IT201900007758A1

IT201900007758A1 - IMPELLER RING REINFORCED BY COLD DEPOSITION

Info

Publication number: IT201900007758A1
Application number: IT102019000007758A
Authority: IT
Inventors: Riccardo Brogelli; Michelangelo Bellacci
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-12-01

Description

TITOLO TITLE

ANELLO DI GIRANTE RINFORZATO TRAMITE SPRUZZATURA A FREDDO IMPELLER RING REINFORCED BY COLD SPRAYING

DESCRIZIONE DESCRIPTION

STATO DELLA TECNICA DELL'INVENZIONE STATE OF THE INVENTION ART

[0001] L'argomento della presente divulgazione è relativo ad una girante con anello e ad un metodo per produrre giranti con anelli, in particolare per compressori centrifughi, caratterizzati da una ridotta sollecitazione meccanica provocata dalle forze centrifughe applicate durante il funzionamento e atti a funzionare a velocità perimetrali superiori rispetto alla tecnologia senza incorrere in problemi strutturali. [0001] The subject of the present disclosure relates to an impeller with a ring and a method for producing impellers with rings, in particular for centrifugal compressors, characterized by a reduced mechanical stress caused by the centrifugal forces applied during operation and able to function at perimeter speeds higher than the technology without incurring structural problems.

[0002] I dispositivi di turbomacchina a flusso radiale sono atti a convertire la potenza dell'albero in energia cinetica (e viceversa) accelerando (o decelerando) un fluido in un dispositivo rotante chiamato girante. Quando usate come macchine ad assorbimento di potenza, le giranti sono comunemente usate per innalzare la pressione di un fluido o indurre un flusso di fluido in un sistema di tubazione. [0002] Radial flow turbomachinery devices are adapted to convert shaft power into kinetic energy (and vice versa) by accelerating (or decelerating) a fluid in a rotating device called an impeller. When used as power absorbing machines, impellers are commonly used to raise the pressure of a fluid or induce fluid flow in a piping system.

[0003] La girante è il dispositivo, all'interno di compressori centrifughi e delle turbomacchine in generale, che, ruotando, scambia energia con il fluido. Nella sua implementazione più semplice, la girante comprende una pluralità di pale montate su una piastra di mozzo. La forma e la geometria delle pale di girante possono essere di molti tipi diversi in base all'uso, alla prestazione nominale, alle prestazioni della turbomacchina. [0003] The impeller is the device, inside centrifugal compressors and turbomachinery in general, which, by rotating, exchanges energy with the fluid. In its simplest implementation, the impeller comprises a plurality of blades mounted on a hub plate. The shape and geometry of the impeller blades can be of many different types according to the use, the nominal performance, the performance of the turbomachinery.

[0004] Un compressore, ad esempio, è una macchina atta ad accelerare le particelle di un fluido comprimibile ad esempio un gas attraverso l'uso di energia meccanica per aumentare la pressione di tale fluido comprimibile. I compressori sono usati in numerose applicazioni diverse incluso motori di turbine a gas. Tra i vari tipi di compressori vi sono i compressori centrifughi in cui l'energia meccanica funziona all'ingresso di gas nel compressore per mezzo di accelerazione centrifuga che accelera le particelle di gas, ad esempio ruotando una girante centrifuga attraverso cui il gas passa. Più in generale, i compressori centrifughi fanno parte di una classe di macchine generalmente definite "turbomacchine" o "turbomacchine rotanti". [0004] A compressor, for example, is a machine adapted to accelerate the particles of a compressible fluid such as a gas through the use of mechanical energy to increase the pressure of that compressible fluid. Compressors are used in a number of different applications including gas turbine engines. Among the various types of compressors are centrifugal compressors in which mechanical energy works at the entry of gas into the compressor by means of centrifugal acceleration which accelerates the gas particles, for example by rotating a centrifugal impeller through which the gas passes. More generally, centrifugal compressors are part of a class of machines generally defined as "turbomachinery" or "rotary turbomachinery".

[0005] I compressori e i compressori centrifughi in particolare possono essere provvisti di una singola girante ovvero una configurazione a singolo stadio o di molteplici giranti in serie nel qual caso sono frequentemente definiti compressori multi-stadio. Ciascuno degli stadi di un compressore centrifugo tipicamente include un condotto di ingresso per il gas da accelerare, una girante in grado di fornire energia al gas ed un diffusore che converte parte dell'energia cinetica del gas che esce dalla girante in pressione. Nei compressori centrifughi multistadio, dopo il diffusore vi sarà un canale di ritorno che conduce il flusso verso la girante successiva. Le giranti possono essere con un anello o senza anello [0005] Compressors and centrifugal compressors in particular can be provided with a single impeller or a single-stage configuration or with multiple impellers in series in which case they are frequently defined as multi-stage compressors. Each of the stages of a centrifugal compressor typically includes an inlet conduit for the gas to be accelerated, an impeller capable of supplying energy to the gas and a diffuser that converts part of the kinetic energy of the gas exiting the impeller into pressure. In multistage centrifugal compressors, after the diffuser there will be a return channel that leads the flow to the next impeller. The impellers can be with a ring or without a ring

[0006] I compressori centrifughi possono spesso utilizzare giranti senza anello o aperte per accelerare o applicare energia al fluido di processo, in quanto le giranti aperte possono essere spesso relativamente più semplici da produrre, e, tipicamente consentono una velocità perimetrale superiore rispetto alle giranti con anello o chiuse. Tuttavia i compressori centrifughi che utilizzano giranti aperte possono presentare prestazioni e/o efficienze ridotte ad esempio per via del fatto che una porzione del fluido di processo può scorrere o fuoriuscire dalle giranti aperte attraverso spazi liberi definiti tra le pale e la parte di statore del compressore, riducendo così la loro efficienza complessiva. D'altra parte per limitare la fuoriuscita tra le pale di girante e la parte di statore del compressore, lo spazio libero tra questi componenti viene mantenuto molto a tenuta stagna, limitando così questo tipo di compressori centrifughi ad applicazioni in cui il movimento relativo tra le pale di girante e le parti di statore del compressore non è troppo elevato. Centrifugal compressors can often use ringless or open impellers to accelerate or apply energy to the process fluid, as open impellers can often be relatively simpler to produce, and typically allow a higher perimeter speed than impellers with ring or closed. However, centrifugal compressors that use open impellers may have reduced performance and / or efficiencies for example due to the fact that a portion of the process fluid can flow or escape from the open impellers through free spaces defined between the blades and the stator part of the compressor. , thus reducing their overall efficiency. On the other hand, to limit the leakage between the impeller blades and the stator part of the compressor, the free space between these components is kept very tight, thus limiting this type of centrifugal compressor to applications where the relative movement between the impeller blades and stator parts of the compressor is not too high.

