特表 2024-546514 ターボ機械用の可変入口ガイドベーン、可変入口ガイドベーンを含むターボ機械及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-24

(54)【発明の名称】ターボ機械用の可変入口ガイドベーン、可変入口ガイドベーンを含むターボ機械及び方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/46 20060101AFI20241217BHJP

   F04D 29/62 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

F04D29/46 D

F04D29/62 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024539656

(86)(22)【出願日】2023-02-20

(85)【翻訳文提出日】2024-06-28

(86)【国際出願番号】 EP2023025082

(87)【国際公開番号】W WO2023160875

(87)【国際公開日】2023-08-31

(31)【優先権主張番号】102022000003599

(32)【優先日】2022-02-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517029381

【氏名又は名称】ヌオーヴォ・ピニォーネ・テクノロジー・ソチエタ・レスポンサビリタ・リミタータ

【氏名又は名称原語表記】Ｎｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】ビギ，マヌエレ

(72)【発明者】

【氏名】カマッティ，マッシモ

(72)【発明者】

【氏名】ドッジーニ，マテオ

(72)【発明者】

【氏名】ベロブオーノ，エルナーニ フルビオ

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA13

3H130AB27

3H130AB42

3H130AC30

3H130BA97B

3H130CA03

3H130DF01X

3H130EA02A

3H130EA07A

3H130ED01A

3H130ED01B

3H130ED04A

3H130ED04B

(57)【要約】

【解決手段】 可変入口ガイドベーン装置は、ディスク状部材と、ディスク状部材と同軸でありディスク状部材と共にユニットを形成する環状部材とを備えている。一組の可変入口ガイドベーンが、ディスク状部材と環状部材との間に枢動可能に取り付けられている。各可変入口ガイドベーンは、第１の枢動ピン及び第２の枢動ピンを備える。第１の枢動ピンは、ディスク状部材内に収容された第１の軸受によって枢動可能に支持され、第２の枢動ピンは、環状部材内に収容された第２の軸受によって枢動可能に支持される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ機械用の可変入口ガイドベーン装置であって、
ディスク状部材と、
前記ディスク状部材と同軸であり前記ディスク状部材と共にユニットを形成する環状部材と、
前記ディスク状部材と前記環状部材との間に枢動可能に取り付けられた一組の可変入口ガイドベーンと、
を備え、
各可変入口ガイドベーンは、第１の枢動ピン及び第２の枢動ピンを備え、各第１の枢動ピンは、前記ディスク状部材に収容された第１の軸受によって枢動可能に支持され、前記第２の枢動ピンは、前記環状部材に収容された第２の軸受によって枢動可能に支持され、
各可変入口ガイドベーンは、前記枢動ピンと一体であり、前記ディスク状部材及び前記環状部材に対して前記枢動ピンの軸の周りで移動可能である後方部分を備え、前記可変入口ガイドベーンの少なくともいくつかは、前記ディスク状部材及び前記環状部材に対して静止している先頭部分を含む、装置。

【請求項2】

前記ディスク状部材と前記環状部材とを互いに堅固に接続して前記ユニットを形成する複数の接続部材を更に備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

各接続部材が、前記可変入口ガイドベーンのうちの１つのそれぞれの先頭部分を通って延びる、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記ディスク状部材が、前記環状部材に面する第１の側と、前記環状部材の反対側に面する第２の側と、を備え、前記可変入口ガイドベーンの角度変位を制御するための作動システムが、前記ディスク状部材の前記第２の側の座部に配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

ターボ機械であって、
ケーシングと、
前記ハウジング内に回転可能に支持された少なくとも１つのインペラと、
入口プレナムと、
前記入口プレナムと前記インペラの入口との間に、前記インペラと同軸に配置された、請求項１～４のいずれか一項に記載の可変入口ガイドベーン装置と、
を備える、ターボ機械。

【請求項6】

前記ターボ機械は、遠心圧縮機である、請求項５に記載のターボ機械。

【請求項7】

前記ケーシング内に静止して配置され、前記インペラと同軸であるダイアフラムを更に備え、前記ディスク状部材は、前記ダイアフラム内に収容される、請求項５又は６に記載のターボ機械。

