[发明专利]通过组装多个涡轮构件的涡轮机叶轮的制造

说明书

描述了一种用于制造涡轮机叶轮的方法。该方法提供用于制造多个管状构件(13)，各个管状构件形成内通路(21)，其定形为最终叶轮(1)的流动通路中的一个。管状构件组装在一起，形成半成品叶轮(1S)。半成品叶轮设有围绕叶轮的旋转轴线延伸的环形腔(41,43)，以及相邻管状构件(13)之间的间隙(S)。间隙和腔填充有金属粉末，并且半成品叶轮经受热等静压，以使金属粉末密实化，并且形成整体最终叶轮(1)。

技术领域

本公开涉及涡轮机制造。更具体而言，本文中公开的主题涉及用于制造涡轮机叶轮的方法，例如，用于离心或向心涡轮机(如，离心泵和压缩机和向心涡轮)的叶轮。

背景技术

涡轮机包括一个或更多个旋转构件和一个或更多个静止构件。在涡轮压缩机中，流动穿过涡轮机的流体由旋转构件的旋转运动加速，并且在静止构件中减慢，其中流体的动能转换成压力能。在涡轮或膨胀器中，包含在流动穿过涡轮机的流体中的能量转换成可用在涡轮轴或膨胀器轴上的机械功率。

离心涡轮机如离心泵和压缩机通常包括安装用于在壳中旋转的一个或更多个叶轮。叶轮可安装在旋转轴上，该旋转轴由适合的轴承支承在壳中，并且在其中与叶轮一起旋转。各个叶轮包括具有前表面和后表面的盘，并且设有用于旋转轴的中心孔。在一些已知实施例中，叶轮设有前齿，使相互相邻的叶轮与彼此扭转地接合。中心杆沿轴向将叶轮锁定在一起。

叶片从盘的前表面延伸，并且限定其间的流体通路(也称为叶轮导叶)。叶轮还可包括护罩，其连接于叶片，并且在与盘相对的侧部上闭合流体通路或导叶。

形成在相邻叶片之间的导叶或流体通路通常具有复杂形状，其由流体动力考虑指示。各个叶轮与扩散器组合，该扩散器接收从叶轮加速的流体，并且其中流体的动能转换成压力能，因此升高流体压力。扩散器通常形成在收纳在机器壳中的所谓的静止隔板中。

与流体流相互作用的涡轮机构件经常具有相当复杂的形状。这适用于静止构件以及旋转构件如叶轮两者。

制造复杂的涡轮构件如扩散器和叶轮有时由数字控制的除屑机加工来执行。然而，由除屑的机加工限于扩散器和叶轮的一些形状，因为不是每个流体动力表面都可由除屑工具机加工。根据其它已知方法，叶轮通过将单个构件焊接于彼此来制造。根据又一个已知方法，熔模铸造用于叶轮制造。

用于制造涡轮机叶轮的另一个选择是通过所谓的放电机加工(EDM)技术，其中盘形的工件置于介电液体中并且与电极共同作用。施加了工件与电极之间的电压差，因此生成电火花，其侵蚀工件的表面。电极定形成以使所需的腔由侵蚀获得。具有不同电极的不同工具按顺序使用来机加工工件，直到获得最终的叶轮形状。

另外，EDM具有局限性和缺点，特别是因为需要使用不同形状的若干电极以便实现叶轮的所需最终形状。电极经受磨损，并且必须经常更换。此外，放电机加工是相当缓慢的过程。

根据又一已知技术，涡轮机叶轮可通过使用热等静压过程的粉末冶金来制造。图1和2示意性示出了用于叶轮制造的该已知粉末冶金过程的示例性实施例。图1示出了由粉末冶金过程制造的压缩机叶轮的示意性局部截面视图，并且图2示出了用于制造图1中示意性示出的叶轮的芯部的轴侧视图。