[發明專利]渦輪機葉輪制造

有效

• 申請號: 201380010678.1
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN104284746B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: P.托茲;I.焦文內蒂;A.梅西尼
• 申請（專利權）人: 諾沃皮尼奧內股份有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;F04D29/02;B22F5/10;B22F5/00;F04D29/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

本發明公開一種渦輪機葉輪(120)，所述渦輪機葉輪(120)包括由固化粉末材料形成的多個固化層。所述葉輪包括由實心表層結構(S)所環繞的框格結構(L)構成的至少一個部分。

技術領域

本發明大體上涉及制造渦輪機葉輪，諸如用于離心壓縮機、離心泵或渦輪膨脹機的葉輪。更確切地，本發明涉及通過增材制造型生產工藝(additive-manufacturing-typeproduction process)來制造渦輪機葉輪。

背景技術

用于例如離心壓縮機或離心泵的渦輪機葉輪是幾何結構復雜的部件。圖1示出示例性離心壓縮機葉輪的透視圖。圖2示出沿著帶護罩壓縮機葉輪的一部分的徑向平面的示例性截面。

整體標示為1的葉輪包括入口2和出口3。從入口2延伸到出口3的用于將要壓縮的氣體的流動通道形成于輪轂4與護罩5之間。葉片6布置在輪轂4與護罩5之間。在相鄰葉片6之間，形成從氣體入口2延伸到氣體出口3的流動導葉7。葉輪1具有中心孔,壓縮機軸(未示出)經過所述中心孔。葉輪輪轂4環繞中心孔的部分稱為“葉輪基部(impeller foot)”，并以參考數字8來標示。

設有護罩5(如圖1所示的護罩)的葉輪制造起來特別復雜。具體地說，三維葉片要求使用諸如放電加工或電化學加工等制造工藝。帶護罩葉輪進一步要求，一旦葉片已經或將要通過使用5軸數控加工工具從實心金屬件開始進行完全銑削而被加工出來，護罩將被焊接到輪轂上。

為實現這種部件更有效且更便宜的制造，現今已研究增材制造型生產工藝。這些工藝中的一種是所謂的電子束層熔融工藝。這種制造工藝提供復雜部件的逐層構造。部件通過按順序分布經熔融并隨后固化的粉末材料層來制造。每層沿著所述層的由將在相關層的層面上制造的制品的截面的邊界限定的一部分熔融并且固化。

渦輪機葉輪經受高動態機械應力，并且有時需要在特別困難的環境中工作(例如，在由壓縮機處理酸性氣體或潮濕氣體時)。此外，存在對減輕葉輪的重量同時維持所需要的機械和化學-物理抗性的恒定需要。

發明內容

減小通過增材制造型生產工藝制造出的渦輪機葉輪的重量通過以下方式實現：控制用于熔融或燒結粉末材料的高能量源，以便所述渦輪機葉輪的大塊部分形成為具有內部框格結構，所述內部框格結構由實心結構環繞，即由提供實心連續外表面的一種表層環繞。框格結構可以通過以下方式來獲得：適當控制所述高能量源所傳送的能量，以便所述粉末材料逐點熔融，并且單獨體積的已熔融粉末材料將固化并彼此粘附以在它們之間留出體積，在所述體積中，所述粉末材料并未熔融并且隨后將被移除，以在所述固化材料內留出空的空間，從而形成所述框格結構。

根據一個實施例，提供一種使用粉末材料來逐層制造渦輪機葉輪的方法。所述粉末材料用高能量源來照射并熔融，并且固化以形成所述葉輪。所述高能量源受到控制以使得所述渦輪機葉輪的至少一個大體積部分受到照射，以使由實心表層結構環繞的框格結構中的粉末材料固化，從而封閉所述框格結構。

在特別有利的實施例中，使用電子束源。由電子束槍產生的電子束局部熔融粉末材料。已熔融材料的隨后冷卻產生所述渦輪機葉輪的每層的最終結構。

雖然以下具體實施方式將確切地提及電子束源，但是本說明書所公開的方法也可使用不同高能量源來實行。對高能量源的選擇可取決于例如所使用材料的種類。例如，可使用激光源替代電子束槍。在其他實施例中，可例如使用適當布置并控制的電極來對將要固化的粉末材料施加電能。

本說明書使用的術語“固化(solidify)”和“固化(solidification)”應大體上理解為使松散粉末材料轉變成具有給定形狀的硬質主體的任何動作或過程。在一些實施例中，粉末材料熔融，并且隨后固化。然而，在其他實施例中，粉末材料可能經歷一個不同固化工藝(例如，燒結工藝)，而非熔融并且隨后固化工藝。

在一些實施例中，所述方法包括以下步驟：