特表2019-521271(P2019-521271A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特表2019-521271熱伝達装置、ターボ機械ケーシング、および関連の記憶媒体
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(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】特表2019-521271(P2019-521271A)
(43)【公表日】2019年7月25日
(54)【発明の名称】熱伝達装置、ターボ機械ケーシング、および関連の記憶媒体
(51)【国際特許分類】
   F01D 25/14 20060101AFI20190704BHJP
   F01D 25/24 20060101ALI20190704BHJP
【FI】
   F01D25/14
   F01D25/24 K
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2018-563725(P2018-563725)
(86)(22)【出願日】2016年6月7日
(85)【翻訳文提出日】2019年2月1日
(86)【国際出願番号】PL2016050027
(87)【国際公開番号】WO2017213526
(87)【国際公開日】20171214
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】グルツェスチャク,ヴォイシェフ
(72)【発明者】
【氏名】レスツィンスキ,カロル・フィリップ
(72)【発明者】
【氏名】ツレーダ,ロバート・ジャセク
(72)【発明者】
【氏名】ヴェー,ジェームズ・ウィリアム
(72)【発明者】
【氏名】ジャミオロコウスキ,ロバート
(57)【要約】
種々の実施形態は、熱伝達装置、ターボ機械ケーシング、および関連の記憶媒体を含む。いくつかの場合において、装置は、外面および前記外面の内側の内側キャビティを有する本体と、前記本体を貫いて延びており、前記内側キャビティから前記本体を通って前記外面へと流体を導くように配置された少なくとも1つの開口と、前記内側キャビティを通る流体の流れの方向に対して前記外面から半径方向外側へとそれぞれ延びている前記本体の第1の端部の近傍の第1のリップおよび前記本体の第2の端部の近傍の第2のリップと、前記本体に結合し、前記内側キャビティの端部を塞ぎ、流体の流れを第1の方向から第2の別の方向へと向け直すように配置されたプラグとを含む。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外面(205)と、前記外面(205)の内側の内側キャビティ(211)とを有する本体(204)と、
前記本体(204)を貫いて延びており、前記内側キャビティ(211)から前記本体(204)を通って前記外面(205)へと流体を導くように配置された少なくとも1つの開口(207)と、
前記内側キャビティ(211)を通る前記流体の流れの方向に対して前記外面(205)から半径方向外側へとそれぞれ延びている前記本体(204)の第1の端部(217)の近傍の第1のリップ(215)および前記本体(204)の第2の端部(221)の近傍の第2のリップ(219)と、
前記本体(204)に結合し、前記内側キャビティ(211)の端部を塞ぎ、前記流体の流れを第1の方向から第2の別の方向へと向け直すように配置されたプラグ(213)と
を備える装置(200)。
【請求項2】
前記内側キャビティ(211)は、前記本体(204)の前記第1の端部(217)の近傍の入口(208)を含む、請求項1に記載の装置(200)。
【請求項3】
前記プラグ(213)は、前記本体(204)の前記第2の端部(221)に結合する、請求項1に記載の装置(200)。
【請求項4】
流体の流れの前記第2の別の方向は、流体の流れの前記第1の方向から、約90度〜約180度だけオフセットされている、請求項3に記載の装置(200)。
【請求項5】
前記第1のリップ(215)は、シール部材(225)を受け入れるように寸法付けられたスロット(223)を含む、請求項1に記載の装置(200)。
【請求項6】
前記少なくとも1つの開口(207)は、複数の開口(207)を含む、請求項1に記載の装置(200)。
【請求項7】
前記複数の開口(207)は、前記本体(204)の周りに周状に配置され、流体の流れの前記第1の方向に沿って配置された隣接する開口(207)を含む、請求項6に記載の装置(200)。
【請求項8】
前記本体(204)の前記外面(205)に形成された少なくとも1つの流体受け入れ用造作(209)
をさらに備え、
前記少なくとも1つの流体受け入れ用造作(209)は、前記少なくとも1つの開口(207)からの衝突後の流体を受け入れるように構成および配置され、
前記少なくとも1つの開口(207)は、前記少なくとも1つの流体受け入れ用造作(209)のいかなる部分も定めていない、請求項1に記載の装置(200)。
