(57)【要約】【課題】生産性が高く生産コストを低減させたガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】回転することによって空気を圧縮する圧縮機１と、前記圧縮機１から送り出された圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器２と、前記燃焼器２から送り出された燃焼ガスを受けて回転するタービン３と、で構成されるガスタービンエンジン１００において、前記圧縮機１から送り出された圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整えて前記燃焼器２へ案内するアキシャルディフューザ５２（１５２）を具備し、前記アキシャルディフューザ５２（１５２）は、板材を折り曲げることによって形成された凹凸を圧縮空気の案内通路５２ｐとした、ものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転することによって空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から送り出された圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から送り出された燃焼ガスを受けて回転するタービンと、で構成されるガスタービンエンジンにおいて、
前記圧縮機から送り出された圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整えて前記燃焼器へ案内するアキシャルディフューザを具備し、
前記アキシャルディフューザは、板材を折り曲げることによって形成された凹凸を圧縮空気の案内通路とした、ことを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記アキシャルディフューザは、前記板材を環状にすることで放射状に配置される前記凹凸の側板部分によって翼列を構成した、ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
前記アキシャルディフューザの内周側に配置されるハブ等の部品と、
前記ハブ等の部品に取り付けられるインナーリングと、を具備し、
前記アキシャルディフューザは、前記板材を環状にすることで周方向に配置される前記凹凸の内板部分が前記インナーリングの外周に接するように嵌め込まれる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４】
前記アキシャルディフューザの外周側に配置されるメインケーシング等の部品と、
前記メインケーシング等の部品に取り付けられるアウターリングと、を具備し、
前記アキシャルディフューザは、前記板材を環状にすることで周方向に配置される前記凹凸の外板部分が前記アウターリングの内周に接するように嵌め込まれる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記アキシャルディフューザは、互いに逆方向に回転する一対の成形歯車で前記板材を折り曲げて形成される、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれ一項に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記アキシャルディフューザは、歯面がインボリュート曲線に基づいた曲面の前記形成歯車によって形成される、ことを特徴とする請求項５に記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転することによって空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機から送り出された圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、燃焼器から送り出された燃焼ガスを受けて回転するタービンと、で構成されるガスタービンエンジンが知られている（例えば特許文献１参照）。このようなガスタービンエンジンは、圧縮機から送り出された圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整えて燃焼器へ案内するアキシャルディフューザを具備している。
【０００３】
ところで、アキシャルディフューザの生産工程では、精密鋳造工法によって形成された被切削物に対し、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）工作機械を用いて切削加工が施される。また、アキシャルディフューザの構造によっては、溶接加工が施される場合もある。このため、このようなアキシャルディフューザは、生産性が低く生産コストが高くなるという問題を有していた。従って、かかるアキシャルディフューザを具備するガスタービンエンジンは、生産性が低く生産コストが高くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８１２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、生産性が高く生産コストを低減させたガスタービンエンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１に係る発明は、
回転することによって空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から送り出された圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から送り出された燃焼ガスを受けて回転するタービンと、で構成されるガスタービンエンジンにおいて、
前記圧縮機から送り出された圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整えて前記燃焼器へ案内するアキシャルディフューザを具備し、