【請求項8】

前記環状部材は、前記インペラと同軸の座部に収容され、前記ケーシングの前部に配置される、請求項７に記載のターボ機械。

【請求項9】

ターボ機械用の可変入口ガイドベーンを組み立てる方法であって、
一組の第１の軸受をディスク状部材に取り付けることと、
一組の第２の軸受を環状部材に取り付けることと、
複数の可変入口ガイドベーンがその間に収容された状態で、前記ディスク状部材と前記環状部材とを互いに堅固に接続することと、
を含み、各可変入口ガイドベーンが、前記第１の軸受内で回転するように支持された第１のピンと、前記第２の軸受内で回転するように支持された第２のピンとを備え、前記ディスク状部材、前記環状部材、及びそれらの間に配置された前記可変入口ガイドベーンは、ユニットを形成し、各可変入口ガイドベーンは、前記枢動ピンと一体であり、前記ディスク状部材及び前記環状部材に対して前記枢動ピンの軸の周りで移動可能である後方部分を備え、前記可変入口ガイドベーンの少なくともいくつかは、前記ディスク状部材及び前記環状部材に対して静止している先頭部分を含む、方法。

【請求項10】

前記可変入口ガイドベーンの角変位を制御するための作動システムを前記ディスク状部材の前記第２の側の座部に取り付け、各可変入口ガイドベーンを前記作動システムに接続することを更に含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記ユニットをターボ機械に取り付けることを更に含む、請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項12】

前記ターボ機械は、遠心圧縮機である、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ユニットは、前記ターボ機械の固定ダイアフラムと前記ターボ機械の前方ケーシング部分との間に配置される、請求項１１又は１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ターボ機械の分野に関し、特に、限定するものではないが、遠心圧縮機などに関する。具体的には、本開示は、ターボ機械用の可変入口ガイドベーン、例えば、遠心圧縮機、及びターボ機械に可変入口ガイドベーンを取り付けて設置する方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

ターボ機械は、一般に、入口と、ケーシング内で回転するように配置された１つ以上のインペラと、出口とを含む流体用の流路を含む。遠心圧縮機などの圧縮機では、機械的動力は、インペラを回転させ、流体を圧縮するために使用され、一方、エキスパンダでは、圧縮された流体が膨張し、インペラを回転駆動して機械的動力を生成する。

【0003】

例えば遠心圧縮機などのいくつかのターボ機械は、第１の、即ち最も上流のインペラの入口に配置された可変入口ガイドベーン（Variable Inlet Guide Vanes、略してＩＧＶとも呼ばれる）を含む。入口ガイドベーンの幾何形状は、ターボ機械の動作条件が変化するとき、例えば、回転速度が設計動作点に対して増加又は減少するとき、ターボ機械の効率を最大にするように制御及び変更することができる。

【0004】

各入口ガイドベーンに同時に作用し、必要に応じて各入口ガイドベーンの傾斜を変更するために、作動システム又はシステムが設けられる。可変入口ガイドベーン及び関連する作動システムは、複雑な機械構成要素であり、ターボ機械ケーシング内で、通常は入口プレナムと第１のインペラの入口側との間で組み立てる必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

可変ＩＧＶ及び関連する作動システムを単純化し、それらの組み立てをより容易かつ迅速にすることが有益であろう。

【0006】

一態様によれば、現在の技術の可変ＩＧＶシステムの欠点を克服又は軽減するために、本明細書で開示されるのは、ディスク状部材と、ディスク状部材と同軸でありディスク状部材と共にユニットを形成する環状部材とを組み合わせて備える、ターボ機械用の可変入口ガイドベーン装置である。一組の可変入口ガイドベーンが、ディスク状部材と環状部材との間に枢動可能に取り付けられている。

【0007】

各可変入口ガイドベーンは、第１の枢動ピン及び第２の枢動ピンを備える。各第１の枢動ピンは、ディスク状部材内に収容された第１の軸受又はブッシングによって枢動可能に支持され、各第２の枢動ピンは、環状部材内に収容された第２の軸受又はブッシングによって支持される。各可変入口ガイドベーンの第１及び第２の枢動ピンは、ディスク状部材及び環状部材の軸に平行であり得る枢動軸を共通に画定する。

【0008】

各可変入口ガイドベーンは、枢動ピンと一体であり、ディスク状部材及び環状部材に対して枢動ピンの軸の周りで移動可能である後方部分を備える。可変入口ガイドベーンの少なくともいくつかは、ディスク状部材及び環状部材に対して静止している先頭部分を含む。

