JP2019522144A - ターボ機械およびターボ機械を製造するための方法 - Google Patents
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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。
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。
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
11 ロータ
12 動翼
13 ステータ
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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 (10)
- 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。
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