【請求項9】
前記少なくとも1つの流体受け入れ用造作(209)は、流体案内用造作をさらに含む、請求項8に記載の装置(200)。
【請求項10】
前記流体案内用造作は、前記衝突後の流体を前記少なくとも1つの開口(207)から遠ざかるように導く、請求項9に記載の装置(200)。
【請求項11】
第1の部分(103A)と、前記第1の部分(103A)の軸方向下流側の第2の部分(103B)とを含んでいる軸方向の流路(103)と、
前記軸方向の流路(103)に流体連通したノズルキャビティ(105)と、
前記軸方向の流路(103)と前記ノズルキャビティ(105)とを流体接続させる通路(230)と、
前記軸方向の流路(103)の前記第2の部分(103B)に位置するインピンジメントスリーブ(203)と
を備えており、前記インピンジメントスリーブ(203)は、
外面(205)と、前記外面(205)の内側の内側キャビティ(211)とを有しており、前記内側キャビティ(211)は前記軸方向の流路(103)の前記第1の部分(103A)に流体連通している本体(204)と、
前記本体(204)を貫いて延びており、前記内側キャビティ(211)から前記本体(204)を通って前記外面(205)へと流体を導くように配置された少なくとも1つの開口(207)と、
前記本体(204)の第1の端部(217)の近傍に位置し、前記外面(205)から半径方向外側へと延びており、前記軸方向の流路(103)の前記第1の部分(103A)を前記軸方向の流路(103)の前記第2の部分(103B)から封じる第1のリップ(215)と
を備えている、ターボ機械ケーシング(101)。
【請求項12】
前記本体(204)および前記第1のリップ(215)は、前記本体(204)の前記外面(205)と前記軸方向の流路(103)の前記第2の部分(103B)の内面との間の周状の空間(115)を定める、請求項11に記載のターボ機械ケーシング(101)。
【請求項13】
前記第1のリップ(215)は、スロット(223)を含んでおり、前記インピンジメントスリーブ(203)は、前記周状の空間(115)を前記軸方向の流路(103)の前記第1の部分(103A)から流体的に封じる前記スロット(223)内のシール部材(225)をさらに含む、請求項12に記載のターボ機械ケーシング(101)。
【請求項14】
前記少なくとも1つの開口(207)は、前記内側キャビティ(211)から前記周状の空間(115)へと前記流体の流れを導く、請求項12に記載のターボ機械ケーシング(101)。
【請求項15】
前記第1のリップ(215)は、前記周状の空間(115)における前記流体の流れを前記ノズルキャビティ(105)に流体連通した前記通路(230)へと導く、請求項14に記載のターボ機械ケーシング(101)。
【請求項16】
前記インピンジメントスリーブ(203)は、
前記本体(204)の第2の端部(221)の近傍に位置し、前記外面(205)から半径方向外側へと延びている第2のリップ(219)と、
前記本体(204)に結合し、前記内側キャビティ(211)の端部を塞ぎ、前記流体の流れを第1の方向から第2の別の方向へと向け直すように配置されたプラグ(213)と
をさらに含む、請求項14に記載のターボ機械ケーシング(101)。
【請求項17】
前記プラグ(213)は、前記本体(204)の前記第2の端部(221)に結合する、請求項16に記載のターボ機械ケーシング(101)。
【請求項18】
流体の流れの前記第2の別の方向は、流体の流れの前記第1の方向から、約90度〜約180度だけオフセットされている、請求項16に記載のターボ機械ケーシング(101)。
【請求項19】
前記内側キャビティ(211)は、前記本体(204)の前記第1の端部(217)の近傍の入口(208)を含み、前記少なくとも1つの開口(207)は、複数の開口(207)を含み、
前記複数の開口(207)は、前記本体(204)の周りに周状に配置され、流体の流れの前記第1の方向に沿って配置された隣接する開口(207)を含む、請求項11に記載のターボ機械ケーシング(101)。
【請求項20】
装置(200)を表すコードを記憶した非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記装置(200)が、コンピュータ化された付加製造装置による前記コードの実行時に物理的に生成され、
前記コードは、前記装置を表すコードを含み、
前記装置(200)は、
外面(205)と、前記外面(205)の内側の内側キャビティ(211)とを有する本体(204)と、
前記本体(204)を貫いて延びており、前記内側キャビティ(211)から前記本体(204)を通って前記外面(205)へと流体を導くように配置された少なくとも1つの開口(207)と、
前記内側キャビティ(211)を通る前記流体の流れの方向に対して前記外面(205)から半径方向外側へとそれぞれ延びている前記本体(204)の第1の端部(217)の近傍の第1のリップ(215)および前記本体(204)の第2の端部(221)の近傍の第2のリップ(219)と、
