CN107027298A - 通过组装多个涡轮构件的涡轮机叶轮的制造 - Google Patents

Abstract

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)。

Description

通过组装多个涡轮构件的涡轮机叶轮的制造

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。

参照图1，叶轮100包括盘103和护罩105。叶轮叶片107布置在盘103与护罩105之间。流动通路或导叶109形成在连续的相邻叶轮叶片107之间。各个流动通路109由叶轮盘103和叶轮护罩105界定。叶轮盘103还形成具有孔111的毂部分103H，轴(未示出)穿过孔111，由此叶轮100安装用于在涡轮机壳(未示出)中旋转。在图1中，叶轮100的实心部分以不同方式划线，以示出以不同材料并且在制造过程的不同步骤中制造的叶轮的部分。叶轮盘103和叶轮护罩105两者的外部分单独地制造，并且与布置在其间的芯部113组装。芯部113由可在叶轮制造之后由适合的酸溶解的金属制成。芯部113再现流动通路或导叶109的形状。更具体而言，芯部113具有多个沿径向延伸的芯部部分113P，其均对应于相应的流动通路或导叶109的空容积。芯部部分113P由槽口115分开，其形状对应于叶轮叶片107的形状。

叶轮100通过将芯部113置于两个盘形构件之间来制造，该两个盘形构件形成叶轮盘103的外表皮和叶轮护罩105的外表皮。芯部113的截面形状以及叶轮盘103和叶轮护罩105的外表皮部分的截面形状使得空容积形成在芯部部分113P与叶轮盘103和叶轮护罩105的两个表皮部分之间。空容积接着填充有金属粉末，并且腔被密封。因此获得的单元经受热等静压，有时也称为"HIP"或"热等静压(hipping)"，由此热和压力施加于半成品的外表面，该半成品由芯部、填充内腔的包绕粉末以及叶轮盘103和叶轮护罩105的外表皮部分形成。金属粉末密实化和固化，因此形成叶轮100的内实心部分。为了形成流动通路或导叶109，芯部113必须除去。这通过酸蚀来执行。

上述方法具有若干缺点。芯部113是昂贵且复杂的构件，其必须由实心工件机加工。芯部113的制造是昂贵的过程。所得的芯部113对于制造单个叶轮100而言仅使用一次，并且随后被破坏。

此外，上文总结的技术对可用于制造叶轮的材料的选择设置了严重的限制。更具体而言，形成表皮部分的金属以及金属粉末两者必须抵抗用于除去芯部的酸的作用。进而，芯部113必须以能够耐受热等静压期间的高压和高温条件但同时适合于由酸蚀除去的金属制造。

因此，所需的是制造复杂涡轮机构件(具体如但不限于用于泵和压缩机的离心叶轮)的改进的方法。

发明内容

根据本文中公开的主题的一些实施例，提供了一种用于产生涡轮机叶轮的方法，其中管状构件单独地制造并且接着组装于彼此。各个管状构件具有内表面和外表面。管状构件的内表面限定叶轮(即，叶轮导叶)的流动通路中的相应一个的内表面。多个管状构件围绕叶轮轴线组装，留下相邻管状构件之间的间隙或空的空间。空的空间或间隙接着填充有粉末材料，例如，金属粉末。粉末材料随后由热等静压密实化和固化，因此形成叶片的芯部，各个叶片的表皮由成对的相邻管状构件的壁部分形成。

因此，避免了制造芯部和其由酸蚀除去的需要。叶轮的制造变得较简单、较快且较不昂贵。此外，由于不需要使用耐酸材料，故较宽材料选择为可用的。

根据一些实施例，提供了一种方法，其包括以下步骤：

制造多个管状构件，各个具有入口和出口；

将管状构件组装于彼此，围绕轴线形成多个圆形地布置的管状构件，在相邻管状构件之间留下空的空间或间隙；

以粉末材料填充空的空间或间隙；

由热等静压使空的空间或间隙中的粉末材料密实化。

任何适合的技术可用于制造管状构件。将随后描述一些选择。

叶轮的盘和护罩可以以多种方式形成。

在一些实施例中，本文中公开的方法还包括形成护罩表皮和盘表皮的步骤，圆形地布置的管状构件位于盘表皮与护罩表皮之间并且连接于其。该方法还可包括留下护罩表皮与管状构件之间的第一空腔和以粉末材料填充第一空腔的步骤。填充第一空腔的粉末材料由热等静压密实化。

