(57)【要約】  ターボ機械（３４００、３７００、４０００、４８００）の性能を向上させるように設計された１つまたは複数の流れ案内機能を有するターボ機械を提供すること。いくつかの例では、流れ案内機能は、ディフューザ入口（２２１０、２３１０、３４１０、４２０４、４８１０、５２０８、８０８）における周方向圧力分布を周方向均一性に向かって偏向させ、こうした低周波数空間圧力変動を他の方法で考慮し、空間流れ場変動の制御性を向上させ、または流れ場変動を変更する等のように、設計されかつ構成される。いくつかの例では、複数の第１羽根（１００２、１１０２、１２０２、１３０２、１４０２、１５０２、１６０２、１７０２、１８０２、１９０２、２００２、２２０４、２３０４、２４０２、２５０２、２６０２、２７０２、２８０２、２９０２、３００２、３１０２、３２０２、３３０２、８１２、９０２）と、第１羽根（１００２、１１０２、１２０２、１３０２、１４０２、１５０２、１６０２、１７０２、１８０２、１９０２、２００２、２２０４、２３０４、２４０２、２５０２、２６０２、２７０２、２８０２、２９０２、３００２、３１０２、３２０２、３３０２、８１２、９０２）とは異なる特徴を有する少なくとも１つの第２羽根（１００４、１１０４、１２０４、１３０４、１４０４、１５０４、１６０４Ａ、１６０４Ｂ、２２０６、２３０６、２４０４、２５０４、２６０４、２７０４、２８０４、２９０４Ａ、２９０４Ｂ、８１４、９０８）とを含む羽根（２１０２、５２１８、８０２）の列（８０２）を有するディフューザ（１０００、１１００、１２００、１３００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２１００、２２００、２３００、２４００、２５００、２６００、２７００、２８００、２９００、３０００、３２００、３３００、３４０４、４００４、４７００、４８０４、５０００、５２００、６０２、８００、９００）が開示される。いくつかの例では、流れ場を偏向させる１つまたは複数の偏向通路（１００６、１１０６、１２０６、１３０６、１５０６Ａ、１６０６Ａ、１６０６Ｂ、２４０６、２５０６、２６０６、２７０６、２８０６Ａ、２９０６Ａ、３２０６、４５１０、８１６）を含む非周期的セクション（２４１２、２５１２、２６１２、２７１２、２８１２）を有するディフューザ（１１００、１９００、２４００、２５００）が開示される。いくつかの例ではまた、ハブ（３４０７、４００２、４５０４、４８０７、５００２、５２０４、８０４、９０４）表面およびシュラウド（３４０６、４５０２、４７０８、４７１２、４８０６、５００４、５２０２、８０６、９０６）表面のうちの一方または両方に細長い流れ方向凹部（４７０６）を有するターボ機械が開示される。
2018514691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械用のディフューザであって、
周方向圧力分布を有する流れ場を受け取る、前記ディフューザの周囲に配置された複数のディフューザ通路
を含み、
前記ディフューザ通路が、少なくとも１つの周期的セクションおよび少なくとも１つの非周期的セクションを含み、前記少なくとも１つの非周期的セクションが、前記周方向圧力分布を周方向均一性に向かって偏向させるように配置され、構成され、かつ寸法が決められた少なくとも１つの偏向通路を含む、ディフューザ。
【請求項２】
前記複数のディフューザ通路が第１空間周波数を有し、前記周方向圧力分布が、前記第１空間周波数より低い空間周波数を有する時間平均低周波数成分を含み、前記少なくとも１つの偏向通路が、前記低周波数成分を周方向に均一な圧力分布に向かって偏向させるように構成されている、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項３】
前記少なくとも１つ周期的セクションが複数の第１羽根を含み、前記少なくとも１つの偏向通路が少なくとも１つの第２羽根を含み、前記第１羽根および前記第２羽根が、各々、前縁位置に配置された前縁、後縁位置に配置された後縁、ディフューザ中心線からの半径方向距離、弦長、最大厚さ、高さ、流れ方向形状分布、食違い角、羽根ピッチ、羽根くさび角、羽根傾き、羽根ねじり角、羽根前縁形状およびチャネル開き角のうちの１つまたは複数を含む、複数の羽根特徴を有し、さらに、前記少なくとも１つの第２羽根の前記複数の羽根特徴のうちの少なくとも１つが、前記複数の第１羽根の前記複数の羽根特徴のうちの少なくとも１つとは異なる、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項４】
前記第１羽根特徴とは異なる前記複数の第２羽根特徴のうちの前記少なくとも１つが、前記複数の羽根特徴のうちの任意のものの相違を任意の組合せで含む、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第２羽根の前記前縁が、前記複数の第１羽根の前記前縁とは異なる前記ディフューザ中心線からの半径方向距離に配置されている、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第２羽根の前記後縁が、前記複数の第１羽根の前記後縁とは異なる前記ディフューザ中心線からの半径方向距離に配置されている、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第２羽根が、前記第１羽根とは異なる前記ディフューザ中心線からの半径方向距離に配置されている、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項８】
前記第２羽根の弦長が前記第１羽根の弦長とは異なる、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項９】
前記第２羽根の最大厚さが前記第１羽根の最大厚さとは異なる、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項１０】
前記第２羽根の高さが前記第１羽根の高さとは異なる、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項１１】
ハブ表面およびシュラウド表面をさらに含み、前記複数のディフューザ通路が、前記ハブ表面と前記シュラウド表面との間に延在し、さらに、前記第２羽根が、前記ハブ表面または前記シュラウド表面のいずれかに取り付けられた部分高さ羽根である、請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１２】
前記第２羽根の流れ方向形状分布が、前記第１羽根の流れ方向形状分布とは異なる、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項１３】
前記第２羽根の食違い角が前記第１羽根の食違い角とは異なる、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの偏向通路が閉鎖されている、請求項１３に記載のディフューザ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第２羽根の前記食違い角が一定である、請求項１３に記載のディフューザ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの第２羽根の前記食違い角が調整可能である、請求項１３に記載のディフューザ。
【請求項１７】
前記第２羽根のピッチが前記第１羽根のピッチとは異なる、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項１８】
前記複数のディフューザ通路が、各々通路高さを有し、前記少なくとも１つの偏向通路の前記通路高さが、前記周期的セクションにおける前記ディフューザ通路の前記通路高さとは異なる、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項１９】
ハブ表面と、シュラウド表面と、前記ハブ表面および前記シュラウド表面のうちの少なくとも一方に位置する流れ方向凹部とをさらに含み、前記流れ方向凹部が、前記少なくとも１つの偏向通路の上流に延在しかつそれと位置合わせされている、請求項１８に記載のディフューザ。
【請求項２０】
ハブ表面と、シュラウド表面と、前記ハブ表面および前記シュラウド表面のうちの少なくとも一方に位置する少なくとも１つの細長い流れ方向凹部とをさらに含む、請求項３に記載のディフューザ。
【請求項２１】
複数の細長い流れ方向凹部を含み、前記複数の細長い流れ方向凹部が、前記ディフューザの周囲に非周期的な配置を有する、請求項２０に記載のディフューザ。
【請求項２２】
前記周方向圧力分布が、前記ディフューザの上流または下流に位置する非対称流路を源としない、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項２３】
前記周方向圧力分布が、前記ディフューザの上流または下流に位置する非対称流路を源とせず、前記非対称流路が、側部入口、非対称収集器およびボリュートからなる群から選択されている、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの偏向通路が、ボリュート舌部に近接するボリュート歪みゾーンに、または前記ボリュート歪みゾーンから１８０度の位置に近接して位置していない、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項２５】
遠心圧縮機またはポンプで使用されるように構成され、さらに、前記少なくとも１つの偏向通路が、段効率を、０．２パーセントポイントを超える割合で向上させ、より均一なインペラ出口流れ分布をもたらし、最大貫通流を所与の速度で０．１％を超える割合で改善し、サージラインを、０．２％を超える割合で低減させ、またはインペラもしくはディフューザの羽根に対する振動応力レベルを、０．２％を超える割合で低減させるように、前記周方向圧力分布の大きさの変動を制限するかまたは低減させるように構成されかつ寸法が決められている、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項２６】
遠心圧縮機またはポンプで使用されるように構成され、前記周期的セクションが空間周波数を有し、前記周方向圧力分布が、前記周期的セクションの前記空間周波数未満の一次空間周波数を有し、さらに、前記少なくとも１つの偏向通路が、前記圧縮機またはポンプの設計動作範囲にわたる前記周方向圧力分布の大きさの最大変動を、１％を超える割合で低減させるように構成されかつ寸法が決められている、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項２７】
圧力上昇を発生させるように構成されたインペラを有する遠心圧縮機またはポンプで使用されるように構成され、前記周期的セクションが空間周波数を有し、前記周方向圧力分布が、前記周期的セクションの前記空間周波数未満の一次空間周波数を有し、さらに、前記少なくとも１つの偏向通路が、前記圧縮機またはポンプの設計動作範囲にわたる前記周方向圧力分布の大きさの最大変動を、インペラ圧力上昇の３０％未満まで制限するように構成されかつ寸法が決められている、請求項１に記載のディフューザ。
【請求項２８】
