(57)【要約】  本発明は、主流れ方向（ＭＦＤ）に沿ってプロセス流体（ＰＦＦ）が貫流可能であって、軸線（Ｘ）周りに回転方向（ＲＴＤ）において回転可能なインペラ（ＩＭＰ）と、当該インペラ（ＩＭＰ）の下流にあって案内翼（ＶＮＥ）を備える定置式ディフューザ（ＤＦＦ）とを含む構造体（ＡＲＧ）に関し、前記インペラ（ＩＭＰ）は略軸方向の流入のための入口（ＩＬＩ）と、略径方向の流出のための出口（ＥＸＩ）とを有し、前記インペラ（ＩＭＰ）のホイールディスク（ＨＷＩ）とカバーディスク（ＳＷＩ）との間に、径方向および軸方向に延在する動翼（ＢＬＤ）が設けられており、当該動翼は、周方向（ＣＤＲ）においてインペラ流路（ＩＣＨ）を互いに画定し、前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、主流れ方向（ＭＦＤ）に沿って略径方向に延在し、前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、軸方向のカバーディスク側（ＳＷＳ）と、軸方向のホイールディスク側（ＨＷＳ）とを有し、当該軸方向のカバーディスク側と軸方向のホイールディスク側は、それらの間で前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の軸方向の流路幅（ＳＡＣ）を限定し、前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、略径方向の流入のためのディフューザ入口（ＩＬＤ）と、ディフューザ出口（ＥＸＤ）とを有し、前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の前記ホイールディスク側（ＨＷＳ）と前記カバーディスク側（ＳＷＳ）との間に、翼高さ方向に沿って軸方向に延在するとともに、貫流方向に沿って径方向に延在する案内翼（ＶＮＥ）が設けられており、当該案内翼は周方向（ＣＤＲ）において案内翼流路（ＨＣＮ）を互いに画定する。個々の軸方向翼高さに対する入口縁部角（ＬＥＡ）が、それぞれの前記案内翼（ＶＮＥ）の入口縁部（ＤＬＥ）において翼形中心線（ＢＷＬ）に接する入口縁部接線（ＴＬＶ）と、前記入口縁部を通過する周方向接線（ＣＴＧ）の間の角として定義されており、前記入口縁部角（ＬＥＡ）はカバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいことが提案される。
2020534477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主流れ方向（ＭＦＤ）に沿ってプロセス流体（ＰＦＦ）が貫流可能である構造体（ＡＲＧ）であって、軸線（Ｘ）周りに回転方向（ＲＴＤ）において回転可能なインペラ（ＩＭＰ）と、前記インペラ（ＩＭＰ）の下流にあって案内翼（ＶＮＥ）を備える定置式ディフューザ（ＤＦＦ）とを含む構造体であって、
前記インペラ（ＩＭＰ）は略軸方向の流入のための入口（ＩＬＩ）と、略径方向の流出のための出口（ＥＸＩ）とを有し、前記インペラ（ＩＭＰ）のホイールディスク（ＨＷＩ）とカバーディスク（ＳＷＩ）との間に、径方向および軸方向に延在する動翼（ＢＬＤ）が設けられており、前記動翼は、周方向（ＣＤＲ）においてインペラ流路（ＩＣＨ）を互いに画定し、
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、主流れ方向（ＭＦＤ）に沿って略径方向に延在し、
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、軸方向のカバーディスク側（ＳＷＳ）と、軸方向のホイールディスク側（ＨＷＳ）とを有し、前記軸方向のカバーディスク側と軸方向のホイールディスク側は、それらの間で前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の軸方向の流路幅（ＳＡＣ）を限定し、
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、略径方向の流入のためのディフューザ入口（ＩＬＤ）と、ディフューザ出口（ＥＸＤ）とを有し、
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の前記ホイールディスク側（ＨＷＳ）と前記カバーディスク側（ＳＷＳ）との間に、翼高さ方向に沿って軸方向に延在するとともに、貫流方向に沿って径方向に延在する案内翼（ＶＮＥ）が設けられており、前記案内翼は周方向（ＣＤＲ）において案内翼流路（ＨＣＮ）を互いに画定する構造体において、
入口縁部領域内で翼形中心線（ＢＷＬ）に接する接線と、出口縁部領域（ＴＥＡ）内で前記翼形中心線（ＢＷＬ）に接する接線の間の角が、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいことを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記案内翼（ＶＮＥ）は、個々の軸方向翼高さに対する入口縁部角（ＬＥＡ）が、それぞれの前記案内翼（ＶＮＥ）の入口縁部（ＤＬＥ）において翼形中心線（ＢＷＬ）に接する入口縁部接線（ＴＬＶ）と、前記入口縁部を通過する周方向接線（ＣＴＧ）の間の角として定義されており、
前記入口縁部角（ＬＥＡ）はカバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さい、請求項１に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項３】
カバーディスク側の入口縁部角（ＬＥＡ）と、ホイールディスク側の入口縁部角との差の大きさが少なくとも５°である請求項２に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項４】
