经由独立冷却回路进行的冷却剂递送的制作方法

经由独立冷却回路进行的冷却剂递送
1.关于联邦资助的研究或开发的声明
2.本发明是在政府支持下在美国能源部授予的合同de-fe0031611下完成的。政府拥有某些权利。


背景技术：

3.本公开总体上涉及涡轮系统，并且更具体地涉及冷却流体经由独立冷却回路到气体涡轮系统的部件的递送。
4.气体涡轮系统是广泛用于诸如发电的领域的涡轮机的一个示例。常规气体涡轮系统通常包括压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段。在气体涡轮系统的操作期间，系统中的各种部件诸如涡轮桨片、喷嘴翼型件和护罩段经受高温气流，这可能导致部件失效。由于较高温度的气流通常导致气体涡轮系统的性能、效率和功率输出增加，因此有利的是冷却经受高温气流以允许气体涡轮系统在升高的温度下操作的部件并延长气体涡轮系统的部件的寿命。
5.通常通过引导冷却流体流通过在气体涡轮系统的部件中形成的内部通道来提供冷却(例如，对流冷却、冲击冷却等)。在许多情况下，冷却流体通过泄放由气体涡轮系统的压缩机区段排放的空气的一部分来提供。
6.热障涂层(tbc)通常应用于气体涡轮系统的部件以提供保护性热屏蔽、防止由于高温引起的损坏并通过减少氧化和热疲劳来延长部件寿命。tbc的剥落是气体涡轮系统中的常见问题。当tbc剥落时，tbc的部分可能断裂并脱离部件，从而将下面的表面暴露于高温和损坏(例如，壁缺口)。


技术实现要素：

7.本公开的一个方面涉及一种用于将冷却流体流选择性地递送到气体涡轮系统的部件的冷却递送系统，该冷却递送系统包括：嵌入在该部件的外壁内的多个独立冷却通道回路，每个独立冷却通道回路包括多个集管和多个进料管，该多个进料管将该多个集管流体联接到冷却流体供应源；和冲击板，该冲击板通过该独立冷却通道回路的该多个进料管连接到该部件的该外壁，其中，在该多个独立冷却通道回路中的每个独立冷却通道回路中，该冷却流体仅响应于在该部件的该外壁中形成缺口而流过该多个进料管和该多个集管进入该冷却通道回路，该缺口暴露该冷却通道回路的该冷却通道中的至少一个冷却通道。
8.本公开的另一个方面涉及一种气体涡轮系统，该气体涡轮系统包括：气体涡轮系统的部件；以及用于该部件的冷却系统，该冷却系统包括：嵌入在该部件的外壁内的多个独立冷却通道回路，每个独立冷却通道回路包括多个集管和多个进料管，该多个进料管将该多个集管流体联接到冷却流体供应源；和冲击板，该冲击板通过该多个独立冷却通道回路的该多个进料管连接到该部件的该外壁，其中，在该多个独立冷却通道回路中的每个独立冷却通道回路中，该冷却流体仅响应于在该部件的该外壁中形成缺口而流过该多个进料管和该多个集管进入该冷却通道回路，该缺口暴露该冷却通道回路的该冷却通道中的至少一
个冷却通道。
9.本公开的另一方面涉及一种用于减少对气体涡轮系统的部件的剥落相关损坏的方法，该方法包括：将多个独立冷却通道回路嵌入在该部件的外壁的区段内，其中该多个冷却通道回路中的每个冷却通道回路的该冷却通道是非线性的、交织的，并且在该部件的该外壁内单向延伸；以及仅响应于暴露该多个冷却通道回路中的至少一个冷却通道回路的一部分的壁缺口，将冷却流体流引导到该多个冷却通道回路中的该至少一个冷却通道回路中。
10.本公开的例示性方面解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
11.从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征。
12.图1描绘了根据实施方案的气体涡轮系统的示意图。
13.图2描绘了根据实施方案的气体涡轮系统的涡轮区段的一部分的侧视图。
14.图3描绘了根据实施方案的涡轮桨片的透视图。
15.图4a和图4b分别描绘了在形成壁缺口之前和之后的冲击冷却的示例。
16.图5描绘了根据实施方案的从部件的内部向外看时的气体涡轮系统的部件中的独立冷却回路。
17.图6描绘了根据实施方案的从部件的外部向内看时的图5的独立冷却回路。
18.图7描绘了根据实施方案的图6的独立冷却回路，其中外壁的一部分被去除以示出冷却通道互连回路。
19.图8描绘了根据实施方案的图5的独立冷却回路的另一视图，其中部件的外壁的一部分被去除。