前記第１羽根および前記第２羽根が同じ列に位置している、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のディフューザ。
【請求項２９】
ディフューザであって、
前記ディフューザの周囲の一部に列で配置された複数の第１羽根であって、前記第１羽根の各々が、隣接する第１羽根から第１周方向距離、間隔を空けて配置されている、複数の第１羽根と、
前記第１羽根のうちのいくつかの間に位置する少なくとも１つの第２羽根であって、前記少なくとも１つの第２羽根が、前記第１羽根とは異なる特徴を有し、前記異なる特徴により、前記ディフューザに入る流れ場の周方向圧力分布を周方向に均一な圧力分布に向かって偏向させる、前記少なくとも１つの第２羽根に近接する偏向通路がもたらされる、少なくとも１つの第２羽根と、
を含むディフューザ。
【請求項３０】
前記異なる特徴が、ディフューザ中心線からの前縁または後縁の半径方向距離、ディフューザ中心線からの半径方向距離、弦長、最大厚さ、高さ、流れ方向形状分布、食違い角、羽根ピッチ、羽根くさび角、羽根傾き、羽根ねじり角、羽根前縁形状およびチャネル開き角からなる群から選択されている、請求項２９に記載のディフューザ。
【請求項３１】
前記複数の第１羽根が空間周波数を有し、前記偏向ディフューザ通路が、前記第１羽根空間周波数より低い空間周波数を有する低周波数成分を有する時間平均周方向圧力分布を偏向させるように構成され、前記偏向通路が、前記低周波数成分を周方向に均一な圧力分布に向かって偏向させるように構成されている、請求項２９に記載のディフューザ。
【請求項３２】
ディフューザであって、
ハブおよびシュラウドと、
前記ハブから前記シュラウドまで延在し、かつ前記ディフューザの周囲の一部に列で配置されている複数の第１羽根と、
前記第１羽根のうちのいくつかの間に位置する少なくとも１つの第２羽根であって、前記ハブから前記シュラウドまで延在し、前記第１羽根とは異なる特徴を有する少なくとも１つの第２羽根と、
を含むディフューザ。
【請求項３３】
前記異なる特徴が、ディフューザ中心線からの前縁または後縁の半径方向距離、ディフューザ中心線からの半径方向距離、弦長、最大厚さ、高さ、流れ方向形状分布、食違い角、羽根ピッチ、羽根くさび角、羽根傾き、羽根ねじり角、羽根前縁形状およびチャネル開き角からなる群から選択されている、請求項３２に記載のディフューザ。
【請求項３４】
ハブおよびシュラウドと、
各々が少なくとも２つの羽根を含む複数の羽根群であって、前記少なくとも２つの羽根の各々が前記少なくとも２つの羽根の他のものとは異なる特徴を有する、複数の羽根群と、
を含むディフューザ。
【請求項３５】
周囲を有し、前記羽根群が、前記ディフューザの前記周囲に周期的な配置で位置している、請求項３４に記載のディフューザ。
【請求項３６】
前記少なくとも２つの羽根が部分高さ羽根であり、前記少なくとも２つの羽根のうちの１つが前記シュラウドに取り付けられ、前記少なくとも２つの羽根のうちの第２羽根が前記ハブに取り付けられている、請求項３４に記載のディフューザ。
【請求項３７】
前記少なくとも２つの羽根の高さが同じではない、請求項３６に記載のディフューザ。
【請求項３８】
入口と前記入口に近接する周方向圧力変動を低減させる複数の羽根とを有するディフューザを設計する方法であって、前記圧力変動が、前記羽根の空間周波数未満の一次空間周波数を有する、方法であり、
各々が入口を有しかつ前記ディフューザの周囲に位置する複数のディフューザ通路を設けることと、
前記複数のディフューザ通路のうちのいくつかの間に少なくとも１つの偏向ディフューザ通路を配置することであって、前記偏向ディフューザ通路が、前記複数のディフューザ通路の前記入口における前記周方向圧力変動を最小限にするように、前記複数のディフューザ通路とは異なる断面積を有する、配置することと、
を含む方法。
【請求項３９】
ディフューザを設計する方法であって、
軸対称ディフューザの計算モデルを展開することと、
時間平均低周波数周方向変動を有する周方向圧力分布が前記ディフューザへの入口に存在する場合、前記ディフューザの性能を計算することと、
前記ディフューザに少なくとも１つの偏向流路を追加するように前記計算モデルを変更することと、
前記変更したディフューザの性能を計算することと、
前記２つの計算するステップからの前記ディフューザ性能を比較して、前記偏向流路がディフューザ性能を向上させたか否かを判断することと、
を含む方法。
【請求項４０】
ディフューザを設計する方法であって、
周期的ディフューザ通路を有する第１ディフューザへの入口における周方向圧力分布を測定することと、
前記第１ディフューザを、少なくとも１つの偏向ディフューザ通路を備えた少なくとも１つの非周期的セクションを有する第２ディフューザと置き換えることと、
前記第２ディフューザへの入口における周方向圧力分布を測定することと、
前記２つの測定するステップからの前記圧力分布を比較して、前記第２ディフューザが、前記測定された周方向圧力分布の大きさの望ましくない変動を、所定量だけ低減させたか否かを判断することと、
を含む方法。
【請求項４１】
前記第１ディフューザの性能を計算することと、
前記第２ディフューザの性能を計算することと、
前記２つの計算するステップからの前記性能を比較して、前記第２ディフューザがディフューザ性能を所定量だけ向上させたか否かを判断することと、
をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
入口および出口と、
各々が前記入口と前記出口との間に延在しているハブ表面およびシュラウド表面と、
前記ハブ表面および前記シュラウド表面のうちの少なくとも一方における複数の流れ方向凹部であって、非周期的である複数の流れ方向凹部と、
を含む羽根なしディフューザ。
【請求項４３】
前記複数の流れ方向凹部が、１つまたは複数の第１流れ方向凹部と１つまたは複数の第２流れ方向凹部とを含み、前記１つまたは複数の第２流れ方向凹部が、前記第１流れ方向凹部とは異なる少なくとも１つの特徴を有する、請求項４２に記載の羽根なしディフューザ。
【請求項４４】
異なる前記少なくとも１つの特徴が、長さ、幅、前縁位置、後縁位置、深さおよび断面形状からなる群から選択されている、請求項４３に記載の羽根なしディフューザ。
【請求項４５】
ターボ機械用のディフューザであって、
流れ場を受け入れるように前記ディフューザの周囲に位置する複数のディフューザ通路であって、前記流れ場が周方向圧力分布を有する、複数のディフューザ通路
を含み、
前記ディフューザ通路が、各々が流れ方向に沿って第１有効断面積分布を有する通路の第１組と、前記流れ方向に沿って第２有効断面積分布を有する少なくとも１つの偏向通路とを含み、前記第１有効断面積分布および前記第２有効断面積分布が異なり、前記少なくとも１つの偏向通路が、前記周方向圧力分布を周方向均一性に向かって偏向させるように配置され、構成されかつ寸法が決められている、ディフューザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願データ
本出願は、２０１５年４月３０日に出願され、「ターボ機械用の偏向通路流動装置（Biased Passage(s) Flow Devices For Turbomachinery）」と題する米国仮特許出願第６２／１５５，３４１号、および２０１５年１０月１９日に出願され、「ディフューザ入口における非均一な圧力を考慮してターボ機械を設計する方法ならびに関連する構造および装置（Methods For Designing Turbomachines To Account For Non-Uniform Pressures At Diffuser Inlet And Associated Structures And Devices）」と題する米国仮特許出願第６２／２４３，４１５号の優先権の利益を主張する。これらの出願の各々は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、概して、ターボ機械の分野に関する。特に、本発明は、ターボ機械用の偏向通路に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
過去数十年間にわたって、遠心ポンプ段および圧縮機段のための多種多様なディフューザタイプが採用されてきた。場合によっては、最初に良好なインペラが設計され、その後、次いで良好なディフューザが設計されるか、または、２つの要素が同時に設計される。それとは無関係に、本質的にすべての過去の研究は、ディフューザ入口における流れが準定常／軸対称であるという想定に基づいており、それは、通常、予備設計のための１次元（１Ｄ）速度三角形モデルとして単純に処理されてきた。これらの想定の大部分は、今日使用されている数値流体力学（ＣＦＤ）モデルを用いる場合も継続している。通常、幾分かのレベルでは、ブレードの数に関わらず、インペラから出て、その後、この場合もまた羽根の数に関わらず、ディフューザに入る流れは、本質的に周期的かつ軸対称であり、各ディフューザ通路を完全にかつ均一に充填する、と想定されてきた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
開示の概要
一実施態様では、本開示は、ターボ機械用のディフューザであって、周方向圧力分布を有する流れ場を受け取る、ディフューザの周囲に配置された複数のディフューザ通路を含み、ディフューザ通路が、少なくとも１つの周期的セクションおよび少なくとも１つの非周期的セクションを含み、少なくとも１つの非周期的セクションが、周方向圧力分布を周方向均一性に向かって偏向させるように配置され、構成され、かつ寸法が決められた少なくとも１つの偏向通路を含む、ディフューザに関する。
【０００５】
別の実施態様では、本開示は、ディフューザであって、ディフューザの周囲の一部に列で配置された複数の第１羽根であって、第１羽根の各々が、隣接する第１羽根から第１周方向距離、間隔を空けて配置されている、複数の第１羽根と、第１羽根のうちのいくつかの間に位置する少なくとも１つの第２羽根であって、少なくとも１つの第２羽根が、第１羽根とは異なる特徴を有し、異なる特徴により、ディフューザに入る流れ場の周方向圧力分布を周方向に均一な圧力分布に向かって偏向させる、少なくとも１つの第２羽根に近接する偏向通路がもたらされる、少なくとも１つの第２羽根を含むディフューザに関する。
【０００６】
さらに別の実施態様では、本開示は、ディフューザであって、ハブおよびシュラウドと、ハブからシュラウドまで延在し、かつディフューザの周囲の一部に列で配置されている複数の第１羽根と、第１羽根のうちのいくつかの間に位置する少なくとも１つの第２羽根であって、ハブからシュラウドまで延在し、第１羽根とは異なる特徴を有する少なくとも１つの第２羽根とを含むディフューザに関する。
【０００７】
さらに別の実施態様では、本開示は、ハブおよびシュラウドと、各々が少なくとも２つの羽根を含む複数の羽根群であって、少なくとも２つの羽根の各々が少なくとも２つの羽根の他のものとは異なる特徴を有する、複数の羽根群とを含むディフューザに関する。
【０００８】
