涡轮间隙控制系统的制作方法

1.本主题总体上涉及一种燃气涡轮发动机，或更具体地涉及一种用于使用涡轮外壳的一体式冷却来控制间隙的方法和系统。


背景技术：

2.燃气涡轮发动机包括若干区段，这些区段包括包含在发动机壳体（如涡轮外壳）内的旋转叶片。如果旋转叶片断裂，则必须使其包含在发动机壳体内。为确保断裂叶片不会刺穿壳体，壳体的壁已经制造得相对厚和/或用纤维织物加强。在操作期间，涡轮外壳依靠外部管道系统（如主动间隙控制（acc）外部管道布置）来冷却外壳，以向发动机外壳的外表面供应较冷的空气来帮助保持发动机外壳的适当温度，并提供适当的涡轮转子/定子间隙。外部管道和辅助管道的管、支架和阀的复杂性增加了制造成本并增加了发动机的重量。


技术实现要素：

3.本发明的方面和优点将在以下描述中阐明，或可从描述清楚，或可通过实施本发明学习到。
4.在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种涡轮间隙控制系统。涡轮间隙控制系统包括冷却空气源；以及围绕涡轮的一部分的涡轮外壳，其中涡轮外壳限定涡轮外壳内的一体式冷却导管，一体式冷却导管包括在涡轮外壳的内表面上的孔口。
5.在某些示例性实施例中，孔口的第一部分邻近涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域定位。
6.在某些示例性实施例中，来自冷却空气源的第一冷却流体流引导通过涡轮外壳内的一体式冷却导管，并且通过孔口的第一部分而直接到达涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域。
7.在某些示例性实施例中，孔口的第二部分邻近涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域定位。
8.在某些示例性实施例中，来自冷却空气源的第二冷却流体流引导通过涡轮外壳内的一体式冷却导管，并且通过孔口的第二部分而直接到达涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域。
9.在某些示例性实施例中，来自冷却空气源的第三冷却流体流引导通过涡轮外壳内的一体式冷却导管以冷却第三区域，该第三区域在涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域与涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域之间。
10.在某些示例性实施例中，涡轮外壳进一步包括外表面上的暖流排出孔口。
11.在某些示例性实施例中，涡轮外壳限定涡轮外壳内的第一一体式冷却导管和涡轮外壳内的第二一体式冷却导管，第二一体式冷却导管与第一一体式冷却导管间隔开。
12.在某些示例性实施例中，第一一体式冷却导管包括孔口的第一部分和孔口的第二部分，孔口的第一部分邻近涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域定位，孔口的第二部
分邻近涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域定位。
13.在某些示例性实施例中，第二一体式冷却导管包括孔口的第一部分和孔口的第二部分，孔口的第一部分邻近涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域定位，孔口的第二部分邻近涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域定位。
14.在某些示例性实施例中，涡轮外壳由增材制造过程形成。
15.在本公开的示例性实施例中，提供了一种用于控制涡轮转子与定子之间的间隙的方法。该方法包括提供涡轮外壳，该涡轮外壳限定涡轮外壳内的一体式冷却导管，一体式冷却导管包括在涡轮外壳的内表面上的孔口；导送冷却流体流通过一体式冷却导管；以及引导冷却流体流通过孔口。
16.在某些示例性实施例中，第一冷却流体流引导通过孔口的第一部分而直接到达涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域。
17.在某些示例性实施例中，第二冷却流体流引导通过孔口的第二部分而直接到达涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域。
18.在某些示例性实施例中，第三冷却流体流引导通过涡轮外壳内的一体式冷却导管以冷却第三区域，该第三区域在涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域与涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域之间。
19.在某些示例性实施例中，该方法包括从孔口并通过涡轮外壳的外表面上的暖流排出孔口引导冷却流体流。
