本公開涉及渦輪機制造。更具體而言，本文中公開的主題涉及用于制造渦輪機葉輪的方法，例如，用于離心或向心渦輪機(如，離心泵和壓縮機和向心渦輪)的葉輪。
背景技術(shù)：
渦輪機包括一個或更多個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和一個或更多個靜止構(gòu)件。在渦輪壓縮機中，流動穿過渦輪機的流體由旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運動加速，并且在靜止構(gòu)件中減慢，其中流體的動能轉(zhuǎn)換成壓力能。在渦輪或膨脹器中，包含在流動穿過渦輪機的流體中的能量轉(zhuǎn)換成可用在渦輪軸或膨脹器軸上的機械功率。
離心渦輪機如離心泵和壓縮機通常包括安裝用于在殼中旋轉(zhuǎn)的一個或更多個葉輪。葉輪可安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，該旋轉(zhuǎn)軸由適合的軸承支承在殼中，并且在其中與葉輪一起旋轉(zhuǎn)。各個葉輪包括具有前表面和后表面的盤，并且設(shè)有用于旋轉(zhuǎn)軸的中心孔。在一些已知實施例中，葉輪設(shè)有前齒，使相互相鄰的葉輪與彼此扭轉(zhuǎn)地接合。中心桿沿軸向?qū)⑷~輪鎖定在一起。
葉片從盤的前表面延伸，并且限定其間的流體通路(也稱為葉輪導葉)。葉輪還可包括護罩，其連接于葉片，并且在與盤相對的側(cè)部上閉合流體通路或?qū)~。
形成在相鄰葉片之間的導葉或流體通路通常具有復雜形狀，其由流體動力考慮指示。各個葉輪與擴散器組合，該擴散器接收從葉輪加速的流體，并且其中流體的動能轉(zhuǎn)換成壓力能，因此升高流體壓力。擴散器通常形成在收納在機器殼中的所謂的靜止隔板中。
與流體流相互作用的渦輪機構(gòu)件經(jīng)常具有相當復雜的形狀。這適用于靜止構(gòu)件以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件如葉輪兩者。
制造復雜的渦輪構(gòu)件如擴散器和葉輪有時由數(shù)字控制的除屑機加工來執(zhí)行。然而，由除屑的機加工限于擴散器和葉輪的一些形狀，因為不是每個流體動力表面都可由除屑工具機加工。根據(jù)其它已知方法，葉輪通過將單個構(gòu)件焊接于彼此來制造。根據(jù)又一個已知方法，熔模鑄造用于葉輪制造。
用于制造渦輪機葉輪的另一個選擇是通過所謂的放電機加工(edm)技術(shù)，其中盤形的工件置于介電液體中并且與電極共同作用。施加了工件與電極之間的電壓差，因此生成電火花，其侵蝕工件的表面。電極定形成以使所需的腔由侵蝕獲得。具有不同電極的不同工具按順序使用來機加工工件，直到獲得最終的葉輪形狀。
另外，edm具有局限性和缺點，特別是因為需要使用不同形狀的若干電極以便實現(xiàn)葉輪的所需最終形狀。電極經(jīng)受磨損，并且必須經(jīng)常更換。此外，放電機加工是相當緩慢的過程。
根據(jù)又一已知技術(shù)，渦輪機葉輪可通過使用熱等靜壓過程的粉末冶金來制造。圖1和2示意性示出了用于葉輪制造的該已知粉末冶金過程的示例性實施例。圖1示出了由粉末冶金過程制造的壓縮機葉輪的示意性局部截面視圖，并且圖2示出了用于制造圖1中示意性示出的葉輪的芯部的軸側(cè)視圖。
