ITCO20100028A1

ITCO20100028A1 - Girante incamiciata con materiale funzionale graduato e metodo

Info

Publication number: ITCO20100028A1
Application number: IT000028A
Authority: IT
Inventors: Filippo Cappuccini; Massimo Giannozzi; Federico Iozzelli; Gabriele Masi
Original assignee: Nuovo Pignone Spa
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-19
Also published as: EP2388091B1; US8740561B2; EP2388091A1; JP2011241831A; CN102251984B; RU2552656C2; IT1399883B1; JP5981691B2; US20110286855A1; RU2011120315A; CN102251984A

Description

TITLE / TITOLO

JACKET IMPELLER WITH FUNCTIONAL GRADED MATERIAL AND METHOD GIRANTE INCAMICIATA CON MATERIALE FUNZIONALE GRADUATO E METODO

CAMPO DELL’INVENZIONE

Le realizzazioni dell'oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono in generale a compressori e, più particolarmente, a giranti con materiale funzionale graduato.

ARTE NOTA

Un compressore è una macchina che accelera le particelle di un fluido comprimibile, ad esempio un gas, utilizzando energia meccanica, in ultima analisi per aumentare la pressione di tale fluido comprimibile. I compressori sono impiegati in numerose applicazioni diverse, compreso l'uso come stadio iniziale di una turbina a gas. Tra i vari tipi di compressori vi sono i cosiddetti compressori centrifughi, nei quali l’energia meccanica agisce sul gas in ingresso al compressore per mezzo dell’accelerazione centrifuga che accelera le particelle di gas, per esempio attraverso la rotazione di una girante centrifuga attraverso cui passa il gas. Più in generale, è possibile annoverare i compressori centrifughi all'interno della classe di "turbomacchine” o “macchine turborotanti’'.

I compressori centrifughi possono essere dotati di una girante singola, in una configurazione monostadio, oppure di una molteplicità di giranti poste in serie, nel qual caso sono di norma indicati come compressori multistadio. Ogni stadio di un compressore centrifugo comprende di norma un tubo di ingresso per il gas da accelerare, una girante in grado di fornire energia cinetica al gas in ingresso e un diffusore che converte l’energia cinetica del gas che esce dalla girante come energia di pressione.

La Figura 1 illustra schematicamente un compressore centrifugo multistadio 10. Qui, il compressore 10 comprende un contenitore o alloggiamento (lo statore) 12 in cui è montato l’albero compressore rotante 14, dotato di una molteplicità di giranti centrifughe! 6. Il gruppo rotore 18 comprende l’albero 14 e le giranti 16 ed è sostenuto radialmente e assialmente dai cuscinetti 20, disposti sui due lati del gruppo rotore 18.

Il compressore centrifugo multistadio funziona aspirando un gas di processo in entrata dal condotto di ingresso 22, accelerandone le particelle tramite il gruppo rotore 18 ed emettendo poi il gas attraverso il condotto di uscita 24 a una pressione in uscita più alta di quella in ingresso. Fra le giranti 16 e i cuscinetti 20, sono forniti sistemi di tenuta 26 per impedire al gas di processo di scorrere attraverso i cuscinetti 20. L’alloggiamento 12 è configurato in modo tale da coprire sia i cuscinetti 20 sia i sistemi di tenuta 26 per evitare fughe di gas dal compressore centrifugo 10. In Figura 1 si può anche vedere il tamburo di bilanciamento 27 che compensa la spinta assiale generata dalle giranti 16, la tenuta a labirinto del tamburo di bilanciamento 28 e una linea di bilanciamento 29 che mantiene la pressione sul lato esterno del tamburo di bilanciamento 27 allo stesso livello della pressione alla quale il gas di processo entra attraverso il condotto 22.

Nei compressori centrifughi multistadio è possibile utilizzare diversi tipi di gas di processo. Il gas di processo può essere ad esempio biossido di carbonio, solfuro di idrogeno, butano, metano, etano, propano, gas naturale liquido o una loro combinazione. Quando si opera con un gas di processo corrosivo, i compressori centrifughi possono impiegare delle giranti composte di leghe resistenti alla corrosione, come acciai inossidabili, superleghe di nickel e leghe di titanio. Tuttavia, i materiali utilizzati da queste leghe resistenti alla corrosione tendono ad essere costosi.

Nel tentativo di creare soluzioni alternative è stato previsto anche l'uso di rivestimenti per migliorare la resistenza alla corrosione e l'applicazione di uno strato di guaina per controbilanciare il cracking da tensiocorrosione. Tuttavia, questi metodi non si sono rivelati efficaci nei componenti del percorso di flusso della girante a causa della loro complessità geometrica, che può determinare una copertura nulla o parziale, e della deformazione originata dalla girante in fase di applicazione della guaina.

