CN113513381A - 旋转机械的壳体构造体及旋转机械的壳体构造体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
抑制由旋转机械的壳体构造体中的温度分布引起的热变形。旋转机械的壳体构造体具备主体和传热构件。传热构件包含比主体的热传导率高的材料。此外，通过使传热构件从主体的第一面和第二面受到压缩负荷，并夹在第一面和第二面之间，能缓和在主体可能产生的温度分布，抑制热变形。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械的壳体构造体及旋转机械的壳体构造体的制造方法。
背景技术
已知例如容纳具有涡轮动叶的旋转体的机室这样的旋转机械的壳体构造体。这种壳体构造体在其内部隔着间隙容纳旋转体，不仅通过处理的流体，通过在内部流动的流体与外部空气之间产生的温度差，也会导致产生不小的温度分布。这样的温度分布给壳体构造体带来不均匀的变形、间隙局部性地减少，由此成为壳体构造体与容纳于内部的旋转体接触的一个原因。
作为用于抑制这样在壳体构造体产生的热变形的技术，例如存在专利文献1。在该文献中公开了一种技术，对包围旋转构件的壳体以覆盖其表面的方式设置具有优异的热传导率的石墨烯片材，由此缓和在壳体产生的温度分布，抑制壳体的热变形。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-129132号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在上述专利文献1中使用的石墨烯片材使用螺栓这样的紧固构件或者经由粘接剂而固定于壳体的表面。然而，在使用紧固构件固定石墨烯片材的情况下，在壳体的表面与石墨烯片材之间产生不小的间隙，由此两者间的热阻增大(热传导率降低)，有可能不能充分地缓和在壳体产生的温度分布。此外在经由粘接剂固定石墨烯片材的情况下，根据粘接剂的成分，两者间的热阻同样增大(热传导率降低)，有可能不能充分地缓和在壳体产生的温度分布。
本发明的至少一个实施方式是鉴于上述的状况而完成的，其目的在于提供一种能对由温度分布引起的热变形良好地进行抑制的旋转机械的壳体构造体及旋转机械的壳体构造体的制造方法。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的至少一个实施方式的旋转机械的壳体构造体至少部分地包围旋转体，所述旋转机械的壳体构造体具备：
主体，具有互相对置的第一面和第二面；以及
传热构件，包含比所述主体的热传导率高的材料，从所述第一面和所述第二面受到压缩负荷，并被夹在所述第一面与所述第二面之间。
为了解决上述问题，本发明的至少一个实施方式的旋转机械的壳体构造体的制造方法是至少部分地包围旋转体的旋转机械的壳体构造体的制造方法，包括：
主体加工工序，以形成互相对置的第一面和第二面的方式加工主体；以及
传热构件插入工序，将传热构件插入于所述间隙，所述传热构件具有设定为在所述旋转机械运转时使形成于所述第一面与第二面之间的间隙为零的厚度。
发明效果
根据本发明的至少一个实施方式，能提供一种能对温度分布引起的热变形良好地进行抑制的旋转机械的壳体构造体以及旋转机械的壳体构造体的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的至少一个实施方式的旋转机械的示意图。
图2是表示第一实施方式的壳体构造体的立体图。
图3是图2的A剖视图。
图4是按每个工序表示第一实施方式的壳体构造体的制造方法的流程图。
图5是与图4对应的制造行程图。
图6是表示包括压扁空间的间隙的剖视图。
图7是表示第二实施方式的壳体构造体的立体图。
图8是图7的B剖视图。
图9是从上方表示图7的壳体构造体的俯视图。
图10是图8的变形例。
图11是按每个工序表示第二实施方式的壳体构造体的制造方法的流程图。
图12是与图11对应的制造行程图。
图13A是表示对基本构造体形成间隙的形成例的剖视图。
图13B是表示对基本构造体形成间隙的形成例的剖视图。
图13C是表示对基本构造体形成间隙的形成例的剖视图。
图13D是表示对基本构造体形成间隙的形成例的剖视图。
图14是图8的另一变形例。
图15从轴向表示第三实施方式的壳体构造体的剖视图。
