(57)【要約】【課題】新規のタイプのターボ機械ロータおよび新規のタイプのターボ機械ロータを製造する方法を生み出すこと。【解決手段】径方向内側シャフト（１１）と、径方向外側でシャフト（１１）に従うハブ体（１２）と、少なくとも径方向外側へかつ適切な場合シャフト（１１）の方向に径方向内側へ延在している前記ハブ体（１２）から生じている動翼（１３）と、ターボ機械ロータ（１０）の動作によって引き起こされる振動を減衰させるために、ハブ体（１２）および／または動翼（１３）上に一体的に形成されている振動ダンパ（１４）とを有するターボ機械ロータ（１０）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向内側シャフト（１１）と、
前記シャフト（１１）に径方向外側に隣接しているハブ体（１２）と、
少なくとも径方向外側にかつ適切な場合に前記シャフト（１１）の方向に径方向内側へ延在している、前記ハブ体（１２）から生じている動翼（１３）と、
ターボ機械ロータ（１０）の動作によって引き起こされる振動を減衰させるために、前記ハブ体（１２）および／または前記動翼（１３）上に一体的に形成されている振動ダンパ（１４）と
を有する、ターボ機械ロータ（１０）。
【請求項２】
前記振動ダンパ（１４）としての摩擦振動ダンパ（１５）が各隣接した動翼（１３）間の前記ハブ体（１２）上に一体的に形成されており、径方向にかつ円周方向に延在している摩擦面（１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械ロータ。
【請求項３】
前記摩擦振動ダンパ（１５）は、前記円周方向に見ると、前記隣接する動翼（１３）間の中心から外れて配置さ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ロータ。
【請求項４】
前記ハブ体（１２）から径方向外側の前記動翼（１３）の外側動翼部分（１３ａ）上に、各々が前記隣接する動翼（１３）間に延在している変形振動ダンパ（１８）が、いずれの場合にも曲がった外形を有する振動ダンパ（１４）として一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ機械ロータ。
【請求項５】
径方向に見ると、複数の変形振動ダンパ（１８）が形成されており、複数の変形振動ダンパ（１８）の径方向位置および／または外形が、減衰される振動の振動モードに合わせ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ロータ。
【請求項６】
前記ハブ体（１２）から径方向内側のかつ前記シャフト（１１）から径方向外側の動翼部分（１３）の内側動翼部分（１３ｂ）上に、摩擦ダンパ（１５）が前記振動ダンパ（１４）として一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボ機械ロータ。
【請求項７】
前記ハブ体（１２）から径方向内側のかつ前記シャフト（１１）から径方向外側の前記動翼（１３）の内側動翼部分（１３ｂ）上に、変形振動ダンパ（１８）が前記振動ダンパ（１４）として一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のターボ機械ロータ。
【請求項８】
前記動翼（１３）は異なる強度の部分（１９、２０）を有す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ロータ。
【請求項９】
モノリシックにまたは一部品で形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のターボ機械ロータ。
【請求項１０】
積層造形法、特に３Ｄ印刷により形成されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のターボ機械ロータを製造する方法。
【請求項１１】
摩擦振動ダンパ（１５）は、前記積層造形法の間に、少なくとも１つの金属粉末層が暴露されずかつ少なくとも一定の部分において溶解されないように形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
異なる強度の部分（１９、２０）は、前記積層造形法の間に、金属粉末で満たされた中空空間を形成するために、少なくとも１つの金属粉末層が露出されずかつ一定の部分において溶解されないように形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターボ機械ロータに関する。さらに、本発明はそのようなターボ機械ロータを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンまたは圧縮機などのターボ機械が、ステータ側アセンブリとロータ側アセンブリとを含む。ターボ機械のロータ側アセンブリは、シャフトと、ハブ体と、該ハブ体から生じている、径方向外側に延在している少なくとも動翼とを含む、所謂ターボ機械ロータを含む。
【０００３】
ターボ機械ロータの動翼は、動作中、大荷重に晒される。したがって、ターボ機械ロータの翼は、動作中、振動に晒される可能性があり、それは動翼の故障につながる可能性がある。このため、ターボ機械ロータ上に振動減衰要素を設置することが実践から既に知られている。
【０００４】
したがって、特許文献１がターボ機械ロータを示しており、この場合には、隣接する動翼間に減衰ワイヤが延在している。この減衰ワイヤは振動ダンパとしての機能を果たす。
