CN102959248A - 叶轮的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供能够避免作业员通过焊接接合叶轮时的温度下降，并且能够减轻作业负担的叶轮的焊接方法。本发明涉及将在任一方上一体地形成叶片(13)的轮毂(11)和护罩(12)通过焊接进行接合的方法。在该焊接的进行之中，在将轮毂(11)置于设置面的直立的状态下，将轮毂(11)和护罩(12)重合而形成组装体(10)。一边用隔热罩(30(a～g))覆盖该组装体(10)，一边进行焊接。除进行焊接上必要的开放区域(OP)及流入口(14IN)，用隔热罩(30)覆盖组装体(10)。结束一个开放区域(OP)的焊接后，使隔热罩(30)相对于组装体移动，在形成新的开放区域(OP)后进行后面的焊接。

Description

叶轮的制造方法
技术领域
本发明涉及用于离心压缩机、其它旋转机械的叶轮(旋转翼)的制造方法，更详细而言涉及将构成叶轮(impeller)的多个构件通过焊接进行接合的方法。
背景技术
例如图5所示，离心压缩机的叶轮10由固定在离心压缩机的旋转主轴上且旋转的单面尖端薄地弯曲的轮毂11、与轮毂11的弯曲面相对的形状的护罩12、以涡流形隔开轮毂11和护罩12的弯曲面间设置的多个叶片13构成。在轮毂11、护罩12及叶片13的相互之间形成压缩的气体的流路14。
该叶轮10有将轮毂11、护罩12、叶片13单独地制作且相互接合的被称作三零件型的叶轮、将护罩12和叶片13(或轮毂11和叶片13)一体制作且将与其分别制作的轮毂11(或护罩12)接合的被称作两零件型的叶轮。就三零件(piece)型及两零件型的任一种叶轮10都通过焊接或钎焊进行接合。以焊接或钎焊的哪一种进行接合，根据叶轮10的尺寸(size)、强度等决定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2008-279461号公报
发明内容
发明要解决的课题
在将叶轮10通过焊接进行接合的情况下，指出如下的问题。
在焊接的进行之中，为防止伴随各结构构件(叶轮材料)的氢脆的低温裂纹，需要将叶轮材料保持在规定的温度以上。因此，在开始焊接之前实施将叶轮进行加热的预热。但是，即使通过预热而升温，焊接中温度也会降低，有时产生低温裂纹。
在焊接叶轮时，为了辅助焊炬接触到必要的部位，使用可变更叶轮的方向的夹具。将叶轮载置于该夹具上进行焊接。因此，通过在具备加热功能的夹具上载置叶轮材料进行焊接作业，保持叶轮材料的焊接中的温度。
但是，由于在使用该加热功能的夹具的方法中，也有焊接中叶轮材料的表面直接与大气接触的部分，所以产生局部的温度下降，所以不容易均匀地保持叶轮整体的温度。
另外，为了可抗受预热后保持温度的从叶轮材料的辐射热，作业者需要穿戴使用厚重的耐热护具，所以作业性差。为减轻作业者的作业负担，例如也如专利文献1所示，也可以利用机器人进行焊接。但是，在焊接线的轨迹复杂的情况、或插入焊炬的部分狭窄的情况下，难以通过机器人进行焊接，需要依赖于人工作业。
本发明是基于这样的课题而完成，其目的在于，提供能够避免作业员通过焊接接合叶轮时的温度下降，并且能够减轻作业负担的叶轮的焊接方法。
用于解决课题的方案
作为本发明对象的叶轮，包括轮毂、与轮毂对置配置的护罩、以及设置在所述轮毂和所述护罩之间的多个叶片。在该叶轮上，在轮毂和护罩之间形成从流入口连接到喷出口的流路。流体在从流入口向喷出口的流路上流动。该叶轮通过焊接而将轮毂和护罩接合。
