(57)【要約】      （修正有）【課題】新規な遠心圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機(10)は、インペラ(11)と、外側渦巻ハウジング部分(16)及び内側インサート部分(15)を有するハウジング(13)と、流路(17)と、輪郭壁(19)によって流路(17)から分離され、インペラ(11)領域において循環開口部(20)を通じて流路(17)に接続され、その中に延在するストラット(14)を通じて部分(15)に接続される循環室(18)とを有する。流路(17)の境界は壁(19)により、その下流では部分(15)の第１のセグメント(21)により形成される。ストラット(14)は部分(15)の第２のセグメント(22)に係合する。セグメント(22)はセグメント(21)の下流側端部(23)に係合し、セグメント(21)はその端部(23)と上流側端部(24)との間の延在部分にわたって最大５％の偏差を備えた一定厚さを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心圧縮機（１０）であって、
ロータ側のインペラ（１１）と、
径方向外側の渦巻ハウジング部分（１６）及び径方向内側のインサート部分（１５）を有するステータ側のハウジング（１３）と、
圧縮されるべき媒体を前記インペラ（１１）の方向に供給するための主要流路（１７）と、
前記主要流路（１７）の径方向外側に配置された循環室（１８）であって、輪郭壁（１９）によって前記主要流路（１７）から分離されており、前記インペラ（１１）の領域において、循環開口部（２０）を通じて、前記主要流路（１７）に接続されており、前記循環室（１８）内に延在するストラット（１４）を通じて、前記インサート部分（１５）に接続されている循環室（１８）と、を有しており、
前記主要流路（１７）の境界が、前記輪郭壁（１９）によって、前記輪郭壁（１９）の下流では、前記インサート部分（１５）の第１のセグメント（２１）によって形成されており、前記ストラット（１４）は、前記インサート部分（１５）の第２のセグメント（２２）に係合する遠心圧縮機において、
前記インサート部分（１５）の前記第２のセグメント（２２）は、前記インサート部分（１５）の前記第１のセグメント（２１）の下流側端部（２３）に係合しており、
前記インサート部分（１５）の前記第１のセグメント（２１）の上流側端部（２４）は、前記輪郭壁（１９）の方向において自由に突出しており、
前記インサート部分（１５）の前記第１のセグメント（２１）は、子午断面で見て、その前記下流側端部（２３）と前記上流側端部（２４）との間の延在部分にわたって、最大５％の厚み偏差を備えた、略一定の厚さを有していることを特徴とする遠心圧縮機（１０）。
【請求項２】
前記第１のセグメント（２１）の前記上流側端部（２４）が、前記循環室（１８）内に向かって変形可能であることを特徴とする、請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記インサート部分（１５）の前記第１のセグメント（２１）が、前記主要流路（１７）に対向する第１の面（２５）と、前記主要流路（１７）に背向する第２の面（２６）とにおいて、表面処理が行われていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記インサート部分（１５）の前記第１のセグメント（２１）が、その前記下流側端部（２３）と前記上流側端部（２４）との間の延在部分にわたって、最大２％の厚み偏差を備えた、一定の厚さを有し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遠心圧縮機。
【請求項５】
前記インサート部分（１５）の前記第１のセグメント（２１）と、前記インサート部分（１５）の前記第２のセグメント（２２）との間の移行領域（２７）には、前記主要流路（１７）に背向する面（２６）に、ノッチ（２８）の形の材料凹所が形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記インサート部分（１５）が、一体的に構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遠心圧縮機。
【請求項７】
前記インサート部分（１５）が、複数の部分から構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遠心圧縮機。
【請求項８】