前記案内翼（ＶＮＥ）の迎え角（ＡＯＡ）は、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さい、請求項１、２または３に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項５】
前記案内翼（ＶＮＥ）のカバーディスク側の迎え角（ＡＯＡ）と、ホイールディスク側の迎え角との差の大きさが少なくとも５°である請求項４に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項６】
インペラ出口最大直径（ＤＩＥ）に対する、翼を備える前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の軸方向の流路幅（ＳＡＣ）の商が０．０４よりも大きい、請求項１から５のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項７】
インペラ出口最大直径（ＤＩＥ）において、前記インペラ（ＩＭＰ）の軸方向の流路幅（ＩＡＣ）に対する、翼を備える前記定置式ディフューザの軸方向の流路幅（ＳＡＣ）の商が０．９５よりも小さい、請求項１から６のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項８】
前記案内翼（ＶＮＥ）は、前記入口縁部領域内で前記翼形中心線（ＢＷＬ）に接する接線と、断面形状弦（ＶＣＨ）の間の角が、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいように形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項９】
前記案内翼（ＶＮＥ）は傾きを有し、それにより入口縁部（ＤＬＥ）はカバーディスク側において、ホイールディスク側の入口縁部（ＤＬＥ）に対して、前記インペラ（ＩＭＰ）の前記回転方向（ＲＴＤ）と反対に、前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の軸方向流路幅（ＳＡＣ）の少なくとも１０％の分だけずらされている、請求項１から８のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項１０】
前記案内翼（ＶＮＥ）は、出口縁部（ＤＴＥ）において、入口縁部（ＤＬＥ）におけるよりも、前記ホイールディスク側に対する前記カバーディスク側の前記インペラ（ＩＭＰ）の前記回転方向（ＲＴＤ）と反対のずれが小さいように形成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項１１】
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の前記案内翼（ＶＮＥ）の軸方向の延伸は、前記カバーディスク側から前記ホイールディスク側に至るまで、連続的に湾曲された状態で実施されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項１２】
前記インペラ（ＩＭＰ）は三次元的な形成されており、それにより少なくとも前記主流れ方向（ＭＦＤ）に沿った前記動翼（ＢＬＤ）の延在の最も下流の三分割部分内で、カバーディスク側動翼トラック（ＢＤＳ）およびホイールディスク側動翼トラック（ＢＲＳ）の軸方向投影は、少なくともカバーディスク側動翼トラック（ＢＤＳ）による、前記ホイールディスク側動翼トラック（ＢＲＳ）への、少なくともカバーディスク側動翼トラック面積に関して５％より大きい面積比率のオーバーハングを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項１３】
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は三次元的な形成されており、それにより少なくとも前記主流れ方向（ＭＦＤ）に沿った前記案内翼（ＶＮＥ）の延在の最も上流の三分割部分内で、カバーディスク側案内翼トラック（ＤＤＳ）およびホイールディスク側案内翼トラック（ＤＲＳ）の軸方向投影は、少なくともカバーディスク側案内翼トラック（ＤＤＳ）による、前記ホイールディスク側案内翼トラック（ＤＲＳ）への、少なくともカバーディスク側案内翼トラック面積に関して５％より大きい面積比率のオーバーハングを有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主流れ方向に沿ってプロセス流体が貫流可能である構造体であって、軸線周りに回転方向において回転可能なインペラと、当該インペラの下流にあって案内翼を備える定置式ディフューザとを含む構造体に関し、インペラは略軸方向の流入のための入口と、略径方向の流出のための出口とを有し、インペラのホイールディスクとカバーディスクとの間に、径方向および軸方向に延在する動翼が設けられており、当該動翼は、周方向においてインペラ流路を互いに画定し、ディフューザは主流れ方向に沿って略径方向に延在し、ディフューザは、軸方向のカバーディスク側と、軸方向のホイールディスク側とを有し、軸方向のカバーディスク側と軸方向のホイールディスク側は、それらの間でディフューザの軸方向の流路幅を限定し、ディフューザは、略径方向の流入のためのディフューザ入口と、ディフューザ出口とを有し、ディフューザのホイールディスク側とカバーディスク側との間に、翼高さ方向に沿って軸方向に延在するとともに、貫流方向に沿って径方向に延在する案内翼が設けられており、当該案内翼は周方向において案内翼流路を互いに画定する。
【背景技術】
【０００２】
