(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体入口（９Ａ）と、
気体出口（９Ｂ）と、
ディスク（２３）と、
を備え、
前記ディスク（２３）がそこから延在する複数の翼（２５）を有する、遠心圧縮機インペラ（９）であって、各翼（２５）が、前記入口（９Ａ）において前縁（２５Ｌ）と、前記出口（９Ｂ）において後縁（２５Ｔ）と、前記前縁（２５Ｌ）と前記後縁（２５Ｔ）との間を前記ディスク（２３）に沿って延在する翼基部（２５Ｂ）と、前記前縁（２５Ｌ）と前記後縁（２５Ｔ）との間を延在し、前記ディスク（２３）の反対側にある翼先端（２５Ａ）と、圧力側と、負圧側とを備え、
各翼（２５）の前記前縁（２５Ｌ）が、子午面において湾曲した非線形のプロファイルを有し、
前記前縁（２５Ｌ）から始まって、少なくとも翼（２５）の一部分に対して、各翼（２５）が、前記翼基部（２５Ｂ）において第１のメタル角度（βＨ）分布と、前記翼先端（２５Ａ）において第２のメタル角度（βＳ）分布と、前記翼基部（２５Ｂ）と前記翼先端（２５Ａ）との間の中間位置において少なくとも第３のメタル角度（βＭ）分布とを有し、かつ
メタル角度分布が、前記前縁（２５Ｌ）の凸状または凹状の形状による影響を相殺するように、前記第３のメタル角度（βＭ）分布が、前記前縁（２５Ｌ）の前記非線形のプロファイルに応じて選択され、前記翼（２５）の部分が二重曲率を有する、
遠心圧縮機インペラ（９）。
【請求項２】
前記前縁（２５Ｌ）の前記非線形のプロファイルが凸状であり、前記中間位置において、少なくとも前記前縁（２５Ｌ）に隣接する領域では、前記負圧側で凸面、前記圧力側で凹面となる二重曲率を前記翼（２５）が有するように、前記第３のメタル角度（βＭ）分布が選択される、請求項１に記載のインペラ（９）。
【請求項３】
前記前縁（２５Ｌ）の前記非線形のプロファイルが凹状であり、前記中間位置において、少なくとも前記前縁（２５Ｌ）に隣接する領域では、前記圧力側で凸面、前記負圧側で凹面となる二重曲率を前記翼（２５）が有するように、前記第３のメタル角度分布（βＭ）が選択される、請求項１に記載のインペラ（９）。
【請求項４】
請求項１乃至３の１項または複数項記載の少なくとも１つのインペラ（９）、および前記インペラ（９）の前記出口（９Ｂ）の周りに配置されたディフューザ（１８）を備える、遠心圧縮機（１００）。
【請求項５】
複数のインペラ翼（２５）を有する圧縮機インペラ（９）を設計するための方法であって、
前記翼（２５）のそれぞれに対して、子午面において、インペラディスク（２３）に沿う翼基部（２５Ｂ）プロファイル、および翼先端（２５Ａ）プロファイルを定義するステップと、
前記翼基部（２５Ｂ）プロファイルと前記翼先端（２５Ａ）プロファイルとの間を延在する前記翼（２５）の圧力側面と負圧側面とを定義するステップであって、前記圧力側面と前記負圧側面とが、後縁（２５Ｔ）と、子午面において湾曲している非線形の前縁（２５Ｌ）との間を延在する、ステップと、
前記前縁（２５Ｌ）から始まって前記後縁（２５Ｔ）の方へ、前記翼基部（２５Ｂ）において第１のメタル角度（βＨ）分布と、前記翼先端（２５Ａ）において第２のメタル角度（βＳ）分布と、前記翼基部（２５Ｂ）と前記翼先端（２５Ａ）との間の中間位置において少なくとも第３のメタル角度（βＭ）分布とを各翼（２５）に与えるステップであって、メタル角度分布が、前記前縁（２５Ｌ）の凸状または凹状の形状による影響を相殺するように、前記第３のメタル角度（βＭ）分布が、前記前縁（２５Ｌ）の前記非線形のプロファイルに応じて選択され、前記前縁（２５Ｌ）に隣接する翼部分が二重曲率を有する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項６】
