NO330344B1 - Fremgangsmate for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer.

Betegnelsen sentrifugalkompressor definerer vanligvis en maskin som gjenopp-retter en kompressibelt fluid til et trykks om er større enn det den mottok fluidet med, ved å overføre til sistnevnte den energi som er nødvendig for forandring av trykket ved hjelp av en eller flere rotorer eller impellere, som hver består av et bestemt antall blader, som er anbrakt radialt for å danne et bestemt antall passasjer som konvergerer mot senteret av rotoren.

Nærmere bestemt er høytrykksentrifugalkompressorer vanligvis forsynt med rotorer som blir testet på en standardmåte.

Det skal bemerkes at for en gitt diameter er rotorens geometri fast, og er den samme for forskjellige anvendelser, et faktum som vil anta særlig relevans i den følgende beskrivelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Nærmere bestemt er hoveddelene av disse rotorer for sentrifugalkompressorer navet, skjermen og bladene.

På grunn av den høye tetthet av gassene, er det et meget kritisk problem på det tekniske område for høytrykkskompressorer å garantere for rotorens stabilitet.

Kombinasjoner av krefter som er proporsjonale med gassens tetthet og som blir indusert av labyrinten for gassene kan forårsake uakseptable undersynkrone vibrasjoner som har en virkning på rotoren. 1 virkeligheten øker rotorens følsomhet for disse krefter mer eller mindre propor-sjonalt med rotorens fleksibilitet.

I tillegg er hele den dynamiske oppførsel av rotoren særlig kritisk for denne type anvendelse, og den enkleste måte for å øke stivheten i rotoren under de samme operative forhold (samme lagre, samme temperatur, samme trykk i gassen, osv.) er at det anvendes aksler som har større diametre.

Diameterne både av akslene og av navene har derfor blitt øket i den kjente teknikk, for å øke mangelen på følsomhet for eksterne forstyrrelser, og derfor for å forbedre den karakteristiske rotordynamiske oppførsel for høytrykksentrifugalkompressorer.

Avstandsstykkene har derfor blitt eliminert, og det aerodynamiske løp blir oppnådd direkte på akselen.

Nærmere bestemt opprettholder to ringer den aksiale posisjon, den fremre som er i to stykker, og den bakre som er i ett stykke, mens et belegg med et høyt hardhetsnivå beskytter akselen.

Disse kjennetegn sikrer at de aerodynamiske løp ikke endres, og sikrer at denne konfigurasjon er særlig effektiv til å øke stivheten av akselen, men disse endringer betyr imidlertid at det må tas en forskjellig teknologi i betraktning for fremstilling av disse rotorer for sentrifugalkompressorer.

Med særlig henvisning til den kjente teknikk skal det bemerkes at bladene blir konvensjonelt oppnådd ved hjelp av fresing av navet (eller skjermen), og deretter blir sveisingen utført fra innsiden av åpningen for å forbinde delene.

En annen teknikk anvendes for rotorer med en lav strømningskoeffisient, hvor bladene er for tynne til å gjøre det mulig å utføre sveisingen fra innsiden.

I virkeligheten blir de to deler i denne teknikk slissesveiset fra baksiden av navet (bladene blir maskinelt på skjermen), pga. tilstedeværelsen av nesen eller frontpartiet av skjermen, som har den samme diameter som hovedenden av bladet.

Etter at sveisingen har blitt utført blir varmebehandlingen også utført, som det vil være klart reduserer gjenværende spenninger som har blitt dannet.

Hver rotor er separert fra de andre av et avstandsstykke for å skape det nødven-dige aerodynamiske rom ved rotorens inntak.

På grunnlag av dette vil det være klart at det blir meget vanskelig å øke diameteren av navet, og derfor diameteren av slissesveisen fra utsiden. Fra den kjente teknikk på området skal det vises til US 3 288 699 A.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer, slik at de ovenfor nevnte behov oppfylles.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer som gjør det mulig å oppnå et meget høyt nivå for dimensjonell nøyaktighet, som er på linje med de forventninger som kreves.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer som tilveie-bringer muligheten for å oppnå et høyt nivå av konstruktiv motstand i rotoren.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer som gjør det mulig å oppnå et meget høyt nivå av dimensjonel nøyaktighet så vel som en optimal overflatekvalitet for det ferdige produkt.