前記本体(204)に結合し、前記内側キャビティ(211)の端部を塞ぎ、前記流体の流れを第1の方向から第2の別の方向へと向け直すように配置されたプラグ(213)と
を備える、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本主題は、ターボ機械に関する。より詳細には、本主題は、ターボ機械における熱伝達に関する。
【背景技術】
【0002】
ターボ機械システムは、効率を高め、コストを下げるために、継続的に改良されている。ターボ機械システムの効率を高めるための1つの方法として、ターボ機械システムの動作温度を高くすることが挙げられる。温度を高くするために、ターボ機械システムは、使用時にそのような温度に耐えることができる材料で作られる。
【0003】
ターボ機械システムにおいては、ケーシング構成要素(ケーシング)が、通常は、ノズル/ベーン構成要素(ノズル部分)を収容する。作動流体が、ターボ機械システムを通り、ノズル部分を介して、例えば発電機などの1つ以上の出力を駆動すべく回転する1組のバケット/ブレードへと導かれる。作動流体がノズル部分に直接接触するため、この作動流体からの熱が、多くの場合に、ノズル部分の構成要素の温度を上昇させ、それらを膨張させる。ケーシングとノズル部分とが互いに充分に離れていない場合、加熱に起因するノズル部分の膨張によって、ケーシングとのこすれが生じ、ターボ機械の効率を低下させるとともに、ターボ機械システムの構成要素の寿命を短くする可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】欧州特許2960436号明細書
【発明の概要】
【0005】
種々の実施形態は、熱伝達装置、ターボ機械ケーシング、および関連の記憶媒体を含む。いくつかの場合、装置は、外面および前記外面の内側の内側キャビティを有する本体と、前記本体を貫いて延びており、前記内側キャビティから前記本体を通って前記外面へと流体を導くように配置された少なくとも1つの開口と、前記内側キャビティを通る流体の流れの方向に対して前記外面から半径方向外側へとそれぞれ延びている前記本体の第1の端部の近傍の第1のリップおよび前記本体の第2の端部の近傍の第2のリップと、前記本体に結合し、前記内側キャビティの端部を塞ぎ、流体の流れを第1の方向から第2の別の方向へと向け直すように配置されたプラグとを含む。
【0006】
本開示の第1の態様は、外面および前記外面の内側の内側キャビティを有する本体と、前記本体を貫いて延びており、前記内側キャビティから前記本体を通って前記外面へと流体を導くように配置された少なくとも1つの開口と、前記内側キャビティを通る流体の流れの方向に対して前記外面から半径方向外側へとそれぞれ延びている前記本体の第1の端部の近傍の第1のリップおよび前記本体の第2の端部の近傍の第2のリップと、前記本体に結合し、前記内側キャビティの端部を塞ぎ、流体の流れを第1の方向から第2の別の方向へと向け直すように配置されたプラグとを有する装置を含む。
【0007】
本開示の第2の態様は、第1の部分および前記第1の部分の軸方向下流側の第2の部分を含んでいる軸方向の流路と、前記軸方向の流路に流体連通したノズルキャビティと、前記軸方向の流路と前記ノズルキャビティとを流体接続させる通路と、前記軸方向の流路の前記第2の部分内に位置するインピンジメントスリーブとを含んでおり、前記インピンジメントスリーブは、外面および前記外面の内側の内側キャビティを有しており、前記内側キャビティは前記軸方向の流路の前記第1の部分に流体連通している本体と、前記本体を貫いて延びており、前記内側キャビティから前記本体を通って前記外面へと流体を導くように配置された少なくとも1つの開口と、前記本体の第1の端部の近傍に位置し、前記外面から半径方向外側へと延びており、前記軸方向の流路の前記第1の部分を前記軸方向の流路の前記第2の部分から封じる第1のリップとを含んでいる、ターボ機械ケーシングを含む。
【0008】
本開示の第3の態様は、装置を表すコードを記憶した非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記装置が、コンピュータ化された付加製造装置による前記コードの実行時に物理的に生成され、前記コードは、前記装置を表すコードを含み、前記装置は、外面および前記外面の内側の内側キャビティを有する本体と、前記本体を貫いて延びており、前記内側キャビティから前記本体を通って前記外面へと流体を導くように配置された少なくとも1つの開口と、前記内側キャビティを通る流体の流れの方向に対して前記外面から半径方向外側へとそれぞれ延びている前記本体の第1の端部の近傍の第1のリップおよび前記本体の第2の端部の近傍の第2のリップと、前記本体に結合し、前記内側キャビティの端部を塞ぎ、流体の流れを第1の方向から第2の別の方向へと向け直すように配置されたプラグとを備える、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本開示の種々の実施形態による物品内の装置の断面図を示している。
図2】本開示の実施形態による図1の装置の斜視図を示している。
図3】本開示の種々の実施形態による流体の流れを説明する装置を含むターボ機械の一部分の概略の斜視図である。
図4】本開示の種々の実施形態によるターボ機械内の装置の概略の斜視図である。
図5】本開示の種々の実施形態による図4の装置の一部分の拡大図である。
図6】本開示の実施形態によるテンプレートを表すコードを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む付加製造プロセスのブロック図を示している。
【0010】
可能な限り、同一の参照番号が、図面の全体を通して、同一の部分を表すために使用される。
【発明を実施するための形態】
【0011】
ケーシング内で熱を伝達するための装置(例えば、インピンジメントスリーブ)およびそのような装置を含むケーシング(例えば、ターボ機械ケーシング)が提供される。本開示の実施形態は、例えば、本明細書に開示の特徴のうちの1つ以上を含まない考え方と比較して、例えば、冷却効率を向上させ、クロスフローを低減し、クロス・フロー・デグラデーションを軽減し、圧力損失を低減し、逆流マージンを増加させ、小さい圧力低下でより大きな熱伝達をもたらし、熱伝達流体の再利用を促進し、連続インピンジメント冷却を促進し、物品の寿命を延ばし、より高いシステム温度の使用を容易にし、システム効率を高め、あるいはこれらの組み合わせによって、ターボ機械(例えば、ガスタービンまたは蒸気タービン)における動作を改善することができる。
【0012】
本明細書において使用されるとき、「軸方向の」および/または「軸方向に」という用語は、ターボ機械(とくには、ロータ部分)の回転軸に実質的に平行である軸線Aに沿った物体の相対的な位置/方向を指す。さらに、本明細書において使用されるとき、「半径方向の」および/または「半径方向に」という用語は、軸線Aに実質的に垂直でありかつただ1つの位置において軸線Aと交差する軸(r)に沿った物体の相対的な位置/方向を指す。さらに、「円周方向の」および/または「周方向に」という用語は、軸線Aを取り囲むが、いかなる位置においても軸線Aと交差しない円周に沿った物体の相対的な位置/方向を指す。
【0013】
図1および図2が、物品100(図1)および物品100内に配置された装置200(図2)の一実施形態を示している。物品100および/または装置200は、任意の適切な製造方法に従って形成される。適切な製造方法として、これらに限られるわけではないが、鋳造、機械加工、付加製造、またはこれらの組み合わせが挙げられる。例えば、本明細書において説明されるように、装置200の付加製造として、直接金属レーザ溶融(DMLM)、直接金属レーザ焼結(DMLS)、選択レーザ溶融(SLM)、選択レーザ焼結(SLS)、熱溶解積層法(FDM)、三次元(3D)印刷、任意の他の付加製造技術、またはこれらの組み合わせを挙げることができる。
【0014】
図1を参照すると、一実施形態において、物品100は、ターボ機械ケーシング(シェル)101またはその構成要素を含むが、これらに限られるわけではない。例えば、一実施形態においては、図1図3、および図4に示されるように、物品100が、ターボ機械ケーシング101を含み、装置200が、湾曲形状および/または円筒形のインピンジメントスリーブ(インピンジメントスリーブ)203を含む。 インピンジメントスリーブ203は、細長い管状の本体204(図2)を含むことができ、本体204に複数の開口207が形成されており、開口207は、熱伝達流体(例えば、気体または液体)を(円筒形の)インピンジメントスリーブ203を取り囲むターボ機械ケーシング101へと導くように構成される。種々の実施形態において、開口207は、本体204の周りに周状に配置され、軸方向において互いに隣接する開口207を含む(すなわち、隣接する開口207が、インピンジメントスリーブ203に進入する流体の流れの軸に沿って配置される)。種々の実施形態において、開口207は、本体204における実質的に円形の開口部を含むことができるが、他の実施形態において、開口207は、本体204における楕円形、長方形、多角形、または他の形状の開口部を含むことができる。種々の実施形態において、開口207は、約0.05インチ(約0.125センチメートル(cm))〜約0.1インチ(約0.25cm)の幅であり、いくつかの特定の事例においては、約0.065インチ(0.16cm)〜0.075インチ(0.2cm)の間の幅であり、これは、開口207の最も広い開口部において測定することができる。いくつかの事例において、開口207のサイズ、形状および配置は、本体204の各所において違ってもよい。
【0015】