前記前縁（２５Ｌ）が、子午面において凸状の形状を有し、前記中間位置において、少なくとも前記前縁（２５Ｌ）に隣接する領域で、前記負圧側で凸面、前記圧力側で凹面となる二重曲率を前記翼（２５）が有するように、前記第３のメタル角度（βＭ）分布が選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記前縁（２５Ｌ）が、子午面において凹状の形状を有し、前記中間位置において、少なくとも前記前縁（２５Ｌ）に隣接する領域で、前記負圧側で凹面、前記圧力側で凸面となる二重曲率を前記翼（２５）が有するように、前記第３のメタル角度（βＭ）分布が選択される、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、圧縮機、より詳細には遠心圧縮機に対する改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機は、電動機、ガスタービン、蒸気タービンなどの駆動機によって与えられる機械的エネルギーを圧力エネルギーに変換して、圧縮機によって処理される気体の圧力を上げる。圧縮機は本質的に、ロータを回転可能に収容するケーシング、および仕切板を備える。ロータは１つまたは複数のインペラより構成することができ、インペラは原動機によって駆動されて回転する。インペラには、概ね軸方向の入口部分と概ね半径方向の出口部分とを有する翼が設けられる。流路は、翼によって、かつインペラのバックプレートまたはディスクによって区切られる。いくつかの圧縮機では、インペラには、バックプレートまたはディスクに向かい合うシュラウドが設けられ、翼はバックプレートまたはディスクとシュラウドとの間を延在する。気体は軸方向に各インペラの流路に入り、インペラの翼によって加速され、子午面において半径方向に、または半径方向と軸方向の混ざった方向にインペラを出る。加速された気体は、周方向に配置されたディフューザを通るように各インペラによって送られ、ディフューザでは、気体の運動エネルギーは少なくとも部分的に圧力エネルギーに変換され、気体の圧力を増大させる。
【０００３】
原動機によって与えられるエネルギー量および圧縮機によって吸収されるエネルギー量は、全体として圧縮機に伴う様々な種類の散逸現象により、有用な圧力エネルギー、すなわち流体の圧力増大に完全には変換することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２２０３４６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
１つの態様によれば、本開示は、前縁から始まる領域に３次元の非線織面部分を有する複数の翼を有する遠心圧縮機インペラに関する。より詳細には、各翼は、子午面において非線形である前縁と、少なくとも前縁に隣接する領域で二重曲率を有する負圧側および圧力側の両方の翼面とを有する。
【０００６】
本明細書で開示される主題のいくつかの実施形態では、気体入口と、気体出口と、ディスクとを備え、ディスクがそこから延在する複数の翼を有する、圧縮機インペラが提供される。各翼は、インペラ入口において前縁と、インペラ出口において後縁と、前縁と後縁との間をディスクに沿って延在する翼基部と、ディスクの反対側の前縁と後縁との間を延在する翼先端と、圧力側と、負圧側とを有する。各翼の前縁は、子午面において湾曲した非線形のプロファイルを有する。前縁から始まって後縁の方へ向かって、各翼は、翼基部において第１のメタル角度分布と、翼先端において第２のメタル角度分布と、翼基部と翼先端との間の中間位置において少なくとも第３のメタル角度分布とを有する。第３のメタル角度分布は、前記前縁の非線形のプロファイルに応じて選択される。したがって、少なくとも前縁から始まる翼部分には、二重曲率が与えられる。
【０００７】
前縁の非線形のプロファイルは凸状とすることができ、また中間位置において、少なくとも前縁に隣接する領域では、負圧側で凸面、圧力側で凹面となる二重曲率を翼が有するように、第３のメタル角度分布は選択される。
【０００８】
他の実施形態によれば、インペラの翼はそれぞれ、子午面において凹状の非線形のプロファイルを有する前縁を有することができ、ここでは、前記中間位置において、少なくとも前縁に隣接する領域では、圧力側で凸面、負圧側で凹面となる二重曲率を翼が有するように第３のメタル角度分布は選択される。
【０００９】
さらなる態様によれば、本開示は、本明細書で上記した少なくとも１つのインペラを備える遠心圧縮機に関する。
【００１０】
本開示はまた、複数のインペラ翼を有する圧縮機インペラを設計するための方法に関し、
前記翼の子午面において、インペラディスクに沿う翼基部プロファイル、および翼先端プロファイルを定義するステップと、
