JP5834263B2 - 取外し可能な羽根を用いたディフューザ - Google Patents

Description

本出願は、本明細書中にその全体が参照により援用される２０１０年７月１９日出願の「取外し可能な羽根を用いたディフューザ」という名称の米国非仮特許出願第１２／８３９，２９０号に対する優先権を主張するものである。

本項は、以下で記述されかつ／又は請求されている本発明の様々な態様に関係し得る様々な技術的側面の導入部を読者に提供するよう意図されたものである。本論述は、本発明の様々な態様をより良く理解できるよう促すための背景情報を読者に提供する上で一助となると考えられている。したがって、これらの記載は、以上を考慮して読むべきものであって、先行技術の承認として読まれるべきではない。

様々な利用分野向けに流体の加圧流を提供する目的で、遠心圧縮機が利用される場合がある。このような圧縮機は、典型的に、回転出力を提供するように構成された電動機、内燃機関又は別の駆動ユニットにより回転駆動されるインペラを含んでいる。インペラが回転するにつれて、軸線方向に進入する流体は加速され、円周方向及び半径方向に吐出される。高速流体は次にディフューザ内に入り、このディフューザは速度ヘッドを圧力ヘッドに転換する（すなわち、流速を低減させ、流れ圧力を増大させる）。この要領で、遠心圧縮機は高圧流体出力を生成する。残念なことに、既存のディフューザにおいては性能と効率の間にトレードオフの関係が存在する。

以下の詳細な説明を添付図面を参照しながら読んだ場合に（なお、図面全体を通し、同様の番号は同様の部品を表わしている）、本発明の様々な特徴、態様及び利点をより良く理解することができるものである。

取外し可能な羽根を伴うディフューザを使用する圧縮機システムの例示的実施形態の斜視図である。 図１の圧縮機システム内の第１の圧縮機段の例示的実施形態の断面図である。 図１の圧縮機システムの一部の構成要素を示す分解組立図である。 一定厚区分を有しインペラの流動特性と整合するように特定の輪郭を形成するディフューザ羽根を含む遠心圧縮機構成要素の斜視図である。 ディフューザを通る流体流を描いた、図４に示された遠心圧縮機ディフューザの部分的軸線方向図である。 ディフューザ羽根の断面形状を描いた、図４中に示された遠心圧縮機ディフューザの子午面図である。 図６の線７−７に沿って切り取った、ディフューザ羽根断面形状の上面図である。 図６の線８−８に沿って切り取った、ディフューザ羽根の断面図である。 図６の線９−９に沿って切り取った、ディフューザ羽根の断面図である。 図６の線１０−１０に沿って切り取った、ディフューザ羽根の断面図である。 図４に示されているディフューザ羽根を使用し得る遠心圧縮機についての効率と流量の関係を示すグラフである。 締結装置及びダウエルピンを介してディフューザプレートに取付けるように構成されているディフューザ羽根とディフューザプレートの部分的分解組立斜視図である。 図１２のディフューザ羽根の底面図である。 図１２のディフューザプレートの底面図である。 所定の場所にある締結装置とダウエルピンとを示す、図１２のディフューザプレートに取付けられたディフューザ羽根の側面図である。 ディフューザプレートに取付けるように構成されているタブ付きディフューザ羽根とディフューザプレートの部分的分解組立斜視図である。 ディフューザプレートの溝内の所定の場所にディフューザ羽根のタブを保持する締結装置を示す、図１６のディフューザプレートに取付けられたタブ付きディフューザ羽根の側面図である。 陥凹くぼみを有するタブ付きディフューザ羽根とディフューザプレートの部分的分解組立斜視図である。 図１８のディフューザプレートの溝内に挿入されたタブ付きディフューザ羽根の上面図である。 タブ付きディフューザ羽根に隣接する溝内の空間を満たすためのインサートを示す、図１８及び１９のタブ付きディフューザ羽根とディフューザプレートの部分的分解組立斜視図である。

本発明の１つ以上の具体的実施形態について以下で記述する。これらの記述された実施形態は、単に本発明の一例にすぎない。さらに、これらの例示的実施形態の簡潔な記述を提供するために、明細書中では実際の実施の全ての特徴が記述されていない場合がある。任意のエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合のように、このような実際の実施のいずれの開発においても、実施に応じて変動し得るシステム関連及びビジネス関連の制約条件に対する適合などの開発者の具体的最終目的を達成するためには、数多くの実施特定的な決定を下す必要がある、ということを認識すべきである。その上、このような開発努力は、複雑でかつ時間のかかるものである可能性があるが、それでも本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作及び製造の日常的取組みであると考えられる、ということも認識すべきである。

一部の構成においては、ディフューザにはその効率を高めるように構成された一連の羽根が含まれている。一部のディフューザは、三次元翼形羽根又は二次元カスケード型羽根を含んでいてよい。翼形羽根は、より大きい最大効率を提供するものの、サージ流れ及びチョーク流れ様式内での性能は低下する。対照的に、カスケード型羽根は、翼形羽根に比べサージ流れ及びチョーク流れ性能の増強を提供するが、最大効率は低減される結果となる。

本開示の実施形態は、インペラからの流れ変動と整合するように特に構成された三次元非翼型ディフューザ羽根を利用することによって、ディフューザ効率を増大させ、サージ流れ及びチョーク流れの損失を低減させ得る。一部の実施形態では、各ディフューザ羽根は、テーパ状前縁、テーパ状後縁、及び前縁と後縁の間に延在する一定厚区分とを含む。一定厚区分の長さは、ディフューザ羽根の弦長のおよそ５０％超であってよい。前縁の曲率半径、後縁の曲率半径及び弦長は、ディフューザ羽根のスパンに沿って変化するように構成されてよい。このようにして、ディフューザ羽根はインペラからの軸流変動を補償するように特に調整され得る。さらなる構成においては、ディフューザ羽根のキャンバ角を、スパンに沿って変動するように構成してもよい。他の実施形態では、羽根のスパンに沿ってディフューザ羽根の前縁及び／又は後縁の円周方向位置を変化させることができるようにする場合もある。このような調整は、特定のインペラの流動特性と一致するように調整され、それにより効率を増大させサージ流れとチョーク流れの損失を減少させる非翼形羽根構成を容易にすることができる。

しかしながら、本明細書中で記述されている三次元ディフューザ羽根は、従来の５軸（例えば、ｘ、ｙ、ｚ、回転及び傾斜）機械加工技術を用いた製造用として特に好適なものでないかもしれない。詳細には、ディフューザ羽根の複雑な三次元輪郭は、二次元断面形状の直線押出しが通常関与する従来の技術を用いて機械加工するのが困難な場合がある。したがって、以下でさらに詳述する通り、ディフューザ羽根は、ディフューザプレートから取外し可能なものとして設計され得、こうして取外し可能なディフューザ羽根をディフューザプレートと別個に機械加工することが可能になる。しかしながら、ディフューザプレートと別個に製造される取外し可能なディフューザ羽根を伴う開示された実施形態においては、取外し可能なディフューザ羽根は、機械加工の後にディフューザプレートに取付けられてよい。以下で記述される通り、一部の実施形態において、取外し可能なディフューザ羽根は、様々な締結装置及びダウエルピンを用いてディフューザプレートに取付けるように構成されてよい。他の実施形態において、取外し可能ディフューザ羽根は、ディフューザプレート上の溝内に挿入されているように構成されているタブ付き端部を有していてよい。さらに他の実施形態において、これらのタブ／溝実施形態を延長させてディフューザプレート内にスロットを含み入れてよく、取付け前にこのスロット内にタブ付きディフューザ羽根を滑り込ませることができる。

