(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械であって、
軸方向貫通穴（６Ｂ）を含む複数のインペラ（５Ｂ、５Ｄ）であって、前記複数のインペラ（５Ｂ、５Ｄ）のうちの少なくとも１つのインペラ（５Ｂ、５Ｄ）が、第１の断面（６Ｂ１）を有する第１の軸方向穴を備えた第１の部分と、第２の断面（６Ｂ２）を有する第２の軸方向穴を備えた第２の部分と、を有し、前記第１の断面（６Ｂ１）が前記第２の断面（６Ｂ２）より小さく、前記軸方向貫通穴（６Ｂ）は、前記第１及び第２の軸方向穴を含む、複数のインペラ（５Ｂ、５Ｄ）と、
前記軸方向貫通穴（６Ｂ、６Ｄ）の内部の少なくとも一部に位置する少なくとも第１及び第２の軸方向タイロッド（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）と、
少なくとも１つのナット（１１Ａ）と、
を含み、
前記少なくとも１つのインペラ（５Ｂ、５Ｄ）は、前記ナット（１１Ａ）を用いて前記第１の軸方向タイロッド（４Ａ）の端部に連結されると共に、前記第２の軸方向タイロッド（４Ｂ）の端部に直接連結される、
ターボ機械。
【請求項２】
前記軸方向タイロッド（４Ｂ、４Ｃ）のうちの１つは、前記少なくとも１つのインペラ（５Ｂ）の前記第２の部分の中に捩じ込まれる拡大端部（１２）を有する、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記軸方向タイロッド（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）のうちの、１つの軸方向タイロッド（４Ｂ）の前記拡大端部（１２）は、隣接する別の軸方向タイロッド（４Ａ）の端部を収容するための凹部（１３）を有する、
請求項２に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記少なくとも第１及び第２の軸方向タイロッド（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）は、直列に配置され、
前記直列配置の第１の又は最後の軸方向タイロッド（４Ａ）は、前記軸方向タイロッド（４Ａ）に張力をかけるための先頭として機能しかつ第１の又は最後のインペラ（１Ａ）の正面に位置する要素（９）に連結される、
請求項１から３のいずれか１つの項に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記直列配置の前記最後の又は第１の軸方向タイロッド（４Ｃ）は、前記最後の又は第１の軸方向タイロッド（４Ｃ）のナット（１１Ｃ）を介して要素（１０）に連結され、
前記要素（１０）は、そのうちの一方の側でインペラ（１Ｅ）に軸方向に隣接すると共に、前記最後の又は第１の軸方向タイロッド（４Ｃ）を受容するための軸方向貫通穴（１０Ｆ）を有する、
請求項４に記載のターボ機械。
【請求項６】
当該ターボ機械が、多段遠心圧縮機である、
請求項１から５のいずれか１つの項に記載のターボ機械。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つの項に記載のターボ機械に用いられるインペラ（５Ｂ）であって、
前記軸方向貫通穴（６Ｂ）と、
前記第１の断面（６Ｂ１）を有する前記第１の軸方向穴を備えた前記第１の部分と、
前記第２の断面（６Ｂ２）を有する前記第２の軸方向穴を備えた前記第２の部分と、
を含み、
前記第１の断面（６Ｂ１）が前記第２の断面（６Ｂ２）より小さく、
前記第１及び第２の軸方向穴は、前記軸方向貫通穴（６Ｂ）を構成し、
前記第１の部分は、前記第１の軸方向タイロッド（４Ａ）の前記端部に連結可能であり、
前記第２の部分は、前記第２の軸方向タイロッド（４Ｂ）の前記端部に連結可能である、
インペラ。
【請求項８】
第１のハースカップリング（７Ａ）の歯（７Ａ２）が、１つの前記インペラの第１の側で、前記軸方向貫通穴（６Ｂ）の周りに位置して設けられており、
第２のハースカップリング（７Ｂ）の歯（７Ｂ１）が、前記１つのインペラの第２の側で、前記軸方向貫通穴（６Ｂ）の周りに位置して設けられており、
前記ハースカップリング（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）によって、隣接する前記インペラ同士が、それらの接線方向つまり軸中心の回転方向に連結されるように形成されている、
請求項７に記載のインペラ。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１つの項に記載のターボ機械用のロータを組み立てる方法であって、
それぞれの前記軸方向貫通穴（６Ｂ、６Ｄ）を有する前記複数のインペラ（１Ａ、５Ｂ、５Ｄ、１Ｅ）を提供するステップと、
前記インペラを相互に軸方向に隣接して配置するステップと、
少なくとも前記第１及び第２の軸方向タイロッド（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）を提供するステップと、
少なくとも１つの連結要素としてのインペラ（５Ｂ、５Ｄ）を提供するステップと、
前記連結要素としてのインペラ（５Ｂ、５Ｄ）を使用して、その軸方向貫通穴（６Ｂ、６Ｄ）の一方側で前記第１の軸方向タイロッド（４Ａ、４Ｂ）の端部を、そして、その軸方向貫通穴（６Ｂ、６Ｄ）の他方側で前記第２の軸方向タイロッド（４Ｂ、４Ｃ）の端部を、固定するステップと、
を含む、
方法。
【請求項１０】
前記複数のインペラ（１Ａ、５Ｂ、５Ｄ、１Ｅ）のうちの１つは、前記連結要素（５Ｂ、５Ｄ）の少なくとも一部である、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各前記インペラ（１Ａ、５Ｂ、５Ｄ、１Ｅ）は、隣接するインペラ同士が、軸方向に連結されると、その軸方向貫通穴（６Ｂ、６Ｄ）の周りに位置してそれぞれ設けられたハースカップリング（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）によって、それら隣接するインペラ同士がその接線方向つまり軸中心の回転方向にも連結される、
請求項９又は１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に開示した主題の実施形態は、インペラのセットを組み立てる方法、インペラ及びターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
インペラのセットの組立ては、いろいろな方法を用いて実行することができる。
【０００３】
１つの公知の方法は、インペラに軸方向貫通穴を設けることと、インペラをすべて軸方向に相互に隣接して配置することと、軸方向タイロッドを、最初のインペラと最後のインペラの双方から突出するように、穴の中に挿入することと、タイロッドを用いて最初のインペラと最後のインペラ上に軸方向力を加えて、インペラをすべて互いにしっかり保持することにある。
【０００４】
そういった解決策は、簡易かつ効果的であるが、欠点がいくつかある。
【０００５】
インペラのアセンブリが、機械の動作及びインペラに接触する流体に起因して熱くなっているとき、タイロッドも熱くなり、インペラが多少緩む。これにより、インペラの相対回転及び／又はロータの不均衡及び／又は機械の高い振動及び／又は低い発電／吸収及び／又はインペラ間の連結部のフレッチングと摩耗、が起きることがある。この欠点は、インペラの数やタイロッドの長さに比例する。この欠点は、機械の動作中におけるタイロッドやインペラの温度に依存する。この欠点は、特に熱膨張係数が異なるせいで、タイロッドやインペラに使用する材料にも依存する。
【０００６】
タイロッドが長いとき、減衰装置は、軸方向タイロッドと関連付けることと、その２つの端部間のいくつかの地点（これはインペラの軸方向穴の内部を意味する）に配置することが求められる。そういった減衰装置は、摩耗及び／又は損傷にさらされ、したがって、それを使用する機械の信頼性を低下させる原因になっている。さらに、そういった減衰装置がインペラの軸方向穴の内部に位置するので、メンテナンス作業は、機械を完全に分解することが要求される。
【０００７】
したがって、インペラのセットを組み立てる方法を改善することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許第４１２８６７３号
【発明の概要】
【０００９】
基本的な思想は、軸方向タイロッドを複数、一般的には、２つ又は３つ又は４つ、使用することである。
【００１０】
本発明の第１の態様は、インペラである。
【００１１】
ターボ機械のインペラは、軸方向貫通穴と、第１の断面を有する第１の軸方向穴を備えた第１の部分と、第２の断面を有する第２の軸方向穴を備えた第２の部分と、を含み、前記第１の断面が前記第２の断面より小さく、前記第１及び第２の軸方向穴は、前記軸方向貫通穴を構成し、前記第１の部分は、第１の軸方向タイロッドの端部に連結可能であり、前記第２の部分は、第２の軸方向タイロッドの端部に連結可能である。