Disse og andre formål ifølge oppfinnelsen oppnås ved en fremgangsmåte for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer, hvor rotoren fremstilles fra en monolittisk skive, forsynt med et sentralt hull, hvor fremgangsmåten omfatter tilveiebringelse, av minst en første elektrode som har polaritet motsatt polariteten for rotoreninnenfor et isolerende fluid som har en høy motstandsevne, legging av den første elektroden på skiven, startende fra den ytre diameter av den monolittiske skive, for å fremstille bladene og hulrommene i rotoren, og hvor denne behandling finner sted med et kontinuerlig løp, omfattende et første trinn med grovbearbeiding, fulgt av et andre trinn med ferdigbehandling med et verktøy som har en form som likner den av elektroden som anvendes for det første grovbearbeidingstrinn, for å fremstille en nøyaktig geometri av bladene, fulgt av et ytterligere trinn med ferdigbehandling, hvor en ytterligere elektrode virker på overflaten av bladene, på det indre parti av rotoren, for å avrunde hovedendene av bladene, på innsiden av skiven.

Som et alternativ, ifølge en foretrukket variant av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, utfører en elektrode minst det første trinn med grovbearbeiding ifølge fremgangsmåten, hvor elektroden er formet slik at den er i stand til å fremstille profilen av hver av bladene, både på trykksiden og på sugesiden. 1 virkeligheten har denne elektrode et første og andre parti som er atskilt fra hverandre av rommet som er nødvendig for tilstedeværelsen av et blad.

Ytterligere kjennetegn ved fremgangsmåten for fremstilling av en rotor ifølge den foreliggende oppfinnelse er angitt i de andre etterfølgende krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel og under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser en elektrode for elektroerosjon, som virker på en rotor som er beregnet for en sentrifugalkompressor ifølge fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i en første operativ posisjon av erosjon, fig. 2 viser elektroden for elektroerosjon på fig. 1 som virker på rotoren for kompressoren, i en andre operativ posisjon, fig. 3 viser en andre elektrode for elektroerosjon, som virker på rotoren på fig. 1, i en annen operativ posisjon, fig. 4 viser en tredje elektrode for elektroerosjon, som virker på den indre del av rotoren på fig. 1, i en annen operativ posisjon, og fig. 5 viser en fjerde elektrode for elektroerosjon som virker på den indre del av rotoren på fig. 1, i en ytterligere operativ posisjon.

Med særlig henvisning til tegningene skal fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen beskrives med den forståelse at fremgangsmåten for elektroerosjon til slutt har blitt valgt fra de mange forskjellige behandlingsmåter.

I virkeligheten vil det være klart at i behandlingsoperasjonene for elektroerosjon er to metalldeler nedsenket i en isolerende væske, og er tilkoplet en kilde med elektrisk energi.

Når kraften koples til skapes det en elektrisk spenning mellom de to metalldeler.

Dersom de to deler blir tatt sammen til den riktige avstand, avgis den elektriske spenning, og en elektrisk gnist passerer gjennom strekningen mellom de to deler.

På det punktet hvor denne gnist treffer blir metallet oppvarmet i den utstrekning at det smelter.

Etter anvendelse av et stort antall av disse gnister, som blir emittert etter hverandre (og aldri samtidig), er det mulig å fremstille gradvis den nødvendige form av metallstykket i samsvar med formen av elektroden.

Noen få hundre tusen av disse gnister må fremstilles hvert sekund før erosjonen finner sted.

Resultatene er høyst variable, avhengig av intensiteten, frekvensen, varigheten, lengden og polariteten av avgivelsene.

Det er to forskjellige fremgangsmåter for elektroerosjon som er teknisk kjent ved navnene senkefresing EDM (die-sinking EDM) og vaierkutt EDM (wire-cut EDM), hvor EDM står for maskinering med elektrisk avgivelse (Electrical Discharge Machining).

I begge de foran nevnte fremgangsmåter for elektroerosjon blir den elektriske energi fra den elektriske forsyningskilde omformet i samsvar med de resultatene som kreves, ved hjelp av styrte pulsgeneratoren av en type med høyt utviklet teknologi.

EDM prosessen finner vanligvis sted i en isolerende væske, som blir kontinuerlig regenerert og filtrert, for å fjerne alle metallrester.

På denne måten forblir de eksterne forhold uforandret under hele prosessen, selv dersom denne varer i timer dager.

Mulighetene tilveiebrakt av de foreliggende innretninger er enorme, dvs. høy hastighet med skjæring og fjerning, meget effektive automatiske operasjoner, sammen-koplinger og lagring av gjentakende og meget langvarige behandlingssykler, og faktisk 100 % overvåkning av stuttformen og av metallflatene som er behandlet, fra perfekt jevnt til ekstremt grovt.