前記アキシャルディフューザは、板材を折り曲げることによって形成された凹凸を圧縮空気の案内通路とした、ものである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記アキシャルディフューザは、前記板材を環状にすることで放射状に配置される前記凹凸の側板部分によって翼列を構成した、ものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記アキシャルディフューザの内周側に配置されるハブ等の部品と、
前記ハブ等の部品に取り付けられるインナーリングと、を具備し、
前記アキシャルディフューザは、前記板材を環状にすることで周方向に配置される前記凹凸の内板部分が前記インナーリングの外周に接するように嵌め込まれる、ものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記アキシャルディフューザの外周側に配置されるメインケーシング等の部品と、
前記メインケーシング等の部品に取り付けられるアウターリングと、を具備し、
前記アキシャルディフューザは、前記板材を環状にすることで周方向に配置される前記凹凸の外板部分が前記アウターリングの内周に接するように嵌め込まれる、ものである。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記アキシャルディフューザは、互いに逆方向に回転する一対の成形歯車で前記板材を折り曲げて形成される、ものである。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記アキシャルディフューザは、歯面がインボリュート曲線に基づいた曲面の前記形成歯車によって形成される、ものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
請求項１から請求項６に係る発明によれば、アキシャルディフューザの生産性を向上させ、生産コストを低減させることができる。従って、かかるアキシャルディフューザを具備するガスタービンエンジンの生産性を向上させ、生産コストを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガスタービンエンジンの構成を示す図。
【図２】ガスタービンエンジンのコールドセクションを示す図。
【図３】ガスタービンエンジンのホットセクションを示す図。
【図４】ディフューザを示す図。
【図５】第一実施形態に係るアキシャルディフューザを示す図。
【図６】インナーリングを用いたアキシャルディフューザの取付構造を示す図。
【図７】アウターリングを用いたアキシャルディフューザの取付構造を示す図。
【図８】インサイドステイによるアキシャルディフューザの取付構造を示す図。
【図９】アウトサイドステイによるアキシャルディフューザの取付構造を示す図。
【図１０】その他の取付構造を示す図。
【図１１】第二実施形態に係るアキシャルディフューザを示す図。
【図１２】第三実施形態に係るアキシャルディフューザを示す図。
【図１３】第四実施形態に係るアキシャルディフューザを示す図。
【図１４】第五実施形態に係るアキシャルディフューザを示す図。
【図１５】アキシャルディフューザの設計上の留意事項を示す図。
【図１６】アキシャルディフューザの設計上の留意事項を示す図。
【図１７】アキシャルディフューザの設計上の留意事項を示す図。
【図１８】第一実施形態に係る製造装置を示す図。
【図１９】第二実施形態に係る製造装置を示す図。
【図２０】第三実施形態に係る製造装置を示す図。
【図２１】その他の歪み対策を示す図。
【図２２】生産工程における切削加工法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、ガスタービンエンジン１００について簡単に説明する。
【００１７】
図１は、ガスタービンエンジン１００の構成を示す図である。図２は、ガスタービンエンジン１００のコールドセクションＣｓを示し、図３は、ホットセクションＨｓを示している。なお、図中の矢印Ａｃは、コールドセクションＣｓにおける空気の流れを示している。また、図中の矢印Ａｈは、ホットセクションＨｓにおける空気（燃焼ガス）の流れを示している。
【００１８】
ガスタービンエンジンは、いわゆる速度形の内燃機関である。ガスタービンエンジン１００は、主に圧縮機１と、燃焼器２と、タービン３と、で構成されている。また、ガスタービンエンジン１００は、排気ノズル４や図示しない減速装置及び発電装置を備える。
【００１９】
圧縮機１は、回転することによって空気を圧縮する。圧縮機１は、回転軸Ｌの周方向に螺旋状に形成された複数のインペラ１１を備えている。圧縮機１は、回転軸Ｌを中心として回転し、各インペラ１１が空気をかくことによって該空気を圧縮する。なお、本ガスタービンエンジン１００における圧縮機１は、回転軸Ｌに対して平行に供給された空気を圧縮し、回転軸Ｌに対して垂直に圧縮空気を送り出す。
【００２０】
燃焼器２は、圧縮機１から送り出された圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる。燃焼器２は、燃焼器外筒２１の内部に燃料噴射ノズル２２が取り付けられたライナー２３を備えている。燃焼器２は、燃焼器外筒２１によってライナー２３の空気孔２３ｈから該ライナー２３の内部に圧縮空気を案内する。そして、燃焼器２は、燃料噴射ノズル２２が燃料を供給することによって該燃料を燃焼させる。なお、本ガスタービンエンジン１００における燃焼器２は、ライナー２３の下流側に燃焼ガスを案内する尾筒２４を備えており、回転軸Ｌに対して平行に燃焼ガスを送り出す。
【００２１】
タービン３は、燃焼器２から送り出された燃焼ガスを受けて回転する。本ガスタービンエンジン１００において、タービン３は、高圧タービン３１と低圧タービン３２で構成される。高圧タービン３１は、回転軸Ｌの周方向に該回転軸Ｌに対して所定の角度をなす複数のブレード３１１を備えている。また、低圧タービン３２も、回転軸Ｌの周方向に該回転軸Ｌに対して所定の角度をなす複数のブレード３２１を備えている。高圧タービン３１と低圧タービン３２は、各ブレード３１１・３２１に燃焼ガスを受け、回転軸Ｌを中心として回転する。なお、本ガスタービンエンジン１００におけるタービン３は、圧縮機１を回転させるとともに該圧縮機１に接続されたクイルシャフト１２を回転させる。クイルシャフト１２は、図示しない減速装置を介して発電装置を駆動する。