根据一些实施例，提供了方法，其还包括以下步骤：留下盘表皮与管状构件之间的第二空腔；以粉末材料填充第二空腔；由热等静压使第二空腔中的粉末材料密实化。

根据另外的实施例，公开了方法，其中制造各个管状构件的步骤包括将护罩节段和盘节段中的至少一个同时形成为具有相应管状构件的单件的步骤。在一些示例性实施例中，还提供了方法，其包括通过将管状构件组装于彼此来形成叶轮护罩和叶轮盘中的至少一个的步骤。

本文中公开的一些实施例包括例如通过添加制造来制造叶轮节段的步骤，该叶轮节段随后组装，留下其中的空的空间或间隙和腔。各个叶轮节段包括形成叶轮的相应流动通路或导叶的至少一个管状构件。各个叶轮节段还包括护罩节段和盘节段。盘节段可包括毂节段。腔可设在护罩节段中和/或在盘节段中。

在有利实施例中，各个叶轮节段的盘节段包括由位于毂节段中的表皮包绕的腔。叶轮节段例如由焊接、硬钎焊或软钎焊联结在一起。因此，环形腔可形成在护罩区域中，并且又一个环形腔可形成在毂或盘区域中。各个环形腔由毗连的叶轮节段的单个腔形成。此外，空间或间隙留在相邻叶轮节段的相邻管状构件之间。间隙和腔可填充有粉末材料，其随后由热等静压密实化和固化。因此，获得了最终的实心叶轮。

根据又一个方面，本文中公开的主题涉及涡轮机叶轮，其包括：盘；护罩；盘与护罩之间的多个叶片；以及相邻叶片之间的流动通路或导叶。各个叶片包括连接叶片的表皮部分的密实化的粉末材料的内芯部，所述表皮部分形成相应叶片的吸入侧和压力侧。

特征和实施例在此处在下面公开，并且在形成本描述的组成部分的所附权利要求中进一步阐述。以上简要描述阐述了本发明的各种实施例的特征，以便可更好地理解以下详细描述，并且以便可更好地认识到对本领域的当前贡献。当然，存在将在下文中描述并且将在所附权利要求中阐述的本发明的其它特征。在该方面，在详细阐释本发明的若干实施例之前，理解的是，本发明的各种实施例在它们的应用中不限于以下描述中阐述或附图中示出的构造的细节和构件的布置。本发明能够具有其它实施例，并且以各种方式实践和执行。此外，将理解的是，本文中使用的短语和用语出于描述目的，并且不应当认作是限制性的。

就此而言，本领域技术人员将认识到，本公开所基于的构思可容易地用作设计其它结构、方法和/或系统用于执行本发明的若干目的的基础。因此，重要的是，权利要求认作是包括此类等同的构造，在它们并未脱离本发明的精神和范围的程度上。

附图说明

本发明的公开实施例和其伴随的优点中的许多个的更完整的认识将容易获得，因为其在连同附图考虑时，通过参照以下详细描述变得更好理解，在该附图中：

图1示出了压缩机叶轮的截面视图；

图2示出了根据现有技术的用于压缩机叶轮制造的芯部；

图3示出了可利用本文中公开的方法制造的叶轮的轴侧视图；

图4至7示出了根据本文中公开的方法的第一实施例的用于制造涡轮机叶轮的管状构件的各种轴侧视图；

图8和9示出了处于部分组装状态的图4至7的多个管状构件；

图10和11示出了与盘表皮和护罩表皮组合的安装的管状构件的分解视图；

图12,13和14示出了组装的盘表皮、护罩表皮和布置在其间的管状构件的一部分的轴侧视图；

图15示出了最终叶轮的轴侧视图；

图16和17示出了本文中公开的方法的又一个实施例中的类似图10和11的分解视图；

图18和19示出了与毂部分组合的其制造期间的叶轮的轴侧和部分截面视图；

图20示出了根据本文中公开的方法的又一个实施例的叶轮的轴侧视图；

图21,22和23示出了根据图20的方法的管状构件的轴侧视图；

图24和25示出了处于组装状态的根据图21至23的一组管状构件。

具体实施方式

示例性实施例的以下详细描述参照了附图。不同图中的相同附图标记识别相同或类似的元件。此外，图不一定按比例绘制。另外，以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。

