ITMO990173A1

ITMO990173A1 - METHOD FOR THE MANUFACTURE OF TURBOMACHINE IMPELLERS.

Info

Publication number: ITMO990173A1
Application number: IT1999MO000173A
Authority: IT
Inventors: Vainer Marchesini; Lamberto Vincenzi
Original assignee: Wam Spa
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-02-05
Also published as: ITMO990173A0; IT1310814B1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo. METODO PER LA FABBRICAZIONE DI GIRANTI PER TURBOMACCHINE. attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled. METHOD FOR THE MANUFACTURE OF IMPELLERS FOR TURBOMACHINES.

Forma oggetto del presente trovato un metodo per la fabbricazione di giranti per turbomacchine. The present invention relates to a method for manufacturing impellers for turbomachinery.

In modo specifico, ma non esclusivo, il trovato in oggetto può essere utilmente impiegato per realizzare giranti radiali chiuse centrifughe, utilizzabili ad esempio in aspiratori-ventilatori. Specifically, but not exclusively, the present invention can be usefully used to produce closed centrifugal radial impellers, usable for example in aspirators-fans.

In particolare si fa riferimento alla fabbricazione di una girante comprendente una pluralità di pale solidali ad almeno un disco previsto per il collegamento ad un albero rotante. In particular, reference is made to the manufacture of an impeller comprising a plurality of blades integral with at least one disc provided for connection to a rotating shaft.

E già noto un metodo per fabbricare siffatte giranti, il quale prevede di collegare le pale al disco mediante saldatura. Tale metodo presenta tuttavia vari inconvenienti. In primo luogo i canali delle giranti ove avviene lo scambio di energia fra il fluido operativo e l albero rotante presentano irregolarità nelle zone di saldatura, con conseguente riduzione del rendimento fluidodinamico. In secondo luogo il posizionamento delle pale da saldare risulta difficoltoso e relativamente poco preciso, il che comporta errori nella conformazione dei canali, ulteriori riduzioni del rendimento fluidodinamico, giranti meccanicamente squilibrate, rumorosità nel funzionamento. In terzo luogo il metodo risulta lungo e laborioso per la necessità di effettuare un numero elevato di saldature in punti di difficile accesso. A method for manufacturing such impellers is already known, which provides for connecting the blades to the disc by welding. However, this method has various drawbacks. First of all, the impeller channels where energy is exchanged between the operating fluid and the rotating shaft have irregularities in the welding areas, with a consequent reduction in fluid dynamic efficiency. Secondly, the positioning of the blades to be welded is difficult and relatively imprecise, which entails errors in the conformation of the channels, further reductions in the fluid dynamic efficiency, mechanically unbalanced impellers, operating noise. Thirdly, the method is long and laborious due to the need to carry out a large number of welds in hard-to-access points.

E noto altresì un metodo secondo il quale il disco e le pale vengono ottenute per colata di materiale fuso in uno stampo e successivo raffreddamento. Per l’attuazione di questo metodo occorre tuttavia predisporre attrezzature molto costose. Inoltre la forma dei canali realizzabili con questo metodo è condizionata dal fatto che le anime degli stampi, necessarie per la formazione in fusione delle cavità dei canali stessi, devono essere estratte in modo semplice ed economico, il che limita notevolmente la conformazione dei canali e quindi il rendimento fluidodinamico della girante. A method is also known according to which the disc and the blades are obtained by pouring molten material into a mold and subsequent cooling. However, for the implementation of this method, very expensive equipment must be prepared. Furthermore, the shape of the channels that can be made with this method is conditioned by the fact that the cores of the molds, necessary for the casting of the cavities of the channels themselves, must be extracted in a simple and economical way, which considerably limits the shape of the channels and therefore the fluid dynamic efficiency of the impeller.

Scopo del presente trovato è quello dì fornire un metodo per ovviare ai suddetti limiti ed inconvenienti della tecnica nota. The object of the present invention is to provide a method for overcoming the aforementioned limitations and drawbacks of the known art.