參照圖1，葉輪100包括盤103和護罩105。葉輪葉片107布置在盤103與護罩105之間。流動通路或?qū)~109形成在連續(xù)的相鄰葉輪葉片107之間。各個流動通路109由葉輪盤103和葉輪護罩105界定。葉輪盤103還形成具有孔111的轂部分103h，軸(未示出)穿過孔111，由此葉輪100安裝用于在渦輪機殼(未示出)中旋轉(zhuǎn)。在圖1中，葉輪100的實心部分以不同方式劃線，以示出以不同材料并且在制造過程的不同步驟中制造的葉輪的部分。葉輪盤103和葉輪護罩105兩者的外部分單獨地制造，并且與布置在其間的芯部113組裝。芯部113由可在葉輪制造之后由適合的酸溶解的金屬制成。芯部113再現(xiàn)流動通路或?qū)~109的形狀。更具體而言，芯部113具有多個沿徑向延伸的芯部部分113p，其均對應于相應的流動通路或?qū)~109的空容積。芯部部分113p由槽口115分開，其形狀對應于葉輪葉片107的形狀。
葉輪100通過將芯部113置于兩個盤形構(gòu)件之間來制造，該兩個盤形構(gòu)件形成葉輪盤103的外表皮和葉輪護罩105的外表皮。芯部113的截面形狀以及葉輪盤103和葉輪護罩105的外表皮部分的截面形狀使得空容積形成在芯部部分113p與葉輪盤103和葉輪護罩105的兩個表皮部分之間。空容積接著填充有金屬粉末，并且腔被密封。因此獲得的單元經(jīng)受熱等靜壓，有時也稱為"hip"或"熱等靜壓(hipping)"，由此熱和壓力施加于半成品的外表面，該半成品由芯部、填充內(nèi)腔的包繞粉末以及葉輪盤103和葉輪護罩105的外表皮部分形成。金屬粉末密實化和固化，因此形成葉輪100的內(nèi)實心部分。為了形成流動通路或?qū)~109，芯部113必須除去。這通過酸蝕來執(zhí)行。
上述方法具有若干缺點。芯部113是昂貴且復雜的構(gòu)件，其必須由實心工件機加工。芯部113的制造是昂貴的過程。所得的芯部113對于制造單個葉輪100而言僅使用一次，并且隨后被破壞。
此外，上文總結(jié)的技術(shù)對可用于制造葉輪的材料的選擇設(shè)置了嚴重的限制。更具體而言，形成表皮部分的金屬以及金屬粉末兩者必須抵抗用于除去芯部的酸的作用。進而，芯部113必須以能夠耐受熱等靜壓期間的高壓和高溫條件但同時適合于由酸蝕除去的金屬制造。
因此，所需的是制造復雜渦輪機構(gòu)件(具體如但不限于用于泵和壓縮機的離心葉輪)的改進的方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
根據(jù)本文中公開的主題的一些實施例，提供了一種用于產(chǎn)生渦輪機葉輪的方法，其中管狀構(gòu)件單獨地制造并且接著組裝于彼此。各個管狀構(gòu)件具有內(nèi)表面和外表面。管狀構(gòu)件的內(nèi)表面限定葉輪(即，葉輪導葉)的流動通路中的相應一個的內(nèi)表面。多個管狀構(gòu)件圍繞葉輪軸線組裝，留下相鄰管狀構(gòu)件之間的間隙或空的空間?？盏目臻g或間隙接著填充有粉末材料，例如，金屬粉末。粉末材料隨后由熱等靜壓密實化和固化，因此形成葉片的芯部，各個葉片的表皮由成對的相鄰管狀構(gòu)件的壁部分形成。
因此，避免了制造芯部和其由酸蝕除去的需要。葉輪的制造變得較簡單、較快且較不昂貴。此外，由于不需要使用耐酸材料，故較寬材料選擇為可用的。
根據(jù)一些實施例，提供了一種方法，其包括以下步驟：
制造多個管狀構(gòu)件，各個具有入口和出口；
將管狀構(gòu)件組裝于彼此，圍繞軸線形成多個圓形地布置的管狀構(gòu)件，在相鄰管狀構(gòu)件之間留下空的空間或間隙；
以粉末材料填充空的空間或間隙；
由熱等靜壓使空的空間或間隙中的粉末材料密實化。
任何適合的技術(shù)可用于制造管狀構(gòu)件。將隨后描述一些選擇。
葉輪的盤和護罩可以以多種方式形成。
在一些實施例中，本文中公開的方法還包括形成護罩表皮和盤表皮的步驟，圓形地布置的管狀構(gòu)件位于盤表皮與護罩表皮之間并且連接于其。該方法還可包括留下護罩表皮與管狀構(gòu)件之間的第一空腔和以粉末材料填充第一空腔的步驟。填充第一空腔的粉末材料由熱等靜壓密實化。
