本發(fā)明總體上涉及冷卻旋轉(zhuǎn)部件，并且更具體地涉及渦輪機(jī)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)部件、形成旋轉(zhuǎn)部件的方法和蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

蒸汽渦輪機(jī)從蒸汽的流動(dòng)中提取功以發(fā)電。典型的蒸汽渦輪機(jī)可以包括與多個(gè)葉輪關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子。葉輪可以沿著轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度彼此間隔開(kāi)并且限定一系列渦輪機(jī)級(jí)。渦輪機(jī)級(jí)設(shè)計(jì)成以高效方式從在從渦輪機(jī)的入口到出口的流動(dòng)路徑上行進(jìn)的蒸汽提取有用功。當(dāng)蒸汽沿著流動(dòng)路徑行進(jìn)時(shí)，蒸汽導(dǎo)致葉輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。蒸汽可以逐漸膨脹并且蒸汽的溫度和壓力可以逐漸減小。蒸汽然后可以從渦輪機(jī)的出口排出以便再使用或以另外方式使用。更高溫度的蒸汽渦輪機(jī)可以生成增加的輸出，原因是蒸汽的增加溫度使可用于提取的總能量增加。

一般而言，典型的蒸汽渦輪機(jī)可以包括高壓部段、中壓部段和低壓部段。部段可以串聯(lián)布置，每個(gè)部段包括任何數(shù)量的級(jí)。在部段內(nèi)，從蒸汽提取功以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。在部段之間，蒸汽可以被再加熱以便在下一部段中做功。高壓部段和中壓部段可以在較高溫度下操作從而增加總蒸汽渦輪機(jī)輸出。

高級(jí)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組(advanced combined-cycle power plants)依賴于更高蒸汽溫度從而以峰值效率操作。然而，暴露于更高蒸汽溫度減小轉(zhuǎn)子壽命。已知設(shè)計(jì)方案關(guān)注葉片和轉(zhuǎn)子材料和/或幾何形狀，蒸汽渦輪機(jī)操作溫度和/或壓力，和/或在蒸汽流動(dòng)路徑外部的管道方案。例如，一種解決方案是使用更好的、更耐熱的轉(zhuǎn)子材料。然而，這樣的材料和已知過(guò)程的使用昂貴并且常常非期望地復(fù)雜。另外，限制渦輪機(jī)之內(nèi)的操作溫度和壓力限制了熱力學(xué)(thermodynamic)設(shè)計(jì)空間并且可能導(dǎo)致減小的渦輪機(jī)性能。

當(dāng)更高的入口和再加熱蒸汽溫度被提出以增加聯(lián)合循環(huán)效率時(shí)，必須更多地關(guān)注渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻，例如通過(guò)轉(zhuǎn)子自身的流體冷卻。在整體、乃至焊接轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)子冷卻的一個(gè)障礙是難以產(chǎn)生用于通過(guò)冷卻劑的長(zhǎng)軸向孔。為了使用該方法提供轉(zhuǎn)子冷卻，圍繞轉(zhuǎn)子需要圓周定向的軸向定向冷卻孔?？椎娜∠蚴顾鼈兒茈y機(jī)械加工。此外，孔很長(zhǎng)且細(xì)；長(zhǎng)度與直徑的比率遠(yuǎn)大于用于常規(guī)機(jī)械加工的優(yōu)選比率。

解決更高蒸汽溫度的一種已知嘗試包括改變轉(zhuǎn)子幾何形狀和材料以制造對(duì)于長(zhǎng)期操作可接受的轉(zhuǎn)子，而不提供外部冷卻。然而，這樣的幾何形狀通常成本更高，減小級(jí)效率，和/或需要比使用充分冷卻方案的設(shè)計(jì)更昂貴、更高性能的材料。一種已知的冷卻方案使用通過(guò)蒸汽流動(dòng)路徑鋪設(shè)以供應(yīng)冷卻蒸汽流的管。例如，這樣的管可以定位在第一再加熱、雙流動(dòng)桶級(jí)內(nèi)(within first-reheat,double-flow tub stages)。然而，這樣的管產(chǎn)生主蒸汽流動(dòng)中的阻塞并且增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。

轉(zhuǎn)子冷卻布置的另一已知嘗試包括通過(guò)在蒸汽渦輪機(jī)的固定部件中限定的外增壓室導(dǎo)引冷卻流體并且通過(guò)在固定部件的翼型中限定的通道導(dǎo)引來(lái)自外增壓室的流體。冷卻流體通過(guò)固定部件的內(nèi)增壓室從翼型通道排出以便于冷卻相鄰的旋轉(zhuǎn)部件。方法包括經(jīng)過(guò)殼體提供冷卻流體，其導(dǎo)致可能經(jīng)受泄漏和/或渦輪機(jī)效率的損失的更復(fù)雜布置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于形成旋轉(zhuǎn)部件的方法，其包括提供具有外表面的轉(zhuǎn)子。圓周表面特征(a circumferential surface feature)形成于所述轉(zhuǎn)子的外表面上。所述形成圓周表面特征包括將金屬材料施加到所述轉(zhuǎn)子的外表面以構(gòu)建(build up)所述轉(zhuǎn)子的外表面上的所述圓周表面特征以限定至少一個(gè)冷卻通道。

較佳地，所述形成圓周表面特征包括使用增材制造過(guò)程(additive manufacturing process)構(gòu)建層。

較佳地，所述增材制造過(guò)程選自下列構(gòu)成的組：直接金屬激光熔化(Direct Metal Laser Melting；簡(jiǎn)稱DMLM)、直接金屬激光燒結(jié)(Direct Metal Laser Sintering；簡(jiǎn)稱DMLS)、激光工程網(wǎng)成形(Laser Engineered Net Shaping；簡(jiǎn)稱LENS)、選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering；簡(jiǎn)稱SLS)、選擇性激光熔化(Selective Laser Melting；簡(jiǎn)稱SLM)、電子束熔化(Electron Beam Melting；簡(jiǎn)稱EBM)、熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling；簡(jiǎn)稱FDM)和它們的組合。

較佳地，所述冷卻通道限定用于冷卻流體的冷卻路徑，所述冷卻路徑布置和定位成冷卻所述轉(zhuǎn)子。

較佳地，所述冷卻通道沿著所述轉(zhuǎn)子的外表面限定U形路徑、S形路徑、螺旋形路徑中的一個(gè)或多個(gè)。

較佳地，所述冷卻通道包括選自下列構(gòu)成的組的橫截面幾何形狀：圓形、大致圓形、卵形、橢圓形、三角形、淚珠形(teardrop)、方形、矩形、多邊形和它們的組合。

較佳地，具有所述圓周表面特征的所述轉(zhuǎn)子還通過(guò)熱均衡加壓(hot isostatically pressing)和溶解熱處理(solution heat treating)中的一種或多種加工。

在另一實(shí)施例中，一種旋轉(zhuǎn)部件，其包括具有限定至少一個(gè)通道的圓周表面特征的轉(zhuǎn)子。所述圓周表面特征包括形成于所述轉(zhuǎn)子的外表面上并且從所述外表面構(gòu)建以限定所述至少一個(gè)通道的特征。

較佳地，所述冷卻通道限定用于冷卻流體的冷卻路徑，所述冷卻路徑布置和定位成冷卻所述轉(zhuǎn)子。

較佳地，所述冷卻通道沿著所述轉(zhuǎn)子的外表面限定U形路徑或S形路徑中的一個(gè)或多個(gè)。

較佳地，所述冷卻通道包括選自下列構(gòu)成的組的橫截面幾何形狀：圓形、大致圓形、卵形、橢圓形、三角形、淚珠形、方形、矩形、多邊形和它們的組合。

較佳地，所述至少一個(gè)通道布置和定位成接收足以冷卻所述轉(zhuǎn)子的冷卻流體。

在又一實(shí)施例中，一種蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)，其包括：根據(jù)上述的旋轉(zhuǎn)部件，所述轉(zhuǎn)子是可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體內(nèi)的蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子；蒸汽路徑，所述蒸汽路徑由所述轉(zhuǎn)子和所述殼體之間的空間限定并且布置和定位成接收蒸汽的流動(dòng)；其中所述冷卻通道被布置和定位成冷卻所述蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。