说明书各处提到"一个实施例"或"实施例"或"一些实施例"意思是连同实施例描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，在说明书各处的各种位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"或"在一些实施例中"不一定是指相同(多个)实施例。此外，特定特征、结构或特性可在一个或更多个实施例中以任何适合的方式组合。

以下公开具体涉及离心涡轮机叶轮的制造。本文中公开的方法的一些特征和优点还可用于制造涡轮机(如，涡轮膨胀器和涡轮)的向心叶轮。

图3示出了用于涡轮机(例如，离心压缩机)的离心叶轮1的轴侧视图。根据一些实施例，叶轮1包括盘3、护罩5，以及布置在盘3与护罩5之间并且将叶轮盘3和叶轮护罩5连接于彼此的多个叶片7。流动通路或导叶9形成在成对的连续叶片7之间。各个叶片7包括分别布置在叶轮入口1I处和叶轮出口1O处的前缘7L和后缘7T。

在一些实施例中，叶轮护罩5可包括叶轮孔眼5E，其具有与安装在叶轮布置在其中的涡轮机(未示出)的静止壳上的密封布置共同作用的外阶梯表面。叶轮盘3包括包绕孔11的毂部分3H。在一些实施例中，轴延伸穿过多个沿轴向对准的叶轮的孔，并且由此形成的转子安装用于在涡轮机的壳中旋转。在其它实施例中，叶轮可设有前齿和后齿，使得相邻的叶轮扭转地接合于彼此。延伸穿过叶轮叠堆的孔的系杆将叶轮锁定在一起。

各个叶轮叶片7具有由叶轮叶片7的相对表面限定的压力侧和吸入侧。界定各个流动通路或导叶9的叶片表面以及叶轮盘3和叶轮护罩5的内表面的形状由流体动力考虑指示，并且可为相当复杂的。

根据一些实施例，叶轮1可如此处在下文所述那样制造。多个管状构件13可在第一方法步骤中制造。图4至7示出了一个此类管状构件13的各种轴侧视图。用于制造叶轮1所需的管状构件的数量可对应于设在叶轮1中的流动通路或导叶9的数量。管状构件13可与彼此相同，并且仅一个管状构件13因此在本文中参照图4至7描述。

根据本文中公开的实施例，管状构件13可包括由相当大的管状壁17界定的内流动通路15。管状构件13包括入口19和出口21。流动通路15的内表面的形状大致对应于最终叶轮1的流动通路或导叶9的形状。

在一些实施例中，入口19可布置在由包绕流动通路15的壁17形成的两个边缘23和25之间。在一些实施例中，边缘23,25中的一个可为尖锐的大致直线的边缘，而另一边缘(在所示实例中，边缘25)可由弯曲而形成一类折叠或唇部25L的壁17的一部分形成。唇部25L可具有背对入口19并且布置在离壁17的侧表面一距离处的最终边缘25I。

该方法还可包括以足以形成数量对应于最终叶轮1的流动通路或导叶9的数量的管状构件13的圆形布置的数量将管状构件13组装在一起的步骤。

图8和9示出了组装于彼此的三个管状构件13的轴侧视图。如可从图8和9认识到的，当管状构件13置于彼此附近并且连接于彼此时，各个管状构件13的折叠唇部25L邻接抵靠相邻管状构件13的尖锐边缘23，以使留在相邻管状构件13之间的空的空间或间隙S可在面对管状构件13的入口29的侧部上大致闭合。

在图10和11中，示出了圆形地布置的管状构件13的整个组件14。组件14包绕叶轮轴线A-A。管状构件13例如通过焊接、硬钎焊等连接于彼此。根据一些实施例，为了间隙或空的空间S留在相邻的管状构件13之间，各个管状构件13可设有位于相应出口21附近并且在管状构件13的相对侧部上的一对销31。相邻管状构件13在相对的销31处接触彼此。连续的管状构件13之间的空的空间或间隙S的宽度可对应于销31的长度的两倍。

各个管状构件13可由任何适合的制造过程制造。在一些实施例中，各个管状构件13通过液压成型来制造。根据方法的实施例，具有例如四边形截面的简单的直的或弯曲的管可经受适合形状的模具中的液压成型，其形状对应于管状构件13的最终形状。在一些实施例中，销31可在液压成型之后焊接或软钎焊于管状构件13的外表面。