根據(jù)一些實施例，提供了方法，其還包括以下步驟：留下盤表皮與管狀構(gòu)件之間的第二空腔；以粉末材料填充第二空腔；由熱等靜壓使第二空腔中的粉末材料密實化。
根據(jù)另外的實施例，公開了方法，其中制造各個管狀構(gòu)件的步驟包括將護罩節(jié)段和盤節(jié)段中的至少一個同時形成為具有相應管狀構(gòu)件的單件的步驟。在一些示例性實施例中，還提供了方法，其包括通過將管狀構(gòu)件組裝于彼此來形成葉輪護罩和葉輪盤中的至少一個的步驟。
本文中公開的一些實施例包括例如通過添加制造來制造葉輪節(jié)段的步驟，該葉輪節(jié)段隨后組裝，留下其中的空的空間或間隙和腔。各個葉輪節(jié)段包括形成葉輪的相應流動通路或?qū)~的至少一個管狀構(gòu)件。各個葉輪節(jié)段還包括護罩節(jié)段和盤節(jié)段。盤節(jié)段可包括轂節(jié)段。腔可設(shè)在護罩節(jié)段中和/或在盤節(jié)段中。
在有利實施例中，各個葉輪節(jié)段的盤節(jié)段包括由位于轂節(jié)段中的表皮包繞的腔。葉輪節(jié)段例如由焊接、硬釬焊或軟釬焊聯(lián)結(jié)在一起。因此，環(huán)形腔可形成在護罩區(qū)域中，并且又一個環(huán)形腔可形成在轂或盤區(qū)域中。各個環(huán)形腔由毗連的葉輪節(jié)段的單個腔形成。此外，空間或間隙留在相鄰葉輪節(jié)段的相鄰管狀構(gòu)件之間。間隙和腔可填充有粉末材料，其隨后由熱等靜壓密實化和固化。因此，獲得了最終的實心葉輪。
根據(jù)又一個方面，本文中公開的主題涉及渦輪機葉輪，其包括：盤；護罩；盤與護罩之間的多個葉片；以及相鄰葉片之間的流動通路或?qū)~。各個葉片包括連接葉片的表皮部分的密實化的粉末材料的內(nèi)芯部，所述表皮部分形成相應葉片的吸入側(cè)和壓力側(cè)。
特征和實施例在此處在下面公開，并且在形成本描述的組成部分的所附權(quán)利要求中進一步闡述。以上簡要描述闡述了本發(fā)明的各種實施例的特征，以便可更好地理解以下詳細描述，并且以便可更好地認識到對本領(lǐng)域的當前貢獻。當然，存在將在下文中描述并且將在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的其它特征。在該方面，在詳細闡釋本發(fā)明的若干實施例之前，理解的是，本發(fā)明的各種實施例在它們的應用中不限于以下描述中闡述或附圖中示出的構(gòu)造的細節(jié)和構(gòu)件的布置。本發(fā)明能夠具有其它實施例，并且以各種方式實踐和執(zhí)行。此外，將理解的是，本文中使用的短語和用語出于描述目的，并且不應當認作是限制性的。
就此而言，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本公開所基于的構(gòu)思可容易地用作設(shè)計其它結(jié)構(gòu)、方法和/或系統(tǒng)用于執(zhí)行本發(fā)明的若干目的的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求認作是包括此類等同的構(gòu)造，在它們并未脫離本發(fā)明的精神和范圍的程度上。
附圖說明
本發(fā)明的公開實施例和其伴隨的優(yōu)點中的許多個的更完整的認識將容易獲得，因為其在連同附圖考慮時，通過參照以下詳細描述變得更好理解，在該附圖中：
圖1示出了壓縮機葉輪的截面視圖；
圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于壓縮機葉輪制造的芯部；
圖3示出了可利用本文中公開的方法制造的葉輪的軸側(cè)視圖；