På grunn av disse spesielle egenskaper blir EDM betraktet som en teknologi med store fremtidsutsikter.

I tilfellet med senkefresing EDM teknologi, blir formen som kreves dannet negativt i metallet, med en tredimensjonal elektrode.

Ved hjelp av overlagring av bevegelsene på de tre hovedakser x, y og z, kan de mest varierende former, fordypninger og hulrom skapes, på en måte som ikke kan oppnås ved hjelp av noe annet behandlingssystem.

For eksempel er det mulig å fremstille et skrueformet hulrom eller et rektangu-lært hull i en enkelt stålblokk, eller det kan fremstilles en meget tynn, herdet metallplate som ikke kan utsettes for mekanisk trykk.

I tilfellet med behandlingen med vaierkutt EDM, blir formen som kreves lagret i datamaskinen, og blir transportert i form av koder som kan forstås av maskinen, som deretter kutter formen uavhengig, ved føring av vaieren langs løpet.

I tilfellet med kompliserte former som krever kutt, eller vinklede, koniske eller andre uvanlige flater, utfører de øvre og nedre vaierføringssystemer de forskjellige bevegelser avhengig av tilfellene.

Under henvisning i nærmere detalj til beskrivelsen av fremgangsmåten for fremstilling av sentrifugalkompressorrotoren, skal det gjøres følgende kommentarer.

Som det tydelig vises på fig. 1 er startpunket en monolittisk skive 10 laget av stål som er perforert sentralt av hullet 11 for å fremstille den radiale kompressorrotor ved hjelp av elektroerosjon.

Nærmere bestemt er det i samsvar med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis anvendt numerisk styrte maskiner.

Verktøyene for fremgangsmåten og selve rotoren er elektroder med motsatt polaritet, og det isolerende middel vanligvis olje eller bestemt fluid med et høyt mot-standsnivå.

Det anordnes to forskjellige typer av verktøy for å fremstille rotoren.

En første elektrode, angitt med henvisningstall 12, er i stand til å fremstille bladene 14 og hulrommene 13 av rotoren, startende fra den ytre diameter av skiven 10.

Den første elektrode 12 har den samme form som selve åpningen av hulrommet 13, og beveger seg som vist på fig. 1-2, hvor startposisjonen og sluttposisjonen er vist.

Sluttresultatet av dette første trinn er også vist på fig. 2, hvor delene av materialet som er etterlatt mellom erosjonene av elektroden 12 er de ytre flater, som fremdeles er grove, av rotorbladene 14.

Da det er et plant objekt, må elektroden 12 også bevege seg i en aksial retning.

Behandlingen med kontinuerlige løp begynner med generell erosjon, som blir fulgt av et trinn med ferdigbehandling med et bestemt verktøy, med en form som er lik elektroden 12, men som gjør det mulig å fremstille nøyaktig geometri av bladene 14.

Når elektroden 12 fullfører dets arbeid, har bladene 14 på innsiden av skiven 10 en plan hovedende.

Det er derfor nødvendig å utføre behandlingen vist på fig. 4-5, hvor en annen elektrode 16 virker på overflatene 17 og 18 av bladene 14, så vel som å anvende en ytterligere elektrode 19 som kan virke på overflaten 20.

Alternativt kan en elektrode 15, som har den spesielle form vist på fig. 3, utføre grovbearbeidingstrinnet med elektroerosjonsfremgangsmåten.

På grunn av dens egen spesielle form fremstiller denne elektrode 15 i virkeligheten profilen av bladet 14, både på trykksiden og sugesiden.

Nærmere bestemt har elektroden 15 et første og andre parti 15', 15", som er atskilt fra hverandre av rommet som er nødvendig for tilstedeværelsen av et blad 14.

Den følgende beskrivelse klargjør kjennetegnende og fordelene ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer.

De følgende konkluderende punkter og observasjoner skal nå gjøres, så som å definere de nevnte fordeler tydeligere og mer nøyaktig.

For det første er det ved hjelp av bruken av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen mulig å øke diameteren av rotorens nav.

I tillegg til muligheten for å øke diameteren av rotorens nav, er hovedfordelen ved bruk av elektroerosjon for det første mangelen av konstruktiv diskontinuitet.

En annen viktig fordel er tilveiebrakt ved muligheten for å oppnå et meget høyt nivå av konstruktiv motstand, så vel som å oppnå et meget høyt nivå av dimensjonel nøyaktighet, og endelig en optimal overflatekvalitet for det ferdigbehandlede produkt.

