JP2018009564A - ターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ターボ機械に関する。
【解決手段】半径流インペラ（１０）を備えたロータを有し、ハウジング（１１）と前記ハウジング（１１）に実装されたインサート片（１２）を備えたステータを有するターボ機械であって、前記インサート片（１２）は、少なくとも所定の断面において、機械の作動流体用の流れダクト、すなわち軸方向に延在している第１の流路（１７）と弧状で前記第１の流路（１７）に対して弧状に径方向外側に延在している前記流れダクトの第２の流路（１８）とを区画しており、前記インサート片（１２）は、インサート片フランジ（１５）の領域において前記ハウジング（１１）のハウジングフランジ（１６）に、連結要素（１４）を介して、前記ハウジング（１１）が実装された状態で前記インペラ（１０）を分解し、組み立てることができるように締結されており、衝撃変形体（２０）が、ハウジング（１１）に実装され、インペラ（１０）が破裂した場合に確実にインサート片（１２）の動きを妨げる。
【選択図】図１

Description

本発明はターボ機械に関する。

特許文献１により、ロータとステータを有するターボ機械が知られている。ロータは半径流インペラを備える。ステータはハウジングとハウジングに実装されたインサート片を備える。インサート片は、所定の断面において、ターボ機械の作動流体用の流れダクト、すなわち軸方向に延在している流れダクトの流路と、径方向に外側に延在している弧状の流れダクトの流路と、を区画している。特許文献１によれば、インサート片はハウジングに、具体的には連結要素を介して実装されており、その連結要素はインサート片のインサート片フランジと、対応しているハウジングのハウジングフランジと、を通って延在している。ここで、インサート片は、ハウジングが組み立てられた状態でインペラを分解したり、組み立てたりできるようにハウジングに締結されている。インペラにアクセスするには、単にインサート片をハウジングから取り外せばよく、ハウジングを分解する必要はない。既に説明したように、インサート片はネジのような実施形態をとる複数の連結要素を介してハウジングに締結されており、インサート片をハウジングに締結するために介される連結要素がネジとして具体化されている先行技術は、いわゆる容量確保を可能とする。

独国特許第１０２０１００２７７６２号明細書

先行技術によれば、もしインペラが動作中に破裂し、インペラの破片がインサート片に衝突した場合、インサート片とハウジングの間の、ネジで設計された連結要素はこれらの力を吸収し、すなわち、妨げなければならい。よって、先行技術では、インサート片をハウジングに連結するために、そのような複数の連結要素を必要とし、それらの一部は高強度ボルトとして具体化される必要がある。

これにより、本発明はより高い容量確保を可能とするターボ機械を創造する目的に基づいている。この目的は請求項１のターボ機械を通じて解決される。本発明によれば、衝撃変形体はハウジングに実装され、インペラが破裂した場合に確実にインサート片の運動を妨げる。

好ましくは、衝撃変形体は第１の部分でハウジングの溝に挿入され、この第１の部分で連結要素を介してハウジングに連結されており、そのとき衝撃変形体はその第２の部分でハウジングの溝から突出し、この前記第２の部分は前記インサート片フランジの突出領域において前記インサート片を覆っている。これら細部により、衝撃変形体のハウジングへのシンプルな組み付けと、相互連結によってインペラが破裂した場合のインサート片のハウジングへの保持と、そしてこれらに加えて、ハウジングが組み立てられた状態でのインペラの組み立てと取り外しと、が可能となる。

効果的な更なる発展形態によれば、ギャップが衝撃変形体とインサート片との間に形成され、好ましくは、インペラが破裂した場合に、インサート片をハウジングに固定するための連結要素の不具合が起きた後に、はじめてインサート片が衝撃変形体に当接する寸法とされる。インペラの不具合のスタート時には、この更なる発展形態による本発明は、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に実装するときに介される連結要素の変形経路またはせん断経路をまず活用して、インサート片に作用する力を変換する。このあと、はじめてインサート片が確実に衝撃変形体に当てられて、これによりさらにインサート片に作用する力が吸収され、最終的に当該力をハウジングに伝達させる。

好ましくは、衝撃変形体は一体形成されている。またあるいは、これが複数の部分のいくつかの部品からなる。特に、衝撃変形体が一体形成されている場合、これの周囲に複数の窪みを備えることが望ましい。これら窪みを介して銃剣状のハウジングの溝に挿入するためである。多部品設計の複数の部分からなる衝撃吸収体は、よりシンプルな設計となる。

望ましい更なる発展形態による発明については、従属請求項および発明の詳細な説明から理解可能である。本発明の実施例については、本発明を限定することを目的としない図面を通じて、以下に詳述する。

本発明におけるターボ機械から要旨を抽出した図である。

本発明はターボ機械、すなわち半径流インペラを有するラジアルターボ機械に関する。ここで、ラジアルターボ機械は、ラジアルコンプレッサやラジアルタービンのような実施形態をとり得る。