20.图9描绘了根据实施方案的图5的独立冷却回路的剖视图。
21.图10描绘了根据实施方案的在部分或完全外壁缺口形成之后图5的独立冷却回路的操作。
22.图11描绘了根据附加实施方案的气体涡轮系统的部件中的独立冷却回路。
23.图12描绘了根据附加实施方案的图11的独立冷却回路的剖视图。
24.图13描绘了根据附加实施方案的图11的独立冷却回路的另一视图。
25.图14描绘了根据附加实施方案的图11的独立冷却回路的另一视图。
26.图15描绘了根据又一实施方案的独立冷却回路。
27.图16描绘了根据实施方案的增材制造工艺的框图，
28.该增材制造工艺包括存储代表物件的代码的非暂态计算机可读存储介质。
29.图17和图18描绘了根据实施方案的用于气体涡轮系统的部件的增材制造的壁试样块。
30.图19和图20描绘了根据实施方案的具有粉末去除开口的增材制造的壁试样块。
31.应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
32.现在将详细参考附图中例示的代表性实施方案。应当理解，以下描述并非旨在将实施方案限于一个优选的实施方案。相反，旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的所述的实施方案的实质和范围内的另选方案、修改和等同物。
33.首先，为了清楚地描述当前公开，当引用和描述本公开范围内的相关机器部件时，将有必要选择某些术语。在这样做时，如果可能的话，通用的行业术语将以与其接受含义一致的方式进行使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本技术的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定部件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个部件并且在另一个上下文中被引用为由多个部件组成。另选地，本文中可描述为包括多个部件的物体可在别处称为单个零件。
34.此外，本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语应当证明是有帮助的。除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。如本文所用，“下游”和“上游”是指示相对于流体流动的方向的术语，诸如通过涡轮引擎的工作流体，或者例如通过燃烧器的空气流或通过涡轮机的部件系统之一的冷却剂。术语“下游”对应于流体流动方向，并且术语“上游”是指与流动相反的方向。在没有任何另外的特殊性的情况下，术语“前”和“后”是指方向，其中“前”是指引擎的前端或压缩机端，并且“后”是指引擎的后端或涡轮机端。另外，术语“前面”和“后面”可以分别使用和/或理解为在描述上类似于术语“前”和“后”。通常，需要描述处于不同径向、轴向和/或周向位置的零件。“a”轴线表示轴向取向。如本文所用，术语“轴向”和/或“轴向地”是指物件沿着轴线a的相对位置/方向，该轴线基本上平行于气体涡轮系统(特别是转子区段)的旋转轴线。如本文进一步使用的，术语“径向”和/或“径向地”是指物体沿着方向“r”的相对位置/方向(参见图1)，该方向基本上垂直于轴线a并仅在一个位置处与轴线a相交。最后，术语“周向”是指围绕轴线a的移动或位置(例如，方向“c”)。
35.在各种实施方案中，被描述为彼此“流体联接”或“流体连通”的部件可沿着一个或多个接口接合。在一些实施方案中，这些接口可以包括不同部件之间的接合部，并且在其他情况下，这些接口可以包括牢固和/或整体形成的互连。也就是说，在一些情况下，可以同时形成彼此“联接”的部件以限定单个连续构件。然而，在其他实施方案中，这些联接的部件可以形成为单独的构件，并且随后通过已知的工艺(例如，紧固、超声焊接、粘结)接合。
36.在元件或层被称为“位于另一元件上”、“接合到另一元件”、“连接到另一元件”或“联接到另一元件”的情况下，它可直接位于另一元件上、接合到另一元件、连接到另一元件或联接到另一元件，或者可存在居间元件。相比之下，在元件被称为“直接位于另一元件上”、“直接接合到另一元件”、“直接连接到另一元件”或“直接联接到另一元件”的情况下，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似方式解释(例如，“在