20.在某些示例性实施例中，涡轮外壳限定涡轮外壳内的第一一体式冷却导管和涡轮外壳内的第二一体式冷却导管，第二一体式冷却导管与第一一体式冷却导管间隔开。
21.在某些示例性实施例中，第一一体式冷却导管包括孔口的第一部分和孔口的第二部分，并且第二一体式冷却导管包括孔口的第一部分和孔口的第二部分。
22.在某些示例性实施例中，涡轮外壳由增材制造过程形成。
23.本发明的这些及其它特征、实施例和优点将参考以下描述和所附权利要求书变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
24.技术方案1. 一种涡轮间隙控制系统，包括：冷却空气源；以及围绕涡轮的一部分的涡轮外壳，其中所述涡轮外壳限定所述涡轮外壳内的一体式冷却导管，所述一体式冷却导管包括在所述涡轮外壳的内表面上的孔口。
25.技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，所述孔口的第一部分邻近所述涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域定位。
26.技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，来自所述冷却空气源的第一冷却流体流引导通过所述涡轮外壳内的一体式冷却导管，并且通过所述孔口的第一部分而直接到达所述涡轮外壳和所述涡轮护罩连接所在的所述第一区域。
27.技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，所述孔口的第二部分邻近所述涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域定位。
28.技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，来自所述冷却空气源的第二冷却流体流引导通过所述涡轮外壳内的一体式冷却导管，并且通过所述孔
口的第二部分而直接到达所述涡轮外壳和所述涡轮导叶连接所在的所述第二区域。
29.技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，来自所述冷却空气源的第三冷却流体流引导通过所述涡轮外壳内的一体式冷却导管以冷却第三区域，所述第三区域在所述涡轮外壳和所述涡轮护罩连接所在的所述第一区域与所述涡轮外壳和所述涡轮导叶连接所在的所述第二区域之间。
30.技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，所述涡轮外壳进一步包括在所述涡轮外壳的外表面上的暖流排出孔口。
31.技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，所述涡轮外壳限定所述涡轮外壳内的第一一体式冷却导管和所述涡轮外壳内的第二一体式冷却导管，所述第二一体式冷却导管与所述第一一体式冷却导管间隔开。
32.技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，所述第一一体式冷却导管包括所述孔口的第一部分和所述孔口的第二部分，所述孔口的第一部分邻近所述涡轮外壳和所述涡轮护罩连接所在的所述第一区域定位，所述孔口的第二部分邻近所述涡轮外壳和所述涡轮导叶连接所在的所述第二区域定位。
33.技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，所述第二一体式冷却导管包括所述孔口的第一部分和所述孔口的第二部分，所述孔口的第一部分邻近所述涡轮外壳和所述涡轮护罩连接所在的所述第一区域定位，所述孔口的第二部分邻近所述涡轮外壳和所述涡轮导叶连接所在的所述第二区域定位。
34.技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，所述涡轮外壳由增材制造过程形成。
35.技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的涡轮间隙控制系统，其中，所述涡轮外壳限定一个或多个间隔开的冷却导管。
36.技术方案13. 一种控制涡轮转子与定子之间的间隙的方法，所述方法包括：提供涡轮外壳，所述涡轮外壳限定所述涡轮外壳内的一体式冷却导管，所述一体式冷却导管包括在所述涡轮外壳的内表面上的孔口；导送冷却流体流通过所述一体式冷却导管；以及引导所述冷却流体流通过所述孔口。
37.技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的方法，进一步包括引导第一冷却流体流通过所述孔口的第一部分而直接到达所述涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域。
38.技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的方法，进一步包括引导第二冷却流体流通过所述孔口的第二部分而直接到达所述涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域。