在其它实施例中，各个管状构件13可由添加制造形成。添加制造是本身已知的，并且将不在本文中详细描述。添加制造对于制造复杂形状而言为特别有用的，这可使例如叶轮1中的流动通路或导叶9的三维曲率特征化。使用电子束枪作为能量源的添加制造特别适合于产生管状构件13。取决于用于制造管状构件13的粉末材料的性质，可使用其它能量源，如激光源。

根据一些实施例，制造过程的下一个步骤提供了盘表皮和护罩表皮的制造，它们附接于管状构件13的组件14，其中管状构件13布置在盘表皮与护罩表皮之间。在图10和11中，附图标记33表示盘表皮，而附图标记35表示护罩表皮。

在一些实施例中，盘表皮33可由整体构件形成，例如，圆形金属板。在一些实施例中，盘表皮33可从工件如金属板开始由适合的永久变形过程(如，光亮拉丝、深拉、超深拉、模制、压制、冲锻、热压、模锻等)制造。

根据其它实施例，盘表皮33可由添加制造来制造。

在其它实施例中，盘表皮33可从单个表皮节段33S开始制造。多个表皮节段33S可连接于彼此，例如，由焊接、硬钎焊或以任何其它适合的方式。各个表皮节段33S可从工件如金属板开始由适合的永久变形过程(如，光亮拉丝、深拉、超深拉、模制、压制、冲锻、热压、模锻等)制造。

根据一些实施例，各个表皮节段33S可由添加制造来制造。

在图10和11中所示的实施例中，表皮节段33S的数量小于管状构件13的数量。形成盘表皮33的表皮节段33S的数量可取决于设计考虑且例如基于用于它们的产生的制造过程的类型来改变。用于表皮节段33S的制造过程可例如基于使用的材料的性质选择。

在一些实施例中，护罩表皮35可由整体构件形成，例如，圆形金属板。在一些实施例中，护罩表皮35可从工件如金属板开始由适合的永久变形过程(如，光亮拉丝、深拉、超深拉、模制、压制、冲锻、热压、模锻等)制造。

根据其它实施例，护罩表皮35可由添加制造来制造。

在其它实施例中，护罩表皮35可从单个表皮节段35S开始制造。多个表皮节段35S可连接于彼此，例如，通过焊接、硬钎焊或以任何其它适合的方式。各个表皮节段35S可从工件如金属板开始由适合的永久变形过程(如，光亮拉丝、深拉、超深拉、模制、压制、冲锻、热压、模锻等)制造。

根据一些实施例，各个表皮节段35S可由添加制造来制造。

在图10和11中所示的实施例中，护罩的表皮节段35S的数量小于管状构件13的数量，并且等于形成盘表皮部分33的表皮节段33S的数量。然而，这不是必不可少的。表皮部分33S的数量可不同于表皮部分35S的数量。此外，形成护罩表皮35的表皮节段35S的数量可取决于设计考虑且例如基于用于它们的产生的制造过程的类型来改变。用于表皮节段35S的制造过程可例如基于使用的材料的性质选择。

相同的制造过程可用于产生护罩表皮35和盘表皮33。然而，这不是强制性的。在其它实施例中，不同技术可用于制造护罩表皮35和盘表皮33。

图12和13示出了半成品叶轮1的一部分的轴侧视图，其通过将管状构件13、盘表皮33和护罩表皮35组装于彼此来获得。在图12和13两者中，示出了半成品叶轮的一部分或节段1S。叶轮节段1S包括安装和连结于彼此的两个管状构件13。

如图12中具体所示，根据一些实施例，盘表皮33可设有圆形边缘33A,33B。根据一些实施例，护罩表皮35也设有圆形边缘35A,35B。圆形边缘33A和35A可布置成与彼此相对，并且管状构件13的出口21沿两个相对的圆形边缘33A,35A布置并且布置在其间。

在一些实施例中，附件33C以规定间隔从圆形边缘33A朝圆形边缘35A突出。类似的附件35C可从圆形边缘35A朝圆33A突出。成对的附件33C,35C布置在相邻管状构件13之间，并且在前方闭合其间的空的空间或间隙S。