さらに別の実施態様では、本開示は、入口と入口に近接する周方向圧力変動を低減させる複数の羽根とを有するディフューザを設計する方法であって、圧力変動が、羽根の空間周波数未満の一次空間周波数を有する、方法に関する。本方法は、各々が入口を有しかつディフューザの周囲に位置する複数のディフューザ通路を設けることと、複数のディフューザ通路のうちのいくつかの間に少なくとも１つの偏向ディフューザ通路を配置することとを含み、偏向ディフューザ通路は、複数のディフューザ通路の入口における周方向圧力変動を最小限にするように、複数のディフューザ通路とは異なる断面積を有する。
【０００９】
さらに別の実施態様では、本開示は、ディフューザを設計する方法であって、軸対称ディフューザの計算モデルを展開することと、時間平均低周波数周方向変動を有する周方向圧力分布がディフューザへの入口に存在する場合、ディフューザの性能を計算することと、ディフューザに少なくとも１つの偏向流路を追加するように計算モデルを変更することと、変更したディフューザの性能を計算することと、２つの計算するステップからのディフューザ性能を比較して、偏向流路がディフューザ性能を向上させたか否かを判断することとを含む、方法に関する。
【００１０】
別の実施態様では、本開示は、ディフューザを設計する方法であって、周期的ディフューザ通路を有する第１ディフューザへの入口における周方向圧力分布を測定することと、第１ディフューザを、少なくとも１つの偏向ディフューザ通路を備えた少なくとも１つの非周期的セクションを有する第２ディフューザと置き換えることと、第２ディフューザへの入口における周方向圧力分布を測定することと、２つの測定するステップからの圧力分布を比較して、第２ディフューザが、測定された周方向圧力分布の大きさの望ましくない変動を、所定量だけ低減させたか否かを判断することを含む方法に関する。
【００１１】
さらに別の実施態様では、本開示は、入口および出口と、各々が入口と出口との間に延在しているハブ表面およびシュラウド表面と、ハブ表面およびシュラウド表面のうちの少なくとも一方における複数の流れ方向凹部であって、非周期的である複数の流れ方向凹部とを含む羽根なしディフューザに関する。
【００１２】
さらに別の実施態様では、本開示は、ターボ機械用のディフューザであって、流れ場を受け入れるようにディフューザの周囲に位置する複数のディフューザ通路であって、流れ場が周方向圧力分布を有する、複数のディフューザ通路を含み、ディフューザ通路が、各々が流れ方向に沿って第１有効断面積分布を有する通路の第１組と、流れ方向に沿って第２有効断面積分布を有する少なくとも１つの偏向通路とを含み、第１有効断面積分布および第２有効断面積分布が異なり、少なくとも１つの偏向通路が、周方向圧力分布を周方向均一性に向かって偏向させるように配置され、構成されかつ寸法が決められている、ディフューザに関する。
【００１３】
図面の簡単な説明
本発明を例示する目的で、図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態の態様を示す。しかしながら、本発明は、図面に示す正確な配置構成および手段に限定されないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】１２０，０００ＲＰＭで動作している遠心圧縮機インペラに動作可能に結合された平板ディフューザの場合のインペラ先端／ディフューザ入口における周方向静圧測定値を示す。
【図２】図１のデータのサブセットである。
【図３】図１および図２と同じであるが１３５，０００ＲＰＭで動作している機械の場合の周方向静圧測定値を示す。
【図４】１００，０００ＲＰＭで動作している遠心圧縮機インペラに動作可能に結合されたチャネルディフューザの場合の周方向静圧測定値を示す。
【図５】図４と同じであるが１３５，０００ＲＰＭで動作している機械に対する周方向静圧測定値を示す。
【図６】従来技術によるボリュートを示す。
【図７】下流ボリュートを備えた圧縮機またはポンプの場合の周方向圧力測定値を示す。
【図８】シュラウド表面に取り付けられた部分高さ羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図９】ハブ表面に取り付けられた部分高さ羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図１０】別の流れ方向位置および食違い角を有する第２羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図１１】別の厚さを有する第２羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図１２】別の厚さを有する第２羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図１３】別の弦長を有する第２羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図１４】別の弦長および食違い角を有する第２羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図１５】別のピッチを有する第２羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図１６】別の弦長および厚さを有する第２羽根によって形成された偏向通路を備える平板ディフューザを示す。
【図１７】第１羽根および第２羽根を含む羽根の列を有し、第２羽根が別の弦長を有する、平板ディフューザを示す。
【図１８】第１羽根および第２羽根を含む羽根の列を有し、第２羽根が別の弦長および前縁位置を有する、平板ディフューザを示す。
【図１９】第１羽根および第２羽根を含む羽根の列を有し、第２羽根が別の食違い角を有する、平板ディフューザを示す。
【図２０】第１羽根および第２羽根を含む羽根の列を有し、第１羽根が別の食違い角を有する、平板ディフューザを示す。
【図２１】従来技術によるチャネルディフューザを示す。
【図２２】第１羽根および第２羽根を有し、第２羽根が平板羽根である、チャネルディフューザを示す。
【図２３】第１羽根および第２羽根を有し、第２羽根が平板羽根である、チャネルディフューザを示す。
【図２４】別のくさび角を有する第２羽根によって形成された偏向通路を備えるチャネルディフューザを示す。
【図２５】別のくさび角を有する第２羽根によって形成された偏向通路を備えるチャネルディフューザを示す。
【図２６】別の弦長を有する第２羽根によって形成された偏向通路を備えるチャネルディフューザを示す。
【図２７】別の食違い角を有する第２羽根によって形成された偏向通路を備えるチャネルディフューザを示す。
【図２８】別のピッチを有する第２羽根によって形成された偏向通路を備えるチャネルディフューザを示す。
【図２９】別の弦長およびくさび角を有する第２羽根によって形成された偏向通路を備えるチャネルディフューザを示す。
【図３０】第１羽根および第２羽根を含む羽根の列を有し、第２羽根が別の弦長を有する、チャネルディフューザを示す。
【図３１】第１羽根および第２羽根を含む羽根の列を有し、第２羽根が別の弦長および前縁位置を有する、チャネルディフューザを示す。
【図３２】第１羽根および第２羽根を含む羽根の列を有し、第１羽根が別の食違い角を有する、チャネルディフューザを示す。
【図３３】第１羽根および第２羽根を含む羽根の列を有し、第２羽根が別の食違い角を有する、チャネルディフューザを示す。
【図３４】ディフューザと流れ方向溝を備えたシュラウドとを有するターボ機械を示す。
【図３５】図３４のディフューザおよびシュラウドの別の図である。
【図３６】図３４および図３５のディフューザおよびシュラウドの別の図である。
【図３７】ディフューザと流れ方向溝を備えたシュラウドとを有するターボ機械を示す。
【図３８】図３７のディフューザおよびシュラウドの別の図である。
【図３９】図３７および図３８のディフューザおよびシュラウドの別の図である。
【図４０】ディフューザおよびシュラウドを有し、ハブおよびシュラウドに流れ方向溝がある、ターボ機械を示す。
【図４１】図４０のディフューザおよびシュラウドの別の図である。
【図４２】図４０および図４１のディフューザおよびシュラウドの別の図である。
【図４３】図４０〜図４２のハブおよびシュラウドを示し、ハブはシュラウドに対して時計回りに移動している。
【図４４】図４３の時計回りに移動したハブおよびシュラウドの立面図である。
【図４５】ハブと、長手方向凹部および他の凹部とは異なる特徴を有する一組の凹部を備えるシュラウドとを有し、その結果、付勢通路がもたらされる、ディフューザを示す。
【図４６】図４５のディフューザの立面図である。
【図４７】ディフューザ通路の断面図であり、断面は、通路の前縁の下流の位置で取り出され、通路のハブおよびシュラウド表面における凹部を示し、それにより、付勢通路を提供する。
【図４８】ディフューザおよびシュラウドを有し、ハブおよびシュラウドに流れ方向チャネルがある、ターボ機械を示す。
【図４９】図４８のディフューザの別の図である。
【図５０】ハブおよびシュラウドに流れ方向溝があるディフューザを有し、チャネルのうちの１つが、チャネルのうちの他のものとは異なる特徴を有し、その結果、付勢通路がもたらされる、ターボ機械を示す。
【図５１】図５０のディフューザの立面図である。
【図５２】シュラウド表面に長手方向チャネルを有し、チャネルのうちの１つは付勢通路である、羽根付きディフューザを示す。
【図５３】図５２のディフューザの立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
詳細な説明
本開示の態様は、ターボ機械の性能を向上させるように設計された１つまたは複数の流れ案内機能を有するターボ機械を含む。いくつかの例では、流れ案内機能は、ディフューザ入口における周方向圧力分布を周方向均一性に向かって偏向させるか、または他の方法でこうした低周波数空間圧力変動を考慮するように設計されかつ構成されている。いくつかの例では、複数の第１羽根を含む羽根の列と第１羽根とは異なる特徴を有する少なくとも１つの第２羽根とを有するディフューザを開示する。いくつかの例では、流れ場を偏向させるための１つまたは複数の偏向通路を含む非周期的セクションを有するディフューザを開示する。いくつかの例では、ハブ表面およびシュラウド表面の一方または両方に流れ方向の細長い凹部を有するターボ機械を開示する。本明細書に記載するように、本開示は、限定されないが周方向非対称を含む流れ場特徴を考慮し、それによりターボ機械の性能を向上させるように、ターボ機械に組み込むことができる、流れ案内機能のさまざまな組み合わせを含む。
【００１６】
図１〜図５は、さまざまなディフューザおよび動作条件に対する静圧対周方向角のグラフであり、ディフューザの各々は、遠心圧縮機の下流に動作可能に配置されている。図１〜図５の各々は、機械の周囲のいくつかの周方向位置における、すべてインペラ出口とディフューザ入口との間の流れ方向の位置における時間平均静圧を示す。図１は、すべて同じインペラ回転速度、ここでは１２０，０００ＲＰＭでの、さまざまな流量１０２〜１１６に対する時間平均静圧を示し、曲線１０４は最低流量であり、曲線１０２は最高流量である。図１におけるデータは、１４個の羽根を有する平板ディフューザからのものである。羽根位置線１１８は、静圧測定値に対する羽根の各々のおよその位置を示す。図１に示すように、圧力曲線１０２〜１１６の各々は、鋸歯状パターンを有し、ピークは各羽根位置１１８に対応し、こうした鋸歯パターンは、大部分、羽根付きディフューザまたはターボ機械羽根の任意の翼列に存在する自然の羽根間の圧力場による。したがって、圧力曲線１０２〜１１６は、平板ディフューザの羽根の空間周波数と実質的に同じである第１空間周波数を有する。しかしながら、圧力曲線１０２〜１１６はまた、鋸歯形状の上に重なるより低周波数の波のタイプも有し、より低周波数の波は、羽根の空間周波数未満である一次空間周波数を有する。図２は、図１からの圧力曲線のサブセット、すなわち、曲線１０２、１０４および１１２を示す。図２はまた、平均圧力曲線２０２、２０４および２０６も含み、それえは、この例では、六次多項式曲線である。平均圧力曲線２０２、２０４および２０６において、時間平均周方向静圧における低周波数空間変動を見ることができ、この例では、各流量は、機械の周囲に２つの最高値および２つの最低値がある低周波数圧力変動をもたらす。