対応する構造体は、すでに特許文献１から知られている。当該文献では、傾斜した型式の案内翼を、インペラの後ろに設けられた定置式ディフューザ内に設けること（二面体翼）が提案される。特にいわゆる「低ソリディティディフューザ」（案内翼が自身の径方向延在に対して、周方向において互いに比較的大きな距離を有する案内翼を備えるもの）において、この空気力学的対策を用いて、圧力損失の低減を実現する必要がある。しかしながらディフューザ内の流れパターンは、インペラ内およびインペラ後の流れ状況に大きく依存するので、提案された対策はインペラの構成に応じてポジティブな、あるいはネガティブな効果を生じさせ得、それにより当該対策の所望の効果は、極めて限られたその他の空気力学的周辺条件の下でのみ生じるか、あるいは全く生じない。
【０００３】
特許文献２からすでに、調整可能なラジアル圧縮機ディフューザが知られており、当該ラジアル圧縮機ディフューザにおいて、略径方向に延在するディフューザの軸方向流路幅は、可変式に形成されている。
【０００４】
特許文献３からすでに、ラジアル圧縮機インペラが知られており、当該ラジアル圧縮機インペラのカバーディスクとホイールディスクは、外周において錐面として形成されている。
【０００５】
特許文献４からすでに、インペラとディフューザとから成る構造体であって、個々のディフューザ・案内翼が、回転軸線に対して異なる距離を有する構造体が知られている。
【０００６】
特許文献１からすでに、ラジアルターボ機関のディフューザ内の案内翼を周方向において傾斜式に構成することが知られている。
【０００７】
特許文献５、特許文献６、特許文献７はそれぞれ、開放型インペラの下流における三次元的なディフューザ・案内翼構成を示している。開放型インペラにおける流れ状況は、開放型インペラにおけるホイールディスクに対して、流れをガイドするステータにも滑りなし条件がみられることからして、閉鎖型インペラにおける流れ状況とは比較ができない。したがって開放型インペラの下流では、特にホイールディスクとカバーディスクの側の相違に関して全く別の流れパターンが生じる。
【０００８】
特許文献８は、閉鎖型インペラを備えるターボ機関を示している。
【０００９】
特許文献１は、閉鎖型インペラの下流において、翼高さに沿って湾曲した断面形状重心線を備える案内翼構成を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２６５０５４６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１００２０３７９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１４２１９１０７号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２０１６２０１２５６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２３７２８８０号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第２７７８４３１号明細書
【特許文献７】国際公開第２０１１／０１１３３５号
【特許文献８】欧州特許出願公開第０６４８９３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来、インペラ翼とディフューザ翼の三次元的形成は、構造体の空気力学的性質を従来の実施に比べて確実に改善させる分かりやすい技術的学説に応じて行われているとはいえない。したがって本発明は、特にこのような構造体のディフューザの案内翼の空気力学的性質を、本発明に係る学説を用いて改善することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
設定された課題を解決するために、本発明は、冒頭において定義された型式の構造体を提案し、当該構造体は主請求項の特徴部分を用いて発展的に構成されている。
【００１３】
個々の案内翼は、翼高さに沿って翼断面形状を積み重ねたものと定義される。このとき翼断面形状は、二次元的幾何形状であって、特定の翼高さ位置における翼の外部輪郭を定義する。
このとき本発明が、翼断面形状の断面形状弦というとき、断面形状前縁（断面形状先端）と断面形状後縁とを結ぶ（「仮想的な」）直線を意味する。
【００１４】
翼断面形状の迎え角は、断面形状弦における接線と、ロータの円運動に対する接線との間の角に相当する。これに応じて迎え角は、翼高さに対して垂直な翼の延在に沿って、すなわち略主流れ方向に対して平行に一定であり、翼高さに沿って変化し得る。
【００１５】
翼形中心線（曲率線）は、翼断面もしくは特定の高さ位置における翼の断面形状を表すが、それは翼形中心線（曲率線）が、内接円もしくは断面形状の吸引側および圧力側に接する円の中心点によって定義される線であることによる。
【００１６】
軸方向、径方向、接線方向、または周方向といった表現は、他の記載がない限り、構造体のインペラの回転軸線に関係している。特に「接線方向」、「接線」、およびこれに関連する表現は、本発明の詳細な説明において、他の曲線に関しても頻繁に用いられる。
【００１７】
本願においてプロセス流体とは、任意の気体の、液体の、または混合相の流体であってよい。プロセス流体は主流れ方向に沿って、通常はターボ機関の構成部材である構造体を通過して移動する。流出方向とは、それぞれの関連において目的物の境界壁によって画定される領域内のプロセス流体の平均的進行方向と定義される。例えばディフューザ内でプロセス流体は、案内翼により軸方向において限定されるとともに周方向において限定される個々の流路を通過して、案内翼の入口縁部領域から径方向外側に向かい、案内翼の出口縁部領域内へと移動する。案内翼はそれぞれ、断面形状の曲率を有しているので、略径方向の主流れ方向としか言えない。いずれにしても「主流れ方向」という概念は、局所的な渦流および乱流を考慮していない。
