(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械用遠心インペラであって、
中央孔、背面（１５０２ｂ）、及び該背面（１５０２ｂ）の反対側にある前面（１５０２ａ）を有する金属ベース（１５０２）と、
前記金属ベース（１５０２）の前面（１５０２ａ）上に延びる複数のブレード（１５０４、１５０６）と、
前記複数のブレード（１５０４、１５０６）に取り付けられて、前記金属ベース（１５０２）の前面（１５０２ａ）及び前記複数のブレード（１５０４、１５０６）と共に複数の閉鎖経路又はベーンを形成するようになる複合材シュラウド（１５０８）と、
前記複合材シュラウド（１５０８）を前記金属ベース（１５０２）及び前記複数のブレード（１５０４、１５０６）に取り付けるように構成され、接着剤と機械的な連結手段との組み合わせにより構成された接続手段（１５１０、１６０６、１７０６、  １８０６、  １９０６、  ２３０２、  ２４１０、  ２６０８、  ２６１２、  ３００２、  ３０１０、  ３４０２、  ３５１０）と、
を備える遠心インペラ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのブレード（１５０４、１５０６）の前縁（１５０６）が複合材料からなり且つ前記ブレードの残りの部分（１５０４）が金属材料からなり、又は、前記少なくとも１つのブレードの後縁が複合材料からなり且つ前記ブレードの残りの部分が金属材料からなり、或いは、前記少なくとも１つのブレードの前縁及び後縁の両方が複合材料からなり且つ前記ブレードの残りの部分が金属材料からなる、請求項１に記載の遠心インペラ。
【請求項３】
前記接続手段が、複合材料から作られた前記部品間に分布される接着剤又はシリコンもしくは樹脂（１５１０）を含む、請求項１又は２に記載の遠心インペラ。
【請求項４】
前記複合材シュラウド（１５０８）が、複合材料から作られ且つ前記複合材ブレード（１６０２）の内側部分（１６０３）を嵌合するように構成されたブラケット（１６０４）を含み、前記接続手段が、前記ブラケットを前記複数のブレード（１６０２）の内側部分（１６０３）に接続する接着剤又はシリコンもしくは樹脂（１６０６）を含み、前記ブラケット（１６０４）及び前記複合材ブレード（１６０２）の内側部分（１６０３）が前記ブレード（１６０２）の滑らかなプロファイルを形成する、請求項１〜３のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項５】
前記複合材シュラウド（１５０８）に取り付けられ且つ前記複数のブレード（１７０２）の後縁にわたって前記複合材シュラウド（１５０８）から前記金属ベース（１５０２）の背面まで延びる複合材ストリップ（１７０６）を更に備える、請求項１〜４のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項６】
前記複合材シュラウド（１５０８）が複数の凹部（１８０４）を含み、前記接続手段が、前記複数のブレード（１８０２）に取り付けられ且つ前記複数の凹部（１８０４）の内部に嵌合して開放位置と閉鎖位置とを有するように構成された複数のピン（１８０６）を含み、前記開放位置により前記複数のピン（１８０６）の前記凹部（１８０４）への出入りが可能になり、前記閉鎖位置により前記複数のピン（１８０６）が前記凹部（１８０４）内にロックされる、請求項１〜５のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項７】
前記接続手段が、前記複数のブレード（１９０８）上に形成された複数のフック（１９０６）と、前記複数のフック（１９０６）を受けるように構成された前記複合材シュラウド（１９０２）内の対応する複数の孔（１９０４）とを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項８】
前記接続手段が、前記複数のブレード（１９０８）上に形成された複数のピン（１９０６）と、前記複数のピン（１９０６）を受けるように構成された前記複合材シュラウド（１９０２）内の対応する複数の孔とを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項９】
前記接続手段が、前記複数のブレード（１９０８）上に形成される複数の孔（２２０２）に設けられる複数のピン（２２００）と、前記複合材シュラウド（１９０２）内の対応する複数の孔（１９０４）とを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項１０】
前記複数のピン（２２００）をリベット留め又はネジ留めしてナットを受け、或いは両方を行って前記複合材シュラウドを前記ブレードに固定する、請求項９に記載の遠心インペラ。
【請求項１１】
前記複合材シュラウド（２４０４）と一体的に構成され且つ前記金属ベース（２４０８）の前面上で前記複数のブレード（２４０６）に接続されて、ブレード全体が後縁において複合材料からなり且つ前縁において金属材料からなる複数の複合材ブレード（２４０４）を更に備え、前記前縁が前記インペラによって処理されることになる流体に最初に衝突し、前記後縁が前記流体に最後に衝突するようになる、請求項１〜１０のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項１２】
前記接続手段が、前記複数の複合材ブレード（２４０４）を前記金属ベース（２４０８）に接続するよう構成されたブラインドボルト又は金属ワイヤ又はリベット又はボルト（２４１０）を含む、請求項１１に記載の遠心インペラ。
【請求項１３】
前記複合材シュラウド（２６０４）と一体的に形成され且つ前記複数のブレードの後縁及び前記金属ベース（２６１０）の側面の一部を覆うように構成されたブレード末端部分（２６０２）を更に備え、前記金属ベース（２６１０）の側面が前記前面と前記背面との間に設けられる、請求項１〜１２のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項１４】
前記ブレード末端部分（２６０２）が、前記金属ベース（２６１０）の側面の周りで連続面を形成する、請求項１３に記載の遠心インペラ。
【請求項１５】
前記接続手段が、前記ブレード末端部分（２６０２）を前記金属ベース（２６１０）の側面に取り付けるボルト又はピン（２６０８）を含む、請求項１３に記載の遠心インペラ。
【請求項１６】
前記接続手段が、ブラケット（２６１２）を用いて前記ブレード末端部分（２６０２）を前記金属ベース（２６１０）の側面に取り付けるボルト又はピン（２６０８）を含む、請求項１３に記載の遠心インペラ。
【請求項１７】
各々が孔を有するように前記複数のブレード（３００４）上に形成される複数の接続要素（３００２）を更に備え、前記複合材シュラウド（３００８）が前記複数の接続要素（３００２）を受けるように構成された複数の孔を有し、前記接続手段が、前記複数の接続要素（３００２）の孔に入って前記複合材シュラウド（３００８）を前記複数のブレード（３００４）に固定するバンド（３０１０）を含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項１８】
前記複数の接続要素（３００２）の孔が一方側で開放されている、請求項１７に記載の遠心インペラ。
【請求項１９】
前記バンド（３０１０）が、前記複合材シュラウド（３００８）全体を囲むように構成される、請求項１７に記載の遠心インペラ。
【請求項２０】
前記接続手段が、前記複数のブレード（３００４）に取り付けられるように構成された複数のブラケット（３４０２）と、前記複数のブレード（３００４）に前記複数のブラケット（３４０２）を取り付けるように構成された複数のピン（３４０４）とを含み、前記複数のピン（３４０４）が前記複合材シュラウド（３４０８）を固定して受けるように構成される、請求項１〜１９のいずれかに記載の遠心インペラ。
【請求項２１】
ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ且つ該ケーシングに対して回転するよう構成されたシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ且つ請求項１〜２０のいずれかに記載されるように構成された少なくとも１つのインペラと、
を備える遠心圧縮機。
【請求項２２】
ターボ機械用の開放型又は閉鎖型金属遠心インペラ（１５０２、１５０４、１５０６）に複合材シュラウド（１５０８）を取り付けるための方法であって、
中央孔と、背面（１５０２ｂ）と、該背面（１５０２ｂ）の反対側の前面（１５０２ａ）と、前記前面（１５０２ａ）上に延びる複数のブレード（１５０４、１５０６）とを有する金属ベース（１５０２）を提供する段階と、
前記複数のブレード（１５０４、１５０６）と前記複合材シュラウド（１５０８）が接触して、前記金属ベース（１５０２）の前面（１５０２ａ）と、前記複数のブレード（１５０４、１５０６）と、前記複合材シュラウド（１５０８）とによって複数の閉鎖経路が形成されるようにする段階と、
前記複合材シュラウド（１５０８）を前記金属ベース（１５０２）及び前記複数のブレード（１５０４、１５０６）に接着剤と機械的な連結手段との組み合わせによって固定する段階と、
を含む方法。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのブレード（１５０４、１５０６）の前縁（１５０６）を複合材料から製造し且つ前記ブレードの残りの部分（１５０４）を金属材料から製造し、又は、前記少なくとも１つのブレードの後縁を複合材料から製造し且つ前記ブレードの残りの部分を金属材料から製造し、或いは、前記少なくとも１つのブレードの前縁及び後縁の両方を複合材料から製造し且つ前記ブレードの残りの部分を金属材料から製造する段階を更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
複合材料から作られた前記部分間に分布されるよう接着剤又はシリコンもしくは樹脂（１５１０）を塗布する段階を更に含む、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
複合材料から作られた前記複合材シュラウド（１５０８）のブラケット（１６０４）を接着剤又はシリコンもしくは樹脂（１６０６）を用いて前記複数のブレード（１６０２）の内側部分（１６０３）に接合する段階を更に含み、前記ブラケット（１６０４）及び前記複数のブレード（１６０２）の内側部分（１６０３）が前記ブレード（１６０２）の滑らかなプロファイルを形成する、請求項２２〜２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記複数のブレード（１７０２）の後縁にわたって前記複合材シュラウド（１５０８）から前記金属ベース（１５０２）の背面まで延びる複合材ストリップ（１７０６）を接続する段階と、