【００１７】
図１および図２は、時間平均周方向流量とディフューザ入口における圧力分布とが実質的に軸対称であるという、ターボ機械設計でなされる一般の想定とは対照的に、静圧は、実際には、機械の周囲で変化する、ということを示す。圧力が高い領域では、速度は一般に低い可能性があり、羽根入射角は、たとえば位相角に応じて、一方の極値、たとえば低いかまたは高い値により近い可能性がある。圧力が低い領域では、速度は一般に高い可能性があり、羽根入射角は、他方の極値、たとえば高いかまたは低い値により近い可能性がある。したがって、この歪みによるディフューザ入口における入射角が高い領域では、早期の失速の可能性がより高い可能性があり、損失が比較的高い可能性がある。これらの場合における流れ場は、非対称のインペラ流を一定数のディフューザ通路内に通すために、圧力の異なる高流量領域および低流量領域を発生している可能性がある。
【００１８】
図３は、図１および図２と同じ平板ディフューザであるが、圧縮機が異なる速度、ここでは１３５，０００ＲＰＭで動作している平板ディフューザによる、３つの流量３０２、３０４、３０６での静圧試験データを示し、曲線３０４は最低流量であり、曲線３０２は最高流量である。平均圧力曲線３０８、３１０および３１２は、図２に示すものと同様の低周波数変動を示し、流量が低減しシステムがサージに近づくに従い、局所最高値および最低値において周方向シフトも示す。
【００１９】
図４および図５は、同様に、１００，０００ＲＰＭ（図４）および１３５，０００ＲＰＭ（図５）で動作している遠心圧縮機インペラに動作可能に結合された二重開き角チャネルディフューザ用のディフューザ入口における静圧の時間平均周方向分布を示す。図４において、圧力曲線４０２および４０４ならびに平均圧力曲線４０８、４１０は、羽根位置４０６によって示すように、ディフューザチャネルの空間周波数分布未満である一次空間周波数分布を有する低周波数周方向変動を示す。図１〜図３とは異なり、圧力曲線４０２および４０４は、鋸歯パターンにおいて、位置４０６における羽根の数と同じ数のより高周波数の局所最高値を有していない。代わりに、データにポケット４１２が存在し、それは、流量によってシフトする。ポケット４１２は、非均一な流れが固定ディフューザ通路に入るのを可能にするようにオフセットまたは逃しプロセスが発生している可能性があることを示唆し、少なくともポケット４１２の領域において、ディフューザ通路の性能が低下している可能性を示す。図５は、すべて１３５，０００ＲＰＭにおいて、圧力曲線５０２、５０４、５０６および５０８と、４つの異なる流量に対応する平均圧力曲線５１２、５１４、５１６および５１８とを含む。図４におけるように、ポケット５１０は各流量に現れる。
【００２０】
さまざまなディフューザタイプに対する周方向圧力データの広範囲な試験および分析により、図１〜図５に示す低周波数周方向圧力分布が、ディフューザの上流または下流に位置する非対称流路から発していないことが示された。図６は、ディフューザ６０２の下流に位置するボリュート６００の形態の非対称流路の例を示す。ボリュート６００等のボリュートは、ディフューザ６０２等のディフューザの流れ場における非対称、すなわち近接する巻き始め６０４（ボリュート舌部６０４とも呼ぶ）をもたらし、たとえば、位置Ａと位置Ｂとの間に延在するボリュート歪みゾーン６０６をもたらすことは、周知である。図示する例では、ボリュート歪みゾーンは、巻き始め６０４の上流のおよそ９０度（位置「Ａ」）から巻き始めの下流のおよそ４５度（位置「Ｂ」）まで広がる。図７は、ボリュートを有する圧縮機またはポンプに対する周方向圧力対流量を示す。図７に示すように、ボリュートは、その条件でボリュート内に強力な拡散があるために低流量でインペラ出口圧力に強力な周方向歪みをもたらし、それは、流量が増大し、ボリュート流れ状態が拡散から加速に切り替わる際に、低減する。図７における圧力曲線１および２は、ボリュート歪みゾーン６０６にある（図６）。
【００２１】
ボリュートまたは他の非対称流路によってもたらされる大きい周方向歪みを考慮しようとする、ボリュート等の非対称流路を備えた機械においてディフューザ性能を向上させるさまざまなディフューザ設計が開発された。ディフューザの上流または下流に位置するこうした非対称流路の他の例としては、インペラの正面の側部入口、非対称収集器等が挙げられる。ボリュート等の非対称流路によってもたらされる局所化したバルク圧力歪みではなく、図１〜図５に示す低周波数圧力変動は、機械の全周囲に広がり、動作条件によって位置がシフトする能動的な現象であり、非対称流路があってもなくても存在する。本明細書は、これらの低周波数空間圧力変動を考慮してディフューザ性能を向上させるように設計されかつ構成された偏向通路を有する、種々のディフューザを開示する。いくつかの実施形態では、図１〜図５に示す低周波数変動等、ディフューザ入口における低周波数周方向圧力分布を、周方向均一性に向かって偏向させるように配置され、構成され、かつ寸法が決められている偏向通路が提供される。他の例では、偏向通路は、またもしくは別法として、空間流れ場変動の制御性を向上させ、流れ場変動を変更し、流れ場変動を考慮してターボ機械の性能を向上させること等、ターボ機械の性能を向上させるように、設計されかつ構成されている。
【００２２】
本明細書は、特定の性能および流れ場に対して適合された偏向通路を備えるディフューザを開発するために、任意の数の異なる組合せで組み合わせることができる、種々のディフューザ設計変数または特徴を含む。こうしたディフューザ設計変数または特徴の非限定的な例としては、限定されないが、羽根前縁位置、羽根後縁位置、ディフューザ中心線からの羽根の半径方向距離、羽根弦長、羽根の最大厚さ、羽根高さ、羽根流れ方向形状分布、羽根食違い角、羽根くさび角、チャネル開き角、羽根ピッチ、羽根傾き、羽根ねじり角、羽根前縁形状、たとえば前縁山形、燕尾形またはスカラップ状等、固定または可動羽根、ハブ表面とシュラウド表面との間の通路高さ、偏向通路の周方向位置、偏向通路の数、ならびにディフューザ通路の上流および／または下流に延在するハブ表面およびシュラウド表面の一方または両方に位置する１つまたは複数の流れ方向チャネルが挙げられる。１つまたは複数のディフューザ設計変数は、ディフューザ羽根列における羽根のサブセットに対して、同じ羽根列における複数の他のディフューザ通路の断面流路面積分布とは異なる流れ方向における断面流路面積分布を有する１つまたは複数の偏向通路をもたらすように調整することができる。こうしたディフューザ設計変数の組合せは、たとえば、平板、翼形、直線状チャネル、円錐形、単列または直列型、列ごとに単一または複数の羽根タイプ、および任意のソリディティを含む、任意のタイプの羽根付きディフューザを含む、任意のタイプのディフューザに適用することができ、羽根なしディフューザにも適用することができる。
【００２３】
さらに他の例では、本開示によって作製されるディフューザは、複数羽根群を含み、各羽根群は２つ以上の羽根を含み、各羽根は、その群における羽根のうちの他のものとは異なる１つまたは複数の特徴を有する。群は、機械の周囲に周期的な配置で配置することができ、または非周期的な配置で配置することができ、それにより、１つまたは複数の偏向通路がもたらされる。羽根群において羽根の間で異なる可能性がある１つまたは複数の特徴としては、限定されないが、羽根前縁位置、羽根後縁位置、ディフューザ中心線からの羽根の半径方向距離、羽根弦長、羽根の最大厚さ、羽根高さ、羽根流れ方向形状分布、羽根食違い角、羽根くさび角、チャネル開き角、羽根ピッチ、羽根傾き、羽根ねじり角、羽根前縁形状、たとえば前縁山形、燕尾形またはスカラップ状等、固定または可動羽根、およびハブ表面とシュラウド表面との間の通路高さを挙げることができる。こうした特徴のうちの１つまたは複数を変更することができる。こうした群は、空間流れ場変動の制御性を向上させること、流れ場変動を変更すること、および上述した周方向圧力変動等、流れ場変動を考慮してターボ機械の性能を向上させる等、ターボ機械の性能を向上させるように、設計し、構成し、配置することができる。
【００２４】
偏向通路を備えた羽根なしディフューザの例としては、１つまたは複数の周方向位置において通路高さを変更するようにハブ表面またはシュラウド表面に位置する、流れ方向凹部、たとえば、チャネル、溝または他の凹部を備えた、羽根なしディフューザが挙げられる。さらに後述するように、細長い凹部としては、限定されないが、実質的に正方形の縁を有する流れ方向チャネルと、丸い縁を有する流れ方向溝とが挙げられる。いくつかの例では、羽根なしディフューザは、流れ方向凹部の非周期的な配置を有することができる。こうした凹部の流れ方向長さは、ディフューザの上流でインペラ内にかつディフューザの下流に延在する長い方の凹部から、ディフューザの任意の流れ方向位置に位置し、任意のより長さの短い、短い方の凹部まで変化することができる。本明細書に開示する偏向通路は、ディフューザ列における他の通路の断面積より大きい断面積を有することができる。こうした流路面積の増大した通路は、インペラ出口流の非対称部分を許容するように設計しかつ構成することができる偏向逃し通路を提供し、他の非偏向通路内への流れのより均一な分布をもたらすことができる。他の例では、本明細書に開示する偏向通路は、完全閉鎖通路を含む、他の非偏向通路の断面積と比較して、低減した断面積を有することができる。したがって、本明細書で用いる面積が低減した偏向通路は、完全閉鎖通路、または完全に周期的なディフューザ通路配置の場合に通路があった位置にディフューザ通路がないことを含む。こうした流路面積が低減した偏向通路は、非対称インペラ出口流れ場を再配置するかまたは他の方法でそれに影響を与え、それにより、非偏向通路において流れのより均一な分布を提供するように、設計しかつ構成することができる。
【００２５】
本開示はまた、性能を向上させるようにターボ機械に対する流れ構造を設計する実験および計算方法も含む。一例では、ターボ機械および／またはディフューザの計算モデルを展開することができる。周方向圧力分布は、１つまたは複数の動作条件で計算することができ、ディフューザの性能を分析することができる。場合によっては、圧力の低周波数周方向変動は、ディフューザ入口において計算される。ディフューザの計算モデルは、１つまたは複数の偏向通路を追加して反復的に調整することができ、周方向圧力分布およびディフューザ性能は、各場合に対して、最適化された偏向通路設計を特定するように計算することができる。他の例では、周方向圧力分布を計算するのではなく、最適化された偏向通路配置を求めるために、さまざまなディフューザ設計に対する計算モデルに対して、ディフューザ入口圧力におけるシード摂動（seeded perturbation）または他の等価な手法を適用することができる。さらに他の例では、任意の周方向圧力変動の一次成分を完全に特徴づけるように、ディフューザ入口の周囲における十分な圧力測定を含む試験プラットフォームを計装すること等、偏向通路設計を求める実験方法を実施することができる。偏向通路があってもなくてもさまざまなディフューザ設計に対する周方向圧力変動を測定することができ、改善された偏向通路設計を確定することができる。
