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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2021-510189(P2021-510189A)
(43)【公表日】2021年4月15日
(54)【発明の名称】ターボ機械内側ハウジング
(51)【国際特許分類】
F04D 29/44 20060101AFI20210319BHJP
F04D 29/42 20060101ALI20210319BHJP
F04D 29/62 20060101ALI20210319BHJP
【ＦＩ】
F04D29/44 L
F04D29/44 N
F04D29/42 J
F04D29/62 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2020-538043(P2020-538043)
(86)(22)【出願日】2018年12月21日
(85)【翻訳文提出日】2020年8月3日
(86)【国際出願番号】EP2018086644
(87)【国際公開番号】WO2019137804
(87)【国際公開日】20190718
(31)【優先権主張番号】102018200287.8
(32)【優先日】2018年1月10日
(33)【優先権主張国】DE
(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,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,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
(71)【出願人】
【識別番号】517298149
【氏名又は名称】シーメンス アクティエンゲゼルシャフト
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ディーター・ナス
(72)【発明者】
【氏名】シャルズ・ネジャティ−ラッド
(72)【発明者】
【氏名】カイ・シックマン
【テーマコード（参考）】
3H130
【Ｆターム（参考）】
3H130AA12
3H130AB27
3H130AB46
3H130AB62
3H130AB65
3H130AB69
3H130AC01
3H130BA53A
3H130BA53F
3H130BA95A
3H130BA98A
3H130CA12
3H130CA26
3H130CA27
3H130DA02Z
3H130DC01Z
3H130EA01A
3H130EA07A
3H130EB01A
3H130EB05A
3H130EC12A
3H130EC17A
3H130EC18A
3H130ED01A
(57)【要約】
本発明は、ラジアルターボ機械（ＲＴＭ）のためのターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）であって、ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、長手方向軸線（Ｘ）、特にロータ長手方向軸線（ＲＸ）に沿った分割線（ＴＦ）を有しており、これにより、ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、下側部分（ＬＰＣ）と上側部分（ＵＰＣ）とに分割されており、ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも２つの段（ＳＴＧ）を備えているラジアルターボ機械（ＲＴＭ）のために構成されており、ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、２つの段（ＳＴＧ）の間それぞれに戻り段（ＢＦＣ）を有しており、下側部分（ＬＰＣ）及び／又は上側部分（ＵＰＣ）が、一体に形成されており、少なくとも幾つかのセクションにおいて少なくとも２つの段（ＳＴＧ）を覆っている、ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）を提供する。このようなターボ機械内側ハウジングを改良するために、上側部分及び／又は下側部分が、少なくともセクションにおいて少なくとも２つの段を覆うように構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ラジアルターボ機械（ＲＴＭ）のためのターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）であって、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、長手方向軸線（Ｘ）、特にロータ長手方向軸線（ＲＸ）に沿った分割線（ＴＦ）を有しており、これにより、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、下側部分（ＬＰＣ）と上側部分（ＵＰＣ）とに分割されており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも２つの段（ＳＴＧ）を備えている前記ラジアルターボ機械（ＲＴＭ）のために構成されており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、２つの前記段（ＳＴＧ）の間それぞれに戻り段（ＢＦＣ）を有しており、