[0007] Pertanto, i compressori centrifughi possono spesso utilizzare giranti con anello con almeno una tenuta tra la parte di statore e l'anello per ridurre o eliminare gli spazi vuoti tra detta parte di statore e la girante e consentire spostamenti relativi maggiori. Tuttavia, le giranti con anello non sono prive di svantaggi. Il perimetro esterno delle giranti sia con anello sia senza anello può essere distorto a seguito dello sviluppo di forze centrifughe durante il funzionamento per via della elevata velocità di rotazione della girante. Dato che l'anello è un disco soggetto a spostamenti maggiori rispetto al mozzo e le pale sono fissate all'anello e al disco, le giranti con anello sono soggette ad una sollecitazione di gran lunga superiore e tipicamente consentono velocità perimetrali minori rispetto alle giranti senza anello. Therefore, centrifugal compressors can often use ring impellers with at least one seal between the stator part and the ring to reduce or eliminate the gaps between said stator part and the impeller and allow greater relative displacements. However, ring impellers are not without disadvantages. The outer perimeter of both ringed and non-ringed impellers can be distorted as a result of the development of centrifugal forces during operation due to the high rotational speed of the impeller. Since the ring is a disc subject to greater displacement than the hub and the blades are fixed to the ring and disc, the ring impellers are subjected to a much greater stress and typically allow lower perimeter speeds than the impellers without. ring.

[0008] Tipicamente, le giranti con anello consentono una migliore efficienza pur tendendo di più a risentire di sollecitazioni meccaniche che limitano la velocità perimetrale massima consentita di girante e di conseguenza l'altezza massima che può essere fornita al fluido trattato. [0008] Typically, the impellers with ring allow a better efficiency while tending to be more affected by mechanical stresses that limit the maximum permissible perimeter speed of the impeller and consequently the maximum height that can be supplied to the treated fluid.

[0009] Le giranti dotate di anelli realizzati in fibre di carbonio sono note nella tecnica tuttavia il materiale di fibre di carbonio è fragile e soggetto all'attacco di gas. Inoltre, l'accoppiamento di un anello in fibre di carbonio con una girante di acciaio comprendente un mozzo e numerose pale è estremamente difficile per via delle deformazioni relative molto diverse dell'anello e della girante a velocità perimetrali elevate e per via del fatto che la fibra di carbonio non è incline a deformazione plastica. [0009] Impellers equipped with rings made of carbon fibers are known in the art, however the carbon fiber material is fragile and subject to gas attack. Furthermore, the coupling of a carbon fiber ring with a steel impeller comprising a hub and numerous blades is extremely difficult due to the very different relative deformations of the ring and the impeller at high perimeter speeds and due to the fact that the carbon fiber is not prone to plastic deformation.

[0010] Per le ragioni sopra spiegate, le giranti con anelli realizzati in fibre di carbonio sono pertanto raramente impiegate in applicazioni industriali estreme quali applicazioni di petrolio e gas. For the reasons explained above, impellers with rings made of carbon fibers are therefore rarely used in extreme industrial applications such as oil and gas applications.

[0011] Un problema che è impellente nello stato della tecnica è pertanto come fornire giranti con anello atte a sostenere le forze centrifughe a elevata velocità perimetrale, consentendo livelli di densità di potenza vicini ai livelli di densità di potenza delle giranti senza anello. A problem that is pressing in the state of the art is therefore how to provide ringed impellers capable of withstanding centrifugal forces at high perimeter speed, allowing power density levels close to the power density levels of ringless impellers.

BREVE DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0012] Le forme di realizzazione della presente divulgazione sono pertanto relative ad una girante con anello e ad un metodo per produrre giranti con anello in particolare per turbomacchine. [0012] The embodiments of the present disclosure therefore relate to an impeller with a ring and a method for producing impellers with a ring in particular for turbomachinery.

[0013] Il metodo descritto nella presente impiega tecniche note di produzione additiva e in particolare produzione additiva tramite spruzzatura a freddo per aggiungere uno o più strati di materiali appropriati sul mozzo di girante e/o sull'anello di girante. Il processo di spruzzatura a freddo è una tecnologia di spruzzatura di rivestimento allo stato solido che si è consolidato recentemente come processo di produzione additiva. The method described herein employs known techniques of additive manufacturing and in particular additive manufacturing by cold spraying to add one or more layers of appropriate materials on the impeller hub and / or the impeller ring. The cold spraying process is a solid state coating spraying technology that has recently established itself as an additive manufacturing process.

[0014] Forme di realizzazione della presente divulgazione sono relative inoltre a giranti e anelli di giranti dotati di materiale aggiunto depositato attraverso produzione additiva mediante spruzzatura a freddo e atte a ridurre le sollecitazioni della girante soggetta a rotazione con elevata velocità perimetrale. [0014] Embodiments of the present disclosure also relate to impellers and impeller rings provided with added material deposited through additive production by means of cold spraying and adapted to reduce the stresses of the impeller subjected to rotation with high perimeter speed.

[0015] Il materiale depositato mediante produzione additiva tramite spruzzatura a freddo può comprendere molteplici strati, ciascuno con una forma, un materiale e/o una caratteristica specifici, in base alle necessità. Sono descritte forme di realizzazione preferite comprendenti uno, due, tre e quattro stati depositati e sono forniti esempi di leghe di base di metallo per produrre detti strati. Nell'ambito di tutela della presente divulgazione rientrano anche forme di realizzazione comprendenti più di quattro strati depositati. The material deposited by additive manufacturing by cold spraying may comprise multiple layers, each with a specific shape, material and / or feature, as needed. Preferred embodiments comprising one, two, three and four deposited states are disclosed and examples of metal base alloys for producing said layers are provided. Embodiments comprising more than four deposited layers also fall within the scope of the present disclosure.