さらに、いくつかの実施形態において、インピンジメントスリーブ203は、その外面205に形成された1つ以上の流体受け入れ用造作209を含むことができる。流体受け入れ用造作209は、例えば、流体の通過を可能にする1つ以上のスロット、穴、溝、または通路を含むことができる。いくつかの事例において、流体受け入れ用造作209は、流体(例えば、熱伝達流体)の流れを開口207から遠ざかるように導く流体案内用造作を含む。開口207は、熱伝達流体を円筒形のインピンジメントスリーブ203の内部の内側キャビティ211からインピンジメントスリーブ203の湾曲した外面205へと導き、その後にターボ機械ケーシング101の湾曲した表面へと導いて、噴出領域(いくつかの場合には、円筒形のインピンジメントスリーブ203の流体受け入れ用造作209へと再び導かれてよい)を形成するように構成される。内側キャビティ211は、(ケーシング101が属するターボ機械の主軸および内側キャビティ211の入口208への流れの主軸に一致する軸方向Aに沿って)インピンジメントスリーブ203の本体を実質的に完全に貫いて延びることができ、インピンジメントスリーブ203と隣接するプラグ213との接合部を終端(行き止まり)とすることができる。
【0016】
図3は、インピンジメントスリーブ203に対するケーシング101内の流体の流れをさらに示すターボ機械ケーシング101およびインピンジメントスリーブ203の概略の斜視図を示している。図示のように、ターボ機械ケーシング101は、ノズルキャビティ105の半径方向外側に(ターボ機械の中心軸から半径方向に離れて)位置する軸方向の流路103を含むことができる。技術的に公知のとおり、ノズルキャビティ105は、ターボ機械の内側ノズル部分107とターボ機械ケーシング101との間の温度差を低減するために熱伝達流体が向けられるターボ機械ノズルに近接する空間を含むことができる。種々の実施形態において、軸方向の流路103は、2つの部分を含み、すなわち第1の部分103Aと、第1の部分の軸方向下流側(流体入口から遠い)に位置し、第1の部分103Aに流体接続した第2の部分103Bとを含む。第2の部分103Bは、この図において、インピンジメントスリーブ203で部分的に占められて図示されている。第2の部分103Bは、インピンジメントスリーブ203を収容することができる第1の部分103Aよりも大きい内径を有することができる。図1図3に示されるように、インピンジメントスリーブ203は、第1の端部217に近接した第1のリップ215と、(第1の端部217の反対側の)第2の端部221に近接した第2のリップ219とを含むことができる。いくつかの場合、図2および図3に示されるように、第2のリップ219は、例えば、圧入、接着剤、ねじ、ボルト、クランプ、などの結合機構、溶接および/またはろう付けによる接続、などによって(例えば、軸方向の流路103内の)プラグ213に結合している。
【0017】
種々の実施形態において、第1のリップ215および第2のリップ219は、インピンジメントスリーブ203の外面205から(内側キャビティを通る流体の流れの主軸に対して)半径方向外側へと延びる突出部を含む。ターボ機械ケーシング101において、第1のリップ215および第2のリップ219は、インピンジメントスリーブ203のうちの第1のリップ215と第2のリップ219との間を延びる部分がキャビティ103の第2の部分103Bの内面に接触しないように、インピンジメントスリーブ203の外面205とキャビティ103の第2の部分103Bの内面117との間に周状の空間115を定めることができる(図4)。種々の実施形態において、第1のリップ215は、シール(例えば、シールリング)225を受け入れるように寸法付けられた周状に延びるスロット223を含む。シールリング225を含む第1のリップ215は、軸方向のキャビティ103の第1の部分103Aを通る熱伝達流体120(例えば、空気などの気体または水などの冷却用の液体)の流れが軸方向にインピンジメントスリーブ203の内側キャビティへと流されるように、軸方向のキャビティ103の第2の部分103Bを第1の部分103Aから流体を通さぬように封じる。図示のように、熱伝達流体120は、キャビティ103の第1の部分103Aを通ってインピンジメントスリーブ203へと(内側キャビティ211(図2を参照)を介して)流入し、インピンジメントスリーブ203から1つ以上の開口207を介して流出(プラグ213が内側キャビティ211を終わらせ、流れを反転させる)し、周状の空間115を通って、軸方向のキャビティ103の第2の部分103Bをノズルキャビティ105に流体連通させる通路(半径方向に延びている通路)230へと流れることができる。次いで、この熱伝達流体120を、さらなる熱伝達の用途および/または例えば高温ガスなどの作動流体との統合など、下流側または上流側の動作に使用することができる。
【0018】
インピンジメントスリーブ203の種々の実施形態は、図3に示される流体の動態がもたらされるのであれば、必ずしも図2に示した流体受け入れ用造作209を含む必要はないと理解される。しかしながら、いくつかの実施形態は、外面205において軸方向に延びてよく、開口207から通路230へと向かう熱伝達流体120の流れを案内するうえで役に立つ流体受け入れ用造作209を含むことができる。