前記下側部分（ＬＰＣ）及び／又は前記上側部分（ＵＰＣ）が、一体に形成されており、少なくとも幾つかのセクションにおいて少なくとも２つの前記段（ＳＴＧ）を覆っていることを特徴とするターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、長手方向軸線（Ｘ）、特にロータ長手方向軸線（ＲＸ）に沿った分割線（ＴＦ）を有しており、これにより、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、下側部分（ＬＰＣ）と上側部分（ＵＰＣ）とに分割されており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも２つの段（ＳＴＧ）を備えている前記ラジアルターボ機械（ＲＴＭ）のために構成されており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、２つの前記段（ＳＴＧ）の間それぞれに戻り段（ＢＦＣ）を有しており、
前記下側部分（ＬＰＣ）及び／又は前記上側部分（ＵＰＣ）が、一体に形成されており、少なくとも幾つかのセクションにおいて少なくとも２つの前記段（ＳＴＧ）を覆っていることを特徴とするターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項2】
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、最大５０重量％の金属材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項3】
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも５０重量％のプラスチック材料から作られていることを特徴とする請求項２に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項4】
動作の際にプロセス流体に露呈される表面には、少なくとも部分的にコーティング（ＳＣＣ）が施されていることを特徴とするターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項5】
前記コーティング（ＳＳＣ）が、少なくとも部分的に金属材料から作られていることを特徴とする請求項４に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項6】
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも２つの戻り段（ＢＦＣ）を有しており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）の内側を形成している内面（ＩＳＣ）と外面（ＯＳＣ）とを有しており、
前記外面（ＯＳＣ）が、２つの前記段（ＢＦＣ）の間においてラジアル方向内方且つアキシアル方向に延在している少なくとも１つの凹所（ＲＲＺ）を有していることを特徴とする請求項１〜５の少なくとも一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）の内側を形成している内面（ＩＳＣ）と外面（ＯＳＣ）とを有しており、
前記外面（ＯＳＣ）が、２つの前記段（ＢＦＣ）の間においてラジアル方向内方且つアキシアル方向に延在している少なくとも１つの凹所（ＲＲＺ）を有していることを特徴とする請求項１〜５の少なくとも一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項7】
１つ以上の前記凹所（ＲＲＺ）が、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）の断面積の少なくとも３５％に亘って延在していることを特徴とする請求項６に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項8】
請求項１〜７のうち少なくとも一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）と、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）を囲んでいるターボ機械外側ハウジング（ＴＭＯ）と、を備えている装置（ＡＲＧ）であって、
前記装置（ＡＲＧ）が、アキシアル方向低圧側（ＬＰＳ）とアキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）とを有しており、
前記装置（ＡＲＧ）が、シール（ＳＴＳ）を有しており、前記シール（ＳＴＳ）が、周方向に延在しており、且つ、前記アキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）と前記アキシアル方向低圧側（ＬＰＳ）との間に配設された空間（ＲＢＴ）に配置されており、前記空間（ＲＢＴ）が、高圧部分（ＨＰＣ）と低圧部分（ＬＰＣ）とに分割されていることを特徴とする装置（ＡＲＧ）。
前記装置（ＡＲＧ）が、アキシアル方向低圧側（ＬＰＳ）とアキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）とを有しており、
前記装置（ＡＲＧ）が、シール（ＳＴＳ）を有しており、前記シール（ＳＴＳ）が、周方向に延在しており、且つ、前記アキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）と前記アキシアル方向低圧側（ＬＰＳ）との間に配設された空間（ＲＢＴ）に配置されており、前記空間（ＲＢＴ）が、高圧部分（ＨＰＣ）と低圧部分（ＬＰＣ）とに分割されていることを特徴とする装置（ＡＲＧ）。
【請求項9】
凹所（ＲＲＺ）が、アキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）に配置されていることを特徴とする請求項５及び８のうち少なくとも一項に記載の装置（ＡＲＧ）。