前記複合材ストリップを硬化して固化する段階と、
を更に含む、請求項２２〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記複合材シュラウド（１５０８）内に複数の凹部（１８０４）を形成する段階と、
複数のピン（１８０４）を前記複合材シュラウド（１５０８）に取り付ける段階と、
を更に含み、前記複数のピン（１８０６）は、該複数のピン（１８０６）が開放位置と閉鎖位置とを有するように前記複数の凹部（１８０４）内部に嵌合するよう構成され、前記開放位置により前記複数のピン（１８０６）の前記凹部（１８０４）への出入りが可能になり、前記閉鎖位置により前記複数のピン（１８０６）が前記複数の凹部（１８０４）内にロックされる、請求項２２〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記複数のブレード（１９０８）上に複数のフック（１９０６）を形成し、前記複数のフック（１９０６）を受けるように構成された複合材シュラウド（１９０２）内に対応する複数の孔（１９０４）を形成する段階を更に含む、請求項２２〜２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記複数のブレード（１９０８）上に複数のピン（１９０６）を形成し、前記複数のピン（１９０６）を受けるように構成された複合材シュラウド（１９０２）内に対応する複数の孔を形成する段階を更に含む、請求項２２〜２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記複数のブレード（１９０８）に形成される複数の孔（２２０２）内の複数のピン（２２００）と、前記複合材シュラウド（１９０２）内の対応する孔（１９０４）とを設ける段階と、
前記複数のピン（２２００）をリベット留め又はネジ留めしてナット（２３００）を受け、或いは両方を行って前記複合材シュラウド（２３０４）を前記ブレード（１９０８）に固定する段階と、
を更に含む、請求項２２〜２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
複数の複合材ブレード（２４０４）を前記複合材シュラウド（２３０４）と一体的に形成する段階と、
前記複数の複合材ブレード（２４０４）を前記金属ベース（２４０８）の前面上で前記複数のブレード（２４０６）に接続し、ブレード全体が後縁において複合材料から作られ且つ前縁において金属材料から作られるようにする段階と、
を更に含み、前記前縁が前記インペラによって処理されることになる流体に最初に衝突し、前記後縁が前記流体に最後に衝突するようになる、請求項２２〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
ブラインドボルト又は金属ワイヤ又はリベット又はボルト（２４１０）を用いて前記複数の複合材ブレード（２４０４）を前記金属ベース（２４０８）に接続する段階を更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
ブレード末端部分（２６０２）を前記複合材シュラウド（２６０８）と一体的に形成し、前記ブレード末端部分（２６０２）が前記複数のブレードの後縁及び前記金属ベース（２６１０）の側面の一部を覆うように構成されるようにする段階を更に含み、前記金属ベース（２６１０）の側面が前記前面と前記背面との間に設けられる、請求項２２〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記ブレード末端部分（２６０２）が、前記金属ベース（２６１０）の側面の周りに連続面を形成する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
ボルト又はピン（２６０８）を用いて前記ブレード末端部分（２６０２）を前記金属ベース（２４１０）の側面に取り付ける段階を更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
ボルト又はピン（２６０８）を用いて前記金属ベース（２６１０）にブラケット（２６１２）を取り付け、前記ブレード末端部分（２６０２）が前記ブラケット（２６１２）により前記金属ベース（２６１０）の側面に固定されるようにする段階を更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記複数のブレード（３００４）上に複数の接続要素（３００２）を形成し、前記複数の接続要素（３００２）の各々が孔を有するようにする段階と、
前記複数のブレード（３００４）を前記複合材シュラウド（３００８）で覆う段階と、
前記複数の接続要素（３００２）の孔を通してバンド（３０１０）を提供し、前記複合材シュラウド（３００８）を前記複数のブレード（３００４）に固定する段階と、
を更に含む、請求項２２〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記複数の接続要素（３００２）の孔が一方側で開放されている、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記バンド（３０１０）が、前記複合材シュラウド（３００８）の周辺全体を囲むように構成される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
複数のブラケット（３４０２）を前記複数のブレード（３４０６）に取り付ける段階と、
前記複数のブラケット（３４０２）及び前記複数のブレード（３４０６）を貫通して複数のピン（３４０４）を挿入し、前記複合材シュラウド（３００８）を固定する段階と、
を更に含む、請求項２２〜３９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題の実施形態は、全体的に、方法及びシステムに関し、より詳細には、複合材シュラウドをインペラの複数のブレードに取り付ける機構及び技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機は、機械的エネルギーを用いることにより圧縮性流体（例えば、ガス）の圧力を増大させることが可能な特定のタイプのターボ機械である。石油・ガス産業での処理プラントにおいて様々なタイプの圧縮機が使用されている。これらの圧縮機のなかでも、いわゆる遠心圧縮機があり、遠心加速度によってエネルギーがガス粒子に供給される。遠心加速度は、ステータ内部に収容される金属製の１つ又はそれ以上のホイール又は遠心ロータから構成される回転部材が回転することによって得ることができる。
【０００３】
遠心圧縮機は、単一段構成の単一のロータ（インペラ）を備え、或いは、多段圧縮機である直列に配列された複数のロータを備えることができる。遠心圧縮機の各段は、ステータ内でガスを受け入れるための吸入ダクトと、ガスに運動エネルギーを供給することができるロータと、ロータから出るガスの運動エネルギーを圧力に変換する目的で、ステータ内でロータと次に続くロータとの間にあるダクトシステムと、を含む。
【０００４】
ターボ機械の別のタイプは、機械的エネルギーを用いることにより非圧縮性の流体（例えば、液体）の圧力を増大させることが可能なポンプである。石油・ガス産業で使用される種々のタイプのポンプは、いわゆる遠心ポンプを含み、ここでは１つ又はそれ以上のホイール又は遠心ロータから構成され且つ高性能ターボ機械の場合には一般に金属製である回転部材が回転することによって、機械的エネルギーが遠心加速度の形態で液体に供給される。遠心ポンプは、単一のロータ又は直列に配列された複数のロータを備え、ステータ内に収容することができる。遠心ポンプは、ロータから出る液体の運動エネルギーを圧力に変換するための好適な伸縮ダクトと共に形成することができる。
【０００５】
遠心圧縮機又は遠心ポンプ用の遠心ロータは、一般に、これらの幾何形状に応じて、「１次元」、「２次元」、又は「３次元」湾曲部を備えたロータに分類される。詳細には、２次元の２Ｄ遠心ロータ（図１Ａを参照）は、ロータの回転軸Ｘ２Ｄの周りに実質的に２次元に延びるプロファイルを有するブレード３０２Ｄを含む。一般に、ブレード３０２Ｄは、入口オリフィス２００Ｉから出口オリフィス２００Ｕに向かって半径方向にあるプロファイルを有する。加えて、２Ｄロータは、回転軸Ｘ２Ｄに対して半径方向であり且つブレード３０２Ｄが取り付けられるバッキングディスク２０２Ｄを含む。
【０００６】
図１Ｂは、図１Ａに示すものに類似した２次元ロータ２２Ｄを示すが、以下でより詳細に検討するように、バッキングディスク２０２Ｄとは反対側のブレード３０２Ｄの側面上に固定される前方ディスク又はバッキングディスク１０２Ｄを有する点で、図１Ａとは異なる。
【０００７】
図１Ｃは、ロータ２２Ｄの拡大断面図を示し、ここではバッキングディスク１０２Ｄがブレード３０２Ｄに固定した状態で示され、流体用のスループットスペースを形成すると同時に入口オリフィス２００Ｉから出口オリフィス２００Ｕに案内するのに好適な実質的に半径方向の展開を示している。詳細には、２次元ロータ２２Ｄにおいて、バッキングディスク１０２Ｄは、軸線Ｘ２Ｄに実質的に平行で且つ入口オリフィス２００Ｉの近傍において流体の吸入を促進するような形状にされた表面Ｓ１と、入口オリフィス２００Ｉから出口オリフィス２００Ｕに延びるように表面Ｓ１に連結された半径方向平面Ｓ２すなわち垂直面とを備えた、「プレート状」の形状を有する。
【０００８】
図２Ａには、３次元の３Ｄ遠心ロータが示されており、該３Ｄロータは、回転軸Ｘ３Ｄの周りに軸方向入口オリフィス３０３Ｉから実質的に半径方向の出口オリフィス３０３Ｕに向かう実質的に３次元プロファイルを有するブレード３０３Ｄにより特徴付けられる。換言すると、このタイプのブレード３０３Ｄは、２次元ブレードの場合のように、空力的プロファイルを有して簡単な軸方向並進により生成されるものではなく、構成要素の流体力学性能を最大にするのに好適なあらゆるプロファイルを有して製作することができる。このタイプの３Ｄロータは、ブレード３０３Ｄが取り付けられるバッキングディスク２０３Ｄを有する。
【０００９】