圖4至7示出了根據(jù)本文中公開的方法的第一實施例的用于制造渦輪機葉輪的管狀構(gòu)件的各種軸側(cè)視圖；
圖8和9示出了處于部分組裝狀態(tài)的圖4至7的多個管狀構(gòu)件；
圖10和11示出了與盤表皮和護罩表皮組合的安裝的管狀構(gòu)件的分解視圖；
圖12,13和14示出了組裝的盤表皮、護罩表皮和布置在其間的管狀構(gòu)件的一部分的軸側(cè)視圖；
圖15示出了最終葉輪的軸側(cè)視圖；
圖16和17示出了本文中公開的方法的又一個實施例中的類似圖10和11的分解視圖；
圖18和19示出了與轂部分組合的其制造期間的葉輪的軸側(cè)和部分截面視圖；
圖20示出了根據(jù)本文中公開的方法的又一個實施例的葉輪的軸側(cè)視圖；
圖21,22和23示出了根據(jù)圖20的方法的管狀構(gòu)件的軸側(cè)視圖；
圖24和25示出了處于組裝狀態(tài)的根據(jù)圖21至23的一組管狀構(gòu)件。
具體實施方式
示例性實施例的以下詳細描述參照了附圖。不同圖中的相同附圖標記識別相同或類似的元件。此外，圖不一定按比例繪制。另外，以下詳細描述不限制本發(fā)明。作為替代，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
說明書各處提到"一個實施例"或"實施例"或"一些實施例"意思是連同實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在公開的主題的至少一個實施例中。因此，在說明書各處的各種位置出現(xiàn)的短語"在一個實施例中"或"在實施例中"或"在一些實施例中"不一定是指相同(多個)實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可在一個或更多個實施例中以任何適合的方式組合。
以下公開具體涉及離心渦輪機葉輪的制造。本文中公開的方法的一些特征和優(yōu)點還可用于制造渦輪機(如，渦輪膨脹器和渦輪)的向心葉輪。
圖3示出了用于渦輪機(例如，離心壓縮機)的離心葉輪1的軸側(cè)視圖。根據(jù)一些實施例，葉輪1包括盤3、護罩5，以及布置在盤3與護罩5之間并且將葉輪盤3和葉輪護罩5連接于彼此的多個葉片7。流動通路或?qū)~9形成在成對的連續(xù)葉片7之間。各個葉片7包括分別布置在葉輪入口1i處和葉輪出口1o處的前緣7l和后緣7t。
在一些實施例中，葉輪護罩5可包括葉輪孔眼5e，其具有與安裝在葉輪布置在其中的渦輪機(未示出)的靜止殼上的密封布置共同作用的外階梯表面。葉輪盤3包括包繞孔11的轂部分3h。在一些實施例中，軸延伸穿過多個沿軸向?qū)实娜~輪的孔，并且由此形成的轉(zhuǎn)子安裝用于在渦輪機的殼中旋轉(zhuǎn)。在其它實施例中，葉輪可設(shè)有前齒和后齒，使得相鄰的葉輪扭轉(zhuǎn)地接合于彼此。延伸穿過葉輪疊堆的孔的系桿將葉輪鎖定在一起。
各個葉輪葉片7具有由葉輪葉片7的相對表面限定的壓力側(cè)和吸入側(cè)。界定各個流動通路或?qū)~9的葉片表面以及葉輪盤3和葉輪護罩5的內(nèi)表面的形狀由流體動力考慮指示，并且可為相當復雜的。
根據(jù)一些實施例，葉輪1可如此處在下文所述那樣制造。多個管狀構(gòu)件13可在第一方法步驟中制造。圖4至7示出了一個此類管狀構(gòu)件13的各種軸側(cè)視圖。用于制造葉輪1所需的管狀構(gòu)件的數(shù)量可對應于設(shè)在葉輪1中的流動通路或?qū)~9的數(shù)量。管狀構(gòu)件13可與彼此相同，并且僅一個管狀構(gòu)件13因此在本文中參照圖4至7描述。
根據(jù)本文中公開的實施例，管狀構(gòu)件13可包括由相當大的管狀壁17界定的內(nèi)流動通路15。管狀構(gòu)件13包括入口19和出口21。流動通路15的內(nèi)表面的形狀大致對應于最終葉輪1的流動通路或?qū)~9的形狀。
在一些實施例中，入口19可布置在由包繞流動通路15的壁17形成的兩個邊緣23和25之間。在一些實施例中，邊緣23,25中的一個可為尖銳的大致直線的邊緣，而另一邊緣(在所示實例中，邊緣25)可由彎曲而形成一類折疊或唇部25l的壁17的一部分形成。唇部25l可具有背對入口19并且布置在離壁17的側(cè)表面一距離處的最終邊緣25i。
該方法還可包括以足以形成數(shù)量對應于最終葉輪1的流動通路或?qū)~9的數(shù)量的管狀構(gòu)件13的圓形布置的數(shù)量將管狀構(gòu)件13組裝在一起的步驟。
圖8和9示出了組裝于彼此的三個管狀構(gòu)件13的軸側(cè)視圖。如可從圖8和9認識到的，當管狀構(gòu)件13置于彼此附近并且連接于彼此時，各個管狀構(gòu)件13的折疊唇部25l鄰接抵靠相鄰管狀構(gòu)件13的尖銳邊緣23，以使留在相鄰管狀構(gòu)件13之間的空的空間或間隙s可在面對管狀構(gòu)件13的入口29的側(cè)部上大致閉合。
在圖10和11中，示出了圓形地布置的管狀構(gòu)件13的整個組件14。組件14包繞葉輪軸線a-a。管狀構(gòu)件13例如通過焊接、硬釬焊等連接于彼此。根據(jù)一些實施例，為了間隙或空的空間s留在相鄰的管狀構(gòu)件13之間，各個管狀構(gòu)件13可設(shè)有位于相應出口21附近并且在管狀構(gòu)件13的相對側(cè)部上的一對銷31。相鄰管狀構(gòu)件13在相對的銷31處接觸彼此。連續(xù)的管狀構(gòu)件13之間的空的空間或間隙s的寬度可對應于銷31的長度的兩倍。
各個管狀構(gòu)件13可由任何適合的制造過程制造。在一些實施例中，各個管狀構(gòu)件13通過液壓成型來制造。根據(jù)方法的實施例，具有例如四邊形截面的簡單的直的或彎曲的管可經(jīng)受適合形狀的模具中的液壓成型，其形狀對應于管狀構(gòu)件13的最終形狀。在一些實施例中，銷31可在液壓成型之后焊接或軟釬焊于管狀構(gòu)件13的外表面。
在其它實施例中，各個管狀構(gòu)件13可由添加制造形成。添加制造是本身已知的，并且將不在本文中詳細描述。添加制造對于制造復雜形狀而言為特別有用的，這可使例如葉輪1中的流動通路或?qū)~9的三維曲率特征化。使用電子束槍作為能量源的添加制造特別適合于產(chǎn)生管狀構(gòu)件13。取決于用于制造管狀構(gòu)件13的粉末材料的性質(zhì)，可使用其它能量源，如激光源。
根據(jù)一些實施例，制造過程的下一個步驟提供了盤表皮和護罩表皮的制造，它們附接于管狀構(gòu)件13的組件14，其中管狀構(gòu)件13布置在盤表皮與護罩表皮之間。在圖10和11中，附圖標記33表示盤表皮，而附圖標記35表示護罩表皮。
在一些實施例中，盤表皮33可由整體構(gòu)件形成，例如，圓形金屬板。在一些實施例中，盤表皮33可從工件如金屬板開始由適合的永久變形過程(如，光亮拉絲、深拉、超深拉、模制、壓制、沖鍛、熱壓、模鍛等)制造。
根據(jù)其它實施例，盤表皮33可由添加制造來制造。
在其它實施例中，盤表皮33可從單個表皮節(jié)段33s開始制造。多個表皮節(jié)段33s可連接于彼此，例如，由焊接、硬釬焊或以任何其它適合的方式。各個表皮節(jié)段33s可從工件如金屬板開始由適合的永久變形過程(如，光亮拉絲、深拉、超深拉、模制、壓制、沖鍛、熱壓、模鍛等)制造。
根據(jù)一些實施例，各個表皮節(jié)段33s可由添加制造來制造。