圆形边缘33B和35B围绕布置在圆形组件14中的管状构件13的入口19的圆形布置延伸。

两个空的环形腔41和43分别形成在盘表皮33与管状构件13之间，以及在护罩表皮35与管状构件13之间。

图14示出了半成品叶轮的一部分1P的轴侧视图，其中除去其节段，以示出通过将管状构件13、盘表皮33和护罩表皮35组装于彼此获得的内部结构。示出了空腔41和43。

在一些实施例中，本文中公开的方法的下一个步骤包括以粉末材料(具体是金属粉末材料)填充连续的管状构件13之间的空的空间或间隙S以及空腔41和43。在填充间隙的空的空间S和腔41,43之前，构件13,33和35可沿相互邻接的边缘焊接、软钎焊或硬钎焊于彼此，使得密封地闭合因此获得的半成品单元的内部容积。一个或优选两个或更多个孔口留下用于填充间隙的空的空间S和腔41,43并且从其除去空气或气体。在以金属粉末填充腔和间隙的空的空间之后，孔口也可被密封。在一些实施例中，冒口留在孔口处，填充有金属粉末，并且例如通过焊接、软钎焊、硬钎焊等来密封。填充冒口的金属粉末提供了粉末储存器，其在随后热等静压期间进入到空的空间间隙S中和/或到腔41,43中，以便补偿总粉末体积的减少，使得在热等静压期间不发生半成品叶轮的外表面的变形。

在热等静压之前或在填充腔41,43和间隙或空的空间S之前，可检查焊缝。焊缝可按任何适合的方式清洁、精整、搭接或处理，以除去焊缝上的表面不规则。

一旦环形腔41,43和空间或间隙S填充有金属粉末，并且孔口被密封，则半成品叶轮I经受热等静压，或所谓的热等静压。该过程引起粉末材料填充半成品叶轮内的间隙或空的空间和腔，以密实化和结合，直到获得实心结构。

大约480℃到1500℃的范围中的适合温度和大约50Mpa到310Mpa的范围中的适合压力可用于该热等静压步骤。这些值仅经由实例提供，并且不应当看作是限制本公开。

与热等静压阶段同时或随后，毂部分47可连接于叶轮盘。图18和19示出了毂部分47的轴侧视图，其可在热等静压之前施加在盘表皮35的外表面上。毂部分47的联结可通过相同热等静压过程期间或护罩表皮35、盘表皮33和管状构件13的热等静压之后的单独步骤中的扩散联结来获得。

如图19中最佳所示，毂部分47形成最终的叶轮1的通孔11。在图18和19中，毂部分47和叶轮的其余构件35,33,13在分解和局部视图中示出，其中为了更好地理解整个结构而除去了部分。

由于前述方法，故叶轮1的各个叶片7由两个连续的管状构件13的侧壁和由热等静压之前填充其间的空的空间或间隙S的金属粉末形成。各个叶片7的前缘7L由折叠边缘25和相关的唇部25L形成，同时后缘由附件33C和35C形成。因此，各个管状构件13的内部容积形成相应的叶轮导叶，即，用于由叶轮处理的流体的流动通路。

叶轮1的盘3和其相关的毂部分3H由毂部分47、盘表皮33并且由粉末材料形成，该粉末材料填充空腔或间隙41并且由热等静压密实化和固化。

叶轮1的护罩5继而由护罩表皮33形成，并且由用于填充空腔43的粉末材料形成。

图15示出了最终的叶轮1的轴侧视图，其可经受附加的最终机加工操作，例如，以除去粗糙、梯级等，如例如，沿着管状构件13的各个边缘25的折叠唇部25L。

在一些实施例中，盘表皮33和护罩表皮35可由整体工件制造，例如，由通过拉制等塑性变形的金属板。图16和17示出了类似于图10和11的视图的轴侧视图，其中护罩表皮35和盘表皮33由单件金属，例如金属板形成。

图20至24示出了本文中公开的制造方法的又一个实施例。根据该备选实施例，叶轮1通过组装多个节段制造，各个节段包括对应于叶轮的各种流动通路或导叶中的相应一个的涡轮构件，以及护罩节段和盘节段。叶轮节段安装在彼此附近，以形成半成品叶轮，其包括其中的多个空腔，该多个空腔随后填充有粉末材料，如，金属粉末，用于由热等静压的随后密实化。