【請求項10】
ターボ機械外側ハウジング（ＴＭＯ）が、分割線（ＯＣＳ）が長手方向軸線（Ｘ）に対して横方向に設けられるように、バレル状の構造に形成されていることを特徴とする請求項７又は９に記載の装置（ＡＲＧ）。
【請求項11】
前記分割線（ＯＣＳ）が、カバー（ＣＯＶ）を前記ターボ機械外側ハウジング（ＴＭＯ）のバレル（ＢＲＬ）から分離していることを特徴とする請求項１０に記載の装置（ＡＲＧ）。
【請求項12】
一体に形成されている少なくとも１つのセクションが、少なくとも２つの段（ＳＴＧ）を覆っており、積層造形法によって製造されることを特徴とする請求項１〜６のうち少なくとも一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）又は請求項８〜１１のうち少なくとも一項に記載の装置（ＡＲＧ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ラジアルターボ機械のためのターボ機械内側ハウジングであって、ターボ機械内側ハウジングが、ターボ機械内側ハウジングが下側部分と上側部分とに分割されるように、長手方向軸線、特にロータ長手方向軸線に沿った分割線を有しており、ターボ機械内側ハウジングが、少なくとも２つの段を備えているラジアルターボ機械のために構成されており、ターボ機械内側ハウジングが、段同士の間に戻り段を有しており、下側部分及び/又は上側部分が、少なくとも２つの段を少なくとも部分的に覆っている一部品として形成されている、ターボ機械内側ハウジングに関する。
【背景技術】
【0002】
一般的なターボ機械内側ハウジングを具備する冒頭で述べたタイプのラジアルターボ機械は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４から既知とされる。
【0003】
ターボ機械内側ハウジング、すなわちターボ機械、特にラジアルターボ機械の内側ハウジングは、常時、外側ハウジングによって囲まれている。当該外側ハウジングは、大量のプロセス流体が外側ハウジングから漏出することができないように、実質的に密封されている。シャフト開口部が外側ハウジングに設けられている場合には、当該シャフト開口部はシャフトシールによって密封されている。技術的な理由により、漏出は、望ましいことではないが、当該シャフト開口部で発生する場合がある。基本的に、例えば圧縮機又はポンプのための駆動装置は、シャフト開口部を必要としないように、外側ハウジングの内部に設けられている場合がある。この場合には、外側ハウジングの対応するシールが実質的に密閉性を有している。
【0004】
本発明という意味の対応するターボ機械は、回転軸線に沿って延在しているロータを介して、技術的エネルギをプロセス流体から抽出し、又は技術的エネルギをプロセス流体に伝達させるように機能する。プロセス流体の圧力は、ターボ機械の内側ハウジングのアキシアル方向の範囲で増大又は減少するので、ターボ機械の内部における圧力差又はターボ機械に加わる圧力差が、実質的にターボ機械内側ハウジングのアキシアル方向端部同士の間に発生する。最も単純な場合には、プロセス流体は、入口から出口に向かって、ターボ機械を通じて流れる。基本的に、部分流が供給又は転向される場合がある。ラジアルターボ機械の場合には、羽根車それぞれにおいて、流れが、アキシアル方向からラジアル方向に、又はラジアル方向からアキシアル方向に偏向される。
【0005】
本明細書で解釈されるべき多段構造は、ラジアル方向外方に向かう流れ方向からラジアル方向内方に向かう流れ方向への転向を必然的に発生させる複数の羽根車を具備する構造を示している（本明細書の解釈においては、一の羽根車が一の段に相当する）。圧縮機の場合には、プロセス流体は、羽根車から離隔するようにラジアル方向外方に流れ、必然的に流れ方向の観点においてラジアル方向内方に１８０°反転し、略アキシアル方向において後続の羽根車に供給される。このために、ラジアルターボ機械は戻り段を有している。このような戻り段は、通常、羽根付環状チャネルとされる。羽根付環状チャネルは、ラジアル方向外方に向かう流れ方向を有するディフューザを有しており、対応して構成された環状チャネルを介して流れ方向を１８０°反転させる。従って、プロセス流体はラジアル方向内方に案内される。ディフューザ及び／又は戻り経路は、一般に、ラジアル方向内方において、比較的複雑な態様で既に形成されている環状チャネルを周方向における流れチャネルに分割する案内羽根を有している。最適な空力特性を得るために、対応する案内羽根を三次元的に構成することが一層望ましい。このことは、これら構成部品すなわち戻り段の外形的構成が極めて複雑であることを意味する。仮に極めて複雑であったとしても、従来技術に基づく機械加工手法によって戻り羽根の三次元形状を技術的に実現することは、現状のところ辛うじて可能である。組み立てを目的として、このような非常に複雑な形状を従来技術に基づいて製造することは、戻り段それぞれを少なくとも２つのアキシアル方向部分に分割することを要求する。従って、アキシアル方向部分が組み合わされた場合に、上述の環状チャネルが形成される。従って、従来技術に基づくターボ機械内側ハウジングは、戻り段構成部品の２つのアキシアル方向スタックから構成されている。戻り段構成部品は、上側部分と下側部分とを共に形成しており、完全なターボ機械内側ハウジングを形成している。このようなモジュール構造は、多くの部品、多くの固定手段、及びシール手段が必要とされるので、非常に複雑である。さらに、様々な部品を互いに密着させる必要があるのみならず、互いに対して位置合わせする必要がある。環状の戻り段の流路の製造が複雑であることに加えて、シール面の製造と多くの必要な芯出し手段及び固定手段とが、非常に複雑で高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０１６／０２６８２５号