【００２２】
このように、ガスタービンエンジン１００は、連続的に空気を圧縮し、燃料を燃焼させ、回転動力を得ることができる。そして、ガスタービンエンジン１００は、連続的に得られる回転動力を利用して発電装置を駆動するのである。なお、本ガスタービンエンジン１００は、軽油等の液体燃料を用いる仕様であるが、天然ガス等の気体燃料を用いる仕様であっても良い。また、本ガスタービンエンジン１００は、いわゆる一軸式ガスタービンエンジンであるが、二軸式ガスタービンエンジンであっても良い。
【００２３】
以下に、本ガスタービンエンジン１００が採用しているディフューザ５について説明する。
【００２４】
図４は、ディフューザ５を示す図である。なお、図中の矢印Ａｃは、ディフューザ５を通過する空気の流れを示している。
【００２５】
ディフューザ５は、ラジアルディフューザ５１とアキシャルディフューザ５２で構成される。ラジアルディフューザ５１は、圧縮機１によって送り出された圧縮空気をアキシャルディフューザ５２へ案内する。アキシャルディフューザ５２は、ラジアルディフューザ５１によって案内された圧縮空気を燃焼器２へ案内する。このとき、ラジアルディフューザ５１とアキシャルディフューザ５２は、圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整える。
【００２６】
まず、ラジアルディフューザ５１について簡単に説明する。ラジアルディフューザ５１には、放射状に複数の案内通路５１ｐが形成されている。案内通路５１ｐは、圧縮空気の流れに沿って徐々に通路面積が広くなっている。従って、案内通路５１ｐを流れる圧縮空気は、通路面積が広くなるにつれて流速が低下し、次第に圧力が高くなっていく。更に、案内通路５１ｐは、圧縮機１の回転に伴う旋回方向への流れを抑制する。こうして、ラジアルディフューザ５１は、圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整えるのである。
【００２７】
次に、アキシャルディフューザ５２について簡単に説明する。アキシャルディフューザ５２には、螺旋状に複数の案内通路５２ｐが形成されている。案内通路５２ｐは、圧縮空気の流れに沿って徐々に通路面積が広くなっている。従って、案内通路５２ｐを流れる圧縮空気は、通路面積が広くなるにつれて流速が低下し、次第に圧力が高くなっていく。更に、案内通路５２ｐは、圧縮機１の回転に伴う旋回方向への流れを抑制する。こうして、アキシャルディフューザ５２は、圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整えるのである。
【００２８】
以下に、第一実施形態に係るアキシャルディフューザ５２（以降、「アキシャルディフューザ１５２」とする）について詳細に説明する。
【００２９】
図５は、第一実施形態に係るアキシャルディフューザ１５２を示す図である。図５Ａは、アキシャルディフューザ１５２の斜視図である。また、図５Ｂは、アキシャルディフューザ１５２を矢印Ｘの方向から見た図であり、図５Ｃは、矢印Ｙの方向から見た図である。
【００３０】
アキシャルディフューザ１５２は、板材を折り曲げることによって形成された凹凸５２Ｕを圧縮空気の案内通路５２ｐとしている。詳細に説明すると、アキシャルディフューザ１５２は、板材を折り曲げることによって形成された凹凸５２Ｕの凹部の外側及び凸部の内側を圧縮空気の案内通路５２ｐとしている。本実施形態において、アキシャルディフューザ１５２は、複数の凹凸５２Ｕが形成された一枚の板材を環状にして作られている。しかし、凹凸５２Ｕが形成された複数枚の板材を組み合わせて環状にしても良い。
【００３１】
凹凸５２Ｕは、矢印Ｘの方向から見て略矩形状に形成されている。このため、隣り合う凹凸５２Ｕは、内板部分５２ｉと外板部分５２ｏを側板部分５２ｓでつなげた形状となっている。こうして、アキシャルディフューザ１５２は、放射状に配置される凹凸５２Ｕの側板部分５２ｓによって翼列を構成しているのである。
【００３２】
凹凸５２Ｕは、圧縮空気の入口側端部から出口側端部にかけて徐々に位相（周方向への角度）が変化する。つまり、凹凸５２Ｕは、回転軸Ｌを中心として捻れたように形成されている。このため、アキシャルディフューザ１５２には、螺旋状に案内通路５２ｐが形成されることとなる。なお、本実施形態においては、側板部分５２ｓが内板部分５２ｉから外板部分５２ｏにかけてインボリュート曲線（図５Ｂ中の二点鎖線ＣＬ参照）に基づいた曲面となっている。この理由については後述する。
【００３３】
次に、アキシャルディフューザ１５２の取付構造について説明する。
【００３４】
図６は、インナーリング５３を用いたアキシャルディフューザ１５２の取付構造を示す図である。また、図７は、アウターリング５４を用いたアキシャルディフューザ１５２の取付構造を示す図である。
【００３５】
まず、インナーリング５３を用いたアキシャルディフューザ１５２の取付構造について説明する。アキシャルディフューザ１５２は、該アキシャルディフューザ１５２の内周側に存在するハブ５５にインナーリング５３を介して取り付けられる。ハブ５５とは、圧縮空気が流れる通路の一部を構成する部品である。以下に、かかる取付構造について具体的に説明する。
【００３６】
インナーリング５３は、環状に形成された部品である。アキシャルディフューザ１５２は、周方向に配置される凹凸５２Ｕの内板部分５２ｉがインナーリング５３の外周に接するように嵌め込まれる。そして、アキシャルディフューザ１５２が嵌め込まれた状態のインナーリング５３は、ボルトＢによってハブ５５に固定される。これにより、簡素かつ信頼性の高いアキシャルディフューザ１５２の取付構造が実現される。なお、圧縮空気の流れによってアキシャルディフューザ１５２が移動しないように、位置決めピンを用いるとしても良い。また、アキシャルディフューザ１５２をインナーリング５３に溶接するとしても良い。
【００３７】
次に、アウターリング５４を用いたアキシャルディフューザ１５２の取付構造について説明する。アキシャルディフューザ１５２は、該アキシャルディフューザ１５２の外周側に存在するメインケーシング５６にアウターリング５４を介して取り付けられる。メインケーシング５６とは、圧縮空気が流れる通路の一部を構成する部品である。以下に、かかる取付構造について具体的に説明する。
