(57)【要約】【課題】従来技術の欠点を克服し、かつ高い形状の差異にかかわらず、費用効果のある方法で製造可能であり、高い効率を可能にし、高い動作安定性を有するガイド装置を提供すること。【解決手段】本発明は、遠心式ターボチャージャのためのタービンガイド装置（１）であって、タービンガイド装置（１）は、第１の環状ディスク要素（１０）と、第２の環状ディスク要素（２０）と、第１の環状ディスク要素（１０）と第２の環状ディスク要素（２０）との間に配置される複数のガイドブレード（３０）と、から複数のパーツで組み立てられ、ガイドブレード（３０）は、しっかりと接合されるように、かつ／または非積極的および／もしくは積極的なようにして各環状ディスク要素（１０、２０）に接続される、タービンガイド装置（１）に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心式ターボチャージャのためのタービンガイド装置（１）であって、前記タービンガイド装置（１）が、第１の環状ディスク要素（１０）と、第２の環状ディスク要素（２０）と、前記第１の環状ディスク要素（１０）と前記第２の環状ディスク要素（２０）との間に配置される複数のガイドブレード（３０）と、から複数のパーツで組み立てられ、前記ガイドブレード（３０）は、しっかりと接合されるように、かつ／または非積極的および／もしくは積極的なようにして各環状ディスク要素（１０、２０）に接続される、タービンガイド装置（１）。
【請求項２】
前記第１の環状ディスク要素（１０）及び前記第２の環状ディスク要素（２０）は、前記ガイドブレード（３０）の材料以外の材料から形成されることを特徴とする、請求項１に記載のタービンガイド装置（１）。
【請求項３】
前記第１の環状ディスク要素（１０）及び前記第２の環状ディスク要素（２０）は、前記ガイドブレード（３０）を固定するための凹部（１１、２１）を備え、前記ガイドブレード（３０）は、その各端部セクション（３１、３２）を用いて、前記第１の環状ディスク要素（１０）及び前記第２の環状ディスク要素（２０）における対応する前記凹部（１１、２１）に取り付けられることを特徴とする、請求項１または２に記載のタービンガイド装置（１）。
【請求項４】
前記２つの環状ディスク要素（１０、２０）は、互いに平行な平面に並べられ、前記ガイドブレード（３０）が、前記２つの環状ディスク要素（１０、２０）の間で平行に並んで、前記ガイドブレードの延長軸（Ａ）に沿って延びることを特徴とする、請求項１、２、または３に記載のタービンガイド装置（１）。
【請求項５】
前記各凹部（１１、２１）の形状は、前記ガイドブレード（３０）における対応する前記凹部（１１、２１）の中に突出するその領域での前記ガイドブレード（３０）の横断面形状に相当することを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のタービンガイド装置（１）。
【請求項６】
すべてのガイドブレード（３０）は、同じ形状を有す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ビンガイド装置（１）。
【請求項７】
すべてのガイドブレード（３０）は、その延長軸（Ａ）の方向に直線的に延び、したがって、前記延長軸（Ａ）の方向において湾曲を有しないことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のタービンガイド装置（１）。
【請求項８】
各環状ディスク要素（１０、２０）は、実質的に、円周全体にわたって同じままである厚さを有し、前記第１の環状ディスク要素（１０）及び前記第２の環状ディスク要素（２０）の各凹部（１１、２１）の深さは、前記各環状ディスク要素（１０、２０）の厚さの５０％から１００％の間になることを特徴とする、請求項２から７のいずれか一項に記載のタービンガイド装置（１）。
【請求項９】
前記第１の環状ディスク要素（１０）及び前記第２の環状ディスク要素（２０）の厚さは異なっており、前記第１の環状ディスク要素（１０）の厚さは、前記第２の環状ディスク要素（２０）の厚さの約２倍にな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ビンガイド装置（１）。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項の特徴付けられた機能によるタービンガイド装置（１）を製造する方法であって、
ａ．第１の環状ディスク要素（１０）および第２の環状ディスク要素（２０）を提供するステップと、
ｂ．形状が同一であるＮ個の数のガイドブレード（３０）を提供するステップと、
ｃ．その延長方向（Ａ）が平行に並んだ前記ガイドブレードを、その端部セクション（３１、３２）を用いて、平行な平面に配置された前記各環状ディスク要素（１０、２０）の凹部（１１、２１）の中に挿入できるような位置において、前記ガイドブレード（３０）におけるその端部セクション（３１、３２）での横断面形状に対応するＮ個の凹部（１１、２１）を各環状ディスク要素（１０、２０）にそれぞれ導入するステップと、