【００２６】
図８〜図２０は、１つまたは複数の偏向通路を有する羽根付きディフューザの例示的な実施形態を示す。図８は、例示的な羽根付き平板低ソリディティディフューザ８００の一部を示し、それは、ハブ８０４とシュラウド８０６との間に延在しかつディフューザ８０８と出口８１０との間を流れ方向に延在する羽根の列８０２を有する。列８０２は、複数の第１羽根８１２および少なくとも１つの第２羽根８１４を含む。３つのみを示すが、第１羽根８１２は、ディフューザ８００の１つまたは複数の部分の周囲に等しく間隔を空けて配置されている。図示するように、第２羽根８１４は、第１羽根８１２とは異なる特徴、ここでは異なる高さを有し、第２羽根８１４は、ハブ８０４に取り付けられた部分高さ羽根である。第２羽根８１４の部分高さにより、流れ方向において第１羽根８１２の間の通路８１６とは異なる断面積分布を有する偏向通路８１６がもたらされる。したがって、ディフューザ８００は、第１羽根８１２の間に延在する通路８１６の少なくとも１つの周期的セクションを含む、ディフューザの周囲に位置する複数の通路を有し、第１羽根８１２がディフューザ中心線の周囲に規則的な間隔で等しく間隔を空けて配置されているため、そのセクションは周期的である。ディフューザ８００はまた、偏向通路８１８を含む少なくとも１つの非周期的セクションも含み、第１羽根８１２の周期的性質に不連続性、ここでは、通路８１６より大きい断面流路面積を有する偏向通路８１８があるため、そのセクションは非周期的である。例示的なディフューザ８００は、周方向圧力分布を有する流れ場を受け入れるように設計されかつ構成されており、偏向通路８１６は、周方向圧力分布を周方向均一性に向かって偏向させる、たとえば、図１〜図５に示すもの等、低周波数空間圧力変動を偏向させるように、配置され、構成され、かつ寸法が決められている。偏向通路はまた、空間流れ場変動の制御性を向上させること、流れ場変動を変更すること、および流れ場変動を考慮してターボ機械の性能を向上させること等、ターボ機械の性能を向上させるように、配置し、構成し、寸法を決めることができる。ディフューザ８００は、ディフューザの周囲の任意の位置に配置された偏向通路８１６のうちの１つまたは複数を有することができる。図９は、ハブ９０４とシュラウド９０６との間に延在する第１羽根９０２と少なくとも１つの第２羽根９０８とを含む、ディフューザ８００と実質的に同じであるディフューザ９００を示し、そこでは、第２羽根は部分高さであり、偏向通路をもたらす。ディフューザ８００とは異なり、第２羽根９０８は、ハブ９０４ではなくシュラウド９０６に取り付けられている。代替的な実施形態は、第２羽根８１４および９０８の組合せ、たとえば、シュラウド表面に取り付けられた１つまたは複数の部分高さ羽根とハブ表面に取り付けられた１つまたは複数の部分高さ羽根とを備えた単一のディフューザを含むことができる。
【００２７】
図１０は、例示的なディフューザ１０００を示し、それは、複数の第１羽根１００２と、異なる特徴、ここでは、ディフューザ１０００の中心線１００５からの半径方向距離および食違い角を有し、それにより偏向通路１００６を形成する、少なくとも１つの第２羽根１００４とを有する。破線１００８は、既存のディフューザの場合のように、第１羽根１００２のうちの１つが、第１羽根の周期的性質が継続した場合に位置したであろう場所、たとえば、周期的な第１羽根位置を示す。破線１０１０は、食違い角を第１羽根の食違い角からプラスに／マイナスに変化させることができることを示す。ディフューザ１０００の一部のみを示すが、ディフューザは、１つまたは複数の偏向通路１００６を含むことができる。第１羽根１００２および第２羽根１００４をすべて完全高さとすることができ、または一方もしくは両方を部分高さとすることができる。図示するように、例示的な第２羽根１００４は、周期的な第１羽根位置１００８と比較して流れ方向に沿って後退し、その結果、前縁１０１２および後縁１０１４がともに、第１羽根１００２の前縁１０１６および後縁１０１８より中心線１００５から大きい半径方向距離にある。偏向通路１００６は、ディフューザ１０００において、ディフューザ１０００の入口１０２０の断面流路面積の方が大きいという形態の非周期的セクションをもたらす。
【００２８】
図１１は、例示的なディフューザ１１００を示し、それは、複数の第１羽根１１０２と、異なる特徴、ここでは厚さを有し、それにより偏向通路１１０６を形成する、少なくとも１つの第２羽根１１０４とを有する。ディフューザ１１００の一部のみを示すが、ディフューザは、２つ以上の偏向通路１１０６を含むことができる。第１羽根１１０２および第２羽根１１０４をすべて完全高さとすることができ、または一方もしくは両方を部分高さとすることができる。図示するように、例示的な第２羽根１１０４は第１羽根１１０２より薄く、その結果、偏向通路１１０６は、通路１１０８とは異なる断面積分布を有し、ディフューザ１１００において、第２羽根１１０４に隣接する断面流路面積の方が大きいという形態の非周期的セクションをもたらす。
【００２９】
図１２は、例示的なディフューザ１２００を示し、それは、ディフューザ１１００（図１１）と同様であり、複数の第１羽根１２０２と、異なる特徴、ここでは最大厚さを有し、それにより、偏向通路１２０６を形成する、少なくとも１つの第２羽根１２０４とを有する。ディフューザ１２００の一部のみを示すが、ディフューザは、２つ以上の偏向通路１２０６を含むことができる。第１羽根１２０２および第２羽根１２０４をすべて完全高さとすることができ、または一方もしくは両方を部分高さとすることができる。図示するように、例示的な第２羽根１２０４は第１羽根１２０２より厚く、その結果、偏向通路１２０６は、通路１２０８とは異なる断面積分布を有し、ディフューザ１２００において、第２羽根１２０４に隣接する断面流路面積の方が大きいという形態の非周期的部分をもたらす。
【００３０】
図１３は例示的なディフューザ１３００を示し、それは、ディフューザ１１００および１２００（図１１および図１２）と同様であり、複数の第１羽根１３０２と、異なる特徴、ここでは弦長を有し、それにより偏向通路１３０６を形成する、少なくとも１つの第２羽根１３０４とを有する。ディフューザ１３００の一部のみを示すが、ディフューザは２つ以上の偏向通路１３０６を含むことができる。第１羽根１３０２および第２羽根１３０４をすべて完全高さとすることができ、または一方もしくは両方を部分高さとすることができる。図示するように、例示的な第２羽根１３０４は第１羽根１３０２より長く、その結果、偏向通路１３０６は通路１３０８とは異なる流れ方向断面積分布を有し、ディフューザ１３００において第２羽根１３０４に近接した非周期的セクションをもたらす。図１４は、ディフューザ１３００と実質的に同じであり、等価な構成要素が同じ名称および同じ参照接尾数字を有する、ディフューザ１４００を示す。ディフューザ１３００とは異なり、第２羽根１４０４は、破線１４１０によって示すように、第１羽根１４０２とは異なる食違い角を有することができ、１つのあり得る代替的な食違い角を示す。第１羽根１４０２の食違い角に対する正の角度および負の角度両方を含む、第２羽根１４０４の特定の食違い角を変更することができる。
【００３１】
図１５は、例示的なディフューザ１５００を示し、それは、ディフューザ１１００〜１４００（図１１〜図１４）と同様であり、複数の第１羽根１５０２と少なくとも１つの第２羽根１５０４とを有し、第２羽根１５０４は、異なる特徴、ここではピッチを有し、その結果、第２羽根１５０４と隣接する羽根との間の周方向間隔が、隣接する第１羽根１５０２の間の間隔と異なり、それにより、偏向通路１５０６ａおよび１５０６ｂが形成される。偏向通路１５０６ａは、通路１５０８より小さい断面積を有し、偏向通路１５０６ｂは、通路１５０８より大きい断面積を有する。ディフューザ１５００の一部のみを示すが、ディフューザは、２つ以上の偏向通路１５０６ａ、１５０６ｂを含むことができる。第１羽根１５０２および第２羽根１５０４をすべて完全高さとすることができ、または一方もしくは両方を部分高さとすることができる。図示するように、例示的な第２羽根１５０４は、第１羽根１２０２と同じピッチ、形状および弦長を有するが、周期的な第１羽根位置とは異なる周方向位置に配置されており、その結果、非周期的セクションがもたらされ、ディフューザ１５００は、非均一かつ非周期的な周方向羽根ピッチ分布を有する。
【００３２】
図１６は、例示的なディフューザ１６００を示し、それは、複数の第１羽根１６０２（１２個のうちの２つのみに符号を付す）と、各々が第１羽根とは異なる特徴、ここでは、最大厚さおよび弦長を有し、その結果、偏向通路１６０６ａおよび１６０６ｂをもたらす、２つの第２羽根１６０４ａ、１６０４ｂとを有する。第２羽根１６０４ａは、第１羽根１６０２と同じ厚さを有するが、より長い弦長を有し、その結果、偏向通路１６０６ａは通路１６０８とは異なる流れ方向断面積分布を有する。第２羽根１６０４ｂは第１羽根１６０２より大きい厚さを有し、その結果、偏向通路１６０６ｂは、通路１６０８より小さい断面積を含む、通路１６０８とは異なる流れ方向断面積分布を有する。第１羽根１６０２および第２羽根１６０４ａ、１６０４ｂをすべて完全高さとすることができ、または１つもしくは複数を部分高さとすることができる。図示するように、第２羽根１６０４ａ、１６０４ｂと関連する偏向通路１６０６ａ、１６０６ｂとは、ディフューザ１６００の周囲におよそ１８０度間隔があけられている。第１羽根１６０２は、隣接する第１羽根から等しく間隔があけられ、２つの周期的セクション１６１０を提供し、第２羽根１６０４ａ、１６０４ｂは２つの非周期的セクション１６１２をもたらす。
【００３３】
