作为通道组的扩散器的制造的制作方法

1.本发明涉及一种离心泵，其具有至少一个叶轮，在该叶轮之后布置导向装置。


背景技术：

2.这种导向装置通常具有导向叶片。在导向叶片之间形成用于输送介质的导向通道。这种导向装置可以构造成导向轮。从叶轮流出的输送介质进入到导向装置中。在所述导向装置中动能转化为压力能。此外发生介质的偏转。必要时为流入到下一级减少涡流。
3.在de 39 12 279 c2中描述了一种具有至少一个叶轮的单级或多级构造类型的离心泵。沿流动方向在叶轮之后布置导向轮。所述导向轮具有多个导向叶片。
4.de 10 2014 223 942 a1描述了一种具有导向装置的单级或多级离心泵。输送介质流向第一叶轮并因此经受压力增加。在叶轮之后布置导向装置，在该导向装置的导向通道处布置导引元件。导向装置可以构造成扩散器。
5.扩散器是一种构件，该构件将具有通流速度和静压的确定的初始值的流动以尽可能损失少的方式转化为速度较低且静压较高的流动。
6.扩散器的特有特征是在具有沿流动方向变大的横截面的封闭通道中进行流动导引。在离心泵技术中，扩散器很常见地用作环形泵和蜗壳泵、多级离心泵中的压出侧的壳体部件以及管道中的构件。
7.在传统的多级离心泵中，从叶轮中流出的流体在后继的叶轮中首先减速并且随后在溢流几何形状中输送给后继的回流部分。由此产生增加的径向构造耗费。