図１は取外し可能な羽根を伴うディフューザを用いる圧縮機システム１０の例示的実施形態の斜視図である。圧縮機システム１０は一般に、様々な利用分野でガスを圧縮するように構成されている。例えば、圧縮機システム１０は、自動車産業、エレクトロニクス産業、航空宇宙産業、石油・ガス産業、発電産業、石油化学工業などに関係する利用分野において使用可能である。さらに、圧縮機システム１０は、一部の腐食性元素を含有する可能性のある埋立地ガスを圧縮するために利用することもできる。例えば、埋立地ガスは、炭酸、硫酸、二酸化炭素などを含有し得る。

一般に、圧縮機システム１０は、流入ガスの圧力を上昇させる（例えば圧縮する）ように構成されている１つ以上の遠心ガス圧縮機を含む。より具体的には、示されている実施形態は、Ｃａｍｅｒｏｎ ｏｆ Ｈｏｕｓｔｏｎ、Ｔｅｘａｓ製のＴｕｒｂｏ−Ａｉｒ９０００を含む。ただし、他の遠心圧縮機システムが、取外し可能な羽根を伴うディフューザを使用する場合もある。一部の実施形態において、圧縮機システム１０は、およそ１１１ｋＷ（およそ１５０馬力（ｈｐ））〜およそ２２４０ｋＷ（およそ３０００馬力（ｈｐ））の出力定格、およそ５５０〜およそ１０３０ｋＰａ（一平方インチあたりおよそ８０〜１５０ポンド（ｐｓｉｇ））の吐出圧力そして毎分およそ１７〜４３０立方メートル（およそ６００〜１５０００立方フィート（ｃｆｍ））の出力容量を含む。図示された実施形態は、取外し可能な羽根を伴うディフューザを使用できる数多くの圧縮機配置のうちの１つのみを含んでいるが、圧縮機システム１０の他の実施形態は、他の様々な圧縮機配置及び動作パラメータを含んでいてよい。例えば、圧縮機システム１０は、異なるタイプの圧縮機、より低い出力容量及び／又はより低い圧力差を有する利用分野に適したより低い馬力定格、より高い出力容量及び／又はより高い圧力差を有する利用分野に適したより高い馬力定格などを含む場合がある。

図示された実施形態において、圧縮機システム１０は、制御パネル１２、駆動ユニット１４、圧縮機ユニット１６、中間冷却器１８、潤滑システム２０及び共通ベース２２を含む。共通ベース２２は一般に、圧縮機システム１０の単純化された組立て及び設置を提供する。例えば、制御パネル１２、駆動ユニット１４、圧縮機ユニット１６、中間冷却器１８、及び潤滑システム２０は、共通ベース２２に結合される。こうして、予備組立てされかつ／又は現場で組立てされるモジュール式構成要素としての圧縮機システム１０の設置及び組立てが可能となる。

制御パネル１２は、圧縮機システム１０の動作を監視し調節するように構成された様々な装置及び制御機器を含む。例えば、一実施形態において、制御パネルは、システム出力を制御するためのスイッチ、及び／又は圧縮機システム１０の動作パラメータを標示する数多くの装置（例えば液晶ディスプレー及び／又は発光ダイオード）を含む。他の実施形態において、制御パネル１２は、高度な機能、例えばプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）などを含む。

駆動ユニット１４は、一般に、圧縮機システム１０に原動力を提供するように構成された装置を含む。駆動ユニット１４は、典型的には回転する駆動ユニットシャフトの形で、流入ガスを圧縮するために用いられるエネルギーを提供する目的で利用される。一般に、回転する駆動ユニットシャフトは、圧縮機ユニット１６の内部メカニズムに結合され、駆動ユニットシャフトの回転は、流入ガスを圧縮するインペラの回転へと形を変える。図示されている実施形態において、駆動ユニット１４は、駆動ユニットシャフトに回転トルクを提供するように構成されている電動機を含む。他の実施形態において、駆動ユニット１４は、圧縮点火（例えばディーゼル）エンジン、火花点火（例えば内燃）エンジン、ガスタービンエンジンなどの他の原動装置を含んでいてよい。

圧縮ユニット１６は典型的には、駆動ユニットシャフトに結合されているギアボックス２４を含む。ギアボックス２４は一般に、駆動ユニット１４からの原動力（例えば駆動ユニットシャフトの回転）を圧縮機段のインペラに分配するために利用される様々な機構を含む。例えば、システム１０の動作中、駆動ユニットシャフトの回転は、内部歯車装置を介して、第１の圧縮機段２６、第２の圧縮機段２８そして第３の圧縮機段３０の様々なインペラに送出される。図示されている実施形態において、ギアボックス２４の内部歯車装置は典型的に、インペラに対して回転トルクを送出する駆動シャフトに結合されたブルギアを含む。

このようなシステム（例えば駆動ユニット１４が、インペラに回転トルクを送出する駆動シャフトに間接的に結合されている場合）は一般に、間接駆動システムと呼ばれるということが認識される。一部の実施形態において、間接駆動システムは、１つ以上のギア（例えばギアボックス２４）、クラッチ、変速装置、ベルト駆動機構（例えばベルトと滑車）、又は他のあらゆる間接的結合技術を含み得る。しかしながら、圧縮機システム１０の別の実施形態には、直接駆動システムが含まれていてよい。直接駆動システムを使用する実施形態において、ギアボックス２４と駆動ユニット１４は、本質的に圧縮機ユニットに一体化されて、駆動シャフトに直接トルクを提供してよい。例えば、直接駆動システムにおいて、原動装置（例えば電動機）は、駆動シャフトをとり囲み、こうして直接（例えば中間歯車装置なく）駆動シャフトにトルクを付与する。したがって、直接駆動システムを用いる実施形態においては、圧縮機ユニット１６の各段において１つ以上の駆動シャフト及びインペラを駆動するために、多数の電動機を使用する可能性がある。

ギアボックス２４は、システム１０の高い信頼性とメンテナンスの簡略化を提供する特徴を含んでいる。例えば、ギアボックス２４は、性能を高めるために一体として鋳造された多段設計を含んでいてよい。換言すると、ギアボックス２４は、典型的にシステムに付随する組立て及びメンテナンスの懸念を削減する上で一助となる３つのスクロールの全てを含む単一の鋳造物を含んでいてよい。さらに、ギアボックス２４は、ギアボックス２４の内部に配置された構成要素を容易に取出し点検するための水平に分割したカバーを含んでいてよい。

以上で簡単に論述した通り、圧縮機ユニット１６は一般に、直列に流入ガスを圧縮する１つ以上の段を含む。例えば、図示されている実施形態において、圧縮機ユニット１６は、第１段圧縮機２６、第２段圧縮機２８及び第３段圧縮機３０を含む３つの圧縮段（例えば３段圧縮機）を含む。圧縮機段２６、２８及び３０の各々は、取外し可能な羽根を伴うガスインペラ及び付随するディフューザを包含するハウジングを含む遠心スクロールを含む。動作中、流入ガスは各々の圧縮機段２６、２８及び３０内に連続的に移行してから、高圧で放出される。

システム１０の動作には、圧縮機入口３２を介して矢印３４の方向に第１段圧縮機２６内にガスを引き込むことが含まれる。図示されている通り、圧縮機ユニット１６は同様に案内羽根３６をも含んでいる。案内羽根３６は、ガスが第１の圧縮機段２６に入るにつれてガスの流れを誘導するため他の機構と羽根を含む。例えば、案内羽根３６は、第１の圧縮機段２６のインペラと同じ方向で入口空気流に対して渦運動を付与し、こうして、流入ガスの圧縮を目的とするインペラにおける作業入力（ｗｏｒｋ ｉｎｐｕｔ）を削減する上で一助となる。

ガスが圧縮機入口３２を介してシステム１０内に引き込まれた後、第１段圧縮機２６は、圧縮を行ない、圧縮ガスを第１のダクト３８を介して放出する。第１のダクト３８は、圧縮ガスを、中間冷却器１８の第１段４０内に送る。第１の圧縮機段２６から吐出された圧縮ガスは、第１段中間冷却器４０を通って誘導され、第２のダクト４２を介して中間冷却器１８から放出される。

