25～2.0。3.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边启悦，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP