JP7319245B2 - ディフューザにおける偏向通路およびこうしたディフューザを設計する対応する方法 - Google Patents
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Description
[0001] 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] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
Claims (20)
- 入口、ハブ及びシュラウドと、
前記ハブに取り付けられた第1部分高さ羽根と、前記第1部分高さ羽根と周方向に離間して配置され、前記シュラウドに取り付けられた第2部分高さ羽根とを、各々、含んでいる複数の羽根群を含む羽根の列と、を備えるディフューザであって、
前記第1部分高さ羽根の少なくとも1つ又は前記第2部分高さ羽根の少なくとも1つの高さは、前記ディフューザの通路高さの50%より大きく、
前記羽根の列は、少なくとも1つの完全高さ羽根を含んでいる、ディフューザ。 - 入口、ハブ及びシュラウドと、
前記ハブに取り付けられた第1部分高さ羽根と、前記第1部分高さ羽根と周方向に離間して配置され、前記シュラウドに取り付けられた第2部分高さ羽根とを、各々、含んでいる複数の羽根群を含む羽根の列と、を備えるディフューザであって、
前記第1部分高さ羽根の少なくとも1つ又は前記第2部分高さ羽根の少なくとも1つの高さは、前記ディフューザの通路高さの50%より大きく、
前記第1部分高さ羽根の少なくとも1つ又は前記第2部分高さ羽根の少なくとも1つの高さは、前記通路高さの5%乃至15%である、ディフューザ。 - 前記第1部分高さ羽根及び前記第2部分高さ羽根の隣接する羽根は、スパンワイズ方向に垂直な方向から見たときに重なり、前記スパンワイズ方向は、前記ハブと前記シュラウドとの間に延在する方向である、請求項1に記載のディフューザ。
- 前記羽根の列は、少なくとも1つの完全高さ羽根を含む、請求項2に記載のディフューザ。
- 前記ディフューザは単一列のディフューザであり、前記羽根の列は前記ディフューザで唯一の羽根の列である、請求項1~4のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記第1部分高さ羽根及び前記第2部分高さ羽根の各々は前縁を有し、前記第1部分高さ羽根及び前記第2部分高さ羽根の前記前縁は流れ方向に実質的に位置合わせされている、請求項1~5のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記ディフューザは、遠心圧縮機又はポンプに動作可能に結合されるように構成される、請求項1~6のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記第2部分高さ羽根の各々は、対応の前記第2部分高さ羽根及び前記ハブの間で延在する開放空間を規定する、請求項1~7のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記複数の第1部分高さ羽根及び前記複数の第2部分高さ羽根は、交互に互いに噛み合わせられた配置で前記ディフューザの周周りに位置決めされる、請求項1~8のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記第1部分高さ羽根の高さは前記第2部分高さ羽根の高さと異なる、請求項1~9のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記第1部分高さ羽根は、前記第2部分高さ羽根と異なる特徴を有する、請求項1~10のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記異なる特徴が、前縁の位置、後縁の位置、弦長、最大厚さ、高さ、流れ方向形状分布、食違い角、ピッチ、くさび角、傾き、ねじり角及び前縁の形状の1以上を含む、請求項11に記載のディフューザ。
- 前記ハブはハブ表面を含み、前記シュラウドはシュラウド表面を含み、前記ディフューザは、前記ハブ表面及び前記シュラウド表面のうちの少なくとも一方に配置された少なくとも1つの細長い流れ方向凹部をさらに含む、請求項1~12のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記少なくとも1つの細長い流れ方向凹部は、前記ディフューザの周周りに非周期的な配置を有する複数の細長い流れ方向凹部を含む、請求項13に記載のディフューザ。
- 前記第1部分高さ羽根及び前記第2部分高さ羽根のうちの少なくとも1つは、前記ディフューザの入口に近接して配置される、請求項1~14のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記第1部分高さ羽根及び前記第2部分高さ羽根のうちの少なくとも1つは、前記入口に配置される、請求項15に記載のディフューザ。
- 前記複数の第1部分高さ羽根及び前記複数の第2部分高さ羽根は、固定されており、かつ、前記第1部分高さ羽根及び前記第2部分高さ羽根のうちの隣接する羽根同士の間に固定間隔を有する、請求項1~16のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記羽根の列は、前記ディフューザの入口の下流に配置された羽根の第1列である、請求項1~17のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記第1部分高さ羽根の高さは、前記ハブに固定されて前記第1部分高さ羽根の下流に配置された部分高さ羽根の高さより大きい、請求項1~18のいずれか1項に記載のディフューザ。
- 前記第2部分高さ羽根の高さは、前記シュラウドに固定されて前記第2部分高さ羽根の下流に配置された部分高さ羽根の高さより大きい、請求項1~19のいずれか1項に記載のディフューザ。
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