CN116964334A - 以混合的方式制造导轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个叶轮(5,9)的离心泵(1)。在叶轮之后布置有引导装置(23)。引导装置(23)构造成混合构件，该混合构件由至少一个以传统方式制造的部件和至少一个生成式制造的部件构成。

Description

以混合的方式制造导轮

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个叶轮的离心泵，在叶轮之后布置有引导装置。

背景技术

当多个叶轮相继布置并且串联地被输送流穿流时，泵也被称为多级泵。锅炉给水泵是针对给水泵和多级的径向泵的另一名称。锅炉给水泵的任务在于，将与输出的蒸汽量相应的给水量再次输送给蒸汽发生器例如锅炉或核反应堆。

筒式壳体泵(在发电站技术中，给水泵也被称为筒形泵或筒式壳体泵)是被与筒相似的壳体包围的离心泵。设有吸入接管和压力接管的筒形件螺栓连接在具有压力盖部和进入环的端侧处。驱动轴在压力侧被引导穿过盖部并且在吸气侧被引导穿过进入环，并且分别借助于轴密封件密封。由此，在拆卸泵时，筒形壳体可以保持与管路和泵基础相连接。在超高压泵中，筒形壳体常常也焊接在管路中。筒式壳体泵是以水平的结构形式的多级泵。筒式壳体泵用作超高压泵和高压泵，尤其是用作锅炉给水泵。

在多级离心泵中，在两个叶轮之间通常布置引导装置。引导装置大多具有导叶，并且在两个导叶之间构造用于输送介质的引导通道。这种引导装置可以实施成导轮。从叶轮中离开的输送介质进入引导装置中。在引导装置中将动能转换成压力能。此外，发生介质的转向。必要时为进入随后的叶轮中的流入减小旋流。

在DE 39 12279C2中描述了一种具有至少一个叶轮的单级或多级结构形式的离心泵。在流动方向上，在叶轮之后布置导轮。导轮具有多个导叶。

叶轮以及尤其是引导装置的突出之处在于实心的且不太精细的结构形式，这种结构形式大多通过变形方法和原形成型(urformende)方法产生。泵效率的提高大多受到这种引导装置的实心的且较少地优化流动的实施方案的限制。尤其是在作为锅炉给水泵的长期应用中，小的效率提升产生巨大的经济性影响。

发明内容

本发明的目的是，给出一种具有优化的流动引导的离心泵，同样多级的离心泵。在此，离心泵应具有尽可能高的效率。应尽量防止流动分离，并且保证尽可能低损失的阻滞。在此，离心泵应可以个性化地根据用户要求设计。该离心泵应由尽可能少的单件组成，并且此时尽可能简单地装配。通过离心泵的结构应有利于备件的更换。离心泵应可以简单且成本适宜地实现。

根据本发明，该目的通过具有至少一个叶轮的离心泵实现。优选的变型方案从从属权利要求、说明书和附图中得到。

根据本发明，离心泵的引导装置构造成混合构件，该混合构件由至少一个以传统方式制造的部件和至少一个生成式制造的部件构成。

生成式(或称为增材式，即generativ)制造的部件通过生成式制造方法产生。称谓，生成式制造方法包括所有其中逐层地施覆材料并且由此产生三维构件的制造方法。在此，以计算机控制的方式根据预设的尺寸和形状由一个或多个液态的或固态的材料逐层地进行构造。在构造时，进行物理的或化学的硬化或熔化过程。用于3D打印的典型的材料是塑料，人造树脂，陶瓷，金属，碳材料和石墨材料。

生成式或增材式制造方法理解成这样的方法，即，在其中逐层地施覆材料以产生三维构件。根据本发明，引导装置的至少一个引导元件构造成生成式制造的部件。为了构造引导元件，尤其是使用选择性的激光熔化和电镀，也作为堆焊已知。在本发明的一种备选的变型方案中，冷气体喷涂和挤出与施覆可熔的塑料的组合也是可用的方法。