39.技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的方法，进一步包括引导第三冷却流体流通过所述涡轮外壳内的一体式冷却导管以冷却第三区域，所述第三区域在所述涡轮外壳和所述涡轮护罩连接所在的所述第一区域与所述涡轮外壳和所述涡轮导叶连接所在的所述第二区域之间。
40.技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的方法，进一步包括：从所述孔口并通过所述涡轮外壳的外表面上的暖流排出孔口引导所述冷却流体流。
41.技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述涡轮外壳限定所述
涡轮外壳内的第一一体式冷却导管和所述涡轮外壳内的第二一体式冷却导管，所述第二一体式冷却导管与所述第一一体式冷却导管间隔开。
42.技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述第一一体式冷却导管包括所述孔口的第一部分和所述孔口的第二部分，并且所述第二一体式冷却导管包括所述孔口的第一部分和所述孔口的第二部分。
43.技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的方法，进一步包括由增材制造过程形成所述涡轮外壳。
附图说明
44.在参考附图的说明书中阐明了针对本领域普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且充分的公开，在附图中：图1是根据本公开的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
45.图2是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的涡轮间隙控制系统的截面视图。
46.图3是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的涡轮间隙控制系统的截面视图。
47.图4是根据本公开的示例性实施例的具有一体式冷却导管的涡轮外壳的透视图。
48.图5是根据本公开的示例性实施例的沿图2的线5-5截取的燃气涡轮发动机的涡轮间隙控制系统的截面视图。
49.图6是根据本公开的示例性实施例的沿图2的线6-6截取的燃气涡轮发动机的涡轮间隙控制系统的截面视图。
50.图7是根据本公开的示例性实施例的沿图2的线7-7截取的燃气涡轮发动机的涡轮间隙控制系统的截面视图。
51.对应的参考标号贯穿若干视图指示对应部分。本文阐述的示例示出了本公开的示例性实施例，并且这些示例不应解释为以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
52.现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。该详细描述使用了数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标记已经用于表示本发明的相似或类似的部分。
53.提供以下描述以允许本领域技术人员制造和使用构想用于实现本发明的所描述的实施例。然而，对于本领域技术人员而言，各种修改、等同物、变化和备选方案将仍容易明白。任何和所有这样的修改、变化、等同物和备选方案旨在落入本发明的精神和范围内。
54.为了下文描述的目的，用语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”及其派生词应如其在附图中的定向那样与本发明有关。然而，应当理解，除非明确相反地指出之处，否则本发明可采取各种备选变型。还应当理解，附图中示出的以及在以下说明书中描述的特定装置仅是本发明的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例有关的特定尺寸和其它物理特性不应认为是限制性的。
55.如本文使用的用语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用，以将一个构件与另一个
区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
56.用语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机内的相对位置，其中前是指更靠近发动机入口的位置，且后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
57.用语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，且“下游“是指流体流至的方向。
58.单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数对象，除非上下文清楚地另外指出。