Pertanto, si consigliano sistemi e metodi per ridurre i costi pur mantenendo le proprietà del materiale adatte a questi ambienti di lavoro.

SINTESI

Sulla base di una realizzazione esemplificativa si ha un metodo per produrre la girante di un compressore. Il metodo include l'applicazione di uno strato intermedio a un metallo di base collocando una prima polvere di metallo in un interstizio fra un primo inserto e il metallo di base; l'elaborazione con il calore isostatico che spinge sul metallo di base, una prima polvere di metallo e il primo inserto in modo tale che lo strato intermedio si leghi al metallo di base, lo strato intermedio con una porosità generalmente minore dell'1%, in cui un coefficiente di espansione termica di uno strato intermedio è compreso fra un coefficiente di espansione termica per il metallo di base e uno strato esterno; la rimozione del primo inserto; l'applicazione di uno strato esterno allo strato intermedio collocando una seconda polvere in un interstizio fra un secondo inserto e lo strato intermedio; l'elaborazione di un metallo di base, dello strato intermedio, della seconda polvere di metallo e del secondo inserto tramite la pressione isostatica a caldo in modo tale che Io strato esterno si leghi allo strato intermedio, con una porosità dello strato esterno generalmente inferiore all'1%; e la rimozione del secondo inserto per formare la girante, in cui lo strato esterno è resistente alla corrosione dopo la pressione isostatica a caldo.

Sulla base di un'altra realizzazione esemplificativa si ha un metodo per produrre la girante di un compressore. Il metodo include l'applicazione di un primo strato su un inserto, in cui il primo strato è resistente alla corrosione dopo la pressione isostatica a caldo; l'applicazione di un secondo strato sul primo strato, in cui un coefficiente di espansione termica del secondo strato è compreso fra un coefficiente di espansione termica per un metallo di base e il primo strato; l'applicazione di una combinazione dell'inserto, del primo strato e del secondo strato e del metallo di base tramite la pressione isostatica a caldo in modo tale che il secondo strato si leghi al metallo di base, il primo e il secondo sono legati tra loro e presentano entrambi una porosità generalmente minore dell'1%; e la rimozione dell'inserto per formare la girante.

Secondo un’altra realizzazione esemplificativa, si ha una girante impiegata in un compressore. La girante include una sezione del disco realizzata in acciaio al carbonio; una sezione del disco opposto sempre in acciaio al carbonio; una pluralità di palette in acciaio al carbonio a contatto con la sezione del disco e la sezione del disco opposto; uno strato intermedio applicato alle superfici interessate dal percorso del flusso di processo corrosivo della sezione del disco, la sezione del disco opposto e la pluralità di palette, laddove lo strato intermedio è applicato tramite pressione isostatica a caldo, presenta in genere una porosità inferiore all'1% e un coefficiente di conduttività termica compreso fra un coefficiente di espansione termica per l'acciaio al carbonio e uno strato esterno; e uno strato esterno inserito sullo strato intermedio tramite una pressione isostatica a caldo, in cui la porosità dello strato esterno è inferiore all'1% e che, dopo la pressione isostatica a caldo, resta resistente alla corrosione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

I disegni allegati illustrano le realizzazioni esemplificative, dove:

la Figura 1 descrive un compressore;

la Figura 2 illustra una girante incamiciata secondo le realizzazioni esemplificative; la Figura 3 mostra un disco integrato, una paletta e un disco opposto con uno strato esterno secondo le realizzazioni esemplificative;

la Figura 4 illustra un gradiente per un materiale funzionale graduato secondo le realizzazioni esemplificative;

la Figura 5 illustra gli strati di un materiale funzionale graduato secondo le realizzazioni esemplificative;

la Figura 6 mostra una girante, un inserto e una polvere di metallo secondo le realizzazioni esemplificative;

la Figura 7 mostra un disco distinto ma collegato, una paletta e un disco opposto con uno strato esterno secondo una realizzazione esemplificativa;

la Figura 8 mostra una paletta integrata e un disco opposto collegati al disco e a uno strato esterno secondo le realizzazioni esemplificative;

la Figura 9 mostra una paletta divisa con una parte integrata al disco e l'altra alla paletta integrata al disco opposto e uno strato esterno secondo le realizzazioni esemplificative;

la Figura 10 mostra una paletta integrata con lo strato esterno collegato al disco e allo strato esterno secondo le realizzazioni esemplificative;

la Figura 11 mostra una girante con uno strato intermedio e uno strato esterno secondo le realizzazioni esemplificative;

la Figura 12 mostra un diagramma di flusso indicante un metodo per la produzione di una girante secondo le realizzazioni esemplificative; e

la Figura 13 mostra un diagramma di flusso indicante un altro metodo per la produzione di una girante secondo le realizzazioni esemplificative.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La seguente descrizione dettagliata delle realizzazioni esemplificative fa riferimento ai disegni di accompagnamento. Gli stessi numeri di riferimento in disegni diversi rappresentano elementi simili o identici. Inoltre i disegni non sono necessariamente in scala. Inoltre, la seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. Al contrario, il campo di applicazione dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni in appendice.

In tutta la descrizione dettagliata il riferimento a "una realizzazione” sta a indicare che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una realizzazione, è inclusa in almeno una realizzazione dell’oggetto divulgato. Pertanto, l’utilizzo delle espressioni "in una realizzazione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima realizzazione. Inoltre, le particolari funzioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adatto in una o più forme di realizzazione.

Come descritto nella sezione Arte nota, i compressori possono utilizzare un gas di processo corrosivo. Il gas di processo può essere ad esempio biossido di carbonio, solfuro di idrogeno, butano, metano, etano, propano, gas naturale liquido o una loro combinazione. La girante ruota fornendo energia cinetica al gas di processo e pertanto presenta superfici che sono esposte al gas di processo. Nei casi in cui viene impiegato gas di processo corrosivo, la girante è appositamente prodotta con leghe resistenti alla corrosione. Tuttavia, questi materiali hanno costi elevati. Le realizzazioni esemplificative descritte nel presente documento forniscono sistemi e metodi per la produzione di una girante con una piccola quantità delle costose leghe resistenti alla corrosione e questo consente di limitare i costi pur mantenendo le proprietà del materiale desiderate. In Figura 2 viene mostrata una girante a titolo di esempio.

Secondo le realizzazioni esemplificative, la girante 200 include una sezione del disco 202, una sezione del disco opposto (o carenatura) 204 e una pluralità di palette 206. Il gas di processo corrosivo scorre fra la pluralità di palette e un'area legata alla superficie esterna della sezione del disco 202 e a una superficie interna della sezione del disco opposto 204. Pertanto queste superfici necessitano di una protezione dai gas di processo corrosivi, mentre le superfici esposte e le parti interne non necessitano di questa protezione. Secondo le realizzazioni esemplificative, è possibile impiegare un metallo di base, ad esempio un acciao al carbonio (meno costoso di un materiale resistente alla corrosione), per produrre una girante con la possibilità di applicare sulla base delle leghe resistenti alla corrosione secondo le proprietà del materiale desiderate. Ad esempio, è possibile produrre le giranti dei compressori centrifughi impiegando materiali funzionali graduati sul metallo di base per migliorare l'isolamento delle leghe da corrosione ed erosione nelle aree interessate, cioè il percorso di flusso del gas di processo e le estremità delle palette. La corrosione viene generalmente utilizzata nel presente documento per descrivere la corrosione, l'erosione e gli altri ambienti di degradazione materialmente simili causati dai gas di processo, ad esempio per evitare il cracking sotto tensione del solfuro che può avvenire in fase di compressione del gas acido solfato, che può essere utilizzato dalla girante.

Secondo le realizzazioni esemplificative, la girante 200 può essere composta di un unico metallo di base integrato 302 con una lega protettiva 304, inserita sulla aree interessate della girante 200 come mostrato in Figura 3. Secondo le realizzazioni esemplificative, come si vede in Figura 3, si verifica una riduzione della quantità della costosa lega 304 resistente alla corrosione (e/o all'erosione) rispetto a una girante tradizionale che utilizza esclusivamente la lega protettiva 304. Come mostrato in Figura 3, si individuano due strati di materiale differenti: lo strato in metallo di base 302 e Io strato in lega protettiva 304. Il metallo di base 302 che costituisce lo scheletro della girante 200 può essere prodotto attraverso processi convenzionali, come stampaggio, lavorazione a macchina e simili, o tramite un processo di pressione isostatica a caldo. La lega protettiva, che rappresenta lo strato finale o esterno, può essere applicata tramite tecniche con metallo in polvere, ad esempio la pressione isostatica a caldo, per ottenere la qualità finale desiderata della girante 200. Tuttavia, in alcuni casi, il coefficiente di espansione termica è sensibilmente diverso fra Io strato 302 in metallo di base e lo strato protettivo in lega 304, per cui i guasti che si verificano sono imputabili alla discrepanza di espansione termica e alla tensione potenziale generata durante il funzionamento. Secondo le realizzazioni esemplificative, è possibile produrre uno o più strati per ottenere proprietà termomeccaniche della girante adatte a questi ambienti corrosivi.