本发明中，在该焊接的进行之中，使轮毂和护罩重合的组装体为流入口向上且轮毂与设置面对置设置的直立的状态。而且，本发明中，除进行焊接上必要的开放区域及流入口，一边用隔热罩覆盖组装体，一边进行焊接。
本发明中，对一个开放区域的焊接结束后，使隔热罩相对组装体移动，在形成新的开放区域后进行后面的焊接。
本发明的叶轮的制造方法中，隔热罩也可以一体地形成(下面为一体罩)，但优选由分割成多个的分割罩(segment jacket)构成。
在对一个开放区域结束焊接后，难以移动面积、重量都大的一体罩。与之相比，如果是分割成多个的分割罩，则只要仅使分割的一个分割罩移动就能够形成新的开放区域，所以作业容易。
本发明的叶轮的焊接方法中，存在几个形成开放区域的方式。例如，在由多个分割罩构成隔热罩的情况下，通过在应形成开放区域的位置不设置分割罩，可以形成开放区域。另外，在一体罩及分割罩两者中，通过在应与开放区域相对应的部位设置贯通内外两面的窗口，也可以形成开放区域。由于形成该窗口的方式能够将应形成开放区域的部位压缩在焊接上必要的特定的区域中，所以对于防止焊接中的温度下降是有利的。
本发明的叶轮的焊接方法中，为了减轻在对一个开放区域结束焊接后进行的隔热罩的移动作业负担，利用夹具是有效的。因此夹具由夹具主体和相对夹具主体可相对旋转地配置的搭载工作台构成。而且，在将组装体搭载在搭载工作台上，另一方面用固定在夹具主体上的隔热罩覆盖组装体。在结束了对开放区域焊接后，使搭载工作台旋转时，组装体伴随搭载工作台的旋转而旋转(移动)，但由于隔热罩被固定在夹具主体上，所以组装体和隔热罩相对移动。这样，能够将人工的作业抑制到最小限度，并且能够形成新的开放区域。
将隔热罩固定在夹具主体上的方法是任意的，但优选使用隔热罩的拆装容易的螺栓等紧固件。
在以上的使用夹具的方式中，在覆盖组装体的隔热罩为分割罩的情况下，优选将相邻的分割罩用连结材料连结。这是因为伴随搭载工作台旋转，分割罩卷起，不能覆盖组装体的必要的部位。连结材料为针棒等，是任意的。
发明效果
根据本发明，由于作业员一边覆盖组装体一边焊接叶轮，所以能够避免组装体的温度下降。另外，由于不需要作业员穿戴使用厚重的隔热护具，所以能够减轻作业员的作业负担。
附图说明
图1是表示载置在夹具上的叶轮的立体图。
图2是表示在本实施方式中覆盖隔热罩的叶轮的图，图2(a)是平面图，图2(b)是图2(a)的2b-2b向视剖面图。
图3是表示在本实施方式中隔热罩相对叶轮在圆周方向上移动的情况的图。
图4是表示在本实施方式中覆盖形成了焊接用的窗口的隔热罩的叶轮的平面图。
图5是表示叶轮的立体图。
图6是表示叶轮的焊接中的温度测定结果的图表。
标号说明
10叶轮(组装体)
11轮毂
12护罩
13叶片
14流路
14IN流入口
14OUT喷出口
20夹具
21夹具主体
22搭载工作台
30、31隔热罩
30a～30h分割罩
32连结件
33紧固件
W窗口
具体实施方式
下面，参照图1～4并基于实施方式说明本发明。
如图1所示，本实施方式中，在将叶轮10载置在夹具20上的状态下进行焊接。
<叶轮10>
如使用图5在前面说明的那样，叶轮10具备轮毂11、与轮毂11对置配置的护罩12、以及设置在轮毂11和护罩12之间的多个叶片13。在该叶轮10上，在轮毂11和护罩12之间形成从流入口14IN连接到喷出口14OUT的流路14。例如，在离心压缩机中，压缩对象的流体从流入口14IN流入到流路14中，从喷出口14OUT喷出。
