專利名稱：在槽口上執(zhí)行兩個(gè)通道的葉輪的束焊接的方法；具有這種焊接構(gòu)型的葉輪和渦輪機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及壓縮機(jī)，并且更具體而言，涉及用于焊接壓縮機(jī)葉輪(impeller)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
壓縮機(jī)是一種通過使用機(jī)械能來加速氣體粒子以最終增加例如氣體的可壓縮流體的壓力的機(jī)器。壓縮機(jī)被用于多種不同的應(yīng)用，包括作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的初始級(jí)來操作。在各種類型的壓縮機(jī)中存在所謂的離心壓縮機(jī)，在其中，機(jī)械能例如通過旋轉(zhuǎn)可壓縮流體所通過的離心葉輪(有時(shí)也稱為“轉(zhuǎn)子”)而以離心加速的方式作用于到壓縮機(jī)的氣體輸入。更一般地說，離心壓縮機(jī)可被稱為是稱作“渦輪機(jī)械”或“渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械”的一類機(jī)械的一部分。離心壓縮機(jī)可配備有單個(gè)葉輪，即單級(jí)構(gòu)型，或者配備有串聯(lián)的多個(gè)葉輪，在這種情況下，壓縮機(jī)常常被稱為多級(jí)壓縮機(jī)。離心壓縮機(jī)的每一級(jí)通常包括用于待壓縮氣體的入口管道、能夠賦予輸入氣體動(dòng)能的葉輪以及將離開轉(zhuǎn)子的氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的擴(kuò)散器。葉輪通常包括多個(gè)葉片，這些葉片相對(duì)于彼此徑向設(shè)置以形成朝葉輪的中心會(huì)聚的多個(gè)通路，并且在操作過程中，可壓縮氣體通過這些通路流動(dòng)。葉片在一端連接到輪轂，并且在另一端連接到圍帶。歸因于例如葉輪旋轉(zhuǎn)所處的高速度以及提供到離心壓縮機(jī)的可壓縮氣體所處的高密度，這樣的葉輪在操作期間經(jīng)受相當(dāng)大的應(yīng)力。因此，重要的是將這樣的葉輪設(shè)計(jì)成經(jīng)得住這樣的應(yīng)力并長(zhǎng)時(shí)期穩(wěn)定地操作。因此，葉片連接到輪轂和圍帶的方式對(duì)于葉輪的總體設(shè)計(jì)很重要，并且此前已經(jīng)使用了多種不同的連接技術(shù)。并不少見的是，將葉片與輪轂作為一件一起銑削，并且然后例如通過焊接被連接到圍帶。例如，如圖I所示，雖然在頂端附近具有小的平坦部分，但葉輪葉片10具有大體上三角形形狀的截面連接區(qū)域，并且與輪轂12 —體地形成。該葉片10可使用內(nèi)部手動(dòng)電弧焊技術(shù)連接到圍帶14。在其中形成五個(gè)電弧焊通道(如區(qū)1-5所示)，以將葉片10的端部焊接到圍帶14的表面。然而，該連接工藝遭受手動(dòng)工藝的共同缺點(diǎn)，例如，焊縫中缺乏均勻性且成本效率低，前者由于手動(dòng)焊接連接工藝在葉片中形成的幾何形狀變化而導(dǎo)致連接處變形缺陷，該缺陷阻止葉輪承受操作應(yīng)力。因此，葉片在使用手動(dòng)電弧焊連接到圍帶之后的最終形狀將隨葉輪內(nèi)的葉片的不同而變化。也已經(jīng)提出自動(dòng)的外部連接技術(shù)。例如，如圖2中所示，自動(dòng)的鎢惰性氣體(TIG)焊接工藝可用于將葉片20附連到圍帶22。在該連接機(jī)制中，在圍帶22中形成槽口 24，槽口24初始用相對(duì)較薄的金屬部分或膜26覆蓋。在該技術(shù)中，可以看到，葉片20的連接區(qū)域具有大致矩形的截面形狀。焊接從圍帶22的外部通過一系列焊接通道(welding pass)(在圖2中標(biāo)為區(qū)1-7)進(jìn)行，第一個(gè)焊接通道使薄金屬部分26熔融，其余焊接通道填充在槽口24中。該焊接工藝也意圖在葉片20與圍帶22之間生成圓角半徑(彎曲的連接區(qū)域)。然而，由于該焊接工藝本身旨在在葉片20的任一側(cè)上生成彎曲區(qū)域，結(jié)果是在葉輪內(nèi)的各個(gè)葉片之間生成固有的不均勻的圓角半徑。也已經(jīng)使用電子束和激光束焊接技術(shù)來將葉輪葉片連接到圍帶。如圖3中所示，通過將電子束或激光束通過圍帶34直接施加到葉片30的連接區(qū)域并將葉片30熔融到圍帶34上，可將銑削到輪轂32上且具有典型的矩形連接區(qū)域截面的葉片30焊接到圍帶34上。然而，該方法還具有多個(gè)缺點(diǎn)。例如，在葉片30與圍帶34之間的連接區(qū)域中，不存在由該焊接工藝生成的圓角半徑，即，葉片30的邊緣仍然是直的且相對(duì)于圍帶的表面垂直。此夕卜，不存在滲入圍帶34中的葉片30的連接區(qū)域，這導(dǎo)致不完整的焊縫。從制造角度來看，這樣的不完整焊縫使得以往的電子束或激光束焊接技術(shù)不適合用于制造葉輪。這些技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是與焊接工藝相關(guān)聯(lián)的精度的缺乏，這使得難以直接在葉片尖端的中心中提供焊接，從而在接頭中形成額外的缺陷。當(dāng)葉片形狀的復(fù)雜度例如彎曲和扭轉(zhuǎn)增加時(shí)，該問題變得更加明顯。也已經(jīng)使用或者單獨(dú)或者與束焊接技術(shù)結(jié)合的硬焊技術(shù)來將葉輪附連到其它表面。然而，這些技術(shù)也存在上述滲透缺乏、圓角半徑缺乏和焊接不完整問題。此外，使用硬 焊技術(shù)形成的接頭不均勻，從而導(dǎo)致接頭的機(jī)械特性潛在地降低，特別是在包含可侵蝕硬焊材料的腐蝕性氣體的操作條件下。因此，將期望設(shè)計(jì)和提供用于葉輪葉片到例如圍帶的其它表面的電子束/激光束焊接的技術(shù)，該技術(shù)克服了現(xiàn)有焊接技術(shù)的上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
示例性實(shí)施例涉及用于使自動(dòng)束焊接技術(shù)能夠用于將葉輪葉片接合到例如圍帶的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，葉輪葉片的連接區(qū)域具有“錘”形截面區(qū)域，該截面有利于連接區(qū)域與葉片待連接到的表面或主體中的槽口之間的束焊接。根據(jù)示例性實(shí)施例，一種用于將葉輪葉片束焊接到表面的方法包括下列步驟將葉輪葉片連接區(qū)域插入到表面中的槽口內(nèi)；在葉輪葉片連接區(qū)域的第一側(cè)上執(zhí)行第一束焊接通道以將葉輪葉片連接區(qū)域的第一側(cè)焊接到槽口的一側(cè)；以及在葉輪葉片連接區(qū)域的第二側(cè)上執(zhí)行第二束焊接通道以將葉輪葉片連接區(qū)域的第二側(cè)焊接到槽口的另一側(cè)。根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，一種葉輪包括輪轂，其具有多個(gè)銑削在其中的葉輪葉片；和圍帶，其具有形成在其中的槽口并且通過將葉輪葉片連接區(qū)域的兩側(cè)中的每一個(gè)束焊接到槽口中的一個(gè)的對(duì)應(yīng)側(cè)而在葉輪葉片連接區(qū)域處連接到多個(gè)葉輪葉片中的每一個(gè)。根據(jù)又一個(gè)示例性實(shí)施例，一種渦輪機(jī)械包括轉(zhuǎn)子組件，其包括至少一個(gè)葉輪；軸承，其連接到且用于可旋轉(zhuǎn)地支承轉(zhuǎn)子組件；和定子，其中，該至少一個(gè)葉輪包括輪轂，其具有多個(gè)銑削在其中的葉輪葉片；和圍帶，其具有形成在其中的槽口并且通過將葉輪葉片連接區(qū)域的兩側(cè)中的每一個(gè)束焊接到槽口中的一個(gè)的對(duì)應(yīng)側(cè)而在葉輪葉片連接區(qū)域處連接到多個(gè)葉輪葉片中的每一個(gè)。


附圖示出示例性實(shí)施例，其中
圖I示出了用于葉輪葉片的手動(dòng)電弧焊技術(shù)；圖2描繪了用于葉輪葉片的自動(dòng)外部焊接技術(shù)；
圖3示出了用于葉輪葉片的常規(guī)束焊接技術(shù)；
圖4描繪了示例性的離心壓縮機(jī)，其中可采用根據(jù)示例性實(shí)施例制造的葉輪；
圖5和圖6示出了可根據(jù)示例性實(shí)施例制造的示例性葉輪；
圖7根據(jù)示例性實(shí)施例描繪了用于將葉輪束焊接到另一個(gè)表面的葉輪連接區(qū)域和方法；以及
圖8是流程圖，其根據(jù)示例性實(shí)施例示出了用于將葉輪焊接到另一個(gè)表面的方法。
具體實(shí)施例方式示例性實(shí)施例的下列詳細(xì)描述參考了附圖。不同圖中的相同附圖標(biāo)記表示相同或類似的元件。另外，下列詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。 為了為與根據(jù)這些示例性實(shí)施例的焊接技術(shù)和葉輪葉片連接區(qū)域形狀有關(guān)的后續(xù)討論提供一些背景，圖4示意性地示出了其中可以采用使用這種技術(shù)制成的葉輪的多級(jí)離心壓縮機(jī)40。其中，壓縮機(jī)40包括其中安裝有旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)軸44的箱或殼體(定子)42，壓縮機(jī)軸44設(shè)有多個(gè)離心轉(zhuǎn)子或葉輪46。轉(zhuǎn)子組件48包括軸44和轉(zhuǎn)子46，并且通過設(shè)置在轉(zhuǎn)子組件48的任一側(cè)上的軸承50徑向地且軸向地支承。多級(jí)離心壓縮機(jī)操作以從管道入口 52取得輸入的過程氣體，以通過轉(zhuǎn)子組件48的操作來加速過程氣體粒子，并且隨后將過程氣體以高于其輸入壓力的輸出壓力輸送通過各個(gè)級(jí)間管道54。過程氣體可例如是二氧化碳、硫化氫、丁烷、甲烷、乙烷、丙烷、液化天然氣中的任一種，或它們的組合。在葉輪46與軸承50之間提供密封系統(tǒng)(未示出)，以防止過程氣體流至軸承50。殼體42被構(gòu)造以致覆蓋軸承50和密封系統(tǒng)兩者，以致防止氣體從離心壓縮機(jī)40逸出。圖5中提供了對(duì)葉輪46的更詳細(xì)但完全示例性的圖示。在圖中可以看到，葉輪46具有在輪轂62與圍帶64之間徑向取向的多個(gè)葉輪葉片60，葉輪葉片60例如在連接點(diǎn)66處附連到圍帶64。葉輪46的分解截面揭示了葉輪葉片60從葉輪46的窄端向其更寬端的扭轉(zhuǎn)性質(zhì)。圖6是通過葉輪的中心截取的圖5的葉輪46的局部剖視圖。在其中，可以更清楚地看到葉輪葉片60到圍帶64的連接點(diǎn)66，并且現(xiàn)在將從圖7開始描述根據(jù)示例性實(shí)施例形成這種連接的機(jī)制，其中圖7是沿圖6的線B-B截取的剖視圖。其中，可看到根據(jù)示例性實(shí)施例的葉輪葉片60的連接區(qū)域70的“錘”狀形狀。不同于上文所述其它葉輪葉片連接區(qū)域，可看到，連接區(qū)域70從其外端72到其內(nèi)端74相對(duì)于葉輪葉片60的下一相鄰部分更寬(更厚)。