【００１８】
構造体のインペラは通常、ホイールディスクとカバーディスクを有する。このときホイールディスクはインペラ流路を、一方で（主に流入領域内で）径方向内側に向かって、他方で（インペラ出口に近づくにつれて増大するように）軸方向側であって、軸方向において流入側に対向するとともに、プロセス流体が当該軸方向側を介してインペラに流入しない軸方向側に向かって限定する。カバーディスクはホイールディスクに対向するインペラ流路の限定部となっている。ホイールディスク側に対向する軸方向のカバーディスク側において、プロセス流体は軸方向においてインペラに流入し、インペラの流路に対して径方向外側に向かって転向させられる。したがってカバーディスク側は流入側と称することもできる。インペラの流路は周方向において動翼を用いて互いに画定され、動翼はホイールディスクとカバーディスクを互いに結合する。
【００１９】
構造体全体の状況において、ホイールディスクとカバーディスクはそれぞれまた、ホイールディスク側とカバーディスク側を規定し、ディフューザを説明する際に、当該ホイールディスク側とカバーディスク側が参照される。本発明に係る構造体においてディフューザの流入は、常に径方向内側から外側に向かって行われる。このときディフューザは好適に、ディフューザ出口の形で略径方向外側に向けられた排出部を備えている。基本的にまたディフューザが湾曲式に形成されており、場合により径方向−軸方向において、軸方向において、あるいは径方向内側に向かって排出を行うことも想定可能である。本発明によれば基本的に、ディフューザの一部分は常に略径方向に延在する。当該部分は、軸方向あるいは径方向内側に向けられた流れ方向への流れの転向部の前にあってよい。
【００２０】
本発明によれば、個々の軸方向翼高さに対する入口縁部角は、それぞれの案内翼の入口縁部において翼形中心線に接する入口縁部接線と、入口縁部を通過する周方向接線の間の角として定義されることが提案され、入口縁部角はカバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さい。
【００２１】
このとき、入口縁部を通過して延びる周方向接線は、当該周方向接線が、案内翼のそれぞれの翼断面の入口縁部点を通る径方向ビームに対して垂直に延在することを意味する。このとき入口縁部角は、周方向接線を起点として、翼形中心線に接する入口縁部接線まで、数学的にポジティブにカバーされる角である。入口縁部において、ディフューザ・案内翼のカバーディスク側に対するホイールディスク側に関して、翼形中心線の形成をこのように設定すると、プロセス流体がより損失のない状態でディフューザ内に流入することになる。
【００２２】
本発明の一の有利な発展的構成は、カバーディスク側の入口縁部角と、ホイールディスク側の入口縁部角との差が少なくとも５°であることを行っている。本発明に応じて、当該大きさの程度で発明を構成すると、構造体の空気力学的特性が著しく改善される。
【００２３】
本発明の一の他の有利な発展的構成は、案内翼の迎え角がカバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいことを行っている。当該構成は、インペラを出た後のカバーディスク側とホイールディスク側との流れパターンにおける差を付加的に考慮し、それにより空気力学的特性はさらに改善される。
【００２４】
上記の改善は、案内翼のカバーディスク側の迎え角と、ホイールディスク側の迎え角との差が少なくとも５°であると、一層明らかになる。
【００２５】
本発明の一の他の発展的構成は、インペラ出口最大直径に対する、翼を備えるディフューザの軸方向の流路幅の商が０．０４よりも大きいと、インペラを出た後の流れはディフューザに入る前に、特に好適に準備されることを行っている。
【００２６】
本発明の一の他の有利な発展的構成は、インペラ出口最大直径において、インペラの軸方向の流路幅に対する、翼を備えるディフューザの軸方向の流路幅の商が０．９５よりも小さいことを行っている。このようなやり方で流れは、ディフューザに入ることにより加速され、それによりインペラの後ろで渦流が形成されることは減る。
【００２７】
本発明の一のさらなる有利な発展的構成によれば、案内翼は、入口縁部領域内で翼形中心線に接する接線と、出口縁部領域内で翼形中心線に接する接線の間の角が、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいように形成されている。言い換えればこの特徴は、それぞれの断面形状によって設定された転向機能の強度が、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいということにより表すことができる。当該構成もインペラを出た後であって、ディフューザに入る前のプロセス流体の特別な流れ状況に有利に関係している。
【００２８】
本発明に係る構造体の一の他の有利な発展的構成であって、案内翼の形成が、入口縁部領域内で翼形中心線に接する接線と、断面形状弦の間の角が、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいように行われている構成は、類似の効果を有する。このとき入口縁部領域内で翼形中心線に接する接線と、断面形状弦の間の角は、入口縁部領域内で翼形中心線に接する接線から断面形状弦に至る数学的にポジティブな角として定義されている。
【００２９】
本発明の一の他の有利な発展的構成は、案内翼が傾きを有することを行っており、それにより入口縁部はカバーディスク側において、ホイールディスク側の入口縁部に対して、インペラの回転方向と反対に、ディフューザの軸方向流路幅の少なくとも１０％の分だけ、ずらされている。特にすでに説明された本発明の個々の発展的構成、あるいはいくつかの発展的構成との組み合わせにより、当該構成は、インペラを出た後の流れパターンにおけるカバーディスク側とホイールディスク側との差を付加的に考慮する。