【００３８】
アウターリング５４は、環状に形成された部品である。アキシャルディフューザ１５２は、周方向に配置される凹凸５２Ｕの外板部分５２ｏがアウターリング５４の内周に接するように嵌め込まれる。そして、アキシャルディフューザ１５２が嵌め込まれた状態のアウターリング５４は、ボルトＢによってメインケーシング５６に固定される。これにより、簡素かつ信頼性の高いアキシャルディフューザ１５２の取付構造が実現される。なお、圧縮空気の流れによってアキシャルディフューザ１５２が移動しないように、位置決めピンを用いるとしても良い。また、アキシャルディフューザ１５２をアウターリング５４に溶接するとしても良い。
【００３９】
更に、かかる取付構造では、アウターリング５４をメインケーシング５６に固定するのではなく、該メインケーシング５６が取り付けられるサポートストラクチャ５７に固定することも可能である。また、図１０Ａに示すように、アウターリング５４のフランジ部分５４ｅをメインケーシング５６とサポートストラクチャ５７で挟み込み、メインケーシング５６をサポートストラクチャ５７に取り付けるためのボルトや位置決めピンで固定するとしても良い。つまり、メインケーシング５６をサポートストラクチャ５７に取り付ける際に、アウターリング５４のフランジ部分５４ｅを共締めするのである。
【００４０】
次に、インナーリング５３やアウターリング５４を用いないアキシャルディフューザ１５２の取付構造について説明する。
【００４１】
図８は、インサイドステイによるアキシャルディフューザ１５２の取付構造を示す図である。また、図９は、アウトサイドステイによるアキシャルディフューザ１５２の取付構造を示す図である。
【００４２】
まず、インサイドステイによるアキシャルディフューザ１５２の取付構造について説明する。アキシャルディフューザ１５２は、該アキシャルディフューザ１５２に設けられたステイ（インサイドステイ）を介してハブ５５に取り付けられる。以下に、かかる取付構造について具体的に説明する。
【００４３】
本取付構造に対応するアキシャルディフューザ１５２は、凹凸５２Ｕの内板部分５２ｉが延長され、この延長された部分が内周方向へ折り曲げられている。そして、本アキシャルディフューザ１５２は、内周方向へ折り曲げられた部分５２ｅがボルトＢによってハブ５５に固定される。つまり、本アキシャルディフューザ１５２は、この内周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをステイ（インサイドステイ）として利用するのである。これにより、簡素なアキシャルディフューザ１５２の取付構造が実現される。本取付構造では、圧縮空気の流れによってアキシャルディフューザ１５２が移動することがないので、位置決めピン等を用いる必要はない。
【００４４】
次に、アウトサイドステイによるアキシャルディフューザ１５２の取付構造について説明する。アキシャルディフューザ１５２は、該アキシャルディフューザ１５２に設けられたステイ（アウトサイドステイ）を介してメインケーシング５６に取り付けられる。以下に、かかる取付構造について具体的に説明する。
【００４５】
本取付構造に対応するアキシャルディフューザ１５２は、凹凸５２Ｕの外板部分５２ｏが延長され、この延長された部分が外周方向へ折り曲げられている。そして、本アキシャルディフューザ１５２は、外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅがボルトＢによってメインケーシング５６に固定される。つまり、本アキシャルディフューザ１５２は、この外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをステイ（アウトサイドステイ）として利用するのである。これにより、簡素なアキシャルディフューザ１５２の取付構造が実現される。本取付構造では、圧縮空気の流れによってアキシャルディフューザ１５２が移動することがないので、位置決めピン等を用いる必要はない。
【００４６】
更に、かかる取付構造では、アキシャルディフューザ１５２をメインケーシング５６に固定するのではなく、該メインケーシング５６が取り付けられるサポートストラクチャ５７に固定することも可能である。また、図１０Ｂに示すように、アキシャルディフューザ１５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをメインケーシング５６とサポートストラクチャ５７で挟み込み、メインケーシング５６をサポートストラクチャ５７に取り付けるためのボルトや位置決めピンで固定するとしても良い。つまり、メインケーシング５６をサポートストラクチャ５７に取り付ける際に、アキシャルディフューザ１５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅを共締めするのである。
【００４７】
以下に、第二実施形態に係るアキシャルディフューザ５２（以降、「アキシャルディフューザ２５２」とする）について詳細に説明する。
【００４８】
図１１は、第二実施形態に係るアキシャルディフューザ２５２を示す図である。図１１Ａは、アキシャルディフューザ２５２の斜視図である。また、図１１Ｂは、アキシャルディフューザ２５２を矢印Ｘの方向から見た図であり、図１１Ｃは、矢印Ｙの方向から見た図である。
【００４９】
アキシャルディフューザ２５２は、板材を折り曲げることによって形成された壁面５２Ｗと壁面５２Ｗの間を圧縮空気の案内通路５２ｐとしている。詳細に説明すると、アキシャルディフューザ２５２は、板材を折り曲げることによって形成された壁面５２Ｗと同じく板材を折り曲げることによって形成された壁面５２Ｗの間を圧縮空気の案内通路５２ｐとしている。本実施形態において、アキシャルディフューザ２５２は、複数の壁面５２Ｗが形成された一枚の板材を環状にして作られている。しかし、壁面５２Ｗが形成された複数枚の板材を組み合わせて環状にしても良い。
【００５０】