59.此外，除非另外指出，否则用语“低”、“高”或它们相应的比较级（例如，较低、较高（如适用））均指发动机内的相对速度。例如，“低压涡轮”大体上在低于“高压涡轮”的压力下操作。备选地，除非另外指出，否则上述用语可按其最高级来理解。例如，“低压涡轮”可指涡轮区段内最低最大压力的涡轮，且“高压涡轮”可指涡轮区段内的最高最大压力的涡轮。
60.如本文贯穿说明书和权利要求书使用的近似语言用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个用语如“约”、“大致”和“基本上”修饰的值不限于指出的准确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于测量值的仪器的精度，或构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指在百分之十的裕度内。此处以及贯穿说明书和权利要求书，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另外指示，否则这些范围是确定的并且包括其中包含的所有子范围。
61.此处以及贯穿说明书和权利要求书，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另外指示，否则这些范围是确定的并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可彼此独立地组合。
62.涡轮间隙控制系统包括本公开的涡轮外壳，该涡轮外壳限定涡轮外壳内的一体式冷却导管。一体式冷却导管包括在涡轮外壳的内表面上的孔口。涡轮外壳在其外表面上具有暖流排出孔口。本公开的涡轮外壳围绕燃气涡轮发动机的涡轮的一部分。
63.本公开的具有一体式冷却导管的涡轮外壳提供对涡轮外壳和涡轮连接所在的区域的直接冲击。以此方式，本公开的涡轮外壳通过提供直接冲击而允许（1）具有最大温度降低的高冷却效率，（2）较高的间隙控制能力，以及（3）热梯度和热应力降低。温度和应力降低可导致较不昂贵的材料，并便于在结构性高温构件上使用增材。
64.现在参考附图，其中相同的数字贯穿附图指示相同元件，图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体地，对于图1的实施例，示例性燃气涡轮发动机10具有纵向轴线11。燃气涡轮发动机10包括风扇组件12和核心燃气涡轮发动机13。核心燃气涡轮发动机13包括高压压缩机14、燃烧器16和高压涡轮18。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机10还可包括低压涡轮20。风扇组件12包括从转子盘26沿径向向外延伸的风扇叶片24的阵列。燃气涡轮发动机10具有进气侧28和排气侧30。例如，燃气涡轮发动机10还包括多个轴承组件（未示出），这些轴承组件用于为风扇组件12、压缩机14、高压涡轮18和低压涡轮20提供旋转支承和轴向支承。
65.在操作中，入口气流48流过风扇组件12，并由气流分流器44分成第一部分50和第二部分52。气流的第一部分50导送通过压缩机14，其中气流进一步压缩并输送到燃烧器16。来自燃烧器16的热燃烧产物用于驱动涡轮18和20，并因此产生发动机推力。燃气涡轮发动机10还包括旁通导管40，其用于使从风扇组件12排出的气流的第二部分52围绕核心燃气涡轮发动机13旁通。更确切地说，旁通导管40在风扇外壳或护罩42的内壁43与分流器44的外
壁45之间延伸。
66.图2-7示出了本公开的示例性实施例。参考图2-7，在示例性实施例中，涡轮间隙控制系统100包括本公开的涡轮外壳102，其限定涡轮外壳102内的一体式冷却导管104。一体式冷却导管104包括在涡轮外壳102的内表面108上的冲击孔口106。参考图2，在一个示例性实施例中，涡轮外壳102围绕包括护罩130、叶片组件212以及喷嘴或导叶组件214的涡轮210的一部分。本公开的涡轮外壳102可并入图1中所示的燃气涡轮发动机10的涡轮18、20。
67.参考图2，在示例性实施例中，涡轮间隙控制系统100包括冷却空气源200，其向涡轮外壳102的一体式冷却导管104提供冷却流体流。在一个示例性实施例中，冷却空气流140从冷却空气源200抽取，并且沿涡轮外壳102内的一体式冷却导管104导送。在一些实施例中，冷却空气源200是来自燃气涡轮发动机10的旁通导管40的旁通空气52（图1）。在其它实施例中，冷却空气源200是来自燃气涡轮发动机10的风扇组件12的入口气流48（图1）。在其它实施例中，冷却空气源200是来自燃气涡轮发动机10的风扇组件12的入口气流48（图1）。在其它实施例中，冷却空气源200是来自高压压缩机14的空气。大体上，冷却空气源200是向涡轮间隙控制系统100提供低温、低压或高压的空气的来自外部核心13的任何空气源。在涡轮间隙控制系统100中使用这种空气使从其它燃气涡轮发动机10系统去除一部分空气的影响最小化，并因此最小化对燃气涡轮发动机10性能的影响。构想的是冷却空气源200也可来自燃气涡轮发动机10的其它系统。