在圖10和11中所示的實施例中，表皮節(jié)段33s的數(shù)量小于管狀構(gòu)件13的數(shù)量。形成盤表皮33的表皮節(jié)段33s的數(shù)量可取決于設(shè)計考慮且例如基于用于它們的產(chǎn)生的制造過程的類型來改變。用于表皮節(jié)段33s的制造過程可例如基于使用的材料的性質(zhì)選擇。
在一些實施例中，護罩表皮35可由整體構(gòu)件形成，例如，圓形金屬板。在一些實施例中，護罩表皮35可從工件如金屬板開始由適合的永久變形過程(如，光亮拉絲、深拉、超深拉、模制、壓制、沖鍛、熱壓、模鍛等)制造。
根據(jù)其它實施例，護罩表皮35可由添加制造來制造。
在其它實施例中，護罩表皮35可從單個表皮節(jié)段35s開始制造。多個表皮節(jié)段35s可連接于彼此，例如，通過焊接、硬釬焊或以任何其它適合的方式。各個表皮節(jié)段35s可從工件如金屬板開始由適合的永久變形過程(如，光亮拉絲、深拉、超深拉、模制、壓制、沖鍛、熱壓、模鍛等)制造。
根據(jù)一些實施例，各個表皮節(jié)段35s可由添加制造來制造。
在圖10和11中所示的實施例中，護罩的表皮節(jié)段35s的數(shù)量小于管狀構(gòu)件13的數(shù)量，并且等于形成盤表皮部分33的表皮節(jié)段33s的數(shù)量。然而，這不是必不可少的。表皮部分33s的數(shù)量可不同于表皮部分35s的數(shù)量。此外，形成護罩表皮35的表皮節(jié)段35s的數(shù)量可取決于設(shè)計考慮且例如基于用于它們的產(chǎn)生的制造過程的類型來改變。用于表皮節(jié)段35s的制造過程可例如基于使用的材料的性質(zhì)選擇。
相同的制造過程可用于產(chǎn)生護罩表皮35和盤表皮33。然而，這不是強制性的。在其它實施例中，不同技術(shù)可用于制造護罩表皮35和盤表皮33。
圖12和13示出了半成品葉輪1的一部分的軸側(cè)視圖，其通過將管狀構(gòu)件13、盤表皮33和護罩表皮35組裝于彼此來獲得。在圖12和13兩者中，示出了半成品葉輪的一部分或節(jié)段1s。葉輪節(jié)段1s包括安裝和連結(jié)于彼此的兩個管狀構(gòu)件13。
如圖12中具體所示，根據(jù)一些實施例，盤表皮33可設(shè)有圓形邊緣33a,33b。根據(jù)一些實施例，護罩表皮35也設(shè)有圓形邊緣35a,35b。圓形邊緣33a和35a可布置成與彼此相對，并且管狀構(gòu)件13的出口21沿兩個相對的圓形邊緣33a,35a布置并且布置在其間。
在一些實施例中，附件33c以規(guī)定間隔從圓形邊緣33a朝圓形邊緣35a突出。類似的附件35c可從圓形邊緣35a朝圓33a突出。成對的附件33c,35c布置在相鄰管狀構(gòu)件13之間，并且在前方閉合其間的空的空間或間隙s。
圓形邊緣33b和35b圍繞布置在圓形組件14中的管狀構(gòu)件13的入口19的圓形布置延伸。
兩個空的環(huán)形腔41和43分別形成在盤表皮33與管狀構(gòu)件13之間，以及在護罩表皮35與管狀構(gòu)件13之間。
圖14示出了半成品葉輪的一部分1p的軸側(cè)視圖，其中除去其節(jié)段，以示出通過將管狀構(gòu)件13、盤表皮33和護罩表皮35組裝于彼此獲得的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。示出了空腔41和43。