翼基部プロファイルと翼先端プロファイルとの間を延在する翼の圧力側面と負圧側面とを定義するステップであって、前記圧力側面と前記負圧側面とが、後縁と、子午面において湾曲している非線形の前縁との間を延在する、ステップと、
前縁から始まって後縁の方へ、翼基部において第１のメタル角度分布と、翼先端において第２のメタル角度分布と、翼基部と翼先端との間の中間位置において少なくとも第３のメタル角度分布とを各翼に与えるステップであって、前記第３のメタル角度分布が、前記前縁の非線形のプロファイルに応じて選択され、前縁に隣接する翼部分が二重曲率を有する、ステップと
を含む。
【００１１】
特徴および実施形態は本明細書で以下に開示され、本説明の不可欠な部分を形成する添付の特許請求の範囲にさらに記載される。上記の簡単な説明は、以下の詳細な説明をよりよく理解することができるように、さらに当分野に対する本発明の寄与をよりよく認識できるように、本発明の様々な実施形態の特徴を記載している。もちろん、以下で説明され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴が存在する。この点において、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の様々な実施形態は、以下の説明で記載されまたは図面に示される構造の詳細および構成部品の配置に適用されることに限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、また様々な方法で実行および実施することができる。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであって、限定するものとしてみなすべきではないことを理解されたい。
【００１２】
したがって、本開示が基礎を置いている概念は、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、および／またはシステムを設計するための基礎として容易に利用することができることを当業者は理解するであろう。したがって、特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、このような等価な構造を含むものとみなすことが重要である。
【００１３】
以下の詳細な記載を添付の図面と併せて考察して参照することによって、本発明の開示される実施形態、およびそれらに付随する利点の多くをよりよく理解するようになったとき、これらを容易により完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示によるインペラを使用することができる多段遠心圧縮機の長手方向の断面図である。
【図１Ａ】図１の圧縮機のインペラ翼の拡大図である。
【図２】図１の遠心圧縮機のインペラの斜視図である。
【図３】子午面における翼の概略投影図である。
【図４】軸方向に垂直な面での（所与の翼長位置における）翼のキャンバーラインの投影図である。
【図５−６】子午線方向に沿う（図３の翼を参照した）翼メタル角度および翼厚さの分布の線図である。
【図７】本開示による３次元翼の斜視図である。
【図８】翼先端と翼基部との間の３つの異なる位置の翼の断面図である。
【図９】現状技術および図７による翼に対する本開示のそれぞれによる設計における、翼の子午線座標に沿うスパン中央におけるメタル角度分布の線図である。
【図１０】現状技術のインペラおよび本開示によるインペラのポリトロープ効率対流量係数の線図である。
【図１１】さらなる実施形態における本開示による３次元翼の斜視図である。
【図１２】現状技術および図１１に示す翼に対する本開示のそれぞれによる設計における、翼の子午線座標に沿うスパン中央におけるメタル角度分布の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
例示的な実施形態を、添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。異なる図面における同じ参照符号は、同じまたは同様の要素とみなす。さらに、図面は必ずしも原寸に比例して描かれたものではない。また、以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。その代わり、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００１６】