叶片13与轮毂11或护罩12一体地形成。在叶片13与轮毂11一体地形成的情况下，将叶片13和护罩12通过焊接进行接合，在叶片13与护罩12一体地形成的情况下，将叶片13和轮毂11通过焊接进行接合。在焊接的进行之中，在轮毂11与夹具20的搭载工作台22(设置面)对面地放置的直立的状态下，使轮毂11和护罩12重合而形成叶轮10。叶轮10在直立状态下，流入口14IN向上。再有，由于直至焊接结束到叶轮10完成为前体，所以以下将该前体称作组装体，且标注与叶轮10相同的标号。另外，在构成组装体时，为防止轮毂11和护罩12相互的位置牵连，进行预焊接。
<夹具20>
搭载作为焊接对象物的组装体10的夹具20可以在焊接的进行之中改变组装体10的姿态。
夹具20包括夹具主体21和搭载工作台22。夹具主体21通过省略图示的机构在三维方向上可摆动，作业员调整夹具主体21的姿态，以容易进行焊接作业。
搭载工作台22相对夹具主体21可旋转地保持。因此，可以经由搭载工作台22使组装体10与夹具主体21独立地旋转。
为了在焊接中避免组装体10的温度下降，夹具20包括在夹具主体21或搭载工作台22上具备加热器等加热装置(省略图示)。
<分割罩30a～30g的配置>
另外，在本实施方式中，用隔热罩覆盖组装体10并进行焊接。下面，参照图2进行说明。
由于组装体10平面观察的形状形成环状，所以如果将隔热罩作为一体进行制作，则形成环状，但在本实施方式中，使用将环形状在圆周方向上分割出多个的分割罩(隔热罩)30a～30g。由于本实施方式将环形状分割成8个，所以各分割罩30a～30g形成中心角为22.5度的扇型。8这样的分割的数毕竟为一例，也可以采用其它分割数，另外，本发明也包含以一体方式形成隔热罩。
<开放区域OP>
另外，在本实施方式中，通过将分割罩30a～30g在组装体10上周方向上无间隙地铺设，从而用分割罩30a～30g覆盖组装体10由。
由于分割罩30a～30g的其中心角为22.5°，所以不能用分割罩覆盖相当于一个分割罩的区域。对应于未用该隔热罩(分割罩30a～30g)覆盖的开放区域OP进行焊接。由于组装体10的喷出口14OUT(流路14)在开放区域OP中露出，所以可以在这里插入焊炬(图示省略)，进行叶片13和轮毂11(或护罩12)的焊接。开放区域OP规定可以一次连续焊接的范围。
<流入口14IN的开放>
此外，本实施方式中，将相比组装体10的轮毂11的内径侧也用圆形的隔热罩31覆盖。隔热罩31由支承件23支承。但是，流入口14IN不覆盖隔热罩而被开放。即，从平面观察，除开放区域OP和流入口14IN，组装体10用隔热罩(分割罩30a～30g)及隔热罩31覆盖。
因以下理由而从用隔热罩覆盖流入口14IN的对象中拆卸。从喷出口14OUT插入焊炬进行焊接，但为了适宜地进行焊接而需要能够识别焊接部位的亮度。因此，为了通过从流入口14IN取入光来确保焊接部位必要的亮度，在流入口14IN上不覆盖隔热罩。另外，叶片13和轮毂11(或护罩12)的焊接，可通过从喷出口14OUT插入焊炬而进行大部分焊接，但也有从流入口14IN插入焊炬的情况，也考虑该情况而开放流入口14IN。
<分割罩30a～30g的固定方式>
分割罩30a～30g利用螺栓等紧固件33固定在夹具主体21的外周部上，但覆盖组装体10的部分相对组装体10不被固定。即，就分割罩30a～30g而言，虽然下端被固定，但其以外的部分仅载置在组装体10上。作为对夹具主体21的固定装置的螺栓毕竟为一例，可以使用其它固定装置。例如，通过在夹具主体21上设置夹持构件，也可以由该夹持构件夹持分割罩30a～30g。
