JP2019522144A

JP2019522144A - ターボ機械およびターボ機械を製造するための方法

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Publication number: JP2019522144A
Application number: JP2019502703A
Authority: JP
Inventors: リヒャルト・ビュッソー; ロベルト・クラヴェス
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2019-08-08
Also published as: DE102016213296A1; CN109661510A; KR20190026924A; WO2018015027A1; US20190178262A1; EP3488092A1

Abstract

本発明は、流動機械（１０）に関し、詳細には、ロータブレード（１２）を有するロータ（１１）と、好ましくは案内翼（１７）を有するステータ（１３）であって、少なくとも部分において、ロータ（１１）のロータブレード（１２）に進む少なくとも１つの流路（１４）、およびロータ（１１）のロータブレード（１２）から離れて進む流路（１５）を定めるステータ（１３）とを備え、ステータ（１３）が、少なくとも１つの流路（１４、１５）の領域に、少なくとも１つの発泡状の多孔質音減衰要素（２３）を備える、ラジアル圧縮機に関する。

Description

本発明は、ターボ機械に関し、詳細には、ラジアルターボ機械、およびラジアルターボ機械を製造するための方法に関する。

特許文献１により、ターボ機械、すなわちラジアル圧縮機は、動翼を備えるロータを有し、案内翼を備えるステータを有する。圧縮される媒体の流れの方向から見ると、ステータの案内翼は、ロータの動翼の下流に配置されたディフューザの案内翼として設計される。したがって、案内翼は、ロータの動翼から離れて進む流路の領域に位置している。特許文献１により、さらに、ディフューザの領域中に、すなわちディフューザの案内翼の領域中に音減衰要素を設けることが知られている。ここでは、この音減衰要素は、複数の開口があるプレート状のリングとして設計されたディフューザリングの一体部分であり、開口は、中空空間に通じる。ディフューザリングの一体部分である、特許文献１により知られる音減衰要素は、開口により、ディフューザの領域中の流路と接続している中空空間を備える共鳴器として働く。そのような音減衰要素の減衰効果は限られている。

米国特許第６，６６９，４３６Ｂ２号

これを発端として、本発明は、新しいタイプのターボ機械、およびそれを製造するための方法を作り出すという目的に基づいている。この目的は、請求項１に記載のターボ機械により果たされる。

本発明によれば、少なくとも１つの流路の領域でステータは、少なくとも１つの発泡状の多孔質音減衰要素を備える。そのような音減衰要素は、優れた音減衰特性を有すると同時に、さらに、簡単かつコスト効果的に製造することができる。

有利なさらなる展開によれば、それぞれの発泡状の音減衰要素は、金属発泡体要素として設計され、金属発泡体要素は好ましくは、生成的製造方法（generative manufacturing method）によって製造され、焼結金属発泡体状の要素として個々に形成される。生成的製造方法により製造された音減衰要素としての金属発泡体要素は特に好ましい。

好ましくは、それぞれの発泡状の音減衰要素の多孔度は、均等な分布ではなく、孔の数および／または孔深さに関して局所的に異なる。多孔度の変化は、孔サイズによるだけではなく、一定の孔サイズを有する素材密度にもよる。孔サイズおよび孔形状の変化もまた、多孔度に影響を及ぼす。それぞれの音減衰要素の多孔度の異なる分布によって、音減衰特性および強度特性は、最適に調整することができる。

有利なさらなる展開によれば、それぞれの発泡状の音減衰要素は、案内翼を備えるディフューザの一体部分である。好ましくは、案内翼は、流れ前縁部と、流れ後縁部と、これらの縁部の間に延在する流れ制御面とを有し、流れ前縁部と流れ後縁部との間の中間領域において、流れ前縁部および流れ後縁部に隣接する領域よりも多数の孔が形成され、ならびに／または隣接する案内翼の流れ制御面間の中間領域において、それぞれの流れ制御面に隣接する領域よりも多数の孔および／またはより深い孔が形成される。これによって、音減衰特性は、ディフューザの領域において最適に調整され得る。

本発明の有利なさらなる展開によれば、それぞれの流路および／またはそれぞれの流路に位置する案内翼を定める壁が、少なくとも部分において、発泡状の多孔質音減衰要素として具体化される。これは、ターボ機械のステータ側の流路の領域における音減衰特性の最適な調整を可能にする。

本発明によるターボ機械を製造するための方法は、請求項１０において定義される。

本発明の好ましいさらなる展開は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態について、図面によって、これに限定せずに、より詳細に説明する。

ラジアル圧縮機として設計されたターボ機械の軸方向断面図である。図１のラジアル圧縮機のディフューザの図１の方向ＩＩの図である。図１のラジアル圧縮機の代替ディフューザの図１の方向ＩＩの図である。図１のラジアル圧縮機のさらなる代替ディフューザの図１の方向ＩＩの図である。ラジアル圧縮機として設計されたさらなるターボ機械の軸方向断面図である。

本発明は、ターボ機械に関し、詳細には、ラジアルターボ機械に関する。本発明は、さらに、そのようなターボ機械を製造するための方法に関する。

図１および図２は、ラジアル圧縮機として設計されたターボ機械１０の異なる図を示す。

ラジアル圧縮機として形成された、図１および図２のターボ機械１０は、動翼１２を有するロータ１１を備える。さらに、ラジアル圧縮機として設計されたターボ機械１０は、ステータ１３を備え、ステータ１３は、一方ではロータ１１の動翼１２に至り、軸方向に延びる流路１４を定め、他方ではロータ１１の動翼１２から離れて進み、少なくとも部分において、半径方向に延びる流路１５を定める。

案内翼１７を備えるディフューザ１６は、ステータ１３の一部である。圧縮される媒体の流れ方向から見ると、ディフューザ１６の案内翼１７は、半径方向に延びる流路１５においてロータ１１の動翼１２の下流に位置する。ステータ１３のらせん形の流出ハウジング１８が、ディフューザ１６の下流に続く。圧縮される媒体の流れの方向は、図１では矢印１９で視覚化されている。

図２は、ディフューザ１６の、すなわちディフューザ１６の案内翼１７の、およびディフューザの壁２４の、図ＩＩを示す。案内翼１７の各々は、流れ前縁部２０と、流れ後縁部２１と、それぞれの流れ前縁部２０と流れ後縁部２１との間に延在する流れ制御面２２とを備える。本発明によるターボ機械の場合、ステータ１３は、少なくとも１つの流路１４および／または１５の領域に発泡状の多孔質音減衰要素２３を備える。

それぞれの発泡状の多孔質音減衰要素２３は、金属発泡体要素として、特に焼結金属状の要素として、またはプラスチックフォーム要素として、形成することができる。金属発泡体要素の場合、発泡状の多孔質音減衰要素は、好ましくは、生成的製造方法により製造される。

ステータ１３がディフューザ１６の領域に、そのまたは各々の発泡状の多孔質音減衰要素２３を備える、図１および図２の例示的な実施形態では、少なくとも部分においてロータ１１の案内翼１２から離れて進む流路１５を部分において定めるステータ１３の壁２４は、少なくとも部分において発泡状の多孔質音減衰要素２３として、すなわち好ましくは、半径方向に延び、ディフューザ１６の領域でロータ１１の動翼１２から離れて進むステータ１３の流路１５の軸方向両側で、または軸方向片側のみで、発泡状の多孔質音減衰要素２３として具体化されることになる。これは、特に効果的な音減衰を可能にする。ロータ１１から発出し、ディフューザ１６に作用する圧力衝撃が、発生源で直ちに減衰され得る。

図１および図２に示す例示的な実施形態では、それぞれの発泡状の音減衰要素の多孔度は均等な分布であり、すなわち、発泡状の音減衰要素２３は、孔の数および深さならびにサイズに関して均等な分布を有する。

これと比較して、図３および図４は、それぞれの発泡状の音減衰要素２３が、孔の数および孔深さに関して均等な分布の多孔度を持たず、局所的に異なる多孔度を有する場合の本発明の異形を示す。したがって、図３および図４において半径方向に延びる壁２４は、ディフューザ１６の領域で半径方向に延びる流路１５を部分において定め、発泡状の多孔質音減衰要素２３として部分において具体化される。

図３では、流れ前縁部２０および流れ後縁部２１に直接隣接している領域よりも流れ前縁部２０と流れ後縁部２１との間の中間領域に、より多数の孔およびより大きい深さの孔が設けられる、または形成される。

図４の異形では、半径方向に延びる流路１５を定めるロータ１３の壁２４の多孔度は、ディフューザ１６の隣接する案内翼１７の流れ制御面２２間の中間領域において、それぞれの案内翼１７のそれぞれの流れ制御面２３に直接隣接するよりも、より多数の孔およびより深い孔が形成されるように、ディフューザ１６の領域でさらに局所的に異なる。

図５は、発明の異形を示し、この異形では、ディフューザ１６の領域で半径方向に延びる流路１５を定めるステータ１３の壁２４は、それらの軸方向の厚さにわたって局所的に異なる多孔度が見られる。したがって図５では、これらの壁２４の軸方向中間領域において、流路１５に直接隣接するよりも大きい孔が形成されることになる。

それぞれの流路１４、１５を定める壁２４は、少なくとも部分において、発泡状の多孔質音減衰要素１３として具体化されることが好ましいが、代替または追加として、それぞれの流路１４、１５に位置する案内翼１７が、少なくとも部分において発泡状の多孔質音減衰要素１３として具体化されることも可能である。

図示の例示的な実施形態では、ステータ１３は、ロータ１１の動翼１２から離れて進む流路１５の領域に少なくとも１つの発泡状の多孔質音減衰要素２３を備える。

代替または追加として、ステータ１３は、ロータ１１の動翼１２に向かって進む流路１４の領域に、少なくとも１つのそのような発泡状の多孔質音減衰要素２３を備えることも可能である。

図示の例示的な実施形態では、ターボ機械１０は、ラジアル圧縮機として具体化される。本発明は、ラジアルタービンとして設計されたラジアルターボ機械で採用されることも可能である。ラジアルタービンの場合、ロータの動翼に向かって進む流路が半径方向に延び、ロータの動翼から離れて進む流路が軸方向に延びる。

しかしながら、代替として、半径方向および軸方向設計を組み合わせたターボ機械もまた可能である。

それぞれの発泡状の多孔質音減衰要素２３は、粘性音減衰をもたらす。したがって、音は、従来の共鳴器タイプの音減衰器を用いるよりも効果的に減衰され得る。特に、ロータおよびロータの下流に位置するアセンブリの高周波振動励起もまた、低減され得る。加えて、共鳴器タイプの音減衰器を用いるよりも流れにおける圧力損失の低減を招く。

本発明はまた、ターボ機械を製造するための方法に関し、ロータ１１およびステータ１３は、このために設けられる。

ロータ１１は、精密鋳造、チップ機械鍛造（chip-machined forging）、またはチップ機械による一体製造の（integrally produced）構成要素とすることができる。

さらに、ステータ１３は、少なくとも部分において精密鋳造とすることができる。

そのまたは各々の発泡状の多孔質音減衰要素２３の領域では、ステータ１３は、少なくとも部分において、生成的製造方法によって製造される。

特に、それぞれの発泡状の音減衰要素２３が金属発泡体要素として形成されるとき、特に、たとえば（選択的）レーザビーム溶融または電子ビーム溶接などの積層造形法が特に利用され得る。この場合、金属発泡体は、燒結金属状の生成された金属発泡体である。

特に、ディフューザ１６が少なくとも１つの発泡状の多孔質音減衰要素２３を備えるとき、少なくともステータ側のディフューザ１６の壁２４の１つの部分および一体的にディフューザ１６の案内翼１７も設ける、ディフューザ１６のいわゆるディフューザリングが、好ましくは、生成的製造方法によって製造される。この場合、それぞれの音減衰要素２３は、ディフューザリングの一体部分であり、したがってディフューザ１６の一体部分である。ディフューザリングは、ディフューザ１６の案内翼１７と、少なくとも部分において、半径方向に延びる流路１５を定める壁２４の１つとを与える。