本明細書を通して「１つの実施形態」または「実施形態」または「いくつかの実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所で「１つの実施形態では」または「実施形態では」または「いくつかの実施形態では」という表現が現れるが、これらは、必ずしも同じ実施形態について言及しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な様態で組み合わせることができる。
【００１７】
図１および１Ａは、本開示の主題を具現化することができる、全体として１００の符号が付けられた多段遠心圧縮機の例示的な実施形態を示す。図１は圧縮機の回転軸Ａ−Ａを含む面による断面図であり、図１Ａは１つの圧縮機段の拡大図である。
【００１８】
圧縮機１００は、入口マニホールド２および出口マニホールド３が設けられた外側ケーシング１を有する。ケーシング１の内側には、複数の圧縮機段を画定するいくつかの構成部品が配置される。
【００１９】
より詳細には、ケーシング１は圧縮機ロータを収容する。圧縮機ロータはロータシャフト５より構成される。ロータシャフト５は、２つの端部軸受６、７によって支持することができる。圧縮機ロータはさらに、少なくとも１つのインペラを備える。いくつかの実施形態では、図１に示すように、圧縮機ロータは複数のインペラ９を備え、各圧縮機段は１つのインペラを有する。前記インペラ９は２つの軸受６、７の間に配置される。
【００２０】
第１段インペラ９の入口９Ａは入口プレナム１１と流体連通しており、圧縮される気体は入口マニホールド２を通って入口プレナム１１に送られる。いくつかの実施形態では、気体流は入口プレナム１１に半径方向に入り、次いで、一組の可動入口案内ベーン１３を通って送られ、第１段インペラ９に実質的に軸方向に入る。
【００２１】
図１の例示的な実施形態によると、最終段インペラ９の出口９Ｂは渦巻室１５と流体連通しており、圧縮された気体は渦巻室１５に集まり出口マニホールド３の方へ送られる。
【００２２】
静止仕切板１７は、連続して配置されたインペラ９の各対の間に配置される。仕切板１７は、軸方向に別々に配置された構成部品として形成することができる。他の実施形態では、仕切板１７は、実質的に対称な２つの半割れ体として形成することができる。各仕切板１７は、各上流インペラ９の半径方向出口から各下流インペラ９の入口に延在するディフューザ１８および戻り流路１９を画定する。ディフューザ１８では、気体流は減速され、インペラから気体に伝達された運動エネルギーは圧力エネルギーに変換され、したがって、気体の圧力が増大する。
【００２３】
戻り流路１９は、上流のインンペラの出口からの圧縮された気体の流れを下流のインペラの入口の方へ戻す。いくつかの実施形態では、固定翼２０をディフューザ１８に配置することができる。いくつかの実施形態では、固定翼２１を戻り流路１９に設けて、圧縮された気体を上流のインペラから下流のインペラへ方向を変える間に、流れの接線方向成分を取り除くことができる。
【００２４】
圧縮機１００のいくつかの圧縮機段のうちの１つの拡大図である図１Ａ、および例示的なインペラの不等角投影図である図２に最もよく示されるように、各インペラ９は、ハブ部分２３Ａを画定するディスク２３より構成される。前記ハブ部分２３Ａはボア２３Ｂを有し、ロータシャフト５はボア２３Ｂを通って延在する。ディスク２３はまた、全体としてハブと呼ばれる場合がある。複数の翼２５はディスク２３から延在し、流路を画定し、気体はその流路を通って流れ、翼２５によって加速される。各翼は、翼の入口および出口にそれぞれ配置された前縁２５Ｌおよび後縁２５Ｔを有する。いくつかの実施形態では、インペラ９は開いている場合がある。他の実施形態では、インペラは、ディスク２３に向かい合って配置されたシュラウド２７によって閉じられる場合があり、翼２５はディスク２３とシュラウド２７との間を延在する。
【００２５】