【0009】

ディスク状部材、環状部材、及びそれらの間に配置された可変入口ガイドベーンは、単一のユニット、アセンブリ、又は装置として組み立てることができ、ターボ機械に取り付ける前に試験することができる。次に、このユニットは、サブアセンブリとしてターボ機械に簡単かつ迅速な取り付けで設置することができる。

【0010】

ディスク状部材及び環状部材は、ねじ又は他の締結又は接続部材によって互いに締結することができる。

【0011】

本明細書に開示される実施形態では、各可変入口ガイドベーンは、いわゆるフラップ可変ＩＧＶとすることができる。そのような実施形態では、各可変ＩＧＶは、ディスク状部材及び環状部材に対して静止しており入口ガイドベーンの前縁を形成する、先頭部分を備えることができる。各可変ＩＧＶは、入口ガイドベーンの後縁を形成する後方部分を更に含むことができる。後方部分は、第１の枢動ピン及び第２の枢動ピンと一体である。各入口ガイドベーンの後方部分は、ディスク状部材及び環状部材に対して、第１枢動ピン及び第２枢動ピンの軸回りに回動可能である。

【0012】

更なる態様によれば、本明細書で開示されるのは、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に支持された少なくとも１つのインペラとを備える、ターボ機械、特に遠心圧縮機である。ターボ機械は、入口プレナムと、上記で概説したように、インペラと同軸に配置され入口プレナムとインペラの入口との間に位置決めされた可変ＩＧＶ装置とを更に含む。

【0013】

更なる態様によれば、本明細書で開示されるのは、ターボ機械用の可変入口ガイドベーンを組み立てる方法であり、この方法は、
一組の第１の軸受をディスク状部材に取り付けることと、
一組の第２の軸受を環状部材に取り付けることと、
ディスク状部材と環状部材とを、それらの間に複数の可変入口ガイドベーンが収容された状態で、互いに堅固に接続することと、を含む。各可変入口ガイドベーンは、第１の軸受内で回転するように支持された第１のピンと、第２の軸受内で回転するように支持された第２のピンとを備える。更に、各可変入口ガイドベーンは、枢動ピンと一体であり、ディスク状部材及び環状部材に対して枢動ピンの軸の周りで移動可能である後方部分を備え、可変入口ガイドベーンの少なくともいくつかは、ディスク状部材及び環状部材に対して静止している先頭部分を含む。

【0014】

本方法は、このように形成された可変ＩＧＶ装置又はサブアセンブリを試験するステップと、最後に可変ＩＧＶ装置をターボ機械に取り付けるステップとを更に含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

ここで、添付図面を簡単に参照する。

【図1】図１は、本発明に係る可変ＩＧＶ装置を含む遠心圧縮機の部分断面図である。

【図1A】図１Ａは、図１の拡大詳細図である。

【図2】図２は、入口プレナムに面する側からの可変ＩＧＶ装置の不等角投影図である。

【図3】図３は、インペラに面する側から見た図２の装置の不等角投影図である。

【図4】図４は、可変ＩＧＶ装置の軸線を含む可変ＩＧＶ装置の断面図である。

【図5】図５は、図４のＶ－Ｖによる断面図である。

【図6】図６は、図５のＶＩ－ＶＩによる断面図である。

【図7】図７は、本開示による方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

可変入口ガイドベーン配置のための新規な構造が本明細書に開示される。可変ＩＧＶ配置の設計、組み立て、及び試験を簡略化するために、ベーンは、２つの同軸構成要素間に枢動可能に取り付けられ、したがって、２つの同軸構成要素とその間に配置された可変入口ガイドベーンとを含む単一のユニット又はアセンブリを形成する。ユニットは、入口ガイドベーンの角変位を制御するための作動システムを更に含むことができる。

【0017】

可変入口ガイドベーンと、２つの同軸構成要素と、作動システムとを含むユニットは、ターボ機械の単一のサブアセンブリとしてターボ機械に挿入する前に組み立てて試験することができる。したがって、ターボ機械における組み立て、試験、及び取り付けが、より迅速かつより簡単になる。