另外，分割罩30a～30g通过连结件32将邻接的部分彼此连结，作为整体提高刚性。连结件32的方式是任意的，可以适用一方设置钩且另一方设置对该钩的卡止孔这样的方式等各种方式。
<开放区域的移动>
对一个开放区域OP的焊接结束后，作业员从载置在夹具20上的组装体10离开，使夹具20的搭载工作台22旋转。搭载工作台22旋转相当于一个分割罩30a(～30g)的中心角(22.5°)的角度。图3表示该情况。但是，图3中为了明确开放区域OP移动，而使分割罩30a～30g移动。另外，图3(a)～(d)表示分割罩30a～30g绕一周的情况，在图3(a)～(b)、图3(b)～(c)、图3(c)～(d)之间，分割罩30a～30g分别进行两次旋转移动。
分割罩30a～30g，其下端固定在夹具主体21上，另一方面仅相对于组装体10被载置，所以即便使搭载工作台22旋转，分割罩30a～30g也仍然被固定，只有组装体10(搭载工作台22)被旋转。因此，在分割罩30a和分割罩30g之间的开放区域中，尚未成为焊接的对象的部分的喷出口14OUT转动。通过这样形成新的开放区域OP(喷出口14OUT)，进行后面的焊接。而且，重复上述的顺序直至组装体10旋转一圈。
在以上说明的本实施方式中，在将组装体10的大部分由分割罩30a～30g覆盖的状态下进行焊接。因此，根据本实施方式，能够抑制在焊接中来自组装体10的热的辐射，因此，能够防止焊接中的组装体10的温度下降，并且由于作业员承受的辐射热也被降低，所以不需要穿戴使用厚重的耐热护具。特别是，本实施方式中，为了使分割罩30a～30g相对组装体10移动，也可以仅使夹具20的搭载工作台22旋转，所以作业员的负担很轻即可。
根据本实施方式，图6表示测定在使用分割罩30a～30g进行焊接的情况(有隔热材料-盘温度)、及不使用分割罩30a～30g进行焊接的情况(无隔热材料-盘温度)下的焊接中的温度的结果。如图6所示，通过使用分割罩30a～30g进行焊接，可以将焊接中的温度保持在虚线所示的规定温度以上。
在以上的本实施方式中，通过不配置相当一片的分割罩(30a～30g)，形成开放区域OP，但本发明不限于此，例如图4所示，通过在分割罩30h上形成贯通内外的窗口W，可以形成开放区域OP。
另外，分割罩30a～30g通过连结件32而将相邻的分割罩之间连结，整体刚性被提高。因此，能够防止分割罩30a～30g伴随组装体10旋转而相互产生错位并卷起。
在本实施方式中，构成隔热罩的材质没有限定，可以使用公知的各种材质，例如可以将由陶瓷纤维、玻璃纤维等耐火性纤维构成的耐火片用作隔热罩。
另外，在本实施方式中示例在圆周方向上分割的分割罩的例子，但本发明不限于此，也可以使用在径方向上分割的分割罩。当然，除开放区域OP及流入口14IN，本发明也可以使用覆盖组装体10的一体罩。
而且，在本实施方式中，使用夹具20使隔热罩(分割罩30a～30g)相对组装体10旋转移动，但本发明不限于此，通过作业员以手动操作使隔热罩移动，也能够使开放区域OP移动。
而且，在本实施方式中，表示了将叶片13与轮毂11或护罩12一体地形成的两零件型的叶轮10的例子，但本发明不限于此。例如对于将轮毂11、护罩12、叶片13个别制作并相互接合的三零件型的叶轮10也同样可以适用。
在将三零件型的叶轮10接合时，可以如下说明那样二阶段应用本实施方式的焊接。