【００３０】
入口縁部が周方向においてこのように傾斜していることに関連して、出口縁部も周方向において傾斜していてよく、構造体の一の有利な発展的構成によれば、案内翼が、カバーディスク側の出口縁部において、入口縁部におけるよりも、ホイールディスク側に対するインペラの回転方向と反対のずれが小さいように形成されていると、特に好適である。
【００３１】
特に、ディフューザの案内翼の軸方向の延伸（高さ方向における延伸）が、カバーディスク側からホイールディスク側に至るまで、連続的に湾曲された状態で実施されていると、調和のとれた圧力損失の少ない流れガイドが実現される。
【００３２】
以下において、一の特殊な実施の形態に基づき、図面を参照しながら本発明をより詳しく明らかにする。図面に示すのは以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る構造体の縦断面を概略的に示す図である。
【図２】図１による細部ＩＩとして、本発明に係る構造体の縦断面を概略的に示す図である。
【図３】本発明に係る構造体の横断面を概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る構造体の横断面を付加的な幾何学的細部と共に、概略的に示す図である。
【図５】本発明に係る構造体のディフューザの横断面を単独の案内翼の領域内で概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１および図２は、本発明に係る構造体ＡＲＧの縦断面を概略的な表示で示しており、図２はＩＩで表される図１の細部を表している。本発明に係る構造体ＡＲＧは、プロセス流体ＰＦＦが主流れ方向ＭＦＤに沿って、入口ＩＮＬから出口ＥＸＴへと貫流する。構造体ＡＲＧは、軸線Ｘ周りに回転方向ＲＴＤにおいて回転可能なインペラＩＭＰを含む。インペラＩＭＰの下流に、案内翼ＶＮＥを備える定置式ディフューザＤＦＦが設けられている。インペラＩＭＰは略軸方向の流入のための入口ＩＮＩと、略径方向の流出のための出口ＥＸＩとを有する。インペラの略軸方向の流入もしくは略径方向の流出に対する適合性は、インペラＩＭＰを通過して延在する流路もしくはインペラ流路ＩＣＨの延伸によって表される。インペラＩＭＰのホイールディスクＨＷＩとカバーディスクＳＷＩとの間に、径方向および軸方向に延在する動翼ＢＬＤが設けられている。図３および図４から分かるように、動翼流路ＩＣＨは、これらの動翼ＢＬＤによって周方向ＣＤＲにおいて互いに画定されている。ディフューザＤＦＦはディフューザ流路を有して、略径方向に延びている主流れ方向ＭＦＤに沿って延在する。ディフューザＤＦＦは、軸方向カバーディスク側ＳＷＳと、軸方向ホイールディスク側ＨＷＳとを有する。この用語はインペラＩＭＰのカバーディスクＳＷＩとホイールディスクＨＷＩの構成に基づく。ディフューザＤＦＦの軸方向カバーディスク側ＳＷＳと、軸方向ホイールディスク側ＨＷＳは、それらの間でディフューザＤＦＦの軸方向の流路幅ＩＡＣを限定する。ディフューザＤＦＦは、略径方向の流入のためのディフューザ入口ＩＮＤと、ディフューザ出口ＥＸＤとを有する。
【００３５】
図１においてディフューザは、主流れ方向ＭＦＤに沿って延在する三つの部分、すなわち第一のディフューザ三分割部分ＴＳ１、第二のディフューザ三分割部分ＴＳ２、第三のディフューザ三分割部分ＴＳ３に区分されている。ホイールディスク側ＨＷＳとカバーディスク側ＳＷＳとの間に、翼高さ方向に沿って軸方向に延在するとともに、貫流方向に沿って径方向に延在する案内翼ＶＮＥが設けられている。案内翼ＶＮＥは周方向ＣＤＲにおいて個々の案内翼流路ＨＣＮを互いに画定する。
【００３６】
図３、図４、および図５にはそれぞれ、本発明に係る構造体ＡＲＧ、あるいはその一部の横断面が表されており、それによりまた、案内翼流路ＨＣＮが周方向ＣＤＲにおいて、案内翼ＶＮＥを用いて互いに画定されている程度を認識することができる。案内翼ＶＮＥは元来、主流れ方向ＭＦＤに沿って完全に直線的な断面形状を有してはいないので、このような画定もこれに応じて理解すべきである。個々の案内翼ＶＮＥは、翼高さに沿って翼断面形状ＰＲＬ（例えば図５に示される翼断面形状ＰＲＬ）を積み重ねたものと定義される。翼高さは図１、図２に表されているように、軸線Ｘに対して平行に、すなわち軸方向に延びている。翼断面形状ＰＲＬ自体は、二次元的幾何形状であって、特定の翼高さ位置における翼の外部輪郭を定義する。それぞれの吸引側ＳＣＳおよび圧力側ＰＲＳにおける翼の本来の三次元的な外部輪郭は、翼断面形状ＰＲＬの線形境界輪郭間の曲面補間として生じ、翼断面形状の線形境界輪郭はそれぞれ、それぞれの翼高さ位置（ここでは軸方向位置でもある）における線形の特定を表している。
【００３７】
図３は、インペラＩＭＰと、下流に接続されるとともにステータＳＴＡとして形成されているディフューザＤＦＦとを備える本発明に係る構造体ＡＲＧの部分を、横断面において概略的に示している。インペラＩＭＰとディフューザＤＦＦの間に、径方向間隙の径方向のあそびＲＣＬがある。インペラＩＭＰは当該表示では、周方向ＣＤＲにおいて回転する。ディフューザＤＦＦの個々の案内翼ＶＮＥは、ただ概略的な翼形中心線ＢＷＬとして表されている。このとき翼形中心線ＢＷＬは、翼断面もしくは特定の高さ位置における翼の断面形状を表すが、それは時として曲率線とも称される翼形中心線ＢＷＬが、内接円もしくは断面形状の吸引側および圧力側に接する円の中心点によって定義される線であることによる。図５は、二つの円ＣＬＣに基づいて個別に、案内翼ＶＮＥの圧力側ＰＲＳおよび吸引側ＳＣＳが内接円ＣＬＣを用いて、翼形中心線ＢＷＬを定義する様子を例として示している。
【００３８】