Prima di procedere alla descrizione delle altre realizzazioni esemplificative, vengono ora presentati una breve descrizione dei materiali funzionali graduati e un processo di produzione esemplificativo. I materiali funzionali graduati sono materiali la cui struttura e composizione possono essere modificate nello spessore. Ad esempio, una superlega di nickel può avere una composizione metallica al 5% di un'estremità e al 20% dell'altra estremità. Si può ottenere questo risultato modificando gradualmente la composizione del metallo in polvere durante la fase di riempimento dello stampo. Questo può consentire la modifica graduale delle proprietà del materiale senza causare effetti indesiderati come tensione termica eccessiva o espansione. In Figura 4 viene mostrato l'esempio di un gradiente che può rappresentare la modifica di una proprietà di un materiale funzionale graduato, ad esempio il coefficiente di espansione termica, in cui se aumenta lo spessore (come dimostrato dalla distanza dall'elemento base) aumenta anche la percentuale di una lega nobile, ad esempio una superlega di nickel, causando un cambiamento graduale continuo del coefficiente di espansione termica 402. Mentre la curva 402 viene rappresentata mediante una linea retta, altre curve possono rappresentare il cambiamento reale che dipende dalla proprietà e dalla percentuale di lega nobile (o altro materiale) aggiunta.

Secondo un'altra realizzazione esemplificativa, il materiale funzionale graduato può essere applicato a strati in cui ogni strato ha una percentuale diversa del materiale che si desidera aggiungere. In Figura 5 è illustrato un esempio a più strati o passaggi. In questo esempio, la curva 502 mostra tre strati 504, 506 e 508 che hanno tutti una distanza diversa dall'elemento base. Inoltre, ciascun passaggio 504, 506 e 508 è costituito da una percentuale diversa relativamente costante di lega nobile, attribuendo così a ciascun strato proprietà diverse del materiale. Questo sistema a strati consente il controllo delle proprietà, ad esempio dell'espansione termica, secondo necessità, così come la possibilità di aggiungere le proprietà desiderate, come la resistenza alla corrosione, all'ultimo strato (o esterno) per l'applicazione della girante 200. Secondo le realizzazioni esemplificative, esempi di materiali, vedi le leghe nobili, che possono essere utilizzati come materiali graduati funzionali comprendono acciai inossidabili, superleghe di nickel, superleghe di cobalto, leghe di titanio, tungsteno-carburo incorporato in una matrice di cobalto o nickel, o altro materiale metallico che assicura le proprietà del materiale desiderate. Fra gli altri esempi di materiale sono annoverati: la lega 625, la lega 725, la matrice di WC con il 17% circa di Co, l'86% circa della matrice di WC con il 10% circa di Co e circa il 4% di Cr e Ti 6246.

Secondo le realizzazioni esemplificative, il materiale funzionale graduato e i suoi strati possono essere uniti a un metallo di base attraverso un processo di pressione isostatica a caldo, noto come HIP, dall'inglese hot isostatic pressure. L'HIP è un processo produttivo che richiede temperature elevate sotto pressione, in un vaso di contenimento ad alta pressione in un'atmosfera di gas inerte, ad esempio l'argon. Viene utilizzato un gas inerte affinché non si verifichino reazioni chimiche fra i materiali durante ΙΉΙΡ. L'HIP determina una riduzione della porosità dei metalli che consentono di migliorare le proprietà meccaniche del materiale. L'HIP può essere impiegato per formare e unire gli elementi, spesso usando una polvere di metallo. Quando si applica il processo HIP alle realizzazioni esemplificative descritte nel presente documento, ΓΗΙΡ del metallo in polvere può consistere in una sequenza di procedure che inizia con polveri di metallo e finisce con un materiale denso e meno poroso. Le polveri di metalli pre-leghe di acciaio, le altre leghe resistenti alla corrosione o all'erosione possono essere iniettate in uno strumento (o alloggiamento e/o inserto) di acciaio leggero appositamente creato per adattarsi alla geometria dell'elemento e deformarsi secondo necessità. Un esempio di questo tipo viene fornito in Figura 6, la quale mostra la girante 200, un inserto 604 e una o più polveri di metallo 602 fra la girant i 1100e 200 e l'inserto 604. L'inserto 604 viene poi riscaldato in un forno HIP alle temperature che generalmente superano i 1100° C a una pressione massima di 1000 bar. Per altri materiali è possibile impiegare combinazioni di temperatura e pressione differenti, come previsto dalle altre realizzazioni esemplificative. Le polveri di metallo 602 si propagano tra loro (o tra loro e in un metallo di base più solido) creando un legame metallurgico forte in cui le polveri di metallo 602 nello strumento 604 hanno una porosità generalmente minore dell'1% rispetto alla porosità originale. Per rimuovere lo strumento 604 si ricorre poi o alla corrosione, ad esempio di un acido, o alla fresatura meccanica. Questo processo HIP può essere utilizzato anche per unire due componenti solidi attraverso una polvere di metallo fra i due componenti solidi e poi tramite il processo HIP. Per questo caso esemplificativo, sulla base della geometria dei componenti, è possibile utilizzare uno o più inserti. Secondo le realizzazioni esemplificative descritte in basso, il processo HIP si può utilizzare per formare una girante, gli elementi della girante, creare strati resistenti sulle superfici su una girante che possono essere esposte a gas di processo corrosivi, unire i componenti di una girante fra loro oltre alle varie combinazioni di queste opzioni.