一般に、中間冷却器１８の各段は、圧縮ガスを冷却するための熱交換器システムを含む。一実施形態において中間冷却器１８は、中間冷却器１８内部の熱交換要素上を通過するにつれて圧縮ガスから熱を効果的に除去するウオータ・イン・チューブ（ｗａｔｅｒ−ｉｎ−ｔｕｂｅ）設計を含む。ガス温度を低下させ後続する各圧縮段の効率を改善するため、各々の圧縮機段の後に、中間冷却器が具備される。例えば、図示された実施形態において、第２のダクト４２は、圧縮ガスを第２の圧縮機段２８及び中間冷却器１８の第２段４４の中に送り込んだ後、ガスを第３の圧縮機段３０に送る。

第３段３０がガスを圧縮した後、圧縮ガスは圧縮機放出口４６を介して放出される。図示された実施形態において、圧縮ガスは、中間冷却ステップ（例えば第３の中間冷却器段を通過すること）無く、第３段圧縮機３０から放出口４６まで送られる。しかしながら、圧縮機システム１０の他の実施形態は、圧縮ガスが第３の圧縮機段３０を退出する時にそれを冷却するように構成された第３の中間冷却器段又は類似の装置を含んでいてよい。さらに、所望の利用分野（例えば乾燥の利用分野）で使用するために圧縮ガスを効果的に送るように、追加のダクトを放出口４６に結合してもよい。

図２は、図１の圧縮機システム１０内の第１の圧縮機段２６の例示的実施形態の断面図である。しかしながら、第１の圧縮機段２６の構成要素は、単に圧縮機段２６、２８、及び３０のいずれかを例証しているにすぎず、事実、単段圧縮機システム１０内の構成要素を表わすものであり得る。図２に示されている通り、第１の圧縮機段２６は、なかでも、インペラ４８、シールアセンブリ５０、軸受アセンブリ５２、軸受アセンブリ５２内の２つの軸受５４、及びピニオンシャフト５６を含んでいてよい。一般に、シールアセンブリ５０と軸受アセンブリ５２は、ギアボックス２４の内部に常在する。２つの軸受５４は、インペラ４８の回転を駆動するピニオンシャフト５６のための支持を提供する。

一部の実施形態において、図１の駆動ユニット１４により駆動される駆動シャフト５８は、中心軸６２を中心としてブルギア６０を回転させるために使用されてよい。ブルギア６０は、ピニオン噛合６４を介して第１の圧縮機段２６のピニオンシャフト５６と噛合ってよい。事実上、ブルギア６０は、ピニオン噛合６４を介して第２及び第３の圧縮機段２８、３０と結びつけられた別のピニオンシャフトとも噛合っていてよい。中心軸６２を中心とするブルギア６０の回転は、ピニオンシャフト５６を第１段の軸６６を中心として回転させ、インペラ４８を第１段の軸６６を中心として回転させ得る。以上で論述した通り、ガスは矢印３４で示されているように圧縮機入口３２に進入してよい。インペラ４８の回転は、ガスを圧縮させ、矢印６８により示されているように半径方向に誘導する。圧縮ガスがスクロール７０を通って退出するにつれて、圧縮ガスはディフューザ７２を横断して誘導され、このディフューザがインペラ４８からの高速流体流を高圧流に転換する（例えば、動的ヘッドを圧力ヘッドに転換）。

図３は、図１の圧縮機システム１０の一部の構成要素を示す分解組立図である。詳細には、図３は、圧縮機入口３２から取外された第１の圧縮機段２６の入口アセンブリ７４と、図示されているピニオンシャフト５６に取付けられているディフューザ４８を中心にして半径方向に位置設定された取外し可能な羽根７６を伴うディフューザ７２とを示している。さらに、軸受アセンブリ５２の軸受５４も同様に示されている。以上で記述した通り、ピニオンシャフト５６がディフューザ４８を回転させるにつれて、入口アセンブリ７４を通って進入するガスは、ディフューザ４８によって圧縮され、第１の圧縮機段２６の第１のダクト３８を通して放出される。第１のダクト３８を通って放出される前に、圧縮ガスは、ディフューザ７２を横断して誘導される。

図４は、加圧流体流を出力するように構成された遠心圧縮機システム１０の構成要素の斜視図である。具体的には、遠心圧縮機システム１０は、多数のブレード７８を有するインペラ４８を含む。外部源（例えば電動機、内燃機関など）によりインペラ４８が回転駆動されるにつれて、ブレード７８内に進入する圧縮可能流体は、インペラ４８のまわりに配置されたディフューザ７２に向かって加速される。一部の実施形態においては、ディフューザ７２に直接隣接してシュラウド（図示せず）が位置づけされ、インペラ４８からディフューザ７２まで流体流を誘導するのに役立つ。ディフューザ７２は、インペラ４８からの高速流体流を高圧流に転換する（例えば動的ヘッドを圧力ヘッドに転換する）ように構成されている。

本実施形態において、ディフューザ７２は、環状構成でプレート８０に結合されたディフューザ羽根７６を含む。羽根７６は、ディフューザ効率を増大させるように構成される。以下で詳述するように、各羽根７６は、前縁区分、後縁区分及び前縁区分と後縁区分の間に延在する一定厚区分を含み、こうして非翼形羽根７６を形成している。羽根７６の特性は、インペラ４８から吐出される流体流と特に整合する三次元配置を確立するように構成されている。インペラ出口流と一致するように三次元非翼形羽根７６の輪郭を形成することにより、ディフューザ７２の効率を、二次元カスケードディフューザに比べて増大させてよい。さらに、三次元翼型ディフューザと比べて、サージ流れ及びチョーク流れ損失が削減されるかもしれない。

図５は、インペラ４８から吐出される流体流を示す、ディフューザ７２の部分的軸線方向図である。図示されている通り、各羽根７６は、前縁８２及び後縁８４を含む。以下で詳述する通り、インペラ４８からの流体流は前縁８２から後縁８４まで流れ、こうして動的圧力（すなわち流速）は静的圧力（すなわち加圧流体）へと転換させられる。本実施形態において、各々の羽根７６の前縁８２はプレート８０の円周方向軸８８との関係において一定の角度８６をなして配向されている。円周方向軸８８は、環状プレート８０の曲率に従がう。したがって、角度８６が０度の場合、プレート８０の曲率に対し実質的に接線方向に配向された前縁８２が結果としてもたらされるものと考えられる。一部の実施形態において、角度８６は、およそ０〜６０、５〜５５、１０〜５０、１５〜４５、１５〜４０、１５〜３５又は約１０〜３０度であってよい。本実施形態において、各羽根７６の角度８６は、およそ１７〜２４度の間で変化し得る。しかしながら、代替的構成では、円周方向軸８８との関係において異なる配向を有する羽根７６が使用されてよい。

図示されている通り、流体流９０はインペラ４８から円周方向８８と半径方向９２の両方に退出する。具体的には、流体流９０は、円周方向軸８８との関係において角度９４で配向される。ここでわかるように、角度９４は、いくつかある要因の中でも特にインペラ構成、インペラ回転速度及び／又は遠心圧縮機システムを通る流量に基づいて変化し得る。本構成においては、羽根７６の角度は特に、インペラ４８からの流体流９０の方向と整合するように構成されている。ここでわかるように、前縁角度８６と流体流角度９４の差は、入射角として定義づけされ得る。本実施形態の羽根７６は、入射角を実質的に削減して、遠心圧縮機システム１０の効率を増大させるように構成されている。

前述の通り、羽根７６は、実質的に環状の配置でプレート８０のまわりに配置されている。円周方向８０に沿った羽根７６の間の間隔どり９６は、速度ヘッドから圧力ヘッドへの効率の良い転換を提供するように構成され得る。本構成では、羽根７６間の間隔どり９６は、実質的に等しい。しかしながら、変形実施形態では、不均等なブレード間隔を用いてもよい。