68.本公开的具有一体式冷却导管104的涡轮外壳102提供对涡轮外壳102和涡轮210连接所在的区域的直接冲击。以此方式，本公开的涡轮外壳102通过提供直接冲击而允许（1）具有最大温度降低的高冷却效率、（2）较高的间隙控制能力、以及（3）热梯度和热应力降低。温度和应力降低可导致较不昂贵的材料，并便于在结构性热构件上使用增材。
69.冷却导管104关于涡轮外壳102是一体式的。如本文所使用，相对于冷却导管104关于涡轮外壳102的用语“一体式”是指冷却导管104各自包含在涡轮外壳102的单个壳体或外壳内。换言之，冷却导管104中的各个包含在单个涡轮外壳102内。以此方式，涡轮外壳102内的冷却导管104与涡轮外壳外部的管道是可区分的。本公开的涡轮外壳102使提供主动间隙控制的涡轮外壳102内的这种外部管道和外壳一体化成单个构件。然后，冷却流体对涡轮外壳与涡轮的构件之间的导轨和/或连接区域的最热部分直接冲击。这提高了间隙控制和冷却特征的效率。本公开的涡轮外壳102允许在提供相同量的冷却流体的情况下达到更低的温度，导致了对发动机性能的积极影响以及热梯度和应力的降低。
70.图2示出了限定涡轮外壳102内的一体式冷却导管104的涡轮外壳102的一部分的截面。在所示的图5-7，在示例性实施例中，涡轮外壳包括主壁110、外壁112和贯穿涡轮外壳102延伸的一体式冷却导管104。一体式冷却导管104由外壳主壁110和外壁112限定。一体式冷却导管104包括在涡轮外壳102的内表面108上的冲击孔口106。此外，主壁110还包括在涡轮外壳102的外表面109上的暖流排出孔口190。以此方式，具有一体式冷却导管104的本公开的涡轮外壳102允许与涡轮210的内部部分完全分离的完整外部冷却流径。
71.参考图2、图3和图5，在示例性实施例中，冲击孔口106的第一部分116直接邻近涡轮外壳102和涡轮护罩130连接所在的第一区域120定位。
72.在一个示例性实施例中，涡轮外壳102包括与护罩130的前突出部132接合的前钩部分114和与护罩130的后部部分134接合的导轨部分115。
73.以此方式，本公开的涡轮外壳102允许来自冷却空气源200的第一冷却流体流150引导通过涡轮外壳102内的一体式冷却导管104，并通过冲击孔口106的第一部分116而直接到达涡轮外壳102和涡轮护罩130连接所在的第一区域120。在区域120中，冷却流体150引导通过冲击孔口106a而直接到达导轨部分115。
74.参考图2和图3，在示例性实施例中，冲击孔口106的第二部分118直接邻近涡轮外壳102和喷嘴或涡轮导叶220连接所在的第二区域122定位。
75.在一个示例性实施例中，涡轮外壳102包括与导叶220的前突出部222接合的导轨部分115和与导叶220的后突出部224接合的连接部分117。
76.以此方式，本公开的涡轮外壳102允许来自冷却空气源200的第二冷却流体流160引导通过涡轮外壳102内的一体式冷却导管104，并通过冲击孔口106的第二部分118而直接到达涡轮外壳102和涡轮导叶220连接所在的第二区域122。在区域122中，冷却流体160引导通过冲击孔口106b而直接到达导轨部分115且到达导轨部分117。
77.有利地，本公开的具有一体式冷却导管104的涡轮外壳102提供对（1）涡轮外壳102和涡轮护罩130连接所在的第一区域120和（2）涡轮外壳102和喷嘴或涡轮导叶220连接所在的第二区域122的直接冲击。以此方式，本公开的涡轮外壳102通过提供直接冲击而允许（1）具有最大温度降低的高冷却效率、（2）较高的间隙控制能力、以及（3）热梯度和热应力降低。温度和应力降低可导致较不昂贵的材料，并便于在结构性热构件上使用增材。
78.此外，带有具有冲击孔口106的一体式冷却导管104并且带有暖流排出孔口190的本公开的涡轮外壳102允许与涡轮210的内部部分完全分离的完整外部冷却流径。例如，在冷却流体流150、160提供对区域120、122的直接冲击之后，现在已经吸收热量的这些流体流（例如较暖空气流192）能够流入和流出暖流排出孔口190。
79.参考图4，在示例性实施例中，本公开的涡轮外壳102限定了涡轮外壳102内的第一一体式冷却导管170和涡轮外壳102内的第二一体式冷却导管180，第二一体式冷却导管180与第一一体式冷却导管170间隔开。构想的是本公开的涡轮外壳102可根据特定应用的期望具有任何数量的间隔开的一体式冷却导管。在一些实施例中，涡轮外壳102内的第一一体式冷却导管170和涡轮外壳102内的第二一体式冷却导管180可形成如图4中所示的圆柱形凸起部分。在其它实施例中，一体式冷却导管可包括其它形状和/或构造。
80.在示例性实施例中，如相对于图2详细所示和所述，第一一体式冷却导管170包括冲击孔口106的第一部分116和冲击孔口106的第二部分118，冲击孔口106的第一部分116邻近涡轮外壳102和涡轮护罩130连接所在的第一区域120定位，冲击孔口106的第二部分118邻近涡轮外壳102和涡轮导叶220连接所在的第二区域122定位。