前記インサート部分（１５）と、前記ステータ側のハウジング（１３）の前記径方向外側の渦巻ハウジング部分（１６）とは、部材の側で分離していると共に、分離した、又は、別個の部材によって供給されてい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遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のおいて書きに記載の遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１からは、排ガスターボチャージャの遠心圧縮機が知られている。例えば、特許文献１は、ロータ側のインペラと、ステータ側のハウジングとを有する遠心圧縮機を示している。当該ハウジングは、圧縮されるべき媒体をインペラの方向に誘導するための、主要流路を画定している。主要流路の外側には、循環室が配置されており、当該循環室は、輪郭壁によって、主要流路から分離されている。特許文献１によると、循環室は、インペラの領域における循環開口部まで延在している。インペラの領域において、循環室は、循環開口部を通じて、主要流路に接続されている。循環室の内部には、ストラットが延在しており、当該ストラットを通じて、主要流路を循環室から分離する輪郭壁が、ハウジングに接続されている。
【０００３】
特許文献１によると、遠心圧縮機のハウジングは、径方向外側の渦巻ハウジング部分と、径方向内側のインサート部分と、を有している。その際、渦巻ハウジング部分とインサート部分とは、１つの部分として構成されている。インサート部分の第１のセグメントは、輪郭壁の下流において、主要流路を画定している。当該輪郭壁は、ストラットを通じて、インサート部分の第２のセグメントに接続されている。ストラットはインサート部分の第２のセグメントに係合し、当該第２のセグメントは、インサート部分の第１のセグメントの上流側端部に係合している。
【０００４】
このような遠心圧縮機が破損した場合、例えば、インペラの破片がインサート部分に衝突する可能性がある。これまで、このような遠心圧縮機のインサート部分は、故障した場合に、決められたように変形することはあり得なかった。むしろ、インサート部分の変形は、インサート部分の第２のセグメントを、インサート部分の第１のセグメントに構造的に接続することによって阻止される。その結果、破片のインサート部分への衝突から生じる力は、渦巻ハウジング部分に伝達される。それによって、封じ込めの安全性が制限される。なぜなら、渦巻ハウジング部分、及び／又は、渦巻ハウジング部分と軸受ハウジングとの間のフランジ接続の過負荷が生じ、破片が周囲に到達し得るからである。
【０００５】
遠心圧縮機の封じ込めの安全性を高める必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２１９４２７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この必要性から出発して、本発明の課題は、新式の遠心圧縮機を創出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本課題は、請求項１に記載の遠心圧縮機によって解決される。
【０００９】
本発明によると、インサート部分の第２のセグメントは、インサート部分の第１のセグメントの下流側端部に係合している。インサート部分の第１のセグメントの上流側端部は、輪郭壁の方向において、自由に浮遊するように突出している。インサート部分の第１のセグメントは、子午断面で見て、その下流側端部と上流側端部との間の延在部分にわたって、最大５％の厚み偏差を備えた、略一定の厚さを有している。
【００１０】
本発明によって、インサート部分の第１のセグメントが、決められたように、すなわち特に破損した場合に遠心圧縮機のインペラの破片がインサート部分に衝突する際に、循環室内に向かって変形することが可能である。インサート部分の第１のセグメントの、下流側端部と上流側端部との間の、最大５％の厚み偏差を備えた、子午断面で見て略一定の厚さは、上述の別の特徴と組み合わされて、インサート部分の所定の変形を確実化する。
【００１１】
それによって、遠心圧縮機が故障した場合に、インサート部分の、つまり主要流路の境界を少なくとも部分的に形成するインサート部分の第１のセグメントの、所定の変形が可能になる。渦巻ハウジング部分への、及び／又は、渦巻ハウジング部分と軸受ハウジング部分との間のフランジ接続への力の導入は、防止されるか、又は、著しく減少する。
【００１２】
有利なさらなる発展形態によると、インサート部分の第１のセグメントは、主要流路に対向する第１の面と、主要流路に背向する第２の面とにおいて、表面処理が行われている。インサート部分の第１のセグメントの、その両方の面における表面処理は、破損した場合における、第１のセグメントの所定の変形を支持し、封じ込めの安全性をさらに高める。