Secondo una realizzazione esemplificativa mostrata in Figura 7, utilizzando i metodi e i sistemi esemplificati sopradescritti, la girante 200 può includere una sezione del disco 202, una sezione del disco opposto 206 e una sezione 204 delle palette, ciascuna delle quali è prodotta separatamente dal metallo di base. Questi componenti possono essere prodotti con metodi tradizionali o attraverso il processo HIP con polvere di metallo. I componenti possono poi essere uniti fra loro attraverso una pressione isostatica a caldo in modo tale da formare lo strato protettivo in lega 304. Lo strato protettivo 304 in lega può includere strati intermedi ed esterni. In questo caso, lo strato protettivo 304 protegge il materiale di base e unisce le palette alla sezione del disco 201 e alla sezione del disco opposto 204.

Secondo una realizzazione esemplificativa mostrata in Figura 8, utilizzando i metodi e i sistemi esemplificati sopradescritti, la girante 200 include una sezione del disco 202, una sezione del disco opposto 206 e una sezione delle palette 204. La sezione del disco opposto 206 e la sezione delle palette 204 sono elementi singoli integrati, mentre la sezione del disco 202 è un elemento singolo separato. Queste due sezioni sono unite fra loro attraverso una pressione isostatica a caldo in modo tale da formare lo strato protettivo in lega 304. Lo strato protettivo 304 in lega può includere strati intermedi ed esterni.

Secondo una realizzazione esemplificativa mostrata in Figura 9, utilizzando i metodi e i sistemi esemplificativi sopradescritti, la girante 200 include una sezione del disco 202, una sezione del disco opposto 206 e una sezione delle palette 204. La sezione del disco 202 è integrata a una parte della pluralità di palette e la sezione del disco 206 è integrata all'altra parte della pluralità di palette. Queste due sezioni sono unite fra loro attraverso una pressione isostatica a caldo in modo tale da formare lo strato protettivo in lega 304. Lo strato protettivo in lega 304 può includere strati intermedi ed esterni.

Secondo una realizzazione esemplificativa mostrata in Figura 10, utilizzando i metodi e i sistemi esemplificati sopradescritti, la girante 200 include una sezione del disco 202, una sezione del disco opposto 206 e una sezione delle palette 204. La sezione delle palette include un rivestimento che protegge sia la superficie esterna della sezione del disco sia la superficie interna della sezione del disco opposto. Il rivestimento e la sezione delle palette 204 sono realizzati con materiale resistente alla corrosione e applicati sulla sezione del disco 202 e sulla sezione del disco opposto 206 attraverso una pressione isostatica a caldo.

Secondo una realizzazione esemplificativa, come precedentemente descritto, lo strato protettivo in lega 304 può includere strati intermedi ed esterni. Un esempio di questo tipo è mostrato in Figura 11 che raffigura la girante 200. La girante 200 include una sezione del disco 202, una sezione del disco opposto 206, uno strato intermedio 1102 e uno strato esterno 1104 che comprende la paletta 204. Qui sono raffigurati i due strati protettivi in lega 304 e la paletta 204 come parti integranti dello strato esterno 1004, ma sono ammesse anche altre combinazioni. Ad esempio, due, tre o più strati possono essere utilizzati in un processo HIP con le diverse realizzazioni esemplificative descritte nel presente documento per produrre una girante. La composizione dei due o più strati può variare come illustrato nelle Figure 4 e 5.

Secondo una realizzazione esemplificativa alternativa, uno o più strati possono essere applicati su un inserto attraverso tecniche di produzione diverse, come il rivestimento a spray, lo spray termico a combustione di ossigeno ad alta velocità (HVOF, high velocity oxygen fuel), lo spray e la saldobrasatura al plasma, con il primo strato dotato delle proprietà del materiale desiderate, ad esempio la resistenza alla corrosione. Si possono applicare altri strati sul primo strato. La composizione del materiale cambia per ciascuno strato in modo tale che l'ultimo strato, durante il processo HIP, abbia un legame con il metallo di base applicato durante il processo HIP tanto forte quanto desiderato. Questa realizzazione esemplificativa alternativa consente un'altro metodo di produzione di una girante da impiegare in un compressore che utilizza i gas di processo sopradescritti. Inoltre, in fase di processo HIP, si verificherà la densificazione desiderata, ad esempio la riduzione di porosità negli strati aggiunti, affinché la girante raggiunga la geometria desiderata.