【０００５】
特許文献２から、さらなるターボ機械ロータが知られており、この場合には、隣接する動翼間にスリットダンパピンが振動ダンパとして使用されている。
【０００６】
先行技術から知られているターボ機械ロータの場合には、振動ダンパは各々、別々に製造され、次いでターボ機械ロータ上に設置されなければならない別個のアセンブリとして形成されている。これは欠点である。より容易な方法でターボ機械ロータ上に振動減衰要素を設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０１０５０２（Ａ１）号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１７／０１９１３６６（Ａ１）号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このことから出発して、本発明は、新規のタイプのターボ機械ロータおよび新規のタイプのターボ機械ロータを製造する方法を生み出すという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本目的は、請求項１に記載のターボ機械ロータにより解決される。
【００１０】
本発明によるターボ機械ロータは、少なくとも１つの径方向内側シャフトと、該シャフトに径方向外側で隣接するハブ体と、該ハブ体から生じており、少なくとも外側へかつ選択的にシャフトの方向に径方向内側へ延在している動翼と、動作に起因するターボ機械ロータの振動を減衰させるために、ハブ体上に一体的に形成されているかつ／または該動翼上に形成されている振動ダンパとを含む。
【００１１】
本発明では、ターボ機械ロータの振動を減衰させるために、振動ダンパをターボ機械ロータのハブ体および／または動翼上に一体的に形成することが提案されている。したがって、該振動ダンパはもはや、別々に製造されなければならず、その後設置されるかまたは組み立てられなければならない別個のアセンブリではなく、むしろ別々に製造される必要がなく、その後取り付けられる必要がないが、むしろターボ機械ロータの製造中、一体部分として形成される必要がある一体振動ダンパである。
【００１２】
本発明の有利なさらなる改善によれば、摩擦振動ダンパが、隣接する動翼間のハブ体上に一体的に形成されており、それはいずれの場合にも、径方向および円周方向に延在する摩擦面を有する。あるいはまたはさらに、変形振動ダンパが、ハブ体から外側動翼部分まで、いずれの場合にも隣接する動翼間の径方向外側の動翼上に一体的に形成されており、それは曲がった外形を有する。あるいはまたはさらに、摩擦振動ダンパおよび／または変形振動ダンパが、ハブ体から径方向内側のかつシャフトから径方向外側の動翼上に、内側動翼部分上に、一体的に形成されている。あるいはまたはさらに、動翼は異なる強度の部分を有する。そのような振動ダンパは一体設計に特に適している。
【００１３】
本発明の有利なさらなる改善によれば、ターボ機械ロータは、詳細には、積層造形法、詳細には３Ｄ印刷により、モノリシックにまたは一部品で形成される。ターボ機械ロータ全体は、モノリシックにかつしたがって一部品でまたは一体で形成される。ターボ機械ロータは、すなわちハブ体および／または動翼上に一体的に形成される振動ダンパを含めた積層造形法により、容易に構築され得る。
【００１４】
本発明によるターボ機械ロータを製造する方法は請求項１０において定められている。
【００１５】
本発明の好適なさらなる改善が下位クレームおよび後続の説明から得られる。本発明の例示的実施形態が、これに限定されることなく図面によって、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１のターボ機械ロータからの高度に概略化された抜粋の図である。
【図２】図１の詳細ＩＩの図である。
【図３】第２のターボ機械ロータからの高度に概略化された抜粋の図である。
【図４】第３のターボ機械ロータからの高度に概略化された抜粋の図である。
【図５】さらなるターボ機械ロータからの高度に概略化された抜粋の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、径方向内側シャフト１１、ハブ体１２、および動翼１３の領域内での、ターボ機械ロータ１０からの高度に概略化された抜粋を示す。シャフト１１はターボ機械ロータ１０を取り付けるに役立つ。ハブ体１２は径方向外側でシャフト１１に従い、シャフト１１を少なくとも一定の部分において外側で取り巻いている。動翼１３は媒体の流動誘導に役立ち、この目的のために、流動前縁と、流動後縁と、詳細には吸込み側および圧迫側を形成している流動前縁と流動後縁との間に延在している流動誘導面とを含む。動翼１３は、流動誘導に役立つ、ハブ体１２から径方向外側へ生じる外側動翼部分１３ａを備えて、かつ流動誘導に役立たず、シャフト１１の方向にハブ体１２から径方向内側へ生じている内側動翼部分１３ｂを備えて、延在している。
【００１８】
ターボ機械ロータ１０上に、すなわち図１のハブ体１２上に、ターボ機械ロータ１０の、詳細には動翼１３の動作によって引き起こされる振動を補償するために、振動ダンパ１４が一体的に形成されている。
【００１９】