……
之间”与“直接在
……
之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
37.图1示出了根据各种实施方案的气体涡轮系统10的示意图。如图所示，气体涡轮系统10包括压缩机区段12，该压缩机区段用于压缩进入的空气流14并且用于将压缩空气流16递送到燃烧器区段18。燃烧器区段18将压缩空气流16与加压的燃料供应20混合并点燃混合
物以形成燃烧气体流22。虽然仅示出了单个燃烧器区段18，但气体涡轮系统10可包括任何数量的燃烧器区段18。燃烧气体流22继而被递送到涡轮区段24。燃烧气体流22驱动涡轮区段24以产生机械功。涡轮区段24中产生的机械功经由轴26驱动压缩机区段12并且可用于驱动外部负载28(诸如发电机等)。
38.图2描绘了气体涡轮系统的涡轮区段24的一部分的侧视图，包括位于涡轮区段24的壳体38内的涡轮桨片32(示出一个)的至少一个级30和喷嘴36(示出一个)的至少一个级34。涡轮桨片32的每个级30包括多个涡轮桨片32，这些涡轮桨片联接到转子26并围绕该转子周向定位，并且由燃烧气体22驱动。喷嘴36的每个级34包括多个喷嘴36，这些喷嘴联接到涡轮区段24的壳体38上并围绕该涡轮壳体周向定位。在图2所示的实施方案中，每个喷嘴36包括定位在外平台42与内平台44之间的翼型件40。
39.类似于喷嘴36，涡轮区段24的每个涡轮桨片32包括从转子26径向延伸的翼型件46。每个翼型件46包括末端部分48和与末端部分48相对定位的平台50。
40.涡轮桨片32和喷嘴36可在壳体38内彼此相邻轴向地定位。在图2中，例如，喷嘴36被示出为轴向定位成与涡轮桨片32相邻并且在该涡轮桨片下游。涡轮区段24可包括涡轮桨片32的多个级30和喷嘴36的多个级34，这些级轴向地定位在整个壳体38中。
41.气体涡轮系统10的涡轮区段24可包括轴向地定位在整个壳体38中的护罩54的多个级52(在图2中示出一个级)。在图2中，例如，护罩54的级52被示出为径向定位成与涡轮级桨片32的级30相邻并且基本上围绕或环绕该级。护罩54的级52也可轴向地定位成与喷嘴36的级34相邻和/或在其上游。此外，护罩54的级52可定位在位于涡轮桨片32的级30的相对侧上的喷嘴36的两个相邻级34之间。护罩54的级52可使用一组延伸部56围绕涡轮区段24的壳体38联接，每个延伸部包括被配置为接纳护罩54的对应区段的开口58。
42.转到图3，示出了涡轮桨片32的透视图。涡轮桨片32包括柄60；平台50，该平台径向地位于平台50上方；以及翼型件46，该翼型件联接到该平台50并从该平台径向向外延伸。翼型件46包括压力侧62、相对的抽吸侧64和末端部分48。翼型件46还包括前缘68，该前缘在压力侧62与抽吸侧64之间；以及后缘70，该后缘在压力侧62与抽吸侧64之间，在与前缘68相对的一侧上。
43.气体涡轮系统的许多部件(例如，涡轮桨片、喷嘴、护罩等)可以在操作期间通过引导固定冷却流体供应源通过在这些部件中形成的内部通道来冷却。在许多情况下，冷却流体是通过泄放由气体涡轮系统的压缩机区段排放的固定空气供应源来提供的。
44.许多不同的内部冷却方法可用于冷却气体涡轮系统的部件，包括例如对流冷却、膜冷却和冲击冷却。对流冷却通过使冷却流体流穿过部件内部的通道而工作。热量通过传导通过部件传递，并且然后传递到流过部件的冷却流体。关于膜冷却，经由穿过部件的外壁形成的小孔将冷却流体排放到部件的外表面。冷却流体沿着部件的外表面提供薄的、冷却的绝缘毯。冲击冷却(对流冷却的变型)通过引导较高速度的冷却流体流抵靠部件的内表面而工作。这允许通过对流传递比常规对流冷却更多的热量。冲击冷却通常用于部件的暴露于高热负载的区域(例如，涡轮桨片的前缘)中。
45.如果缺口在气体涡轮系统的部件的一部分中形成(例如，由于tbc剥落或其他损坏)并且暴露任何内部冷却通道，则固定冷却流体供应源中的一些固定冷却流体供应源可以从暴露的内部冷却通道穿过缺口流出部件。这减少了可用于部件的固定冷却流体供应源
的剩余量，从而降低了冷却有效性，并且可能导致部件故障。图4a和图4b中描绘了这种壁缺口的示例。