Secondo le realizzazioni esemplificative, i sistemi e i metodi esemplificativi descritti nel presente documento possono creare una proprietà desiderabile nel processo in fase di realizzazione di una girante a pressione isostatica a caldo. Questi processi produttivi non si limitano alla geometria dell'elemento come spesso accade per gli strati di rivestimento a spray delle superfici complesse, come le palette. Inoltre, attraverso il processo esemplificativo HIP, l'inserto viene deformato mentre restano inalterati i componenti della girante 200, consentendo allo strato di acquisire la geometria definitiva della girante 200. Lo strato protettivo esterno in lega 304 può essere progettato secondo necessità in base al gas di processo da utilizzare nel compressore. Questi sistemi e metodi esemplificativi garantiscono la protezione dei componenti quando necessaria, la riduzione dei costi del materiale rispetto alle giranti tradizionali impiegate negli ambienti descritti nel presente documento, la riduzione dei tempi di produzione e il controllo della tolleranza desiderata.

Mentre l'HIP è stato descritto come un processo di unione delle realizzazioni esemplificative sopradescritte, è possibile ricorrere in alcuni casi ad altri processi di unione. In alcuni casi per unire i componenti del metallo di base, quando sono prodotti separatamente, è possibile impiegare altre forme di unione dei metalli in polvere, come la saldobrasatura sintetizzata, la saldatura ad arco, la saldatura per attrito, il legame per diffusione o la saldobrasatura per diffusione.

Facendo uso dei sistemi esemplificativi sopra descritti, secondo le realizzazioni esemplificative, un metodo per produrre una girante è illustrato nel diagramma di flusso di Figura 12. Un metodo per produrre una girante da impiegare in un compressore che utilizza gas di processo comprende: un passaggio 1202 che prevede l'applicazione di uno strato intermedio a un metallo di base collocando una prima polvere di metallo in un interstizio fra un primo inserto e un metallo di base; un passaggio 1204 di elaborazione tramite pressione isostatica a caldo del metallo di base, della prima polvere di metallo e del primo inserto in modo tale che lo strato intermedio si leghi al metallo di base; un passaggio 1206 di rimozione del primo inserto; un passaggio 1208 di applicazione di uno strato esterno allo strato intermedio collocando una seconda polvere in un interstizio fra un secondo inserto e lo strato intermedio; un passaggio 1210 di elaborazione del metallo di base, dello strato intermedio, della seconda polvere di metallo e del secondo inserto tramite pressione isostatica a caldo in modo tale che lo strato esterno si leghi allo strato intermedio; e un passaggio 1212 di rimozione del secondo inserto per formare la girante.

Facendo uso dei sistemi esemplificativi sopra descritti, secondo le realizzazioni esemplificative, un altro metodo per produrre una girante è illustrato nel diagramma di flusso di Figura 13. Un metodo per produrre una girante da impiegare in un compressore che utilizza un gas di processo comprende: un passaggio 1302 di applicazione di un primo strato su un inserto; un passaggio 1304 di applicazione di un secondo strato sul primo strato, in cui il coefficiente di espansione termica del secondo strato è compreso fra il coefficiente di espansione termica di un metallo di base e quello del primo strato; un passaggio 1306 di applicazione di una combinazione dell'inserto, del primo strato e del secondo strato sul metallo di base in modo tale che il secondo strato e il metallo di base siano a contatto; un passaggio 1308 di elaborazione dell'inserto, del primo strato, del secondo strato e del metallo di base; e un passaggio 1310 di rimozione dell'inserto per formare la girante.

Le realizzazioni esemplificative sopra descritte sono intese a illustrare a tutti gli effetti, ma non in senso restrittivo, le presente invenzione. Pertanto, la presente invenzione ammette molte variazioni nell’implementazione dettagliata, che possono essere desunte da un esperto in materia in base alla descrizione qui contenuta. Ad esempio, le giranti esemplificative descritte nel presente documento potrebbero essere utilizzate nel compressore ( o turbomacchina) mostrato in Figura 1 o in altri compressori che utilizzano sempre le giranti. Tutte le siffatte variazioni e modifiche devono essere considerate entro lo scopo e Io spirito della presente invenzione, come definite nelle seguenti rivendicazioni. Nessun elemento, atto o istruzione utilizzato nella descrizione della presente applicazione va inteso come critico o essenziale ai fini dell’invenzione, a meno che sia esplicitamente descritto come tale. Inoltre, nel presente documento l'articolo indeterminativo "uno/a” si intende comprensivo di uno o più oggetti. La presente descrizione scritta utilizza degli esempi relativi all'oggetto divulgato per consentire a qualsiasi esperto in materia di attuare l'invenzione, compresi la realizzazione e l'utilizzo di qualsiasi dispositivo o sistema nonché l'esecuzione di qualsiasi metodo incluso. L’ambito brevettabile dell’oggetto del presente è definito dalle rivendicazioni e può includere altri esempi noti agli esperti in materia. Questi altri esempi rientrano nell'ambito delle rivendicazioni.