各翼２５には、前縁２５Ｌと後縁２５Ｔとの間をシュラウド２７に沿って延在する翼先端２５Ａが設けられる。各翼２５にはさらに、前縁２５Ｌと後縁２５Ｔとの間をディスク２３に沿って延在する翼基部または翼根元２５Ｂが設けられる。
【００２６】
各翼２５は負圧側と圧力側を有し、翼の形状は、下記で説明する態様で画定され、翼２５の中心線またはキャンバーラインとディスク２３およびシュラウド２７それぞれとの交点から始まる。図３は、子午面、すなわちＲ−Ｚ面における、一般的な翼２５の投影図である。ここで、Ｒは半径方向、Ｚは軸方向である。Ｌ１は、ディスクまたはハブ２３における翼プロファイルの中心線、すなわちキャンバーラインを子午面Ｒ−Ｚ上に投影したものである。Ｌ２は、シュラウド２７における翼プロファイルの中心線、すなわちキャンバーラインを同じ子午面Ｒ−Ｚ上に投影したものである。
【００２７】
インペラがシュラウドなし、すなわち開いている場合、線Ｌ２は、翼先端における翼プロファイルの中心線を投影したものである。
【００２８】
したがって、線Ｌ１およびＬ２は、ディスクおよびシュラウドにおける、すなわち翼基部および翼先端それぞれにおける翼プロファイルをＲ−Ｚ面（子午面）に投影したものである。図３では、翼の後縁２５Ｔおよび前縁２５Ｌを投影したものもまた表されている。
【００２９】
上記のように、図に示した例示的な実施形態で示されるように、インペラ９はシュラウド付きとすることができる。しかしながら、図示はしていないが、他の実施形態では、インペラ９は開かれており、シュラウド２７は設けられていない。この場合、線Ｌ２は、翼先端２５Ａにおけるキャンバーラインまたは中心線を子午面Ｒ−Ｚ上に単に投影したものである。
【００３０】
これらの線Ｌ１およびＬ２は、以下のように、翼の負圧側および圧力側の３次元の面を設計するための出発点である。
【００３１】
２つの線Ｌ１およびＬ２から始まって、翼の負圧側および圧力側を画定する翼２５の向かい合う面の実際の形状は、２つのさらなるパラメータ、すなわち、翼厚さおよび翼メタル角度によって決定される。両方のパラメータは、線Ｌ１およびＬ２それぞれに沿った複数の位置に対して定義される。いくつかの実施形態では、翼メタル角度および翼厚さは、線Ｌ１およびＬ２に対して異なる値とすることができる。
【００３２】
翼メタル角度分布、すなわち、検討されている線Ｌ１またはＬ２の各点におけるメタル角度βは、インペラの概略前面図である図４に示すように、線Ｌ１またはＬ２の接線と子午線方向（Ｍ）との間の角度として定義され、Ｌは検討されている一般的な中心線である。矢印Ｆはインペラの回転方向を示す。慣習的には、角度βの符号はインペラの回転方向と一致している。したがって、図４の例では、子午線方向Ｍを始点として測ると、角度βは負であり、インペラの回転方向（矢印Ｆ）とは反対である。数式で表すと、メタル角度βは以下のように定義される。
【００３３】
【数１】
0006505720.tif 000002
ここで、θは接線方向座標、すなわち接線方向に沿った座標であり、ｍは子午線方向座標、すなわち図３の横軸に沿った座標である。
【００３４】
翼の厚さ（ｔｈ）は、検討している曲線Ｌ１またはＬ２の各点における、翼のキャンバーライン（すなわち、中心線）からの翼の負圧側面と圧力側面との間の距離として定義される。図５および６は、例示的な翼に対するメタル角度（β）および厚さ（ｔｈ）の分布を概略的に示している。図５および６の図の水平軸では、子午線方向に沿って正規化された座標がプロットされている。座標「０」は前縁の位置を示し、座標「１」は翼の後縁の位置を示す。
【００３５】
図５の例示的な図では、インペラディスクまたはハブにおける曲線Ｌ１に沿ったメタル角度分布は、インペラシュラウドまたは翼先端における曲線Ｌ２に沿ったメタル角度分布とは異なる。ディスクまたはハブに沿ったメタル角度分布はβHの符号が付けられ、一方、シュラウドに沿ったメタル角度分布はβSの符号が付けられている。他の実施形態では、シュラウドおよびディスクにおけるメタル角度分布は同一とすることができる。現状技術によれば、ディスクとシュラウドとの間の中間位置におけるメタル角度分布は定義されない。
【００３６】