46.图4a描绘了气体涡轮系统(例如，气体涡轮系统10，图1)的部件80中的冲击冷却的示例。如图所示，冷却流体供应源82被引导成穿过在冲击板90中形成的多个开口88抵靠部件80的外壁86的内表面84。部件80的外壁86的外表面92暴露于热气流94。图4b描绘了具有延伸穿过外壁86的缺口96的部件80。如图所示，冷却流体82的一部分穿过缺口96而经过部件80的外壁86逸出，减少了对部件80的可用冷却，从而导致损坏扩散并且可能导致部件故障。
47.根据实施方案，提供独立冷却回路以响应于部分或完全壁缺口，将附加的独立冷却流体供应源递送到气体涡轮系统的部件。部件可以包括例如涡轮桨片、喷嘴翼型件、护罩区段、燃烧衬里、或可能需要在气体涡轮系统的操作期间冷却的其他部件。至少一个冷却通道互连回路可以嵌入在部件的外壁内。多个冷却剂进料通道设置在部件内(例如，在冲击板或插入件内/上、在内壁内/上，和/或等等)。多个进料管将冷却剂进料通道与嵌入在部件的外壁内的每个冷却通道互连回路流体联接。在正常操作(例如，部件的外壁中不存在部分或完全缺口)期间，冷却流体不流过独立冷却回路，因为冷却流体没有出口。然而，当部分或完全壁缺口出现并且暴露嵌入在部件的外壁内的冷却通道互连回路的至少一部分时，产生流动路径，该流动路径允许冷却流体供应源通过独立冷却系统流向受影响的区域。由此附加的独立冷却流体流提供的冷却可以在表面损坏已经发生后延长部件的寿命(例如，减少/防止缺口区域中的附加剥落)，而不会影响部件内的基线冷却有效性(例如，冲击冷却)。
48.根据实施方案的用于气体涡轮系统10的部件102的独立冷却回路100的第一实施方案(图1)在图5至图10中示出。部件102可包括气体涡轮系统10的任何可能需要冷却的部件，包括但不限于涡轮桨片、喷嘴翼型件、护罩区段、燃烧衬里等。在此示例中，冲击冷却布置104用于冷却部件102的外壁106。例如，为了提供冲击冷却，可以在气体涡轮系统10的操作期间将冷却流体108的供应源引导到部件102的内腔110中。冷却流体108的供应源可以例如通过泄放由气体涡轮系统10的压缩机区段12(图1)排放的空气来提供。冷却流体108从内腔110流动穿过在冲击板114中形成的多个冲击孔112，进入冲击腔118，并抵靠部件102的外壁106的内表面116。在抵靠外壁106的内表面116进行冲击之后，可将冷却流体108从冲击腔118引导到部件102的一个或多个内部/外部区域(例如，用于膜冷却)。尽管在此实施方案和其他实施方案中结合冲击冷却进行描述，但是独立冷却回路100可以与其他冷却布置(例如，对流冷却等)一起使用。
49.图5至图10(同时提及)中描绘的独立冷却回路100包括多个冷却剂进料通道120(尽管取决于应用并不总是需要)；多个进料管122，该多个进料管将冲击板114连接到外壁106；和冷却通道126的互连回路124(图7至图10)，该冷却通道互连回路嵌入在部件102的外壁106内。冷却通道126的互连回路124被完全包封在部件102的外壁106内，使得冷却通道126中没有一个冷却通道延伸到外壁106的外表面132(例如，热气表面)或在其处暴露。冷却剂进料通道120可附接至冲击板114，形成为冲击板114中的一部分或在该冲击板内，或以任何其他合适的方式提供。根据实施方案，进料管122的标称位置可以是交叉点130之间的中间，以确保在交叉点130处最可能出现的缺口处的冷却剂进料。在其他实施方案中，进料管122可以位于交叉点130处或附近。
50.这些冷却剂进料通道120中的每个冷却剂进料通道经由冲击板114中的多个开口121和多个进料管122流体联接到冷却通道126的互连回路124。冷却剂进料通道120各自流体联接到冷却流体128的加压供应源，该冷却流体的加压供应源独立于提供给冲击冷却布置104的冷却流体108的供应源。冷却流体128的供应源可以通过泄放由气体涡轮系统10的压缩机区段12排放的空气供应源或以任何其他合适的方式(例如，由除气体涡轮系统10的压缩机区段12之外的源提供的压缩空气源)来提供。冷却通道126的互连回路124不包括用于冷却流体128的出口。如果需要的话，冷却剂进料通道120还可包括给每个进料管122进料的单独通道。在其他实施方案中，冷却剂进料通道120可以与外壁106成一体。