另外，在內(nèi)端74處，連接區(qū)域70經(jīng)由彎曲部段76和78接合葉片60的剩余部分。這些彎曲部段76和78設(shè)計(jì)有例如3至4 mm的預(yù)定曲率半徑(圓角半徑)，以為所附連的葉輪葉片提供所需的強(qiáng)度和彎曲特性。因此，連接區(qū)域70的寬度(厚度)可例如等于葉片60的厚度加上兩倍的所期望的圓角半徑。根據(jù)示例性實(shí)施例，為了將葉輪葉片60附連到圍帶64，可以進(jìn)行圖8的流程圖中所示的焊接技術(shù)。首先，將葉輪葉片60的連接區(qū)域70插入在圍帶64中的對(duì)應(yīng)槽口 80內(nèi)。然后，激光束或電子束焊機(jī)(圖6中未示出)在連接區(qū)域70的一側(cè)與圍帶64中的槽口 80的一側(cè)之間的(小)間隙中生成激光或電子焊接束，并且然后在連接區(qū)域70的另一側(cè)上重復(fù)該過程，如圖6中在連接區(qū)域的側(cè)面和圍帶中的槽口的側(cè)面之間示出的兩個(gè)大箭頭所表示地。用來執(zhí)行各焊接通道的電子束焊接和/或激光束焊接設(shè)備本身可為如例如美國專利No. 7，312，417和7，413，620中所公開的標(biāo)準(zhǔn)束焊接設(shè)備，這兩份專利的公開通過引用并入本文中。這兩個(gè)束焊接工藝通道在連接區(qū)域70的兩側(cè)上快速地形成到圍帶64的實(shí)心連接接頭，而不熔融或以其它方式影響彎曲部分76和78的圓角半徑或使葉片60變形，因?yàn)槌藙e的以外，焊接沿連接區(qū)域70的側(cè)面進(jìn)行，且不改變預(yù)成形的圓角半徑76和78。因此，根據(jù)示例性實(shí)施例，一種用于將葉輪葉片束焊接到例如葉輪的圍帶的表面的方法可包括圖7的流程圖中所示的步驟。其中，在步驟90處，將葉輪葉片連接區(qū)域插入表面中的槽口內(nèi)。然后，在步驟92處，在葉輪葉片連接區(qū)域的第一側(cè)上執(zhí)行第一束焊接通道以將葉輪葉片連接區(qū)域的第一側(cè)焊接到槽口的一側(cè)。接著，在步驟94處，在葉輪葉片連接區(qū)域的第二側(cè)上執(zhí)行第二束焊接通道以將葉輪葉片連接區(qū)域的第二側(cè)焊接到槽口的另一側(cè)。上述示例性實(shí)施例意圖在各個(gè)方面說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。因此，本發(fā)明在詳細(xì)實(shí)施中可具有許多變型，這些變型可由本領(lǐng)域技術(shù)人員從本文所包含的描述中得 至IJ。所有這些變型和修改被認(rèn)為在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。在本申請(qǐng)的描述中所使用的元件、動(dòng)作或指令不應(yīng)解釋為對(duì)于本發(fā)明是關(guān)鍵或必不可少的，除非明確地如此描述。另外，如本文所用，冠詞“一”意圖包括一個(gè)或多個(gè)物件。
權(quán)利要求
1.一種用于將葉輪葉片束焊接到表面的方法，所述方法包括 將葉輪葉片連接區(qū)域插入到所述表面中的槽口內(nèi)； 在所述葉輪葉片連接區(qū)域的第一側(cè)上執(zhí)行第一束焊接通道，以將所述葉輪葉片連接區(qū)域的所述第一側(cè)焊接到所述槽口的一側(cè)；以及 在所述葉輪葉片連接區(qū)域的第二側(cè)上執(zhí)行第二束焊接通道，以將所述葉輪葉片連接區(qū)域的所述第二側(cè)焊接到所述槽口的另一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述束焊接工藝為激光束焊接工藝和電子束焊接工藝中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述葉輪葉片連接區(qū)域具有錘形截面區(qū)域，所述錘形截面區(qū)域從其插入所述槽口內(nèi)的第一端部到其第二端部比所述葉輪葉片的相鄰部分更寬。