【特許文献2】国際公開第２０１０／０３４６０２号
【特許文献3】国際公開第２００７／１３７９５９号
【特許文献4】欧州特許出願公開第１８６０３２６号
【特許文献5】国際公開第２０１６／１９８２１０号
【特許文献6】国際公開第２０１７／０６００３６号
【特許文献7】国際公開第２０１７／１０２２８６号
【特許文献8】国際公開第２０１７／１２１５３９号
【特許文献9】国際公開第２０１７／１３７３７６号
【特許文献10】国際公開第２０１７／３７２６２号
【特許文献11】国際公開第２０１７／１６７６１５号
【特許文献12】国際公開第２０１７／１８２２２０号
【特許文献13】国際公開第２０１７／１８２２２１号
【特許文献14】国際公開第２０１７／１９４２７４号
【特許文献15】国際公開第２０１７／１９４４５１号
【特許文献16】国際公開第２０１５／１４４４０１号
【特許文献17】国際公開第２０１７／０４５８２３号
【特許文献18】国際公開第２０１７／０６３８６１号
【特許文献19】国際公開第２０１７／０９３４６１号
【特許文献20】国際公開第２０１７／１３３８１２号
【特許文献21】国際公開第２０１７／１７４２３４号
【特許文献22】国際公開第２０１７／１７４２３３号
【特許文献23】国際公開第２０１７／１９４３８７号
【特許文献24】国際公開第２０１６／０７８８００号
【特許文献25】国際公開第２０１６／１１３１０７号
【特許文献26】国際公開第２０１６／１８８６９６号
【特許文献27】国際公開第２０１７／１５７６２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述の欠点を起点として、本発明の目的は、これら問題を少なくとも部分的に解消することである。本発明の目的を達成するために、独立請求項の特徴部分に記載の付加的な特徴と共に、冒頭で定義したタイプのターボ機械ハウジングを提案する。また、このようなターボ機械内側ハウジングを具備する装置を提案する。
【0008】
特に明記しない限り、例えばアキシアル方向、ラジアル方向、及び周方向のような用語は、対応するラジアルターボ機械のロータ長手方向軸線に対して少なくとも平行なターボ機械内側ハウジングの長手方向軸線に関連して使用される。
【0009】
特に記載がない限り、本明細書の記載は、本発明における圧縮機として構成されているターボ機械に関する。代替的には、本発明におけるターボ機械は、明示的に言及せずとも、膨張機として構成されている場合がある。当業者であれば、その専門的な知識に基づいて、変更すべき個所を変更した上で、本発明に関する説明を膨張機に適用することができる。
【0010】
「一体」という用語を用いる場合には、本発明は、破壊することなく分解不可能に形成されている構成部品に言及している。このことは、当該構成部品が、一様な材料片から形成されているか、又は破壊しなければ再び分離させることができないように嵌合若しくは少なくとも係合されたユニットとして形成されていることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
ターボ機械内側ハウジングの一体構造が、２つの段を覆っている少なくとも１つのセクションに亘って上側部分及び／又は下側部分から成る結果として、このような構造の剛性が良好になる。特に、ターボ機械内側ハウジングの戻り段の環状チャンバ又は流路の案内羽根が、非常に良好な結合をもたらすからである。従って、特に好ましくは、戻り段は、羽根付き構造を有する戻り段、すなわち案内羽根を有する戻り段とされる。
【0012】
一体に形成されている戻り段はそれぞれ、特に好ましくは、少なくともラジアル方向内方（流れ方向）に導くセクション及び／又はラジアル方向外方（流れ方向）に導くセクションに案内羽根を有している。従って、特に空気力学的に優位で効率的な構成のみならず、当該一体部の特に良好な剛性を実現することができる。
【0013】
発明の他の実施態様では、便宜上、ターボ機械ハウジングは、最大５０重量％の金属から作られている。特に好ましくは、ターボ機械内側ハウジングは、最大３０重量％の金属から作られている。本発明の特に好ましいさらなる発展形態では、ターボ機械内側ハウジングは、少なくとも５０重量％のプラスチック材料から、好ましくは３０重量％のプラスチック材料から作られている（特に記載が無ければ、本明細書におけるすべての割合のデータは重量に関する）。ターボ機械の内側ハウジングの従来の構造と比較して、本発明における構造は、当該構成部品の大部分をプラスチック材料から製造することを可能とする。金属材料から構築することによってのみ確保される機械的剛性が、一体構造によって確保されるからである。
【0014】
ターボ機械内側ハウジングも十分な耐摩耗性を有しているので、動作の際にプロセス流体に露呈される表面が、コーティングが施された基材より高い耐摩耗性を有している当該コーティングを具備する少なくとも幾つかの領域に設けられていることが望ましい。このようなコーティングは、特に優位には、金属から少なくとも部分的に作られているか、又は対応する金属片から製造されているか、若しくは金属インレーを利用して製造されている。
【0015】