【００１３】
有利なさらなる発展形態によると、インサート部分の第１のセグメントは、その延在部分にわたって、最大２％、好ましくは最大１％の厚み偏差を備えた、略一定の厚さを有している。このような、インサート部分の第１のセグメントの所定の厚さは、その所定の変形を支持し、遠心圧縮機の封じ込めの安全性をさらに高める。
【００１４】
有利なさらなる発展形態によると、インサート部分の第１のセグメントとインサート部分の第２のセグメントとの間の移行領域には、主要流路に背向する面に、特にノッチの形の材料凹所が形成されている。当該材料凹所は、遠心圧縮機が故障した場合、特に、インペラの破片がインサート部分の第１のセグメントに衝突した場合の、インサート部分の第１のセグメントの所定の変形を支持する。これによっても、遠心圧縮機の封じ込めの安全性をさらに高めることができる。
【００１５】
本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の実施例を、図面を用いて詳細に記載するが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る遠心圧縮機の子午断面を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
遠心圧縮機１０は、複数のロータブレード１２を備えた、ロータ側のインペラ１１を有している。さらに、遠心圧縮機１０は、ステータ側のハウジング１３を有している。
【００１８】
図１には、ステータ側のハウジング１３から、インペラ１１の領域に位置する、径方向内側のインサート部分１５と、インペラ１１の下流に配置された、径方向外側の渦巻ハウジング部分１６とが示されており、これらは、図１の実施例では、別個のアセンブリとして形成されている。
【００１９】
図１では、ハウジング１３は、複数の部分から構成され、別個のインサート部分１５と、別個の渦巻ハウジング部分１６とを含んでおり、これらは互いに接続されている。
【００２０】
従って、示された好ましい実施例において、インサート部分１５と、ステータ側のハウジング１３の径方向外側の渦巻ハウジング部分１６とは、部材側で分離しているので、これらは、分離した、又は、別個の部材によって供給されている。それゆえ、図示された好ましい実施例において、インサート部分１５は、渦巻ハウジング部分１６によって画定される渦巻状流路の境界を形成せず、また、部分的にも形成しない。
【００２１】
図示された実施例とは異なり、基本的に、インサート部分１５と渦巻ハウジング部分１６とが１つの部分として構成され、一体型のアセンブリによって供給されていることも可能であることを指摘しておく。基本的に、インサート部分１５が、渦巻ハウジング部分１６によって画定される渦巻状流路の境界を部分的に形成することも可能である。
【００２２】
遠心圧縮機１０のハウジング１３は、圧縮されるべき媒体のための主要流路１７を画定しており、それによって、主要流路１７を通じて、圧縮されるべき媒体は、インペラ１１の方向に誘導される。径方向外側において主要流路１７に隣接して、ハウジング１３は、循環室１８を画定している。環状ウェブとも呼ばれる輪郭壁１９は、主要流路１７を循環室１８から分離し、主要流路１７の境界を部分的に形成する。
【００２３】
循環室１８は、インペラ１１の上流の部分から、インペラ１１の領域内まで延在している。図１は、インペラ１１の領域における循環開口部２０を示しており、当該循環開口部を通じて、循環室１８は、インペラ１１の領域において、主要流路１７に接続されている。循環室１８の内部には、ストラット１４が延在している。
【００２４】
ストラット１４を通じて、輪郭壁１９はハウジング１３に、つまり図示された実施例では、ハウジング１３のインサート部分１５に接続されている。
【００２５】
ハウジング１３のインサート部分１５は、第１のセグメント２１を有しており、第１のセグメント２１は、主要流路１７の境界を、輪郭壁１９の下流において形成している。循環開口部２０は、輪郭壁１９と、インサート部分１５の第１のセグメント２１との間に形成されている。インサート部分１５の第２のセグメント２２には、ストラット１４が係合しており、ストラット１４には、輪郭壁１９も係合している。
【００２６】
図示された実施例では、インサート部分１５の第２のセグメント２２は、２つの部分２２ａ及び２２ｂから構成されている。これらの部分２２ａ及び２２ｂは、１つの部分として、又は、一体的に構成されていても良い。
【００２７】