【0018】

ここで図面を参照すると、図１及び、図１Ａの拡大図は、本開示による単一の装置として組み立てられた可変入口ガイドベーンを含む遠心圧縮機の断面図を示す。図１の圧縮機１は、ターボ機械の非限定的な例示的実施形態として示されており、本開示の新規な可変入口ガイドベーンを使用することができる。当業者は、圧縮機が図１に示される例と実質的に異なってもよいことを理解するであろう。また、ターボ機械の当業者は、本明細書で開示される入口ガイドベーンが、エキスパンダ又はタービンなどの異なる種類のターボ機械においても使用され得ることを理解するであろう。

【0019】

圧縮機１は、入口５及び出口７を備えたケーシング３を含む。図１の例示的な実施形態では、ケーシングは、垂直方向に分割された配置でバレル３Ａ及び前方閉鎖部３Ｂを備える。他の実施形態では、ケーシングは、２つのケーシング部分が圧縮機の回転軸に平行な平面に沿って結合された状態で、水平分割ケーシングとすることができる。

【0020】

シャフト１１は、ケーシング３内で軸Ａ－Ａを中心に回転するように支持される。１つ以上の圧縮機インペラが、シャフト１１と共回転するようにシャフト１１に取り付けられている。他の実施形態では、インペラは、例えば中央タイロッドを有する積層インペラとして構成されてもよい。

【0021】

図１の例示的な実施形態では、圧縮機１は、第１の上流インペラ１３と、第２の下流インペラ１５とを備える。第１インペラ１３の周囲には第１ダイアフラム１７が配置され、第２インペラ１９の周囲には第２ダイアフラム１９が配置されている。インペラの数及びその配置は、非限定的な例として示されている。

【0022】

ガス流路は、圧縮機入口５から入口プレナム２１、第１のインペラ１３及び第２のインペラ１５を通って圧縮機出口７に向かって延びる。可変入口ガイドベーン装置２３は、入口プレナム２１と第１のインペラ１３の吸引側又は入口側１３Ａとの間に配置される。装置２３の詳細は、図２、図３、図４、図５及び図６を参照して以下に開示される。

【0023】

可変入口ガイドベーン装置２３は、装置２３の軸Ａ－Ａの周りに円周方向に配置された複数の入口ガイドベーン２５を備える。圧縮機１に取り付けられると、装置２３の軸Ａ－Ａは、シャフト１１の回転軸Ａ－Ａと一致する。

【0024】

図示の実施形態では、各可変入口ガイドベーン２５は、図５に最もよく示されているように、先頭部分２７と後方部分２９とを含む。先頭部分２７は、それぞれの可変入口ガイドベーン２５の前縁２５Ｌを特徴とし、後方部分２９は、可変入口ガイドベーン２５の後縁２５Ｔを特徴とする。図５に最もよく示されるように、入口ガイドベーン２５の形状は、軸Ａ－Ａの周りで一方のベーンから他方のベーンへと変化し得る。いくつかの実施形態では、後方部分２９Ｘを含むが、先頭部分を含まない１つ又はいくつかの追加の可変入口ガイドベーン２５Ｘを、一組の可変入口ガイドベーン２５に追加することができる。

【0025】

図４及び図６に最もよく示されるように、可変入口ガイドベーン２５の各後方部分２９は、それぞれの可変入口ガイドベーン、より具体的には可変入口ガイドベーンの後方部分２９を枢動可能に支持するように適合された第１のピン３１及び第２のピン３３を含む。

【0026】

可変ＩＧＶ装置２３は、互いに連結されたディスク状部材３５と環状部材３７とを、入口ガイドベーン２５がそれらの間に配置された状態で、備えている。環状部材３７とディスク状部材３５とは、連結部材３９によって互いに強固に連結されている。いくつかの実施形態では、接続部材３９は、ねじであってもよく、又はねじを含んでもよい。接続部材３９は、好ましくは、図１Ａ、図２及び図５に最もよく示されているように、少なくともいくつかの可変入口ガイドベーンの先頭部分２７を通って延在し、可変ＩＧＶ装置２３を通って延びるガス経路にそれらが干渉しないようにする。

【0027】

ディスク状部材３５は軸方向開口４１を備え、環状部材３７は軸方向開口４３を備える。２つの軸方向開口４１、４３は同軸であり、圧縮機シャフトがそれを通って延びることを可能にする。更に、軸方向開口４１及び、可変入口ガイドベーン２５間の流路は、装置２３が圧縮機１内に取り付けられたときにインペラ入口１３Ａに向かうガス流路を特徴とする（図１及び図１Ａ参照）。