【0019】
図4は、スリーブ403の第2の端部221を封じるプラグ413(断面図にて示されている)を含むインピンジメントスリーブ403の別の実施形態の概略図を示しており、プラグ413は、第2の端部221において内側キャビティ111に結合している(例えば、プラグ413の一部分が内側キャビティ111に嵌まり込んでいる)。これらの場合に、プラグ413は、内側キャビティ111の開口部を補い、インピンジメントスリーブ403に嵌合(例えば、圧入、締まりばめ、など)または結合する部分を含むことができる。インピンジメントスリーブ403は、第2のリップ219(図3)を含まなくてもよく、したがって、プラグ413は、第2のリップ219との接触または他のやり方での結合(図3)と対照的に、内側キャビティ111に直接的に嵌合することができる。図5は、第2の端部221に嵌合したプラグ413の拡大図を示している。いくつかの場合に、プラグ413は、例えばインピンジメントスリーブ403からプラグ413を取り外すための内部開口415と、(例えば、インピンジメントスリーブ403および/またはプラグ413を軸方向について保持するための)例えばシールリングまたは保持リングなどのシール部材を受け入れるための少なくとも1つの周状スロット417とを含むことができる。
【0020】
種々の実施形態によれば、図1〜5を参照すると、熱伝達流体120(例えば、図3に示されている)は、ケーシング101とノズル部分107との間の温度差の低減に役立つように軸方向の流路103へと導かれるターボ機械または別の機械の別の部分からの高温ガスを含む。すなわち、ノズル部分107内の構成要素がガスまたは蒸気などの高温の作動流体に曝されるとき、これらの部品は、加熱して膨張する可能性がある。周囲のケーシング101がノズル部分107と同じように迅速には加熱されず、あるいはノズル部分107と同程度にまでは加熱されない場合、ノズル部分107内の1つ以上の構成要素がケーシング101と干渉(例えば、こすれる、接触する、など)し、機械の性能を低下させる可能性がある。
【0021】
本明細書において図示および説明されるように、インピンジメントスリーブ203,403をケーシング101内に備え、ケーシング101内の熱伝達を向上させ、ケーシング101とノズル部分との間の温度差を小さくすることができる。種々の実施形態において、図3に示されるように、熱伝達流体120は、インピンジメントスリーブ203(または図4の403)に進入し、第1の方向(例えば、軸Aに実質的に平行)へと軸方向に流れる。その流体の速度および方向ゆえに、熱伝達流体120は、インピンジメントスリーブ203および内側キャビティ211をその遠位端(インピンジメントスリーブ203の第2の端部221)において塞ぐコンタクトプラグ213(または、図3のプラグ413)を通って流れることができる。プラグ213(413)は、熱伝達流体120の流れを第1の方向から第2の別の方向へと向け直す(そらす)ことができる。種々の実施形態において、第2の別の方向は、流体の流れの第1の方向から約90度〜約180度だけ異なる。すなわち、いくつかの場合に、熱伝達流体120の流れは、熱伝達流体120をインピンジメントスリーブ203の第1の端部217の方へと戻し、さらには開口207へと半径方向外側に向けるプラグ213、413(例えば、実質的に平坦な接触面、あるいは実質的に斜め、凹状、または凸状の表面を有する)に接触したときに、実質的に反転させられる。さらに、熱伝達流体120は、開口207を通り、インピンジメントスリーブ203の外面205の少なくとも一部分の周囲を通って、通路230に進入することができる。この流れの少なくとも部分的な反転、ならびにその後の開口207を通って通路230へと進む流れは、熱伝達流体120を介してケーシング101へと伝達される熱の量/ケーシング101から伝達される熱の量を増やすことで、ノズル部分107からの異なる熱作用の低減を助ける。
【0022】
インピンジメントスリーブ203,403(図1図5)は、その構成要素(例えば、プラグ213,413)も含めて、いくつかのやり方で形成することが可能である。一実施形態においては、インピンジメントスリーブ203,403を、鋳造、機械加工、溶接、押し出し、などによって形成することができる。しかしながら、一実施形態においては、付加製造が、インピンジメントスリーブ203,403の製造にとくに適する(図1図6)。本明細書において使用されるとき、付加製造(AM)は、従来からのプロセスの場合における材料の除去ではなく、材料の順次の積層によって物体を製造するあらゆるプロセスを含み得る。付加製造は、いかなる種類の工具、金型、または固定具も使用することなく、かつ材料をほとんど、または全く無駄にすることなく、複雑な幾何学的形状を生み出すことができる。金属の中実なビレットから部品を機械加工する場合には、かなりの部分が切り取られて廃棄されてしまうのに対し、付加製造において使用される材料は、部品を形作るために必要な材料だけである。付加製造プロセスとして、これらに限られるわけではないが、3D印刷、ラピッドプロトタイピング(RP)、直接デジタル製造(DDM)、選択的レーザ溶融(SLM)、および直接金属レーザ溶融(DMLM)を挙げることができる。現在の状況においては、DMLMが有利であることが明らかになっている。