更具体而言，图20示出了包括叶轮盘3和叶轮护罩5(其中叶轮叶片7在其间)的叶轮1的轴侧视图。流动通路或导叶9形成在相邻叶片7之间。叶轮孔眼5E由叶轮护罩5围绕叶轮入口11形成。7L和7T分别表示叶片7的前缘和后缘。

如由线51表示的，叶轮1由多个叶轮节段1X形成，其在围绕由叶轮1的毂部分3H形成的中心孔11的圆形布置中布置在彼此附近。

图21,22和23以不同轴侧视图示出了单个叶轮节段1X。各个叶轮节段1X可借助于任何适合的过程制造。根据一些实施例，各个叶轮节段1X由添加制造形成，例如，使用电子束枪作为能量源。

根据一些实施例，各个叶轮节段1X包括管状构件13，其与护罩节段5X和盘节段3X集成地形成。管状构件13的内部可以以与前述实施例的管状构件13的内部完全相同的方式设计。管状构件13具有入口19和出口21。附图标记23和25表示布置在入口19处的相应的边缘。通路15形成在管状构件13内。通路15具有大致对应于叶轮1的流动通路或导叶9的形状的形状。

空腔43X设在护罩节段5X与管状构件13的外壁之间。相应的空腔41X设在盘节段3X与管状构件13的外表面之间。

根据一些实施例，该方法包括后续步骤，其中均设有相应的护罩节段5X和盘节段3X的多个管状构件13以与先前结合图1至19中公开的实施例描述的完全相同的方式组装在一起。

图24和25示出了处于组装状态的一组三个管状构件13。管状构件13可利用任何其它适合的技术软钎焊、焊接、硬钎焊或连接于彼此。在将管状构件13组装于彼此时，围绕叶轮的轴线X-X延伸的空的环形腔41由在各个管状构件13中设在盘节段3X与管状构件13的外壁之间的多个毗连的空腔41X形成。类似地，空的环形腔43由组装在一起的管状构件13的单个腔43X形成。

间隙或空的空间S也留在各对相邻管状构件13的外侧表面之间。间隙或空的空间S和空腔41和43随后填充有粉末材料，例如，金属粉末材料。填充可通过由组装的管状构件13的护罩节段5X和盘节段3X形成的叶轮护罩或叶轮盘的外表皮中的适合地布置的孔口获得。

一旦空的环形腔41,43和空的空间或间隙S填充有粉末材料，则可密封用于填充的孔口。在以粉末材料填充间隙或空的空间S之前，形成半成品叶轮的构件的邻接边缘可通过焊接、硬钎焊、软钎焊等密封，使得密封地闭合的腔设在半成品叶轮中。

因此获得的半成品叶轮经受热等静压，以使引入在腔和空的空间或间隙S中的金属粉末材料密实化并且转变成实心金属块。

可需要最终机加工和精整，例如，以除去叶轮1的表面上的粗糙。

在根据本文中公开的实施例的制造方法中，各个叶片由两个表皮部分和内芯部形成。两个表皮部分形成相应叶片的吸入侧和压力侧。内芯部由通过热等静压密实化的粉末材料形成，并且叶片的吸入侧和压力侧由两个相互相邻的管状构件13的侧壁形成，形成了叶片表皮。

尽管本文中描述的主题的公开实施例在附图中示出并且在上文具体且详细地结合若干示例性实施例完整描述，但对本领域技术人员而言将显而易见的是，许多改型、变化和省略是可能的，而不实质地脱离本文中阐述的新颖教导、原理和构思，以及所附权利要求中叙述的主题的优点。因此，公开的创新的适当范围应当仅由所附权利要求的最宽解释确定，以便涵盖所有此类改型、变化和省略。各种实施例的不同特征、结构和仪器可不同地组合。

Claims (23)