图16是第三实施方式的壳体构造体的变形例的立体图。
图17是第四实施方式的壳体构造体的立体图。
图18是第五实施方式的壳体构造体的立体图。
图19是图18的连通孔附近的与轴向垂直的剖视图。
图20是图19的变形例。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。不过，作为实施方式所记载的或在附图中所示的构成零件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并非旨在将本发明的范围限定于此，仅作为说明例而已。
图1是表示本发明的至少一个实施方式的旋转机械1的示意图。旋转机械1具备：旋转体2，能旋转；以及壳体构造体3，能在内部容纳旋转体2。在本实施方式中，将涡轮机械作为旋转机械1例示性地说明。旋转体2是具有旋转轴8和在旋转轴8上沿着周向设置的多个涡轮动叶10的涡轮转子，被容纳于作为涡轮机室的壳体构造体3中。
壳体构造体3构成为隔离容纳旋转体2的内侧空间4与比内侧空间4靠近径向外侧的外侧空间6。通过未图示的燃烧器生成的高温气体作为用于旋转驱动旋转体2的工作气体，被导入内侧空间4中。旋转体2通过涡轮动叶10接受工作气体，由此被旋转驱动。外侧空间6例如是外部空气，在旋转机械1进行动作时，被导入高温的工作气体的内侧空间4的温度变得比外侧空间6高。因此在壳体构造体3中，因内侧空间4与外侧空间6的温度差而可能产生规定的温度分布。
壳体构造体3具有半圆筒形状，两个壳体构造体3互相组合，由此遍及整周地包围旋转体2。在图1中，示出了与旋转轴8的轴向垂直的截面，占据上半部分的壳体构造体3和占据下半部分的壳体构造体3互相组合，由此内侧空间4与外侧空间6被隔离。
这两个壳体构造体3的主体12在与轴向垂直的截面中，构成为包括沿着周向延伸的弯曲部14和在弯曲部14的两端分别设置的凸缘部16。两个壳体构造体3通过如下方式被连结：在双方的凸缘部16对置的状态下，凸缘部16彼此通过螺栓和螺母等紧固构件18互相紧固(凸缘部16彼此的连结也可以代替紧固构件18由焊接来进行，或者除紧固构件18之外还由焊接来进行)。
需要说明的是，在以下的说明中，主要着眼于两个壳体构造体3的一方而叙述，但只要没有特别的记载，另一方的构成相同。
<第一实施方式>
图2是表示第一实施方式的壳体构造体3的立体图，图3是图2的A剖视图。如图3所示，壳体构造体3的主体12由在径向(厚度方向)上被互相分割的外径侧分割体12a和内径侧分割体12b构成。外径侧分割体12a和内径侧分割体12b从弯曲部14直至凸缘部16，被分割为双方的厚度大致相等。
外径侧分割体12a在内周侧具有第一面20，内径侧分割体12b在外周侧具有第二面22。在通过第一面20和第二面22规定的间隙25中夹有传热构件24。传热构件24包含比主体12的热传导率高的材料。在本实施方式中，在面内方向，使用具有高的热传导率的石墨烯片材层叠而成的传热片材作为传热构件24。
需要说明的是，作为能使用于传热构件24的其他材料的例子，例如，优选像金属(铜、铝、铁、镍等的任意一种以上)与结晶性碳材料(石墨、富勒烯、碳纳米管、金刚石等的任意一种以上)的复合材料这样的、成型容易且具有优异的热传导率的材料。
传热构件24在从第一面20和第二面22受到了压缩负荷的状态下，被夹在第一面20与第二面22之间。用于将传热构件24夹在外径侧分割体12a与内径侧分割体12b之间的间隙25设定为，比被夹在该间隙25之前的传热构件24(例如存在于大气中而不受压缩负荷的传热构件24)的厚度窄。由此，通过在间隙25中压缩并夹紧传热构件24，传热构件24在从第一面20和第二面22受到了压缩负荷的状态下配置于间隙25。这样传热构件24在受到了压缩负荷的状态下被夹在间隙25，由此使传热构件24与主体12良好地接触，降低两者间的热阻。其结果是，通过传热构件24能缓和在壳体构造体3可能产生的温度分布，有效地抑制热变形。
此外传热构件24还可以包含比主体12的杨氏模量小的材料而构成。在该情况下，在将传热构件24夹在外径侧分割体12a与内径侧分割体12b之间并施加了压缩负荷时，热构件24比外径侧分割体12a和内径侧分割体12b更先压缩变形。由此，能使压缩负荷有效地作用于被夹在间隙25的传热构件24。