[0016] Infine, sono forniti vari esempi di strati depositati e della loro geometria. Ciascun esempio realizza geometrie atte ad ottimizzare la coesione tra strati e le prestazioni della girante rispetto ad un'ampia gamma di geometrie, eccitazioni, frequenze di vibrazione naturale e temperature di esercizio di girante. Finally, various examples of deposited layers and their geometry are provided. Each example creates geometries designed to optimize cohesion between layers and impeller performance with respect to a wide range of geometries, excitations, natural vibration frequencies and impeller operating temperatures.

[0017] In particolare, le geometrie degli strati depositati descritti sono atte a modificare le frequenze naturali locali e possono essere adattate per evitare attraversamenti pericolosi tra frequenze naturali e di eccitazione che possono essere dannose per l'integrità della girante. Essendo la rigidezza e la densità del materiale impiegato la chiave per determinare la frequenza di vibrazioni di un oggetto quindi l'utilizzo per l'anello secondo la presente divulgazione di materiali diversi di spessore vario consente di modificare la rigidità e la densità locali dell'anello in base allo spessore dei materiali diversi con cui è realizzato l'anello. [0017] In particular, the geometries of the deposited layers described are capable of modifying the local natural frequencies and can be adapted to avoid dangerous crossings between natural and excitation frequencies which can be harmful to the integrity of the impeller. Since the stiffness and density of the material used are the key to determine the frequency of vibrations of an object, therefore the use for the ring according to the present disclosure of different materials of varying thickness allows to modify the local stiffness and density of the ring. according to the thickness of the different materials with which the ring is made.

[0018] Le forme e le geometrie illustrate possono essere scelte per ottimizzare la coesione tra il materiale di base e il materiale aggiunto. Il materiale aggiunto è preferibilmente depositato in diverse aree da molteplici linee di materiale non aggiunto. Il numero di dette linee può essere reso proporzionale al numero delle pale della girante. The shapes and geometries illustrated can be chosen to optimize the cohesion between the base material and the added material. The added material is preferably deposited in several areas by multiple lines of non-added material. The number of said lines can be made proportional to the number of impeller blades.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0019] Aspetti della presente invenzione risulteranno più evidenti dalla seguente descrizione di forme di realizzazione esemplificative da considerare insieme ai disegni allegati, in cui: Aspects of the present invention will become more apparent from the following description of exemplary embodiments to be considered together with the accompanying drawings, in which:

la figura 1 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da scanalature diritte; Figure 1 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by straight grooves;

la figura 2 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da scanalature curve; Figure 2 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by curved grooves;

la figura 3 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da una combinazione di scanalature diritte e scanalature curve; Figure 3 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by a combination of straight grooves and curved grooves;

la figura 4 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da una combinazione di scanalature diritte; Figure 4 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by a combination of straight grooves;

la figura 5 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da una combinazione di scanalature curve; Figure 5 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by a combination of curved grooves;

la figura 6 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da una combinazione di scanalature diritte; Figure 6 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by a combination of straight grooves;

la figura 7 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da una combinazione di scanalature diritte e scanalature curve; Figure 7 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by a combination of straight grooves and curved grooves;

la figura 8 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da una coppia di scanalature circolari; Figure 8 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by a pair of circular grooves;

la figura 9 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da una coppia di scanalature quasi ellittiche; Figure 9 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by a pair of almost elliptical grooves;

la figura 10 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da molteplici scanalature quasi ellittiche; e Figure 10 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The surface of the ring comprises multiple sectors separated from each other by multiple almost elliptical grooves; And

la figura 11 mostra una vista in sezione parziale ed una vista frontale dell'anello di una forma di realizzazione preferita della girante secondo la presente divulgazione. La superficie dell'anello comprende molteplici settori separati tra loro da una combinazione di una coppia di scanalature circolari e molteplici scanalature curve. Figure 11 shows a partial sectional view and a front view of the ring of a preferred embodiment of the impeller according to the present disclosure. The ring surface comprises multiple sectors separated from each other by a combination of a pair of circular grooves and multiple curved grooves.

[0020] La seguente descrizione di forme di realizzazione esemplificative fa riferimento ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento nei differenti disegni identificano elementi uguali o simili. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. Infatti, l'ambito di tutela dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni allegate. The following description of exemplary embodiments refers to the accompanying drawings. The same reference numerals in the different drawings identify the same or similar elements. The following detailed description does not limit the invention. In fact, the scope of protection of the invention is defined by the attached claims.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0021] I compressori centrifughi sono una classe di turbomacchine o turbomacchine rotanti atte ad accelerare le particelle di un fluido comprimibile in ingresso ad esempio un gas attraverso l'uso di energia meccanica per aumentarne la pressione. I compressori centrifughi sfruttano l'accelerazione centrifuga per accelerare le particelle di gas in ingresso, ad esempio ruotando una girante centrifuga attraverso cui il gas è forzato a scorrere. [0021] Centrifugal compressors are a class of rotary turbomachines or turbomachinery designed to accelerate the particles of a compressible fluid at the inlet, for example a gas through the use of mechanical energy to increase its pressure. Centrifugal compressors use centrifugal acceleration to accelerate the incoming gas particles, for example by rotating a centrifugal impeller through which the gas is forced to flow.

[0022] I compressori centrifughi possono impiegare giranti chiuse o aperte ovvero giranti prodotte con o senza un anello. Le giranti con anello garantiscono un'efficienza superiore ma hanno una velocità perimetrale massima consentita e di conseguenza una altezza massima minore da fornire al fluido trattato. Questi limiti sono dovuti al fatto che il perimetro esterno della girante può essere deformato a seguito della sollecitazione meccanica per via dello sviluppo di forze centrifughe durante il funzionamento per via della velocità di rotazione elevata della girante. Nelle giranti con anello, l'impatto di questa deformazione e della sollecitazione meccanica è superiore in quanto l'anello è una piastra che è fissata alle pale e per via delle forze centrifughe è soggetta a grandi spostamenti che possono determinare un danneggiamento sia dell'anello sia delle pale se la velocità di rotazione diventa troppo elevata. Centrifugal compressors can employ closed or open impellers or impellers manufactured with or without a ring. The impellers with ring guarantee a higher efficiency but have a maximum permissible perimeter speed and consequently a lower maximum height to be supplied to the treated fluid. These limits are due to the fact that the outer perimeter of the impeller can be deformed due to mechanical stress due to the development of centrifugal forces during operation due to the high rotational speed of the impeller. In ring impellers, the impact of this deformation and mechanical stress is greater as the ring is a plate that is fixed to the blades and due to centrifugal forces is subject to large displacements which can cause damage to both the ring both of the blades if the rotation speed becomes too high.

[0023] Le forme di realizzazione descritte nella presente sono relative ad una girante con anello e ad un metodo per costruire giranti con anello multi-materiale adatte per ruotare con velocità perimetrale superiore a quella raggiungibile con giranti con anello a singolo materiale. Il metodo comprende depositare sull'anello di un materiale di base di girante pre-lavorato alla macchina, materiale aggiuntivo mediante produzione additiva tramite spruzzatura a freddo. Il materiale depositato mediante produzione additiva mediante spruzzatura a freddo può comprendere un singolo strato o molteplici strati, ciascuno con una forma e/o un materiale e/o una caratteristica specifici. The embodiments described herein relate to a ring impeller and a method of constructing multi-material ring impellers suitable for rotating with a perimeter speed higher than that achievable with single material ring impellers. The method comprises depositing on the ring of a pre-machined impeller base material, additional material by additive manufacturing via cold spraying. The material deposited by additive manufacturing by cold spraying may comprise a single layer or multiple layers, each with a specific shape and / or material and / or characteristic.

[0024] Una forma di realizzazione della girante 10 secondo la presente divulgazione comprende un mozzo 11 atto ad alloggiare un albero di azionamento che fornisce la potenza da trasmettere al fluido di processo ed un anello 12. Molteplici pale 13 sono interposte tra il mozzo 11 e l'anello 12. Le palette si sviluppano verso l'esterno dal mozzo 11 e sono sagomate in modo da spostare il fluido di lavoro da un ingresso laterale a bassa pressione, l'occhio della girante, posto sull'anello in un'area frontale della girante 10, ad una uscita laterale ad alta pressione collocata sul perimetro della girante 10. [0024] An embodiment of the impeller 10 according to the present disclosure comprises a hub 11 adapted to house a drive shaft which supplies the power to be transmitted to the process fluid and a ring 12. Multiple blades 13 are interposed between the hub 11 and the ring 12. The vanes extend outwards from the hub 11 and are shaped in such a way as to move the working fluid from a low pressure side inlet, the eye of the impeller, placed on the ring in a frontal area of the impeller 10, to a high pressure side outlet located on the perimeter of the impeller 10.

[0025] Durante il funzionamento, il fluido di lavoro entra nelle palette tra le pale 13, dall'occhio di girante, lungo una direzione sostanzialmente parallela ad un asse di rotazione della girante 10 ed esce, eccitato dall'azione della girante 10, dall'uscita definita da un bordo circonferenziale perimetrale della girante 10. [0025] During operation, the working fluid enters the vanes between the blades 13, from the impeller eye, along a direction substantially parallel to an axis of rotation of the impeller 10 and exits, excited by the action of the impeller 10, from the 'outlet defined by a circumferential perimeter edge of the impeller 10.

[0026] L'anello 12 è soggetto ad accelerazione centrifuga e a forze che provocano spostamenti maggiori rispetto al mozzo 11. Essendo le pale 13 fissate sia all'anello 12 sia al mozzo 11, esse sono soggette a sollecitazione di gran lunga superiore rispetto alle giranti senza anello e possono incorrere in danni maggiori se la velocità perimetrale di girante non è correttamente limitata. Le forze centrifughe applicate dall'anello 12 alle pale sono proporzionali alla massa dell'anello che, per una data geometria, è proporzionale alla sua densità. [0026] The ring 12 is subjected to centrifugal acceleration and to forces that cause greater displacements than the hub 11. Since the blades 13 are fixed both to the ring 12 and to the hub 11, they are subjected to much greater stress than the impellers without ring and may incur greater damage if the perimeter speed of the impeller is not properly limited. The centrifugal forces applied by the ring 12 to the blades are proportional to the mass of the ring which, for a given geometry, is proportional to its density.

[0027] Tipicamente, giranti chiuse progettate per funzionare a velocità perimetrale molto elevata sono realizzate con un singolo materiale ad esempio un acciaio speciale con elevata tensione di snervamento o un materiale a bassa densità (ad esempio lega di titanio o alluminio). Typically, closed impellers designed to operate at very high perimeter speeds are made of a single material such as a special steel with high yield stress or a low-density material (such as titanium alloy or aluminum).

[0028] Le giranti chiuse realizzate in acciaio compensano le forze centrifughe generate dall'anello ad alta densità (circa 7850 kg/m3), con pale realizzate con lo stesso materiale che hanno elevata tensione di snervamento. [0028] The closed impellers made of steel compensate for the centrifugal forces generated by the high density ring (about 7850 kg / m3), with blades made of the same material which have high yield stress.

[0029] Le giranti chiuse realizzate con materiali a bassa densità compensano la minore resistenza delle pale con forze minori generate dalla densità ridotta (circa 4500 kg/m3 per titanio e 2700 kg/m3 per alluminio) dell'anello. [0029] Closed impellers made of low density materials compensate for the lower resistance of the blades with lower forces generated by the reduced density (about 4500 kg / m3 for titanium and 2700 kg / m3 for aluminum) of the ring.

[0030] Secondo la presente divulgazione, la girante può essere prodotta con uno o più materiali metallici che possono essere depositati mediante produzione additiva tramite spruzzatura a freddo su una base metallica. According to the present disclosure, the impeller can be produced with one or more metallic materials which can be deposited by additive manufacturing by cold spraying on a metallic base.

[0031] La spruzzatura a freddo è un metodo di spruzzatura di rivestimento in cui polveri solide (generalmente nell'intervallo da 1 a 50 micrometri di diametro) sono accelerate in un getto di gas supersonico ad una velocità fino a 500-1000 m/s. I metalli, i polimeri, le ceramiche, i materiali compositi e le polveri monocristalline possono essere depositati usando spruzzatura a freddo. Durante l'impatto con il substrato, le particelle sono sottoposta deformazione plastica e aderiscono alla superficie trattata. L'energia cinetica delle particelle di polvere, alimentate dalla espansione del gas nel getto di gas supersonico, viene convertita in energia di deformazione plastica durante l'unione. Diversamente dalle tecniche di spruzzatura termica, ad esempio spruzzatura al plasma, spruzzatura ad arco, spruzzatura alla fiamma o ossi-combustibile ad alta velocità (high velocity oxygen fuel), le polveri non sono fuse durante il processo di spruzzatura a freddo. [0031] Cold spraying is a coating spraying method in which solid powders (generally in the range of 1 to 50 micrometers in diameter) are accelerated in a supersonic gas jet at a speed of up to 500-1000 m / s . Metals, polymers, ceramics, composites and monocrystalline powders can be deposited using cold spraying. During the impact with the substrate, the particles are subjected to plastic deformation and adhere to the treated surface. The kinetic energy of the dust particles, fed by the expansion of the gas in the supersonic gas jet, is converted into plastic deformation energy during joining. Unlike thermal spraying techniques, such as plasma spraying, arc spraying, flame spraying, or high velocity oxygen fuel, powders are not melted during the cold spraying process.

[0032] La richiedente ha scoperto che applicando la tecnologia di spruzzatura a freddo al campo della produzione di giranti, in particolare giranti per compressori centrifughi, si consente di avere un impatto minimo sulla girante dato che non è necessaria la fusione di metallo. The Applicant has found that by applying cold spraying technology to the field of impeller manufacturing, in particular impellers for centrifugal compressors, it is possible to have a minimal impact on the impeller since metal casting is not required.

[0033] Essendo la produzione additiva mediante spruzzatura a freddo un processo a freddo, le proprietà fisiche e chimiche iniziali delle particelle dei materiali impiegati sono mantenute e il riscaldamento del substrato è minimo, determinando una microstruttura lavorata a freddo di rivestimenti in cui non hanno luogo fenomeni macroscopici di fusione e solidificazione, evitando così qualsiasi eventuale indebolimento della struttura di metallo della girante. [0033] Since additive manufacturing by cold spraying is a cold process, the initial physical and chemical properties of the particles of the materials used are maintained and the heating of the substrate is minimal, resulting in a cold worked microstructure of coatings in which they do not take place. macroscopic phenomena of melting and solidification, thus avoiding any possible weakening of the metal structure of the impeller.

[0034] L'anello 12 della girante 10 secondo la divulgazione può comprendere un singolo strato depositato o molteplici strati. Quando viene utilizzata una struttura dotata di un singolo strato depositato, i materiali che possono essere usati sono preferibilmente i seguenti: leghe Al (quali AL2024, Al6061, AL7050 ecc) o leghe Ti (quali Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI, Ti qualità 17 etc.) per via della bassa densità, delle elevate proprietà meccaniche e dell'ampia disponibilità commerciale. The ring 12 of the impeller 10 according to the disclosure may comprise a single deposited layer or multiple layers. When a structure with a single deposited layer is used, the materials that can be used are preferably the following: Al alloys (such as AL2024, Al6061, AL7050 etc.) or Ti alloys (such as Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI, Ti quality 17 etc.) due to low density, high mechanical properties and wide commercial availability.

[0035] Per ridurre la quantità di sollecitazione meccanica che si sviluppa, durante il funzionamento, tra il materiale di base di anello e il materiale depositato mediante spruzzatura a freddo, la sollecitazione meccanica dovuta alla differenza tra le proprietà dei due materiali a contatto (ad esempio CTE e modulo di Young), si può prevedere una struttura multistrato per ottenere una struttura graduata in cui le proprietà dei materiali impiegati cambiano gradualmente da uno strato a quello successivo. [0035] To reduce the amount of mechanical stress that develops, during operation, between the ring base material and the material deposited by cold spraying, the mechanical stress due to the difference between the properties of the two materials in contact (e.g. example CTE and Young's modulus), a multilayer structure can be provided to obtain a graduated structure in which the properties of the materials used gradually change from one layer to the next.

[0036] Le strutture multistrato comprendono pertanto molteplici strati depositati sulla superficie dell'anello di girante 12. Preferibilmente, i metalli o le leghe più pesanti sono depositati per primi in uno strato sottile, per avere la migliore adesione sulla superficie di anello di girante 12 e ridurre al minimo la sollecitazione meccanica durante il funzionamento. In termini più generali, la sequenza degli strati impiegati è scelta per assicurarsi che almeno una proprietà dei metalli o delle leghe di detti strati vari gradualmente dal primo all'ultimo strato depositato. Detta almeno una proprietà può essere, ad esempio, peso molecolare o massa molare, densità, CTE, modulo di Young eccetera. The multilayer structures therefore comprise multiple layers deposited on the surface of the impeller ring 12. Preferably, the heavier metals or alloys are deposited first in a thin layer, in order to have the best adhesion on the impeller ring surface 12. and minimize mechanical stress during operation. In more general terms, the sequence of the layers used is chosen to ensure that at least one property of the metals or alloys of said layers varies gradually from the first to the last deposited layer. Said at least one property can be, for example, molecular weight or molar mass, density, CTE, Young's modulus, etc.

[0037] Nel caso di una struttura a due strati, un secondo strato è depositato sopra il primo strato, il secondo strato essendo realizzato con un materiale più leggero rispetto al materiale del primo strato. Il primo strato più pesante ad esempio può essere realizzato con leghe di Fe o Ni. Il secondo strato più leggero può essere realizzato con metalli o leghe di Al, Mg, Ti e Fe quando il primo strato è realizzato in Ni. Forme di realizzazione della girante dotata di una struttura a due strati e secondo la divulgazione possono impiegare le seguenti combinazioni di metalli o leghe (primo metallo/lega essendo definito come primo strato o strato interno, secondo metallo /lega essendo definito come secondo strato o strato esterno): Fe – Al; Ni – Al; Fe – Mg; Ni – Mg; Fe – Ti; Ni – Ti; Ni – Fe. In the case of a two-layer structure, a second layer is deposited on top of the first layer, the second layer being made of a lighter material than the material of the first layer. The first heavier layer, for example, can be made with Fe or Ni alloys. The second lighter layer can be made with metals or alloys of Al, Mg, Ti and Fe when the first layer is made of Ni. Embodiments of the impeller having a two-layer structure and according to the disclosure may employ the following combinations of metals or alloys (first metal / alloy being defined as first layer or inner layer, second metal / alloy being defined as second layer or layer external): Fe - Al; Ni - Al; Fe - Mg; Ni - Mg; Fe - Ti; Ni - Ti; Ni - Fe.

[0038] Nel caso di strutture multistrato, una forma di realizzazione comprende un terzo strato intermedio interposto tra i due strati sopradescritti e un'altra forma di realizzazione comprende un terzo strato aggiuntivo posto sopra gli altri due strati per proteggere la struttura da corrosione, erosione o usura dovuti all'ambiente. Un primo strato più pesante è depositato mediante spruzzatura a freddo sull'anello di girante, quindi un secondo strato intermedio viene spruzzato a freddo sul primo strato per ridurre al minimo la sollecitazione meccanica tra strati diversi. Infine, un terzo strato più leggero viene depositato sopra il secondo strato. [0038] In the case of multilayer structures, one embodiment comprises a third intermediate layer interposed between the two layers described above and another embodiment comprises an additional third layer placed on top of the other two layers to protect the structure from corrosion, erosion or wear and tear due to the environment. A heavier first layer is cold sprayed onto the impeller ring, then a second intermediate layer is cold sprayed onto the first layer to minimize mechanical stress between different layers. Finally, a third, lighter layer is deposited on top of the second layer.

[0039] Le forme di realizzazione dell'anello a tre strati 12 della girante secondo la divulgazione possono impiegare uno strato intermedio realizzato con i seguenti metalli o leghe: Al, Ti, Mg, Fe, Ni, Co, Mo, Cr. Esempi preferiti degli anelli a tre strati possono utilizzare le seguenti sequenze di metalli o leghe, in cui il metallo o la lega menzionato per primo è il primo ad essere depositato a freddo sull'anello: Ti-Al-Mg, Ni-Fe-Ti, Ni-Fe-Al, Ni-Ti-Al, Fe-Ti-Al, Co-Ni-Al. Tutti gli esempi di cui sopra forniscono una sequenza di metalli/leghe caratterizzata da almeno una proprietà che varia gradualmente dal primo all'ultimo strato depositato. Nell'esempio di cui sopra, Ti-Al-Mg, ad esempio, Ti ha proprietà fisiche che sono tra il substrato di acciaio e il successivo strato di Al. The embodiments of the three-layer ring 12 of the impeller according to the disclosure can employ an intermediate layer made of the following metals or alloys: Al, Ti, Mg, Fe, Ni, Co, Mo, Cr. Preferred examples of three-layer rings can use the following metal or alloy sequences, where the metal or alloy mentioned first is the first to be cold deposited on the ring: Ti-Al-Mg, Ni-Fe-Ti , Ni-Fe-Al, Ni-Ti-Al, Fe-Ti-Al, Co-Ni-Al. All the above examples provide a metal / alloy sequence characterized by at least one property which gradually varies from the first to the last deposited layer. In the above example, Ti-Al-Mg, for example, Ti has physical properties which are between the steel substrate and the next Al layer.

[0040] Ulteriori forme di realizzazione della presente divulgazione utilizzano uno strato esterno aggiuntivo utile a fornire resistenza aggiuntiva contro corrosione, erosione e usura. Uno strato esterno aggiuntivo può essere depositato sopra il singolo, il doppio o il triplo strato spruzzato a freddo sulla superficie di anello, per rafforzare la struttura contro agenti ambientali aggressivi. Esempi di questo strato esterno aggiuntivo possono essere costituiti dai seguenti metalli o dalle seguenti leghe: Ti, Ni, Co, Mo, e Cr. Further embodiments of the present disclosure utilize an additional outer layer useful to provide additional resistance against corrosion, erosion and wear. An additional external layer can be deposited on top of the single, double or triple cold sprayed layer on the ring surface, to strengthen the structure against aggressive environmental agents. Examples of this additional outer layer may consist of the following metals or alloys: Ti, Ni, Co, Mo, and Cr.

[0041] Le giranti secondo la presente divulgazione possono essere prodotte secondo diverse procedure. In una forma di realizzazione, un corpo di girante può essere prodotto con tecnologie diverse (ad esempio forgiato, colato, sottoposto a hip o stampato in 3D) e in un'ampia scelta di materiali, ad esempio acciaio, (ad esempio AISI410, ASTM A182 F22, 17-4PH ecc.) o lega di Ni (ad esempio IN625M PM, IN718 etc.). Il corpo di girante è prelavorato alla macchina mediante processi di tornitura e fresatura, quindi un singolo strato o molteplici strati di metallo o leghe di metallo sono depositati mediante spruzzatura a freddo sulla superficie della parte frontale della girante in cui ci sarà l'anello; infine la girante viene lavorata alla macchina per produrre la struttura completa della girante comprendente pale e palette. La lavorazione alla macchina finale della girante sarà adattata per sagomare adeguatamente l'anello, scegliendo la larghezza del materiale di base rispetto alla larghezza dei materiali esterni spruzzati a freddo ottimizzando le caratteristiche complessive della girante per massimizzare la velocità perimetrale consentita e la potenza massima trasmissibile al gas. In una forma di realizzazione, la lavorazione alla macchina finale è atta a rimuovere completamente lo strato di base dell'acciaio originario dell'anello per lasciare soltanto gli strati depositati mediante spruzzatura a freddo. [0041] The impellers according to the present disclosure can be produced according to different procedures. In one embodiment, an impeller body can be produced with different technologies (e.g. forged, cast, hiped, or 3D printed) and in a wide choice of materials, e.g. steel, (e.g. AISI410, ASTM A182 F22, 17-4PH etc.) or Ni alloy (e.g. IN625M PM, IN718 etc.). The impeller body is pre-machined by turning and milling processes, then a single layer or multiple layers of metal or metal alloys are deposited by cold spraying on the surface of the front part of the impeller where the ring will be; finally the impeller is machined to produce the complete impeller structure including blades and vanes. The final machining of the impeller will be adapted to adequately shape the ring, choosing the width of the base material with respect to the width of the external cold-sprayed materials, optimizing the overall characteristics of the impeller to maximize the permissible perimeter speed and the maximum power that can be transmitted to the gas. In one embodiment, the final machining is adapted to completely remove the base layer of the original steel of the ring to leave only the layers deposited by cold spraying.

[0042] In un'altra forma di realizzazione, il materiale di base di girante è pre-lavorato alla macchina e quindi è ulteriormente lavorato alla macchina per produrre la struttura completa della girante comprendente pale e palette. Infine, l'anello della girante è sottoposto a spruzzatura a freddo per aggiungere uno o più strati di metallo o leghe di metallo. In another embodiment, the impeller base material is pre-machined and then further machined to produce the complete impeller structure including blades and vanes. Finally, the impeller ring is cold sprayed to add one or more layers of metal or metal alloys.