各々の羽根７６は、圧力表面９８と吸引表面１００を含む。ここでわかるように、流体が前縁８２から後縁８４まで流れるにつれて、高圧領域が圧力表面９８に隣接して誘発され、比較的低圧の領域が吸引表面１００に隣接して誘発される。これらの圧力領域はインペラ４８からの流れの場に影響を及ぼし、それにより無翼ディフューザに比べて流れの安定性及び効率を増大させる。本実施形態において、各々の三次元非翼形羽根７６は、インペラ４８の流動特性と整合させて、サージ流れ及びチョーク流れ様式内での効率の増加及び損失の低下を提供するように、特に構成されている。

図６は、ディフューザ羽根の断面形状を示す遠心圧縮機ディフューザ７２の子午面図である。各々の羽根７６は、プレート８０とシュラウド（図示せず）の間に軸線方向１０２に沿って延在し、スパン１０４を形成する。具体的には、スパン１０４は、シュラウド側面上の羽根先端部１０６とプレート側面上の羽根根元１０８によって画定される。以下で詳述するように、弦長は、羽根７６のスパン１０４に沿って変化するように構成されている。弦長は、羽根７６に沿った特定の軸線方向位置における前縁８２と後縁８４の間の距離である。例えば、翼先端部１０６の弦長１１０は、羽根根元１０８の弦長１１２とは異なる可能性がある。羽根７６の１つの軸線方向位置（すなわち軸線方向１０２に沿った位置）における弦長１１０は、その特定の軸線方向場所における流体流特性に基づいて選択されてよい。例えば、コンピュータモデリングによって、インペラ４８からの流体速度が軸線方向１０２で変動することが決定されるかもしないい。したがって、各々の軸線方向位置についての弦長は、特に、流入流体速度に対応するように選択されてよい。このようにして、弦長が羽根７６のスパン１０４に沿って実質的に一定にとどまっている構成に比べて、羽根７６の効率を増大させることができる。

さらに、前縁８２及び／又は後縁８４の円周方向位置（すなわち円周方向８８に沿った位置）は、羽根７６のスパン１０４に沿って変化するように構成されてよい。図示される通り、基準線１１４は、軸線方向１０２に沿って羽根先端部１０６の前縁８２からプレート８０まで延びている。スパン１０４に沿った前縁８２の円周方向位置は、基準線１１４から可変的距離１１６だけオフセットされている。換言すると、前縁８２は、円周方向８８に一定であるのではなくむしろ可変的である。この構成により、スパン１０４に沿った羽根７６の前縁８２とインペラ４８の間の可変的距離が確立される。例えば、インペラ４８からの流体流のコンピュータシミュレーションに基づいて、スパン１０４に沿った各軸線方向位置について、特定の距離１１６を選択することができる。このようにして、一定距離１１６を用いる構成に比べて羽根７６の効率を増大させることができる。本実施形態において、距離１１６は、羽根先端部１０６からの距離の増大に伴って増大する。変形実施形態では、前縁８２がインペラ４８に向かう方向に沿って基準線１１４を通過して延在する配置を含め、他の前縁断面形状が使用される可能性がある。

同様にして、後縁８４の円周方向位置も、羽根７６のスパン１０４に沿って変化するように構成されてよい。図示されている通り、基準線１１８は、軸線方向１０２に沿ってプレート８０から離れるように羽根根元１０８の後縁８４から延びている。スパン１０４に沿った後縁８４の円周方向位置は、基準線１１８から、可変的距離１２０だけオフセットされている。換言すると、後縁８４は、円周方向８８に一定であるのではなくむしろ可変的である。この構成により、スパン１０４に沿った羽根７６の後縁８４とインペラ４８の間の可変的距離が確立される。例えば、インペラ４８からの流体流のコンピュータシミュレーションに基づいて、スパン１０４に沿った各軸線方向位置について、特定の距離１２０を選択することができる。このようにして、一定距離１２０を用いる構成に比べて羽根７６の効率を増大させることができる。本実施形態において、距離１２０は、羽根根元１０８からの距離の増大に伴って増大する。変形実施形態では、後縁８４がインペラ４８から離れる方向に沿って基準線１１８を通過して延在する配置を含め、他の後縁断面形状が使用される可能性がある。さらなる実施形態においては、前縁８２の半径方向位置及び／又は後縁８４の半径方向位置が、ディフューザ羽根７６のスパン１０４に沿って変化し得る。

図７は、図６の線７−７に沿って切り取られた、ディフューザ羽根断面形状の上面図である。図示されている通り、羽根７６は、テーパ状前縁区分１２２と、一定厚区分１２４と、テーパ状後縁区分１２６とを含む。一定厚区分１２４の厚み１２８は、前縁区分１２２と後縁区分１２６の間で実質的に一定である。一定厚区分１２４に起因して、羽根７６の断面形状は、従来の翼とは整合しないものとなっている。換言すると、羽根７６は、翼型ディフューザ羽根とみなされない場合がある。しかしながら、翼型ディフューザ羽根と同様、羽根７６のパラメータは、特定のインペラ４８からの三次元流体流と一致して流体速度を流体圧力へと効率良く転換するように、特に構成されてよい。

例えば、前述の通り、羽根７６の一つの軸線方向位置（軸線方向１０２に沿った位置）についての弦長は、その軸線方向場所における流動特性に基づいて選択されてよい。図示されているように、羽根先端部１０６の弦長１１０は、羽根７６の先端部１０６におけるインペラ４８からの流れに基づいて構成され得る。同様にして、テーパ状前縁区分１２２の長さ１３０は、対応する軸線方向場所における流動特性に基づいて選択されてよい。図示されているように、テーパ状前縁区分１２２は、一定厚区分１２４と前縁８２の間に収束的幾何形状を確立する。ここでわかるように、テーパ状前縁区分１２２の基部１３２の所与の厚み１２８について、長さ１３０は前縁８２と一定厚区分１２４の間の勾配を画定し得る。例えば、前縁区分１２２が長くなると、前縁８２から一定厚区分１２４までの遷移はより漸進的なものとなり、一方区分１２２が短かくなると、遷移はより急激なものとなる可能性がある。

さらに、一定厚区分１２４の長さ１３４及びテーパ状後縁区分１２６の長さ１３６は、特定の軸線方向部分における流動特性に基づいて選択されてよい。前縁区分１２２と同様、後縁区分１２６の長さ１３６は、後縁８４と基部１３８の間の勾配を画定し得る。換言すると、後縁区分１２６の長さ１３６を調整することによって、後縁８４のまわりに所望の流動特性を得ることができる。図示されている通り、テーパ状後縁区分１２６は、一定厚区分１２４と後縁の間の収束的幾何形状を確立する。一定厚区分１２４の長さ１３４は、所望の弦長１１０、所望の前縁区分長さ１３０及び所望の後縁区分長さ１３６を選択した結果として得ることができる。具体的には、長さ１３０及び１３６が選択された後の弦長１１０の残りの部分が、一定厚区分１２４の長さ１３４を画定する。一部の構成において、一定厚区分１２４の長さ１３４は、弦長１１０のおよそ５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％以上よりも大きい場合がある。以下で詳述する通り、一定厚区分１２４の長さ１３４と弦長１１０の間の比率は、スパン１０４全体を通して各々の横断面形状について実質的に等しいものであってよい。

さらに、前縁８２及び／又は後縁８４は、テーパ状前縁区分１２２及び／又はテーパ状後縁区分１２６の先端部において湾曲した断面形状を含み得る。具体的には、前縁８２の先端部は、流体流を前縁８２のまわりに誘導するように構成された曲率半径１４０を有する湾曲した断面形状を含み得る。ここでわかるように、曲率半径１４０は、テーパ状前縁区分１２２の勾配に影響を及ぼし得る。例えば、所与の長さ１３０について、曲率半径１４０が大きくなると、前縁８２と基部１３２の間により小さな勾配が確立され得、一方曲率半径が小さくなると確定される勾配は大きくなる可能性がある。同様にして、後縁８４の先端部の曲率半径１４２は、後縁８４の計算された流動特性に基づいて選択されてよい。一部の構成において、前縁８２の曲率半径１４０は、後縁８４の曲率半径１４２よりも大きいかもしれない。したがって、テーパ状後縁区分１２６の長さ１３６は、テーパ状前縁区分１２２の長さ１３０より大きい場合がある。