此外传热构件24还可以包含比主体12的线膨胀系数大的材料而构成。由此，当在旋转机械1运转时周边温度上升时，传热构件24比主体12膨胀得大，因此能使压缩负荷有效地作用于被夹在间隙25的传热构件24。
这样的传热构件24与第一面20和第二面22直接接触。即传热构件24不介有粘接剂这样的层，而与主体12邻接配置。由此，能降低传热构件24与主体12之间的热阻，有效地缓和可能在壳体构造体3产生的温度分布。
此外主体12中的传热构件24所接触的第一面20和第二面22还可以包括用于提高热传导率的各种构成。作为这样的构成，例如可以适当地调整第一面20和第二面22的粗糙度。例如，可以通过将第一面20和第二面22的粗糙度调整得大来增大施加压缩负荷时的局部表面压力，很可靠地使金属与石墨烯接触，由此提高热传导率。此外还可以通过将第一面20和第二面22的粗糙度调整得小来降低接触热阻，由此增大热传导率。这样的粗糙度的调整可以通过对第一面20和第二面22实施规定的表面处理来进行。
在第一实施方式中，传热构件24沿着周向延伸。由此，能良好地缓和因内侧空间4与外侧空间6的温度差而在主体12可能产生的沿着周向的温度分布。特别是，在具有凸缘部16的主体12中，在凸缘部16的附近比弯曲部14容易通过热容量变化而产生温度分布，但通过从主体12中的弯曲部14起至凸缘部16为止设置传热构件24，能缓和遍及包含凸缘部16在内的主体12整体的沿着周向的温度分布。
需要说明的是，传热构件24还可以不在凸缘部16形成，而仅在弯曲部14形成。在该情况下，虽然关于凸缘部16的上述效果变小，但在通过紧固构件18紧固凸缘部16彼此时，其间不介有传热构件24，因此变得容易管理紧固力。
此外通过使传热构件24也沿着轴向延伸，也能良好地缓和沿着轴向的温度分布。沿着传热构件24的轴向的长度可以是任意长度，但例如在是要求轴向的温度分布小的规格的情况下，通过使沿着传热构件24的轴向的长度增大，能良好地缓和沿着轴向的温度分布。反之，在是不要求沿着轴向的温度分布小的规格的情况下，还可以缩短沿着传热构件24的轴向的长度。
接着，对具有上述构成的第一实施方式的壳体构造体3的制造方法进行说明。图4是按每个工序表示第一实施方式的壳体构造体3的制造方法的流程图，图5是与图4对应的制造行程图。
首先准备作为构成壳体构造体3的主体12的基础的基本构造体12'(步骤S100)。基本构造体12'是相当于被分割成外径侧分割体12a和内径侧分割体12b之前的主体12的构造体，构成为在分割成外径侧分割体12a和内径侧分割体12b时，能各自确保充分的强度。
接着，在步骤S100中准备的基本构造体12'上形成用于夹着传热构件24的间隙25(步骤S101)。就步骤S101中的间隙25的形成而言，例如，可以通过在径向上对基本构造体12'进行分割、由此分割成在内周侧具有第一面20的外径侧分割体12a和在外周侧具有第二面22的内径侧分割体12b来进行。
需要说明的是，步骤S101中的间隙25的形成例如还可以通过将外径侧分割体12a和内径侧分割体12b分别作为独立的构件预先制造，将它们设计为在将其组合时，在外径侧分割体12a与内径侧分割体12b之间形成间隙25来进行。
接着，准备传热构件24(步骤S102)，向间隙25插入(步骤S103)。步骤S102中准备的传热构件24的厚度Lt(径向长度)设定为在运转时传热构件24发生膨胀变形，由此与第一面20和第二面22接触，例如若将间隙25的大小设为L、将主体12的线膨胀系数设为αmetal、将传热构件24的线膨胀系数设为α，则由下式可得。
Lt≥L×αmetal/α
然后，在间隙25中插入有传热构件24的状态下，将外径侧分割体12a与内径侧分割体12b通过紧固构件18紧固(步骤S104)。由此对被插入于间隙25的传热构件24，从第一面20和第二面22施加压缩负荷。
需要说明的是，间隙25的大小设定为：在插入有具有由上式设计的厚度Lt的传热构件24，并且在运转时传热构件24发生了膨胀变形时，使传热构件24与第一面20和第二面22紧密接触。在图5中举例示出了至凸缘部16为止设有传热构件24的情况，但也可以设计为在将传热构件24仅设置于弯曲部14、而不设置于凸缘部16的情况下，在运转时凸缘部16处的第一面20与第二面22互相接触。
就这样制造的壳体构造体3而言，传热构件24在受到压缩负荷的状态下被夹在第一面20与第二面22之间，使传热构件24与主体12良好地接触，降低两者间的热阻。其结果是，通过传热构件24缓和在壳体构造体3可能产生的温度分布，有效地抑制热变形。