図２Ｂは、図２Ａに示すものに類似した３次元のロータ３３Ｄを示しているが、バッキングディスク２０３Ｄとは反対側のブレード３０３Ｄの側面上に固定される前方ディスク又はバッキングディスク１０３Ｄを含むことにより、図２Ａとは異なる。図２Ｃは、バッキングディスク１０３Ｄがブレード３０３Ｄに固定されるロータ３３Ｄの断面を示す。バッキングディスク１０３Ｄは、流体用のスループットスペースを形成すると同時に入口オリフィス３００Ｉから出口オリフィス３００Ｕに案内するのに好適な実質的に半径方向又は軸方向のプロファイルを有する。詳細には、３次元ロータの場合、バッキングディスク１０３Ｄは、一般に、実質的に「ベル形」又は「トランペット形」のプロファイルを有し、ここでは、外面Ｓ３に垂直な方向が、入口オリフィス３００Ｉから出口オリフィス３００Ｕまでほぼ半径方向からほぼ軸方向に漸次的に移動している。しかしながら、バッキングディスク１０２Ｄ及び１０３Ｄの形状は、特定の用途に応じて変わることができる。
【００１０】
例えば、２次元ブレードを有するロータ、及び実質的にベル形形状を有するバッキングディスク、又は他の構成など、特定の用途に応じて２次元と３次元の間の中間の特徴を有する構成を有することも可能である。
【００１１】
２次元タイプ（図１Ｂ及び１Ｃ）又は３次元タイプ（図２Ｂ及び図２Ｃ）の遠心ロータは、バッキングディスク１０２Ｄ又は１０３Ｄを有する場合に、従来は「閉鎖型」と呼ばれている。他方、バッキングディスク１０３Ｄ又は２０３Ｄなどを有していない場合に、一般に「開放型」と呼ばれている。後者の場合、ロータ内で押し出されるプロセス流体を案内するのはターボ機械のステータケーシングである。上述のロータは、これらの構成要素を組み立てる（溶接又はろう付けにより）ことによって、又は、機械加工（例えば、機械加工又は電気浸食により）、鋳造、又は他の手段により単一の固体金属体から製作することができる。上述のタイプの遠心ロータの各々は、特定の利点と欠点とがあり、これらの一部を以下に要約する。
【００１２】
開放型又は閉鎖型の２次元遠心ロータは、その幾何形状に起因して開放型又は閉鎖型の３次元ロータよりも簡素であり、より経済的且つ効率的である。同様に、２次元又は３次元の開放型遠心ロータは、従来、その製作に必要な作業が複雑であったシュラウドを有していないことに起因して、２次元又は３次元の閉鎖型ロータと比べて製作がより簡素であり、より経済的且つ効率的である。
【００１３】
他方、２次元又は３次元の閉鎖型のロータは、明確に定義された流体力学的通路を有するので、開放型の２次元又は３次元ロータと比べてより良好な流れ制御を達成できる。その上、閉鎖型ロータは、ステータケーシングに対する流れ損失を最小限にするので、より高い性能を得ることが可能となる。
【００１４】
開放型又は閉鎖型の２次元遠心ロータの欠点は、その幾何形状に起因して開放型又は閉鎖型の３次元遠心ロータよりも劣る流体力学性能を有することである。
【００１５】
２次元又は３次元の開放型遠心ロータの別の欠点は、軸方向変形を抑制することが困難な多段ターボ機械において特に関係のある、ロータとステータハウジング間の流体漏洩に起因して、２次元又は３次元の閉鎖型ロータよりも流体力学性能が劣ることである。
【００１６】
２次元又は３次元の閉鎖型ロータの欠点は、２次元又は３次元の開放型のものよりも最大周速度が低速であることである。詳細には、一定の速度（材料及び幾何形状に依存するが、一般的には３５０メートル／秒前後）を上回ると、バッキングディスクは、このような高張力をブレードにおいて発生し、これは、ロータ自体の破壊につながる可能性がある。
【００１７】
従って、２次元開放型ロータは、製造するのが最も簡単で経済的であり最大回転速度が高いが、同時に、流体力学性能が低いことが証明された。他方、３次元閉鎖型ロータは、最高の流体力学性能を有するが、同時に、製造するのが最も複雑で高価であり、限定的な最大回転速度を有することが証明された。中間型のロータ、例えば、２次元閉鎖型ロータ又は３次元開放型ロータは、中間の利点を有する。
【００１８】
引用により全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４，６７６，７２２号は、従来のロータと比べてより優れた回転速度及びロータ直径を得るために、機械的強度が増大し且つ重量が低減された遠心ロータを記載している。このロータは、複合材料から形成され、且つ回転軸線に対して円周方向で互いに堅固に固定される一連のスクープを用いて製作される。
【００１９】
上述のロータの欠点の１つは、種々のスクープが実質的に半径方向に向けられた強化繊維を含むことであり、これは、高い回転速度を生じさせる遠心力Ｆａ（図１Ｃを参照）に起因して円周方向張力を平衡させるのが困難であることを意味する。
【００２０】
本明細書のロータの別の欠点は、このようなロータは、別個に製作されて全体として機械的に組み立てなければならない多数の異なる構成要素から構成されることに起因して、機械的観点から比較的複雑なことである。その上、この機械的組み立ては、自動機械を用いて行うことが容易ではなく、製造時間及びコストの増加をもたらす結果となる。
【００２１】
このロータの別の欠点は、流れとの接触領域におけるロータの複合材料が、流れ中の存在し得る固体粒子又は可能性のある酸性流体により生じる損耗から保護されないことである。
【００２２】
更に別の欠点は、各構成要素に対して、並びに高速においてロータの最適機能を可能にするのに必要な固定システムに対しての許容誤差を達成するのが困難なことが分かっていることである。その上、使用中に発生する張力及び力によって生じる可能性のある変形が作動上の問題を引き起こす可能性がある。加えて、種々の構成要素の損耗及び／又は不完全な機械的組み立てによって、作動中に振動が発生する可能性がある。
【００２３】
引用により全体が本明細書に組み込まれる日本国特許公開５６−１３２４９９は、複合材料から形成され且つ高回転速度で生成される遠心張力を低減しようとしてバッキングディスクの吸入側に配置されたリングを有する閉鎖型遠心ロータを記載している。このロータの欠点の１つは、このような複合材料から形成されたリングは、設置される領域において極端に局所的な様態で機能し、このため信頼性があまり高くないことである。
【００２４】
別の欠点は、バッキングディスクの変形に起因して高回転速度にてリングとバッキングディスクとの間に大きな剪断力が生成され、バッキングディスク中に危険な亀裂が形成されるようになることである。
【００２５】
更に別の欠点は、バッキングディスクの変形が回転速度と共に増大し、リングが外れる危険性が生じることである。これが発生した場合、ロータが分解され、従って、機械のステータの部品を損傷させることになる。
【００２６】
引用により全体が本明細書に組み込まれる日本国特許公開０９−１９５５８７は、「３次元」タイプの遠心ロータを記載している。バッキングディスク上には、炭素繊維を含む複合材料の層が接合されてその剛性が向上し、高回転速度での外側オリフィスの領域での変形を制限する。このロータの欠点の１つは、高速度においてバッキングディスクにおいて発生する遠心張力Ｆｃの問題が解決されていないことである。従って、この構成によって得られる速度の向上は閉鎖ロータに制限される。
【００２７】
別の欠点は、最大速度の条件下では、バッキングディスクに対して接線方向に荷重が作用し、接合面に高い剪断力が生じることに起因して、複合材料の層がプレートから外れる可能性があることである。
【００２８】
引用により全体が本明細書に組み込まれる日本国特許１４１８９８は、その重量を軽減するため同軸キャビティを備えたバッキングディスクと、変形を低減するためにバッキングディスクの周囲面上に配置された環状要素とを有する開放型遠心ロータを記載している。この環状要素は、ロータよりも低い熱膨張係数を有する材料から製作される。
【００２９】
このロータの欠点の１つは、この場合でも同様に、このシステムが高速度でバッキングディスクにおいて発生する遠心張力Ｆｃに起因した問題を解決していないことである。従って、この構成により得られる速度の向上は閉鎖型ロータに限定される。
【００３０】
結論として、上記の文献のうち、高回転速度でブレードにおいてバッキングディスクにより発生する張力の問題を解決したものはひとつもない。従って、技術の発達にもかかわらず、依然として、高回転速度で運転できると同時に十分な信頼性並びに生産及び使用上の経済性を保証することができる「閉鎖」型のターボ機械の遠心ロータを製作する必要性があると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】米国特許第４，６７６，７２２号明細書
【特許文献２】日本国特許公開５６−１３２４９９公報
【特許文献３】日本国特許公開０９−１９５５８７公報
【特許文献４】日本国特許１４１８９８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
従って、上述の問題及び欠点を排除したシステム及び方法を提供することが望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
１つの例示的な実施形態において、公知の方法と比べてより簡素で且つより経済的であり、同時により高度で良好な性能をもたらす完成品の製作を可能にする遠心ロータを製作する方法が提供される。
【００３４】
１つの例示的な実施形態によれば、ターボ機械用のインペラである。インペラは、中央孔、背面、及び該背面の反対側にある前面を有する金属ベースと、金属ベースの前面上に延びる複数のブレードと、複数のブレードに取り付けられて、金属ベースの前面及び複数のブレードと共に複数の閉鎖経路又はベーンを形成するようになる複合材シュラウドと、複合材シュラウドを金属ベース又は複数のブレードに取り付けるように構成された接続手段と、を含む。
【００３５】
別の例示的な実施形態によれば、ケーシングと、ケーシング内に設けられ且つ該ケーシングに対して回転するよう構成されたシャフトと、シャフトに取り付けられ且つ請求項１に記載されるように構成された少なくとも１つのインペラと、を備える遠心圧縮機である。
【００３６】
更に別の例示的な実施形態によれば、ターボ機械用のインペラのブレードに複合材シュラウドを取り付けるための方法である。本方法は、中央孔と、背面と、該背面の反対側の前面と、前面上に延びる複数のブレードとを有する金属ベースを提供する段階と、複数のブレードと複合材シュラウドが接触して、金属ベースの前面と、複数のブレードと、複合材シュラウドとによって複数の閉鎖経路が形成されるようにする段階と、複合材シュラウドを金属ベース及び／又は複数のブレードに固定する段階と、を含む。
【００３７】
本方法は、以下のステップの１つ又はそれ以上を含むことができ、すなわち、