51.在图5至图10所示的实施方案中，互连回路124的冷却通道126可以(例如，在平面配置中)以与外壁106的外表面132大致相同的距离嵌入部件102的外壁106内。此外，进料管122可延伸进入外壁106中达距互连回路124的冷却通道126大致相同的距离。可以提供多个交叉点130以使互连回路124的所有冷却通道126流体地互连。冷却通道126可以在外壁106内以网格状图案(例如，矩形栅格)布置，并且可以在进料管122之间和/或交叉点130之间线性地延伸。
52.在其他实施方案中，互连回路124的冷却通道126(或其部分)可以嵌入在外壁106内与外壁106的外表面132相距不同距离处。这可能需要进料管122延伸到外壁106内达距互连回路124的冷却通道126不同距离。此外，在其他实施方案中，可以使用多个独立冷却通道回路，而不是使用单个加压冷却流体供应源和单个冷却通道互连回路。单个加压冷却流体供应源可以流体联接到所有的冷却通道回路，或者可以使用多个单独的加压冷却流体供应源，每个供应源流体联接到冷却通道回路中的一个或多个冷却通道回路。在不使用冷却进料通道120的实施方案中，预冲击冷却流体108可以穿过多个进料管122进料到冷却通道126的互连回路124中。
53.再次参见图5至图10，在正常操作(例如，在部件102的外壁106中不存在部分或完全缺口)期间，没有冷却流体128的流穿过独立冷却回路100，因为冷却通道126的互连回路124嵌入并完全包封在外壁106内并且不包括用于冷却流体128的出口。然而，如图10所示，响应于部件102的外壁106中的部分或全壁缺口96的形成，部件102的外壁106中的冷却通道126的至少一部分可变为暴露的，从而为冷却流体128提供出口。在这种程度上，冷却流体128现在可以流过由壁缺口96暴露的冷却通道126。具体地，冷却流体128可以穿过冷却剂进料通道120、多个进料管122和互连回路124的冷却通道126流向和离开由壁缺口96暴露的冷却通道126。冷却流体128最终从缺口96中暴露的冷却通道126流出到部件102的外部。通常，冷却流体128的流率在最靠近缺口96的通道中增加。冷却流体128流在与壁缺口96相邻的区域中提供对部件102的附加冷却，这独立于由冲击冷却布置104提供的任何冷却。由冷却流体128提供的附加冷却可以例如在缺口96的区域中减少附加剥落或防止附加剥落发生。这可以防止缺口96大小增加并且可以延长部件102的操作寿命。
54.独立冷却系统100包括冷却流体128的单个加压供应源、多个冷却剂进料通道120、连接冷却通道126的互连回路124的多个交叉点130，以及多个进料管122。图11至图14(同时提及)描绘了独立冷却回路200的另一实施方案。独立冷却回路200包括多个(例如，在该示例中为两个)独立的单向交织回路202、204。
55.回路202包括多个集管206，流体联接到每个集管206并将冲击板114连接到外壁
106的多个进料管208，以及在集管206之间延伸并流体联接到集管的多个冷却通道210。类似地，回路204包括多个集管212，流体联接到每个集管212并将冲击板114连接到外壁106的多个进料管214，以及在集管212之间延伸并流体联接到集管的多个冷却通道216。
56.冷却通道210、216及其集管206、212嵌入在气体涡轮系统10的部件102的外壁106内(图1)，并在外壁106内沿箭头a所示的相同方向延伸(图14)。冷却通道210、216的回路202、204中的每个回路完全包封在部件102的外壁106内，使得冷却通道210、216中没有一个冷却通道延伸到部件102的外壁106的外表面132或在该外表面处暴露。
57.与上文关于图5至图10所描述的在进料管122之间和/或交叉点130之间线性地延伸的互连回路124的冷却通道126不同，独立冷却回路200的回路202、204中的冷却通道210、216可以具有非线性配置(例如，如所示的之字形配置、正弦曲线配置等)。例如，如图11至图14所描绘，回路202中的冷却通道210可以在外壁106内在集管206之间以之字形方式延伸和编织，同时绕过回路204的集管212。类似地，回路204中的冷却通道216可以在外壁106内在集管212之间以之字形方式(平行于冷却通道210)延伸和编织，同时绕过回路202的集管206。在这种程度上，如图14中最清楚地示出，回路202的冷却通道210和回路204的冷却通道216在部件102的外壁206内形成冷却通道210、216的织构218。此外，如图12中最清楚地示出，冷却通道210、216与外壁106的外表面132之间的距离在外壁106内并且沿着该外壁变化。