ストラット１４が係合しているインサート部分１５の第２のセグメント２２は、第１のセグメント２１の下流側端部２３に係合しており、第１のセグメント２１は、輪郭壁１９に隣接して、主要流路１７の境界を部分的に形成している。インサート部分１５の第１のセグメント２１の上流側端部２４は、輪郭壁１９の方向において、自由に浮遊するように突出している。循環開口部２０は、輪郭壁１９と、インサート部分１５の第１のセグメント２１の上流側端部２４との間に形成されている。
【００２８】
インサート部分１５の第１のセグメント２１は、子午断面で見て、その下流側端部２３と、その上流側端部２４との間の延在部分にわたって、最大５％の厚み偏差を備えた、略一定の厚さ又は厚さプロファイルを有している。
【００２９】
破損した場合に、例えば、インペラ１１の破片が、インサート部分１５に、すなわちその第１のセグメント２１に衝突する場合、インサート部分１５の第１のセグメント２１の上流側端部２４は、決められたように、循環室１８内に向かって変形し、インペラ１１の破片の運動エネルギーを、決められたように減少させ得る。破損した場合にハウジング１３に導入さる力は、それによって、渦巻ハウジング部分１６の過負荷、及び、渦巻ハウジング部分と軸受ハウジング部分との間のフランジ接続の過負荷と、それに伴う、破片の周囲への放出とを回避するために、効果的に制御され得る。それによって、封じ込めの安全性が高められる。
【００３０】
圧縮機１０が破損した場合に、インサート部分１５の第１のセグメント２１の所定の変形を支持又は改善するために、インサート部分１５の第１のセグメント２１は、主要流路１７に対向する第１の面２５と、主要流路１７に背向する第２の面２６とにおいて、表面処理が行われており、特に、インサート部分１５の第１のセグメント２１が、その延在部分全体にわたって、すなわち第１のセグメント２１の上流側端部２４から、インサート部分１５の第２のセグメント２２への移行領域２７の方向において、子午断面で見て、略一定の厚さ、又は、略一定の厚さプロファイルを有するように、表面処理が行われている。この略一定の厚さは、最大５％、好ましくは最大２％、特に好ましくは最大１％の厚み偏差を許容する。
【００３１】
例えば、インサート部分１５の第１のセグメント２１の厚さが１０ｍｍである場合、特に好ましい場合において、この厚さは、第１のセグメント２１の上流側端部２４と、第２のセグメント２２への移行領域２７又は第１のセグメント２１の下流側端部２３との間の、インサート部分１５の第１のセグメント２１の延在部分全体にわたる１０ｍｍの厚さから、最大で０．１ｍｍ異なっている。
【００３２】
インサート部分１５の第１のセグメント２１の変形挙動は、第１のセグメント２１と第２のセグメント２２との間の移行領域２７において、好ましくはノッチ２８として構成された材料凹所が、第１のセグメント２１の主要流路１７に背向する面２６に形成されている場合に、さらに改善され得る。
【００３３】
すでに述べたように、インサート部分１５は、２つの部分２２ａ、２２ｂという複数の部分から構成されている。しかしながら、インサート部分１５は、一体的に構成することも可能であり、その場合、２つの部分２２ａ、２２ｂは、１つの部分である。
【００３４】
本発明によって、破損した場合の、インペラ１１の破片の運動エネルギーを、インサート部分１５の第１のセグメント２１の所定の変形によって減少させることができる。渦巻ハウジング１６、特に渦巻ハウジングの外壁、及び、渦巻ハウジング部分と軸受ハウジングとの間のフランジ接続に、負荷及び歪みが加えられることはないか、又は、あってもわずかである。封じ込めの安全性は増大する。
【００３５】
図１の遠心圧縮機１０は、排ガスターボチャージャの遠心圧縮機である。当該遠心圧縮機では、軸方向において、インペラ１１の領域で圧縮されるべき媒体が流れ、径方向において、圧縮されるべき媒体が放出される。
【符号の説明】
【００３６】
１０  遠心圧縮機
１１  インペラ
１２  ロータブレード
１３  ハウジング
１４  ストラット
１５  インサート部分
１６  渦巻ハウジング部分
１７  主要流路
１８  循環室
１９  輪郭壁
２０  循環開口部
２１  第１のセグメント
２２  第２のセグメント
２２ａ  第１の部分
２２ｂ  第２の部分
２３  下流側端部
２４  上流側端部
２５  第１の面
２６  第２の面
２７  移行領域
２８  ノッチ
【図１】
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【外国語明細書】
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