複数の複合材ブレードを金属ベースの前面上で複数のブレードに接続し、ブレード全体が後縁において複合材料から作られ且つ前縁において金属材料から作られるようにし、前縁がインペラによって処理されることになる流体に最初に衝突し、後縁が流体に最後に衝突するようにするステップ、
複合材シュラウドと複数のブレード及び／又は金属ベースとの間に接着剤又は樹脂もしくはシリコンを塗布するステップ、
複合材料から作られた複合材シュラウドのブラケットを複数のブレードに接合するステップ、
複数のブレードの後縁にわたって複合材シュラウドから金属ベースの背面に複合材ストリップを接続し、複合材ストリップを硬化して固化するステップ、
複合材シュラウド内に複数の凹部を形成するステップ、
複数のピンを複合材シュラウドに取り付けるステップ、
を含み、複数のピンは、該複数のピンが開放位置と閉鎖位置とを有するように複数の凹部内部に嵌合するよう構成され、開放位置により複数のピンの凹部への出入りが可能になり、閉鎖位置により複数のピンが複数の凹部内にロックされ、
更に、
複数のブレード上に複数のフックを形成し、複数のフックを受けるように構成された複合材シュラウド内に対応する複数の孔を形成するステップ、
複数のブレード上に複数のピンを形成し、複数のピンを受けるように構成された複合材シュラウド内に対応する複数の孔を形成するステップ、
複数のブレードに形成される複数の孔内の複数のピンと、複合材シュラウド内の対応する孔とを設け、複数のピンをリベット留め又はネジ留めしてナットを受け、或いは両方を行って複合材シュラウドをブレードに固定するステップ、
複数の複合材ブレードを複合材シュラウドと一体的に形成し、複数の複合材ブレードを金属ベースの前面上で複数のブレードと接続し、ブレード全体が後縁において複合材料から作られ且つ前縁において金属材料から作られるようにし、前縁がインペラによって処理されることになる流体に最初に衝突し、後縁が流体に最後に衝突するようにするステップ、
ブラインドボルト又は金属ワイヤ又はリベット又はボルトを用いて複数の複合材ブレードを金属ベースに接続するステップ、
ブレード末端部分を複合材シュラウドと一体的に形成して複数のブレードの後縁及び金属ベースの側面の一部を覆うようにし、金属ベースの側面が前面を背面に接続し、ブレード末端部分が金属ベースの側面の周りで連続面が形成されるようにするステップ、
ボルト又はピンを用いてブレード末端部分を金属ベースの側面に取り付けるステップ、
ボルト又はピンを用いてブレードにブラケットを取り付け、ブレード末端部分がブラケットにより金属ベースの側面に固定されるようにするステップ、
複数のブレード上に複数の接続要素を形成し、複数の接続要素の各々が孔を有するようにし、複数のブレードを複合材シュラウドで覆い、複数の接続要素の孔を通してバンドを提供し、複合材シュラウドを複数のブレードに固定するステップ、
又は、複数のブラケットを複数のブレードに取り付け、複数のブラケット及び複数のブレードを貫通して複数のピンを挿入して複合材シュラウドを固定するステップを含む。
【００３８】
本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、１つ又はそれ以上の実施形態を例証しており、本明細書と共にこれらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】従来の開放型２次元遠心ロータの不等角投影図。
【図１Ｂ】従来の閉鎖型２次元遠心ロータの不等角投影図。
【図１Ｃ】図１Ｂのロータの拡大断面図。
【図２Ａ】従来の開放型２次元遠心ロータの不等角投影図。
【図２Ｂ】従来の閉鎖型２次元遠心ロータの不等角投影図。
【図２Ｃ】図２Ｂのロータの拡大断面図。
【図３Ａ】１つの例示的な実施形態による、遠心ロータの概略的な不等角投影図。
【図３Ｂ】１つの例示的な実施形態による、遠心ロータの概略的な拡大部分断面図。
【図４Ａ】１つの例示的な実施形態による、遠心ロータの概略的な不等角投影図。
【図４Ｂ】１つの例示的な実施形態による、遠心ロータの概略的な拡大部分断面図。
【図５Ａ】１つの例示的な実施形態による、遠心ロータの概略的な不等角投影図。
【図５Ｂ】１つの例示的な実施形態による、遠心ロータの概略的な拡大部分断面図。
【図６Ａ】１つの例示的な実施形態による、遠心ロータの概略的な不等角投影図。
【図６Ｂ】１つの例示的な実施形態による、遠心ロータの概略的な拡大部分断面図。
【図７】１つの例示的な実施形態に従って使用できる複合材料の概略図。
【図８Ａ】別の例示的な実施形態による係止システムの概略図。
【図８Ｂ】別の例示的な実施形態による係止システムの概略図。
【図９Ａ】別の例示的な実施形態による係止システムの概略図。
【図９Ｂ】別の例示的な実施形態による係止システムの概略図。
【図１０Ａ】別の例示的な実施形態による係止システムの概略図。
【図１０Ｂ】別の例示的な実施形態による係止システムの概略図。
【図１１Ａ】別の例示的な実施形態による係止システムの概略図。
【図１１Ｂ】別の例示的な実施形態による係止システムの概略図。
【図１１Ｃ】１つの例示的な実施形態による、図１１Ｂの係止システムの部分的に断面を示した、概略な拡大詳細部の不等角投影図。
【図１２】別の例示的な実施形態による、係止システムの概略図。
【図１３】図８Ａから１１Ｂの実施形態の１つに従って製作された遠心ロータの概略的な不等角投影図。
【図１４】更に別の例示的な実施形態の概略的な拡大断面図。
【図１５】１つの例示的な実施形態による、部分的に複合材で作られ且つ部分的には金属で作られたブレードを有するインペラの概略図。
【図１６】１つの例示的な実施形態による、金属ブレードに取り付ける複合材ブラケットを有する複合材シュラウドの概略図。
【図１７】１つの例示的な実施形態による、複合材ストリップで金属ベースに取り付けられる複合材シュラウドの概略図。
【図１８】１つの例示的な実施形態による、ヘッドを収容する凹部を有する複合材シュラウドの概略図。
【図１９】１つの例示的な実施形態による、複数の孔と、該複数の孔を係合するピン又はフックとを有する複合材シュラウドの概略図。
【図２０】１つの例示的な実施形態による、複数の孔と、該複数の孔を係合するピン又はフックとを有する複合材シュラウドの概略図。
【図２１】１つの例示的な実施形態による、複数の孔と、該複数の孔を係合するピン又はフックとを有する複合材シュラウドの概略図。
【図２２】１つの例示的な実施形態による、複数の孔と、該複数の孔を係合するピン又はフックとを有する複合材シュラウドの概略図。
【図２３】１つの例示的な実施形態による、複数の孔と、該複数の孔を係合するピン又はフックとを有する複合材シュラウドの概略図。
【図２４】１つの例示的な実施形態による、複合材料から作られたブレード末端部分を有する複合材インペラの概略図。
【図２５】１つの例示的な実施形態による、複合材料から作られたブレード末端部分を有する複合材インペラの概略図。
【図２６】１つの例示的な実施形態による、ブレードの一部と一体的に形成される複合材インペラの概略図。
【図２７】１つの例示的な実施形態による、ブレードの一部と一体的に形成される複合材インペラの概略図。
【図２８】１つの例示的な実施形態による、ブレードの一部と一体的に形成される複合材インペラの概略図。
【図２９】１つの例示的な実施形態による、ブレードの一部と一体的に形成される複合材インペラの概略図。
【図３０】１つの例示的な実施形態による、ブレードにバンドが取り付けられた複合材インペラの概略図。
【図３１】１つの例示的な実施形態による、ブレードにバンドが取り付けられた複合材インペラの概略図。
【図３２】１つの例示的な実施形態による、ブレードにバンドが取り付けられた複合材インペラの概略図。
【図３３】１つの例示的な実施形態による、ブレードにバンドが取り付けられた複合材インペラの概略図。
【図３４】１つの例示的な実施形態による、ブレードにバンドが取り付けられた複合材インペラの概略図。
【図３５】１つの例示的な実施形態による、ブレードに取り付けられることになる差込又はピン要素を用いた複合材インペラの概略図。
【図３６】１つの例示的な実施形態による、ブレードに取り付けられることになる差込又はピン要素を用いた複合材インペラの概略図。
【図３７】１つの例示的な実施形態による、ブレードに取り付けられることになる差込又はピン要素を用いた複合材インペラの概略図。
【図３８】１つの例示的な実施形態による、複合シュラウドをブレード及び／又は金属支持体に取り付ける方法を示すフローチャート。
【図３９】上述の例示的な実施形態の機能の１つ又はそれ以上を含む、インペラを有する遠心圧縮機の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
例示的な実施形態の以下の説明は添付図面を参照している。異なる図面における同じ参照符号は同じ又は同様の要素とみなす。以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。以下の実施形態は、簡略化のために遠心圧縮機の用語を用いて且つその構造に関して説明している。しかしながら、以下で検討する実施形態は、これらの圧縮機に限定されるものではなく、バッキングディスク及びブレードにより分離されるシュラウドを含む他の圧縮機、ポンプ、及び他のターボ機械にも適用することができる。
【００４１】
本明細書を通して「１つの実施形態」又は「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。
【００４２】
同じ参照符号が複数の図面にわたり同じ要素を示している図面において、１つの特定の実施形態による第１の遠心ロータは、図３Ａ及び３Ｂにおいて符号１で全体的に示されている。ロータ１は、「閉鎖」型の３次元の第１のロータ３と、複合材料から構成され且つ第１のロータ３に取り付けられた第１の追加バッキングディスク５（例えば、「シュラウド」）とを含む。
【００４３】
図３Ａに記載された実施形態において、第１の基本ロータは全体的に金属から作られ、複数の第１のブレード３Ｂが取り付けられる第１の後方プレート３Ａを含む。プレート３Ａは、回転軸Ｘ１に対して同軸の第１の中央ボア３Ｃを備え、その上には第１のハブ３Ｅが装着され、該ハブは、明確にするために図示していない軸方向回転部材に第１のロータ３を機械的にリンクする役割を果たす。プレート３Ａの反対側にある、ブレード３Ｂの端部には、以下で説明するように、第１の追加バッキングディスク５が取り付けられる第１の基本バッキングディスク３Ｄを備える。
【００４４】