本発明の特に便宜的なさらなる発展形態では、ターボ機械内側ハウジングが、少なくとも２つの戻り段を有しており、ターボ機械内側ハウジングが、ターボ機械内側ハウジングの内側を規定する内面と外面とを有しており、外面が、２つの戻り段の間にラジアル方向内方且つアキシアル方向に延在している少なくとも１つの凹所を有している。ラジアルターボ機械の場合には、アキシアル方向においてプロセス流体を取り込み且つ当該プロセス流体をラジアル方向に転向させるように延在している羽根車の一部分が、Ｕ字状の断面を形成している戻り段の環状流路同士の間において、略アキシアル方向に配置されている。特に当該領域では、ラジアル方向においてさらに外方に配置されているアキシアル方向領域が、実質的に空気力学的な機能を発揮させることができない。戻り段の環状流路は、羽根車からの流出部から次の羽根車へのアキシアル方向流入部に至るまでアキシアル方向に延在しているからである（このような流れ方向に関するデータが圧縮機に適用される。さらには、膨張機の場合には、流れ方向が逆転する。これ以上説明しないが、このような流れ方向に関するデータのために、圧縮機の例示が以下において常に利用される。）。従って、ラジアル方向内方に延在している凹所又は開口部を具備するアキシアル方向領域を２つの戻り段の間に設けることが優位である。このような凹所は、ターボ機械内側ハウジングの大きさに依存して、ターボ機械内側ハウジングの自重を著しく低減させ、例えば羽根車の外径に至るまでラジアル方向内方に連続している。好ましくは、対応する凹所のラジアル方向内側基部は、隣り合う段の羽根車の外径の領域に、当該羽根車の外径の＋／−２０％で配置されている。特に好ましくは、このような凹所、又はこのタイプの複数の凹所は、ターボ機械内側ハウジングの断面領域の少なくとも３５％に亘って延在している。この場合には、１００％は、ターボ機械内側ハウジングのアキシアル方向において隣り合う羽根車の領域に実際に存在する２つの断面領域の間の中間点を形成する仮定断面領域を表わす（断面積は長手方向軸線に対して垂直に配置されている）。円筒状のターボ機械内側ハウジングの場合には、１００％の断面積は一定の断面積を示している。このような凹所の重要な利点は、外部に作用する圧力が少なくとも当該凹所の領域においてアキシアル方向長さを変える効果を有していないことである。実際には、このような凹所が設けられていなければ、ターボ機械内側ハウジングの剛性に従って、及び内側ハウジングと外側ハウジングの間の圧力に従って、ターボ機械内側ハウジングの上側部分及び下側部分には大きい変形が発生し得る。従って、このような凹所は、ターボ機械内側ハウジングの剛性に関する必要条件を緩和する。
【0016】
本発明における利点は、本発明における実施例の又は対応する発展形態のターボ機械内側ハウジングとターボ機械外側ハウジングとを備えている装置であって、当該装置が、アキシアル方向低圧側とアキシアル方向高圧側とを有しており、当該配置が、周方向に延在しているシールを有しており、当該シールが、高圧側と低圧側との間の空間に配置されており、これにより当該空間が、高圧部分と低圧部分とに分離される、当該装置において特に明確である。当該配置は、便宜上、動作の際に高圧部品がターボ機械の終圧下にあるように、且つ、動作の際に低圧部分が吸気圧力下にあるように構成されている。この場合には、特に優位には、２つの隣り合う戻りの段間に配設された凹所が高圧部分の領域に配置されている。これにより、一方では高圧が少なくとも部分的にアキシアル方向において補償され、他方ではターボ機械内側ハウジングの外面における最終的な力分布が、動作の際にターボ機械内側ハウジングの上側部分に対する下側部分の接触圧力を特に一様に確保する。対応して、２つの部分の間の固定及び密閉のために必要とされる手段が少なくなる。
【0017】
特に便宜的には、当該装置のターボ機械外側ハウジングは、分割線が長手方向軸線に対して横方向に設けられるように、バレル状の構造で形成されている。本発明では、分割線がターボ機械外側ハウジングのバレルからカバーを分離するならば有用である。この場合には、当業者であれば理解可能なように、バレルのアキシアル方向終端部となるべきカバーは、ケーシング機能を有していない。
【0018】
少なくとも一体に形成されているターボ機械内側ハウジングの、少なくとも２段を覆っているセクションは、特に便宜上、積層造形法（生産的な生成法又は負荷製造法）によって製造される。対応する積層造形方法は、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２、特許文献２３、特許文献２４、特許文献２５、特許文献２６、及び特許文献２７から既知である。基本的に、例えば選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）、選択的レーザー焼結法（ＳＬＳ）、選択的熱焼成法（ＳＨＳ）、バインダ噴射法（バインダ付き強化粉末材料）、電子ビーム溶融法（ＥＢＭ）、溶融堆積モデリング法（ＦＤＭ又は溶融フィラメント加工（ＦＦＦ）））、肉盛溶接又はクラッディング、ワックスディップ成形（ＷＤＭ）、輪郭造形（contour crafting）、金属粉末利用技術（ＭＰＡ）、低温ガス注入及び電子ビーム溶接（ＥＢＷ）、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）＋マイクロＳＬＡ、光露光及び液体複合成形（ＬＣＭ）用デジタル光処理（ＤＬＰ）を使用する方法、薄膜積層法（ＬＯＭ）、金属の３Ｄスクリーン印刷法、並びに光制御電気泳動分離法のような、すべての積層造形方法は、本発明における構成に適用可能とされる。
【0019】
本発明の優位なさらなる発展形態では、ターボ機械内側ハウジングが、低圧側の吸引インサートを除いて、好ましくは一体構造下側部分と好ましくは一体構造上側部分とに分割される。当該吸引インサートは、好ましくは周方向において分割されておらず、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩを形成するために、分割線ＳＰＬで略アキシアル方向において分割された状態で下側部分ＬＰＣ及び上側部分ＵＰＣと結合している。好ましくは、ターボ機械内側ハウジングとターボ機械外側ハウジングとの間のシールは、吸引インサートに配置されており、高圧側を低圧側から分離している。優位には、吸引インサートは、圧力差に起因する機械的負荷を吸収可能なように、金属材料から作られている。