58.根据实施方案，冷却流体220、222的供应源可经由进料管208、214分别提供到独立冷却回路200的回路202、204。冷却流体220、222的供应源可以是彼此独立的，并且可以由一个或多个不同的冷却流体源提供(例如，通过泄放由气体涡轮系统10的压缩机区段12排出的空气的不同部分，通过重复使用冷却流体108等)。冷却流体220、222可以直接提供给进料管208、214(例如，从部件102的内腔110(图5))，或者可以经由相应的冷却剂进料通道224、226的组提供(在图11中仅以虚线示出了其中一个)。冷却剂进料通道224、226(如果使用的话)可以附接到部件102中的冲击板114，形成为冲击板114的一部分或形成在该冲击板内，或以任何其他合适的方式提供。冷却通道210、216的回路202、204都不包括用于冷却流体220、222的供应源的出口。
59.如在图5至图10所示的实施方案中，可以提供冲击冷却系统104以冷却部件102的外壁106。为了提供冲击冷却，在气体涡轮系统10的操作期间将冷却流体108的供应源引导到部件102的内腔110中(参见例如，图5)。冷却流体108从内腔110流动穿过(例如，在冲击板114中形成的)多个冲击孔112，进入冲击腔118，并抵靠部件102的外壁106的内表面116。
60.在正常操作(例如，在部件102的外壁106中不存在部分或完全缺口)期间，不存在通过独立冷却回路200的冷却通道210、216的回路202、204中的任一个回路的冷却流体220、222的流动，因为冷却通道210、216的回路202、204嵌入并完全包封在外壁106内，并且不包括用于冷却流体220、222的出口。
61.当部分或完全壁缺口96(参见例如图10)出现在外壁106中时，部件102的外壁106中的冷却通道210、216中的一个或多个冷却通道的至少一部分可变为暴露的。回路202中的冷却通道210中的一个或多个冷却通道的暴露产生冷却流体220的出口。因此，冷却流体220现在可以流过进料管208和集管206进入冷却通道210，流向(和离开)由壁缺口96暴露的冷却通道210。类似地，回路204中的冷却通道216中的一个或多个冷却通道的暴露产生冷却流
体222的出口。冷却流体222现在可以流过进料管214和集管212进入冷却通道216，流向(和离开)由壁缺口96暴露的冷却通道216。冷却流体220将仅响应于冷却通道210中的一个或多个冷却通道的暴露而流过冷却通道210的回路202。同样，冷却流体222将仅响应于冷却通道216中的一个或多个冷却通道的暴露而流过冷却通道216的回路204。在这种程度上，冷却通道210、216的回路202、204中的一个或两个回路可根据哪个(些)冷却通道210、216已经被壁缺口96暴露而激活。
62.冷却流体220和/或222经由独立冷却回路200的流动在与壁缺口96相邻的区域中提供对部件102的附加冷却，这独立于由冲击冷却布置104提供的任何冷却。由冷却流体220和/或222提供的附加冷却可以例如在缺口96的区域中减少附加剥落或防止附加剥落发生。这可以防止缺口96大小增加并且可以延长部件102的操作寿命。
63.多个独立回路202、204的使用和冷却通道210、216的非线性配置在部件102的外壁106内提供较长的流动路径，这可以增强至冷却流体220、222的热传递，并增强独立冷却回路200的冷却有效性。另外，响应于较浅/较小的缺口96的形成，定位为更靠近部件102的外壁106的外表面132的冷却通道210、216的部分可变为暴露的。因此，独立冷却回路200可比响应于具有平面配置的独立冷却回路100更快地响应于剥落事件而激活。
64.比较图14和图8，可以看出，独立冷却回路200可以在部件102的外壁106中提供比独立冷却回路100更高密度的冷却通道210、216(例如，由于回路202、204的编织配置)。更高的密度可以提高独立冷却回路200的冷却有效性。