作为第一阶段，可以在将叶片13、轮毂11及护罩12相互通过焊接接合时，除焊接上必要的开放区域OP，将作为接合对象的叶片13和轮毂11、及叶片13和护罩12由隔热罩覆盖，同时与本实施方式同样地进行焊接。具体而言，在将叶片13和轮毂11通过焊接接合的情况下，可以将通过预焊接固定了相互位置的叶片13和轮毂11设置在夹具20的搭载工作台22(设置面)上，以使轮毂11与其对置，将叶片13和轮毂11用隔热罩覆盖并同时进行焊接。另外，与将叶片13和护罩12通过焊接进行接合的情况相同，也可以将叶片13和护罩12用隔热罩覆盖并同时进行焊接。
作为第二阶段，除焊接上必要的开放区域OP及流入口14IN，可以将经过了上述的第一阶段的轮毂11及护罩12通过叶片13重合的组装体10用隔热罩覆盖，同时与本实施方式同样地进行焊接。
除此之外，只要不脱离本发明的宗旨，就可以取舍选择上述实施方式中列举的结构，或适当变更为其它结构。

Claims (9)

1.一种叶轮的制造方法，叶轮包括轮毂、与所述轮毂对置配置的护罩、设置所述轮毂和所述护罩之间的多个叶片，在所述轮毂和所述护罩之间形成从流入口连接到喷出口的流路，流体从所述流入口向所述喷出口流动，通过焊接进行接合，其特征在于，
在所述焊接的进行之中，所述轮毂和所述护罩重合的组装体为所述流入口向上且所述轮毂与设置面对置设置的直立的状态，
除进行焊接上必要的开放区域及所述流入口，一边用隔热罩覆盖所述组装体，一边进行焊接，
结束所述开放区域的焊接后，使所述隔热罩相对所述组装体移动，在形成新的开放区域后进行后面的焊接。
2.权利要求1所述的叶轮的制造方法，
所述隔热罩由分割成多个的分割罩构成。
3.权利要求1所述的叶轮的制造方法，
在所述隔热罩上设置在应对应于所述开放区域的部位贯通内外两面的窗口。
4.权利要求2所述的叶轮的制造方法，
在所述隔热罩上设置在应对应于所述开放区域的部位贯通内外两面的窗口。
5.权利要求1所述的叶轮的制造方法，
使用包括夹具主体和相对于所述夹具主体可相对旋转地配置的搭载工作台的夹具，
在所述搭载工作台上载置所述组装体，一边用固定在所述夹具主体上的所述隔热罩覆盖所述组装体，一边进行所述焊接，
在对所述开放区域结束了所述焊接后，使所述搭载工作台旋转，使所述组装体和所述隔热罩相对移动，形成所述新的开放区域。
6.权利要求2所述的叶轮的制造方法，
使用具备夹具主体和相对所述夹具主体可相对旋转地配置的搭载工作台的夹具，
在所述搭载工作台上载置所述组装体，一边用固定在所述夹具主体上的所述隔热罩覆盖所述组装体，一边进行所述焊接，
在所述开放区域结束了所述焊接后，通过使所述搭载工作台旋转，使所述组装体和所述隔热罩相对地移动，形成所述新的开放区域。
7.权利要求3所述的叶轮的制造方法，
使用具备夹具主体和相对所述夹具主体可相对旋转地配置的搭载工作台的夹具，
在所述搭载工作台上载置所述组装体，一边用固定在所述夹具主体上的所述隔热罩覆盖所述组装体，一边进行所述焊接，
在对所述开放区域结束了所述焊接后，使所述搭载工作台旋转，使所述组装体和所述隔热罩相对地移动，形成所述新的开放区域。
8.权利要求2所述的叶轮的制造方法，
在覆盖所述组装体的所述隔热罩为所述分割罩的情况下，
由连结材料连结相邻的所述分割罩。
9.权利要求4所述的叶轮的制造方法，
在覆盖所述组装体的所述隔热罩为所述分割罩的情况下，
由连结材料连结相邻的所述分割罩。
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