【0020】
本発明では、選択的レーザー溶融法や電子ビーム溶融法が特に望ましい。本発明では、特に有用である。少なくとも上述のセクションのみならず、上側部分全体、下側部分全体、又は上側部分と下側部分との両方が、包括的に一体に形成されている。従って、上述のタイプの積層造形法の適用が、ターボ機械内側ハウジング全体に便宜上適用可能とされる。
【0021】
本発明について、図面を参照しつつ、特定の例示的な実施例を用いて、以下に詳述する。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１は、本発明におけるターボ機械内側ハウジングＴＭＩを具備する装置ＡＲＧすなわちラジアルターボ機械ＲＴＭを表わす。ターボ機械の内側ハウジングＴＭＩは、ターボ機械外側ハウジングＴＭＯによって囲まれており、プロセス流体ＰＦＬは、ターボ機械外側ハウジングＴＭＯを通じて、流入口ＩＭＦから流出口ＥＸＴに流れる。ラジアルターボ圧縮機を表わす具体的且つ例示的な実施例では、プロセス流体ＰＦＬは、羽根車ＩＭＰによってターボ機械内側ハウジングＴＭＩを通じて流れる場合に比較的高い圧力を受ける。羽根車ＩＭＰは、長手方向軸線Ｘすなわち回転軸線ＲＸの周りに回転するロータＲＯＴの構成部品とされる。当該実施例では、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩは、静的な構成部品、特に空気力学的に作用する構成部品とされ、羽根車ＩＭＰを具備するロータＲＯＴは、技術的エネルギを外部駆動装置（詳細には図示しない）からプロセス流体ＰＦＬに導入する。駆動装置を接続することを目的として、ロータの左側シャフト端部が、右側シャフト端部と同様に、貫通孔においてターボ機械外側ハウジングＴＭＯから離脱するように、アキシアル方向に案内される。対応するシャフト開口部は、シャフトシール（詳細には説明しない）によって、外側ハウジングＴＭＯの内部におけるプロセス流体と外部環境との間の圧力差に対して密閉されている。
【0024】
ターボ機械内側ハウジングＴＭＩは、ターボ機械外側ハウジングＴＭＯの内部の空間ＲＢＴでプロセス流体ＰＦＬを受容する。空間ＲＢＴは、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩとターボ機械外側ハウジングＴＭＯとの間に配設されたシールＳＴＳによって、高圧側ＨＰＳと低圧側ＬＰＳとに分割されている。シールＳＴＳは、（長手方向軸線Ｘすなわちロータ軸線ＲＸに関する）周方向に延在しており、空間ＲＢＴのアキシアル方向高圧部ＨＰＣをアキシアル方向低圧部ＬＰＣから分離している。ターボ機械外側ハウジングＴＭＯの流入口ＩＭＦは、低圧部分ＬＰＣに導かれており、流出口ＥＸＴは、高圧部分ＨＰＣと流通している。シールＳＴＳは、動作の際に高圧部品ＨＰＣの比較的高い圧力がターボ機械内側ハウジングＴＭＩを低圧部品ＬＰＣに向かって押圧するように、アキシアル方向において接触するように構成されている。これにより、完全な周方向における接触が実現されるので、シールＳＴＳの気密性（leak-tightness）が確保される。
【0025】
図示のラジアルターボ機械ＲＴＭは、６つの羽根車を、すなわち本発明における解釈では６つの段ＳＴＧひいては圧縮機段を有している。ターボ機械内側ハウジングＴＭＩの内部に配設されたいわゆる戻り段ＢＦＣは、２つの段の間それぞれに形成されている。戻り段は、上流に配置されている羽根車ＩＭＰからラジアル方向外方に流れるプロセス流体ＰＦＬを受容する。最初にディフューザとして機能する戻り段ＢＦＣのセクションにおいて、プロセス流体が減速され、当該セクションに設けられている案内羽根を介して、望ましくない渦巻成分を実質的に解消する。下流に配置されている戻り段ＢＦＣの環状流路のセクションでは、プロセス流体は、１８０°反転してラジアル方向内方に転向された後に、案内羽根が配設されたセクションを通じてラジアル方向内方に流れ続ける。下流において、プロセス流体は、上流に配置されている次の羽根車ＩＭＰに向かって、アキシアル方向において９０°転向される。具体的且つ例示的な実施例では、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩは、長手方向軸線Ｘに沿った分割線を有している一体構造下側部分ＬＰＣと一体構造上側部分ＵＰＣとの組み合わせから構成されている。同様に、ターボ機械内側ハウジングの一体構造上側部分ＵＰＣ及び一体構造下側部分ＬＰＣも一体構造で形成されており、幾つかのセクションにおいてのみ少なくとも２つの段を覆っている。このことは、一体構造下側部分ＬＰＣのみの場合、又は一体構造上側部分ＵＰＣのみの場合にも当て嵌まる。このことについては、さらなる説明を要しない。
【0026】
具体的且つ例示的な実施例では、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩは、吸引インサートＳＥＳを除いて、一体構造下側部分ＬＰＣと一体構造上側部分ＵＰＣとに分割される。当該吸引インサートは、周方向において分割されておらず、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩを形成するために、分割線ＳＰＬで略アキシアル方向において分割された状態で下側部分ＬＰＣ及び上側部分ＵＰＣと結合している。シールＳＴＳは、高圧側ＨＰＳを低圧側ＬＰＳから分離しており、吸引インサートＳＥＳに対抗して配置されている。優位には、当該実施例では、吸引インサートＳＥＳは、金属材料から作られているので、圧力差に起因する機械的負荷を吸収することができる。