上記で定義されたパラメータの組合せによって、翼先端２５Ａおよび翼基部２５Ｂにおける翼のプロファイルが与えられる。次に、翼の圧力側および負圧側の面を定義するための次のステップは、上記で定義した翼先端２５Ａおよび翼基部２５Ｂにおける２つの翼プロファイルから始まる２つの向かい合う線織面を生成することである。線織面は、翼先端プロファイルの各点を翼基部プロファイルの対応する点に直線（真直ぐな線）で接続することによって生成される。
【００３７】
曲線Ｌ１およびＬ２、ならびに対応する翼先端および翼基部のプロファイルは通常、互いに対して接線方向に移動される、すなわちずらされ、翼先端および翼基部のプロファイルをインペラの回転軸の周りに互いに対して回転されるので、翼の幾何学的形状はまだ完全には定義されていない。したがって、２つの曲線Ｌ１およびＬ２の接線方向の移動が可能であるので、翼の幾何学的形状を完全に定義するためにさらなる自由度を利用することができる。現状技術のインペラでは、２つの曲線Ｌ１およびＬ２は接線方向に移動される、すなわち、インペラ軸の周りに互いに対して回転され、したがって、その直線（真直ぐな線）形状を維持して、（純粋な半径方向の出口をもつインペラに対して）軸方向に対して後縁２５Ｔを傾かせる。上記のパラメータとともに、リーン角と呼ばれる軸方向に対する後縁の傾きによって、翼の完全な幾何学的形状が定義される。
【００３８】
この結果得られた翼面もなお線織面であり、すなわち、単一の曲率によって特徴付けられる。
【００３９】
本明細書で開示される主題によれば、本明細書の下記で説明されるように、さらなる自由度がインペラ翼を設計するために導入され、その結果、翼の負圧側面および圧力側面の少なくとも一部分は、二重曲率を有する、すなわち非線織面部分となる。さらに、本開示によれば、翼の前縁は、子午面において非線形形状を有する。
【００４０】
いくつかの実施形態によれば、図７に示すように、翼の前縁は子午面において凸状の形状を有する。このように、各翼の前縁ＬＥは、気体流がインペラに入る元の方向に向かって上流に延在する。その結果、流入する気体流はよりよく案内され、それによって、流れ損失が減り、インペラの効率に有利な効果が与えられる。
【００４１】
一方、子午面ＲＺにおける前縁の凸状の形状によって隣接する２つの翼２５の間に画定された各ベーン入口の断面は小さくなるので、本開示のさらなる態様に従って、前縁の凸状の形状による結果を相殺するように翼のメタル角度分布は現状技術のメタル角度分布に対して修正される。現状技術の設計とは異なり、前縁に沿うメタル角度は、シュラウドでのメタル角度値とディスクでのメタル角度値との間を直線で補間することによっては決定されない。むしろ、スパン中央部のメタル角度は、前縁の凸状の形状によって決定されたベーン入口の断面の減少を、翼スパンに沿った、すなわち線Ｌ１と線Ｌ２との間の中間位置でのメタル角度を増大させることによって相殺するように修正される。より詳細には、スパン中央、すなわちシュラウド（翼先端）とディスク（翼基部）との間の中間位置でのメタル角度は、翼が負圧側では凸状で、圧力側では凹状になるように修正される。
【００４２】
図７には、単一の翼２５の全体形状において、非線形の前縁２５Ｌと前縁に沿った非線形のメタル角度分布とを組み合わせた結果が示されている。負圧側面は凸状の二重曲率を有する部分であり、反対側の圧力側面はこれに対応した凹状である。図８は、翼２５のディスク、シュラウド、およびスパン中央での断面を示す。スパン中央部分では、２つのプロファイルがプロットされている。一方のプロファイルは、現状技術の設計に相当し、メタル角度は、翼のシュラウドでのメタル角度とディスクでのメタル角度との間の直線補間によって決定され、他方のプロファイルは、本開示による修正された設計に相当し、翼は二重曲率を有する形状で、メタル角度はスパン中央で「開いて」いる。
【００４３】
図９は、図５の線図と同様な線図を示し、スパン中央部でのメタル角度分布がプロットされている。水平軸は正規化された子午線方向座標、垂直軸はメタル角度値を示す。曲線βMLは、現状最新技術の設計による（前述したように、ディスクのプロファイルとシュラウドのプロファイルとを接続することによって得られた）スパン中央のプロファイルに相当するスパン中央でのメタル角度分布を示す。曲線βMは、本開示によるスパン中央でのメタル角度分布を示す。図９に示すように、スパン中央でのメタル角度は、前縁から始まる子午線方向に延在する翼の少なくとも一部分では、通常の現状技術の設計より大きくなって（「より開いて」）おり、前縁２５Ｌの非線形の凸状の形状によって生じるインペラ入口での流れの断面の減少を相殺する。