81.在一个示例性实施例中，如相对于图2详细所示和所述，第二一体式冷却导管180包括冲击孔口106的第一部分116和冲击孔口106的第二部分118，冲击孔口106的第一部分116邻近涡轮外壳102和涡轮护罩130连接所在的第一区域120定位，冲击孔口106的第二部分118邻近涡轮外壳102和涡轮导叶220连接所在的第二区域122定位。
82.在一个示例性实施例中，本公开的涡轮外壳102使用精密铸造、先进机加工或其它传统制造机器或方法形成。在其它示例性实施例中，本公开的涡轮外壳102使用增材制造机器或方法形成。如下文详细所述，涡轮外壳102的形成的示例性实施例涉及使用增材制造机器或方法。如本文所使用，用语“增材制造”或“增材制造技术或过程”大体上是指其中相继
材料层设在彼此上以逐层“累积”三维构件的制造过程。相继层大体上熔合在一起来形成可具有多种一体式子构件的整体构件。
83.尽管本文将增材制造技术描述为允许复杂物体通过通常沿竖直方向逐点、逐层构建物体来制成，但其它制造方法是可能的，且在本主题的范围内。例如，尽管本文论述涉及材料的增材来形成相继层，但本领域的技术人员将认识到，本文公开的方法和结构可利用任何增材制造技术或制造技术来实施。例如，本发明的实施例可使用层增材过程、层减材过程或混合过程。
84.根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔融沉积成型（fdm）、选择性激光烧结（sls）、诸如通过喷墨和激光喷射的3d打印、立体光刻（sla）、直接选择性激光烧结（dsls）、电子束烧结（ebs）、电子束熔化（ebm）、激光工程净成形（lens）、激光净形制造（lnsm）、直接金属沉积（dmd）、数字光处理（dlp）、直接选择性激光熔化（dslm）、选择性激光熔化（slm）、直接金属激光熔化（dmlm）和其它已知的过程。
85.除了使用直接金属激光烧结（dmls）或直接金属激光熔化（dmlm）过程（其中使用能量源来选择性地烧结或熔化部分粉末层）之外，应当认识到，根据备选实施例，增材制造过程可为“粘合剂喷射”过程。在这方面，粘合剂喷射涉及以与上文所述类似的方式相继沉积增材粉末层。然而，代替使用能量源产生能量束以选择性地熔化或熔合增材粉末，粘合剂喷射涉及将液体粘合剂选择性地沉积在各个粉末层上。例如，液体粘合剂可为光可固化聚合物或另一种液体粘结剂。其它合适的增材制造方法和变型旨在处于本主题的范围内。
86.本文所述的增材制造过程可用于使用任何合适的材料形成本公开的涡轮外壳102。例如，材料可为塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光敏聚合物树脂，或可为固体、液体、粉末、片材、线或任何其它合适形式的任何其它合适的材料。更确切地说，根据本主题的示例性实施例，本文所述的增材制造构件可部分地、完全地或以一些组合由以下材料形成，包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢和镍或钴基超合金（例如，可从特殊金属公司获得的名称为inconel
®
的那些）。这些材料是合适用于本文所述的增材制造过程中的材料的示例，且可大体上称为“增材材料”。
87.此外，本领域的技术人员将认识到，用于粘结那些材料的多种材料和方法可使用，且构想为在本公开的范围内。如本文所使用，提到的“熔合”可指用于产生任何以上材料的粘结层的任何合适的过程。例如，如果物体由聚合物制成，则熔合可指产生聚合物材料之间的热固性粘结。如果物体为环氧树脂，则粘结可由交联过程形成。如果材料为陶瓷，则粘结可由烧结过程形成。如果材料为粉末金属，则粘结可由熔化或烧结过程形成。本领域的技术人员将认识到，通过增材制造来熔合材料以制造构件的其它方法是可能的，并且可用这些方法来实施当前公开的主题。
88.此外，本文公开的增材制造过程允许由多种材料形成单个一体式涡轮外壳102。因此，本文所述的构件可由以上材料的任何合适的混合物形成。例如，构件可包括使用不同材料、过程和/或在不同增材制造机器上形成的多个层、节段或部分。以此方式，可构造构件，其具有不同的材料和材料性质来满足任何具体应用的需求。此外，尽管本文所述的构件可完全由增材制造过程构造，但应当认识到，在备选实施例中，这些构件中的所有或一部分可经由铸造、机加工和/或任何其它合适的制造过程形成。实际上，材料和制造方法的任何合
适的组合可用于形成这些构件。
89.现在将描述示例性增材制造过程。增材制造过程使用本公开的涡轮外壳102的三维（3d）信息（例如三维计算机模型）来制造构件。因此，构件的三维设计模型可在制造之前限定。在这方面，可扫描构件的模型或原型来确定构件的三维信息。作为另一个示例，本公开的涡轮外壳102的模型可使用合适的计算机辅助设计（cad）程序来构造，以限定构件的三维设计模型。