65.在独立冷却回路100、200中，冷却流体的供应源可以独立于冷却流体的主供应源(例如，用于冲击冷却的冷却流体108的供应源)而提供，以限制在大面积的冷却通道由于剥落事件而变为暴露的情况下回流余量(bfm)的任何减小。bfm被定义为气体涡轮系统10的部件102内部的冷却流体的压力与部件102外部的燃烧气体22(图1)的局部压力之间的差。然而，在包括冷却通道210、216的多个独立回路202、204的独立冷却回路200中，可以根据应用使用冷却流体源的组合。例如，冷却通道210、216的回路202、204中的一个回路可以通过从压缩机区段112泄放压缩空气来供给，而冷却通道210、216的回路202、204中的另一个回路可以重复使用来自部件102中的主冷却回路的冷却流体(例如，用于冲击冷却布置104中的冲击冷却的冷却流体108)，或此类源的一些组合。在这种情况下，剥落事件可允许主冷却回路中的额外冷却，同时限制bfm的减小。
66.图15示出了图11至图14所描绘的独立冷却回路200的修改，其利用了冷却流体源的组合。图15中的独立冷却回路300类似于前述独立冷却回路200而操作。特别地，冷却通道210的回路202经由进料管208流体联接到冷却流体220的供应源并且如上所述地操作。然而，与独立冷却回路200中不同，独立冷却回路300中的冷却通道216的回路204经由形成在部件102的外壁106中的多个开口302流体联接到冲击腔118(并因此联接到冷却流体108的供应源)。当外壁106中的壁缺口96暴露冷却通道216中的一个或多个冷却通道的至少一部分时，冷却流体108现在可以从冲击腔118流过开口302进入冷却通道216的回路204，流向(和离开)由壁缺口96暴露的冷却通道216。这样，用于冲击冷却的冷却流体108被独立冷却回路300重复使用。
67.本公开的独立冷却回路100、200、300的各种部件和特征可使用增材制造工艺形成。有利地，增材制造使得能够设计和生产更可定制且复杂的特征结构。
68.如本文所用，增材制造可包括通过对材料进行连续分层而不是移除材料(在常规工艺的情况下是移除材料)来生产物件的任何工艺。增材制造可形成复杂的几何形状，而无需使用任何种类的工具、模具或夹具，并且很少浪费或不浪费材料。并非由实心塑料或金属坯体(其中许多被切削掉并被抛弃)对部件进行机加工，增材制造中使用的仅有材料是使零件成形所需的材料。增材制造工艺可包括但不限于：3d打印、快速成型(rp)、直接数字制造(ddm)、粘结剂喷射、选择性激光熔融(slm)和直接金属激光熔融(dmlm)。在当前设置中，已发现dmlm或slm是有利的。
69.为了示出增材制造工艺的示例，图16示出了用于生成物体402的例示性计算机化增材制造系统400的示意图/框图。在该示例中，该系统400被布置用于dmlm，但是应理解，本公开的一般教导内容同样适用于其他形式的增材制造。am系统400通常包括计算机化增材制造(am)控制系统404和am打印机406。am系统400执行代码420，该代码包括限定物件402的一组计算机可执行指令，以使用am打印机406物理地生成物件402。每个am工艺可使用呈例如细粒粉末、液体(例如聚合物)、片等形式的不同原材料，该原材料的原液可保持在am打印机406的室410中。根据实施方案，物件402可由能够承受气体涡轮系统10(参见图1)的环境的金属或金属化合物制成。如图所示，涂敷器412可形成原材料414的薄层，其作为am打印机406的构造板444上的空白画布铺展开，将根据该空白画布形成最终物件的每个连续切片。在其他情况下，涂敷器412可将下一层直接施加或打印到如代码420定义的前一层上。在所示的示例中，如由代码420所限定，激光或电子束熔融每个切片的颗粒。am打印机406的各种零件可移动以适应每个新层的添加，例如，每个层之后，构建平台418可降低，并且/或者室410和/或涂敷器412可升高。
70.am控制系统404被示出为在计算机430上实现为计算机程序代码。在这种程度上，计算机430被示出为包括存储器432、处理器434、输入/输出(i/o)接口436以及总线438。此外，计算机430被示出与外部i/o设备/资源440和存储系统442通信。通常，处理器434在来自代表物件402的代码420的指令下执行存储在存储器432和/或存储系统442中的计算机程序代码，诸如am控制系统404。