このとき図５は、一の案内翼ＶＮＥの領域内のディフューザＤＦＦの軸方向断面を示すのみであり、当該図はカバーディスク側ＳＷＳにも、ホイールディスク側ＨＷＳにも該当する。
【００３９】
図４はインペラＩＭＰと共に見た場合の同様の関連を示している。本図においてインペラＩＭＰは、概ね動翼入口縁部ＩＬＥを起点として動翼出口縁部ＩＴＥに至るまで、主流れ方向ＭＦＤに沿って連続する三つの三分割部分に区分されている。このとき、動翼入口縁部ＩＬＥと動翼出口縁部ＩＴＥは、必ずしもインペラの入口ＩＮＩもしくはインペラの出口ＥＸＩと同一ではない。主流れ方向ＭＦＤはインペラＩＭＰ内で軸方向にも、すなわち図４において図面平面内部に向かっても延びている。図４の動翼ＢＬＤの軸方向投影において、軸方向の延在についての情報は当然ながら失われる。インペラは第一のインペラ部分ＩＳ１、第二のインペラ部分ＩＳ２、および第三のインペラ部分ＩＳ３を有する。図４は図５と異なり、それぞれ点線状の描写で動翼ＢＬＤについても、案内翼ＶＮＥについても、カバーディスク側ＳＷＳおよびホイールディスク側ＨＷＳを示している。
【００４０】
特に図５から、個々の軸方向翼に対する入口縁部角ＬＥＡは、それぞれの案内翼ＶＮＥの入口縁部接線ＴＬＶと、入口縁部ＤＬＥを通過する周方向接線ＣＴＧの間の角として定義されていることが分かる。このとき入口縁部角ＬＥＡは、周方向接線ＣＴＧを起点として入口縁部接線ＴＬＶへと、数学的にポジティブに測定されている。周方向接線ＣＴＧは、周方向においてそれぞれ示された位置、本図では入口縁部ＤＬＥの位置における接線である。周方向接線ＣＴＧはまた、径方向ビームＲＡＤおよび、本図では入口縁部ＤＬＥを含む基準点に対して垂直であると定義される。
【００４１】
図４および図５にはそれぞれ、案内翼ＶＮＥの断面形状の断面形状弦ＶＣＨも、それぞれの断面に書き込まれており、当該断面形状弦は直線として入口縁部ＤＬＥから出口縁部ＤＴＥへと延在している。断面形状弦ＶＣＨに基づいて、迎え角ＡＯＡも入口縁部角ＬＥＡと同じように、周方向接線ＣＴＧを起点として断面形状弦ＶＣＨへと数学的にポジティブに測定された角として定義される。
【００４２】
図４は、ディフューザＤＦＦのカバーディスク側ＳＷＳおよびホイールディスク側ＨＷＳに対するこれらの関係を示している。構造体ＡＲＧは、ディフューザＤＦＦにおいて入口縁部角ＬＥＡが、カバーディスク側においてホイールディスク側におけるよりも小さいことを行っている。好適に、カバーディスク側の入口縁部角と、ホイールディスク側の入口縁部角ＬＥＡとの差は少なくとも５度である。
【００４３】
図２にも示されているように、インペラ出口最大直径に対する、翼を備えるディフューザＤＦＦの軸方向の流路幅ＳＡＣの商は０．０４よりも大きい。同じく図２からは、インペラ出口最大直径ＤＩＥにおいて、インペラＩＭＰの軸方向の流路幅ＩＡＣに対する、翼を備えるディフューザＤＦＦの軸方向の流路幅ＳＡＣの商が０．９５よりも小さいことが明らかである。図５にも示されているように、案内翼ＶＮＥは特に好適に、入口縁部領域内で翼形中心線ＢＷＬに接する接線ＴＬＶと、出口縁部領域ＴＥＡ内で翼形中心線ＢＷＬに接する接線ＴＴＶの間の、ここでは断面形状曲率角ＶＢＡと称される角が、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいように形成されている。ここでもまた曲率角ＶＢＡは、入口縁部領域内で翼形中心線ＢＷＬに接する接線ＴＬＶを起点として数学的にポジティブに測定されている。
【００４４】
図５にはまた、本発明の一の有利な構成が、入口縁部領域内で翼形中心線ＢＷＬに接する接線ＴＬＶと、断面形状弦ＶＣＨの間の角がカバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいという型式で示されており、ここで当該角は入口迎え角ＶＴＣとして表されている。図５はホイールディスク側ＨＷＳもしくはカバーディスク側ＳＷＳに関する比率を基本的に概略的に表しており、したがって両方の側を表しているという点に留意すべきである。
【００４５】
断面形状が重ね合わされている図４の表示は、これらの幾何学的関係を全て記入すると不明瞭になる。
【００４６】
図４に示されているように、案内翼ＶＮＥの入口縁部ＤＬＥは好適に、径方向においてディフューザ入口ＤＦＦに対して、下流にわずかにずらされていてよく、図４においてこの径方向のずれはＣＢＳとして示されている。
【００４７】
図４には概略的に、案内翼ＶＮＥが傾きを有し、それにより入口縁部ＤＬＥはカバーディスク側において、ホイールディスク側の入口縁部ＤＬＥに対して、インペラＩＭＰの回転方向ＲＴＤと反対に、ディフューザＤＦＦの軸方向流路幅ＳＡＣの少なくとも１０％の分だけずらされているという関係が表されている。これに関連して図４に示されているように、案内翼ＶＮＥが出口縁部ＤＴＥにおいて、入口縁部ＤＬＥにおけるよりも、ホイールディスク側ＨＷＳに対するカバーディスク側ＳＷＳのインペラＩＭＰの回転方向ＲＴＤと反対のずれが小さいように形成されていると、また好適である。ディフューザＤＦＦの案内翼の軸方向の延伸は、カバーディスク側ＳＷＳからホイールディスク側ＨＷＳに至るまで、連続的に湾曲された状態で実施されている。
【００４８】
図４はまた概略的に、少なくとも主流れ方向ＭＦＤに沿った案内翼ＶＮＥの延在の最も上流の三分割部分内で、カバーディスク側案内翼トラックＤＤＳおよびホイールディスク側案内翼トラックＤＲＳの軸方向投影が、少なくともカバーディスク側案内翼トラックＤＤＳによる、ホイールディスク側案内翼トラックＤＲＳへの、少なくともカバーディスク側案内翼トラック面積に関して５％より大きい面積比率のオーバーハングを有することを示している。
【符号の説明】
【００４９】
ＡＲＧ  構造体
ＰＦＦ  プロセス流体
ＭＦＤ  主流れ方向