90.设计模型可包括本公开的涡轮外壳102的整个构造（包括构件的外表面和内表面）的3d数字坐标。例如，设计模型可限定本体、表面和/或内部通路，如，开口、支承结构等。在一个示例性实施例中，三维设计模型转换成多个切片或节段，例如，沿构件的中心（例如，竖直）轴线或任何其它合适的轴线。各个切片可针对切片的预定高度限定构件的薄截面。多个相继截面切片一起形成3d构件。然后，构件逐切片或逐层“累积”，直到完成。
91.以此方式，本文所述的本公开的涡轮外壳102可使用增材过程来制造，或更确切地说，各个层是例如通过使用激光能量或热熔合或聚合物化塑料，或通过烧结或熔化金属粉末而相继地形成的。例如，特定类型的增材制造过程可使用能量束，例如，电子束，或电磁辐射，如激光束，以烧结或熔化粉末材料。可使用任何合适的激光和激光参数，包括相对于功率、激光束点尺寸和扫描速率的考虑。构建材料可由选择成用于增强强度、耐用性和使用寿命（特别是在高温下）的任何合适的粉末或材料形成。
92.例如，各个相继层可在约10μm到200μm之间，但厚度可基于任何数量的参数选择，且根据备选实施例，可为任何合适的尺寸。因此，利用上文所述的增材形成方法，本文所述的构件可具有与增材形成过程期间使用的相关联的粉末层的一个厚度（例如，10μm）一样薄的截面。
93.另外，利用增材过程，本公开的涡轮外壳102的表面光洁度和特征可取决于应用而按需要变化。例如，尤其是在对应于部分表面的截面层的外周中，表面光洁度可通过在增材过程期间选择合适的激光扫描参数（例如，激光功率、扫描速度、激光焦点尺寸等）来调整（例如，使得较光滑或较粗糙）。例如，较粗糙的光洁度可通过增大激光扫描速度或减小形成的熔池的尺寸来实现，且较光滑的光洁度可通过减小激光扫描速度或增大形成的熔池的尺寸来实现。也可改变扫描模式和/或激光功率以改变选定区域中的表面光洁度。
94.在本公开的涡轮外壳102的制造完成之后，可对构件应用各种后处理程序。例如，后处理程序可包括通过例如吹气或抽真空去除多余的粉末。其它后处理程序可包括应力消除过程。另外，可使用热后处理程序、机械后处理程序和/或化学后处理程序对零件进行精加工，以实现期望的强度、表面光洁度和其它构件特性或特征。
95.尽管本公开大体上不限于使用增材制造来形成本公开的涡轮外壳102，但增材制造确实提供了多种制造优势，包括易于制造、降低成本、更高准确度等。
96.而且，上述增材制造方法允许以非常高的精度形成具有本文所述的一体式冷却导管104的涡轮外壳102的更错综和复杂的形状和轮廓。例如，此构件可包括薄的增材制造层、截面特征和构件轮廓。此外，增材制造过程允许具有不同材料的单个一体式涡轮外壳102的制造，使得构件的不同部分可呈现出不同的性能特征。制造过程的相继增材性质允许这些新颖特征的构造。结果，使用本文所述的方法形成的本公开的涡轮外壳102可表现出改进的性能和可靠性。
97.在本公开的示例性方面中，提供了一种用于控制涡轮转子与定子之间的间隙的方法。该方法包括提供涡轮外壳，该涡轮外壳限定涡轮外壳内的一体式冷却导管，一体式冷却导管包括在涡轮外壳的内表面上的冲击孔口；导送冷却流体流通过一体式冷却导管；以及引导冷却流体流通过冲击孔口和涡轮外壳的外表面上的暖流排出孔口。
98.本发明的其它方面由以下条款的主题提供：1. 一种涡轮间隙控制系统，包括：冷却空气源；以及围绕涡轮的一部分的涡轮外壳，其中涡轮外壳限定涡轮外壳内的一体式冷却导管，一体式冷却导管包括在涡轮外壳的内表面上的孔口。
99.2. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中孔口的第一部分邻近涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域定位。
100.3. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中来自冷却空气源的第一冷却流体流引导通过涡轮外壳内的一体式冷却导管，并且通过孔口的第一部分而直接到达涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域。
101.4. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中孔口的第二部分邻近涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域定位。
102.5. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中来自冷却空气源的第二冷却流体流引导通过涡轮外壳内的一体式冷却导管，并且通过孔口的第二部分而直接到达涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域。
103.6. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中来自冷却空气源的第三冷却流体流引导通过涡轮外壳内的一体式冷却导管以冷却第三区域，该第三区域在涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域与涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域之间。