【0027】
例示的な実施例では、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩは、最大５０重量％の金属材料から、好ましくは最大３０重量％の金属材料から作られている。特に好ましくは、ターボ機械内側ハウジングは、５０重量％のプラスチック材料から、又は５０重量％より高い重量％のプラスチック材料から形成されている。幾つかの領域では、ターボ機械内側ハウジングの、動作の際にプロセス流体ＰＦＬに露呈される表面に、コーティングＳＣＣが施されている。当該コーティングは、少なくとも部分的に金属から作られている。
【0028】
ターボ機械内側ハウジングは、内面ＩＳＣと外面ＯＳＣとを形成している。外面ＯＳＣは、２つの戻り段ＢＦＣの間それぞれにおいてラジアル方向内方且つアキシアル方向に延在している凹所ＲＲＺを備えている。このような凹所ＲＲＺは、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩの断面積の少なくとも３５％を占めている。従って、動作の際に、高圧側ＨＰＳの終圧が、これら凹所ＲＲＺの領域にも作用するので、ターボ機械内側ハウジングＴＭＩに作用する比較的低いアキシアル方向圧縮力と、上側部分ＵＰＣと下側部分ＬＰＣとの間のシール面の極僅かな変形及び一様な接触とが保証される。一体構造上側部分ＵＰＣ及び一体構造下側部分ＬＰＣが、アキシアル方向及びラジアル方向において平面状に実質的に延在している凹所ＲＲＺのリブによって、アキシアル方向において補剛されている。
【0029】
動作の際には、一般に、外面ＯＳＣの領域における凹所それぞれの圧力は、高圧側ＨＰＳの終圧より低い。外面ＯＳＣの領域における輪郭が複雑であるので、動作圧は、一体構造上側部分ＵＰＣと一体構造下側部分ＬＰＣとの間の分割線ＴＦが圧縮されるように作用し、これにより内部漏出が防止される。従来技術に基づく金属製ハウジングでは、結合領域は、製造に関連する隙間を残した状態で厚肉になるので、その結果として内部漏出が発生する。
【0030】
ターボ機械外側ハウジングＴＭＯは、分割線ＯＣＳが長手方向軸線Ｘに対して横方向において両側に設けられるように、バレル状の構成で形成されている。カバーＣＯＶは、ターボ機械外側ハウジングＴＭＯのバレルＢＲＬのアキシアル方向終端部を両側に形成している。カバーは、ケーシング機能を有しておらず、単にアキシアル方向終端部を形成しているにすぎない。
【0031】
ターボ機械内側ハウジングＴＭＩは、積層造形法によって、少なくとも２つ以上の段が一体構造で包括的に形成されている領域に製造されている。
【符号の説明】
【0032】
ＲＴＭ ラジアルターボ機械ＴＭＩ ターボ機械内側ハウジング
ＴＭＯ ターボ機械外側ハウジング
ＥＸＴ 流出口
ＩＭＦ 流入口
ＩＭＰ 羽根車
ＰＦＬ プロセス流体
ＲＢＴ 空間
ＨＰＳ 高圧側
ＬＰＳ 低圧側
ＨＰＣ アキシアル方向高圧部
ＬＰＣ アキシアル方向低圧部
ＲＯＴ ロータ
ＢＦＣ 戻り段
ＳＴＳ シール
ＵＰＣ 一体構造上側部分
ＬＰＣ 一体構造下側部分
ＳＥＳ 吸引インサート
ＳＰＬ 分割線
ＩＳＣ 内面
ＯＳＣ 外面
ＲＲＺ 凹所
Ｘ 長手方向軸線
ＲＸ 回転軸線（ロータ軸線）
【図1】
【手続補正書】
【提出日】2020年9月4日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ラジアルターボ機械（ＲＴＭ）のためのターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）であって、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、長手方向軸線（Ｘ）に沿った分割線（ＴＦ）を有しており、これにより、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、下側部分（ＬＰＣ）と上側部分（ＵＰＣ）とに分割されており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも２つの段（ＳＴＧ）を備えている前記ラジアルターボ機械（ＲＴＭ）のために構成されており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、２つの前記段（ＳＴＧ）の間それぞれに戻り段（ＢＦＣ）を有しており、
前記下側部分（ＬＰＣ）及び前記上側部分（ＵＰＣ）のうち少なくとも１つが、一体に形成されており、少なくとも幾つかのセクションにおいて少なくとも２つの前記段（ＳＴＧ）を覆っていることを特徴とするターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、長手方向軸線（Ｘ）に沿った分割線（ＴＦ）を有しており、これにより、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、下側部分（ＬＰＣ）と上側部分（ＵＰＣ）とに分割されており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも２つの段（ＳＴＧ）を備えている前記ラジアルターボ機械（ＲＴＭ）のために構成されており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、２つの前記段（ＳＴＧ）の間それぞれに戻り段（ＢＦＣ）を有しており、
