用于徑流式渦輪的渦輪葉輪制造技術

本發明專利技術涉及一種用于徑流式渦輪的渦輪葉輪，所述渦輪葉輪包括旋轉對稱的基板(1)和通過輪轂盤(2)和蓋盤(3)限定的流動空間(4)，所述流動空間將軸向的內部的開口(5)與徑向外部的開口(6)連接并且通過渦輪葉片(7)分成流動通道(8)。本發明專利技術也涉及一種用于制造這樣的渦輪葉輪的方法。按照本發明專利技術，至少輪轂盤(2)、渦輪葉片(7)和蓋板(3)一件式地通過增材制造方法成形到基板(1)上。

Turbine impeller for a radial turbine

The invention relates to a method for turbine impeller radial turbine, the turbine impeller comprises a substrate rotation symmetry (1) and the wheel (2) and a cover plate (3) defines the flow space (4), the flow inside the axial space of the opening (5) and an external radial (6) and connected through the turbine blades (7) into a flow channel (8). The invention also relates to a method for manufacturing such a turbine impeller. According to the invention, at least a wheel hub (2), a turbine blade (7) and a cover plate (3) are formed on a substrate (a) by means of a material increase manufacturing method.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于徑流式渦輪的渦輪葉輪，所述渦輪葉輪包括旋轉對稱的基板和通過蓋盤和輪轂盤限定的流動空間，所述流動空間將軸向的內部的開口與徑向外部的開口連接并且通過渦輪葉片分成各流動通道。本專利技術也涉及一種用于制造這樣的渦輪葉輪的方法。
技術介紹
這樣的封閉的渦輪葉輪、所謂的蓋盤轉子具有優點，即，通過渦輪引導的介質流過其內部，而不會與渦輪的外壁接觸。這允許渦輪葉輪和渦輪殼體之間的較大的間隙寬度，從而較大的熱的膨脹也可以無問題并且沒有效率損失地被補償。通常渦輪葉輪通過切削的加工來制造。然而在這里產生關于渦輪葉輪的可制造的幾何結構的限制。這樣銑削工具不能夠任意深地運動進入封閉的流動空間中并且在其中操縱。這排除——尤其是在小的渦輪葉輪中——在由實心塊制造的蓋盤轉子中的耗費的構造。因此至今指示，將輪轂盤連同在其上設置的渦輪葉片敞開地預制并且在其上安裝完成的蓋盤。然而該事后的緊固基于在接合蓋盤時產生的高的切口效應和材料削弱部在很大程度上是不利的。此外必須使用渦輪葉輪的附加的質量并且此外會產生附加的制造公差。
技術實現思路
在該背景下，本專利技術的任務是，提供具有較小的質量和提高的精確性的封閉的渦輪葉輪。本專利技術的主題和該任務的解決方案是按照權利要求1所述的渦輪葉輪以及按照權利要求13所述的方法。同類的渦輪葉輪設置用于徑流式渦輪，其中，工作介質徑向于渦輪葉輪的旋轉軸線流動。按照本專利技術的教導也可使用到其他徑向被流經的流體機械如徑向鼓風機、徑向泵和徑向壓縮機上。葉輪具有旋轉對稱的基板，其中，所述基板具有旋轉對稱的基體，然而旋轉周期性設置的或構成的連接設備——例如孔或鋸齒狀突起部——也可以設置在所述基體上。通過蓋盤和輪轂盤限定流動空間，所述流動空間將軸向的內部的開口與徑向外部的開口連接。