壁面５２Ｗは、板材の切込み線５２ｃで囲まれた部分を該切込み線５２ｃに沿って引き起こし、板材を折り曲げることで形成される。このため、壁面５２Ｗは、切込み線５２ｃで囲まれた部分と同じ形状となっている。こうして、アキシャルディフューザ２５２は、放射状に配置される壁面５２Ｗによって翼列を構成しているのである。
【００５１】
壁面５２Ｗは、圧縮空気の入口側端部から出口側端部にかけて徐々に位相（周方向への角度）が変化する。つまり、壁面５２Ｗは、回転軸Ｌを中心として捻れたように形成されている。このため、アキシャルディフューザ２５２には、螺旋状に案内通路５２ｐが形成されることとなる。
【００５２】
このようなアキシャルディフューザ２５２は、インナーリング５３を用いてハブ５５に取り付けることが可能である（図６参照）。また、アキシャルディフューザ２５２の内周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをハブ５５に固定するとしても良い（図８参照）。但し、アウターリング５４を用いてメインケーシング５６等に取り付ける方法やアキシャルディフューザ２５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをメインケーシング５６等に固定する方法は、困難であると考えられる（図７、図９参照）。また、メインケーシング５６とサポートストラクチャ５７でアウターリング５４のフランジ部分５４ｅを共締めする方法やアキシャルディフューザ２５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅを共締めする方法も、困難であると考えられる（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）。
【００５３】
以下に、第三実施形態に係るアキシャルディフューザ５２（以降、「アキシャルディフューザ３５２」とする）について詳細に説明する。
【００５４】
図１２は、第三実施形態に係るアキシャルディフューザ３５２を示す図である。図１２Ａは、アキシャルディフューザ３５２の斜視図である。また、図１２Ｂは、アキシャルディフューザ３５２を矢印Ｘの方向から見た図であり、図１２Ｃは、矢印Ｙの方向から見た図である。
【００５５】
アキシャルディフューザ３５２は、板材を折り曲げることによって形成された壁面５２Ｗと壁面５２Ｗの間を圧縮空気の案内通路５２ｐとしている。即ち、第二実施形態に係るアキシャルディフューザ２５２と基本的な設計思想が同じである。
【００５６】
壁面５２Ｗは、板材の切込み線５２ｃで囲まれた部分を該切込み線５２ｃに沿って引き起こし、板材を折り曲げることで形成される。本実施形態では、板材の前縁部が延長されており、この延長された部分も引き起こされる。このため、壁面５２Ｗは、切込み線５２ｃで囲まれた部分で成る主翼部分５２Ｗｍと板材の延長された部分で成る前翼部分５２Ｗｆで構成される。
【００５７】
壁面５２Ｗは、圧縮空気の入口側端部から出口側端部にかけて徐々に位相（周方向への角度）が変化する。つまり、壁面５２Ｗを構成する主翼部分５２Ｗｍ及び前翼部分５２Ｗｆは、回転軸Ｌを中心として捻れたように形成されている。このため、アキシャルディフューザ３５２には、螺旋状に案内通路５２ｐが形成されることとなる。
【００５８】
このようなアキシャルディフューザ３５２は、インナーリング５３を用いてハブ５５に取り付けることが可能である（図６参照）。また、アキシャルディフューザ３５２の内周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをハブ５５に固定するとしても良い（図８参照）。但し、アウターリング５４を用いてメインケーシング５６等に取り付ける方法やアキシャルディフューザ３５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをメインケーシング５６等に固定する方法は、困難であると考えられる（図７、図９参照）。また、メインケーシング５６とサポートストラクチャ５７でアウターリング５４のフランジ部分５４ｅを共締めする方法やアキシャルディフューザ３５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅを共締めする方法も、困難であると考えられる（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）。
【００５９】
本アキシャルディフューザ３５２は、壁面５２Ｗを構成する前翼部分５２Ｗｆにより、ラジアルディフューザ５１の後縁部近傍まで延長されている。これにより、アキシャルディフューザ３５２は、圧縮空気の案内通路５２ｐが長くなるので、圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整えるという、ディフューザとしての性能が向上している。
【００６０】
このように、壁面５２Ｗは、板材の切込み線５２ｃで囲まれた部分と板材の前縁部が延長された部分を引き起こして形成される。しかし、板材を折り曲げることによって形成された凹凸５２Ｕの側板部分５２ｓを延長し、前翼部分５２Ｗｆとしても良い。つまり、かかる設計思想は、第一実施形態に係るアキシャルディフューザ１５２にも適用することが可能である。この場合、アキシャルディフューザ３５２の取付構造は、上述した全てが適用できる。
【００６１】
以下に、第四実施形態に係るアキシャルディフューザ５２（以降、「アキシャルディフューザ４５２」とする）について詳細に説明する。
【００６２】
図１３は、第四実施形態に係るアキシャルディフューザ４５２を示す図である。図１３Ａは、アキシャルディフューザ４５２の斜視図である。また、図１３Ｂは、アキシャルディフューザ４５２を矢印Ｘの方向から見た図であり、図１３Ｃは、矢印Ｙの方向から見た図である。
【００６３】
アキシャルディフューザ４５２は、板材を折り曲げることによって形成された壁面５２Ｗと壁面５２Ｗの間を圧縮空気の案内通路５２ｐとしている。即ち、第二実施形態に係るアキシャルディフューザ２５２や第三実施形態に係るアキシャルディフューザ３５２と基本的な設計思想が同じである。
【００６４】
壁面５２Ｗは、板材の切込み線５２ｃａで囲まれた部分を該切込み線５２ｃａに沿って引き起こし、板材を折り曲げることで形成される。本実施形態では、切込み線５２ｃａで囲まれた部分に切込み線５２ｃｂが設けられており、該切込み線５２ｃｂで区切られた両側がともに引き起こされる。このため、壁面５２Ｗは、切込み線５２ｃｂで区切られた一方で成る主翼部分５２Ｗｍと切込み線５２ｃｂで区切られた他方で成る前翼部分５２Ｗｆで構成される。
【００６５】
壁面５２Ｗは、圧縮空気の入口側端部から出口側端部にかけて徐々に位相（周方向への角度）が変化する。つまり、壁面５２Ｗを構成する主翼部分５２Ｗｍ及び前翼部分５２Ｗｆは、回転軸Ｌを中心として捻れたように形成されている。このため、アキシャルディフューザ４５２には、螺旋状に案内通路５２ｐが形成されることとなる。
【００６６】
このようなアキシャルディフューザ４５２は、インナーリング５３を用いてハブ５５に取り付けることが可能である（図６参照）。また、アキシャルディフューザ４５２の内周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをハブ５５に固定するとしても良い（図８参照）。但し、アウターリング５４を用いてメインケーシング５６等に取り付ける方法やアキシャルディフューザ４５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをメインケーシング５６等に固定する方法は、困難であると考えられる（図７、図９参照）。また、メインケーシング５６とサポートストラクチャ５７でアウターリング５４のフランジ部分５４ｅを共締めする方法やアキシャルディフューザ４５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅを共締めする方法も、困難であると考えられる（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）。
【００６７】
本アキシャルディフューザ４５２は、壁面５２Ｗを構成する主翼部分５２Ｗｍと前翼部分５２Ｗｆの間に隙間（スリット）が生じている。これにより、アキシャルディフューザ４５２は、板材を折り曲げて壁面５２Ｗを形成する際の歪みを吸収することができる。また、アキシャルディフューザ４５２は、切込み線５２ｃａ・５２ｃｂの形状を考慮することにより、主翼部分５２Ｗｍを前翼部分５２Ｗｆの翼背側にズラして配置している。これにより、アキシャルディフューザ４５２は、前翼部分５２Ｗｆの翼背側で圧縮空気の流れに剥離が発生しても剥離領域に主翼部分５２Ｗｍが配置されているので、急激な性能低下を妨げることができる。
【００６８】
このように、壁面５２Ｗは、板材の切込み線５２ｃａで囲まれ、切込み線５２ｃｂで区切られた一方と切込み線５２ｃｂで区切られた他方を引き起こして形成されている。しかし、板材を折り曲げることによって形成された凹凸５２Ｕの側板部分５２ｓに切込み線を設け、主翼部分５２Ｗｍと前翼部分５２Ｗｆを構成するとしても良い。つまり、かかる設計思想は、第一実施形態に係るアキシャルディフューザ１５２にも適用することが可能である。この場合、アキシャルディフューザ３５２の取付構造は、上述した全てが適用できる。
【００６９】
以下に、第五実施形態に係るアキシャルディフューザ５２（以降、「アキシャルディフューザ５５２」とする）について詳細に説明する。
【００７０】
図１４は、第五実施形態に係るアキシャルディフューザ５５２を示す図である。図１４Ａは、アキシャルディフューザ５５２の斜視図である。また、図１４Ｂは、アキシャルディフューザ５５２を矢印Ｘの方向から見た図であり、図１４Ｃは、矢印Ｙの方向から見た図である。そして、図１４Ｄは、ブレード５２１の取付構造を示す断面図である。
【００７１】
アキシャルディフューザ５５２は、別途に作成したブレード５２１を取り付け、該ブレード５２１とブレード５２１の間を圧縮空気の案内通路５２ｐとしている。これは、上述したアキシャルディフューザ１５２・２５２・３５２・４５２と基本的な設計思想が異なる。
【００７２】
ブレード５２１は、いわゆるプレス打ち抜き工法によって形成される。ブレード５２１は、基部に設けられた突起５２１ｔがリング５２ｒの取付穴５２ｒｈに挿入された状態で、該基部５２１ｔが押し潰されて固定される。
【００７３】
ブレード５２１は、圧縮空気の入口側端部から出口側端部にかけて徐々に位相（周方向への角度）が変化する。つまり、ブレード５２１は、回転軸Ｌを中心として捻れたように形成されている。このため、アキシャルディフューザ５５２には、螺旋状に案内通路５２ｐが形成されることとなる。
【００７４】
このようなアキシャルディフューザ５５２は、インナーリング５３を用いてハブ５５に取り付けることが可能である（図６参照）。また、アキシャルディフューザ５５２の内周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをハブ５５に固定するとしても良い（図８参照）。但し、アウターリング５４を用いてメインケーシング５６等に取り付ける方法やアキシャルディフューザ５５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅをメインケーシング５６等に固定する方法は、困難であると考えられる（図７、図９参照）。また、メインケーシング５６とサポートストラクチャ５７でアウターリング５４のフランジ部分５４ｅを共締めする方法やアキシャルディフューザ５５２の外周方向へ折り曲げられた部分５２ｅを共締めする方法も、困難であると考えられる（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）。
【００７５】
本アキシャルディフューザ５５２は、別途に作成されたブレード５２１を取り付けて完成されている。これにより、アキシャルディフューザ５５２は、ブレード５２１が高い精度で形成されているので、圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するとともに圧縮空気の流れを整えるという、ディフューザとしての性能が向上している。また、アキシャルディフューザ５５２は、ブレード５２１の交換が容易であり、整備性が向上している。
【００７６】
以下に、アキシャルディフューザ５２の設計上の留意事項について説明する。
【００７７】