ＩＮＬ  入口
ＥＸＴ  出口
Ｘ  軸線
ＲＴＤ  回転方向
ＩＭＰ  インペラ
ＶＮＥ  案内翼
ＤＦＦ  ディフューザ
ＨＷＩ  ホイールディスク
ＳＷＩ  カバーディスク
ＢＬＤ  動翼
ＣＤＲ  周方向
ＩＣＨ  インペラ流路
ＳＷＳ  カバーディスク側
ＨＷＳ  ホイールディスク側
ＩＮＤ  ディフューザ入口
ＥＸＤ  ディフューザ出口
ＴＳ１  第一のディフューザ三分割部分
ＴＳ２  第二のディフューザ三分割部分
ＴＳ３  第三のディフューザ三分割部分
ＨＣＮ  案内翼流路
ＰＲＬ  翼断面形状
ＳＣＳ  吸引側
ＰＲＳ  圧力側
ＳＴＡ  ステータ
ＲＣＬ  径方向あそび
ＢＷＬ  翼形中心線
ＣＬＣ  内接円
ＩＬＥ  動翼入口縁部
ＩＴＥ  動翼出口縁部
ＩＳ１  第一のインペラ部分
ＩＳ２  第二のインペラ部分
ＩＳ３  第三のインペラ部分
ＬＥＡ  入口縁部角
ＴＬＶ  入口縁部接線
ＣＴＧ  周方向接線
ＲＡＤ  径方向ビーム
ＶＣＨ  断面形状弦
ＡＯＡ  迎え角
ＳＡＣ  ディフューザの軸方向流路幅
ＩＡＣ  インペラの軸方向流路幅
ＤＩＥ  インペラ出口最大直径
ＴＥＡ  出口縁部領域
ＴＬＶ  入口縁部領域内で翼形中心線に接する接線
ＴＴＶ  出口縁部領域内で翼形中心線に接する接線
ＶＢＡ  曲率角
ＶＴＣ  入口迎え角
ＤＬＥ  案内翼の入口縁部
ＤＴＥ  案内翼の出口縁部
ＣＢＳ  案内翼の入口縁部の径方向のずれ
ＢＤＳ  カバーディスク側動翼トラック
ＢＲＳ  ホイールディスク側動翼トラック
ＤＤＳ  カバーディスク側案内翼トラック
ＤＲＳ  ホイールディスク側案内翼トラック
【図１】
2020534477.tif 000003
【図２】
2020534477.tif 000004
【図３】
2020534477.tif 000005
【図４】
2020534477.tif 000006
【図５】
2020534477.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月8日(2019.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
特許文献５、特許文献６、特許文献７はそれぞれ、開放型インペラの下流における三次元的なディフューザ・案内翼構成を示している。開放型インペラにおける流れ状況は、開放型インペラにおけるホイールディスクに対して、流れをガイドするステータにも滑りなし条件がみられることからして、閉鎖型インペラにおける流れ状況とは比較ができない。したがって開放型インペラの下流では、特にホイールディスクとカバーディスクの側の相違に関して全く別の流れパターンが生じる。特許文献５は、ガイドプレートを備えるディフューザを示しており、当該ガイドプレートはプレート翼高さに沿って捩じれを有し、当該構成において断面形状曲率は翼高さに沿って一定である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主流れ方向（ＭＦＤ）に沿ってプロセス流体（ＰＦＦ）が貫流可能である構造体（ＡＲＧ）であって、軸線（Ｘ）周りに回転方向（ＲＴＤ）において回転可能なインペラ（ＩＭＰ）と、前記インペラ（ＩＭＰ）の下流にあって案内翼（ＶＮＥ）を備える定置式ディフューザ（ＤＦＦ）とを含む構造体であって、
前記インペラ（ＩＭＰ）は略軸方向の流入のための入口（ＩＬＩ）と、略径方向の流出のための出口（ＥＸＩ）とを有し、前記インペラ（ＩＭＰ）のホイールディスク（ＨＷＩ）とカバーディスク（ＳＷＩ）との間に、径方向および軸方向に延在する動翼（ＢＬＤ）が設けられており、前記動翼は、周方向（ＣＤＲ）においてインペラ流路（ＩＣＨ）を互いに画定し、
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、主流れ方向（ＭＦＤ）に沿って略径方向に延在し、
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、軸方向のカバーディスク側（ＳＷＳ）と、軸方向のホイールディスク側（ＨＷＳ）とを有し、前記軸方向のカバーディスク側と軸方向のホイールディスク側は、それらの間で前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の軸方向の流路幅（ＳＡＣ）を限定し、
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は、略径方向の流入のためのディフューザ入口（ＩＬＤ）と、ディフューザ出口（ＥＸＤ）とを有し、
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の前記ホイールディスク側（ＨＷＳ）と前記カバーディスク側（ＳＷＳ）との間に、翼高さ方向に沿って軸方向に延在するとともに、貫流方向に沿って径方向に延在する案内翼（ＶＮＥ）が設けられており、前記案内翼は周方向（ＣＤＲ）において案内翼流路（ＨＣＮ）を互いに画定する構造体において、
入口縁部領域内で翼形中心線（ＢＷＬ）に接する接線（ＴＬＶ）と、出口縁部領域（ＴＥＡ）内で前記翼形中心線（ＢＷＬ）に接する接線（ＴＴＶ）の間の角である断面形状曲率角（ＶＢＡ）が、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さく、前記断面形状曲率角（ＶＢＡ）は、入口縁部領域内で翼形中心線（ＢＷＬ）に接する接線（ＴＬＶ）を起点として数学的にポジティブに測定されていることを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記案内翼（ＶＮＥ）は、個々の軸方向翼高さに対する入口縁部角（ＬＥＡ）が、それぞれの前記案内翼（ＶＮＥ）の入口縁部（ＤＬＥ）において翼形中心線（ＢＷＬ）に接する入口縁部接線（ＴＬＶ）と、前記入口縁部を通過する周方向接線（ＣＴＧ）の間の角として定義されており、