以下、ラジアルコンプレッサとして設計されたラジアルターボ機械を示す図１の実施例を参照しつつ、本発明について説明する。

図１に抜粋が示されるラジアルコンプレッサは、半径流インペラ１０を有するロータを備える。インペラ１０は、軸方向の流入と径方向の流出にさらされる。

更に、図１のターボ機械はステータのアセンブリを備えており、図１には、ステータにおけるコンプレッサハウジング１１と、コンプレッサハウジング１１に取り付けられているインサート片１２と、拡散リング１３と、が示されている。

インサート片１２は、ネジとして設計された連結要素１４を介して、ハウジング１１に取り付けられており、これら連結要素１４は、一方ではインサート片１２のインサート片フランジ１５を貫通して延在しており、他方ではコンプレッサハウジング１１の対応するハウジングフランジ１６を貫通して延在している。

インサート片１２は、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１から取り外した後に、コンプレッサハウジング１１にアクセスせずにインペラ１０の組み立て及び分解が可能となるように、コンプレッサハウジング１１に取り付けられている。従って、コンプレッサハウジング１１が組み付けられた状態且つインサート片１２が取り外された状態において、インペラ１０の組み立て及び分解が可能とされる。

ステータ側に位置するインサート片１２は、所定の断面において、具体的にはロータ側に位置するインペラ１０に関する径方向外側に、作動流体のためのターボ機械の流れダクトを区画している。

このように、インペラ１０は軸方向の流入にさらされるところ、インサート片１２は、所定の断面において、軸方向に延在している流れダクトの第１の流路１７を区画しており、これがインペラ１０への流入に有用である。

更に、インサート片１２は、径方向外側に延在している、すなわち径方向外側でインペラ１０に隣接している、作動流体のための流れダクトの第２の流路１８を区画しており、この領域においてインサート片１２は弧状に形成されている。流れ方向において見ると、拡散リング１３はインペラ１０の下流方向およびインサート片１２の下流方向に沿っており、好ましくは、固定された拡散ガイドブレード１９を有している。

本発明によれば、衝撃変形体２０はハウジング１１に取り付けられている。特にインペラ１０の稼働中にインペラ１０に不具合が生じた場合に、すなわちインペラ１０が破裂した場合に、力とモーメントとがインサート片１２に作用し、当該力と当該モーメントは、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に取り付けるための連結要素１４に不具合が生じた場合に衝撃変形体２０によって吸収され、コンプレッサハウジング１１に伝達される。この過程の中で、衝撃変形体２０は、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に固定するための連結要素１４に不具合が生じると、インサート片１２の運動を確実に阻止する。

図１より明らかなように、衝撃変形体２０は、少なくとも所定の断面で軸方向に突出するインサート片フランジ１５の領域においてインサート片１２を覆っている。特に、力がインサート片１２に作用した結果としてインペラ１０が破裂した際に、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に取り付けるための連結要素１４に不具合が生じた場合には、インサート片フランジ１５を有するインサート片１２は衝撃変形体２０に所定の態様で当接するようになり、上述のように、衝撃変形体２０は関連する力を吸収し、当該関連する力をコンプレッサハウジング１１に伝達させる。

この場合には、衝撃変形体２０は、複数の連結要素２１を介して、コンプレッサハウジング１１に取り付けられている。

衝撃変形体２０は、第１の一部分すなわち径方向外側部分において、コンプレッサハウジング１１の溝２２に挿入されており、第２の一部分すなわち径方向内側部分において、溝２２から突出している。この第２の径方向内側部分が溝２２から突出している状態において、衝撃変形体２０は軸方向に突出するインサート片フランジ１５の領域においてインサート片１２を覆っている。

衝撃変形体２０をコンプレッサハウジング１１に取り付けるように構成されている連結要素２１は、一方でコンプレッサハウジング１１を貫通して延在しており、他方で溝２２に向けて突出する第１の径方向外側部分を貫通して延在している。

衝撃変形体２０は、一体形成されていても、複数の部分のいくつかの部品から構成されても良い。特に衝撃変形体２０が一体化されて実現されている場合、それは波状の輪郭を第１の径方向外側部分に有するのが好ましく、銃剣状のそれをコンプレッサハウジング１１の溝２２の中を縫うように曲がりくねって進ませるためである。特に衝撃変形体２０が複数の部分のいくつかの部品からなる場合、衝撃変形体２０、すなわちその複数の部分は、より容易にコンプレッサハウジング１１の溝２２に挿入することができ、部分ごとにコンプレッサハウジング１１に実装することができる。