有利地，生成式制造的引导元件构造得特别精细并且构造成薄壁的。细致的、借助于CFD优化流动的桥接部几乎无损失地使上述的叶轮的流转向随后的叶轮。引导元件的复杂的结构防止形成涡流并且防止流动分离，并且在此突出之处在于低轻的构件质量。

在选择性的激光熔化的情况中，根据这样的方法制造引导元件，即，在其中，首先将结构材料的层施加到基底上。优选地，用于制造引导装置的引导元件的结构材料是金属的粉末微粒。在本发明的一种变型方案中，为此使用含铁的和/或含钴的粉末颗粒。该粉末颗粒可以包含添加剂，例如铬，钼或镍。金属的结构材料以粉末形式在薄的层中被施加到板上。随后，借助于辐射在相应期望的部位处局部地使粉末式的材料完全熔化，并且该材料在硬化之后形成固态的材料层。紧接着，使基底降下一个层厚度的量，并且重新施覆粉末。一直重复该循环，直至制造所有的层，并且产生完成的引导元件。在此，根据本发明，产生这样的结构，即，该结构构造得特别精细并且优化流动，并且在技术上不能通过传统的方法制造。

作为辐射，例如可以使用激光束，该激光束从单个的粉末层中产生引导元件。用于引导激光束的数据借助于软件基于3D-CAD-体生成。作为选择性的激光熔化的备选，也可以使用电子束(EBN)。

在堆焊或电镀的情况中，根据这样的方法制造引导元件，即，通过焊接涂覆基础结构。在此，堆焊通过以线材或粉末的形式的焊接添加剂构造实现引导元件的特别精细且优化流动的形状的体积。

对于多部段的高压离心泵和锅炉给水泵的应用，目前为止未能使用生成式制造的引导装置，因为引导装置的外形尺寸在技术上不能或非常难以实现。引导装置的生成式制造的部件的突出之处在于液力学上优化的几何形状，该几何形状不能通过切削的或铸造的制造方法实现。通过被插接到以传统方式制造的部件上的多个生成式制造的引导元件构造混合的引导装置，一方面能够实现液力学上优化的几何形状，并且另一方面能够实现超过已知的、能实现的生成式制造尺寸的构件尺寸。

根据本发明，引导装置具有多于两个、优选地多于三个、尤其是多于四个和/或少于二十个、优选地少于十八个、尤其是少于十六个引导元件。由此，以有利的方式，可以生成由多个生成式制造的且液力学上优化的引导元件组成的混合的引导装置。在此，通过常用的生成方法在具有生成方法的所有优点的情况下可产生引导元件的构件尺寸，并且通过具有传统的部件的混合结构也可以实现非常大的外形尺寸。

有利地，生成式制造的部件，尤其是引导元件具有径向向外弯曲的形状。具有其精细的桥接部的引导元件借助于CFD在其形状中在液力学上被优化，并且在减少旋流、没有流动分离且不形成涡流的情况下使流转向。引导元件的径向弯曲的形状以相当特别理想的方式将流引导到下一个泵级。

在本发明的一种特别适宜的实施方案中，生成式制造的部件，尤其是引导元件具有用于引导流动的造型。这是引导元件的特别细致地实施的造型部、桥接部和倒圆部(或称为弧线部，即Rundungen)，其以相当有利的方式优化泵的液压效率。造型部、桥接部和倒圆部能够实现使流转向至下一个泵级，并且理想地减少流的旋流。

在此，引导元件优选地具有第一、前部的造型部，前部的造型部以吸收式叶片的形式承受通过以传统方式制造的双环的间隙撞击到引导元件上的叶轮卸载。吸收式造型部特别低损失地将流引向第二造型部，第二造型部与双环的圆形的环和相邻的引导元件一起形成流通通道。流借助于流通通道如此被转向，使得该流朝着连接在之后的叶轮的方向流动。此时，流优选地经过引导元件的后部的造型部，该后部的造型部具有流出的叶片轮廓。该流出的叶片轮廓能够实现特别无旋流且无损失地向多级的离心泵的下一泵级流出。