【0023】
付加製造プロセスの例を説明するために、図6は、物体902を生成するための例示のコンピュータ化された付加製造システム900の概略/ブロック図を示している。この例において、システム900は、DMLM用として構成されている。本開示の全体的な教示が、他の形態の付加製造にも同様に適用可能であることを、理解すべきである。物体902は、二重壁のターボ機械の構成要素として図示されているが、付加製造プロセスを、インピンジメントスリーブ203、403(図1図5)の製造に容易に適合させることが可能であることを、理解すべきである。AMシステム900は、一般に、コンピュータ化された付加製造(AM)制御システム904と、AMプリンタ906とを含む。AMシステム900は、後述されるように、AMプリンタ906を使用して物体を物理的に生成するためにインピンジメントスリーブ203、403(図1図5)を定義する一式のコンピュータによる実行が可能な命令を含むコード920を実行する。各々のAMプロセスは、例えば、微粒子粉末、液体(例えば、液体金属)、シート、などの形態の異なる原材料を使用することができ、その蓄えを、AMプリンタ906のチャンバ910に保持することができる。今回の場合、インピンジメントスリーブ203,403(図1図5)を、金属または同様の材料で製作することができる。図示されているように、アプリケータ912が、最終的な物体の順次のスライスの各々を生み出す無地のキャンバスとして広がる原材料の薄い層914を形成することができる。他の場合においては、アプリケータ912が、例えば材料が金属である場合に、コード920によって定義されるとおりに先行の層上に次の層を直接適用または印刷することができる。図示の例では、レーザまたは電子ビーム916が、コード920によって定義されるとおりに各々のスライスについて粒子を融合させるが、これは、迅速に硬化する液体金属が用いられる場合には、必ずしも必要ではない。AMプリンタ906のさまざまな部分を、各々の新たな層の付加に対応するように移動させることができ、例えば、各層の後で、ビルドプラットフォーム918を下降させることができ、さらには/あるいはチャンバ910および/またはアプリケータ912を上昇させることができる。
【0024】
AM制御システム904が、コンピュータ930上にコンピュータ・プログラム・コードとして実装されて示されている。この点に関して、コンピュータ930は、メモリ932、プロセッサ934、入力/出力(I/O)インターフェース936、およびバス938を含むものとして示されている。さらに、コンピュータ930は、外部I/Oデバイス/リソース940および記憶システム942と通信するように示されている。一般に、プロセッサ934は、本明細書に記載のインピンジメントスリーブ203、403(図1図5)を表すコード920からの命令の下で、メモリ932および/または記憶システム942に記憶されたAM制御システム904などのコンピュータ・プログラム・コードを実行する。コンピュータ・プログラム・コードの実行時に、プロセッサ934は、メモリ932、記憶システム942、I/Oデバイス940、および/またはAMプリンタ906からデータを読み出すことができ、さらには/あるいはこれらにデータを書き込むことができる。バス938が、コンピュータ930の構成要素の各々の間の通信リンクを提供し、I/Oデバイス940は、ユーザのコンピュータとの対話を可能にする任意のデバイス940(例えば、キーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイ、など)を備えることができる。コンピュータ930は、ハードウェアおよびソフトウェアの考えられる種々の組み合わせの代表にすぎない。例えば、プロセッサ934は、単一のプロセッシングユニットを備えることができ、あるいはプロセッサ934を、例えばクライアントおよびサーバ上など、1つ以上の場所の1つ以上のプロセッシングユニットに分散させることができる。同様に、メモリ932および/または記憶システム942は、1つ以上の物理的な場所に存在することができる。メモリ932および/または記憶システム942は、磁気媒体、光学媒体、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、などを含むさまざまな種類の非一時的コンピュータ可読記憶媒体の任意の組み合わせを備えることができる。コンピュータ930は、ネットワークサーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、携帯デバイス、携帯電話機、ポケットベル、携帯情報端末、などの任意の種類のコンピューティングデバイスを備えることができる。