ディフューザ７２を通した流体流に影響を及ぼす別の羽根特性は、羽根７６の反りである。図示されているように、反り曲線１４４は前縁８２から後縁８４まで延び、羽根断面形状の中心（すなわち圧力面９８と吸引面１００の間の中心線）を画定する。反り曲線１４４は、羽根７６の湾曲した断面形状を示す。具体的には、前縁反り接線１４６は前縁８２から延び、前縁８２における反り曲線１４４との接線である。同様にして、後縁反り接線１４８は、後縁８４から延び、後縁８４における反り曲線１４４との接線である。接線１４６と接線１４８の間の交差点において反り角１５０が形成される。図示されている通り、羽根７６の曲率が大きくなればなるほど、反り角１５０は大きくなる。したがって、反り角１５０は、羽根７６の曲率又は反りの有効な測度を提供する。反り角１５０は、インペラ４８からの流動特性に基づく動的ヘッドから圧力ヘッドへの効率の良い転換を提供するように選択されてよい。例えば、反り角１５０は、およそ０、５、１０、１５、２０、２５、３０度超であってよい。

反り角、前縁８２の曲率半径１４０、後縁８４の曲率半径１４２、テーパ状前縁区分１２２の長さ１３０、一定厚区分の長さ１３４、テーパ状後縁区分１２６の長さ１３６、及び／又は弦長１１０は、羽根７６のスパン１０４に沿って変化し得る。具体的には、上述のパラメータの各々は、対応する軸線方向場所における計算上の流動特性に基づいて、各々の軸線方向断面について特定的に選択され得る。このようにして、二次元羽根（すなわち一定の横断面幾何形状をもつ羽根）に比べて増大した効率を提供する三次元羽根７６（すなわち可変的横断面幾何形状をもつ羽根７６）を構築することができる。さらに、以下で詳述する通り、このような羽根７６を使用するディフューザ７２は、広い動作流量範囲全体を通して効率を維持することができる。

図８は、図６の線８−８に沿って切り取られたディフューザ羽根７６の横断面である。以上で論述した断面形状と同様に、この羽根区分は、テーパ状前縁区分１２２と、一定厚区分１２４とテーパ状後縁区分１２６とを含む。しかしながら、これらの区分の構成は、この区分に対応する軸線方向場所における流動特性と一致するように改変されている。例えば、この区分の弦長１５２は、羽根先端部１０６の弦長１１０から変化していてよい。同様に、一定厚区分１２４の厚み１５４は、図７の区分の厚み１２８と異なるものであり得る。その上、テーパ状前縁区分１２２の長さ１５６、一定厚区分１２４の長さ１５６、及び／又はテーパ状後縁区分の長さ１６０は、この軸線方向場所における流動特性に基づいて変化してよい。ただし、一定厚区分１２４の長さ１５８と弦長１５２の比率は、長さ１３４と弦長１１０の比率と実質的に等しいものであってよい。換言すると、一定厚区分長対弦長比は、羽根７６のスパン１０４全体を通して実質的に一定にとどまってよい。

同様にして、前縁８２の曲率半径１６２、後縁８４の曲率半径１６４及び／又は反り角１６６は、図示されている区分と図７に示されている区分の間で変化してもよい。例えば、前縁８２の曲率半径１６２は、インペラ４８からの流体流と前縁８２の間の入射角を低減させるように、特に選択されてよい。前述の通り、インペラ４８からの流体流の角度は、軸線方向１０２に沿って変化し得る。本実施形態は、各々の軸線方向位置（すなわち軸線方向１０２に沿った位置）における曲率半径１６２の選択を容易にすることから、入射角は、羽根７６のスパン１０４に沿って実質的に削減され得、こうして、前縁８２の曲率半径１６２がスパン１０４全体を通して実質的に一定にとどまる構成に比べて、羽根７６の効率は増大する。さらに、インペラ４８からの流体流の速度は軸線方向１０２に変動し得ることから、曲率半径１６２及び１６４、弦長１５２、反り角１６６又は他のパラメータを羽根７６の各々の軸線方向区分について調整することにより、ディフューザ７２全体の効率を容易に増大させることができる。

図９は、図６の線９−９に沿って切り取られたディフューザ羽根７６の断面図である。図８の区分と同様、この区分の断面形状は、対応する軸線方向場所における流動特性と整合するように構成されている。具体的には、この区分は、図７及び／又は図８に示された区分の対応するパラメータとは異なるものであり得る弦長１６３、一定厚区分１２４の厚み１７０、前縁区分１２２の長さ１７２、一定厚区分１２４の長さ１７４、及び後縁区分１２６の長さ１７６を含む。さらに、前縁８２の曲率半径１７８、後縁８４の曲率半径１８０、及び反り角１８２も同様に、この軸線方向場所における流動特性（例えば速度、入射角など）向けに特に構成されてよい。

図１０は、図６の線１０−１０に沿って切り取られたディフューザ羽根７６の断面図である。図９の区分と同様、この区分の断面形状は、対応する軸線方向場所における流動特性と整合するように構成されている。具体的には、この区分は、図７、図８及び／又は図９に示された区分の対応するパラメータとは異なるものであり得る弦長１１２、一定厚区分１２４の厚み１８４、前縁区分１２２の長さ１８６、一定厚区分１２４の長さ１８８、及び後縁区分１２６の長さ１９０を含む。さらに、前縁８２の曲率半径１９２、後縁８４の曲率半径１９４、及び反り角１９６も同様に、この軸線方向場所における流動特性（例えば速度、入射角など）向けに特に構成されてよい。

一部の実施形態では、各々の軸線方向区分の断面形状は、軸線方向平板の半径流構成への二次元変換に基づいて選択されてよい。このような技術には、原初の直交座標系内で流れが均一でかつ整列しているものと仮定して、直交座標系内の直線平板断面形状を曲線座標系の半径方向平面に共形変換することが関与するかもしれない。変換された座標系において、流れは、対数螺旋渦流を表わす。ディフューザ羽根７６の前縁８２と後縁８４が同じ対数螺旋曲線上に位置づけられている場合、ディフューザ羽根７６は、流れの転向を一切行なわない。所望される流れの転向は、適切な反り角を選択することによって制御され得る。直交座標系内の流れの均一性という初期仮定は、インペラ４８から発せられる実際の不均一な流れの場を関与させて、計算の精度を高めるために修正される場合がある。この技術を用いて、他のいくつかのパラメータの中でも特に前縁の曲率半径、後縁の曲率半径及び／又は反り角を選択し、羽根７６の効率を増大させることができる。

図１１は、ディフューザ羽根７６の一実施形態を使用し得る遠心圧縮機システム１０についての効率と流量の関係を示すグラフである。図示されているように、水平軸１９８は、遠心圧縮機システム１０を通る流量を表わし、垂直軸２００は効率（例えば等エントロピ効率）を表わし、曲線２０２は、流量の関数としての遠心圧縮機システム１０の効率を表わす。曲線２０２は、サージ流れ領域２０４、高効率動作領域２０６及びチョーク流れ領域２０８を含む。ここでわかるように、領域２０６は、遠心圧縮機システム１０の正常な動作範囲を表わす。流量が高効率範囲より低くなった場合、遠心圧縮機システム１０は、サージ流れ領域２０４に入り、この領域内では、ディフューザ羽根７６上の流体流不足が遠心圧縮機システム１０内で流れの失速をひき起こして圧縮機の効率を低下させる。逆に、ディフューザ７２に過剰の流体流が通過した場合、ディフューザ７２は閉塞し、こうして羽根７６を通過しうる流体の量が制限される。