別の例示的な実施形態によれば、図４Ａ及び４Ｂにおいて参照符号１０で全体的に示される第２の３次元遠心ロータは、「開放」型の第２の３次元ロータ３０と、複合材料から作られ且つロータ３０に取り付けられる第２の追加バッキングディスク５０とを含む。この実施形態では、第２の開放型ロータ３０は、全体的に金属から作られ、複数の第２のブレード３０Ｂが取り付けられる第２の後方ブレード３０Ａを含む。プレート３０Ａはまた、回転軸Ｘ１に対して同軸の第２の中央ボア３０Ｃを有し、ここに第２のハブ３０Ｅを提供し、該ハブが、明確にするために図示していない軸方向回転部材に第２のロータ３０を機械的に取り付ける役割を果たす。プレート３０Ａの反対側にある、ブレード３０Ｂの端部上には、第２の追加バッキングディスク５０が取り付けられる。
【００４５】
各ブレード３０Ｂは、好ましくは、第２のバッキングディスク５０に接続面を提供するのに好適な、実質的に平坦な成形端部（その１つが図４Ａの３０Ｆで示される）を有する。このような面は、製作又は使用についての特定の要件に応じて特別な形状を有するように製作することができる。
【００４６】
図３Ｂ及び４Ｂにおいて、第１のロータ１（図３Ｂ）の第１の入口オリフィス３Ｉ上、及び第２のロータ１０（図４Ｂ）の第２の入口オリフィス３０Ｉ上にそれぞれ備えられた第１のリング６Ａ及び６０Ａを含む、第１の係止システムがある点に留意されたい。この構成により、軸方向張力Ｆａが作用したときに第１及び第２のバッキングディスク５及び５０の軸方向への移動が少なくとも部分的に阻止される。更に、第２のバッキングディスクが半径方向に変位するのを阻止するために、第１のロータ１（図３Ｂ）の第１の出口オリフィス３Ｕ及び第２のロータ１０（図４Ｂ）の第２の出口オリフィス３０Ｕにおいてそれぞれ第２のリング６Ｂ及び６０Ｂを備えることができる。
【００４７】
リング６Ａ、６０Ａ及び６Ｂ、６０Ｂは、基本ロータ３及び３０上にそれぞれ一体成形で製作することができる。このようにして、バッキングディスク５及び５０に対する複合材料の完全性を維持し且つロータ３、３０上での心出しを改善することができるシュラウドを係止するシステムを得ることができる。
【００４８】
更に例示的な実施形態（図５Ａ及び５Ｂを参照）によれば、第３の遠心ロータ１００は、金属から作られ且つ第３のバッキングプレート３００Ａを含む「２次元」タイプの第３の閉鎖型基本ロータ３００を含み、該バッキングプレート３００Ａには、複数の第３のブレード３００Ｂが取り付けられる。上述の例示的な実施形態と同様に、第３のプレート３００Ａは、回転軸Ｘ１に対して同軸の第３の中央ボア３００Ｃを有する。第３のハブ３００Ｅが設けられ、明確にするために図示していない軸方向回転部材に第３のロータ３００を機械的にリンクする役割を果たす。プレート３００Ａの反対側にある、ブレード３００Ｂの端部には、第３のバッキングディスク５００が取り付けられる第３の基本バッキングディスク３００Ｄが設けられる。
【００４９】
更に別の例示的な実施形態によれば、第４の３次元遠心ロータ１１０（図６Ａ及び６Ｂを参照）が設けられ、「３次元」タイプの第４の開放型基本ロータ３３０を含み、複合材料から形成される第４の追加バッキングディスク５５０がこれに取り付けられる。１つの応用において、基本ロータ３３０は、複数の第４のブレード３３０Ｂが取り付けられる第４のバッキングプレート３３０Ａを備えて製作される。プレート３３０Ａは更に、回転軸Ｘ１に対して同軸の第４の中央ボア３３０Ｃと、明確にするために図示していない軸方向回転部材に第４の基本ロータ３３０を機械的にリンクする役割を果たす第４のハブ３３０Ｅとを備えることができる。プレート３３０Ａ上のブレード３３０Ｂの反対側端部には、第４の追加バッキングディスク５５０が取り付けられる。
【００５０】
上述のように、各ブレード３３０Ｂは、第４のバッキングディスク５５０に接続面を提供するのに好適な成形端部（その１つが図６Ａの３３０Ｆで全体的に示される）を備えることができる。１つの応用において、この面は、製作又は使用についての特定の要件に応じて異なるように成形された形で製作することができる。
【００５１】
１つの例示的な実施形態において、追加のバッキングディスク５５０、５００、及び５５０は、軸Ｘ１に対して主として円周方向に一方向で配列された少なくとも第１の幾つかの強化繊維Ｒ１（図３Ａ、４Ａ、５Ａ、及び６Ａにおいて概略的に一部が図示され、縮尺通りではない）を有する均質マトリクスから構成される材料から作られる。このようにして、少なくとも部分的には、ロータ１、１０、１００、及び１１０の回転（矢印Ｆ１を参照）中に遠心力により誘起される張力は、複合材料自体で、或いは支持している金属材料において平衡される。
【００５２】
別の例示的な実施形態において、特定の応用の結果として生じる可能性がある特定張力に応じて異なる選択的方向で追加のバッキングディスク５５０、５００、及び５５０を強化するために繊維メッシュを製作することが可能である。これは、２つ又はそれ以上の繊維又はメッシュの層に対して実施することができ、これらは少なくとも部分的に互いに重ね合わせられる。例えば、遠心力Ｆｃにより生成される半径方向張力を少なくとも部分的に相殺するために、第１の繊維Ｒ１に対して実質的に垂直な方向で第２の幾つかの強化繊維（明確にするために図示されていない）を配列することができる。
図７Ａから７Ｌは、バッキングディスク用の複合材料に使用できるタイプの繊維又は繊維メッシュの一部を概略的に示している。詳細には、図７Ａは、マトリクスＲｍから構成される複合材料を示し、ここではロータ上の半径方向（図３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、及び６Ｂにおいても同様、矢印Ｒを参照）に対して垂直に配列できる「連続」な繊維Ｒ２を埋め込んでいる。
【００５３】
図７Ｂは、微粒子繊維Ｒ３が埋め込まれたマトリクスＲｍから構成された複合材料を示し、図７Ｃは、不連続的繊維Ｒ４が埋め込まれたマトリクスＲｍから構成された複合材料を示している。
【００５４】
図７Ｄ及び７Ｅは、繊維の２軸メッシュＲ５及び繊維ステッチＲ６からそれぞれ構成される複合材料を示しており、これらはロータ１、１０、１００、又は１１０に対して異なる方向に沿って配列することができる。
【００５５】
図７Ｆ及び７Ｇは、繊維の３軸メッシュＲ７及び多軸繊維ワープステッチＲ６からそれぞれ構成される複合材料を示しており、これらは、繊維がロータ１、１０、１００、又は１１０に対して異なる方向で配列される。
【００５６】
図７Ｈ、７Ｉ、及び７Ｌは、３次元円筒構造Ｒ１０と、３次元に編組された繊維構造Ｒ１１とで３次元繊維編み組体Ｒ９からそれぞれ構成された複合材料を示しており、これらはまた、ロータ１、１０、１００、又は１１０上の種々の方向で配列することができる。或いは、第２の追加の材料は、上述のように、繊維のみ、又はポリマー材料のみを含むこともできる。
【００５７】
また、特定の応用に応じて特別な特性を有する数え切れない程の合成繊維タイプが開発されており、これらをバッキングディスクの複合材料として用いることができる点に留意されたい。例えば、Ｄｙｎｅｅｍａ（登録）（「ゲルスパンポリエチレン（Ｇｅｌ  Ｓｐｕｎ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）」としても知られる、又は高密度ポリエチレン）は、牽引ケーブルの製作に特に好適であり、カイトサーフィン、パラグライダー、登山、及びスポーツ又はプロ用フィッシングなどのスポーツ用途、及び防弾チョッキの製作に使用される。Ｓｐｅｃｔｒａ（登録）は、材料及び組成に関して同様の繊維である。別の繊維は、Ｎｏｍｅｘ（登録）であり、難燃性のメタアラミドベースの材料である。この材料はＤｕＰｏｎｔによって開発された。化学的には、これはパラ系アラミドのＫｅｌｖａｒのメタ変異体である芳香族ナイロンとみなすことができる。例示的な実施形態による複合材料の強化に特に好適な他のタイプの繊維は、市場で見出すことができる。
【００５８】
マトリクスは、存在する場合には、少なくとも部分的には、熱硬化性又は熱可塑性のポリマーを含む、ポリマー材料から作ることができる。例示的な実施形態において、マトリクスの繊維は、反対に作用される張力に基づく選択的方向に応じて、バッキングディスクを強化するために明確な異方性を示すようにし、特定用途に応じて強度及び合成が最適になるように配列することができる。
【００５９】
均質マトリクスは、使用される場合には、強化物を共に保持し、繊維間の張力を均一に分散させ、好ましくは高温及び損耗に対する耐性を高くするのに好適な材料で製作されるのが好ましい。更に、マトリクスは、低い比質量又は密度で製作され、バッキングディスクの重量を軽減し、これによりここで生成される遠心力が低減されるようにすることができる。マトリクス用のポリマー材料は、有機物質、天然物質、合成物質を含むことができ、その主成分が高分子量のポリマーであり、その分子は、様々な化学的結合で、但し大部分が共有結合性質で連結された多数の基本単位（モノマー）を含む。構造的には、これらは、線状鎖、又は分枝もしくは互いに高度にからみ合鎖から構成され、或いは、主として炭素及び水素の原子、場合によっては、酸素、窒素、塩素、ケイ素、フッ素、硫黄、又は他の原子から構成される３次元マトリクスとすることができる。一般に、ポリマー材料は、多数の異なる物質の幅広い族を形成し、特定の応用又は用途に応じて異なるポリマー材料を除外することができなくなる。
【００６０】
また、例えば、ポリマーの安定化、維持、流体化、着色化、脱色化、及び／又は酸素からの保護など、特別な応用に応じて異なるように機能する１つ又はそれ以上の補助化合物又はナノ粒子をポリマー材料に添加することも可能とすることができる。
【００６１】
１つの例示的な実施形態において、マトリクス用のポリマー材料は、少なくとも部分的には、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ（ポリアミドｏｒナイロン）、ＰＭＭＡ（ポリメチル・メタクリレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマーｓ）、ＰＯＭ（アセタール樹脂）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）、ＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）、ＰＡＥＫ（ポリアリールエーテルケトン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＳ（ポリエーテル［ＰＥＳは通常、ポリエーテルスルホンを指す）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＵ（ポリウレタン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＩ（熱硬化性形態でも利用可能なポリイミド）、又はその他などの熱可塑性ポリマーを含む。