図１７は、例示的なディフューザ１７００を示し、それは、複数の第１羽根１７０２（７つのうちの２つのみに符号を付す）と、各々が第１羽根１７０２と異なる特徴、ここでは弦長を有する複数の第２羽根１７０４（７つのうちの２つのみに符号を付す）とを有する。ディフューザ１６００とは異なり、ディフューザ１７００は、等しい数の第１羽根１７０２および第２羽根１７０４と通路１７０６ａ、１７０６ｂの完全に周期的な配置とを有する。第１羽根１７０２および第２羽根１７０４をすべて完全高さとすることができ、または１つもしくは複数を部分高さとすることができる。第１羽根１７０２および第２羽根１７０４は、羽根群、ここでは群毎に２つの羽根で配置され、そこでは、ディフューザ１７００は複数羽根群の周期的な配置を有し、各羽根群は、各々が群における羽根の他のものと異なる特徴を有する、第１羽根１７０２および第２羽根１７０４を含む。図１８は、ディフューザ１７００と実質的に同じであるディフューザ１８００を示し、それは、複数の第１羽根１８０２（７つのうちの２つのみに符号を付す）と、各々が第１羽根１８０２とは異なる特徴、ここでは弦長を有する複数の第２羽根１８０４（７つのうちの２つのみに符号を付す）とを含む。ディフューザ１７００とは異なり、第２羽根１８０４の各々は、第１羽根１８０２とは異なる流れ方向位置も有し、前縁１８１２の位置は、ディフューザ中心線からの第１羽根前縁１８１６の半径方向距とは異なる、ここでは大きい、ディフューザ中心線１８１４からの半径方向距離にある。たとえば、第２羽根１８０４の各々は、周期的な第１羽根位置と比較して流れ方向において後退している。ディフューザ１７００と同様に、ディフューザ１８００は第１羽根１８０２および第２羽根１８０４を含み、それらは、複数羽根群、ここでは群毎に２つの羽根で配置され、ディフューザ１８００は複数羽根群の周期的な配置を有する。他の例では、第１羽根１７０２、１８０２および／または第２羽根１７０４、１８０４のうちの１つまたは複数の１つまたは複数の特徴を変更して、非対称圧力場、たとえば、図１〜図５に示す非対称圧力場に対処するように構成される偏向通路を有する１つまたは複数の非周期的セクションをもたらすことができる。１つまたは複数の特徴としては、羽根高さ、食違い角、ピッチ、羽根形状、羽根前縁位置および後縁位置、ならびに弦長等、本明細書に記載する特徴のうちの任意のものを挙げることができる。
【００３４】
図１９は、例示的なディフューザ１９００を示し、それは、複数の第１羽根１９０２（７つのうちの２つのみに符号を付す）と、各々が第１羽根１９０２とは異なる特徴、ここでは弦長および食違い角を有する複数の第２羽根１９０４（７つのうちの２つのみに符号を付す）とを有する。ディフューザ１９００は、等しい数の第１羽根１９０２および第２羽根１９０４と、第２羽根１９０４がすべて同じ食違い角にある場合は、通路１９０６ａ、１９０６ｂの完全に周期的な配置とを有する。第１羽根１９０２および第２羽根１９０４をすべて完全高さとすることができ、または１つもしくは複数を部分高さとすることができる。第１羽根１９０２および第２羽根１９０４は、羽根群、ここでは群毎に２つの羽根で配置され、ディフューザ１９００は、複数羽根群の周期的な配置を有する。破線１９１０によって示すように、第２羽根１９０４の食違い角は、第１羽根１９０２と同じとすることができ、または、第１羽根の食違い角から正の方向または負の方向に変更することができる。いくつかの実施形態では、第２羽根１９０４の食違い角を変更することができ、１つまたは複数の偏向通路を備えた非周期的な配置を形成するように配置することができる。たとえば、第２羽根１９０４の１つを除くすべてが第１羽根１９０２と同じ食違い角を有することができ、第２羽根のうちの１つは別の食違い角を有し、それにより、角度が変更された完全高さの第２羽根の両側に２つの偏向通路を提供する。他の例では、他の数の第２羽根１９０４の食違い角を変更することができる。
【００３５】
図２０は例示的なディフューザ２０００を示し、それは、ディフューザ１９００と実質的に同じであり、等価な構成要素が同じ名称および同じ参照接尾数字を有する。第２羽根１９０４の食違い角を変更することができるディフューザ１９００とは異なり、ディフューザ２０００では、破線２０１０によって示すように、第１羽根２００２の食違い角を変更することができる。ディフューザ１９００と同様に、第１羽根２００２のうちの一部を除いたものの食違い角は、第１羽根のうちの他のものと異なるものとすることができ、それにより、非周期的な配置および１つまたは複数の偏向通路がもたらされる。第１羽根２００２および第２羽根２００４は、羽根群、ここでは群毎に２つの羽根で配置され、ディフューザ２０００は複数羽根群の周期的な配置を有する。他の例では、第１羽根および第２羽根両方のうちの選択されたものの食違い角、または第１羽根１９０２、２００２のサブセットもしくは第２羽根１９０４、２００４のサブセットの食違い角を変更する等、ディフューザ１９００および２０００の特徴を組み合わせることができる。
【００３６】
別の実施形態では、例示的なディフューザは、複数の羽根群を含むことができ、群における各羽根は異なる高さを有する。たとえば、羽根群は、ハブ表面またはシュラウド表面に取り付けられた第１部分高さ羽根とハブ表面またはシュラウド表面に取り付けられた第２の隣接する部分高さ羽根とを含む、２つの部分高さ羽根を含むことができる。ディフューザは、こうした群の周期的な配置を含むことができ、たとえば、一例では、第１部分高さ羽根および第２部分高さ羽根を、すべて、機械の周囲に等しく間隔を空けて配置することができる。一例では、第１部分高さ羽根は、第２部分高さ羽根と異なる高さを有することができる。たとえば、第１部分高さ羽根は、通路高さのおよそ１５％〜およそ６５％、いくつかの例では通路高さのおよそ５０％の高さを有することができる。第２部分高さ羽根は、通路高さのおよそ５％〜およそ４５％、いくつかの例ではおよそ１５％の高さを有することができる。一例では、各羽根群における第１部分高さ羽根および第２部分高さ羽根は、通路の対向する側に取り付けることができ、たとえば、第１部分高さ羽根はシュラウドに取り付けることができ、第２部分高さ羽根はハブに取り付けることができる。こうした部分高さ羽根群により、前縁金属閉塞を低減させかつ通路面積を増大させ、特にチョークの近くの流れの再編成を可能にし、それにより性能を向上させることができる。さらに他の例では、羽根群は、３つ以上の羽根を含むことができ、こうした羽根群はディフューザの外周部で繰り返される。さらに他の例では、周期的セクションに隣接してこうした羽根群を配置することにより、１つまたは複数の偏向通路を形成することができる。たとえば、１４個の羽根を備えたディフューザでは、１つまたは複数の周方向位置における１４個の羽根のうちの２個〜１２個の代わりに、第１部分高さ羽根および第２部分高さ羽根を含む２つの羽根群を用いて、１つまたは複数の偏向通路をもたらすことができる。
【００３７】
図２１は、従来技術によるチャネル型ディフューザ２１００を示し、図２２〜図３３は、本開示によって作製されたチャネル型ディフューザの例示的な実施形態を示す。図２１に示すように、従来技術によるチャネル型ディフューザ２１００は、チャネルの形態の通路２１０４（１つのみに符号を付す）を画定する複数の羽根２１０２（１つのみに符号を付す）を含む。ディフューザ２１００は、図４および図５に示す試験データを生成するために使用されたディフューザと同様である。ディフューザ２１００は、完全に周期的かつ対称であり、羽根２１０２の各々は同じ食違い角Ｓおよびくさび角Ｗを有し、各通路２１０４は同じ開き角Ｄを有する。
【００３８】
図２２は、第１羽根２２０４（１つのみに符号を付す）の間に延在する複数の通路２２０２（１つのみに符号を付す）を有する例示的なチャネルディフューザ２２００を示す。しかしながら、従来技術によるディフューザ２１００とは異なり、各通路２２０２はまた、隣接する第１羽根２２０４の間に位置する第２羽根２２０６も含む。例示的な第２羽根２２０６は平板であり、各々、ディフューザ入口２２１０から下流である前縁２２０８とディフューザ出口２２１４の上流に配置された後縁２２１２とを有する。第２羽根２２０６は完全高さである。他の例では、第１羽根２２０４および／または第２羽根２２０６のうちの１つまたは複数は部分高さであり得る。図示する例では、第２羽根２２０６は、通路２２０２の長さより短い弦長を有し、周方向および流れ方向の両方において通路の実質的に中心にある。第１羽根２２０４および第２羽根２２０６は、羽根群、ここでは群毎に２つの羽根で配置されており、ディフューザ２２００は、複数羽根群の周期的な配置を有する。例示的な通路２２０２は周期的であるが、第１羽根２２０４および／または第２羽根２２０６のうちの１つまたは複数の１つまたは複数の特徴を変更して、１つまたは複数の偏向通路をもたらすことができる。第１羽根２２０４および／または第２羽根２２０６のうちの１つまたは複数の１つまたは複数の特徴を変更して、非対称圧力場、たとえば、図１〜図５に示す非対称圧力場に対処するように構成された偏向通路を有する１つまたは複数の非対称セクションをもたらすことができる。１つまたは複数の特徴としては、たとえば、羽根高さ、食違い角、ピッチ、羽根形状、羽根前縁位置および後縁位置、ならびに弦長等、本明細書に記載する特徴のうちの任意のものを挙げることができる。たとえば、第２羽根２２０６は、翼型を含む任意のタイプのものとすることができ、すべてが通路２２０２において中心にある必要はなく、すなわち、少なくとも１つは、部分高さ設計を含む偏向通路をもたらすように再配置するかまたはサイズを変更することができる。
【００３９】
図２３は、例示的なチャネルディフューザ２３００を示し、それは、チャネルディフューザ２２００と同様であり、等価な構成要素は同じ名称および同じ接辞数字を有している。ディフューザ２３００は、第１羽根２３０４（１つのみに符号を付す）の間に延在する複数の通路２３０２（１つのみに符号を付す）を含む。各通路２３０２はまた、隣接する第１羽根２３０４の間に位置する第２羽根２３０６も含む。例示的な第２羽根２３０６は平板である。第２羽根２２０６（図２２）と比較すると、第２羽根２３０６はより幅が狭く、より上流に位置決めされ、この例では、前縁２３０８はディフューザ入口２３１０に位置し、後縁２３１２はディフューザ２３１４のさらに上流に位置している。第２羽根２３０６は完全高さである。他の例では、第１羽根２３０４および／または第２羽根２３０６のうちの１つまたは複数は部分高さであり得る。図示する例では、第２羽根２３０６は、通路２３０２の長さより短い弦長を有し、周方向において通路の実質的に中心にあり、流れ方向において通路２３０２中間点の上流に位置している。第１羽根２３０４および第２羽根２３０６は、羽根群、ここでは群毎に２つの羽根で配置されており、ディフューザ２３００は、複数羽根群の周期的な配置を有する。例示的な通路２３０２は周期的であるが、第１羽根２３０４および／または第２羽根２３０６のうちの１つまたは複数の１つまたは複数の特徴を変更して、１つまたは複数の偏向通路をもたらすことができる。第１羽根２３０４および／または第２羽根２３０６のうちの１つまたは複数の１つまたは複数の特徴を変更して、非対称圧力場、たとえば、ここでは図１〜図５に示す非対称圧力場に対処するように構成された偏向通路を有する、１つまたは複数の非対称セクションをもたらすことができる。１つまたは複数の特徴としては、たとえば、羽根高さ、食違い角、ピッチ、羽根形状、羽根前縁位置および後縁位置、ならびに弦長等、本明細書に記載する特徴のうちの任意のものを挙げることができる。たとえば、第２羽根２３０６は、翼型を含む任意のタイプのものとすることができ、すべてが通路２３０２において中心にある必要はなく、すなわち、少なくとも１つは、部分高さ設計を含む偏向通路をもたらすように再配置するかまたはサイズを変更することができる。
【００４０】