【００１２】
本発明の第２の態様は、ターボ機械である。
【００１３】
ターボ機械は、
−  軸方向貫通穴を含む少なくとも１つのインペラであって、少なくとも１つのインペラが、第１の断面を有する第１の軸方向穴を備えた第１の部分と、第２の断面を有する第２の軸方向穴を備えた第２の部分と、を有し、前記第１の断面が前記第２の断面より小さく、前記軸方向貫通穴は、前記第１及び第２の軸方向穴を含む、少なくとも１つのインペラと、
−  軸方向貫通穴の内部の少なくとも一部に位置する少なくとも第１及び第２の軸方向タイロッドと、
−  少なくとも１つのナットと、を含み、
少なくとも１つのインペラは、前記ナットを用いて前記第１の軸方向タイロッドの端部に連結されると共に、前記第２の軸方向タイロッドの端部に直接連結される。
【００１４】
本発明の第３の態様は、インペラのセットを組み立てる方法である。
【００１５】
本方法は、ターボ機械用のロータを組み立てるために使用され、
−  それぞれの軸方向貫通穴を有する複数のインペラを提供するステップと、
−  前記インペラを相互に軸方向に隣接して配置するステップと、
−  少なくとも第１及び第２の軸方向タイロッドを提供するステップと、
−  少なくとも１つの連結要素を提供するステップと、
−  前記連結要素を使用して、その軸方向貫通穴の一方側で前記第１の軸方向タイロッドの端部を、そして、その軸方向貫通穴の他方側で前記第２の軸方向タイロッドの端部を、固定するステップと、を含む。
【００１６】
本明細書中に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、本発明の例示的な実施形態を図示しており、詳細な説明と共にこれらの実施形態を説明している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ただ１つの軸方向タイロッドを介して組み立てられたインペラのセットの簡易化した断面図である。
【図２】３つの軸方向タイロッドを介して組み立てられたインペラのセットの簡易化した断面図である。
【図３】簡易な軸方向貫通穴を有するインペラの簡易化した部分断面図である。
【図４】形状付けされた軸方向貫通穴を有するインペラの簡易化した部分断面図である。
【図５】図２の構成に使用されているような図４のインペラを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の例示的な実施形態の説明は、添付図面を参照している。
【００１９】
以下の説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって画定される。
【００２０】
本明細書全体にわたる「１つの実施形態」又は「実施形態」という引用は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、又は特性が、開示した主題に関する実施形態のうちの少なくとも１つに含められることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって様々な箇所に出現する用語「１つの実施形態では」又は「実施形態では」は、必ずしもその実施形態と同じものを指してはいない。さらに、特定の特徴、構造又は特性については、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な形式で組み合わせることができる。
【００２１】
図１は、５段遠心圧縮機である遠心圧縮機の５つのインペラ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅのセットを示す。インペラ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、軸方向に相互に隣接すると共に、それぞれの軸方向貫通穴２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅを有する。特に、それらの穴は、例えば、円筒状であり、同じ直径を有する。軸方向貫通穴２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅは、軸方向に整列され、これらの穴の中には、軸方向タイロッド３が単独で、最初のインペラ１Ａと最後のインペラ１Ｅの双方から（少なくとも幾分か）突出するように挿入される。最初のインペラ１Ａと最後のインペラ１Ｅ上には、タイロッド３（並びに、この実施形態によれば２つの要素）を用いて軸方向力が加えられ、インペラ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅをすべて互いにしっかり保持する。