Alle disse punkter er særlig viktig når det fremstilles rotorer som er utformet for maskiner med reinjeksjon ved høyt trykk.

På grunn av det høye trykk og den høye tetthet som dette omfatter, kan trykkpul-sene som oppstår fra asymmetrien av det aerodynamiske felt, særlig i fasen kjent som utløpsspiral (Discharge Scroll), være utspring for betydelig periodiske krefter.

I denne sammenheng skal det imidlertid bemerkes at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å unngå enhver metallurgisk diskontinuitet inne i rotoren, et faktum som tydelig representerer et betydelig teknologisk fremskritt.

Når det gjelder dimensjonel nøyaktighet er sentrifugalkompressoren som det her er tale om vanligvis kjennetegnet ved meget lav strømningskoeffisient.

Fra et geometrisk synspunkt resulterer dette i meget tynne aerodynamiske passasjer, noen ganger på omtrent 7,6 mm - 10,0 mm.

Forspenningen som er fordreiningen som er forbundet med behandlingen kjent som slissesveising kan modifisere bredden av bladet med 5 % eller mer, for disse rotorer som har et meget lavt strømningsnivå.

Ved hjelp av gnisterosjon eller elektroerosjon i samsvar med den beskrevne fremgangsmåte, er på den annen side nøyaktigheten som kan oppnås 1-2 %, et faktum som tillater en mer nøyaktig tilpasning mellom utførelsesformene som forventes og de som oppnås.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en rotor for sentrifugalkompressorer, hvor rotoren fremstilles fra en monolittisk skive (10), forsynt med et sentralt hull (11), hvor fremgangsmåten omfatter tilveiebringelse av minst en første elektrode som har polaritet motsatt polariteten for rotoren innenfor et isloerende fluid som har en høy motstandsevne, legging av den første elektroden (12,15) på skiven, startende fra den ytre diameter av den monolittiske skive (10), for å fremstille bladene (14) og hulrommene (13) i rotoren, og hvor denne behandling finner sted med et kontinuerlig løp, omfattende et første trinn med grovbearbeiding, fulgt av et andre trinn med ferdigbehandling med et verktøy som har en form som likner den av elektroden (12, 15) som anvendes for det første grovbearbeidingstrinn, for å fremstille en nøyaktig geometri av bladene (14) fulgt av et ytterligere trinn med ferdigbehandling, hvor en ytterligere elektrode (16, 19) virker på overflatene (17, 18, 20) av bladene (14), ved det indre parti av rotoren, for å avrunde hovedendene av bladene (14), på innsiden av skiven (10).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat en elektrode (15) utfører minst det første trinn med grovbearbeiding ifølge fremgangsmåten, hvor elektroden (15) er formet slik at den kan fremstille profilen av hver av bladene (14), både på trykksiden og på sugesiden.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat elektroden (15) har en første og andre parti (15', 15"), hvor det første og andre parti (15', 15") er atskilt av rommet som er nødvendig for tilstedeværelsen av et blad (14).

4. Fremgangmåte ifølge krav 1-3,karakterisert vedat den første elektrode (12) har i de t vesentlige den samme form som selve åpningen av hulrommet (13), og beveger seg langs en kurve som er avgrenset av punkter, og kan bli assimilert til en omkretsbue.

5. Fremgangsmåte ifølge foregående krav,karakterisert vedat den er en elektroerosjon fremgangsmåte av typen senkefresing EDM, og det isolerende fluid blir kontinuerlig regenerert og filtrert for å fjerne alle metallrester.

6. Fremgangsmåte ifølge foregående krav,karakterisert vedat fonnen som kreves blir dannet negativt i metallet i skiven 10, med en tredimensjonal elektrode, hvor det ved hjelp av overlagring av bevegelsene på de tre hovedakser x, y og z kan skapes de mest varierte former, fordypninger og hulrom som kreves, omfattende toriske flater på innsiden av skjermåpningen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4,karakterisert vedat den er en elektroerosjon-fremgangsmåte av typen vaierkutt i EDM, hvor formen som kreves er lagret i minnet i en datamaskin, og transporteres i form av koder som kan forstås av maskinen, som deretter kutter formen uavhengig, og fører elektroden langs behandlingsløpet.

8. Fremgangsmåte ifølge foregående krav,karakterisert vedat den utføres ved hjelp av numerisk styrte maskiner.