【0025】
付加製造プロセスは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体(例えば、メモリ932、記憶システム942、など)にインピンジメントスリーブ203、403(図1図5)を表すコード920を記憶することによって始まる。上述のように、コード920は、システム900によるコードの実行時にチップを物理的に生成するために使用することができる外側電極を定義する一組のコンピュータ実行可能命令を含む。例えば、コード920は、外側電極の正確に定義された3Dモデルを含むことができ、AutoCAD(登録商標)、TurboCAD(登録商標)、DesignCAD 3D Max、などの多様な周知のコンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアシステムのいずれかから生成可能である。この点において、コード920は、任意の現時点において公知のファイル形式または後に開発されるファイル形式をとることができる。例えば、コード920は、3D SystemsのステレオリソグラフィCADプログラム用に生成された標準テセレーション言語(Standard Tessellation Language)(STL)、または米国機械学会(ASME)の規格であり、任意のCADソフトウェアが任意のAMプリンタにおいて製作される任意の三次元物体の形状および構成を表現することを可能にするように設計された拡張マークアップ言語(XML)ベースのフォーマットである付加製造ファイル(AMF)によることができる。コード920は、必要に応じて、異なるフォーマット間での変換、一組のデータ信号への変換および送信、一組のデータ信号としての受信およびコードへの変換、記憶、などが可能である。コード920は、システム900への入力であってよく、部品の設計者、知的財産(IP)の提供者、設計会社、システム900のオペレータもしくは所有者、あるいは他の出所からもたらされてよい。いずれにせよ、AM制御システム904は、コード920を実行し、インピンジメントスリーブ203、403(図1図5)を、AMプリンタ906を使用して液体、粉末、シート、または他の材料の順次の層にて組み上げられる一連の薄いスライスへと分割する。DMLMの例においては、各々の層が、コード920によって定義された正確な幾何学的形状に溶融させられ、先行の層に融合する。その後に、インピンジメントスリーブ203、403(図1図5)に、例えば軽微な機械加工、シーリング、研磨、装置の他の部分への組み付け、などの任意のさまざまな仕上げ処理を加えることができる。
【0026】
本発明を、1つ以上の実施形態を参照して説明してきたが、その構成要素について、本発明の技術的範囲から外れることなく、種々の変更および同等物による置き換えが可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適応させるさめに、多数の変更を行うことが可能である。したがって、本発明は、本発明の実施について考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の特許請求の技術的範囲に包含されるすべての実施形態を含むことが意図される。加えて、詳細な説明において述べられたすべての数値は、正確な値および近似値の両方が明示的に示されたものとして解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0027】
100 物品
101 ターボ機械ケーシング
103 軸方向の流路、(軸方向の)キャビティ
103A (軸方向の流路の)第1の部分
103B (軸方向の流路の)第2の部分
105 ノズルキャビティ
107 内側ノズル部分
111 内側キャビティ
115 周状の空間
117 内面
120 熱伝達流体
200 装置
203 インピンジメントスリーブ
204 本体
205 外面
207 開口
208 入口
209 流体受け入れ用造作
211 内側キャビティ
213 コンタクトプラグ
215 第1のリップ
217 第1の端部
219 第2のリップ
221 第2の端部
223 スロット
225 シールリング
230 通路
403 インピンジメントスリーブ
413 プラグ
415 内部開口
417 周状スロット
900 付加製造システム
902 物体
904 AM制御システム
906 AMプリンタ
910 チャンバ
912 アプリケータ
914 原材料の薄い層
916 レーザまたは電子ビーム
918 ビルドプラットフォーム
920 コード
930 コンピュータ
932 メモリ
934 プロセッサ
936 I/Oインターフェース
938 バス
940 I/Oデバイス/リソース
942 記憶システム
図1
図2
図3
図4
図5
図6
【国際調査報告】