輪轂盤和蓋盤沿軸向方向限定流動空間并且以適宜的方式以均勻的厚度構成。流動空間通過渦輪葉片分成各流動通道。按照本專利技術，至少輪轂盤、渦輪葉片和蓋板一件式地通過增材制造方法成形到基板上。在這樣的方法中，材料局部地由——例如粉末狀的——原材料組成，以便獲得希望的形狀。尤其是選擇性的熔化和燒結技術屬于此，例如選擇性的激光熔化(SLM)和選擇性的激光燒結(SLS)，其尤其是也適合用于由金屬粉末產生金屬的結構。這樣制造的成形件結構上區分于通過鍛造和/或切削的加工制造的成形件。尤其是沒有接合位置——例如在焊接時——存在。由此能夠取得產生的工件的大的均一性。此外也能夠通過增材制造方法產生形狀，所述形狀通過其特別的造型——例如背切——通過其他制造方法不可制造。優選渦輪葉片分別延伸直到流動空間的外部的徑向的開口。在此通過分別兩個渦輪葉片界定的流動通道通過至少一個中間壁分成多個部分通道，所述中間壁同樣延伸直到流動空間的外部的徑向的開口。中間壁向內不如渦輪葉片延伸那樣遠，所述渦輪葉片優選延伸直到流動空間的內部的軸向的開口。通過中間壁的布置結構，流動通道沿徑向的方向的擴張可以通過如下方式抑制，即，所述流動通道分成各部分通道。部分通道的較小的橫截面在渦輪的流動引導中同樣如用于按照本專利技術的制造那樣是有利的，因為在增材制造中，較小的懸垂部較容易地在沒有附加的——之后要費力地去除的——支承結構的情況下能夠制造。適宜地，流動空間的環繞的外部的徑向的開口通過流動通道和/或部分通道的許多通入開口形成。各個通入開口在邊緣側通過基板、蓋盤和通過壁面限定，所述壁面通過渦輪葉片和/或中間壁的外側的端部形成。有利地，在這些通入開口中，壁面過渡到倒圓的過渡部中到蓋盤中。流動通道或部分通道的內橫截面優選連續地延續通入開口的橫截面。在一種特別優選的設計中，通過蓋盤和壁面形成圓弧部段、尤其是半圓。在此半圓的半徑可以尤其是與如下半徑適配，所述半徑通過使用的增材制造方法可以在沒有支承結構的情況下形成。由此取消在流動通道和部分通道內的暫時的支承結構，所述支承結構否則必須以大的耗費去除。渦輪葉輪因此在完成之后直接并且沒有其他的后處理地可使用。優選地，基板具有用于接納軸的中央的輪轂引導通過部。在其上連接地，渦輪葉輪具有套筒形的中央的區段，所述區段延伸直至基板并且連接到輪轂引導通過部上。在與基板背離的一側上，中央的區段引導直至在流動空間的內部中央的開口內的凸緣形的區段。中央的區段、輪轂盤和基板包圍空腔。通過所述空腔，可以在渦輪葉輪的構造中節省材料，這一方面降低制造成本并且另一方面也改善應用特性(通過減少的質量，由于所述減少的質量由離心力引起的負載減少，以及通過減少的慣性力矩)。為了在制造由粉末狀的材料的松的傾倒物制成的產品的增材制造方法中可以將未使用的粉末材料從空腔的內部去除，所述空腔適宜地具有開口，然而所述開口不與流動空間處于連接中。有利地，開口通入法蘭面中，所述法蘭面在渦輪葉輪的裝配的狀態中通過軸區段或緊固機構遮蓋。在一種優選的設計中，在空腔中設置力引導肋，所述力引導肋從中央的區段延伸至輪轂盤的與流動空間背離的、具有空腔的背側。力引導肋通常具有外徑的大約0.5％至1％、優選大約0.6％的壁厚并且在空腔的高度的25％至50％、優選大約30％上沿軸線的縱向方向延伸。盡管如此，其足夠將在高的轉速時出現的離心力可靠地導出，而在這里不需要顯著的材料使用。力引導肋此外有利地也過渡到基板中。在一種特別優選的設計中，力引導肋分別通過在沿力引導方向延伸的接片之間設置的空隙中斷。由此可以實現進一步的材料節省。在本專利技術的其他有利的設計中，渦輪葉輪的至少單個渦輪葉片和/或中間壁傾斜。其理解為，在以圓柱形的、與渦輪葉輪的旋轉軸線同中心的面的剖面中，存在相對于旋轉軸線的平行線的傾斜。所述傾斜尤其是也可以僅局部存在，從而例如渦輪葉片只在其內部的或外部的端部上傾斜，然而在另一端部上是直的。