在一些實施例中，本文中公開的方法的下一個步驟包括以粉末材料(具體是金屬粉末材料)填充連續(xù)的管狀構(gòu)件13之間的空的空間或間隙s以及空腔41和43。在填充間隙的空的空間s和腔41,43之前，構(gòu)件13,33和35可沿相互鄰接的邊緣焊接、軟釬焊或硬釬焊于彼此，使得密封地閉合因此獲得的半成品單元的內(nèi)部容積。一個或優(yōu)選兩個或更多個孔口留下用于填充間隙的空的空間s和腔41,43并且從其除去空氣或氣體。在以金屬粉末填充腔和間隙的空的空間之后，孔口也可被密封。在一些實施例中，冒口留在孔口處，填充有金屬粉末，并且例如通過焊接、軟釬焊、硬釬焊等來密封。填充冒口的金屬粉末提供了粉末儲存器，其在隨后熱等靜壓期間進入到空的空間間隙s中和/或到腔41,43中，以便補償總粉末體積的減少，使得在熱等靜壓期間不發(fā)生半成品葉輪的外表面的變形。
在熱等靜壓之前或在填充腔41,43和間隙或空的空間s之前，可檢查焊縫。焊縫可按任何適合的方式清潔、精整、搭接或處理，以除去焊縫上的表面不規(guī)則。
一旦環(huán)形腔41,43和空間或間隙s填充有金屬粉末，并且孔口被密封，則半成品葉輪i經(jīng)受熱等靜壓，或所謂的熱等靜壓。該過程引起粉末材料填充半成品葉輪內(nèi)的間隙或空的空間和腔，以密實化和結(jié)合，直到獲得實心結(jié)構(gòu)。
大約480℃到1500℃的范圍中的適合溫度和大約50mpa到310mpa的范圍中的適合壓力可用于該熱等靜壓步驟。這些值僅經(jīng)由實例提供，并且不應當看作是限制本公開。
與熱等靜壓階段同時或隨后，轂部分47可連接于葉輪盤。圖18和19示出了轂部分47的軸側(cè)視圖，其可在熱等靜壓之前施加在盤表皮35的外表面上。轂部分47的聯(lián)結(jié)可通過相同熱等靜壓過程期間或護罩表皮35、盤表皮33和管狀構(gòu)件13的熱等靜壓之后的單獨步驟中的擴散聯(lián)結(jié)來獲得。
如圖19中最佳所示，轂部分47形成最終的葉輪1的通孔11。在圖18和19中，轂部分47和葉輪的其余構(gòu)件35,33,13在分解和局部視圖中示出，其中為了更好地理解整個結(jié)構(gòu)而除去了部分。
由于前述方法，故葉輪1的各個葉片7由兩個連續(xù)的管狀構(gòu)件13的側(cè)壁和由熱等靜壓之前填充其間的空的空間或間隙s的金屬粉末形成。各個葉片7的前緣7l由折疊邊緣25和相關(guān)的唇部25l形成，同時后緣由附件33c和35c形成。因此，各個管狀構(gòu)件13的內(nèi)部容積形成相應的葉輪導葉，即，用于由葉輪處理的流體的流動通路。
葉輪1的盤3和其相關(guān)的轂部分3h由轂部分47、盤表皮33并且由粉末材料形成，該粉末材料填充空腔或間隙41并且由熱等靜壓密實化和固化。
葉輪1的護罩5繼而由護罩表皮33形成，并且由用于填充空腔43的粉末材料形成。
圖15示出了最終的葉輪1的軸側(cè)視圖，其可經(jīng)受附加的最終機加工操作，例如，以除去粗糙、梯級等，如例如，沿著管狀構(gòu)件13的各個邊緣25的折疊唇部25l。
在一些實施例中，盤表皮33和護罩表皮35可由整體工件制造，例如，由通過拉制等塑性變形的金屬板。圖16和17示出了類似于圖10和11的視圖的軸側(cè)視圖，其中護罩表皮35和盤表皮33由單件金屬，例如金屬板形成。
圖20至24示出了本文中公開的制造方法的又一個實施例。根據(jù)該備選實施例，葉輪1通過組裝多個節(jié)段制造，各個節(jié)段包括對應于葉輪的各種流動通路或?qū)~中的相應一個的渦輪構(gòu)件，以及護罩節(jié)段和盤節(jié)段。葉輪節(jié)段安裝在彼此附近，以形成半成品葉輪，其包括其中的多個空腔，該多個空腔隨后填充有粉末材料，如，金屬粉末，用于由熱等靜壓的隨后密實化。
更具體而言，圖20示出了包括葉輪盤3和葉輪護罩5(其中葉輪葉片7在其間)的葉輪1的軸側(cè)視圖。流動通路或?qū)~9形成在相鄰葉片7之間。葉輪孔眼5e由葉輪護罩5圍繞葉輪入口11形成。7l和7t分別表示葉片7的前緣和后緣。
如由線51表示的，葉輪1由多個葉輪節(jié)段1x形成，其在圍繞由葉輪1的轂部分3h形成的中心孔11的圓形布置中布置在彼此附近。