【0028】

ディスク状部材３５は、複数の第１の軸受又はブッシング４５を備える。各第１の軸受又はブッシング４５は、それぞれの第１のピン３１を収容する。環状部材３７は、複数の第２の軸受又はブッシング４７を備える。各第２の軸受又はブッシング４７は、それぞれの第２のピン３３を収容する。したがって、可変入口ガイドベーン２５の各後方部分２９は、ディスク状部材３５と環状部材３７との間に支持され、それぞれの同軸の第１のピン３１及び３３の軸の周りを回転することができる。

【0029】

各後方部分３９の角変位は、作動システム５１によって制御することができる（図３参照）。作動システム５１は、環状部材３７の反対側に面するディスク状部材３５の側部に形成された座部５２内に収容することができる。

【0030】

いくつかの実施形態では、図３に最もよく示されているように、作動システム５１は、サーボアクチュエータなど（図示せず）に接続するためのコネクタ５３を含む。コネクタ５３は、ディスク状部材３５及び環状部材３７と同軸のリング５５にヒンジ結合されている。リング５５は、装置２３の軸Ａ－Ａの周りで角変位を行うことができる。リング５５は、接続レバー５７、５９によって可変入口ガイドベーン２５の各後方部分の第１のピン３１に駆動可能に結合することができる。したがって、作動システム５１は、可変入口ガイドベーン２５の各後方部分２９の同時回転を制御するように適合される。

【0031】

したがって、軸受又はブッシング４５、４７、ディスク状部材３５、環状部材３７、及び作動システム５１は、圧縮機１とは別個に組み立てることができる単一のユニット又はサブアセンブリに組み合わされる。一旦組み立てられると、装置２３は試験され、最終的に圧縮機１に設置され得る。

【0032】

可変ＩＧＶ装置２３は、入口プレナム２１を第１のインペラ１３の吸引側１３Ａに流体結合する環状開口内に入口ガイドベーン２５が配置されるような位置で圧縮機１内に収容される。図１の実施形態では、ディスク状部材３５は、固定ダイアフラム１７に形成された座部に収容され、より具体的には、入口プレナム２１に面するダイアフラム１７の表面に設けられた環状座部１８に収容される。一旦取り付けられると、可変ＩＧＶ装置２３の環状部材３７は、ケーシング３の前方部分に形成された座部２０内に少なくとも部分的に収容することができ、これは、図面に示される実施形態では、前方閉鎖部３Ｂによって特徴付けられる。

【0033】

図７は、圧縮機内に入口ガイドベーンを組み立てて取り付ける方法を要約するフローチャートを示す。

【0034】

方法は、ディスク状部材３５に第１の軸受４５を取り付けるステップ（ステップ１０１）と、環状部材３７に第２の軸受４７を取り付けるステップ（ステップ１０２）とを含む。ステップ１０１及び１０２は、任意の順序で又は同時に実行することができる。本方法は、可変入口ガイドベーン２５がその間に収容された状態で、ディスク状部材３５と環状部材３７とを互いに堅固に接続するステップ（ステップ１０３）を更に含む。各可変入口ガイドベーン２５は、それぞれの第１の軸受４５内で回転するように収容された第１のピン３１と、それぞれの第２の軸受４７内で回転するように収容された第２のピン３３とを有する。したがって、ディスク状部材３５、環状部材３７及び可変入口ガイドベーン２５は、ユニット又はサブアセンブリを形成する。作動システム５１は、ディスク状部材３５の背面に取り付けることができる（ステップ１０４）。このように組み立てられたサブアセンブリ又はユニットは、試験され（ステップ１０５）、その後、圧縮機１に導入されて取り付けることができる（ステップ１０６）。

【0035】

上述した動作の順序は、ステップのいくつかが逆の順序で実行されるように変更することができる。例えば、作動システム５１は、入口ガイドベーン２５がディスク状部材３５に取り付けられた後に、第１のピン３１が第１のブッシング又は軸受４５に導入された状態で取り付けることができ、次いで、環状部材３７は、第２のピン３３が第２の軸受又はブッシング４７に導入された状態でディスク状部材３５に取り付けることができる。

【0036】

例示的な実施形態は、上記で開示され、添付の図面に示されている。以下の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に具体的に開示されているものに、様々な変更、省略、及び追加を行ってもよいことが、当業者には理解されるであろう。

【図1】

【図1A】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】