前記下側部分（ＬＰＣ）及び前記上側部分（ＵＰＣ）のうち少なくとも１つが、一体に形成されており、少なくとも幾つかのセクションにおいて少なくとも２つの前記段（ＳＴＧ）を覆っていることを特徴とするターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項2】
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、最大５０重量％の金属材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項3】
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも５０重量％のプラスチック材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項4】
動作の際にプロセス流体に露呈される表面には、少なくとも部分的にコーティング（ＳＣＣ）が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項5】
前記コーティング（ＳＳＣ）が、少なくとも部分的に金属材料から作られていることを特徴とする請求項４に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項6】
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、少なくとも２つの戻り段（ＢＦＣ）を有しており、
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）の内側を形成している内面（ＩＳＣ）と外面（ＯＳＣ）とを有しており、
前記外面（ＯＳＣ）が、２つの前記段（ＢＦＣ）の間においてラジアル方向内方且つアキシアル方向に延在している少なくとも１つの凹所（ＲＲＺ）を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）の内側を形成している内面（ＩＳＣ）と外面（ＯＳＣ）とを有しており、
前記外面（ＯＳＣ）が、２つの前記段（ＢＦＣ）の間においてラジアル方向内方且つアキシアル方向に延在している少なくとも１つの凹所（ＲＲＺ）を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項7】
１つ以上の前記凹所（ＲＲＺ）が、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）の断面積の少なくとも３５％に亘って延在していることを特徴とする請求項６に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）。
【請求項8】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）と、前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）を囲んでいるターボ機械外側ハウジング（ＴＭＯ）と、を備えている装置（ＡＲＧ）であって、
前記装置（ＡＲＧ）が、アキシアル方向低圧側（ＬＰＳ）とアキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）とを有しており、
前記装置（ＡＲＧ）が、シール（ＳＴＳ）を有しており、前記シール（ＳＴＳ）が、周方向に延在しており、且つ、前記アキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）と前記アキシアル方向低圧側（ＬＰＳ）との間に配設された空間（ＲＢＴ）に配置されており、前記空間（ＲＢＴ）が、高圧部分（ＨＰＣ）と低圧部分（ＬＰＣ）とに分割されていることを特徴とする装置（ＡＲＧ）。
前記装置（ＡＲＧ）が、アキシアル方向低圧側（ＬＰＳ）とアキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）とを有しており、
前記装置（ＡＲＧ）が、シール（ＳＴＳ）を有しており、前記シール（ＳＴＳ）が、周方向に延在しており、且つ、前記アキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）と前記アキシアル方向低圧側（ＬＰＳ）との間に配設された空間（ＲＢＴ）に配置されており、前記空間（ＲＢＴ）が、高圧部分（ＨＰＣ）と低圧部分（ＬＰＣ）とに分割されていることを特徴とする装置（ＡＲＧ）。
【請求項9】
凹所（ＲＲＺ）が、アキシアル方向高圧側（ＨＰＳ）に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の装置（ＡＲＧ）。
【請求項10】
ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）が、分割線（ＯＣＳ）が長手方向軸線（Ｘ）に対して横方向に設けられるように、バレル状の構造に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置（ＡＲＧ）。
【請求項11】
前記分割線（ＯＣＳ）が、カバー（ＣＯＶ）を前記ターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）のバレル（ＢＲＬ）から分離していることを特徴とする請求項１０に記載の装置（ＡＲＧ）。
【請求項12】
一体に形成されている少なくとも１つのセクションが、少なくとも２つの段（ＳＴＧ）を覆っており、積層造形法によって製造されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ機械内側ハウジング（ＴＭＩ）又は請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置（ＡＲＧ）。
【国際調査報告】