【００６２】
別の例示的な実施形態において、マトリクのポリマー材料は、少なくとも部分的には、例えば、エポキシド、フェノール、ポリエステル、ビニール・エステル、アミン、フラン、ＰＩ（ポリイミド、熱可塑性としても製作される）、ＢＭＩ（ビスマレイミド）、ＣＥ（シアン酸エステル）、フタロニトリル、又はその他など、熱硬化性ポリマーを含むことができる。
【００６３】
別の例示的な実施形態によれば、マトリクスは、セラミック材料（例えば、炭化ケイ素、アルミナ、又はその他など）から構成され、或いは、少なくとも部分的には、例えば、アルミニウム、チタン、マグネシウム、及びこれらの合金、又はその他など、金属から構成される。これら最後のマトリクス用材料は、温度及び時効に対して高い耐性を有するが、同時に、ポリマー材料と比べて高密度で高コストである。
【００６４】
例示的な１つの実施形態によれば、追加バッキングディスク５、５０、５００、及び５５０は、それぞれ、基本ロータ３、３０、３００、及び３３０に取り付けられ、開放型又は閉鎖型インペラ、或いは２次元又は３次元タイプのインペラを形成する。バッキングディスク（シュラウド）は、例えば、縮尺通りではないが、図３Ａから６Ｂにおいて層９で概略的に示される係止層によりブレードに取り付けられる。シュラウド用に用いられる上述のマトリクス組成は、実施可能な添加剤で変性され、その接合特性を向上させることができる。
【００６５】
別の例示的な実施形態において、係止層９は、特定の用途に応じて、高い接着特性を有する接着剤又はポリマー樹脂により製作される。後者のこの実施例は、特に軽量であり、基本ロータへのバッキングディスクの接合を保証できる場合には、機械式タイプの係止と比べて製作が容易で安価である。それにもかかわらず、これらの接着剤又は樹脂は、時効及びいわゆる粘性クリープの影響を受けやすく、これは高温において特に顕著である。
【００６６】
次に、機械式タイプ又は他のタイプの更なる係止システムを検討する。図８Ａから１０Ｂは、機械式係止システムの幾つかを示している。これらのシステムは、特に軸方向の力Ｆａに起因したそれぞれの基本ロータ３、３０、３００、及び３３０からのバッキングディスク５、５０、５００、及び５５０の脱離を阻止し、接合を強化すると同時に、高回転速度での機械的荷重及び変形を低減するよう構成される。これらの機械式システムは、一般には粘性クリープの排除を可能にし、時間の経過に伴って劣化する傾向はなく、従って、接着層が樹脂、接着又はポリマーベースのマトリクスで製作される全ての場合において望ましいことが示される。同時に、このようなシステムを使用することにより、ある量の質量がロータに付加され、更に、あらゆる繊維を貫通するボアをバッキングディスク内に製作することが必要となり、従って、複合材料の局所的な脆弱化が生じるようになる。加えて、これらの予想外の脱離を防ぐために実施可能なロックシステムを設けることが必要となる場合がある。
【００６７】
１つの例示的な実施形態において、第１の係止システム６１（図８Ａ及び８Ｂ）は、ボルトを用いて製作される。図８Ａは、第１のロータ１の図１３の線ＸＩＩＩにわたる断面の部分図を示している。係止システム６１は、好適な位置Ｐ１又はＰ２もしくは両方（図１３）において第１の基本バッキングディスク３Ｄ上に一体的に製作された複数のボルト６１Ａ（図ではこのうちの２つだけが図示されている）を含む。これらのボルト６１Ａは、追加バッキングディスク５上のそれぞれの位置Ｐ１又はＰ２に穿孔された適切な孔６１Ｂに挿入され、各ボルト６１Ａにネジ留めされるナット６１Ｃによりロックされる。繊維複合材の場合には特に深刻である、孔の近傍での材料内の圧迫及び剪断作用を低減するために、孔６１Ｂに金属インサート６１Ｄを嵌め込むことができる。ボルト締結システム６１は、予荷重力の制御を可能にし、第２の追加バッキングディスクの材料に損傷を与えるリスクを低減する。
【００６８】
図８Ｂは、第２のロータ１０の図１３の線ＸＩＩＩに沿った部分断面図を示している。ボルト締めシステム１６１は、ボルト締めシステム６１と同様の方式で製作されるが、幾つかのネジ１６１がブレード３０Ｂの成形端部３０Ｅと一体的に作製され、或いは、これに取り付けられる（例えば、溶接又は同様の手段により）点で異なる。この場合、ネジ１６１Ａは、第２の追加バッキングディスク５０内のそれぞれの孔１６１Ｂに挿入され、各ネジ１６１Ａ上にネジ留めされるナット１６１Ｃによってロックされる。インサート１６１Ｄは、各孔１６１Ｂに設けることができる。
【００６９】
或いは、ネジ６１Ａ又は１６１Ａの位置において、基本ロータ３又は３０におけるそれぞれのネジ孔（明確にするために図示していない）を製作することもでき、ここに対応するネジを挿入することができる。このようにして、特に入口オリフィスの近傍において組み立て段階が改善されるが、基本ロータの材料を脆弱にするリスクがある。
【００７０】
図９Ａに示す別の例示的な実施形態において、第３の係止システム６２がリベット留めにより製作され、好適な位置Ｐ１又はＰ２或いは両方（図１３を参照）において第１のロータ１の第１の基本バッキングディスク３Ｄと一体的に製作される幾つかのピン６２Ａを含む。バッキングディスク５は、これらのピン６２Ａに取り付けられ、続いて、ピンのヘッドをその上でリベット留めすることができる。図９Ｂは、リベット留めシステム６２と同様であるリベット留めシステム１６２を示しているが、幾つかのピン１６２Ａが第２の基本ロータ３０のブレード３０Ｂの成形端部と一体的に製作されるか、これに取り付けられる点で異なる。
【００７１】
リベット留めシステム６２及び１６２により製作された係止システムは、前述のボルト締めシステム６１及び１６１に対して実施するのに安価で容易であることが分かっている。その上、上記システムには、例えば、緩みが生じるリスク、又はインサートがシュラウドの各ボアに嵌め込まれた場合に第２の材料に損傷を与えるリスクが存在しない。
【００７２】
図１０Ａに示す別の例示的な実施形態において、第４の係止システム６３は、幾つかの保持リング又は「Ｓｅｅｇｅｒリング」６３Ａを用いて製作され、場合によっては第１のバッキングディスク５の複合材料内に埋め込まれて位置Ｐ１及び／又はＰ２にて配列され、バッキングディスク５と一体的に製作されたそれぞれの突出部６３Ｂと係合させるようにする。
【００７３】
図１０Ｂは、システム６３と同様に製作されるが、幾つかの保持リング又は「Ｓｅｅｇｅｒリング」１６３Ａが、場合によっては第２のロータ１０の第２のバッキングディスク３０の複合材料内に埋め込まれて、位置Ｐ１及び／又はＰ２にて配列されてそれぞれの突出部１６３Ｂと係合するようにし、該それぞれの突出部は、ブレード３０Ｂの成形端部３０Ｆと一体的に製作され、或いはその上に製作される点で異なっている。
【００７４】
上記の係止システムは、その構成要素を基本バッキングディスク上のあらゆる位置に容易に嵌め込むことができ、必ずしもブレードと対応していないので、閉鎖基本ロータの場合において特定の様々な用途がある点に留意されたい。
【００７５】
図１１Ａに示す別の例示的な実施形態において、第５の係止システム６４は、より多くの繊維の「プラグ」又はフィラメント６４Ｂを挿入し、プラグ６４Ｂの引張強さの結果として、第１のバッキングディスク５を第１の基本バッキングディスク３Ｄに係止することができるようにして、位置Ｐ１及び／又はＰ２にて第１の遠心ロータ１のブレードを通過する幾つかの孔６４Ａを含む。プラグ６４Ｂは、バッキングディスク３の複合材料内に少なくとも部分的に埋め込むことができ、或いは、その上部に配列することができる。これに加えて、樹脂又は低粘性マトリクスを各孔６４Ａ内部に注入して接着を向上させ、バッキングディスクとの連続的な構造を形成することができる。
【００７６】
図１１Ｂは、システム６４と同様であるが、幾つかの孔１６４Ａが第２のロータ１０のブレード３０Ｂを通過して形成され、より多くの繊維の「プラグ」又はフィラメントを挿入し、プラグ１６４Ｂの引張強さの結果として、第２のバッキングディスク５０をブレード３０Ｂの成形端部３０Ｅに係止することができる点で異なっている。係止システム６４及び１６４は特に軽量で効果的である。
【００７７】
図１１Ｂのシステムの不等角図を示した、図１１Ｃに示す別の例示的な実施形態において、プラグ１６４Ｂは、代替的に、第２のロータ１０のブレード３０Ｂにおいて製作された孔１６４Ａに挿入される点に留意されたい。
【００７８】
図１２に示す別の例示的な実施形態において、代６の係止システム６５は、第２のロータ１０のブレード３０Ｂの１つの成形端部３０Ｅと、第２の追加バッキングディスク５０の内面との間に差込形カップリングを含む。このカップリング６５は、突出部６５Ａにより実施することができ、該突出部は、ブレードの成形端部３０Ｅの少なくとも一部に沿って延び、第２のバッキングディスク３０内に形成されたそれぞれのモールド成形空洞部６５Ｂと結合することができる。このようなカップリングは、例えば、ダブテール継手又は他の継手など、他のあらゆるタイプの要素を用いることで実施することもできる。
【００７９】
上述の機械式係止システム６０、６１、１６１、６２、１６２、６３、１６３、６４、１６４、及び６５は、ここでは例証として説明されているに過ぎず、シュラウドをインペラのブレードに取り付ける目的に好適な他のあらゆるタイプのものとすることができる。このようなシステムは更に、構造及び用途の特定の要件に応じて、単独で、又は互いに組み合わせて、また係止層９を用いて製作することができる。加えて、このような機械的係止システム６０、６１、１６１、６２、１６２、６３、１６３、６４、１６４、及び６５は、第１及び第２のロータ１、１０を参照しながら説明してきた。しかしながら、これらは、第３及び第４のロータ１００及び１１０の製作において同様の方式で適用又は用いることができる点は理解される。
【００８０】
図１３は、第１の遠心ロータ１又は第２のロータ１０の不等角図を示す。構成要素６０Ａ、６０Ｂ；６１Ａ、６１Ｂ；６１Ｄ；６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ；６３Ａ、６３Ｂ；６４Ａ；６５Ａ、６５Ｂにおける上述の好適な位置Ｐ１及びＰ２は、出口オリフィス３Ｕ又は３０Ｕの近傍に概略的に図示されている。換言すると、上記で検討した接続機構は、ブレード又はシュラウドの後縁に分布させることができる。しかしながら、接続機構はまた、他の位置に分布させることもできる。位置Ｐ１及び／又はＰ２は、例えば、ブレード３０Ｂ又は３３０Ｂ上、もしくはリング６０Ａ又は６０Ｂ上、或いは他の位置など、特定の用途に応じてロータ上の他の位置に配列することができる。