ここでは、第一実施形態に係るアキシャルディフューザ１５２の留意事項について説明する。
【００７８】
図１５は、アキシャルディフューザ１５２の設計上の留意事項を示す図である。図１５Ａは、板材に凹凸５２Ｕを形成した状態を示す図であり、図１５Ｂは、かかる板材を環状にした状態を示す図である。
【００７９】
凹凸５２Ｕが形成された板材を矢印Ｘの方向から見た場合、隣り合う側板部分５２ｓが互いに重ならないことが求められる。換言すると、凹凸５２Ｕが形成された板材に対して矢印Ｘの方向から光を当てた場合、隣り合う側板部分５２ｓの投影領域Ｓが互いに重ならないことが求められる。この留意事項を満たす場合、内板部分５２ｉの一部が剛性の低い曲げ代部分Ｒとなるので、かかる板材を容易に環状にすることが可能となる。但し、この留意事項を満たさない設計であったとしても、板材を環状にすることができれば良い。
【００８０】
更に、凹凸５２Ｕの外板部分５２ｏを長くすることで（板材の長尺方向の長さ寸法を大きくすることで）、該外板部分５２ｏの一部を剛性の低い曲げ代部分Ｒとすることも可能である（図示せず）。
【００８１】
次に、アキシャルディフューザ１５２が目標性能を発揮するには、隣り合う側板部分５２ｓが互いに重ならざるを得ない場合について説明する。
【００８２】
図１６は、アキシャルディフューザ１５２の設計上の留意事項を示す図である。図１６Ａは、板材に凹凸５２Ｕを形成した状態を示す図であり、図１６Ｂは、かかる板材を環状にした状態を示す図である。
【００８３】
板材を環状にした際の中心軸Ｌに対して平行となる仮想線Ｌｓを想定した場合、側板部分５２ｓの後縁部近傍を通る仮想線Ｌｓと交わるように、前縁部側に切欠５２Ｌを設けることが求められる。この留意事項を満たす場合、内板部分５２ｉの一部が剛性の低い曲げ代部分Ｒとなるので、かかる板材を容易に環状にすることが可能となる。但し、この留意事項を満たさない設計であったとしても、板材を環状にすることができれば良い。
【００８４】
更に、側板部分５２ｓの前縁部近傍を通る仮想線Ｌｓと交わるように、後縁部側に切欠５２Ｌを設けることで、内板部分５２ｉの一部を剛性の低い曲げ代部分Ｒとすることも可能である（図示せず）。
【００８５】
次に、アキシャルディフューザ１５２が目標性能を発揮するには、側板部分５２ｓの前縁部の高さ寸法に対して後縁部の高さ寸法が低くならざるを得ない場合について説明する。
【００８６】
図１７は、アキシャルディフューザ１５２の設計上の留意事項を示す図である。図１７Ａ及び図１７Ｂは、アキシャルディフューザ１５２の概略図である。
【００８７】
側板部分５２ｓの前縁部の高さ寸法と後縁部の高さ寸法は、下記の数式Ｆ１を満たすことが求められる。以下では、側板部分５２ｓの前縁部の高さ寸法をｈ１、後縁部の高さ寸法をｈ２と定義する。また、前縁部のピッチ径をＤ１、後縁部のピッチ径をＤ２と定義する。なお、Ｎは、側板部分５２ｓの枚数を表す。これにより、下記の数式が導かれる。
入口側周長：π（Ｄ１＋ｈ１）／２＋π（Ｄ１−ｈ１）／２＋Ｎｈ１＝πＤ１＋Ｎｈ１
出口側周長：π（Ｄ２＋ｈ２）／２＋π（Ｄ２−ｈ２）／２＋Ｎｈ２＝πＤ２＋Ｎｈ２
ここで、アキシャルディフューザ１５２は、凹凸５２Ｕが形成された板材を環状にして作られるので、入口側周長と出口側周長は等しい。これにより、上記の数式は、次のように変換できる。
数式Ｆ１：Ｎ（ｈ１−ｈ２）−π（Ｄ２−Ｄ１）＝０
【００８８】
また、側板部分５２ｓの前縁部及び後縁部の外径がＤ３で等しい場合、下記の数式Ｆ２を満たすことが求められる。以下では、側板部分５２ｓの前縁部の高さ寸法をｈ１、後縁部の高さ寸法をｈ２と定義する。なお、Ｎは、側板部分５２ｓの枚数を表す。これにより、下記の数式が導かれる。
入口側周長：πＤ３／２＋π（Ｄ３−２ｈ１）／２＋Ｎｈ１＝πＤ３−πｈ１＋Ｎｈ１
出口側周長：πＤ３／２＋π（Ｄ３−２ｈ２）／２＋Ｎｈ２＝πＤ３−πｈ２＋Ｎｈ２
ここで、アキシャルディフューザ１５２は、凹凸５２Ｕが形成された板材を環状にして作られるので、入口側周長と出口側周長は等しい。これにより、上記の数式は、次のように変換できる。
数式Ｆ２：Ｎ（ｈ１−ｈ２）−π（ｈ１−ｈ２）＝０
【００８９】
以下に、アキシャルディフューザ５２の製造装置Ｍについて説明する。
【００９０】
ここでは、第一実施形態に係るアキシャルディフューザ１５２の製造装置Ｍについて説明する。なお、以下に説明するアキシャルディフューザ１５２の製造装置Ｍは、上述したアキシャルディフューザ２５２・３５２・４５２・５５２を作り出すことはできない。しかし、アキシャルディフューザ２５２・３５２・４５２については、同じような製造装置によって作り出すことが可能である。
【００９１】
図１８は、第一実施形態に係る製造装置Ｍ（以降「製造装置Ｍ１」とする）を示す図である。なお、図中の矢印は、板材（以降「板材Ｐ」とする）の送り方向を示している。
【００９２】
製造装置Ｍ１は、板材を折り曲げて複数の凹凸５２Ｕを形成するものである。製造装置Ｍ１は、互いに逆方向に回転する一対の成形歯車Ｇ１・Ｇ２を備えている。具体的に説明すると、製造装置Ｍ１は、動力機構によって回転される成形歯車Ｇ１と該成形歯車Ｇ１（以降「第一成形歯車Ｇ１」とする）に従動して回転する成形歯車Ｇ２（以降「第二成形歯車Ｇ２」とする）を備えている。
【００９３】
第一成形歯車Ｇ１は、回転軸Ｌ１を中心に複数の歯Ｔを備えている。歯Ｔは、その歯先Ｔｔの形状が凹凸５２Ｕの外板部分５２ｏと同じ形状となっている。また、二つの歯Ｔを結ぶ歯底Ｔｃの形状は、凹凸５２Ｕの内板部分５２ｉと同じ形状となっている。そして、歯先Ｔｔと歯底Ｔｃを結ぶ歯面Ｔｓは、凹凸５２Ｕの側板部分５２ｓと同じ形状（インボリユート曲線に基づいた曲面）となっている。
【００９４】
同様に第二成形歯車Ｇ２も、回転軸Ｌ２を中心に複数の歯Ｔを備えている。歯Ｔは、その歯先Ｔｔの形状が凹凸５２Ｕの内板部分５２ｉと同じ形状となっている。また、二つの歯Ｔを結ぶ歯底Ｔｃの形状は、凹凸５２Ｕの外板部分５２ｏと同じ形状となっている。そして、歯先Ｔｔと歯底Ｔｃを結ぶ歯面Ｔｓは、凹凸５２Ｕの側板部分５２ｓと同じ形状（インボリユート曲線に基づいた曲面）となっている。
【００９５】