需要说明的是，步骤S101中形成的间隙25的尺寸基于被插入于间隙25的传热构件24的厚度、传热构件24应受的压缩负荷的大小而被设定。就该间隙25的尺寸而言，还可以包括压缩传热构件24时消失的压扁空间27。图6是表示包括压扁空间27的间隙25的剖视图。在图6中，在传热构件24被插入于外径侧分割体12a与内径侧分割体12b之间时，在未配置传热构件24的区域中，设有具有规定的厚度的压扁空间27。该压扁空间27设计为在步骤S104中，在通过在使外径侧分割体12a与内径侧分割体12b被紧固而使传热构件24被压缩时，使压扁空间27一同被压缩而消失。由此，能更容易地管理在间隙25中传热构件24受到的压缩负荷。
需要说明的是，压扁空间27在从径向观察时可以具有任意形状，例如可以设为狭缝状，还可以设为格子状。
<第二实施方式>
图7是表示第二实施方式的壳体构造体3的立体图，图8是图7的B剖视图，图9是从上方表示图7的壳体构造体3的俯视图。
在第二实施方式的壳体构造体3中，构成为主体12不被分割成外径侧分割体12a和内径侧分割体12b，而是在沿着径向和周向延伸成狭缝状的间隙25中夹着传热构件24。间隙25形成为通过在其内侧互相对置的第一面20与第二面22规定的间隙。在间隙25中，与该间隙25同样地在径向和周向上延伸的传热构件24从第一面20和第二面22受到压缩负荷并被夹着。由此，能良好地缓和因内侧空间4与外侧空间6的温度差而在主体12可能产生的沿着径向和周向的温度分布。
此外如图7和图9所示，被夹在间隙25的传热构件24还可以沿着轴向设有多个。在该例子中，多个传热构件24分别相对于主体12的中心轴O在左右两侧沿着轴向交叉配置。由此即使是对于沿着轴向可能产生的温度分布也能良好地缓和。
图10是图8的变形例。在前述的图8中间隙25和传热构件24相对于主体12在外径侧形成，但也可以如图10所示的变形例那样，在内径侧形成。
在此对具有上述构成的第二实施方式的壳体构造体3的制造方法进行说明。图11是按每个工序表示第二实施方式的壳体构造体3的制造方法的流程图，图12是与图11对应的制造行程图。
首先，与第一实施方式的步骤S100同样地，准备作为壳体构造体3的基础的基本构造体12'(步骤S200)。然后对在步骤S200中准备的基本构造体12'进行加工，由此形成用于夹着传热构件24的狭缝状的间隙25(步骤S201)。在本实施方式中，沿着轴向自外径侧形成有多个沿着相对于主体12的径向和周向延伸的间隙25。
在此步骤S201中的间隙25的形成以基本构造体12'的强度被充分确保的方式进行。在此以预先判明了施加于基本构造体12'的面外负重的情况为例具体地进行说明。图13A～图13D是表示对基本构造体12'形成的间隙25的形成例的剖视图。需要说明的是，在图13A～图13D中，为了容易说明，简略化地示出了基本构造体12'的形状。
图13A示出了未形成有间隙25的基本构造体12'的初始状态，具有与规格上要求的强度对应的基准厚度L0(基准厚度L0例如根据施加于基本构造体12'的面外负重而设定)。图13B示出了对图13A所示的基本构造体12'形成了具有规定深度Ls(径向长度)的狭缝状的间隙25的样子。在该情况下，基本构造体12'之中形成有间隙25的位置的剩余厚度为(L0-Ls)，比图13A所示的基本构造体12'的初始状态强度更低，因此不优选。
图13C示出了对图13A所示的基本构造体12'，在狭缝状的间隙25形成的外径侧追加了与间隙25的深度Ls相当的厚度的情况。在该情况下，基本构造体12'的厚度L1相对于图13A所示的本来的基本构造体12'的厚度L0在外径侧追加了与间隙25的深度Ls对应的厚度，因此能确保充分的强度，但是导致尺寸、重量变得过大的这点是缺点。
图13D示出了设计为基本构造体12'的厚度L2在图13B和图13C的中间的情况。图13D的基本构造体12'的厚度L2相对于厚度L0在间隙25形成的外径侧具有追加厚度Ls'(0<Ls'<Ls)。由此，能适度地确保形成间隙25时的基本构造体12'的强度，并且抑制尺寸、重量。