71.增材制造工艺以存储代表物件402的代码420的非暂态计算机可读存储介质(例如，存储器432、存储系统442等)开始。例如，代码420可包括物件402的精确限定的3d模型，并且可以由多种众所周知的计算机辅助设计(cad)软件系统中的任何cad软件生成。am控制系统404执行代码420，将物件402分成在连续的液体、粉末、片材或其他材料层中使用am打印机406组装的一系列薄片。
72.可以使用增材制造(am)工艺(例如，使用am系统400，图16)来产生气体涡轮系统10的各种部件(图1)或此类部件的各部分。例如，包括冷却通道互连回路的部件的外壁的至少一部分可以经由am工艺产生。
73.在图17中，例如，已经经由am工艺产生了(例如，打印了)图5至图10中描绘的部件102的壁试样块500。壁试样块500包括部件102的外壁106的区段502。冷却通道126的互连回路124的至少一部分嵌入在壁区段502内。壁试样块500还包括多个进料管122，该多个进料管流体联接到冷却通道126。在这种程度上，壁试样块500形成如上所述的独立冷却回路100的一部分。根据其他实施方案，壁试样块500可形成有嵌入其中的冷却通道210、216的互连回路202、204的至少一部分。
74.根据实施方案，壁试样块500可以经由am工艺产生成任何大小，并且可以附接至部件102的另一区段504以形成独立冷却回路100的至少一部分(参见例如，图18)。部件102的区段504可以以常规方式(例如，机械加工、浇铸等)形成，或可使用am工艺形成。应当注意的是，壁试样块500可被配置为用于本文所述的独立冷却回路100、200、300中的任何独立冷却回路中。附接可以例如使用钎焊、熔焊或其他合适的金属接合工艺来实现。图18描绘了壁试样块500，该壁试样附接(例如，经由钎焊/熔焊)至部件102的冲击板114以形成独立冷却回路100的至少一部分。在其他实施方案中，图18中描绘的整个冷却结构可以使用am工艺形成，并且可以附接至气体涡轮系统10的部件102的一部分。
75.使用am打印壁试样块500形成的独立冷却回路100可以策略性地设置在气体涡轮系统10的部件102的那些可能遭受剥落的区域中。这可以例如在不必使用am工艺产生整个部件102的情况下进行。此外，使用am打印壁试样块500形成的独立冷却回路100可以被改造到气体涡轮系统10的现有部件102中，以修复先前被剥落损坏的区域和/或选择性地向如上所述的部件102的经受剥落的区域提供增强的冷却。
76.当使用am工艺产生独立冷却回路100、200、300(或其部分)时，多余粉末的去除可能成为问题。由于独立冷却回路100、200、300不具有用于冷却流体128的出口(例如，回路是故意闭端的)，因此不存在使用强制空气来尝试去除过量粉末的简易方式。
77.根据实施方案，如图19和图20所描绘并参考使用am工艺产生的壁试样块500(图17和图18)所描述，可以在壁试样块500的外壁区段502中提供多个用于粉末去除的小开口600(例如，在am工艺期间形成)。在图19和图20中，例如，开口600被示出为从独立冷却回路100的冷却通道126的互连回路124延伸穿过外壁区段502到达壁试样块500的外表面132。
78.开口600提供可用于去除多余粉末的出口。可以例如使用振动或通过迫使空气进入冷却通道126的互连回路124并通过开口600离开来去除粉末。在粉末去除之后，可以以任何合适的方式(例如，用金属、密封剂等填充)填充/密封开口600以关闭独立冷却回路100。开口600可以在壁试样块500的外表面132上施加tbc涂层之前填充/密封，或者简单地由tbc涂层本身密封。在一些情况下，在冷却通道126的互连回路124中的任何互连回路由于缺口的形成而被暴露之前，剥落事件可能解封密封开口600中的一些开口。然后，冷却流体128可以经由独立冷却回路100流向和离开解封的开口600，从而提供即时的冷却益处。
79.本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
80.本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。