Un vantaggio del trovato è quello di fabbricare giranti aventi canali dalla conformazione estremamente precisa, equilibrata e priva di irregolarità. An advantage of the invention is that of manufacturing impellers having channels with an extremely precise, balanced and irregular shape.

Un altro vantaggio è quello di ottenere giranti con un elevato rendimento fluidodinamico. Another advantage is that of obtaining impellers with a high fluid dynamic efficiency.

Un ulteriore vantaggio è quello di consentire una notevole precisione nel posizionamento e fissaggio delle pale sul disco. A further advantage is that of allowing considerable precision in the positioning and fixing of the blades on the disc.

Altri vantaggi sono la semplicità ed economicità del metodo, la stabilità e robustezza dell’accoppiamento delle pale al disco, la regolarità e silenziosità nel funzionamento. Other advantages are the simplicity and cost-effectiveness of the method, the stability and strength of the coupling of the blades to the disc, the regularity and silence in operation.

Questi scopi e vantaggi ed altri ancora vengono tutti raggiunti dal trovato in oggetto così come esso risulta caratterizzato dalle rivendicazioni sotto riportate. These aims and advantages and others besides are all achieved by the invention as it is characterized by the claims reported below.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma preferita, ma non esclusiva, di realizzazione del trovato medesimo, illustrata a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, nelle allegate figure. Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the following detailed description of a preferred, but not exclusive, embodiment of the same invention, illustrated purely by way of non-limiting example, in the attached figures.

La figura 1 mostra una schematica sezione di una fase del metodo in accordo con il presente trovato, nella quale le alette 2 di collegamento delle pale vengono inserite nei fori passanti predisposti sui dischi anteriore 3 e posteriore 4. Figure 1 shows a schematic section of a step of the method according to the present invention, in which the blades 2 for connecting the blades are inserted into the through holes provided on the front 3 and rear 4 discs.

La figura 2 mostra una vista in pianta dall’alto di figura 1. Le figure 3 e 4 mostrano, in due sezioni interrotte a metà, due fasi successive del metodo nelle quali le alette 2 vengono ripiegate e fissate ai dischi. Figure 2 shows a top plan view of Figure 1. Figures 3 and 4 show, in two sections interrupted in half, two successive stages of the method in which the flaps 2 are folded and fixed to the discs.

La figura 5 mostra una vista dall’alto, interrotta a metà, della girante dopo il ripiegamento e fissaggio delle alette. Figure 5 shows a top view, interrupted in the middle, of the impeller after folding and fixing the fins.

Con riferimento alle menzionate figure 1 e 2, con 1 si è indicata una pala per una girante di una turbomacchina, in particolare un ventilatore-aspiratore centrifugo. Nel caso particolare la girante realizzata è una girante radiale centrifuga chiusa. È tuttavia possibile impiegare il metodo in oggetto per realizzare giranti di altre tipologie (assiali, radiali centripete, diagonali, aperte, semichiuse, eccetera). With reference to the aforementioned figures 1 and 2, 1 indicates a blade for an impeller of a turbomachine, in particular a centrifugal fan-aspirator. In the particular case, the impeller made is a closed centrifugal radial impeller. However, it is possible to use the method in question to make impellers of other types (axial, radial centripetal, diagonal, open, semi-closed, etc.).

Nelle figure 1 e 2 è illustrata una sola pala 1, anche se la girante è dotata di una pluralità di pale. La pala 1 è realizzata mediante un taglio di lamiera, effettuato ad esempio per mezzo di un dispositivo di taglio a laser o per mezzo di una tranciatrice. Il pezzo di lamiera tagliato subisce poi una lavorazione per deformazione plastica, ad esempio per calandratura o per stampaggio, nella quale il pezzo viene incurvato allo scopo di ottenere una prestabilita superficie palare attiva avente una conformazione idonea per un buon rendimento fluidodinamico. Figures 1 and 2 show only one blade 1, even if the impeller is equipped with a plurality of blades. The blade 1 is made by means of a sheet metal cut, carried out for example by means of a laser cutting device or by means of a shearing machine. The piece of cut sheet metal then undergoes a processing by plastic deformation, for example by calendering or by molding, in which the piece is bent in order to obtain a predetermined active blade surface having a suitable conformation for a good fluid dynamic performance.