ここでわかるように、動作の高効率化に向けて羽根７６を構成することには、高効率動作領域２０６内の効率を増大させることと、サージ流れ領域２０４及びチョーク流れ領域２０８内での損失を低減させることが含まれる。前述の通り、三次元翼形羽根は、高効率動作領域内で高い効率を提供するが、サージ及びチョーク流れ領域内での性能は低減される。反対に二次元カスケード型ディフューザは、サージ流れ及びチョーク流れ領域内で損失を低減させるものの、高効率動作領域内での効率は削減される。本実施形態は、インペラ４８の流動特性と整合するように各々の羽根７６を輪郭どりし、一定厚区分１２４を含み入れることによって、高効率動作領域２０６内では効率の増大をそしてサージ流れ及びチョーク流れ領域２０４及び２０８については損失の低下を提供し得る。例えば、一部の実施形態において、本羽根構成は、二次元カスケード型ディフューザと実質的に同等のサージ流れ及びチョーク流れ性能を提供し、その一方で高効率動作領域内の効率をおよそ１．５％増大させることができる。

ディフューザ羽根７６は、典型的にモノブロックディフューザとして製造される。換言すると、ディフューザ羽根７６とプレート８０は全て一体として合わせてフライス加工される。しかしながら、上述の三次元翼形羽根７６を使用すると、従来の５軸（例えばｘ、ｙ、ｚ、回転及び傾斜）機械加工技術を用いてフライス加工するのがさらに困難になる可能性がある。より具体的には、二次元ディフューザ羽根７２の輪郭が複雑になればなるほど、実質的に均一な横断面形状をもつ二次元ディフューザ羽根に比べて機械加工が著しく困難になる。したがって、二次元ディフューザ羽根の機械加工には直線押出し加工しか必要とされないが、これは、本明細書中で記述されている三次元ディフューザ羽根７６の場合に不可能であり得る。

したがって、三次元ディフューザ羽根７６は、ディフューザプレート８０とは別個に機械加工され得、個々のディフューザ羽根７６は、ディフューザ羽根７６とディフューザプレート８０が個別に機械された後、ディフューザプレート８０に取付けられる。取外し可能な羽根７６の使用は、ディフューザ羽根７６の三次元形状の機械加工の問題を削減するのみならず、２つの機械加工済み表面（例えばディフューザ羽根７６とディフューザハブ８０）が遭遇する場所で作り出される凹形の隅であるフィレットの存在を削減又は削除する。フィレットの存在の削減又は削除は、空気力学上の理由から有利である。

しかしながら、ディフューザ羽根７６とディフューザプレート８０を互いに別個に機械加工することで、ディフューザ羽根７６はディフューザプレート８０に別個に取付けられる結果となる。取外し可能なディフューザ羽根７６は、任意の数の適切な締結技術を用いてディフューザプレート８０に取付けられてよい。例えば、図１２は、ディフューザプレート８０及び、締結装置２１０とダウエルピン２１２を介してディフューザプレート８０に取付けられるように構成されたディフューザ羽根７６の部分的分解組立斜視図である。図示されているように、一部の実施形態においては、各ディフューザ羽根７６について、ディフューザプレート８０は、ディフューザプレート８０全体を貫通して延在する１つ以上の締結穴２１４を有していてよい。締結装置２１０（例えば、ネジ、ボルトなど）は、ディフューザプレート８０の底面側２１６から、ディフューザ羽根７６が取付けられるディフューザプレート８０の上面側２１８まで、それぞれの締結穴２１４を通して挿入され得る。こうして、一部の実施形態では、締結装置２１０は締結穴２１４内部のネジ山と嵌合するように構成されていない場合がある。むしろ、締結装置２１０上のネジ山２２０の外径は、一般に締結穴２１４の内径よりも小さく、締結装置２１０がそれぞれの締結穴２１４の中を通過できるようになっていてよい。しかしながら、締結装置２１０のネジ山２２０は、ディフューザ羽根７６の底面側２２４内に延在するそれぞれの締結穴２２２の内ネジと嵌合するように構成されている。

図１３は、図１２のディフューザ羽根７６の底面図である。図示されているように、締結穴２２２は、ディフューザ羽根７６の底面側２２４内に延在する。同様に図示されているように、１つ以上の整列穴２２６が、ディフューザ羽根７６の底面側２２４内に延在していてよい。図示された実施形態において、整列穴２２６は、締結穴２２２群の相対する側（例えばディフューザ羽根７６の前縁８２に向かう側と後縁８４に向かう側）に位置設定されている。しかしながら、他の実施形態では、整列穴２２６は、代案として締結穴２２２の間に位置設定されてよい。実際、締結穴２２２と整列穴２２６は、相互間で任意のパターンで位置設定されてよい。

ここで図１２に戻ると、整列穴２２６は、ダウエルピン２１２と嵌合するように構成され得る。さらに、ダウエルピン２１２は同様に、ディフューザプレート８０の上面側２１８にある整列穴２２８と嵌合するように構成されていてよい。ただし、締結穴２１４とは異なり、整列穴２２８はディフューザプレート８０を貫通して延在しない。むしろ、整列穴２２８はディフューザプレート８０の上面側２１８内に部分的に延在しているにすぎない。したがって、ダウエルピン２１２は、ディフューザプレート８０との関係においてディフューザ羽根７６を整列させるために使用され得る。より具体的には、ダウエルピン２１２も整列穴２２６、２２８も、一部の実施形態においてディフューザプレート８０に直接ディフューザ羽根７６を取付けるためのネジ山を含んでいない。むしろ、ダウエルピン２１２は、ディフューザ羽根７６がディフューザプレート８０との関係において所定の場所に確実にとどまるようにするために使用される。一部の実施形態において、ダウエルピン２１２は、平滑な円筒形シャフトであり得る。ただし、他の実施形態では、ダウエルピン２１２のために異なる幾何形状を使用してもよい。さらに、ダウエルピン２１２（ならびに本明細書で記述されている様々な締結装置）は全て互いに同じ形状のものでなくてもよい。例えば、一部の実施形態において、ディフューザ羽根７６の前縁８２側では比較的大きいダウエルピン２１２を使用し、一方ディフューザ羽根７６の後縁８４側では比較的小さいダウエルピン２１２を使用するか、又はその逆に使用して、ディフューザ羽根７６の適切な配向を確保することもできる。

一般に、ディフューザプレート８０内の締結穴２１４及び整列穴２２８は、ディフューザ羽根７６内の締結穴２２２及び整列穴２２６と整列して、締結装置２１０とダウエルピン２１２の挿入を容易にする。図１４は、図１２のディフューザプレート８０の底面図である。図示されているように、各々のディフューザ羽根７６について、ディフューザプレート８０は、ディフューザプレート８０を貫通して延在する１つ以上の締結穴２１４を有していてよい。さらに、一部の実施形態においては、各々の締結穴２１４は、図１２に示されている締結装置２１０のそれぞれの頭端部２３２を収容する皿穴のついた締結用陥凹２３０と結びつけられてよい。こうして、頭端部２３２は、表面２１６と同一平面で又はそれより下で、陥凹２３０の中に埋められてよい。