前記入口縁部角（ＬＥＡ）はカバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さく、
前記入口縁部角（ＬＥＡ）はこのとき、前記周方向接線（ＣＴＧ）を起点として、前記入口縁部接線（ＴＬＶ）まで、数学的にポジティブにカバーされる角である、請求項１に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項３】
カバーディスク側の入口縁部角（ＬＥＡ）と、ホイールディスク側の入口縁部角との差の大きさが少なくとも５°である請求項２に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項４】
前記案内翼（ＶＮＥ）の迎え角（ＡＯＡ）は、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さく、
前記迎え角（ＡＯＡ）は、前記周方向接線（ＣＴＧ）を起点として、断面形状弦（ＶＣＨ）へと数学的にポジティブに測定される角である、請求項１、２または３に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項５】
前記案内翼（ＶＮＥ）のカバーディスク側の迎え角（ＡＯＡ）と、ホイールディスク側の迎え角との差の大きさが少なくとも５°である請求項４に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項６】
インペラ出口最大直径（ＤＩＥ）に対する、翼を備える前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の軸方向の流路幅（ＳＡＣ）の商が０．０４よりも大きい、請求項１から５のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項７】
インペラ出口最大直径（ＤＩＥ）において、前記インペラ（ＩＭＰ）の軸方向の流路幅（ＩＡＣ）に対する、翼を備える前記定置式ディフューザの軸方向の流路幅（ＳＡＣ）の商が０．９５よりも小さい、請求項１から６のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項８】
前記案内翼（ＶＮＥ）は、入口迎え角（ＶＴＣ）が、前記入口縁部領域内で前記翼形中心線（ＢＷＬ）に接する接線と、断面形状弦（ＶＣＨ）の間の数学的にポジティブな角として定義されており、前記入口迎え角（ＶＴＣ）が、カバーディスク側において、ホイールディスク側におけるよりも小さいように形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項９】
前記案内翼（ＶＮＥ）は傾きを有し、それにより入口縁部（ＤＬＥ）はカバーディスク側において、ホイールディスク側の入口縁部（ＤＬＥ）に対して、前記インペラ（ＩＭＰ）の前記回転方向（ＲＴＤ）と反対に、前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の軸方向流路幅（ＳＡＣ）の少なくとも１０％の分だけずらされている、請求項１から８のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項１０】
前記案内翼（ＶＮＥ）は、出口縁部（ＤＴＥ）において、入口縁部（ＤＬＥ）におけるよりも、前記ホイールディスク側に対する前記カバーディスク側の前記インペラ（ＩＭＰ）の前記回転方向（ＲＴＤ）と反対のずれが小さいように形成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項１１】
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）の前記案内翼（ＶＮＥ）の軸方向の延伸は、前記カバーディスク側から前記ホイールディスク側に至るまで、連続的に湾曲された状態で実施されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項１２】
前記インペラ（ＩＭＰ）は三次元的な形成されており、それにより少なくとも前記主流れ方向（ＭＦＤ）に沿った前記動翼（ＢＬＤ）の延在の最も下流の三分割部分内で、カバーディスク側動翼トラック（ＢＤＳ）およびホイールディスク側動翼トラック（ＢＲＳ）の軸方向投影は、少なくともカバーディスク側動翼トラック（ＢＤＳ）による、前記ホイールディスク側動翼トラック（ＢＲＳ）への、少なくともカバーディスク側動翼トラック面積に関して５％より大きい面積比率のオーバーハングを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【請求項１３】
前記定置式ディフューザ（ＤＦＦ）は三次元的な形成されており、それにより少なくとも前記主流れ方向（ＭＦＤ）に沿った前記案内翼（ＶＮＥ）の延在の最も上流の三分割部分内で、カバーディスク側案内翼トラック（ＤＤＳ）およびホイールディスク側案内翼トラック（ＤＲＳ）の軸方向投影は、少なくともカバーディスク側案内翼トラック（ＤＤＳ）による、前記ホイールディスク側案内翼トラック（ＤＲＳ）への、少なくともカバーディスク側案内翼トラック面積に関して５％より大きい面積比率のオーバーハングを有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の構造体（ＡＲＧ）。
【国際調査報告】
2020534477.tif 000008
2020534477.tif 000009
2020534477.tif 000010
2020534477.tif 000011
2020534477.tif 000012
2020534477.tif 000013