Dal taglio di lamiera si ottiene un pezzo presentante, lungo due bordi opposti, una pluralità di alette 2 destinate al collegamento solidale della pala con due dischi, anteriore 3 e posteriore 4, della girante. È preferibile utilizzare tecnologie di taglio, di tipo noto, che consentono di ottenere alette 2 aventi conformazione e disposizione estremamente precise. From the sheet metal cutting, a piece is obtained having, along two opposite edges, a plurality of fins 2 intended for the integral connection of the blade with two discs, front 3 and rear 4, of the impeller. It is preferable to use known cutting technologies which allow to obtain fins 2 having an extremely precise shape and arrangement.

Entrambi i dischi 3 e 4 presentano una serie di gruppi di fori 5 predisposti per Γ accoppiamento con le alette 2 delle pale. Il disco posteriore 4 presenta una forma piatta con un foro 40 centrale, per il passaggio di un albero motore al quale viene fissata la girante, e con una serie di fori 41, per il fissaggio della girante all’albero, disposti circonferenzialmente attorno al foro 40 centrale. Il disco posteriore 4 può essere realizzato per taglio al laser di lamiera. Π disco anteriore 3 presenta una forma inclinata con un’apertura 30 centrale per raspirazione del fluido operativo che scambia energia con la girante centrifuga. Il disco anteriore 3 può essere realizzato per taglio di lamiera al laser e successiva imbutitura del pezzo tagliato. Both discs 3 and 4 have a series of groups of holes 5 arranged for coupling with the fins 2 of the blades. The rear disc 4 has a flat shape with a central hole 40, for the passage of a motor shaft to which the impeller is fixed, and with a series of holes 41, for fixing the impeller to the shaft, arranged circumferentially around the hole 40 central. The rear disc 4 can be made by laser cutting of sheet metal. Π front disc 3 has an inclined shape with a central opening 30 for the extraction of the operating fluid which exchanges energy with the centrifugal impeller. The front disc 3 can be made by laser cutting of sheet metal and subsequent drawing of the cut piece.

Nelle figure 3 e 4 viene illustrato il fissaggio delle pale 1 ai due dischi 3 e 4, mediante deformazione plastica delle alette 2 di collegamento inserite nei fori 5 predisposti sui dischi. I dischi 3 e 4 e le pale 2 vengono introdotte fra due semistampi, inferiore 6 e superiore 7, operativamente associati ad una pressa nota e non illustrata (figura 3). I due semistampi 6 e 7 vengono avvicinati l’uno all’altro ad opera della pressa per ripiegare le alette 2 sulla superfìcie esterna dei dischi 3 e 4 (figura 4). La deformazione plastica delle alette 2 viene realizzata con un’unica corsa di pressatura. I semistampi 6 e 7 vengono poi allontanati fra loro e la girante viene estratta (figura 5). Le alette 2 ribadite sui dischi 3 e 4 assicurano un’efficace, stabile e precisa connessione reciproca delle pale e dei dischi. Figures 3 and 4 illustrate the attachment of the blades 1 to the two discs 3 and 4, by means of plastic deformation of the connecting fins 2 inserted in the holes 5 provided on the discs. The discs 3 and 4 and the blades 2 are introduced between two half-molds, lower 6 and upper 7, operatively associated with a known press and not shown (Figure 3). The two half-molds 6 and 7 are brought closer to each other by the press to fold the fins 2 on the outer surface of the discs 3 and 4 (Figure 4). The plastic deformation of the fins 2 is achieved with a single pressing stroke. The half-molds 6 and 7 are then moved away from each other and the impeller is extracted (Figure 5). The fins 2 riveted on the discs 3 and 4 ensure an effective, stable and precise mutual connection of the blades and discs.