【００８１】
図１４に示す例示的な実施形態によれば、ステップ装着システム６７は、第１の基本ロータ３を第１の追加バッキングディスク５に結合するよう構成される。装着システム６７は、基本バッキングディスク３Ｄ上の軸線Ｘ１に対して同心状の複数の平面及び円筒面６７Ａを含む。要素６７Ａは、高回転速度における遠心力Ｆｃに起因して、バッキングディスク５上に生成される軸方向力Ｆａを低減するよう機能する。このような成形カップリング６７はまた、他の状況で、換言すると、３次元開放型基本ロータ３０又は２次元閉鎖又は開放型基本ロータ３００、３３０を備えた、製作することができる。詳細には、開放型基本ロータの場合、２次元又は３次元で、このような平面をブレードの成形端部上に製作することができる。このカップリングは、上述の係止システムの少なくとも別のものと組み合わせて製作することができる。
【００８２】
例示的な実施形態による、遠心ロータ１、１０、１００、１１０の製作は、基本ロータ３、３０、３００、３３０が自動機械加工により単一部品から得ることができ、或いは、上述のように、複数の構成要素を共に組み立てることによって形成することができるようにする。追加のバッキングディスク５、５０、５００、５５０は、複合材料用の型成形で形成することができ、この場合、繊維Ｒ１〜Ｒ１１は、手動（「レイアップ」又はその他）で、又は自動機械（「フィラメントワインディング」、「自動繊維配置」又は同様のもの）で型内に位置決めすることができる。或いは、追加バッキングディスク５、５０、５００、５５０は、基本バッキングディスク３Ｄ、３００Ｄ上、又はブレード３０Ｂ、３３０Ｂの成形端部３０Ｆ、３３０Ｆ上に形成することができる。
【００８３】
ここで、シュラウドをブレードに固定するための他の新規の係止システム及び対応する方法を図１５から３７を参照しながら検討する。
【００８４】
例示的な１つの実施形態によれば、インペラ１５００の一部が図１５に示されている。インペラ（場合によってはロータとも呼ばれる）１５００は、複数のブレード及びシュラウド１５０８を支持する金属ベース（バッキングディスク）１５０２を含む。金属ベース１５０２は、前面１５０２と背面１５０２とを有する。ブレードは、前面１５０２ａ上に形成される。複数のブレードの各々は、金属材料から作られた部分１５０４と、複合材料から作られた部分１５０６とを有することができる。１つの応用において、後縁は金属材料から作られ、従って、参照符号１５０６は後縁を示している。後縁は、圧縮機中のガスの流れに対して定められる。例えば、ガスと接触するブレードの最初の部分は前縁であり、ガスに接触するブレードの最後の部分は後縁である。図１５に示す例示的な実施形態において、前縁は金属材料から作られる。しかしながら、前縁が複合材料から作られ、ブレードの残りの部分が金属材料から作られることも可能である。或いは、ブレードの前縁及び後縁の両方が複合材料から作られ、残りの部分（後縁と前縁との間）が金属材料から作られることも可能である。また、選択ブレードが複合材料を含むように作られ、他のブレードが全体的に金属材料から作られることもできる。１つの実施例において、あらゆる他のブレードはが複合材料を部分的に含むように作られる。
【００８５】
金属部分１５０４は、上記で検討してきたように、従来方法で形成され、金属ベース１５０２に取り付けられる。しかしながら、複合材部分１５０６は、以下で検討するように、金属ベース１５０２に取り付けることができる。１つの応用において、複合材部分１５０６は、複合材シュラウド１５０８と独立して形成され、接着又は複合材ストリップ１５１０により金属ベース１５０２及び金属部分１５０４に取り付けられる。別の応用において、複合材部分１５０６は、シュラウド１５０８（図１５に示される）と一体的に形成され、次いで、金属ベース１５０２及び金属部分１５０４に取り付けられる。同じ又は異なる接着剤又は複合材ストリップ１５１２をシュラウド１５０８と金属部品１５０４との間に設けることができる。以下で検討するように、ボルト、ピン、又は他の手段は、金属ベース及び金属部分にシュラウド及び複合材部分を取り付ける本発明の方法と組み合わせて用いることができる。また、複合材部分と金属部分が共に圧縮機のブレードを形成する点に留意されたい。
【００８６】
図１６に示す別の例示的な実施形態において、インペラ１６００は、金属材料から作られた完全なブレード１６０２を有する。しかしながら、ブレード１６０２の後縁部分１６０３（現在は金属材料から作られている）は、所望の全厚に比べて厚みが低減される。このようにして、シュラウド１５０８に取り付けられた複合材部分１６０４は、薄い金属部分に接続され、ブレード１６０３の所望の全厚を達成することができる。換言すると、ブレード１６０２の後縁は、金属材料から作られた内側部分と、複合材料から作られた外側部分とを有する。内側部分及び外側部分は、層１６０６により互いに接着され、該層１６０６はまた、内側部品を外側部品に固定するのに硬化される複合材ストリップとすることができる。図１６に示す内側部分１６０３（金属）と外側部分１６０４（複合材）（ブラケット）の幾何形状は、用途に応じて異なる場合がある。上記で検討した実施形態と同様にして、シュラウドをブレードに固定する本発明の方法と他の方法（例えば、ボルト、ピン、その他）を組み合わせることができる。
【００８７】
図１７に示す例示的な実施形態によれば、インペラ１７００は、従来方法によりブレード１７０２に取り付けられたシュラウド１５０８を有することができる。加えて、ブレード１７０２の後縁１７０４は、更なる接続手段１７０６を備える。接続手段１７０６は、以下のようにして取り付けられる複合材ストリップとすることができる。複合材料から作られたシュラウド１５０８が、固体であるように硬化されていると仮定する。ブレード１７０２は、複合材料から作られた後縁部分を含む場合があり、又は含まない場合がある。ブレードの後縁の複合材部分もまた硬化され、すなわち硬質であると仮定すると、ブレード１７０２は、このような後縁を含む。
【００８８】
硬化前は可撓性である１つ又はそれ以上の複合材ストリップ１７０６は、シュラウド１５０８の後縁、ブレード１７０２の後縁、及び金属ベース１５０２の後縁を覆うように設けられる。１つの複合材ストリップ１７０６は、背面１５０２ｂに組み込まれたステップ１７０８を有することができる。複合材ストリップ１７０６の端部は、ステップ１７０８のプロファイルを辿るよう構成することができる。ステップ１７０８の代わりに、インペラの回転中にストリップ１７０６が金属ベース１５０２から落下するのを阻止する
別のプロファイルを用いることができる。未硬化の複合材ストリップ１７０６は可撓性であり、要望通りに所望のプロファイルに辿るように型成形することができる点に留意されたい。全ての複合材ストリップ１７０６が所定位置にあると、これらは硬化されて硬質になり、シュラウドを所定位置に固定する。この方法と共に、他の方法を用いてシュラウドをブレードに固定することができる。これらの方法は、上記で検討したもの、又は以下で検討するものである。
【００８９】
図１８に示す例示的な実施形態によれば、インペラ１８００は、少なくとも１つのキャビティ１８０４を形成できるように一定の最小厚みを有するように作られた複合材シュラウド１５０８を有する。対応するヘッド（フック）１８０６は、ブレード１８０２上に形成され、或いはこれに取り付けることができ、該ヘッド１８０６は、キャビティ１８０４の内部に入ることができる。キャビティ１８０４及びヘッド１８０６は、シュラウド１５０８が所与の方向（例えば、圧縮機が作動しているときの正回転方向）に回転するときに互いにロックされるよう構成することができる。このようにして、ブレード１８０２の後縁は、シュラウド１５０８の後縁に取り付けられる。１つ又はそれ以上のこのようなキャビティ及び対応するヘッドは、シュラウドとブレードとの間に形成することができる。
【００９０】
図１５から１８に関して検討した実施形態において、ブレードの後縁は、複合材料から作られるか、或いは、特別な方法でシュラウドに取り付けられる点に留意されたい。しかしながら、このことはブレードの他の部分にも当てはまる。
【００９１】
図１９に示す別の例示的な実施形態によれば、インペラ１９００は、複数の孔１９０４を備えたシュラウド１９０２を有することができる。明確にするために、図２０には１つの孔１９０４が図示されている。フック１９０６は、シュラウドを所定位置に固定するため孔１９０４を通って入るように示されている。フック１９０６は、図２１において、ブレード１９０８の後方部分上に形成されて示されている。ブレード１９０８は、金属ベース１９１０に取り付けられるように示されている。複合材シュラウドを損傷から保護するために、金属又は複合材インサート１９０７を孔１９０４の周りに設けることができる。
【００９２】
図２２は、シュラウド１９０２をブレード１９０６に取り付けるために、フック１９０６の代わりにクリップ２２０が形成された別の例示的な実施形態を示している。クリップ２２０は、リング２２０４内の孔２２０２を貫通して設けることができ、両端部にリベット留めし、シュラウド１９０２を固定することができる。１つの応用において、孔１９０４の縁部（図２０を参照）は、複合材料が何らかの損傷を受けるのを防ぐために金属材料から形成することができる。
【００９３】
図２３に示す更なる例示的な実施形態によれば、シュラウドをブレードに固定するためにピン又はフックを使用する代わりに、ブレード上にネジ付きピンを形成することができる。１つの応用において、ネジ付きピンはブレードの１つの後縁上にのみ形成される。このようにして、ナット２３００がネジ付きピン２３０２に取り付けられ、シュラウド２３０４をブレードに固定する。
【００９４】
図２４に示す別の例示的な実施形態によれば、インペラ２４００は、複数の複合材ブレードと一体的に形成されたシュラウド２４０２を有する。複合材ブレード２４０４は、金属ベース２４０８上に形成された対応する金属ブレード２４０６と共にブレード全体を形成する。複合材ブレード２４０４は、図２５に示すようにボルト２４１０により金属ベース２４０８に取り付けることができる。ボルト２４１０は、複合材ブレード２４０４に接着するか、又は溶接することができ、或いは、複合材ブレード２４０４にネジ留めするネジ部分を有することができる。或いは、ボルトは、ブラインドボルト、金属ワイヤ、リベット、その他と置き換えることもできる。
【００９５】