ディフューザプレート８０とディフューザ羽根７６の締結穴２１４、２２２を通って延在する締結装置２１０は、ディフューザ羽根７６がディフューザプレート８０に対し直接取付けられた状態にとどまるようにし、その一方でディフューザプレート８０とディフューザ羽根７６の整列穴２２８、２２６を通って延在するダウエルピン２１２は、ディフューザプレート８０との関係におけるディフューザ羽根７６の整列を補助している。例えば、図１５は、所定の場所にある締結装置２１０とダウエルピン２１２とを示す、図１２のディフューザプレート８０に取付けられたディフューザ羽根７６の側面図である。図１２〜１５には３つの締結装置２１０と２つのダウエルピン２１２を含むものとして示されているものの、各々のディフューザ羽根７６について任意の適切な数の締結装置２１０及びダウエルピン２１２を使用してよい、ということを指摘しておくべきである。例えば、一部の実施形態では、１つのディフューザ羽根７６につき最低１つの締結装置２１０と１つのダウエルピン２１２を使用し、１つの締結装置２１０がそれぞれのディフューザ羽根７６をディフューザプレート８０に取付け、１つのダウエルピン２１２がディフューザプレート８０との関係におけるそれぞれのディフューザ羽根７６の整列を補助することができる。しかしながら、他の実施形態では、図１２〜１５で図示されているように、締結装置２１０及びダウエルピン２１２の各々を２つ以上使用してよい。例えば、一部の実施形態においては、１、２、３、４、５個以上の締結装置２１０及び１、２、３、４、５個以上のダウエルピンを使用してよい。さらに、一部の実施形態においては、ディフューザ羽根７６とは別個のダウエルピン２１２を使用しなくてもよい。むしろ、ダウエルピン２１２は、ディフューザ羽根７６の本体と一体化されていてよい。換言すると、ディフューザ羽根７６は、ディフューザ羽根７６の底面側２２４から延在するダウエルピン２１２を含んでいてよい。さらに、他の実施形態においては、ダウエルピン２１２は、ディフューザプレート８０と直接一体化され（例えばディフューザプレートから機械加工され）ていてよい。その上、ディフューザプレート８０とディフューザ羽根７６の間の表面は、平坦であってもなくてもよい。換言すると、一部の実施形態においては、ディフューザプレート８０とディフューザ羽根７６の間の表面は、連結を容易にするため、楔嵌め区分（例えば雄／雌型、Ｖ字形、Ｕ字形など）を含んでいてよい。

実際、図１２から図１５に図示されている実施形態は、使用可能な唯一の取付けタイプではない。例えば、図１６は、ディフューザプレート８０及びディフューザプレート８０に取付けるように構成されたタブ付きディフューザ羽根７６の部分的分解組立斜視図である。より具体的には、ディフューザ羽根７６は、ディフューザプレート８０の上面側２１８で溝２３６と嵌合するように構成されたタブ２３４を含んでいる。タブ２３４は、フランジ又は唇状部とも呼ぶことができる。図示された実施形態において、タブ２３４と溝２３６は共に、楕円形状をしている。しかしながら、他の実施形態において、タブ２３６及び溝２３６は、他の形状、例えば短形、円形、三角形などを含み得る。図１２〜１５に関して上述した実施形態とは対照的に、タブ２３４及び溝２３６の形状は、ディフューザプレート８０との関係においてディフューザ羽根７６を整列させ、こうして多数の締結装置及び／又はダウエルピンを用いる必要性をことごとく削減する。換言すると、タブ２３４と溝２３６は、表面２１８に沿って横方向の整列及び保持を提供する。図１６では対称であるものとして図示されているが、他の実施形態では、タブ２３４と溝２３６の形状は、ディフューザプレート８０とのディフューザ羽根７６の適切な配向を確保するため、非対称であってよい。換言すると、タブ２３４は、非対称的に整形され、考えられる１つの組立て配向で適切に整列された場合にのみ溝２３６内に嵌合されるようになっていてよい。

実際、図１６に示されているように、タブ２３４をディフューザプレート８０内のそれぞれの溝２３６の内部で軸線方向に保持するために、単一の締結装置２３８が使用されてよい。より具体的には、ディフューザ羽根７６のタブ２３４は、タブ２３４を貫通する締結穴２４０を含んでいてよい。締結装置２３８（例えばネジ、ボルトなど）は、タブ２３４の上面側２４２からタブ２３４の底面側２４４まで、締結穴２４０を通って挿入され得る。一部の実施形態において、締結装置２３８は、締結穴２４０内部のネジ山と嵌合するように構成されていない。むしろ、締結装置２３８上のネジ山２４６の外径は、一般に、締結穴２４０の内径よりも小さく、締結装置が締結穴２４０内を通過できるようになっていてよい。しかしながら、締結装置２３８のネジ山２４６は、ディフューザプレート８０内に延在しているもののディフューザプレート内を貫通して延在するわけではない締結穴２４８の内ネジと嵌合するように構成されている。図１７は、図１６のディフューザプレート８０に取付けられたタブ付きディフューザ羽根７６の側面図であり、ディフューザプレート８０の溝２３６内で所定の場所にディフューザ羽根７６のタブ２３４を保持する締結装置２３８を示す。タブ２３４と溝２３６の嵌合表面は、タブ２３４と溝２３６を共に保持する補助となるよう楔嵌めを作り上げるために、平坦であっても又は（例えば湾曲又は角付き、例えばＶ字形、Ｕ字形など）平坦でなくてもよい。図１６及び１７では１つの締結装置２３８のみを含むものとして図示されているが、ディフューザプレート８０の溝２３６内で所定の場所にディフューザ羽根７６のタブ２３４を保持するために、実際は多数の締結装置２３８を使用することが可能である。例えば、使用される締結装置２３８の数は変更可能であり、１、２、３、４、５個以上の締結装置２３８を含み得る。

図１６及び１７で図示した実施形態は、ディフューザ羽根７６のタブ２３４が内部を摺動し得るスロットを使用するように拡大されてよい。例えば、図１８は、陥凹くぼみ２５０（例えばＵ字形くぼみ）を有するタブ付きディフューザ羽根７６とディフューザプレート８０の部分的分解組立斜視図である。そのため、ディフューザ羽根７６のタブ２３４は、溝２３６により画定された容積内にディフューザプレート８０の上面側２１８から延在する延長部分２５４（例えばＵ字形延長部分又は唇状部）により画定されたスロット２５２内に摺動するように構成されている。タブ２３４の陥凹くぼみ２５０は、タブ２３４が延長部分２５４により画定されたスロット２５２内に摺動した時点で延長部分２５４と当接してよい。例えば、図１９、図１８のディフューザプレート８０の溝２３６の中に挿入されたタブ付きディフューザ羽根７６の上面図である。図１８中で矢印２５６により示されているようにタブ付きディフューザ羽根７６がひとたびディフューザプレート８０の溝２３６内に挿入された時点で、タブ付きディフューザ羽根７６を、矢印２５８により示されているように、延長部分２５４により画定されたスロット２５２内に摺動させてよい。より具体的には、ディフューザ羽根７６のタブ２３６は、ディフューザプレート８０の溝２３６と延長部分２５４の間のスロット２５２内に摺動し、こうして延長部分２５４がディフューザプレート８０との関係におけるタブ付きディフューザ羽根７６の軸線方向整列を補助するようになっていてよい。換言すると、延長部分２５４は、タブ付きディフューザ羽根７６の、ディフューザプレート８０の表面から離れるような軸線方向運動を阻止する。タブ付きディフューザ羽根７６がひとたびスロット２５２内に摺動した時点で、ディフューザ羽根７６のタブ２３４内の締結穴２４０は一般に、ディフューザプレート８０内の締結穴２４８と整列し、こうして締結装置２３８が締結穴２４０、２４８内に挿入されて、ディフューザプレート８０に対してタブ付きディフューザ羽根７６を取付けるようになっていてよい。さらに、溝２３６の側面は、矢印２６０、２６２により図示されているようなタブ付きディフューザ羽根７６の全体として半径方向の運動を阻止し得る。さらに、タブ付きディフューザ羽根７６がひとたびスロット２５２内に摺動した時点で、タブ付きディフューザ羽根７６に隣接する溝２３６内の空間内にインサート２６４が挿入されてよい。例えば、図２０は、図１８及び１９のタブ付きディフューザ羽根７６とディフューザプレート８０の部分的分解組立斜視図であり、タブ付きディフューザ羽根７６に隣接する溝２３６内の空間を満たすために用いられるインサート２６４を示す。図示されているように、締結装置２６６は、インサート２６４内の締結穴２６８を通ってディフューザプレート８０内の締結穴２７０内へと挿入されて、インサート２６４をタブ付きディフューザ羽根７６に隣接する溝２３６の内部にしっかりと固定することができる。したがって、インサート２６４は、ディフューザプレート８０の表面２１８内の表面中断を削減し、こうして空気力学的性能を改善することができる。