Le giranti ottenute con questo metodo risultano equilibrate meccanicamente grazie alla precisione del posizionamento delle pale 1 fissate ai dischi 3 e 4. Pertanto il funzionamento della girante è silenzioso e privo di vibrazioni e le sollecitazioni subite dai supporti al rotolamento dell’albero della girante risultano limitate. I fori 5 predisposti sui dischi 3 e 4 e destinati ad essere accoppiati con le alette 2 sulle pale 1 rappresentano dei riferimenti estremamente precisi per il posizionamento delle pale stesse. I canali individuati dalle pale 1 e dalle superfici interne dei dischi 3 e 4 definiscono dei percorsi fluidodinamici regolari ed accurati. The impellers obtained with this method are mechanically balanced thanks to the precision of the positioning of the blades 1 fixed to the discs 3 and 4. Therefore the operation of the impeller is silent and vibration-free and the stresses suffered by the rolling supports of the impeller shaft are limited. . The holes 5 arranged on the discs 3 and 4 and intended to be coupled with the fins 2 on the blades 1 represent extremely precise references for the positioning of the blades themselves. The channels identified by the blades 1 and by the internal surfaces of the discs 3 and 4 define regular and accurate fluid dynamic paths.

I fori 5 sono passanti, relativamente stretti ed estesi in lunghezza. Le alette 2 di collegamento sono di forma sostanzialmente triangolare. Il numero e la forma dei fori 5 predisposti sui dischi e dei corrispondenti elementi di collegamento 2 predisposti sulle pale possono essere diversi da quelli illustrati, Al trovato potranno essere applicate numerose modifiche di natura pratico applicativa dei dettagli costruttivi senza per questo uscire dall’ambito di tutela dell’idea inventiva sotto rivendicata. The holes 5 are through, relatively narrow and extended in length. The connecting fins 2 are substantially triangular in shape. The number and shape of the holes 5 arranged on the discs and of the corresponding connecting elements 2 arranged on the blades can be different from those illustrated. Numerous modifications of a practical applicative nature of the construction details can be applied to the invention without thereby departing from the scope of protection of the inventive idea claimed below.

Claims

CLAIMS 1. Method for manufacturing an impeller for turbomachinery, in which the impeller comprises an array of blades (1) integral with at least a first disc (4) provided for connection to a rotating shaft, characterized in that at least one blade (1) is fixed to the disc (4) by plastic deformation of at least one connecting element (2) integral with the blade and inserted in a hole (5) provided on the disc (4).

2. Method according to claim 1, characterized in that said connecting element comprises a flap (2) joined to an edge of an active surface of the blade (1) and that said plastic deformation comprises a folding of the flap (2 ) on the disc (4).

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the blade (1) comprises a plurality of connecting elements (2) distributed along an edge of an active surface of the blade, each of which is inserted into a respective hole (5) on the disc (4).

4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the blade (1) is fixed to a second disk (3), opposed to the first (4), by means of plastic deformation of at least one connecting element integral with the blade and inserted in a hole provided on said second disk (3).

5. Method according to claim 4, characterized in that it provides for inserting the connecting elements (2) both in the first disc (4) and in the second disc (3) and plastically deforming said connecting elements by means of a single action of pressing.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the construction of the blade (1), carrying the connecting element (2), comprises a sheet metal cut and a plastic deformation of the cut piece to obtain an active surface with fluid dynamic profile.

7. Impeller for turbomachinery obtained with the method of the preceding claims, comprising an array of blades (1) integral with at least one disc (4) provided for connection to a rotating shaft, characterized in that at least one blade (1) a connecting element (2) engaged by plastic deformation in a hole (5) provided on the disk (4) is integral.

8. Method and impeller according to the preceding claims and according to what is described above with reference to the attached drawings and for the purposes mentioned above.