図２４は、例示的なチャネルディフューザ２４００を示し、それは、従来技術によるディフューザ２１００（図２１）と同じであるが、複数の第１羽根２４０２と、第１羽根２４０２とは異なる特徴、ここではくさび角を有する１つの第２羽根２４０４とを含むという点が異なる。例示的な例では、ディフューザ２４００は、第１羽根２４０２の周期的な位置に、または従来技術による配置では第１羽根２４０２が配置されていた場所に配置された、単一の第２羽根２４０４を含む。第２羽根２４０４は、第１羽根２４０２のくさび角Ｗ１より小さいくさび角Ｗ２を有する。第２羽根２４０４のくさび角Ｗ２の方が小さいことにより、２つの偏向通路２４０６がもたらされる。ディフューザ２４００は、第１羽根２４０２および関連する通路２４１０の周期的セクション２４０８と、２つの偏向通路２４０６を含む非周期的セクション２４１２とを含む。他の例では、１つまたは複数のさらなる第１羽根２４０２を、第１羽根２４０２とは異なる１つまたは複数の特徴を有することができる第２羽根２４０４に置き換え、それにより、１つまたは複数の追加の偏向通路をもたらすことができる。
【００４１】
図２５は、例示的なチャネルディフューザ２５００を示し、それは、ディフューザ２４００（図２４）と同様であり、等価な構成要素は同じ名称および同じ接辞数字を有している。ディフューザ２５００は、複数の第１羽根２５０２と、第１羽根２５０２とは異なる特徴、ここではくさび角を有する１つの第２羽根２５０４とを含む。ディフューザ２４００とは異なる、第２羽根２５０４は、第１羽根２５０２より大きいくさび角を有する。図示する例では、ディフューザ２５００は、第１羽根２５０２の周期的な位置に、または従来技術の配置では第１羽根２５０２が配置されていた場所に配置された、単一の第２羽根２５０４を含む。第２羽根２５０４は、第１羽根２５０２のくさび角Ｗ１より大きいくさび角Ｗ２を有する。第２羽根２４０４のくさび角Ｗ２の方が大きいことにより、通路２５１０より小さい断面積を有する２つの偏向通路２５０６がもたらされる。ディフューザ２５００は、第１羽根２５０２および関連する通路２５１０の周期的セクション２５０８と、２つの偏向通路２５０６を含む非周期的セクション２５１２とを含む。他の例では、１つまたは複数のさらなる第１羽根２５０２を、第１羽根２５０２とは異なる１つまたは複数の特徴を有することができる第２羽根２５０４と置き換え、それにより、１つまたは複数の追加の偏向通路をもたらすことができる。
【００４２】
図２６は、例示的なチャネルディフューザ２６００を示し、それは、ディフューザ２４００（図２４）および２５００（図２５）と同様であり、等価な構成要素は同じ名称および同じ接辞数字を有している。ディフューザ２６００は、複数の第１羽根２６０２と、第１羽根２６０２とは異なる特徴、ここでは弦長を有する１つの第２羽根２６０４とを含む。図示する例では、ディフューザ２６００は、第１羽根２６０２の周期的な位置に、または従来技術の配置では第１羽根２６０２が配置されていた場所に配置された、単一の第２羽根２６０４を含む。第２羽根２６０４の方が長いことにより、通路２６１０とは異なる流れ方向断面積分布を有する２つの偏向通路２６０６がもたらされ、それらにより、第２羽根２６０４の後縁は、ディフューザ出口における損失を低減させるようにディフューザ出口において追加の流れガイドとして作用することになる。ディフューザ２６００は、第１羽根２６０２および関連する通路２６１０の周期的セクション２６０８と、２つの偏向通路２６０６を含む非周期的セクション２６１２とを含む。他の例では、１つまたは複数のさらなる第１羽根２６０２を、第１羽根２６０２とは異なる１つまたは複数の特徴を有することができる第２羽根２６０４と置き換え、それにより、１つまたは複数の追加の偏向通路をもたらすことができる。
【００４３】
図２７は、例示的なチャネルディフューザ２７００を示し、それは、ディフューザ２４００（図２４）、２５００（図２５）および２６００（図２６）と同様であり、等価な構成要素は同じ名称および同じ接辞数字を有している。ディフューザ２７００は、複数の第１羽根２７０２と、第１羽根２７０２とは異なる特徴、ここでは羽根食違い角を有し、その結果、別の通路開き角をもたらす、１つの第２羽根２７０４とを含む。図示する例では、ディフューザ２７００は、およそ、従来技術による配置では第１羽根２７０２が配置されていた場所に配置された、単一の第２羽根２７０４を含む。破線によって示すように、第２羽根２７０４の食違い角は、第１羽根２７０２の食違い角に対してプラスの方向／マイナスの方向に変更することができ、その結果、通路２７１０とは異なる流れ方向断面積分布を有する２つの偏向通路２７０６がもたらされる。ディフューザ２７００は、第１羽根２７０２および関連する通路２７１０の周期的セクション２７０８と、２つの偏向通路２７０６を含む非周期的セクション２７１２とを含む。他の例では、１つまたは複数のさらなる第１羽根２７０２を、第１羽根２７０２とは異なる１つまたは複数の特徴を有することができる第２羽根２７０４と置き換え、それにより、１つまたは複数の追加の偏向通路をもたらすことができる。
【００４４】
図２８は、例示的なチャネルディフューザ２８００を示し、それは、ディフューザ２４００（図２４）、２５００（図２５）、２６００（図２６）および２７００（図２７）と同様であり、等価な構成要素は同じ名称および同じ接辞数字を有している。ディフューザ２８００は、複数の第１羽根２８０２と、第１羽根２８０２とは異なる特徴、ここでは羽根ピッチを有し、それにより、羽根周方向位置および間隔を変更する、１つの第２羽根２８０４とを含む。図示する例では、ディフューザ２８００は、第１羽根２８０２のうちの１つの代わりに単一の第２羽根２８０４を含む。図示するように、第２羽根２８０４のピッチは第１羽根２８０２のピッチとは異なり、その結果、通路２８１０とは異なる流れ方向断面積分布を有する２つの偏向通路２８０６ａ、２８０６ｂがもたらされる。ディフューザ２８００は、第１羽根２８０２および関連する通路２８１０の周期的セクション２８０８と、２つの偏向通路２８０６ａ、２８０６ｂを含む非周期的セクション２８１２とを含む。他の例では、１つまたは複数のさらなる第１羽根２８０２を、第１羽根２８０２とは異なる１つまたは複数の特徴を有することができる第２羽根２８０４と置き換え、それにより、１つまたは複数の追加の偏向通路をもたらすことができる。
【００４５】
図２９は、ディフューザ２５００（図２５）および２６００（図２６）の特徴を結合する例示的なディフューザ２９００を示す。図示するように、ディフューザ２９００は、複数の第１羽根２９０２と、各々が第１羽根２９０２とは異なる特徴を有する２つの第２羽根２９０４ａ、２９０４ｂとを含む。第２羽根２９０４ａは、第１羽根２９０２より大きい弦長を有し、第２羽根２９０４ｂは、第１羽根２９０２のくさび角Ｗ１より大きいくさび角Ｗ２を有し、その結果、通路２９１０とは異なる流れ方向断面積分布を有する偏向通路２９０６ａおよび２９０６ｂがもたらされる。ディフューザ２９００は、第１羽根２９０２および関連する通路２９１０の周期的セクション２９０８ａ、２９０８ｂと、それぞれ偏向通路２９０６ａ、２９０６ｂを含む非周期的セクション２９１２ａ、２９１２ｂとを含む。他の例では、１つまたは複数のさらなる第１羽根２９０２を、第１羽根２９０２とは異なる１つまたは複数の特徴を有することができる第２羽根２９０４と置き換え、それにより、１つまたは複数の追加の偏向通路をもたらすことができる。
【００４６】
図３０は例示的なチャネルディフューザ３０００を示し、それは、複数の第１羽根３００２（１つのみに符号を付す）と複数の第２羽根３００４（１つのみに符号を付す）とを有し、第２羽根の各々が第１羽根３００２とは異なる特徴、ここでは弦長を有する。ディフューザ３０００は、等しい数の第１羽根３００２および第２羽根３００４と、通路３００６ａ、３００６ｂの完全に周期的な配置とを有する。本明細書に開示するチャネルディフューザのうちの任意のものと同様に、第１羽根３００２および第２羽根３００４をすべて同じ高さとすることができ、または１つもしくは複数を部分高さとすることができる。図３１は、複数の第１羽根３１０２（１つのみに符号を付す）と複数の第２羽根３１０４（１つのみに符号を付す）とを含み、第２羽根の各々が第１羽根３１０２とは異なる特徴、ここでは弦長および流れ方向位置を有する、ディフューザ３０００と同様のディフューザ３１００を示す。第２羽根３１０４の各々は、第１羽根３１０２とは異なる流れ方向位置を有し、前縁３１１２の位置は、ディフューザ中心線からの第１羽根前縁３１１６の半径方向距離とは異なる、ディフューザ中心線３１１４からの半径方向距離、ここではより大きい距離にある。たとえば、第２羽根３１０４の各々は、周期的な第１羽根位置と比較して流れ方向において後退している。第１羽根３００２、３１０２および／または第２羽根３００４、３１０４のうちの１つまたは複数の１つまたは複数の特徴を変更して、非対称圧力場、たとえば、図１〜図５に示す非対称圧力場に対処するように構成された偏向通路を有する１つまたは複数の非周期的セクションをもたらすことができる。１つまたは複数の特徴としては、羽根高さ、食違い角、ピッチ、羽根形状、羽根前縁位置および後縁位置、ならびに弦長等、本明細書に記載する特徴のうちの任意のものを挙げることができる。
【００４７】
図３２は例示的なチャネルディフューザ３２００を示し、それは、ディフューザ３０００（図３０）と実質的に同じであり、等価な構成要素は同じ名称および同じ接辞数字を有している。第１羽根３００２および第２羽根３００４のくさび角、羽根食違い角およびチャネル開き角が同じであるディフューザ３０００とは異なり、第１羽根３２０２の食違い角および隣接する通路３２０６の関連するチャネル開き角を、第２羽根３２０４の食違い角からいずれかの方向に変更することができる。いくつかの例では、第１羽根３２０２のうちの一部を除くものの食違い角を、第１羽根のうちの他のものと異なるものとすることができ、それにより、非対称配置および１つまたは複数の変更通路３２０６がもたらされる。図３３は、ディフューザ３３００を示し、それは、ディフューザ３２００と実質的に同じであるが、第１羽根３３０２の食違い角を変更するのではなく、１つまたは複数の第２羽根３３０４の食違い角と隣接する通路３３０６の関連するチャネル開き角とを変更することができる、という点が異なる。いくつかの例では、第２羽根３３０４のうちの一部を除くものの食違い角を変更し、その結果、ディフューザ３３００は、１つまたは複数の偏向通路を有する１つまたは複数の非周期的セクションを有することができる。他の例では、図２２〜図３３に示す羽根特徴変形のうちの任意の１つまたは複数を任意の組合せで組み合わせることができる。
【００４８】
図３４は、インペラ３４０２および羽根なしディフューザ３４０４を含むターボ機械３４００の等角図である。ディフューザ３４０４は、シュラウド３４０６とハブ３４０７との間に延在している。シュラウド３４０６は、インペラ入口３４０８から、インペラ出口／ディフューザ入口３４１０を横切ってディフューザ出口３４１２まで延在している。図３５および図３６は、シュラウド３４０６およびハブ３４０７のさらなる図である。図３５および図３６に示すように、例示的なシュラウド３４０６は、複数の流れ方向溝３５０２（１つのみに符号を付す）を含み、それらは、ディフューザ入口および隣接するインペラ３４０２の上流の位置から、ディフューザ入口の下流の位置まで、この例ではディフューザ出口３４１２（図３４）まで、流れ方向に延在している。流れ方向溝３５０２は、シュラウド３４０６の表面に位置し、丸い縁３５０４を有し、シュラウド壁に周期的な波形に近似する周方向輪郭を与える。例示的な溝３５０２は、インペラ３４０２内の流体流の一部をディフューザ３４０４内に好ましい角度で案内するように設計しかつ構成することができ、それにより、ターボ機械３４００の性能を向上させることができる。図３７〜図３９は、ターボ機械３７００を示し、それは、ターボ機械３４００と実質的に同じであり、等価な構成要素は同じ名称および同じ接辞数字を有している。ターボ機械３４００とは異なり、ターボ機械３７００は、流れ方向溝３５０２（図３５）より間隔が狭い流れ方向溝３８０２を有し、隣接する溝３８０２の縁３８０４は、溝の前縁領域において実質的に接触している。