発泡状の音減衰要素２３を備え、生成的製造方法により製造されるステータ１３の特定の部分は、好ましくは精密鋳造によって製造されたステータ１３の隣接部分に接続され、このために、精密製造によって製造されたステータ１３のこの部分の対応するくぼみに挿入される。

１０ターボ機械
１１ロータ
１２動翼
１３ステータ
１４流路
１５流路
１６ディフューザ
１７案内翼
１８流出ハウジング
１９流れ方向
２０流れ前縁部
２１流れ後縁部
２２流れ制御面
２３音減衰要素
２４壁

Claims

ターボ機械（１０）であって、動翼（１２）を備えるロータ（１１）と、
案内翼（１７）を備えるステータ（１３）であって、少なくとも部分において、前記ロータ（１１）の前記動翼（１２）に向かって進む少なくとも１つの流路（１４）、および前記ロータ（１１）の前記動翼（１２）から離れて進む少なくとも１つの流路（１５）を定める、ステータ（１３）とを有し、
少なくとも１つの流路（１４、１５）の領域の前記ステータ（１３）が、少なくとも１つの発泡状の多孔質音減衰要素（２３）を備え、前記音減衰要素（２３）が発泡体要素として、焼結体状の発泡体要素として、またはプラスチックフォーム要素として設計されることを特徴とする、ターボ機械。
前記それぞれの発泡状の音減衰要素（２３）が、生成的製造方法によって製造されることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械。
前記それぞれの発泡状の音減衰要素（２３）の多孔度が、孔の数および孔深さが局所的に同一であるように均等な分布であ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。
孔の数および／または孔深さに関して前記それぞれの発泡状の音減衰要素（２３）の前記多孔度が、均等な分布ではなく、局所的に異な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。
前記それぞれの発泡状の音減衰要素（２３）が、案内翼（１７）を備えるステータ側のディフューザ（１６）および／または入口側流れ領域の一部であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のターボ機械。
前記案内翼（１７）が、流れ前縁部（２０）と、流れ後縁部（２１）と、これらの縁部（２０、２１）間に延在する流れ制御面（２２）とを有し、前記流れ前縁部（２０）および前記流れ後縁部（２１）に隣接する領域よりも、前記流れ前縁部（２０）および前記流れ後縁部（２１）との間の中間領域において、より多数の孔および／またはより深い孔および／または様々な孔サイズおよび／または様々な孔密度および／または孔形状が形成されることを特徴とする、請求項４を引用する場合の請求項５に記載のターボ機械。
前記案内翼（１７）が、流れ前縁部（２０）と、流れ後縁部（２１）と、これらの縁部（２０、２１）間に延在する流れ制御面（２２）とを有し、前記それぞれの流れ制御面（２２）に隣接する領域よりも、隣接する案内翼（１７）の前記流れ制御面（２２）間の中間領域において、より多数の孔および／またはより深い孔が形成されることを特徴とする、請求項４を引用する場合の請求項５、または請求項６に記載のターボ機械。
前記それぞれの流路（１４、１５）および／または前記それぞれの流路（１４、１５）に位置する案内翼（１７）を定める壁（２４）が、少なくとも部分において、発泡状の多孔質要素（１３）として具体化されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のターボ機械。
請求項１から８のいずれか一項に記載のターボ機械（１０）を製造するための方法であって、
前記ロータ（１１）を設けるステップと、
前記ステータ（１３）を設けるステップと
を有し、
前記ステータ（１３）が、少なくとも部分において、すなわち少なくとも１つの発泡状の多孔質音減衰要素（２３）を備える部分の領域において、生成的製造方法によって製造されることを特徴とする、方法。
前記ステータ（１３）の第１の部分が、精密鋳造および／またはチップ機械加工および／またはチップ機械による一体製造の構成要素によって行われる鍛造によって製造されること、ならびに、少なくとも１つの発泡状の多孔質音減衰要素（２３）を備えており生成的製造方法により製造される前記ステータ（１３）の少なくとも１つの第２の部分が、前記第１の部分の対応するくぼみに挿入されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。