4.一種葉輪,包括 輪轂，其具有銑削在其中的多個(gè)葉輪葉片；和 圍帶，其具有形成在其中的槽口并且通過將葉輪葉片連接區(qū)域的兩側(cè)中的每一個(gè)束焊接到所述槽口中的一個(gè)的對(duì)應(yīng)側(cè)而在所述葉輪葉片連接區(qū)域處連接到所述多個(gè)葉輪葉片中的每一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的葉輪，其特征在于，所述束焊接為激光束焊接工藝和電子束焊接工藝中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的葉輪，其特征在于，所述葉輪葉片連接區(qū)域具有錘形截面區(qū)域，所述錘形截面區(qū)域從其插入對(duì)應(yīng)槽口內(nèi)的第一端部到其第二端部比所述葉輪葉片的相鄰部分更寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任一項(xiàng)所述的葉輪，其特征在于，所述葉輪葉片連接區(qū)域還包括 兩個(gè)彎曲部段，所述兩個(gè)彎曲部段將所述葉輪葉片連接區(qū)域連接到所述葉輪葉片的所述相鄰部分，其中，所述兩個(gè)彎曲部分各具有預(yù)定曲率半徑且不受所述第一束焊接通道和所述第二束焊接通道的影響。
8.—種潤輪機(jī)械,包括 轉(zhuǎn)子組件，其包括至少一個(gè)葉輪； 軸承，其連接到且用于可旋轉(zhuǎn)地支承所述轉(zhuǎn)子組件；和 定子， 其中，所述至少一個(gè)葉輪包括 輪轂，其具有銑削在其中的多個(gè)葉輪葉片；和 圍帶，其具有形成在其中的槽口并且通過將葉輪葉片連接區(qū)域的兩側(cè)中的每一個(gè)束焊接到所述槽口中的一個(gè)的對(duì)應(yīng)側(cè)而在所述葉輪葉片連接區(qū)域處連接到所述多個(gè)葉輪葉片中的每一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機(jī)械，其特征在于，所述葉輪葉片連接區(qū)域具有錘形截面區(qū)域，所述錘形截面區(qū)域從其插入對(duì)應(yīng)槽口內(nèi)的第一端部到其第二端部比所述葉輪葉片的相鄰部分更寬。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的渦輪機(jī)械，其特征在于，所述葉輪葉片連接區(qū)域還包括 兩個(gè)彎曲部段，其將所述葉輪葉片連接區(qū)域連接到所述葉輪葉片的所述相鄰部分。
全文摘要
根據(jù)這些示例性實(shí)施例的方法提供了用于與離心壓縮機(jī)中的葉輪相關(guān)聯(lián)的葉輪葉片(60)的焊接技術(shù)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，葉輪葉片(60)的連接區(qū)域具有“錘”形截面區(qū)域(70)，該截面有利于連接區(qū)域到葉片(60)待連接到的表面或主體中的槽口的束焊接。
文檔編號(hào)B23K26/06GK102741007SQ201080063743
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者E.米尼亞蒂, M.因諾岑蒂, U.肯特利 申請(qǐng)人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司