Claims

CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. Un metodo di produzione di una girante da utilizzare in un compressore prevede: l'applicazione di uno strato intermedio su un metallo di base collocando una prima polvere di metallo in un interstizio fra un primo inserto e il metallo di base; l'elaborazione a pressione isostatica a caldo del metallo di base, della prima polvere di metallo e del primo inserto in modo tale che lo strato intermedio si leghi al metallo di base e abbia una porosità generalmente inferiore all'1%, laddove un coefficiente di espansione termica dello strato intermedio sia compreso fra un coefficiente di espansione termica per il metallo di base e lo strato esterno; la rimozione del primo inserto; l'applicazione di uno strato esterno su uno strato intermedio collocando una seconda polvere in un interstizio fra un primo inserto e lo strato intermedio; l'elaborazione del metallo di base, dello strato intermedio, della seconda polvere di metallo e del secondo inserto tramite pressione isostatica a caldo in modo tale che Io strato esterno si leghi allo strato intermedio e abbia una porosità generalmente inferiore all'1%; e la rimozione del secondo inserto per formare la girante, ladovve lo strato esterno è resistente alla corrosione dopo la pressione isostatica a caldo. 2. Il metodo della rivendicazione 1 , in cui lo strato intermedio e lo strato esterno hanno un coefficiente di espansione termica che varia al variare di una distanza degli strati intermedio ed esterno dal metallo di base. 3. Il metodo della Rivendicazione 1 comprende inoltre: la formazione dello strato intermedio che prevede almeno due strati, ciascuno dei quali presenta un coefficiente di espansione termica diverso. 4. Il metodo della rivendicazione 1 , in cui la girante comprende una sezione del disco, una sezione del disco opposto e una pluralità di palette, che tutte assieme formano un pezzo unico integrato al metallo di base. 5. Il metodo della rivendicazione 1 , in cui la girante comprende una sezione del disco, una sezione del disco opposto e una pluralità di palette, prodotte separatamente dalla base del metallo e unite assieme attraverso un processo isostatico a caldo in modo tale da formare gli strati intermedio ed esterno. 6. Il metodo della rivendicazione 1 , in cui la girante comprende una sezione del disco, una sezione del disco opposto e una pluralità di palette, laddove queste ultime due sono pezzi unici integrati, mentre la sezione del disco è un pezzo unico separato. Questi tre elementi vengono successivamente uniti fra loro attraverso attraverso un processo isostatico a caldo in modo tale da formare gli strati intermedio ed esterno. 7. Il metodo della rivendicazione 1 , in cui la girante comprende una sezione del disco, una sezione del disco opposto e una pluralità di palette, laddove queste ultime due sono pezzi unici integrati, mentre la sezione del disco è un pezzo unico separato. Questi tre elementi vengono successivamente uniti fra loro attraverso attraverso un processo isostatico a caldo in modo tale da formare gli strati intermedio ed esterno. 8. Il metodo della rivendicazione 1, in cui la girante comprende una sezione del disco, una sezione del disco opposto e una pluralità di palette (la pluralità di palette presenta un rivestimento sia della superficie esterna del disco sia della superficie interna della sezione del disco opposto) sono realizzate con materiale resistente alla corrosione e col legate alla sezione del disco e alla sezione del disco opposto tramite pressione isostatica a caldo. 9. Un metodo di produzione di una girante da essere utilizzata da un compressore prevede: l'applicazione di un primo strato su un inserto, in cui il primo strato è resistente alla corrosione dopo la pressione isostatica a caldo; l'applicazione di un secondo strato sul primo strato, in cui un coefficiente di espansione termica del secondo strato è compreso fra un coefficiente di espansione termica per una base e il primo strato; l'applicazione di una combinazione dell'inserto, del primo strato e del secondo strato sul metallo di base in modo tale che il secondo strato e il metallo di base siano a contatto; l'elaborazione dell'inserto, del primo strato, del secondo strato e del metallo di base tramite pressione isostatica a caldo in modo tale che il secondo strato si leghi al metallo di base, il primo strato e il secondo strato sono legati ed entrambi presentano una porosità generalmente inferiore all'1%; e la rimozione dell'inserto per formare la girante. 10. Una girante da utilizzare in un compressore comprende: una sezione del disco in acciaio al carbonio; una sezione del disco opposto in acciaio al carbonio; una pluralità di palette in acciaio al carbonio a contatto con la sezione del disco e la sezione del disco opposto; uno strato intermedio applicato sulle superfici che sono nel percorso di flusso di un gas di processo della sezione del disco, della sezione del disco opposto e della pluralità delle palette, in cui lo strato intermedio è applicato attraverso una pressione isostatica a caldo, che determina una porosità generalmente inferiore all'1% e un coefficiente di conduttività termica compreso fra un coefficiente di conduttività termica per l'acciaio al carbonio e lo strato esterno; e uno strato esterno applicato allo strato intermedio attraverso la pressione isostatica a caldo, in cui lo strato esterno ha una porosità inferiore all'1% dopo la pressione isostatica a caldo ed è resistente alla corrosione. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. A method for manufacturing an impeller to be used in a compressor, the method comprising: attaching an intermediate layer to a base metal by placing a first metal powder into a gap between a first insert and the base metal; processing with hot isostatic pressing the base metal, the first metal powder and the first insert such that the intermediate layer is bonded to the base metal, the intermediate layer having a porosity of generally less than one percent, wherein a coefficient of thermal expansion of the intermediate layer is between a coefficient of thermal expansion for the base metal and an external layer; removing the first insert; attaching an external layer to the intermediate layer by placing a second powder into a gap between a second insert and the intermediate layer; processing the base metal, the intermediate layer, the second metal powder and the second insert via hot isostatic pressing such that the external layer is bonded to the intermediate layer, the external layer having a porosity of generally less than one percent; and removing the second insert to form the impeller, wherein the external layer is corrosion resistant after the hot isostatic pressing.
2. The method of claim 1 , wherein the intermediate layer and the external layer have a coefficient of thermal expansion which varies as a distance of the intermediate and the external layers from the base metal varies.
3. The method of claim 1 , further comprising: forming the intermediate layer to include at least two layers, each of the two layers having a different coefficient of thermal expansion.
4. The method of claim 1 , wherein the impeller includes a disk section, a counter disk section and a plurality of blades, all of which are formed from a single integrated piece of the base metal.
5. The method of claim 1 , wherein the impeller includes a disk section, a counter disk section and a plurality of blades, each of which is separately manufactured from the base metal and joined together via a hot isostatic pressing such that the intermediate and external layers are formed there between.
6. The method of claim 1 , wherein the impeller includes a disk section, a counter disk section and a plurality of blades, the counter disk section and the plurality of blades are a single integrated piece and the disk section is a single piece which are joined together via a hot isostatic pressing such that the intermediate and external layers are formed there between.
7. The method of claim 1 , wherein the impeller includes a disk section, a counter disk section and a plurality of blades, the disk section is formed integrally with a portion of the plurality of blades and the counter disk section is formed integrally with another portion of the plurality of blades which are joined together via a hot isostatic pressing such that the intermediate and external layers are formed there between.
8. The method of claim 1 , wherein the impeller includes a disk section, a counter disk section and a plurality of blades, the plurality of blades include a surface covering both an exterior surface of the disk section and an interior section of the counter disk section, are made from a corrosion resistant material and attached to the disk section and the counter disk section via a hot isostatic pressing.
9. A method for manufacturing an impeller to be used by a compressor, the method comprising: attaching a first layer to an insert, wherein the first layer is corrosion resistant after hot isostatic pressing; attaching a second layer to the first layer, wherein a coefficient of thermal expansion of the second layer is between a coefficient of thermal expansion for a base metal and the first layer; attaching a combination of the insert, the first layer and the second layer to the base metal such that the second layer and the base metal are in contact; processing the insert, the first layer, the second layer and the base metal via hot isostatic pressing such that the second layer is bonded to the base metal, the first layer and the second layer are bonded and both the first layer and the second layer have a porosity of generally less than one percent; and removing the insert to form the impeller.
10. An impeller for use in a compressor, the impeller comprising: a disk section which is made from a carbon steel; a counter disk section which is made from the carbon steel; a plurality of blades made from the carbon steel in contact with the disk section and the counter disk section; an intermediate layer attached on surfaces which are in a process gas flow path of the disk section, the counter disk section and the plurality of blades, wherein the intermediate layer is attached via a hot isostatic pressing, resulting in a porosity of generally less than one percent and a coefficient of thermal conductivity between a coefficient of thermal conductivity for the carbon steel and an external layer; and an external layer attached to the intermediate layer via a hot isostatic pressing, the external layer having a porosity less than once percent after hot isostatic pressing and being corrosion resistant.