技术实现要素：

8.本发明的任务在于，给出一种具有导向轮和尽可能小的径向构造空间的离心泵。在此，离心泵应具有尽可能高的效率。在此，应在很大程度上防止流动分离。此外，应确保尽可能少损失的减速。离心泵的突出之处应在于尽可能成本低廉的结构和可靠的运行方式。此外应实现尽可能长的使用寿命。
9.根据本发明，该任务通过具有至少一个叶轮的离心泵来解决。优选的变型方案能够在从属权利要求、说明书和附图中得出。
10.根据本发明，离心泵具有至少一个叶轮，在所述叶轮之后布置导向装置。该导向装置由至少两个生成式制造的节段构成。
11.生成式或者说添加式制造方法应理解为下述方法，在该方法中逐层涂覆材料并由此产生三维构件。为了构造所述节段，尤其将选择性激光熔化、冷气喷涂和挤压与可熔塑料涂覆相结合地应用。
12.节段是整体的一部分并且因此节段组合、尤其是接合产生完整的构件。分节段的构造以及生成式制造的节段的接合能够有利地实现导向装置，尤其是作为通道组的扩散器，其能够具有以前在不分节段的构造中无法实现的尺寸。
13.迄今为止，生成式制造的导向装置不能用于多段式高压离心泵和锅炉给水泵的应用，因为其尺寸在技术上无法实现或难以实现。生成式制造的导向装置的突出之处在于液压优化的几何形状，这是切削制造工艺或铸造制造工艺无法实现的。以节段的方式来构造复杂的导向装置一方面能够实现液压优化的几何形状，且另一方面能够实现超越已知的制造尺寸的构件尺寸。
14.根据本发明，节段构造为通道。有利地，能够借助于生成式制造来构造预先借助计算机辅助模拟以优化的方式确定的通道。相对于安装在泵壳上的导向装置，这样的通道具有改进的液压特性并且实现改善的总体泵效率。
15.优选地通道的横截面沿流动方向增加。由此特别有效率地降低了输送流体的流动速度并且同时实现了较高的静压。
16.理想情况下，所述通道具有弯曲部，用以使流动偏转。由此，待输送的流体从叶轮卸载部由导向装置完全接收，并由此能够最佳地输送给后继的泵叶轮。所述弯曲部以特别有利的方式使流体的流动偏转，使得在弯曲部的出口处不发生流动分离并且能够省去导向装置的加强件。
17.根据本发明，节段的通道具有成型部。通过所述成型部在通道中构造倒圆部，所述倒圆部减少了涡流的形成并且由此提高了离心泵的效率。
18.有利地，节段具有至少一个孔，用以形成轴向的扩散流动。利用基于计算机的模拟，能够优化地设计孔的布置并且能够实现形成用于减小导向装置的直径的扩散流动。
19.根据本发明，导向装置包括多于5个、优选多于7个节段，尤其多于9个节段。利用大量的节段且因此也利用大量的通道，能够以最佳的方式实现扩散器作用。
20.理想地，所述节段利用不可拆卸的连接、优选焊接连接来连接成导向装置。这种连接的突出之处在于其坚固且耐用的设计。
21.根据本发明，节段的壁构造得非常薄并且所述节段具有内部栅格结构以提高强度。以这种有利的方式能够实现具有特别优异的质量与构件体积比的导向装置。尤其相比于以传统方式制造的导向装置，由生成式制造的节段所产生的导向装置具有极小的质量。
22.根据本发明，由生成式制造的节段组合成的导向装置用作针对离心泵的扩散器。根据本发明的导向装置具有尤其圆的和弧形的通道形状。流体在所述导向装置内的流动引导的突出之处在于，它能够以特别无涡流的方式形成并且因此能够实现离心泵的高效率。
23.在综合的添加式制造方法中制造大的导向装置也具有特别大的优点。通过使用具有添加式制造的以及接合技术的各种工具的特别灵活的机器人手臂，能够制造特别复杂且大的导向装置。例如，能够用选择性激光熔化的工具来制造通道节段，能够用固定工具进行节段的定位，并且能够用焊接工具来形成连接接合部。
24.在接合时，两个或多个固体、接合部件以在几何方面确定的形状持久地连接。在焊接时，以借助或者不借助焊接附加材料的方式在使用热和/或压力的情况下产生节段的不可拆卸的连接。该附加材料通常以棒材或线材的形式在接合配对件之间的接合部中供给、熔化和凝固，以便因此产生连接。焊接属于材料锁合的连接方法，其中，产生具有高强度的连接部。
25.在本发明的替代变型方案中，可以用压制作为接合方法。在此，较大的力促使在节段之间形成持久的连接。
26.在本发明的一种变型方案中，导向装置可以由不同的构造材料构成。所述构造材料优选包括金属粉末颗粒，尤其是低合金的钢粉末颗粒和/或高合金钢粉末颗粒，和/或可熔塑料和/或金属-聚合物混合材料。
27.用于制造与流动流体的接触面的构造材料优选是金属粉末颗粒。为此，在本发明的一种变型方案中使用含铁和/或含钴的粉末颗粒。这些粉末颗粒可以含有例如铬、钼或镍等添加物。
28.根据本发明，所述导向装置的节段在添加式制造方法中形成。构造为通道的节段的3d形状作为数据记录存储在软件中。具有不同的添加式方法的工具的机器人手臂作用在应该构造节段的位置上，并且逐层地构造出用于流动介质的接触面以及接触面的支撑栅格结构。有利地，能够对每层依次地或同时地实施针对每种构造材料的合适的构造过程，从而产生由不同材料组成的复合的节段，其范围最优地与以后的使用要求相匹配。
29.在本发明的一种变型方案中，栅格结构借助添加式制造方法的熔化层工具产生，其中用可熔塑料将点的图案涂覆到面上。通过借助于喷嘴以及借助于随后由于在期望位置的冷却引起的硬化进行的挤压来产生可承载的构造、尤其是呈栅格形式和/或蜂窝形式的构造。通过借助尤其可承载的结构以形成空腔的方式来产生节段的支撑区域，节段在具有非常小的质量的同时具有极大的强度。通常通过分别逐行重复地遍历(abfahren)工作平面且然后将工作平面以堆叠的方式向上移动来实现构造节段，从而产生节段的支撑区域。
30.在本发明的特别有利的变型方案中，用于流动流体的接触面由构造材料借助于辐射通过层的依次熔化和凝固来进行制造。在此，通过辐射的变化来产生节段的区域的不同特性。通过对局部的热输入的有针对性的控制，在构造节段时已经对材料特性进行了修改。由此实现了在节段的区域中产生化学均质材料的不同材料状态的区和接合结构并且因此产生不同的特性。
31.将金属构造材料以粉末形式以薄层的方式施加到板上。粉末状的材料借助于辐射在相应地期望的位置上局部地完全地再熔化并且在凝固后形成固态的材料层。随后使该底板降低一个层厚度的量并再次涂覆粉末。重复此循环，直到所有的层都被再熔化。将多余的粉末从完成的节段清除掉。
32.例如，可以使用激光束作为辐射，该激光束由各个粉末层生成节段。用于引导激光束的数据基于cad三维立体借助软件生成。作为选择性激光熔化的替代方案，也可以使用电子束(ebm)。
附图说明
33.本发明的其他特征和优点由根据附图对实施例的说明和附图本身得出。其中：
34.图1示出了根据现有技术的多级离心泵，
35.图2示出了导向装置的改进的实施方案，
36.图3示出了导向装置的节段的示意图。
具体实施方式
37.图1中示出了已知的两级离心泵1，其以水平的方式排列并且具有被引导穿过泵入口2的轴3。竖直或倾斜的排列也是可行的。输送液体、例如具有低沸点的易释气或易燃的流
体，沿标注的流动箭头的方向流向具有径向构造型式的第一叶轮的第一泵级4。这个作为吸入叶轮5起作用的第一叶轮向导向装置6输送，其中由吸入叶轮5产生的流体的动能被转化成压力能。在导向装置6之后布置回导叶片7，借助所述回导叶片将流体导向具有第二叶轮9的第二泵级8。
38.叶轮5和第二叶轮9设有吸入侧的和压出侧的间隙密封件10、11。这些间隙密封件减少了输送流体的回流并且限定吸入侧的和压出侧的轮侧向空间12、13。这里的两个压出侧的轮侧向空间13包围压出侧的卸载空间14，为了进行轴向推力卸载，输送流体的卸载流从该卸载空间通过卸载开口15流回到叶轮5、9的入口区域16中。
39.图2示出了导向装置6的改进实施方案的立体图。在所示的实施例中，导向装置6由十二个生成式制造的节段17组成，这些节段通过接合方法连接。每个节段17以通道18的形式构造，该通道的横截面沿流动方向增加。导向装置6能够接收叶轮5的卸载物、使流动偏转并且借助设有成型部的通道18避免形成涡流并输送给后继的叶轮9。
40.导向装置6的突出之处在于通道18内的尤其圆的和弧形的成型部。与已知的借助被安装在壳体壁上的回导叶片7使流体流动偏转的导向轮相比，这里所示的导向装置6的突出之处在于能够实现离心泵的特别高的效率的流动引导。
41.图3示出了导向装置6的节段17的示意图。节段17以通道的形式构造，该通道的横截面沿流体流动的方向增加。通道18具有弯曲部19，用以使从叶轮5的叶轮卸载部输送给叶轮9的流体流动偏转。节段17具有至少一个孔20，用以形成扩散流动。一个或多个孔20的布置预先通过cfd模拟进行确定。流体的轴向和径向流动以如下方式进行优化，使得能够实现导向装置6的最小直径。