このような構成により、板材Ｐは、第一成形歯車Ｇ１と第二成形歯車Ｇ２の互いの歯Ｔに挟まれて次々に折り曲げられる。こうして、板材Ｐには、複数の凹凸５２Ｕが形成されるのである。そして、複数の凹凸５２Ｕが形成された板材Ｐを環状にすることで、アキシャルディフューザ１５２が完成する。なお、歯面Ｔｓをインボリユート曲線に基づいた曲面とした理由は、サイクロイド曲線と比較して簡単であり、正確な歯形を作り易いからである。従って、アキシャルディフューザ１５２の凹凸５２Ｕを歪みなく形成することが可能となる。
【００９６】
次に、第二実施形態に係る製造装置Ｍについて説明する。
【００９７】
図１９は、第二実施形態に係る製造装置Ｍ（以降「製造装置Ｍ２」とする）を示す図である。
【００９８】
製造装置Ｍ２は、製造装置Ｍ１をより発展させたものである。ここでは、製造装置Ｍ１と異なる点について説明する。
【００９９】
製造装置Ｍ２は、互いに逆方向に回転する一対のローラＲ１・Ｒ２を備えている。具体的に説明すると、製造装置Ｍ２は、動力伝達機構を介して回転されるローラＲ１と該ローラＲ１（以降「第一ローラＲ１」とする）に従動して回転するローラＲ２（以降「第二ローラＲ２」とする）を備えている。第一ローラＲ１と第二ローラＲ２は、板材Ｐを挟み込んだ状態で回転し、該板材Ｐを送り出す。
【０１００】
このような構成により、板材Ｐは、第一成形歯車Ｇ１と第二成形歯車Ｇ２の噛み合い部分へ送られる。
【０１０１】
また、製造装置Ｍ２は、板材Ｐを案内する一対のガイドＧｆ１・Ｇｆ２を備えている。具体的に説明すると、製造装置Ｍ２は、板材Ｐの軌道に沿うように設けられたガイドＧｆ１と該ガイドＧｆ１（以降「第一ガイドＧｆ１」とする）に対向して配置されるガイドＧｆ２（以降「第二ガイドＧｆ２」とする）を備えている。第一ガイドＧｆ１と第二ガイドＧｆ２は、板材Ｐを第一成形歯車Ｇ１と第二成形歯車Ｇ２の噛み合い部分へ案内する。なお、第一ガイドＧｆ１と第二ガイドＧｆ２は、板材Ｐが折り曲げられることで生じた歪みを矯正する役割も有している。
【０１０２】
このような構成により、板材Ｐは、第一成形歯車Ｇ１と第二成形歯車Ｇ２の噛み合い部分へズレることなく送られる。また、板材Ｐは、折り曲げられることで生じた歪みを矯正される。
【０１０３】
ここで、確実に歪みを矯正するには、板材Ｐに間欠的に切欠を設け、該切欠に歪みを吸収させても良い。例えば、図２１Ａ及び図２１Ｂに示すように、内板部分５２ｉに切欠５２Ｊを設け、該切欠５２Ｊに歪みを吸収させるのである。特に、図２１Ｂに示すように、内板部分５２ｉの後縁部側にのみ切欠５２Ｊを設けた場合では、圧縮空気の流れに対向する段差が生じないので、圧縮空気の流れを乱すことがない。
【０１０４】
更に、製造装置Ｍ２は、板材Ｐを第一成形歯車Ｇ１から引き剥がすためにローラＲ３を備えている。ローラＲ３は、第一成形歯車Ｇ１に張り付いた板材Ｐを引き剥がし、該板材Ｐを送り出す。
【０１０５】
このような構成により、板材Ｐは、第一成形歯車Ｇ１に張り付いてしまうことなく次の工程へ送られる。
【０１０６】
次に、第三実施形態に係る製造装置Ｍについて説明する。
【０１０７】
図２０は、第三実施形態に係る製造装置Ｍ（以降「製造装置Ｍ３」とする）を示す図である。
【０１０８】
製造装置Ｍ３は、製造装置Ｍ２をより発展させたものである。ここでは、製造装置Ｍ２と異なる点について説明する。
【０１０９】
製造装置Ｍ３は、板材Ｐを切断する一対のカッターＣ１・Ｃ２を備えている。具体的に説明すると、製造装置Ｍ３は、板材Ｐの軌道に沿うように設けられたカッターＣ１と該カッターＣ１（以降「第一カッターＣ１」とする）に対向して配置されるカッターＣ２（以降「第二カッターＣ２」とする）を備えている。第一カッターＣ１と第二カッターＣ２は、板材Ｐを所定の幅に切断する。
【０１１０】
このような構成により、板材Ｐは、折り曲げられた後に所定の幅に切り出されて次の工程へ送られる。
【０１１１】
以下に、アキシャルディフューザ５２の切削加工法について説明する。
【０１１２】
ここでは、第二実施形態に係るアキシャルディフューザ２５２の生産工程を想定して説明する。なお、以下に説明する切削加工法は、上述したアキシャルディフューザ１５２に適用することはできない。しかし、アキシャルディフューザ３５２・４５２・５５２については、同様の切削加工法が適用できる。
【０１１３】
図２２は、生産工程における切削加工法を示す図である。図２２Ａは、切削加工時におけるアキシャルディフューザ２５２の斜視図である。また、図２２Ｂは、切削加工時におけるアキシャルディフューザ２５２を矢印Ｘの方向から見た図であり、図２２Ｃは、矢印Ｙの方向から見た図である。そして、図２２Ｄは、切削加工時の壁面５２Ｗを示す断面図である。
【０１１４】
かかる切削加工法は、壁面５２Ｗの先端部を切削し、該壁面５２Ｗの高さ寸法を調節するものである。まず、壁面５２Ｗと壁面５２Ｗの間に詰物Ｆｗを挿入する。その後、詰物Ｆｗによって壁面５２Ｗの強度を確保した状態で、該壁面５２Ｗの先端部を切削する。こうすることで、壁面５２Ｗに歪みや破損が発生するのを回避できる。また、詰物Ｆｗを低温で溶融する金属材料としておけば、切削後に容易に除去することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１００  ガスタービンエンジン
１      圧縮機
２      燃焼器
３      タービン
４      排気ノズル
５      ディフューザ
５１    ラジアルディフューザ
５２    アキシャルディフューザ
１５２  アキシャルディフューザ
５２Ｕ  凹凸
５２ｉ  内板部分
５２ｏ  外板部分
５２ｓ  側板部分
５２ｐ  案内通路
５３    インナーリング
５４    アウターリング
５５    ハブ
５６    メインケーシング
５７    サポートストラクチャ
Ｍ      製造装置
Ｍ１    製造装置
Ｐ      板材
Ｇ１    成形歯車
Ｇ２    成形歯車
【図１】
2014114748.tif 000003
【図２】
2014114748.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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