図１の詳細ＩＩ（図２参照）から分かる通り、この目的のために、振動ダンパ１４を実現する摩擦振動ダンパ１５が、各２つの隣接する動翼部分１３間のハブ体１２上に一体的に形成されている。この摩擦振動ダンパ１５の領域において、ハブ１２は中断され、したがってしっかり結合されてまたは実質的に結合されて連続的に形成されておらず、その結果、動作中、振動減衰のために互いに擦れる摩擦面１６、１７が形成されている。これらの摩擦面１６、１７は、一方で径方向に、他方で円周方向に延在している。ここで、ハブ１２の部分がしっかり結合されてまたは実質的に結合されて接続されておらず、したがって互いに緩く隣接して、ここでは重なっている。
【００２０】
図１の詳細ＩＩ（図２参照）から明白であるように、各摩擦振動ダンパ１５は、円周方向に見ると、各隣接する動翼１３間に選択的に中心から外れて配置されており、分割比は、減衰される振動に応じて選択され得る。
【００２１】
図３は、ハブ１２および該ハブ１２から外側へ延在している動翼１３の動翼部分１３ａの領域内での、本発明によるターボ機械ロータ１０からのさらに高度に簡略化された抜粋を示す。図３に示されている例示的実施形態では、いずれの場合にも隣接する動翼１３間に延在している変形振動ダンパ１８が、動翼１３、すなわち外側動翼部分１３ａ上に一体的に形成されており、該変形振動ダンパ１８は各振動ダンパ１４を実現する。これらの変形振動ダンパ１８は、しっかり結合されてまたは実質的に結合されて、変形振動ダンパ１８が間に延在している動翼１３の両側に作用し、変形振動ダンパ１８は、円周方向に見ると、曲がった外形または波形外形を有する。
【００２２】
径方向に見た図３では、複数の変形振動ダンパ１８が動翼１３間に、すなわち該動翼上に一体的に形成されており、該複数の変形振動ダンパおよび／または該複数の変形振動ダンパの外形の径方向位置は、減衰される各振動の振動モードに合わせられる。動翼１３の振動の場合には、変形振動ダンパ１８は変形に晒され、したがって振動を減衰させる。
【００２３】
図４は、やはりシャフト１１、ハブ１２、および動翼１３の領域内での、本発明によるさらなるターボ機械ロータ１０からの抜粋を示し、図４の例示的実施形態では、振動ダンパ１４が、ターボ機械ロータ１０、すなわち動翼１３の内側動翼部分１３ｂ上にやはり一体的に形成されており、それは流動誘導に役立たない。ここで、図４に示されている振動ダンパ１４は変形振動ダンパ１８として設計されている。該振動ダンパは摩擦振動ダンパとしても設計され得る。
【００２４】
ここで、シャフト１１とハブ１２との間に延在している、動翼１３の内側動翼部分１３ｂは流動誘導に役立たないことがもう一度指摘される。単に、ハブ体１２から離れて外側に向かって径方向に延在している動翼１３の外側動翼部分１３ａがそのような流動誘導に役立つに過ぎない。
【００２５】
このため、ハブ体１２とシャフト１１との間に延在している内側動翼部分１３ｂは補強ブレースとも呼ばれる可能性があり、それは、シャフト１１とハブ体１２との間のターボ機械ロータ１０の構造補強に役立つ。そのような補強ブレースは、動翼１３の導流動翼部分１３ａに対して円周方向にずらされることも可能である。
【００２６】
図５は、動翼１３の領域内での、本発明によるさらなるターボ機械ロータ１０からの抜粋を示す。振動減衰のために、動翼１３は、振動ダンパ１４として、異なる強度の部分１９、２０を含む。これは、中空空間を取り囲んでいる、動翼１３の部分１９ではなく、部分２０、または材料構造体で満たされた中空空間であり得る。また、ターボ機械ロータ１０の動翼１３上の振動がこれにより有利に減衰され得る。
【００２７】
既に説明されているように、ターボ機械ロータ１０は選択的にモノリシック構造または一部品構造または一体構造である。選択的に、該ターボ機械ロータは積層造形法、詳細には３Ｄ印刷により製造される。
【００２８】
金属粉末の層が互いに重なって溶解される、層により構築される金属構成要素の３Ｄ印刷に関する詳細は、ここで呼ばれる当業者によく知られている。金属粉末を溶解させるために、金属粉末は詳細にはレーザビームに暴露される。
【００２９】
前述されている摩擦振動ダンパが３Ｄ印刷中に形成される場合、しっかりした結合の形成または実質的な結合の接続を防止するために、少なくとも１つの金属粉末層が少なくとも一定の部分において暴露されず、したがって溶解されない。類似的に、部分または中空空間２０が、金属粉末で満たされている、動翼１３の領域内に形成され、次いで、粉末で満たされた中空空間２０を取り囲む部分１９のものとは別のまたは異なる強度を有することが可能である。したがって、振動ダンパ１４は、このように３Ｄ印刷中に有利に容易に形成され得る。
【００３０】
本発明によるターボ機械ロータ１０はタービンまたは圧縮機のロータであり得る。該タービンまたは該圧縮機はターボ機械のアセンブリであり得る。本発明は他のターボ機械ロータでも、例えば圧縮機、蒸気タービン、および航空機エンジンンでも使用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ターボ機械ロータ
１１  シャフト
１２  ハブ体、ハブ
１３  動翼
１３ａ  外側動翼部分、導流動翼部分
１３ｂ  内側動翼部分
１４  振動ダンパ
１５  摩擦振動ダンパ
１６  摩擦面
１７  摩擦面
１８  変形振動ダンパ
１９  部分、中空空間２０を取り囲む部分
２０  部分、中空空間
ＩＩ  図１の詳細
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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