[0043] In un'ulteriore forma di realizzazione, il materiale di base di girante è pre-lavorato alla macchina mediante processi di tornitura e fresatura per produrre la struttura della girante comprendente pale e palette. Quindi, l'anello della girante è sottoposto a spruzzatura a freddo per aggiungere uno o più strati di metallo o leghe di metallo. In a further embodiment, the impeller base material is pre-machined by turning and milling processes to produce the impeller structure comprising blades and vanes. Then, the impeller ring is cold sprayed to add one or more layers of metal or metal alloys.

[0044] L'uso di tecniche di spruzzatura a freddo consente un grado di flessibilità che può essere sfruttato per ottimizzare ulteriormente il comportamento dinamico della girante. Pertanto la spruzzatura degli strati di metallo o lega di metallo aggiuntivi sulla superficie esterna dell'anello può essere effettuata in modo regolare e uniforme e anche secondo schemi e configurazioni più complessi, preferiti. The use of cold spraying techniques allows a degree of flexibility which can be exploited to further optimize the dynamic behavior of the impeller. Therefore the spraying of the additional metal or metal alloy layers on the outer surface of the ring can be carried out in a regular and uniform manner and also according to more complex, preferred patterns and configurations.

[0045] Facendo riferimento alla figura 1 che mostra una vista in sezione parziale della girante ed una vista frontale dell'anello della girante, uno o più degli strati spruzzati a freddo aggiuntivi non sono regolari ma sono costituiti da molteplici settori, separati da quelle adiacenti da una pluralità di scanalature 14 in cui non è stato depositato materiale aggiuntivo o in cui il materiale depositato ha una larghezza minore. Le scanalature radiali hanno origine dal bordo interno dell'anello, si estendono verso il bordo esterno dell'anello e sono approssimativamente centrate al centro dell'occhio della girante. Il numero di scanalature può essere scelto in base ai requisiti della girante (numero di pale, velocità perimetrale, frequenze di eccitazione eccetera). Inoltre, il numero e la forma delle scanalature possono essere utili per adattare le frequenze di risonanza naturale locale consentendo così al progettista di ripulire dette frequenze di risonanza naturale dalle frequenze di eccitazione che sono potenzialmente molto dannose per la girante. Inoltre, il numero e la forma delle scanalature possono essere scelti adeguatamente per ridurre la sollecitazione sugli strati depositati. Referring to Figure 1 which shows a partial sectional view of the impeller and a front view of the impeller ring, one or more of the additional cold sprayed layers are not regular but consist of multiple sectors, separated from the adjacent ones by a plurality of grooves 14 in which no additional material has been deposited or in which the deposited material has a smaller width. The radial grooves originate from the inner edge of the ring, extend towards the outer edge of the ring, and are approximately centered in the center of the impeller eye. The number of grooves can be chosen based on the impeller requirements (number of blades, perimeter speed, excitation frequencies, etc.). Furthermore, the number and shape of the grooves can be useful in adapting the local natural resonant frequencies thus allowing the designer to cleanse said natural resonant frequencies of the excitation frequencies which are potentially very harmful to the impeller. Furthermore, the number and shape of the grooves can be suitably chosen to reduce the stress on the deposited layers.

[0046] Facendo riferimento alla figura 2 che mostra un'altra forma di realizzazione, le scanalature sono comunque sostanzialmente radiali ma curve. [0046] Referring to Figure 2 which shows another embodiment, the grooves are in any case substantially radial but curved.

[0047] La figura 3 mostra un'altra forma di realizzazione in cui molteplici coppie di scanalature, una curva e una diritta, hanno origine dal bordo interno dell'anello in modo approssimativamente radiale e si estendono verso il bordo esterno dell'anello. La scanalatura diritta di ciascuna coppia interseca la scanalatura curva della coppia successiva. Figure 3 shows another embodiment in which multiple pairs of grooves, one curved and one straight, originate from the inner edge of the ring approximately radially and extend towards the outer edge of the ring. The straight groove of each pair intersects the curved groove of the next pair.

[0048] La figura 4 mostra una ulteriore forma di realizzazione in cui molteplici coppie di scanalature diritte hanno origine dal bordo interno dell'anello in modo approssimativamente radiale e si estendono verso il bordo esterno dell'anello. Ciascuna scanalatura di ciascuna coppia di scanalature interseca una scanalatura di due coppie successive o due coppie precedenti di scanalature. Figure 4 shows a further embodiment in which multiple pairs of straight grooves originate from the inner edge of the ring approximately radially and extend towards the outer edge of the ring. Each groove of each pair of grooves intersects a groove of two successive pairs or two previous pairs of grooves.

[0049] La figura 5 mostra un'altra forma di realizzazione in cui molteplici coppie di scanalature curve ha origine dal bordo interno dell'anello in un modo approssimativamente radiale e si estendono verso il bordo esterno dell'anello. Le scanalature curve di ciascuna coppia si intersecano tra loro e hanno le loro concavità affacciate l'una verso l'altra. Figure 5 shows another embodiment in which multiple pairs of curved grooves originate from the inner edge of the ring in an approximately radial fashion and extend towards the outer edge of the ring. The curved grooves of each pair intersect with each other and have their concavities facing each other.

[0050] La figura 6 mostra un'altra forma di realizzazione in cui molteplici scanalature diritte sono disposte come corde del bordo esterno approssimativamente circolare dell'anello della girante. Ciascuna scanalatura interseca almeno altre due scanalature. Figure 6 shows another embodiment in which multiple straight grooves are arranged as cords of the approximately circular outer edge of the impeller ring. Each groove intersects at least two other grooves.

[0051] La figura 7 mostra un'altra forma di realizzazione in cui molteplici scanalature curve e diritte hanno origine dal bordo interno dell'anello in un modo approssimativamente radiale e si estendono verso il bordo esterno dell'anello. Ciascuna scanalatura diritta interseca almeno una scanalatura curva adiacente. Figure 7 shows another embodiment in which multiple curved and straight grooves originate from the inner edge of the ring in an approximately radial fashion and extend towards the outer edge of the ring. Each straight groove intersects at least one adjacent curved groove.

[0052] La figura 8 mostra un'altra forma di realizzazione in cui due scanalature circolari dividono la superficie dell'anello in tre corone circolari. Figure 8 shows another embodiment in which two circular grooves divide the surface of the ring into three circular rings.