1.一种用于产生涡轮机叶轮的方法，所述涡轮机叶轮包括：盘；护罩；所述盘与所述护罩之间的多个叶片；以及相邻叶片之间的流动通路；所述方法包括以下步骤：

制造多个管状构件，各个管状构件形成所述叶轮的相应流动通路并且具有入口和出口；

将所述管状构件组装于彼此，围绕叶轮轴线形成多个圆形地布置的管状构件，在相邻管状构件之间留下空间隙；

以粉末材料填充所述空间隙；

由热等静压使所述空间隙中的所述粉末材料密实化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制造所述管状构件的步骤包括由添加制造或液压成型来制造所述管状构件。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括形成护罩表皮和盘表皮的步骤，所述圆形地布置的管状构件位于所述盘表皮与所述护罩表皮之间并且连接于其。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：在所述护罩表皮与所述管状构件之间留下第一空腔；以粉末材料填充所述第一空腔；由热等静压使所述第一腔中的所述粉末材料密实化。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：在所述盘表皮与所述管状构件之间留下第二空腔；以粉末材料填充所述第二空腔；由热等静压使所述第二腔中的所述粉末材料密实化。

6.根据权利要求3至权利要求5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将叶轮毂联结于所述盘表皮的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述叶轮毂和所述盘表皮由扩散联结和焊接中的一种连接于彼此。

8.根据权利要求4至权利要求8中任一项所述的方法，其特征在于，所述护罩表皮和所述盘表皮中的至少一个由整体工件形成。

9.根据权利要求3至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述护罩表皮的步骤包括制造多个护罩表皮节段和将所述护罩表皮节段连接于彼此的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述护罩表皮节段由添加制造来制造。

11.根据权利要求3至权利要求7、权利要求9和权利要求10中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述盘表皮的步骤包括制造多个盘表皮节段和将所述盘表皮节段连接于彼此的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述盘表皮节段由添加制造来制造。

13.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的方法，其特征在于，制造各个管状构件的所述步骤包括：将护罩节段和盘节段中的至少一个同时形成为具有所述相应管状构件的单件的步骤；并且进一步包括通过将所述管状构件组装于彼此来形成叶轮护罩和叶轮盘中的至少一个的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：

空腔形成在各个管状构件与所述盘节段和所述护罩节段中的所述至少一个之间；

至少一个空环形腔通过将所述管状构件组装于彼此来形成，所述至少一个空环形腔布置在所述管状构件与由所述护罩节段形成的护罩表皮之间，或在所述管状构件与由所述盘节段形成的盘表皮之间；

所述空环形腔填充有粉末金属；

所述环形腔中的所述粉末金属由热等静压密实化。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其特征在于，各个盘节段包括毂节段。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述毂节段包括由表皮包绕的空容积。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：

空环形腔通过将所述管状构件和所述相应盘节段组装于彼此来形成在所述叶轮的毂部分中；

所述空环形腔填充有粉末材料；

所述环形腔中的所述粉末材料由热等静压密实化。

18.一种用于产生涡轮机叶轮的方法，所述涡轮机叶轮包括盘、护罩、所述盘与所述护罩之间的多个叶片，以及形成在相邻叶片之间的流动通路；所述方法包括以下步骤：

制造多个叶轮节段，各个叶轮节段包括：具有入口和出口并且形成所述叶轮的叶片之间的相应流动通路的管状构件；护罩节段；以及盘节段；

将所述叶轮节段组装和连结于彼此，在相邻叶轮节段的管状构件之间留下空间隙；

以粉末材料填充所述空间隙；

由热等静压使所述空间中的所述粉末材料密实化。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，各个叶轮节段包括所述相应盘节段中的空容积，一旦所述叶轮节段组装和连结于彼此，则所述盘节段的所述空容积形成空环形腔；并且其中所述空环形腔填充有粉末材料，其由热等静压密实化。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其特征在于，各个叶轮节段包括所述相应护罩节段中的空容积，一旦所述叶轮节段组装和连结于彼此，则所述护罩节段的所述空容积形成空环形腔；并且其中所述空环形腔填充有粉末材料，其由热等静压密实化。

21.一种涡轮机叶轮，其包括：盘；护罩；所述盘与所述护罩之间的多个叶片；以及相邻叶片之间的流动通路；其中各个叶片包括连接所述叶片的表皮部分的密实化的粉末材料的内芯部，所述表皮部分形成相应叶片的吸入侧和压力侧。

22.根据权利要求21所述的涡轮机叶轮，其特征在于，所述流动通路与护罩表皮之间的内部容积填充有密实化的粉末材料，将所述护罩表皮连接于所述叶片。

23.根据权利要求21或权利要求22所述的涡轮机叶轮，其特征在于，所述流动通路与盘表皮之间的内部容积填充有密实化的粉末材料，将所述盘表皮连接于所述叶片。