図１２〜１９に関連して上述された実施形態は、単なる一例にすぎず、限定的なものとして意図されていない。例えば、ディフューザプレート８０の溝２３６内に嵌合するタブ付きディフューザ羽根７６を含むものとして図示されているものの、逆の構成を使用することも可能である。換言すると、ディフューザプレート８０は、ディフューザプレート８０の表面から延在するタブを含んでいてよく、タブはディフューザ羽根７６の底面内の陥凹溝と嵌合する。さらに、ディフューザプレート８０に対し取外し可能なディフューザ羽根７６を取付けるための他の締結技術を使用してもよい。例えば、一部の実施形態においては、取外し可能なディフューザ羽根７６をディフューザプレート８０に溶接又はろう付けしてもよい。しかしながら、これらの実施形態では、溶接は、取外し可能なディフューザ羽根７６とディフューザプレート８０の間にフィレット縁部を導くかもしれない。したがって、溶接によるフィレット形成を最小限におさえるための技術が利用される場合がある。例えば、一部の実施形態では、上述のものに類似したディフューザプレート８０内の陥凹溝内に、取外し可能なディフューザ羽根７６を挿入してよく、取外し可能なディフューザ羽根７６と陥凹溝の間の空間内で溶接を行なって、溶接により作り出されるフィレット縁部を最小限におさえてもよい。

本明細書で記述された取外し可能な三次元ディフューザ羽根７６は、ディフューザ７２の機械加工プロセスの複雑性を著しく低減させ得る。例えば、三次元ディフューザ羽根７６とディフューザプレート８０を単一のディフューザ７２構成要素として機械加工することを求める代わりに、取外し可能なディフューザ羽根７６として三次元ディフューザ羽根７６を設計することで、ディフューザプレート８０とは別個に個別ディフューザ羽根７６の各々を機械加工することが可能になる。したがって、機械加工プロセス中に直面する唯一の複雑性は、個別の取外し可能な三次元ディフューザ羽根７６についてのものである。さらに、本明細書中で記述された取付け技術は、ディフューザ羽根７６とディフューザプレート８０の当接縁部間のフィレット形成量も削減しながら、ディフューザプレート８０に対する取外し可能な三次元ディフューザ羽根７６の取付けを可能にする。フィレット形成の削減により、ディフューザ７２の空気力学的効率は増強される。
なお、 取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根を含むシステムは、取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根が、取外し可能な羽根のスパンに沿って変化する横断面形状を含んでもよい。

本発明は様々な修正及び変形形態の対象となり得るものの、具体的実施形態が一例として図面中に示され、本明細書中で詳述されてきた。しかしながら、本発明は、開示されている特定の形態に限定されるよう意図されたものではないということを理解すべきである。むしろ、本発明は、以下の添付のクレームにより定義されている本発明の精神及び範囲内に入る全ての修正物、等価物及び代替物を網羅すべきものである。

Claims (23)

1. 環状プレート及びそれに取付けられた複数の取外し可能な羽根を有する遠心圧縮機ディフューザを含むシステムにおいて、
   前記複数の取外し可能な羽根の各々の取外し可能な羽根が、取外し可能な羽根のスパンに沿って変化する横断面形状を含んでいるシステム。
2. 各々の取外し可能な羽根が、その底面側に内ネジを有する締結穴を含み、環状プレートが、それを貫通して延在するネジ山の無い締結穴を含んでおり、システムには、取外し可能な羽根を環状プレートに取付けるために、ネジ山の無い締結穴を貫通して内ネジを有する締結穴の中へと延在する外ネジを有する締結装置が含まれている、請求項１に記載のシステム。
3. 各々の取外し可能な羽根には、環状プレートとの関係において取外し可能な羽根を整列させるように構成されたダウエルピンが付随している、請求項２に記載のシステム。
4. ダウエルピンが、ディフューザ羽根の底面側と一体を成しこの底面側から延在している、請求項３に記載のシステム。
5. 各ディフューザ羽根には、ネジ山を有する２つ以上の締結装置及び２つ以上のダウエルピンが付随している、請求項３に記載のシステム。
6. 各ディフューザ羽根が、取外し可能な羽根の底面側上にタブを含み、タブプレートが環状プレートの上面側内の溝の内部にしっかりと嵌合するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
7. タブがタブ内を貫通して延在するネジ山の無い締結穴を含み、環状プレートが溝内に内ネジを有する締結穴を含み、システムには、環状プレートにタブを取付けるために、ネジ山の無い締結穴を貫通して内ネジを有する締結穴の中に延在する外ネジを有する締結装置が含まれている、請求項６に記載のシステム。
8. タブがその上面側にくぼみを含み、環状プレートがタブ上のくぼみと嵌合するように構成された延長部分を含む、請求項６に記載のシステム。
9. タブが、環状プレートの溝と延長部分の間のスロット内へと環状プレートの上面側に沿った方向に摺動するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
10. タブと溝が両方共楕円形である、請求項６に記載のシステム。
11. 取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根を含むシステムにおいて、取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根が、取外し可能な羽根のスパンに沿って変化する横断面形状を含み、
    前記取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根が、遠心圧縮機ディフューザプレートに取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根を取付けるために第２のネジ山を有する締結装置と嵌合するように構成された第１のネジ山を有する締結装置を含む、システム。
12. 遠心圧縮機ディフューザプレートとの関係において取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根を整列させるダウエルピンを含む、請求項１１に記載のシステム。
13. ダウエルピンが取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根の底面側から延在し、ダウエルピンが遠心圧縮機ディフューザプレートのネジ山の無い整列穴と嵌合するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記遠心圧縮機ディフューザプレートと前記取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根とを有する遠心圧縮機ディフューザを備える、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記遠心圧縮機ディフューザプレートと前記取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根とを有する遠心圧縮機を備える、請求項１１に記載のシステム。
16. 取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根を含むシステムにおいて、取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根が、取外し可能な羽根のスパンに沿って変化する横断面形状を含み、
    取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根が、遠心圧縮機ディフューザプレートの溝の内部にしっかりと嵌合するように構成されたタブを含む、システム。
17. タブがその上面側にくぼみを含み、くぼみは、遠心圧縮機ディフューザプレートからの延長部分と嵌合するように構成されており、タブは、遠心圧縮機ディフューザプレートの溝と延長部分の間のスロット内に遠心圧縮機ディフューザプレートの上面に沿った方向に摺動するように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
18. タブは楕円形状をしており、くぼみはＵ字形で、延長部分もＵ字形である、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記遠心圧縮機ディフューザプレートと前記取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根とを有する遠心圧縮機ディフューザを備える、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記遠心圧縮機ディフューザプレートと前記取外し可能な遠心圧縮機ディフューザ羽根とを有する遠心圧縮機を備える、請求項１６に記載のシステム。
21. ディフューザプレートに対し取付けられた複数の取外し可能なディフューザ羽根を有する遠心圧縮機ディフューザを含む遠心圧縮機を含むシステムにおいて、
    前記複数の取外し可能な羽根の各々の取外し可能な羽根が、取外し可能な羽根のスパンに沿って変化する横断面形状を含んでいる、システム。
22. 各々の取外し可能なディフューザ羽根が、１つ以上のネジ山を有する締結装置によりディフューザプレートに取付けられている、請求項２１に記載のシステム。
23. 各々の取外し可能なディフューザ羽根が、ディフューザプレートの溝内に嵌合するように構成されたタブを含んでいる、請求項２１に記載のシステム。

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