ｄ．前記ガイドブレード（３０）を、その各第１の端部セクション（３１）を用いて、前記第１の環状ディスク要素（１０）の前記凹部（１１）の中に導入するステップと、
ｅ．前記ガイドブレード（３０）を、その各第２の端部セクション（３２）を用いて、前記第２の環状ディスク要素（２０）の前記凹部（２１）の中に導入するステップと、
ｆ．前記凹部（１１、２１）の領域において、前記各環状ディスク要素（１０、２０）と、前記ガイドブレード（３０）との積極的接続、非積極的接続、および／またはしっかりと接合される接続を確立するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
形状が同一である前記Ｎ個のガイドブレード（３０）は、形材を適切な長さに切断することによって直線的に延びる前記形材から製造される、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、請求項１のプリアンブルによるタービンガイド装置に関し、特に、遠心式ターボチャージャのためのタービンガイド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の用途の好ましい分野は、遠心式ターボ圧縮機または遠心式ターボチャージャに関する。基本的には、本発明はまた、他の圧縮機またはタービンに対する用途も考えられる。タービンにおいて、流体は、概して移行部品を通り、かつ意図された流路に沿って１つまたは複数のチャンバから流出する。いくつかのタービン段は、通常、流路に沿った列で構成することができ、流体は、第１段のいわゆるガイド装置およびブレードを通り、その後に続いてタービンの後続する段のガイド装置およびブレードを通って流れるようになる。このようにして、タービンガイド装置は、流体を各ブレードの方向に導くことができ、その結果、ブレードを回転させて、例えば、発電機または同様のものなど、消費装置(consumer)を駆動する。
【０００３】
ターボチャージャにおいて今日使用される圧縮機の大部分は、遠心式圧縮機ホイールと、後壁を備える渦巻き形ハウジングと、ディフューザと、からなる遠心式圧縮機である。空気は、圧縮機ホイールの回転により軸方向に吸入され、高速度に加速される。このように加速された空気は、ディフューザの方向へと径方向に圧縮機ホイールを離れる。遠心式ターボ圧縮機は、概して、プロセス流体をより高い圧力に、またはより高密度に高めるために使用される。ここで、プロセス流体は、通常、圧縮プロセス中に容積縮みが生ずるように、圧縮可能な性質のものである。
【０００４】
しかし、用途に応じて、ガイド装置を、その寸法、形状、および構成に関して、その用途に適切に適合させることが必要であるため、高い製品差異、およびパーツの多様性が生ずる。タービンガイド装置の場合、ブレード高さおよびブレード輪郭における必要な差異に起因して、例えば、固体材料から鋳造される、または製造される、またはフライス加工されるガイド装置の製造コストは、結果として、多くの必要な鋳造モデル、または機械加工の高いねじれ(torsion)により非常に高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、前記欠点を克服し、かつ高い形状の差異にかかわらず、費用効果のあるようにして製造可能であり、高い効率を可能にし、高い動作安定性を有するガイド装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本目的は、請求項１の特徴を備えるタービンガイド装置により解決される。
【０００７】
本発明に関して、軸方向、接線方向、径方向、または周方向などの用語は、別段の指定がない限り、常に、遠心式ターボ機械の回転軸を参照する。
【０００８】
本発明の基本的なアイデアは、タービンガイド装置が３つの組立体、すなわち、第１の環状ディスク要素と、第２の環状ディスク要素と、第１の環状ディスク要素と第２の環状要素との間に配置される複数のガイドブレードと、から複数のパーツで組み立てられることにある。
【０００９】
したがって、本発明によれば、ガイド装置、特に遠心式ターボチャージャのためのタービンガイド装置が提案され、タービンガイド装置は、第１の環状ディスク要素と、第２の環状ディスク要素と、第１の環状ディスク要素と第２の環状ディスク要素との間に配置される複数のガイドブレードと、から複数のパーツで組み立てられ、ガイドブレードの端部は、しっかりと接合されるように、かつ／または非積極的および／もしくは積極的なようにして各環状ディスク要素に接続される。
【００１０】