接着，对于步骤S201中形成有狭缝状的间隙25的主体12，准备传热构件24(步骤S202)，并插入于间隙25(步骤S203)。在步骤S202中准备的传热构件24的厚度Lt(径向长度)设定为在运转时使传热构件24膨胀变形，由此与第一面20和第二面22接触，例如若将间隙25的大小设为L、将主体12的线膨胀系数设为αmetal、将传热构件24的线膨胀系数设为α，则由下式可得。
Lt≥L×αmetal/α
此外步骤S203中的向间隙25插入传热构件24，通过加热主体12或者冷却传热构件24来进行。在前者的情况下，例如通过加热主体12来使间隙25暂时性地扩张到传热构件24的厚度以上并插入传热构件24，之后，冷却整体(进行所谓的热装)。此外在后者的情况下，例如，通过冷却传热构件24来使该传热构件24暂时性地收缩到小于间隙25的厚度并插入于间隙25，之后，使整体回到常温(进行所谓的冷装)。由此，能将比间隙25的厚度大的传热构件24可靠地插入于间隙25，并且从构成间隙25的第一面20和第二面22对被插入于间隙25的传热构件24，有效地作用压缩负荷。
图14是图8的另一变形例。在该变形例中，通过使狭缝状的间隙25沿着径向和轴向延伸，使被插入于该间隙25的传热构件24也沿着径向和轴向延伸。由此，能良好地缓和因内侧空间4与外侧空间6的温度差而在主体12可能产生的沿着径向和轴向的温度分布。此外在图14中，通过进而沿着周向设置有多个具有这样的构成的传热构件24和间隙25，也能缓和沿着周向的温度分布。
<第三实施方式>
图15是从轴向表示第三实施方式的壳体构造体3的剖视图。第三实施方式的壳体构造体3所具备的传热构件24包括：第一传热构件24A，与前述的第一实施方式同样地沿着周向和轴向延伸；以及第二传热构件24B，与前述的第二实施方式同样地沿着径向和轴向延伸。由此，能分别良好地缓和因内侧空间4和外侧空间6的温度差而在主体12可能产生的沿着周向、径向和轴向的温度分布。
在第一传热构件24A和第二传热构件24B由层叠石墨烯片材而成的传热片材构成的情况下，石墨烯片材具有沿着面内方向的热传导率变高的各向异性。因此，在第一传热构件24A中，通过使用使面内方向沿着周向和轴向的石墨烯片材在径向上层叠而成的传热片材，能良好地缓和沿着周向和轴向的温度分布。此外，在第二传热构件24B中，通过使用使面内方向沿着径向和轴向的石墨烯片材在周向上层叠而成的传热片材，能良好地缓和沿着径向和轴向的温度分布。这样，传热构件24在使用热传导率具有各向异性的层叠材料的情况下，还可以构成为使层叠方向根据延伸方向而不同。
此外第一传热构件24A和第二传热构件24B可以构成为互相独立的构件，还可以互相一体化地构成。图16是第三实施方式的壳体构造体3的变形例的立体图。在该变形例中，第一传热构件24A和第二传热构件24B构成为互相独立的构件，并且形成为第一传热构件24A与第二传热构件24B的轴向位置互相交叉。在这样的构成中，也能分别良好地缓和因内侧空间4与外侧空间6的温度差而在主体12可能产生的沿着周向、径向以及轴向的温度分布。
<第四实施方式>
图17是第四实施方式的壳体构造体3的立体图。在第四实施方式中，传热构件24由沿着轴向且传热方向互相不同的多个传热片材40构成。具体而言，传热构件24是将第一传热片材40a和沿着轴向与第一传热片材40a邻接的第二传热片材40b重复配置而构成的。第一传热片材40a是使面内方向沿着周向和轴向的石墨烯片材在径向上层叠而构成的，沿着周向和轴向具有良好的传热特性。第二传热片材40b是使面内方向沿着周向和径向的石墨烯片材在轴向上层叠而构成的，沿着周向和径向具有良好的传热特性。
通过这样将传热方向不同的多个传热片材40组合而构成传热构件24，能实现一种缓和在各方向上的温度分布，并且有效地抑制热变形的壳体构造体3。
<第五实施方式>
图18是第五实施方式的壳体构造体3的立体图，图19是图18的连通孔50附近的与轴向垂直的剖视图。在第五实施方式的壳体构造体3中，以将在主体12的内部受到压缩负荷并配置的传热构件24与外侧空间6连结的方式形成连通孔50。由此，传热构件24中经由连通孔50使外侧空间6的外部空气导入，由此促进热交换，使传热构件24的温度稳定化。由此，能更有效地进行前述的传热构件24的温度分布的缓和。
还可以在主体12上形成多个这样的连通孔50。在该情况下，连通孔50还可以根据内侧空间4和外侧空间6的温度差、根据在主体12可能产生的温度分布来配置。