104.7. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中涡轮外壳进一步包括在涡轮外壳的外表面上的暖流排出孔口。
105.8. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中涡轮外壳限定涡轮外壳内的第一一体式冷却导管和涡轮外壳内的第二一体式冷却导管，第二一体式冷却导管与第一一体式冷却导管间隔开。
106.9. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中第一一体式冷却导管包括孔口的第一部分和孔口的第二部分，孔口的第一部分邻近涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域定位，孔口的第二部分邻近涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域定位；以及其中第二一体式冷却导管包括孔口的第一部分和孔口的第二部分，孔口的第一部分邻近涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域定位，孔口的第二部分邻近涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域定位。
107.10. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中涡轮外壳由增材制造过程形成。
108.11. 一种控制涡轮转子与定子之间的间隙的方法，该方法包括：提供涡轮外壳，该涡轮外壳限定涡轮外壳内的一体式冷却导管，一体式冷却导管包括在涡轮外壳的内表面上的孔口；导送冷却流体流通过一体式冷却导管；以及引导冷却流体流通过孔口。
109.12. 任何前述条款所述的方法，其中第一冷却流体流引导通过孔口的第一部分而直接到达涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域。
110.13. 任何前述条款所述的方法，其中第二冷却流体流引导通过孔口的第二部分而直接到达涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域。
111.14. 任何前述条款所述的方法，其中第三冷却流体流引导通过涡轮外壳内的一体式冷却导管以冷却第三区域，该第三区域在涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域与涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域之间。
112.15. 任何前述条款所述的方法，进一步包括：从孔口并通过涡轮外壳的外表面上的暖流排出孔口引导冷却流体流。
113.16. 任何前述条款所述的方法，其中涡轮外壳限定涡轮外壳内的第一一体式冷却导管和涡轮外壳内的第二一体式冷却导管，第二一体式冷却导管与第一一体式冷却导管间隔开；以及其中第一一体式冷却导管包括冲击孔口的第一部分和冲击孔口的第二部分，并且第二一体式冷却导管包括冲击孔口的第一部分和冲击孔口的第二部分。
114.17. 任何前述条款所述的方法，其中涡轮外壳由增材制造过程形成。
115.18. 任何前述条款所述的方法，其中涡轮外壳限定任何数量的间隔开的冷却导管。
116.19. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中任何一体式冷却导管包括冲击孔口的第一部分和冲击孔口的第二部分，冲击孔口的第一部分邻近涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域定位，冲击孔口的第二部分邻近涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域定位。
117.20. 任何前述条款所述的涡轮间隙控制系统，其中来自冷却空气源的冷却流体还用于在第三区域中冷却外壳，第三区域在涡轮外壳和涡轮护罩连接所在的第一区域与涡轮外壳和涡轮导叶连接所在的第二区域之间。
118.本书面描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，且还允许本领域的任何技术人员实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它示例旨在处于权利要求书的范围内。
119.尽管本公开已经描述为具有示例性设计，但是本公开可在本公开的精神和范围内进一步修改。因此，本技术旨在覆盖使用其一般原理的本公开的任何改型、用途或改变。此外，本技术旨在覆盖如在本公开所属领域的已知或惯例实施内并且落入所附权利要求书的限制内的与本公开的此类偏离。