したがって、「覆われた」ガイド装置が得られる。覆われたガイドブレードを備えるタービンガイド装置は、一方で、ブレード先端におけるギャップ損失が回避されるので、より高い効率を可能にし、他方で、ブレード翼根の丸み付け半径の負の影響が回避される。タービンホイールのバースト中におけるより剛性のある構造、および高い抵抗により、このようなタービンガイド装置は、「覆われていない」または鋳造されたガイド装置よりもさらに多くのエネルギーを除去することができ、したがって、バースト保護としてさらなる機能を提供する。
【００１１】
本発明の有利な構成では、環状ディスク要素は、ガイドブレードの材料以外の材料から、好ましくは、より延性のある材料から形成されるように提供される。本発明によるコンセプトによれば、したがって、異なる材料とその特性を適切に組み合わせる可能性が存在する（例えば、腐食を低減するために、環状ディスク要素に対して延性材料を選択し、ブレードに対して抵抗性材料を選択するなど）。
【００１２】
さらなる利点は、環状ディスク要素が、ガイドブレードを固定するように適切に形成された凹部を備え、ガイドブレードを、その各端部セクションを用いて、環状ディスク要素の対応する凹部の中に挿入する、または対応する凹部の中に導入することのできる構成である。
【００１３】
本発明のさらなる有利な実施形態では、２つの環状ディスク要素が、互いに平行な平面に並べられ、ガイドブレードが、２つの環状ディスク要素の間で平行に並んで、ガイドブレードの延長軸に沿って延びるように提供される。このように、延長軸はまた、タービンガイド装置の軸に対して平行に延びる。
【００１４】
環状ディスク要素における各凹部の形状が、ガイドブレードにおけるこの凹部の中に突出するその領域でのそのガイドブレードの横断面形状に相当する場合はさらに有利である。凹部およびガイドブレード端部の形態が、それぞれ互いに対応して一致し、したがって、ガイドブレードの端部を凹部に挿入する、または取り付けると、各ガイドブレードと各環状ディスク要素との間に積極的接続、および非積極的接続が確立される場合は特に有利である。しかし、代替的に、または補足的に、しっかりと接合される接続を形成する方法も選択することができる。
【００１５】
本発明の同様の有利な実施形態においては、すべてのガイドブレードが同じ形状を有し、それにより、組立コストおよび製造コストに対して好ましい影響をさらに有するように提供される。
【００１６】
さらにすべてのガイドブレードが、その延長軸の方向に直線的に延び、したがって、延長軸の方向において湾曲を含まない場合、特に好ましいことが証明されている。その場合、ガイドブレードは、その形状に起因して、ダイカストまたはフライス加工により棒材から費用効果が得られるように製造され、かつ必要なブレード長に応じた長さに切断することができる。
【００１７】
さらに各環状ディスク要素が、実質的に、円周全体にわたって同じままである厚さを有し、さらに環状ディスク要素の各凹部の深さは、各環状ディスク要素の厚さの５０％から１００％の間になるように提供されることが有利である。１００％の深さを有する場合、これは、凹部が、環状要素の連続する開口部として、厚さ全体に沿って形成されることを意味する。
【００１８】
さらに２つの環状ディスク要素の厚さが異なっており、第１の環状ディスク要素の厚さが、好ましくは、第２の環状ディスク要素の厚さの約２倍に達し、さらに好ましくは、第２の環状ディスク要素の厚さの１７５％〜２２５％になる場合は有利である。前述の異なる材料選択と組み合わせると、タービンガイド装置の技術的特性をこのように最適化することが可能になる。
【００１９】
本発明のさらなる態様は、上記で述べたタービンガイド装置を製造するための方法であって、
ａ．第１の環状ディスク要素および第２の環状ディスク要素を提供するステップと、
ｂ．形状が同一であるＮ個の数のガイドブレードを提供するステップと、
ｃ．その延長方向が平行に並んだガイドブレードを、その端部セクションを用いて、平行な平面に配置された各環状ディスク要素の凹部の中に挿入できるような位置において、ガイドブレードにおけるその端部セクションでの横断面形状に対応するＮ個の凹部を各環状ディスク要素にそれぞれ導入するステップと、
ｄ．ガイドブレードを、その各第１の端部セクションを用いて、第１の環状ディスク要素の凹部の中に導入するステップと、
ｅ．ガイドブレードを、その各第２の端部セクションを用いて、第２の環状要素の凹部の中に導入するステップと、
ｆ．凹部の領域において、各環状ディスク要素と、ガイドブレードとの積極的接続、非積極的接続、および／またはしっかりと接合される接続を確立するステップと、
を含む、方法に関する。
【００２０】
方法は、形状が同一であるＮ個のガイドブレードが、形材を適切な長さに切断することによって直線的に延びる形材から製造される場合、特に有利に構成することができる。代替的には、ダイカストにより製造することもまた考えられる。
【００２１】