需要说明的是，在图18和图19中，举例示出了在主体12中的外径侧形成有连通孔50的情况，但连通孔50也可以在主体12的内径侧形成。在该情况下，通过经由连通孔50从内侧空间4导入高温的工作气体，能使传热构件24的温度稳定化，能更有效地进行前述的传热构件24的温度分布的缓和。
图20是图19的变形例。在该变形例中，连通孔50除了形成于主体12之外，还形成至传热构件24。由此，能更有效地使传热构件24的温度稳定化。
像以上说明的那样，根据前述的各实施方式，传热构件24在受到压缩负荷的状态下，被夹在主体12的第一面20与第二面22之间。由此，使传热构件24与主体12良好地接触，降低两者间的热阻。其结果是，能通过传热构件24缓和壳体构造体3的温度分布，有效地抑制热变形。
除此之外，在不超出本发明主旨的范围内，可以适当地将上述实施方式中的构成要素替换为众所周知的构成要素，另外，也可以将上述实施方式适当组合。
例如像以下这样掌握上述各实施方式所记载的内容。
(1)一个方案的旋转机械的壳体构造体，
是至少部分地包围旋转体(例如上述实施方式的旋转体2)的旋转机械(例如上述实施方式的旋转机械1)的壳体构造体(例如上述实施方式的壳体构造体3)，具备：
主体(例如上述实施方式的主体12)，具有互相对置的第一面(例如上述实施方式的第一面20)和第二面(例如上述实施方式的第二面22)；以及
传热构件(例如上述实施方式的传热构件24)，包含比所述主体的热传导率高的材料，从所述第一面和所述第二面受到的压缩负荷，并被夹在所述第一面与所述第二面之间。
根据上述(1)的方案，传热构件在受到了压缩负荷的状态下，被夹在主体的第一面与第二面之间。由此，使传热构件与主体良好地接触，降低两者间的热阻。其结果是，能通过传热构件缓和壳体构造体的温度分布，有效地抑制热变形。
(2)在其他的方案中，在上述(1)的方案中，所述传热构件沿着所述旋转机械的周向延伸。
根据上述(2)的方案，通过将传热构件沿着旋转机械的周向设置，能良好地缓和沿着壳体构造体的周向而可能产生的温度分布。
(3)在其他的方案中，在上述(2)的方案中，所述第一面和所述第二面是在所述旋转机械的径向上被分割的所述主体的内表面。
根据上述(3)的方案，通过在径向上被分割的主体的内表面之间沿着周向夹紧传热构件，能良好地缓和沿着壳体构造体的周向而可能产生的温度分布。
(4)在其他的方案中，在上述(2)或(3)的方案中，所述主体包括：
弯曲部(例如上述实施方式的弯曲部14)，部分地包围所述旋转体；以及
凸缘部(例如上述实施方式的凸缘部16)，设于所述弯曲部的端部，从所述弯曲部至所述凸缘部设有所述传热构件。
根据上述(4)的方案，在壳体构造体具有凸缘部的情况下，传热构件设置至凸缘部。在凸缘部的附近比弯曲部更容易因热容量变化而产生温度分布，但通过这样设置传热构件，即使在具有凸缘部的壳体构造体中也能有效地缓和温度分布。
(5)在其他的方案中，在上述(1)至(4)中的任意一个方案中，所述传热构件沿着所述旋转机械的径向延伸。
根据上述(5)的方案，通过将传热构件沿着旋转机械的径向设置，能良好地缓和沿着壳体构造体的径向而可能产生的温度分布。
(6)在其他方案中，在上述(5)的方案中，所述第一面和所述第二面是形成于所述主体的形成为狭缝状的间隙(例如上述实施方式的间隙25)的内表面。
根据上述(6)的方案，通过使传热构件被夹在狭缝状地形成于主体的间隙，能抑制壳体构造体的强度降低，并且良好地缓和沿着壳体构造体的径向而可能产生的温度分布。
(7)在其他的方案中，在上述(1)至(6)中的任意一个方案中，所述传热构件沿着所述旋转机械的轴向延伸，或者沿着所述旋转机械的轴向配置多个。
根据上述(7)的方案，能有效地缓和沿着壳体构造体的轴向而可能产生的温度分布。
(8)在其他的方案中，在上述(1)至(7)中的任意一个方案中，所述主体具有将所述传热构件与所述主体的外侧空间(例如上述实施方式的外侧空间6)或内侧空间(例如上述实施方式的内侧空间4)连通的连通孔(例如上述实施方式的连通孔50)。
根据上述(8)的方案，通过在主体设置连通孔来促进向传热构件的热传递，能有效地缓和在壳体构造体中可能产生的温度分布。
(9)在其他的方案中，在上述(1)至(8)中的任意一个方案中，所述传热构件与所述第一面和第二面直接接触。
根据上述(9)的方案，传热构件与主体的第一面和第二面直接接触，因此能减轻热阻，有效地缓和壳体构造体的温度分布。