理想地，造型部实施成特别精细，并且具有特别细致地限定的弯曲半径。优选地，引导元件在不影响流的部位处具有加强支撑部。由此，生成式制造的引导元件实施成特别薄并且同时极其鲁棒。具有这种细致地限定的叶片轮廓的引导元件不能借助于已知的传统的制造方法制造，并且以相当有利的方式提高了泵效率。

根据本发明，生成式制造的部件，尤其是引导元件，几乎无间隙地包围引导环。由此避免了错误流动和效率损失。引导元件的生成式制造实现极其精确且准确的制造，并且由此实现与混合引导装置的以传统方式制造的部件的无间隙的配合。

理想地，生成式制造的部件，尤其是引导元件具有用于无间隙地联接到引导环处的密封元件。生成式制造方法实现引导元件的精致设计的几何形状，从而在组合引导装置的混合元件时，可以实现无间隙的联接，由此离心泵的效率可以接近液压的最优值。

在本发明的一种备选的变型方案中，引导元件的壁构造成非常薄，并且为了提高强度，引导元件具有内部的格栅结构。以这种有利的方式，可实现具有特别出色的质量与构件体积的比例的引导元件。刚好与以传统的方式制造的引导装置相比，引导装置的混合构造方案具有小的质量。

在本发明的一种特别有利的设计方案中，在没有附加的接合技术的情况下完成引导装置的混合构造。根据本发明，生成式制造的部件，尤其是引导元件具有用于接合到配合元件中的元件。例如，在引导元件处可以模制柱形的短销，该短销可插入在传统的部件处的相应的反凹部中，并且由此形成稳定的组合体。由此，显著简化了离心泵的装配，因为可简单地插接混合的引导元件的构件。

理想地，用于接合的元件构造成所谓的针或销，其可以以连接的方式接合到相应的配合元件中，该配合元件成型成针或销的精确配合的反凹部。由此得到的插接连接的突出之处在于简单的装配或者拆卸。

称谓传统的部件表示借助于原形成型、变形或减材式制造方法制造的部件。原形成型是这样的制造方法的总组，即，在其中由无定型的材料制成固体，该固体具有限定的几何形状。原形成型用于制造固体的初始形状并且实现材料内聚力。在变形的情况中，将由可塑料变形的材料制成的毛坯有目的地带至另一形状中，而在此不除去毛坯的材料。在减材式制造方法中，从工件中切割掉某物。在此，除了所制造的构件之外，主要产生切屑。

根据本发明，至少一个以传统的方式制造的部件构造成一件式的双环。单环可特别经济性地且精确地通过铸造制造。引导装置的混合结构将相应地通过最有利的制造方法以液力学上优化的方式制造的构件组合成实现多级的离心泵的最优效率的装置。

有利地，以传统方式制造的部件包括倒圆的引导环和有棱角的环。在此，倒圆的引导环的突出之处在于优化流动的倒圆部，引导元件可无间隙地布置在该倒圆部处。有棱角的环特别有利地用于联接到将叶轮卸载直接释放到径向包围的引导装置处的叶轮处。

根据本发明，以传统方式制造的部件构造成一件式的双环，双环的环利用至少两个连接桥接部相连接。在此，连接桥接部实现倒圆的引导环与有棱角的环的固定关联和布置。同时，在环之间的间隙具有足够大的通量以用于通过引导元件的流动转向。

理想地，至少一个以传统方式制造的部件，尤其是引导环具有用于元件的接合的配合元件。例如，配合元件可以构造成柱形的凹部，引导元件的销形的元件接合到该凹部中，并且由此实现在引导元件和引导环之间的插接连接。由此，可特别简单且时间高效地实现混合引导装置的装配。

在一种备选的变型方案中，生成式制造的部件和以传统方式制造的部件利用不可分离的连接，优选地焊接连接接合成引导装置。这种连接的突出之处在于其鲁棒的且持久的实施。

在接合时，两个或更多的固体，接合件，利用几何上确定的形状持久地相连接。在焊接的情况中，在利用热和/或压力的情况下，在使用或不用焊接添加剂的情况下，在引导元件和引导环之间产生不可分离的连接。通常，附加材料以棒或线材的形式被输送，熔化，并且在接合副之间的接缝中凝固，以由此建立连接。焊接属于材料配合的连接方法，其中，产生具有高强度的连接。