通過葉片的傾斜，能夠一方面改善所屬的流動通道或部分通道的流體技術的特性并且此外提高渦輪葉輪的抗扭性。這樣的渦輪幾何結構在常規的轉動輪中不可構成。在一種特別優選的設計中，渦輪葉片并且必要時中間壁這樣傾斜，使得流動通道的通入開口通過交替傾斜的并且軸平行定向的壁面限定。在這里在同時有利的流動特性情況下顯示特別高的抗扭性。優選沿徑向的方向在內部的開口和外部的開口之間延伸的流動通道沿周向擺轉。特別優選地，渦輪葉片的內側的端部相對于其外側的端部以至少45°、優選至少60°沿周向錯開。這樣的蓋盤轉動部對于流動特性是特別有利的，然而利用常規的制造方法不能夠一件式地制造。本專利技術的主題也是一種用于制造用于徑流式渦輪的渦輪葉輪的方法，所述渦輪葉輪包括旋轉對稱的基板和通過蓋盤和輪轂盤限定的流動空間，所述流動空間將軸向的內部的開口與徑向外部的開口連接并且通過渦輪葉片分成各流動通道。按照本專利技術首先成形基板并且隨后將至少輪轂盤、渦輪葉片和蓋板一件式地通過增材制造方法施加到基板上。適宜地，旋轉對稱的基板的制造包含至少一個切削的加工步驟。優選所述增材制造方法是選擇性的激光熔化或選擇性的激光燒結。在一種優選的設計中，基板通過車削鍛造的圓片坯料制造。鍛造的金屬部件具有特別高的強度并且能夠良好地以簡單的基本形狀制造。通過車削，實現基板的基體的高的旋轉對稱性。以這種方式，基板可以以常規的方式特別簡單和有利地預制。附圖說明借助下面的附圖解釋本專利技術。其中，示意性示出：圖1示出按照本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于徑流式渦輪的渦輪葉輪，所述渦輪葉輪包括旋轉對稱的基板(1)和通過輪轂盤(2)和蓋盤(3)限定的流動空間(4)，所述流動空間將軸向的內部的開口(5)與徑向外部的開口(6)連接并且通過渦輪葉片(7)分成各流動通道(8)，其特征在于，至少輪轂盤(2)、渦輪葉片(7)和蓋板(3)一件式地通過增材制造方法成形到基板(1)上。

【技術特征摘要】
2015.10.14 DE 102015117463.41.用于徑流式渦輪的渦輪葉輪，所述渦輪葉輪包括旋轉對稱的基板(1)和通過輪轂盤(2)和蓋盤(3)限定的流動空間(4)，所述流動空間將軸向的內部的開口(5)與徑向外部的開口(6)連接并且通過渦輪葉片(7)分成各流動通道(8)，其特征在于，至少輪轂盤(2)、渦輪葉片(7)和蓋板(3)一件式地通過增材制造方法成形到基板(1)上。2.按照權利要求1所述的渦輪葉輪，其特征在于，分別通過兩個延伸直到流動空間(4)的外部徑向的開口(6)的渦輪葉片(7)界定的流動通道(8)通過至少一個中間壁(16)在徑向處于外面的區域中分成多個部分通道(17)，所述中間壁延伸直到流動空間(4)的外部徑向的開口(6)。3.按照權利要求1或2之一所述的渦輪葉輪，其特征在于，流動空間(4)的外部徑向的開口(6)通過流動通道(8)和/或部分通道(17)的許多通入開口(18)形成，其中，通入開口(18)通過基板(1)、蓋盤(3)和通過壁面限定，所述壁面通過渦輪葉片(7)和/或中間壁(16)形成。4.按照權利要求3所述的渦輪葉輪，其特征在于，在通入開口(18)中，壁面在倒圓的懸垂部中過渡到蓋盤(3)中。5.按照權利要求4所述的渦輪葉輪，其特征在于，通過蓋盤(3)和中間壁形成圓弧部段、尤其是半圓。6.按照權利要求1至5之一所述的渦輪葉輪，其特征在于，基板(1)具有用于接納軸的中央的輪轂引導通過部(9)，渦輪葉輪具有套筒形的中央的區段(10)，所述區段延伸直至基板(1)并且連接到輪轂引導通過部(9)上并且中央的區段(10)、輪轂盤(2)和基板(1)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：L·施瓦茨，
申請(專利權)人：阿特拉斯·科普柯能源有限公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE