[發明專利]制造渦輪機構件的方法、渦輪機構件和渦輪機

有效

• 申請號: 201580028922.6
• 申請日: 2015-05-28
• 公開（公告）號: CN106660125B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: G.馬西;M.貝拉奇;F.卡普奇尼;F.約澤利
• 申請（專利權）人: 諾沃皮尼奧內技術股份有限公司
• 主分類號: B22F3/15
• 分類號: B22F3/15;B22F5/00;B22F7/06;B22F7/08;F04D29/02;F04D29/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;劉林華

一種通過粉末金屬熱等靜壓來制造渦輪機的構件(40)的方法，使用限定構件(40)的外側表面(42A,42B,42C,42D,42E,42F,42G,42H)的容器(41)；金屬插入件(443)在利用金屬粉末填充容器(41)之前位于容器(41)的內側；插入件(443)在構件(40)的制造結束之后留在構件(40)中。有利地，金屬芯(44)在利用金屬粉末填充容器(41)之前位于容器(41)內側，芯(44)在構件(40)的制造結束之前從構件(40)移除。以此方式，可在沒有制造試驗的情況下獲得凈成形表面。

技術領域

在本文中公開的主題的實施例涉及制造渦輪機構件的方法、渦輪機構件和渦輪機。

背景技術

用于制造渦輪機構件的一個技術是粉末冶金熱等靜壓(powder metallurgy hotisostatic pressing)，簡言之為P/M-HIP；該技術例如用于制造由金屬材料制成的離心壓縮機的封閉葉輪。

該技術有吸引力的一個原因是，通過特定的途徑，它允許制造如下金屬部件，該金屬部件不需要進一步的加工或需要整個部件或至少該部件的一些表面的有限量的加工；在該情況下，該技術稱為“凈成形HIP”，盡管該途徑可應用于部件的外部表面和內部表面二者，但其當在內部表面的加工困難或有時甚至不可能時應用于這些表面時尤其有用。

加工的成本和時間取決于待加工的材料的類型、待移除的材料的量、待移除的材料的可接近性，和使用的加工技術；例如，銑削相對快但銑削工具(相對)相當小，而放電加工較慢但EDM工具(相對)相當較大。

為了獲得精加工或幾乎精加工的部件，即，具有“凈成形表面”，需要精確地模擬用于制造該部件的(金屬)容器、(金屬)粉末和HIP設備的特性。

此外，即使執行精確的模擬，但仍需要一些真實的制造試驗(通常一次或兩次或三次)，以便滿足復雜構件的所需設計尺寸公差；在各次試驗之后，檢測且測量所獲得的部件，且對容器并且/或者對HIP過程參數(例如壓力曲線和/或溫度曲線)進行一些更改。

因此，“凈成形表面”途徑一般僅應用于一些特定表面且不應用于待制造的部件的所有表面。

模擬和試驗影響用于開始新的部件的生產所需的時間和成本，且因此對于單部件生產或小批生產而言尤其是問題。在油氣領域中，存在一些渦輪機的為“單部件”的一些部件；換言之，渦輪機的此種部件不同于過去制造的任何渦輪機的任何部件且不同于將來將制造的任何渦輪機的任何部件，即使此種部件可相當類似于過去的部件或類似于將來的部件。

發明內容

根據P/M-HIP技術，容器用于限定待制造的構件的外側表面且該容器由粉末金屬填充，排空存在于內側的氣體且被密封，且然后通過熱等靜壓熱循環來使粉末固結，通常，制造過程以容器的移除結束，主體的“外側表面”是在外部界定主體的那些表面，且因此不包括通孔的和內部腔的表面。

申請人還使用P/M-HIP以用于制造具有一個或更多個內部通道的部件，內部通道包括具有精密公差的內部通道，諸如例如工作流體流動路徑；為此，除容器外使用一個或更多個芯，以便限定構件的內側表面(即，限定通道的表面)。

在P/M-HIP過程期間，當施加熱量和壓力時，不僅金屬粉末變形，而且容器和芯(如果有)變形。這例如導致所制造的部件的任何內部通道的形狀、大小和位置的變化。

變形越大，則需要越多的制造試驗，因為大的變形難以通過模擬來準確預測。

申請人考慮，如果變形可能足夠小，則將需要模擬但將不需要真實的制造試驗；以此方式，將顯著地減少用于開始通過P/M-HIP生產新部件的時間和成本。

申請人認為，最大的變形是由容器的存在經歷最大收縮的大量金屬粉末的那些區域導致的；而且，一般來說，不能夠簡單地通過改變容器的形狀和大小或其區域的形狀和大小來減少變形，因為這些形狀和大小與待制造的部件的形狀和大小強相關。