特别大的优点是，也借助于一体化的增材式制造方法制造大型的混合引导装置。在此，首先通过原形成型和/或切削构造一件式的双环。借助于生成方法制造引导元件。通过将引导环与引导元件插接在一起，完成混合引导装置。

优选地，用于制造引导元件的与流动的流体的接触面的结构材料是金属的粉末微粒。在本发明的一种变型方案中，为此使用含铁的和/或含钴的粉末颗粒。该粉末颗粒可以包含添加剂，例如铬，钼或镍。

根据本发明，以增材式制造方法形成引导装置的至少一个引导元件。引导元件的3D形状作为数据组储存在软件中。机器人臂在应构造引导元件的部位处工作，机器人臂具有不同的增材式方法的工具并且逐层地构造与流动介质的接触面和接触面的支撑的格栅结构。有利地，可以为每个层先后地或同时地实施适合每种结构材料的构造工艺，从而也由不同材料产生复杂的引导元件，该引导元件的区域最优地与稍后应用的要求相匹配。

在本发明的一种变型方案中，利用增材式制造方法的熔化层工具制造格栅结构，在其中，从可熔化的塑料中将点的网格施覆到面上。通过借助于喷嘴挤出以及紧接着通过在期望的位置处冷却而硬化，产生尤其是以格栅的形式和/或以蜂窝的形式的可承载的结构。通过以形成空腔的方式具有特别可承载的结构地制造引导元件的支撑的区域，引导元件在质量非常轻的同时具有极高的强度。引导元件的构造通常通过以下方式实现，即，分别逐行重复的方式驶过工作平面，并且随后使工作平面以堆叠的方式向上移动，从而产生引导元件的支撑的区域。

在本发明的一种特别有利的变型方案中，通过借助于辐射相继地使层熔化和凝固，由结构材料制造引导元件的与流动的流体的接触面。在此，通过辐射的变化产生引导元件的区域的不同特性。通过有目的地控制局部的热引入，在构造引导元件时已经进行了材料特性的改变。由此实现，在引导元件的一区域中产生化学均质的材料的不同材料状态的区和组织并且由此产生不同的特性的区和组织。

金属的结构材料以粉末形式在薄的层中被施加到板上。借助于辐射在相应期望的部位处局部地使粉末式的材料完全熔化，并且该材料在凝固之后形成固态的材料层。紧接着，使底板降下一个层厚度的量，并且重新施覆粉末。一直重复该循环，直至制造所有的层。完成的引导元件被清除掉过量的粉末。

引导装置的这种混合结构能够实现能特别个性化地设计的引导装置。此时，通过生成式制造，可以根据离心泵的要求考虑引导装置，尤其是叶片式的引导元件的匹配。通过由以传统的方式制造的部件和生成式制造的部件组成的相对成本适宜的混合的构造方案，使昂贵的单件制造变得显著更便宜。此外，生成式制造的部件可以具有能够实现更高的泵效率且目前为止不能以传统的制造方式实现的形状。

理想地，将以混合的方式由至少一个生成式制造的部件和至少一个以传统方式制造的部件制造的引导装置用作用于离心泵的，尤其是用于多级的高压泵的引导装置。在此，引导装置的突出之处在于出色的流动技术的特性。

附图说明

本发明的其它特征和优点从根据附图对实施例的描述中并且从附图自身中得到。

其中：

图1示出了引导装置的透视图，

图2示出了引导元件的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的引导装置23的透视图。引导装置23包括一件式的双环22，该双环由倒圆的引导环19、有棱角的环20和连接桥接部18组成。引导环19具有配合元件21，在该图中未示出的元件24接合到该配合元件中。此外，在图1中，示例性地将引导元件17布置在引导装置23的引导环19处。根据本发明的引导装置23包括多于两个、优选地多于三个、尤其是多于四个和/或少于二十个、优选地少于十八个、尤其是少于十六个生成式制造的引导元件17。