【００２２】
図２は、図１の構成に類似のものを示すが、５つのインペラ、すなわち、１Ａ、５Ｂ、１Ｃ、５Ｄ、１Ｅ、をすべて互いにしっかり保持するために、３つの軸方向タイロッド４Ａ、４Ｂ、４Ｃが使用される。この図２の実施形態の第１のインペラ（すなわち、インペラ１Ａ）と、中央のインペラ（すなわち、インペラ１Ｃ）と、最後のインペラ（すなわち、インペラ１Ｅ）とは、図１の実施形態のそれらと同一である。
【００２３】
第２のインペラ５Ｂは、タイロッド４Ａが第１のインペラ１Ａと第２のインペラ５Ｂを互いにしっかり保持するように、形状付けされる。第４のインペラ５Ｄは、タイロッド４Ｂが第２のインペラ５Ｂと第３のインペラ１Ｃと第４のインペラ５Ｄとを互いにしっかり保持するように、形状付けされる。第４のインペラ５Ｄと第５のインペラ１Ｅは、後述する別の要素１０を介して、タイロッド４Ｃによって互いに保持される。
【００２４】
この実施形態によれば、各軸方向タイロッドは、その全部ではなく（例えば）２つ又は３つのインペラのみを互いに保持するために使用される。したがって、インペラが緩むリスクと、タイロッド用の減衰装置の必要性とが大いに減る。
【００２５】
一般に、インペラのセットの組立ては、少なくとも１つの連結要素を介して実現され、連結要素は、その２つの側でそれぞれ２つのインペラに軸方向に隣接すると共に、軸方向貫通穴を有する。連結要素は、その軸方向貫通穴の一方側で第１の軸方向タイロッドの端部を、そして、その軸方向貫通穴の他方側で第２の軸方向タイロッドの端部を、固定するために使用される。
【００２６】
有利なことに、上記の連結要素は、組み立てられるべきセットのインペラのうちの１つである。図２の実施形態では、インペラ５Ｂ及び５Ｄは、連結要素としても機能すると共に、相互に極めて類似している。図４は、一例として、軸方向貫通穴６Ｂを備えたインペラ５Ｂを詳細に示している。
【００２７】
有利なことに、インペラのうちの１つは、上記の連結要素の少なくとも一部になっている。
【００２８】
有利なことに、セットのインペラ１Ａ、５Ｂ、１Ｃ、５Ｄ、１Ｅは、その軸方向貫通穴２Ａ、６Ｂ、２Ｃ、６Ｄ、２Ｅの周りに位置するそれぞれのハースカップリング（ｈｉｒｔｈ  ｊｏｉｎｔｓ）７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄによって、接線方向に相互に連結される。ハースカップリングは、極めて良好な連結を保証すると共に、いくつかの組立てや分解の作業（例えば、メンテナンスのため）の後ですらインペラの相互位置をまったく同じにすることができるという利点を有する。
【００２９】
インペラ５Ｂは、軸方向貫通穴６Ｂを備える。軸方向貫通穴の第１の穴部分６Ｂ１は、インペラの第１の側に位置すると共に、第１の断面を有する。軸方向貫通穴の第２の穴部分６Ｂ２は、インペラの第２の側に位置すると共に、第２の断面を有する。第１の側は、第２の側と対向している。第１の断面（６Ｂ１を参照）は、第２の断面（６Ｂ２を参照）より小さい。第１の穴部分６Ｂ１は、ナット１１Ａを通して中心決めされるタイロッド４Ａの基準として使用されることもある。平坦な面６Ｂ３は、第１及び第２の穴部分６Ｂ１及び６Ｂ２の内面をつないでいると共に、軸方向タイロッドの端部との連結に適合するようになっている。図５は、軸方向タイロッド４Ａのナット１１Ａに連結された面６Ｂ３を示している。第２の穴部分６Ｂ２は、別の軸方向ロッドの端部との連結に適合するようになっている。図５は、穴部分６Ｂ２（ねじ付きである）の中に捩じ込まれた軸方向タイロッド４Ｂを示している。特に、軸方向タイロッド４Ｂの拡大（具体的には、半径方向に拡大）した端部１２のねじ付きシャンクが存在する。軸方向タイロッド４Ｂの拡大端部１２は、軸方向タイロッド４Ａの端部（具体的には、端部の先端）を収容するための凹部（具体的には、軸方向の凹部）１３を有する。こういった方法で、精密な組立てと締付けを可能にしながらも、軸方向長さをより短くして極めて良好な連結を実現することができる。穴部分６Ｂ１及び６Ｂ２の間には、部分的又は全面的な壁を配置してもよいということに留意されたい。
【００３０】
インペラ５Ｂは、インペラの第１の側で軸方向貫通穴６Ｂの周りに位置する第１のハースカップリング７Ａの歯７Ａ２と、インペラの第２の側で軸方向貫通穴６Ｂの周りに位置する第２のハースカップリング７Ｂの歯７Ｂ１と、を具備する。
【００３１】