技术特征：
1.离心泵(1)，其具有至少一个叶轮(5、9)，在所述叶轮之后布置导向装置(6)，其特征在于，所述导向装置(6)由至少两个生成式制造的节段(17)构成。2.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，节段(17)构造为通道(18)。3.根据权利要求2所述的离心泵，其特征在于，所述通道(18)的横截面沿流动方向增大。4.根据权利要求2或3所述的离心泵，其特征在于，所述通道(18)具有弯曲部(19)，用以使流动偏转。5.根据权利要求2至4中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述通道(18)具有成型部，用以减少涡流形成。6.根据权利要求1至5中任一项所述的离心泵，其特征在于，节段(17)具有至少一个孔(20)，用以形成轴向的扩散流动。7.根据权利要求1至6中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述导向装置(6)包括多于5个、优选多于7个、尤其是多于9个节段(17)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述节段(17)借助不可拆卸的连接、优选焊接连接来连接成导向装置(6)。9.根据权利要求1至8中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述节段(17)具有内部栅格结构，用以提高强度。10.由生成式制造的节段(17)组合成的导向装置(6)作为用于离心泵(1)的扩散器的应用。

技术总结
本发明涉及一种具有至少一个叶轮(5、9)的离心泵(1)。在叶轮(5、9)之后布置导向装置(6)。导向装置(6)由至少两个生成式制造的节段(17)构成。构成。构成。


技术研发人员：T
受保护的技术使用者：KSB股份有限公司
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2023/9/13