図２６に示す更に別の例示的な実施形態によれば、インペラ２６００は、一体的に形成され又はシュラウド２６０４に取り付けられるブレード末端部分２６０２を有することができる。この実施形態において、ブレード末端部分２６０２は、複合材料から作られる。しかしながら、ブレード末端部分２６０２は、ブレード２６０６の一部ではない。ブレード末端部分２６０２は、ブレード２６０６に対するキャップとしての役割を果たす。図２７は、金属ベース２６１０の側部にボルト又はピン２６０８が取り付けられたブレード末端部分２６０２を示している。図２８に示す別の応用において、ボルト２６０８は、ブラケット２６１２を金属ベース２６１０の背面に接続することができる。ブラケット２６１２は、ブレード末端部分２６０２を金属ベース２６１０の背面に固定するよう構成される。図２９に示す更に別の例示的な実施形態において、ブレード末端部分２６０２は、接続部分２６１４により互いに接続される。
【００９６】
図３０に示す別の例示的な実施形態によれば、インペラ３０００は、対応するブレード３００４に取り付けられ又はそこに形成された１つ又はそれ以上の接続要素３００２を含む。ブレード３００４は、金属ベース３００６の前面上に形成され、或いはこれに取り付けられる。接続要素３００２は、図３０に示すように閉鎖型、或いは、図３１に示すように開放型とすることができる。シュラウド３００８がブレード３００４上に配置された後、接続要素３００２は、シュラウド３００８内に形成された対応する孔を貫通する。この段階の後、バンド３０１０は、シュラウド３００８の上に図３２に示すように接続要素を通して挿入され、シュラウド３００８をブレードに固定することができる。同じものが図３１に図示されている。バンド３０１０は、図３３に示すように閉鎖されるか、或いは、例えば、接着、溶接、ボルト、その他など他の既知の手段により閉鎖することができる。
【００９７】
図３０から３３に示す実施形態は、ブレード３００４の後縁に形成された接続要素３００２を示している。しかしながら、接続要素３００２は、ブレードに沿った他の位置に形成することができる。加えて、接続要素３００２は、上述のように他の接続手段と組み合わせることができる。また、ブレード３００４は、金属材料から完全に形成され、或いは、例えば、図１５に示すような金属と複合材料との組み合わせから形成することができる。同じことが、接続要素３００２の組成にも当てはまる。
【００９８】
図３４に示す更に別の例示的な実施形態において、インペラ３４００は、ピン３４０４を用いてブレード３４０６に取り付けられるブラケット３４０２を有する。ブラケットは、シュラウド３４０８の後縁を受け、該シュラウド３４０８をブレード３４０４に固定するよう構成される。或いは、ピン３４０４は、ブラケット３４０２と一体的に形成することができ、ピン３４０４は、ブレード３４０６に取り付けられることになるダブテール形状を有するように形成することができる。
【００９９】
図３５に示す別の例示的な実施形態において、インペラ３５００は、ブレード（図示せず）上に形成されるか又は取り付けられるピン３５０２を有する。ピンは、ブレードの前縁上に形成される。ピン３５０２は、シュラウド３５０６内に形成された孔３５０４を貫通する。孔３５０４は、ピン３５０２が入る大きな幅の第１の領域３５０８と、小さな幅を有し且つピン３５０２をロックするよう構成された第２の領域３５１０とを有することができる。ブレードの後縁において、図３６に示す差込機構３５１２を用いて、シュラウドの後方部分をブレードに固定することができる。或いは、図３７は、ブレードの後縁をシュラウドの後方部分に接続するリベットピンを示している。図３７における後縁は、全自由度で制約され、図３６におけるシュラウドの後縁は、フープ方向で自由度を有する。
【０１００】
図３８に示す例示的な実施形態によれば、ターボ機械用のインペラにおいて複合材シュラウドをブレードに取り付けるための方法がある。本方法は、中央孔、背面、背面の反対側の前面、及び前面上に延びる複数金属ブレードを有する金属ベースを提供するステップ３８００と、複数の金属ブレードと複合材シュラウドが接触して、金属ベースの前面、複数の金属ブレード、及び複合材シュラウドによって複数の閉鎖経路が形成されるようにするステップ３８０２と、複合材シュラウドを金属ベース及び／又は複数の金属ブレードに固定するステップ３８０４と、を含む。固定ステップは、図１５から３７に関して上記で検討したあらゆる機構を実施する種々のステップを含むことができる。加えて、固定ステップは、例えば、接着剤（又はシリコンもしくは樹脂）又はリベット、或いは、これらの機構とシュラウドをブレード及び／又は金属ベースに固定するのに既に検討したものとの組み合わせを用いるステップを含むことができる。
【０１０１】
開示された例示的な実施形態は、複合材シュラウドを金属ブレード及び／又はインペラの金属支持体に取り付けるシステム及び方法を提供する。本明細書は本発明を限定するものではない点は理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付の請求項によって定義される本発明の技術的思想及び範囲に含まれる、代替形態、修正形態、及び均等形態を保護するものとする。更に、例示的な実施形態の詳細な説明において、請求項に記載された本発明を包括的に理解するために多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、種々の実施形態はこのような具体的な詳細事項がなくとも実施できる点は当業者であれば理解されるであろう。
【０１０２】
本発明の例示的な実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせで実施形態において説明したが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素を伴わず単独で、或いは本明細書で開示される他の特徴及び要素の有無に関わりなく種々の組み合わせで用いることができる。
【０１０３】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の範囲内にあるものとする。
【０１０４】
例えば、上記で検討した実施形態は、約１５０ミリメートルから約２メートルまでの遠心インペラ（遠心圧縮機又はターボ膨張器）の直径を有するターボ機械に適用することができる。このような遠心圧縮機３９００は、図３９に図示されており、ケーシング３９０２、インペラ３９０４、及びインペラを保持するよう構成されたロータ３９０６を含む。インペラは、上記の例示的な実施形態で検討したインペラの何れかとすることができる。圧力範囲（少なくとも１つのインペラ、好ましくは複数のインペラを含む単一機械の入口から出口までの）は、約１から１０００ｂａｒである。上記で検討した実施形態の１つ又はそれ以上のインペラはまた、車両エンジンのタービン又はブロアの実施例の場合と同様、低圧の技術的応用に合わせて構築することができる。しかしながら、ターボ機械はそのサイズすなわち遠心力のサイズがかなり大きく、インペラに破壊的作用をもたらす可能性があるので、このような低圧応用は、ターボ機械により引き起こされる問題に直面することはない。
【符号の説明】
【０１０５】
１  遠心ロータ
３  第１のロータ
３Ａ  第１の後方プレート
３Ｂ  第１のブレード
３Ｃ  第１の中央ボア
３Ｄ  第１の基本バッキングディスク
３Ｅ  第１のハブ
３Ｉ  第１の入口オリフィス
３Ｕ  第１の出口オリフィス
５  バッキングディスク
９  係止層
【図１Ａ】
0005906182.tif 000002
【図１Ｂ】
0005906182.tif 000003
【図１Ｃ】
0005906182.tif 000004
【図２Ａ】
0005906182.tif 000005
【図２Ｂ】
0005906182.tif 000006
【図２Ｃ】
0005906182.tif 000007
【図３Ａ】
0005906182.tif 000008
【図３Ｂ】
0005906182.tif 000009
【図４Ａ】
0005906182.tif 000010
【図４Ｂ】
0005906182.tif 000011
【図５Ａ】
0005906182.tif 000012
【図５Ｂ】
0005906182.tif 000013
【図６Ａ】
0005906182.tif 000014
【図６Ｂ】
0005906182.tif 000015
【図７】
0005906182.tif 000016
【図８Ａ】
0005906182.tif 000017
【図８Ｂ】
0005906182.tif 000018
【図９Ａ】
0005906182.tif 000019
【図９Ｂ】
0005906182.tif 000020
【図１０Ａ】
0005906182.tif 000021
【図１０Ｂ】
0005906182.tif 000022
【図１１Ａ】
0005906182.tif 000023
【図１１Ｂ】
0005906182.tif 000024
【図１１Ｃ】
0005906182.tif 000025
【図１２】
0005906182.tif 000026
【図１３】
0005906182.tif 000027
【図１４】
0005906182.tif 000028
【図１５】
0005906182.tif 000029
【図１６】
0005906182.tif 000030
【図１７】
0005906182.tif 000031
【図１８】
0005906182.tif 000032
【図１９】
0005906182.tif 000033
【図２０】
0005906182.tif 000034
【図２１】
0005906182.tif 000035
【図２２】
0005906182.tif 000036
【図２３】
0005906182.tif 000037
【図２４】
0005906182.tif 000038
【図２５】
0005906182.tif 000039
【図２６】
0005906182.tif 000040
【図２７】
0005906182.tif 000041
【図２８】
0005906182.tif 000042
【図２９】
0005906182.tif 000043
【図３０】
0005906182.tif 000044
【図３１】
0005906182.tif 000045
【図３２】
0005906182.tif 000046
【図３３】
0005906182.tif 000047
【図３４】
0005906182.tif 000048
【図３５】
0005906182.tif 000049
【図３６】
0005906182.tif 000050
【図３７】
0005906182.tif 000051
【図３８】
0005906182.tif 000052
【図３９】
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