本発明の他の有利なさらなる発展は、従属請求項で特徴付けられるが、あるいは諸図により、本発明の好ましい実施形態の説明と併せて、以下でより詳細に提示される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】タービンガイド装置の例示的な実施形態の斜視図である。
【図２】図１からのタービンガイド装置の第１の環状ディスク要素の平面図である。
【図３】図２の切断線Ｓ１−Ｓ１に沿った断面図である。
【図４】図１からのタービンガイド装置の第２の環状ディスク要素の平面図である。
【図５】図４の切断線Ｓ１−Ｓ１に沿った断面図である。
【図６】ガイドブレードの前端部の図、およびその隣の側方縁部の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明が、図１から図６を参照し、例示的な実施形態を用いてより詳細に述べられ、図中、同じ参照番号は、同じ構造的かつ／または機能的特徴を指す。
【００２４】
図１では、タービンガイド装置１の例示的な実施形態の斜視図が示されている。タービンガイド装置１は、以下の構成要素、すなわち、（図２でより詳細に示される）第１の環状ディスク要素１０と、（図４でより詳細に示される）第２の環状ディスク要素２０と、図６を参照してより詳細に述べられる複数のガイドブレード３０と、から複数のパーツで組み立てられる。
【００２５】
ガイドブレード３０は、第１の環状ディスク要素１０と第２の環状ディスク要素２０との間に配置され、ガイドブレード３０は、非積極的および積極的なようにして、この例示的な実施形態における各環状ディスク要素１０、２０に接続されるが、そのガイドブレード３０は、２つの環状ディスク要素１０、２０のポケット状の凹部１１および２１の中にそれぞれ挿入される。ガイドブレード３０の横断面形状の各凹部１１、２１の形状は、本目的のために、接続領域における各凹部１１および２１の横断面形状にそれぞれ対応しており、各凹部１１および２１の横断面形状は、本明細書では、ガイドブレード３０の端部セクション３１および３２にそれぞれ対応する。この例示的な実施形態では、すべてのガイドブレード３０が同じ形状を有する。
【００２６】
２つの環状ディスク要素１０、２０が、互いに平行な平面に並べられ、かつガイドブレード３０が、２つの環状ディスク要素１０、２０の間で平行に並んで、ガイドブレード３０の延長軸Ａに沿って延びるように、その配置が構成される。
【００２７】
図２および図４では、２つの環状ディスク要素１０、２０がより詳細に示されている。２つの環状ディスク要素は、閉じた平坦で丸いリングとして形成されており、それぞれが、上側１２および２２を備え、またそれぞれが、下側１３および２３を備える。環状ディスク要素は、それぞれ、ガイドブレード３０を固定するための凹部１１および２１をそれぞれ備える。
【００２８】
各環状ディスク要素１０、２０は、それぞれ、２２個の数のこのような凹部１１および２１を備え、凹部１１および２１は、各環状ディスク要素１０、２０の厚さ全体にわたって延びており、これは、図３および図５の断面図で明らかである。この点において、凹部の数はまた、２２以外の数にできることに留意されたい。第１の環状ディスク要素１０は、第２の環状ディスク要素２０と比較して２倍の厚さを有する。
【００２９】
この実施形態では、ガイドブレード３０はすべて同じ形状を有しており、そのそれぞれの端部セクション３１、３２を用いて、環状ディスク要素１０、２０の対応する凹部１１、２１の中に、導入される。ガイドブレードの効率または振動挙動に影響を与えるために、本発明に関して、ガイドブレードが異なる形状および／または設計を有することも同様に提供される。図６は、端部セクション３１の前端部の図と、その隣に、ガイドブレード３０の側面図と、を示す。ガイドブレード３０は、その延長軸Ａの方向に直線的に延び、したがって、延長軸の方向において湾曲を有しないことが明確に分かる。延長軸Ａ。
【００３０】
その実施形態において、本発明は、上記で述べた好ましい例示的な実施形態に限定されることはない。そうではなくて、基本的に異なる性質の実施形態であっても、示された解決策を利用するいくつかの変形形態が考えられる。
【符号の説明】
【００３１】
１  タービンガイド装置
１０  第１の環状ディスク要素
１１  凹部
１２  上側
１３  下側
２０  第２の環状ディスク要素
２１  凹部
２２  上側
２３  下側
３０  ガイドブレード
３１  端部セクション
３２  端部セクション
【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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【図６】
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【外国語明細書】
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