圖21,22和23以不同軸側(cè)視圖示出了單個葉輪節(jié)段1x。各個葉輪節(jié)段1x可借助于任何適合的過程制造。根據(jù)一些實施例，各個葉輪節(jié)段1x由添加制造形成，例如，使用電子束槍作為能量源。
根據(jù)一些實施例，各個葉輪節(jié)段1x包括管狀構(gòu)件13，其與護罩節(jié)段5x和盤節(jié)段3x集成地形成。管狀構(gòu)件13的內(nèi)部可以以與前述實施例的管狀構(gòu)件13的內(nèi)部完全相同的方式設(shè)計。管狀構(gòu)件13具有入口19和出口21。附圖標記23和25表示布置在入口19處的相應的邊緣。通路15形成在管狀構(gòu)件13內(nèi)。通路15具有大致對應于葉輪1的流動通路或?qū)~9的形狀的形狀。
空腔43x設(shè)在護罩節(jié)段5x與管狀構(gòu)件13的外壁之間。相應的空腔41x設(shè)在盤節(jié)段3x與管狀構(gòu)件13的外表面之間。
根據(jù)一些實施例，該方法包括后續(xù)步驟，其中均設(shè)有相應的護罩節(jié)段5x和盤節(jié)段3x的多個管狀構(gòu)件13以與先前結(jié)合圖1至19中公開的實施例描述的完全相同的方式組裝在一起。
圖24和25示出了處于組裝狀態(tài)的一組三個管狀構(gòu)件13。管狀構(gòu)件13可利用任何其它適合的技術(shù)軟釬焊、焊接、硬釬焊或連接于彼此。在將管狀構(gòu)件13組裝于彼此時，圍繞葉輪的軸線x-x延伸的空的環(huán)形腔41由在各個管狀構(gòu)件13中設(shè)在盤節(jié)段3x與管狀構(gòu)件13的外壁之間的多個毗連的空腔41x形成。類似地，空的環(huán)形腔43由組裝在一起的管狀構(gòu)件13的單個腔43x形成。
間隙或空的空間s也留在各對相鄰管狀構(gòu)件13的外側(cè)表面之間。間隙或空的空間s和空腔41和43隨后填充有粉末材料，例如，金屬粉末材料。填充可通過由組裝的管狀構(gòu)件13的護罩節(jié)段5x和盤節(jié)段3x形成的葉輪護罩或葉輪盤的外表皮中的適合地布置的孔口獲得。
一旦空的環(huán)形腔41,43和空的空間或間隙s填充有粉末材料，則可密封用于填充的孔口。在以粉末材料填充間隙或空的空間s之前，形成半成品葉輪的構(gòu)件的鄰接邊緣可通過焊接、硬釬焊、軟釬焊等密封，使得密封地閉合的腔設(shè)在半成品葉輪中。
因此獲得的半成品葉輪經(jīng)受熱等靜壓，以使引入在腔和空的空間或間隙s中的金屬粉末材料密實化并且轉(zhuǎn)變成實心金屬塊。
可需要最終機加工和精整，例如，以除去葉輪1的表面上的粗糙。
在根據(jù)本文中公開的實施例的制造方法中，各個葉片由兩個表皮部分和內(nèi)芯部形成。兩個表皮部分形成相應葉片的吸入側(cè)和壓力側(cè)。內(nèi)芯部由通過熱等靜壓密實化的粉末材料形成，并且葉片的吸入側(cè)和壓力側(cè)由兩個相互相鄰的管狀構(gòu)件13的側(cè)壁形成，形成了葉片表皮。
盡管本文中描述的主題的公開實施例在附圖中示出并且在上文具體且詳細地結(jié)合若干示例性實施例完整描述，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，許多改型、變化和省略是可能的，而不實質(zhì)地脫離本文中闡述的新穎教導、原理和構(gòu)思，以及所附權(quán)利要求中敘述的主題的優(yōu)點。因此，公開的創(chuàng)新的適當范圍應當僅由所附權(quán)利要求的最寬解釋確定，以便涵蓋所有此類改型、變化和省略。各種實施例的不同特征、結(jié)構(gòu)和儀器可不同地組合。