(10)在其他的方案中，在上述(1)至(9)中的任意一个方案中，对所述第一面和第二面进行使粗糙度不同于所述主体的其他面的调整以使热传导率高于所述其他面。
根据上述(10)的方案，通过将传热构件所接触的第一面和第二面调整为与主体的其他面不同的粗糙度，能提高第一面和第二面的热传导率。由此，能降低传热构件与第一面和第二面之间的热阻，有效地缓和壳体构造体的温度分布。
(11)在其他的方案中，在上述(1)至(10)中的任意一个方案中，所述传热构件包含比所述主体的线膨胀系数大的材料。
根据上述(11)的方案，例如在旋转机械运转时温度发生了上升时，传热构件比主体膨胀的程度大。由此，能从主体侧对被夹在第一面与第二面之间的传热构件良好地作用压缩负荷。
(12)在其他的方案中，在上述(1)至(11)中的任意一个方案中，所述传热构件是石墨烯片材层叠而成的传热片材。
根据上述(12)的方案，采用包含具有良好的热传递特性的石墨烯的传热片材作为传热构件，由此，能有效地缓和在壳体构造体可能产生的温度分布。
(13)在其他的方案中，在上述(1)至(11)中的任意一个方案中，所述传热构件包含金属与结晶性碳材料的复合材料。
根据上述(13)的方案，通过使传热构件构成为包含金属(例如铜、铝、铁、镍等任意一种以上)与结晶性碳材料(例如石墨、富勒烯、碳纳米管、金刚石等任意一种以上)的复合材料，能获得成型容易且具有优异的热传导率的传热构件。
(14)在其他方案中，在上述(1)至(13)中的任意一个方案中，所述壳体构造体是容纳作为所述旋转体的并容纳涡轮动叶(例如上述实施方式的涡轮动叶10)的涡轮机室。
根据上述(14)的方案，能有效地缓和在容纳作为旋转体的涡轮动叶的涡轮机室中可能产生的温度分布。由此，能有效地避免由温度分布引起的间隙减小使得涡轮动叶与涡轮机室的内表面接触的情况。
(15)一个方案的旋转机械的壳体构造体的制造方法，
其是至少部分地包围旋转体的旋转机械的壳体构造体的制造方法，具备：
主体加工工序，以形成互相对置的第一面和第二面的方式加工主体；以及
传热构件插入工序，将传热构件插入于所述间隙，所述传热构件具有设定为在所述旋转机械运转时使形成于所述第一面与第二面之间的间隙为零的厚度。
根据上述(15)的方案，对通过加工主体而形成的第一面与第二面之间的间隙插入传热构件。传热构件的厚度设定为在旋转机械运转时形成于第一面与第二面之间的间隙变为零。由此，能使传热构件在从主体侧在受到压缩负荷的状态下被插入于间隙。
(16)在其他的方案中，在上述(15)的方案中，在所述主体加工工序中，准备外侧分割体和内侧分割体，在所述外侧分割体与所述内侧分割体之间可以形成能插入传热构件的间隙，
在所述传热构件插入工序中，通过在所述外侧分割体与所述内侧分割体之间插入有所述传热构件的状态下夹紧所述外侧分割体和所述内侧分割体来压缩所述传热构件。
根据上述(16)的方案，通过在外侧分割体与内侧分割体之间插入有传热构件的状态下，夹紧从而组装所述外侧分割体和所述内侧分割体，能对传热构件良好地作用压缩负荷。
(17)在其他的方案中，在上述(15)的方案中，在所述主体加工工序中，形成于所述主体的所述间隙为狭缝状，在所述传热构件插入工序中，通过加热所述主体或者冷却所述传热构件来将传热构件插入于所述间隙。
根据上述(17)的方案，通过加热主体或者冷却传热构件来对在主体形成为狭缝状的间隙插入传热构件，由此能对于传热构件良好地作用压缩负荷。
附图标记说明
1旋转机械
2旋转体
3壳体构造体
4内侧空间
6外侧空间
8旋转轴
10涡轮动叶
12主体
12'基本构造体
12a外径侧分割体
12b内径侧分割体
14弯曲部
16凸缘部
18紧固构件
20第一面
22第二面
24传热构件
24A第一传热构件
24B第二传热构件
25间隙
27压扁空间
40传热片材
40a第一传热片材
40b第二传热片材
50连通孔
Claims (17)
1.一种旋转机械的壳体构造体，至少部分地包围旋转体，其中，所述旋转机械的壳体构造体具备：
主体，具有互相对置的第一面和第二面；以及
传热构件，包含热传导率比所述主体高的材料，从所述第一面和所述第二面受到压缩负荷，并且被夹在所述第一面和所述第二面之间。
2.根据权利要求1所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述传热构件沿着所述旋转机械的周向延伸。