一体のまたは複数の部品から成る衝撃変形体２０は、一体式鋼板または組立式鋼板であることが好ましい。

図１により示された好ましい実施例では、ギャップ２３がインサート片１２、すなわちそのインサート片フランジ１５と衝撃変形体２０との間に形成されている。ここで、このギャップ２３は、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に取り付けるための連結要素１４の不具合またはせん断が発生した後に、はじめてインサート片フランジ１５を有するインサート片１２がその衝撃を受ける寸法とされる。

この場合、インペラ１０の破裂の際に、インサート片１２に作用する力を吸収するために、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に取り付けるための連結要素１４の変形経路またはせん断経路が、力を除去するために最初に活用される。そして、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に取り付けるための連結要素１４に不具合が生じた後に、すなわちインサート片１２が衝撃変形体２０に当接するようになった後に、はじめて衝撃変形体２０によって当該力が吸収されると共にコンプレッサハウジング１１に伝達される。

このように、インペラ１０が破裂する場合に、本発明では、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に確実に保持し、その過程でインサート片１２に作用する力を衝撃変形体２０を介してコンプレッサハウジング１１に導くことができる。さらには、インペラ１０の組み立てと分解とは、コンプレッサハウジング１１が取り付けられた状態且つインサート片１２がコンプレッサハウジング１１から取り外された状態において可能とされる。

コンプレッサハウジング１１にそれ自身の連結要素２１を介して取り付けられている鋼製の板またはリングが、衝撃変形体２０として機能することが好ましい。インペラ１０の破裂の際に、この衝撃変形体２０はインサート片１２に作用する力をコンプレッサハウジング１１に伝達させる。

上述のように、好ましくは、ギャップ２３は、衝撃変形体２０とインサート片１２の間に設けられており、インペラ１０の破裂の場合に、インサート片１２をコンプレッサハウジング１１に取り付けるための連結要素１４が最初に、連結要素１４がせん断されるまでエネルギーを消散させる。そして、この後にはじめて、インサート片１２のインサート片フランジ１５が衝撃変形体２０に当接するようになる。このためにインサート片１２の軸方向の経路が確実に定められ、これによりインサート片１２の軸方向の動きが止められ、その結果としてインサート片１２の残留エネルギーが衝撃変形体２０を介してコンプレッサハウジング１１に伝達される。

１０ インペラ
１１ ハウジング
１２ インサート片
１３ ガイドグリル／拡散（リング）
１４ 連結要素
１５ インサート片フランジ
１６ ハウジングフランジ
１７ 流路
１８ 流路
１９ 拡散ガイドブレード
２０ 衝撃変形体
２１ 連結要素
２２ 溝
２３ ギャップ

Claims (8)

1. 半径流インペラ（１０）を備えたロータと、ハウジング（１１）及び前記ハウジング（１１）に取り付けられているインサート片（１２）を備えたステータと、を有しているターボ機械であって、
   前記インサート片（１２）が、少なくとも所定の断面において、作動流体のための流れダクトを、すなわち軸方向に延在している第１の流路（１７）と弧状で前記第１の流路（１７）に関する径方向外側に延在している前記流れダクトの第２の流路（１８）とを区画しており、
   前記インサート片（１２）が、前記ハウジング（１１）が取り付けられた状態において前記インペラ（１０）の分解及び組み立てが可能となるように、連結要素（１４）を介して、インサート片フランジ（１５）の領域において前記ハウジング（１１）のハウジングフランジ（１６）に固定されている、前記ターボ機械において、
   衝撃変形体（２０）が、ハウジング（１１）に取り付けられており、インペラ（１０）が破裂した場合にインサート片（１２）の運動を確実に阻止することを特徴とするターボ機械。
2. 前記衝撃変形体（２０）が、前記インサート片フランジ（１５）の突出領域において前記インサート片（１２）を覆っていることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
3. 第１の部分を有する前記衝撃変形体（２０）が、前記ハウジング（１１）の溝（２２）に挿入され、前記第１の部分において連結要素（２１）を介してハウジング（１１）に連結されており、
   第２の部分を有する前記衝撃変形体（２０）が、前記ハウジング（１１）の前記溝（２２）から突出しており、前記第２の部分によって前記インサート片フランジ（１５）の突出領域において前記インサート片（１２）を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボ機械。
4. 前記衝撃変形体（２０）が、一体形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ機械。
5. 前記衝撃変形体（２０）が、いくつかの部品からなり、複数の部分を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ機械。
6. 前記衝撃変形体（２０）が、一体式鋼板または組立式鋼板として形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ機械。
7. ギャップ（２３）が、前記衝撃変形体（２０）とインサート片（１２）との間に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ機械。
8. 前記ギャップ（２３）が、前記半径流インペラ（１０）が破裂した場合に、前記インサート片（１２）が、前記インサート片（１２）を前記ハウジング（１１）に固定するための前記連結要素（１４）の不具合が起きた後に、はじめて前記衝撃変形体（２０）に当接する寸法とされることを特徴とする請求項７のいずれか一項に記載のターボ機械。