[0053] La figura 9 mostra un'altra forma di realizzazione in cui due scanalature quasi ellittiche dividono la superficie dell'anello in tre sezioni. Figure 9 shows another embodiment in which two nearly elliptical grooves divide the ring surface into three sections.

[0054] La figura 10 mostra un'altra forma di realizzazione in cui molteplici scanalature quasi ellittiche dividono la superficie dell'anello in molteplici sezioni. Figure 10 shows another embodiment in which multiple nearly elliptical grooves divide the ring surface into multiple sections.

[0055] La figura 11 mostra un'altra forma di realizzazione in cui molteplici coppie di scanalature curve hanno origine dal bordo interno dell'anello in un modo approssimativamente radiale, si estendono verso il bordo esterno dell'anello e intersecano due scanalature circolari per dividere la superficie dell'anello in molteplici sezioni. Figure 11 shows another embodiment in which multiple pairs of curved grooves originate from the inner edge of the ring in an approximately radial fashion, extend towards the outer edge of the ring and intersect two circular grooves to divide the surface of the ring in multiple sections.

[0056] Tutte le forme di realizzazione precedentemente descritte mirano a ottimizzare il comportamento dinamico della girante modificando e adattando le frequenze naturali locali per evitare incroci pericolosi tra frequenze naturali e di eccitazione che possono essere dannose per l'integrità della girante quando in funzione. All the embodiments described above aim at optimizing the dynamic behavior of the impeller by modifying and adapting the local natural frequencies to avoid dangerous crossings between natural and excitation frequencies which can be harmful to the integrity of the impeller when in operation.

Claims

CLAIMS 1. Ring impeller for centrifugal compressors in which the ring comprises at least one layer of metallic material deposited by cold spraying.

2. Ring impeller according to claim 1 characterized in that the at least one layer of metallic material deposited by cold spraying consists of alloys based on Al or alloys based on Ti.

3. Ring impeller according to claim 1 characterized in that the at least one layer of metallic material comprises a first layer of a first metallic material and a second layer of a second metallic material deposited over the first layer, at least one metal property or of the alloys of said first and said second layer gradually varying from the impeller material to the last deposited layer.

4. Ring impeller according to claim 3 characterized in that the first metallic material is selected from the group comprising metallic materials based on Fe and based on Ni; the second metal material is selected from the group comprising Al-based, Mg-based and Ti-based metal materials.

5. Ring impeller according to claim 1 characterized in that the at least one layer of metallic material comprises a first layer of a first metallic material, a second layer of a second metallic material on top of the first layer and a third layer of a third metallic material over the second layer, at least one property of the metals or alloys of said first, said second and said third layer gradually varying from the impeller material to the last deposited layer.

6. Impeller with ring according to claim 5 characterized in that the first metallic material is selected from the group comprising metallic materials based on Fe and based on Ni; the second metal material is selected from the group comprising Al-based, Ti-based, Mg-based, Fe-based, Ni-based, Co-based and Mo-based metal materials; the third metallic material is selected from the group comprising Al-based, Mg-based and Ti-based metallic materials.

7. Ring impeller according to one or more of claims 3 to 6 characterized in that said at least one property of the metals or alloys is selected from the group comprising molecular weight, molar mass, density, CTE, Young's modulus.

8. Impeller with ring according to one or more of claims 1 to 7 characterized in that it comprises a further outer layer of metal material selected from the group comprising metal materials based on Ti, based on Ni, based on Co, based on of Mo and based on Cr.

A method for producing ring impellers for centrifugal compressors comprising: producing an impeller body; depositing by cold spraying at least one layer of metallic material on the surface of the front part of the impeller corresponding to the ring of the impeller; machine the impeller to complete and finish its structure.

The method according to claim 9 characterized in that the production of an impeller body is performed through a process selected from the group comprising forging, casting, hip or 3D printing.

Method according to one or more of claims 9 to 10 characterized in that the production of an impeller body further comprises a machine pre-machining step in which the impeller body is machined by turning and milling processes for pre-machining -produce the impeller structure comprising blades and vanes.

Method according to one or more of claims 9 to 11, characterized in that at least one layer of metallic material deposited by hot spraying consists of alloys based on Al or based on Ti.

13. Method according to claim 12 characterized in that the Al-based alloys are selected from the group comprising AL2024, Al6061 and AL7050 and the Ti-based alloys are selected from the group comprising Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI and Ti quality 17.

Method according to one or more of claims 9 to 11, characterized in that the spraying by cold spraying of at least one layer of metal material comprises depositing by cold spraying two layers of metal material on the surface of the front part of the impeller: a first layer of a first metallic material and a second layer of a second metallic material over the first layer, at least a property of the metals or alloys of said first and said second layer gradually varying from the impeller material to the last deposited layer.

15. Method according to claim 14 characterized in that the first metallic material is selected from the group comprising metallic materials based on Fe and based on Ni; the second metal material is selected from the group comprising Al-based, Mg-based and Ti-based metal materials.

Method according to one or more of claims 9 to 11 characterized in that the spraying by cold spraying of at least one layer of metallic material comprises depositing by cold spraying three layers of metallic material on the surface of the front part of the impeller; a first layer of a first metallic material, a second layer of a second metallic material over the first layer and a third layer of a third metallic material over the second layer, at least one property of the metals or alloys of said first, said second and said third layer gradually varying from the impeller material to the last deposited layer.

17. Method according to claim 16 characterized in that the first metallic material is selected from the group comprising metallic materials based on Fe and based on Ni; the second metal material is selected from the group comprising Al-based, Ti-based, Mg-based, Fe-based, Ni-based, Co-based and Mo-based metal materials; the third metallic material is selected from the group comprising Al-based, Mg-based and Ti-based metallic materials.

18. Method according to one or more of claims 14 to 17 characterized in that said at least one property of the metals or alloys is selected from the group comprising molecular weight, molar mass, density, CTE, Young's modulus.

19. Method according to one or more of claims 9 to 18 characterized in that it comprises depositing by cold spraying an additional outer layer of metal material selected from the group comprising metal materials based on Ti, based on Ni, based on Co , based on Mo and based on Cr.

20. Method according to one or more of claims 9 to 19 characterized in that the at least one layer of metallic material consists of multiple sectors, separated from the adjacent ones by multiple grooves (14).