【００４４】
図１０は、前縁の非線形設計、およびインペラ入口における翼の二重曲率のインペラのポリトロープ効率への効果を示す。曲線Ｃ１およびＣ２はそれぞれ、本開示および現状最新技術によって設計されたインペラのポリトロープ効率を示す。効率が垂直軸に示され、一方、流量係数が水平軸に示される。この新規の設計を使用したとき、ポリトロープ効率は、特に設計点（流量係数１００）から離れたところで改善されることが計算される。
【００４５】
他の実施形態によれば、前縁が子午面において直線ではなく凹状にする、反対の手法を使用することができる。この場合、前縁領域のスパン中央でのメタル角度分布は、現状技術に対して小さくなる（「より閉じている」）。したがって、翼２５は、負圧側では凹状で、圧力側では凸状となって、少なくとも前縁に近接する領域では３次元的に湾曲する。前縁の凹状のプロファイルによって、隣接する翼の間のベーンの断面が広くなるという結果は、この場合は、メタル角度を小さくすることによって相殺される。図７と同様に、図１１は、凹状の前縁、およびこれに対応して修正したスパン中央でのメタル角度分布を有する翼の形状を概略的に示している。図１２には、修正されたメタル角度βM分布が、現状技術のメタル角度βML分布と比較して、正規化された子午線方向座標（Ｚ）に対してプロットされている。少なくとも前縁の近く、すなわち近接する領域では、メタル角度は、圧力側と負圧側で線織面を有する現状技術によって設計された翼よりも小さい。
【００４６】
本明細書で説明された主題の開示された実施形態は、図面に示され、かつ、いくつかの例示的な実施形態に関連して、具体的にかつ詳細に、上記で完全に説明されてきたが、本明細書で述べられている新規の教示、原理、および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に記載される主題の利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正、変更、および省略が可能であることは当業者には明らかであろう。したがって、開示された新規性の適正な範囲は、すべてのそのような修正、変更、および省略を包含するように、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されるべきである。様々な実施形態の異なる特徴、構造、および手段は、様々に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  外側ケーシング
２  入口マニホールド
３  出口マニホールド
５  ロータシャフト
６  端部軸受
７  端部軸受
９  インペラ
９Ａ  入口
９Ｂ  出口
１１  入口プレナム
１３  入口案内ベーン
１５  渦巻室
１７  仕切板
１８  ディフューザ
１９  戻り流路
２０  固定翼
２１  固定翼
２３  ディスク
２３Ａ  ハブ部分
２３Ｂ  ボア
２５  翼
２５Ａ  翼先端
２５Ｂ  翼基部
２５Ｌ  前縁
２５Ｔ  後縁
２７  シュラウド
１００  多段遠心圧縮機
Ｃ１  ポリトロープ効率
Ｃ２  ポリトロープ効率
Ｆ  回転方向
Ｌ  中心線
Ｌ１  線
Ｌ２  線
ＬＥ  前縁
Ｍ  子午線方向
Ｒ  半径方向
ＴＥ  後縁
ｔｈ  厚さ
Ｚ  軸方向
β  メタル角度
βH  メタル角度
βM  メタル角度
βML  メタル角度
βS  メタル角度
η  ポリトロープ効率
Φ  流量係数
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−６】
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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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