3.根据权利要求2所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述第一面和所述第二面是在所述旋转机械的径向上被分割的所述主体的内表面。
4.根据权利要求2或3所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述主体包括：
弯曲部，部分地包围所述旋转体；以及
凸缘部，设置于所述弯曲部的端部，所述传热构件从所述弯曲部至所述凸缘部设有所述传热构件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述传热构件沿着所述旋转机械的径向延伸。
6.根据权利要求5所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述第一面和所述第二面是形成于所述主体的形成为狭缝状的间隙的内表面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述传热构件沿着所述旋转机械的轴向延伸，或者沿着所述旋转机械的轴向配置多个。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述主体具有将所述传热构件与所述主体的外侧空间或内侧空间连通的连通孔。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述传热构件与所述第一面和第二面直接接触。
10.根据权利要求1至9的任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，对所述第一面和第二面进行使粗糙度不同于所述主体的其他面的调整以使热传导率高于所述其他面。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述传热构件包含比所述主体的线膨胀系数大的材料。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述传热构件是石墨烯片材层叠而成的传热片材。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述传热构件包含金属与结晶性碳材料的复合材料。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的旋转机械的壳体构造体，其中，所述壳体构造体是容纳作为所述旋转体的涡轮动叶的涡轮机室。
15.一种旋转机械的壳体构造体的制造方法，所述旋转机械的壳体构造体至少部分地包围旋转体，其中，所述旋转机械的壳体构造体的制造方法包括：
主体加工工序，以形成互相对置的第一面和第二面的方式加工主体；以及
传热构件插入工序，将传热构件插入于所述间隙，所述传热构件具有设定为在所述旋转机械运转时使形成于所述第一面与第二面之间的间隙为零的厚度。
16.根据权利要求15所述的旋转机械的壳体构造体的制造方法，其中，
在所述主体加工工序中，准备外侧分割体和内侧分割体，在所述外侧分割体与所述内侧分割体之间可以形成能插入传热构件的间隙，
在所述传热构件插入工序中，通过在所述外侧分割体与所述内侧分割体之间插入有所述传热构件的状态下夹紧所述外侧分割体和所述内侧分割体来压缩所述传热构件。
17.根据权利要求15所述的旋转机械的壳体构造体的制造方法，其中，
在所述主体加工工序中，形成于所述主体的所述间隙为狭缝状，
在所述传热构件插入工序中，通过加热所述主体或者冷却所述传热构件来将传热构件插入于所述间隙。
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| US20210317754A1 (en) | 2021-10-14 |
| JP2021167577A (ja) | 2021-10-21 |
| DE102021202254A1 (de) | 2021-10-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20211019 |
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