有棱角的环20径向地包围未示出的叶轮，并且截住叶轮的流体卸载。流体流通过在倒圆的引导环19和有棱角的环20之间的空隙流向引导元件17。引导元件17通过其径向向外弯曲的形状和用于引导流动的造型25在减少旋流的情况下使流体流转向。此时，引导元件17通过其最优的流动形状避免形成涡流以及流动分离，并且由此有助于离心泵的效率的提高。

引导装置23是混合构件，该混合构件由以传统方式制造的一件式的双环22和生成式制造的引导元件17组成。由此，引导装置23的该混合结构结合了相应的制造方法的优点以用于实现根据本发明的离心泵的最优效率。

优选地，引导元件17具有第一、前部的造型部27，前部的造型部以吸收式叶片的形式承受通过以传统方式制造的双环22的间隙撞击到引导元件17上的叶轮卸载。吸收式造型部27特别低损失地将流引向第二造型部28，第二造型部与双环22的圆形的环19和相邻的引导元件17一起形成流通通道。流借助于流通通道如此被转向，使得流朝着连接在之后的叶轮的方向流动。此时，流优选地经过引导元件17的后部的造型部30，该后部的造型部具有流出的叶片轮廓。该流出的叶片轮廓能够实现特别无旋流且无损失地向多级的离心泵的下一泵级流出。

在该实施例中，用于引导流动的造型25由前部的造型部27、第二造型部28和后部的造型部30组成。

这种用于引导流动的造型实施成特别精细，并且具有极细致的曲率半径。优选地，引导元件17在连接部位处具有加强支撑部29。

图2示出了引导元件17的示意图，该引导元件具有其径向向外弯曲的形状。生成式制造的引导元件17具有用于改进流动引导的造型25和用于无间隙地联接到未示出的引导环19处的密封元件26。用于接合到未示出的配合元件21的元件24能够实现混合设计的引导装置23的插接的实施。

Claims (15)

1.一种具有至少一个叶轮(5,9)的离心泵(1)，在所述叶轮之后布置有引导装置(23)，

其特征在于，

所述引导装置(23)构造成混合构件，所述混合构件由至少一个以传统方式制造的部件和至少一个生成式制造的部件构成。

2.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，至少一个生成式制造的部件构造成引导元件(17)。

3.根据权利要求1或2所述的离心泵，其特征在于，所述引导装置(23)具有多于两个、优选地多于三个、尤其是多于四个和/或少于二十个、优选地少于十八个、尤其是少于十六个引导元件(17)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离心泵，其特征在于，至少一个生成式制造的部件具有径向向外弯曲的形状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离心泵，其特征在于，至少一个生成式制造的部件具有用于引导流动的造型(25)。

6.根据权利要求5所述的离心泵，其特征在于，所述用于引导流动的造型(25)包括至少一个吸收式造型部(27)、形成通道的造型部(28)和具有流出的叶片轮廓的后部的造型部(30)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的离心泵，其特征在于，至少一个生成式制造的部件几乎无间隙地包围引导环(19)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵，其特征在于，至少一个生成式制造的部件具有用于无间隙地联接到引导环(19)处的密封元件(26)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的离心泵，其特征在于，至少一个生成式制造的部件具有用于接合到配合元件(21)中的元件(24)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的离心泵，其特征在于，至少一个以传统方式制造的部件构造成一件式的双环(22)，其中，所述一件式的双环(22)包括倒圆的引导环(19)和有棱角的环(20)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的离心泵，其特征在于，至少一个以传统方式制造的部件具有至少两个用于将引导环(19)和有棱角的环(20)相连接的连接桥接部(18)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的离心泵，其特征在于，至少一个以传统方式制造的部件具有用于元件(24)的接合的配合元件(21)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的离心泵，其特征在于，生成式制造的部件和以传统方式制造的部件利用不能分离的连接，优选地焊接连接相连接。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的离心泵，其特征在于，生成式制造的部件和以传统方式制造的部件利用能分离的连接，优选地插接连接相连接。

15.一种具有至少一个生成式制造的部件和至少一个以传统方式制造的部件的混合构件作为用于具有至少一个叶轮(5,9)的离心泵(1)的引导装置(23)的应用。