図３は、組み立てられるべきセットのうちの、連結要素として機能しないインペラの実施形態を示している。インペラ１Ａ、１Ｃ及び１Ｅは、相互に極めて類似している。インペラ１Ｃは、例えば、円筒状である軸方向貫通穴２Ｃを備える。インペラ１Ｃは、インペラの第１の側で軸方向貫通穴２Ｃの周りに位置する第２のハースカップリング７Ｂの歯７Ｂ２と、インペラの第２の側で軸方向貫通穴２Ｃの周りに位置する第３のハースカップリング７Ｃの歯７Ｃ１と、を具備する。
【００３２】
図２の実施形態によれば、軸方向タイロッド４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、直列に配置される。この直列配置の第１の軸方向タイロッド４Ａは、軸方向タイロッド４Ａに張力をかけるための先頭として機能しかつ上記セットのうちの第１のインペラ１Ａの正面に位置する要素９に連結される。例えば、タイロッド４Ａの端部は、要素９のねじ付き穴の中に捩じ込まれ、要素９は、ハースカップリング８Ａを用いてインペラ１Ａに連結される。
【００３３】
図２の実施形態によれば、軸方向タイロッド４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、直列に配置される。この直列配置の最後の軸方向タイロッド４Ｃは、タイロッド４Ｃのナット１１Ｃを介して要素１０に連結される。要素１０は、そのうちの一方の側で最後のインペラ１Ｅに軸方向に隣接すると共に、最後の軸方向タイロッド４Ｃを受容するための軸方向貫通穴１０Ｆ（具体的には、形状付けされた穴）を有する。例えば、要素１０は、ハースカップリング８Ｂを用いてインペラ１Ｅに連結される。
【００３４】
要素９及び１０は、異なった形状と寸法を有していてもよいということに留意されたい。特に、それらは、ジャーナル軸受、シャフトエンドシール、バランスドラム、スラストカラーを含んでいてもよい。
【００３５】
図２の構成の組立ては、例えば、次の、
−  ロッド４Ａが、要素９に固定され、
−  ロッド４Ａが、カップリング（ｊｏｉｎｔ）８Ａが連結するまでインペラ１Ａの穴２Ａの中に挿入され、
−  ロッド４Ａが、カップリング７Ａが連結するまでインペラ５Ｂの穴６Ｂの中に挿入され、
−  ナット１１Ａが、ロッド４Ａ上に締まるまで捩じ込まれ、
−  ロッド４Ｂが、穴６Ｂの中に締まるまで捩じ込まれ、
−  ロッド４Ｂが、カップリング７Ｂが連結するまでインペラ１Ｃの穴２Ｃの中に挿入され、
−  ロッド４Ｂが、カップリング７Ｃが連結するまでインペラ５Ｄの穴６Ｄの中に挿入され、
−  ナット１１Ｂが、ロッド４Ｂ上に締まるまで捩じ込まれ、
−  ロッド４Ｃが、穴６Ｄの中に締まるまで捩じ込まれ、
−  ロッド４Ｃが、カップリング７Ｄが連結するまでインペラ１Ｅの穴２Ｅの中に挿入され、
−  ロッド４Ｃが、カップリング８Ｂが連結するまで要素１０の穴１０Ｆの中に挿入され、
−  ナット１１Ｃが、ロッド４Ｃ上に締まるまで捩じ込まれ、
というように順次実行される。
【００３６】
この時点で、構成が全面的に組み立てられる。
【００３７】
組み立てる手順についての上記の説明には、どの部分が移動しどの部分が静止して維持されるかを特定する意図がないということに留意されたい。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ  インペラ
１Ｂ  インペラ
１Ｃ  インペラ
１Ｄ  インペラ
１Ｅ  インペラ
２Ａ  軸方向貫通穴
２Ｂ  軸方向貫通穴
２Ｃ  軸方向貫通穴
２Ｄ  軸方向貫通穴
２Ｅ  軸方向貫通穴
３  タイロッド
４Ａ  タイロッド
４Ｂ  タイロッド
４Ｃ  タイロッド
５Ｂ  インペラ
５Ｄ  インペラ
６Ｂ  軸方向貫通穴
６Ｂ１  第１の穴部分
６Ｂ２  第２の穴部分
６Ｂ３  面
６Ｄ  軸方向貫通穴
７Ａ  ハースカップリング
７Ａ２  歯
７Ｂ  ハースカップリング
７Ｂ１  歯
７Ｂ２  歯
７Ｃ  ハースカップリング
７Ｃ１  歯
７Ｄ  ハースカップリング
８Ａ  ハースカップリング
８Ｂ  ハースカップリング
９  要素
１０  要素
１０Ｆ  軸方向貫通穴
１１Ａ  ナット
１１Ｂ  ナット
１１Ｃ  ナット
１２  端部
１３  凹部
【図１】
0006726618.tif 000002
【図２】
0006726618.tif 000003
【図３】
0006726618.tif 000004
【図４】
0006726618.tif 000005
【図５】
0006726618.tif 000006