【００４９】
図４０〜図４２は、例示的なターボ機械４０００を示し、それは、ターボ機械３４００（図３４〜図３６）と同じインペラ３４０２およびシュラウド３４０６を有するが、図４２に最もよく示すように、流れ方向に、この例ではディフューザ入口４２０４からディフューザ出口４２０６まで延在する流れ方向溝も有する代替的なハブ４００２を有する。図示する例では、ディフューザ４００４は、シュラウド３４０６における溝３５０２と同じ数の溝４２０２を有し、同様に、丸い縁４２０８を備えた溝を有する。溝４２０２は、溝３５０２と周方向に位置合わせされている。溝３５０２と同様に、ハブ側溝４２０２は、ディフューザ４００４の性能を向上させるように、作動流体の一部を好ましい方向に案内するように設計しかつ構成することができる。図４３および図４４は、図４０〜図４２とは別の構成を示し、そこでは、ハブ側溝４２０２の周方向位置は、シュラウド側溝３５０２に対して時計回りに移動している。この例では、ハブ側溝４２０２の各々は、隣接するシュラウド側溝３５０２の間の中間点に位置合わせされている。他の例では、他の任意の相対的な周方向位置決めを用いることができる。
【００５０】
図４５および図４６は、例示的なシュラウド４５０２およびハブ４５０４を示し、各々、流れ方向溝４５０６および４５０８をそれぞれ有している。図４０〜図４４に示す実施形態とは異なり、シュラウド４５０２およびハブ４５０４は、溝４５０６、４５０８より大きい断面積を有する拡大した流れ方向溝の形態の偏向通路４５１０、４５１２も含む。こうした偏向通路は、周方向圧力分布を、周方向均一性に向かって偏向させ、かつ／または本明細書に記載する他の性能向上を提供するように、配置し、構成し、かつ寸法を決めることができる。他の例では、シュラウド４５０２およびハブ４５０４の一方もしくは両方は、さらなる偏向流れ方向溝を有することができ、または、１つもしくは複数の偏向流れ方向溝は、シュラウドまたはハブのみに位置することができる。図４５および図４６に示す例は、流れ方向溝の形態の通路の周期的な部分と、図示する例では、１つの偏向通路を有する非周期的な部分とを含む。
【００５１】
図４７は、通路４７０４の間に配置された偏向ディフューザ通路４７０２の断面立面図である。偏向通路４７０２は、シュラウド４７０８内に位置する凹部４７０６およびシュラウド４７１２内に位置する凹部４７１０から増大した通路高さＨ１を有する。凹部４７０６および４７１０は、溝３５０２（図３５）、４２０２（図４２）と形状および位置が同様であり得るか、または、他の構成、たとえば、異なる前縁および／または後縁位置、幅、流れ方向長さ等を有することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、凹部４７０６および４７１０は、ディフューザ入口に位置する後縁を有することができる。図４７に示す例では、１つの凹部４７０６、４７１０のみが、ハブおよびシュラウド４７０８、４７１２内に位置し、それにより、ディフューザ４７００の他の通路より大きい断面積の偏向通路を有する非周期的な部分をもたらす。他の例では、複数のディフューザ通路は、ハブおよび／またはシュラウド内に位置する１つまたは複数の凹部から増大した高さを有することができる。
【００５２】
図４８は、インペラ４８０２および羽根なしディフューザ４８０４を含むターボ機械４８００の等角図である。ディフューザ４８０４は、シュラウド４８０６とハブ４８０７との間に延在している。シュラウド４８０６は、インペラ入口４８０８から、インペラ出口／ディフューザ入口４８１０を横切ってディフューザ出口４８１２まで延在している。図４９は、シュラウド４８０６およびハブ４８０７のさらなる図である。図４８および図４９に示すように、例示的なシュラウド４８０６およびハブ４８０７は、各々、流れ方向に延在する複数の流れ方向チャネル４８２０、４８２２をそれぞれ（各々のうちの１つのみに符号を付す）含む。チャネル４８２０、４８２２は、流れ方向溝３５０２（図３５）、３８０２（図３８）４２０２（図４２）と同様に、すべて、流れ方向の細長い凹部である。チャネル４８２０および４８２２は、凹部の断面形状により、溝３５０２、３８０２、４２０２とは異なり、チャネルは、実質的に正方形の縁４９０２（図４９）を有し、溝は丸い縁３５０４（図３５）を有している。シュラウド表面チャネル４８２０は、ディフューザ入口４８１０および隣接するインペラ４８０２の上流の位置から、ディフューザ入口の下流の位置まで、この例ではディフューザ出口４８１２まで延在している。ハブ表面チャネル４８２２は、ハブ４８０７の全長を横切ってディフューザ入口４８１０からディフューザ出口４８１２まで延在している。流れ方向チャネル４８２０は、シュラウド４８０６の表面に位置し、実質的に正方形の縁４９０２を有し、シュラウド壁に対して、周期的な方形の波形に近似する周囲輪郭を与える。同様に、流れ方向チャネル４８２２は、ハブ４８０７の表面に位置し、実質的に正方形の縁４９０４を有し、ハブ壁に対して、周期的な方形の波形に近似する周囲輪郭を与える。例示的なチャネル４８２０および４８２２は、インペラ４８０２内の流体流の一部をディフューザ４８０４内に好ましい角度で案内するように設計しかつ構成することができ、それにより、ターボ機械４８００の性能を向上させることができる。他の実施形態では、チャネルの深さ、幅および数等、チャネル４８２０、４８２２の一方または両方の特徴を変更することができる。図４８および図４９に示す例では、チャネル４８２０および４８２２は、周方向に位置合わせされているが、他の例では、ハブチャネルおよびシュラウドチャネルが位置合わせされないように、相対位置を時計回りに移動させることができる。
【００５３】
図５０および図５１は、代替的なディフューザ５０００を示し、それは、ディフューザ４８０４（図４８）と同様であり、ハブ流れ方向チャネル５００６およびシュラウド流れ方向チャネル５００８を有するハブ５００２およびシュラウド５００４を含む。ディフューザ４８０４とは異なり、チャネル５００６および５００８の各々のうちの１つは、他のチャネル５００６、５００８とは異なる特徴を有し、ここでは、チャネル５００６ａおよび５００８ａの各々が拡大深さを有し、それにより、偏向通路がもたらされる。他の例では、ハブチャネル５００６のみまたはシュラウドチャネル５００８のみの特徴を、ハブチャネルおよびシュラウドチャネルの他のものから変更して、偏向通路をもたらすことができる。いくつかの例では、断面形状（たとえば、溝対チャネル）、幅、長さ、前縁位置および後縁位置等、深さ以外の特徴を変更することができる）。いくつかの例では、ハブチャネル５００６および／またはシュラウドチャネル５００８のうちの２つ以上を変更して、２つ以上の偏向通路を有するより大きい非周期的セクション、または２つ以上の非周期的セクションをもたらすことができる。さらに他の例では、本開示によって作製されるディフューザは、機械の全周囲に等しく間隔を空けて配置される複数の流れ方向凹部ではなく、選択された周方向位置に配置されたより数の少ない流れ方向凹部を有することができる。たとえば、本開示によって作製されるディフューザは、機械の周囲の選択された位置に配置された１つのみ、２つ、３つ等の流れ方向凹部を有することができる。
【００５４】
図５２および図５３は、シュラウド５２０２およびハブ５２０４を有する例示的な羽根付きディフューザ５２００を示し、シュラウドは、インペラ入口５２０６からディフューザ入口５２０８を横切ってディフューザ出口５２１０まで延在している。シュラウド５２０２は、ディフューザ入口５２０８の上流および下流の位置まで延在する流れ方向チャネル５２１２を含み、羽根５２１８の前縁５２１６の上部脚５２１４によって分離されている。図示する例では、前縁５２１６は、本明細書では燕尾形の形状とも呼ぶ、スカラップ状の形状を有する。図示する例では、ハブ５２０４は、いかなる流れ方向凹部も含まない。他の例では、ハブ５２０４は、チャネルまたは溝等、流れ方向凹部を含むことができる。
【００５５】
図５２および図５３に示すように、偏向チャネル５２１２ａは、他のチャネル５２１２とは異なる特徴、ここでは、チャネル５２１２の前縁位置５２２２よりさらに上流の前縁位置５２２０（図５２にもっともよく示す）とチャネル５２１２の深さより大きい深さ（図５３にもっともよく示す）とを有する。偏向チャネル５２１２ａは、ディフューザ５２００の非周期的セクションに偏向通路をもたらす。
【００５６】
上述したことは、本発明の例示的な実施形態の詳細な説明であった。本明細書およびその添付の特許請求の範囲において、「Ｘ、ＹおよびＺのうちの少なくとも１つ」および「Ｘ、ＹおよびＺのうちの１つまたは複数」という句で用いられるような連結的な文言は、別段特に記述または指示がない限り、連結的なリストにおける各項目が、リストにおける他のすべての項目を除いて任意の数で、または連結的なリストにおける任意のもしくはすべての他の項目と組合せて任意の数で存在する可能性がある（任意のもしくはすべての他の項目もまた任意の数で存在する可能性がある）ことを意味するように解釈されるものとする。この一般規則を適用して、連結的なリストがＸ、ＹおよびＺからなる上述した例における連結的な句は、各々、Ｘのうちの１つまたは複数、Ｙのうちの１つまたは複数、Ｚのうちの１つまたは複数、Ｘのうちの１つまたは複数およびＹのうちの１つまたは複数、Ｙのうちの１つまたは複数およびＺのうちの１つまたは複数、Ｘのうちの１つまたは複数およびＺのうちの１つまたは複数、ならびに、Ｘのうちの１つまたは複数、Ｙのうちの１つまたは複数およびＺの１つまたは複数を包含するものとする。
【００５７】
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更および追加を行うことができる。上述したさまざまな実施形態の各々の特徴は、関連する新たな実施形態において多様な特徴の組合せを提供するために、必要に応じて、他の記載した実施形態の特徴と組み合わせることができる。さらに、上述したことは、複数の別個の実施形態を記載しているが、本明細書に記載したことは、単に、本発明の原理の適用を例示するものである。さらに、本明細書における特定の方法は、所定の順序で行われるものとして例示されかつ／または記載されている場合があるが、この順序付けは、本開示の態様を達成するための通常の技術内で非常に変化しやすい。したがって、この記載は、本発明の範囲を他の方法で限定するのではなく、単に例として解釈されるように意図されている。
【００５８】
例示的な実施形態について、上で開示しかつ添付図面に示している。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に具体的に開示しているものに対してさまざまな変更、省略および追加を行うことができることは、当業者には理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【国際調査報告】
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