較佳地，所述蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子在所述蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)的中壓部段內(nèi)。

較佳地，所述蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子在所述蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)的高壓部段內(nèi)。

較佳地，其還包括定位在所述蒸汽路徑的外部并且與所述冷卻通道流體連通的排氣通道。

較佳地，所述蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括安裝在其上的多個(gè)輪葉，所述多個(gè)輪葉的至少一部分具有輪葉通道以允許冷卻流體從所述冷卻通道流動(dòng)通過(guò)其中。

在另一實(shí)施例中，一種用于形成旋轉(zhuǎn)部件的裝置具有增材制造單元。所述增材制造單元包括布置和定位成將金屬粉末提供給轉(zhuǎn)子的表面的金屬粉末源以及布置和定位成加熱所述轉(zhuǎn)子的表面上的所述金屬粉末以形成所述轉(zhuǎn)子的表面上的金屬層的聚焦能量源。所述增材制造單元沿著所述轉(zhuǎn)子的軸線可移動(dòng)并且布置和定位成順序地沉積所述金屬層并且在所述轉(zhuǎn)子上形成具有冷卻通道的圓周表面特征。

較佳地，所述增材制造單元配置成接收所述轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子是蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。

較佳地，所述金屬粉末源和所述聚焦能量源布置和定位成執(zhí)行選自下列構(gòu)成的組的過(guò)程：直接金屬激光熔化、直接金屬激光燒結(jié)、激光工程網(wǎng)成形、選擇性激光燒結(jié)、選擇性激光熔化、電子束熔化、熔融沉積成型和它們的組合。

從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下更詳細(xì)描述將顯而易見(jiàn)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，所述附圖作為例子示出本發(fā)明的原理。

附圖說(shuō)明

圖1示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)的例子。

圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)的中壓部段的放大部分。

圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)的中壓部段的放大部分。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造制品的方法的過(guò)程圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有圓周表面特征的轉(zhuǎn)子的部分截面圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有冷卻通道的圓周表面特征的部分截面圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有冷卻通道的圓周表面特征的部分截面圖。

圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有進(jìn)入密封區(qū)域的噴射點(diǎn)的蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)的中壓部段的放大部分。

圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有進(jìn)入蒸汽流動(dòng)路徑的噴射點(diǎn)的蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)的中壓部段的放大部分。

圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的增材制造系統(tǒng)。

圖11示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用增材制造系統(tǒng)形成圓周表面特征的方法。

在任何可能的情況下，相同的附圖標(biāo)記將在圖中始終用于表示相同的部分。

具體實(shí)施方式

提供一種具有冷卻通道的旋轉(zhuǎn)制品和一種形成具有冷卻通道的旋轉(zhuǎn)制品的方法。例如與未能包括本文中公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)特征概念相比，本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)例如在整體渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子中的軸向冷卻通道。另外，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在焊接渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子中的冷卻通道。轉(zhuǎn)子冷卻通道使得冷卻的轉(zhuǎn)子能允許在比如今實(shí)際的更高的溫度下操作的渦輪機(jī)中使用當(dāng)今的、低成本的渦輪機(jī)材料。此外，冷卻的轉(zhuǎn)子允許能夠承受更高的蒸汽溫度并且提供現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪機(jī)的高排氣溫度的增加聯(lián)合循環(huán)效率和更好使用。更進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的方法允許形成以前不可能的冷卻通道的幾何形狀。幾何形狀的這樣的靈活性允許靶向冷卻并且可以減小所使用的冷卻流動(dòng)的總量。

當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“該”和“所述”旨在表示有一個(gè)或多個(gè)元件。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”旨在是包括性的并且表示可以有除了列出元件以外的附加元件。

用于發(fā)電的系統(tǒng)包括、但不限于蒸汽渦輪機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)和其它渦輪機(jī)組件，如用于發(fā)電的蒸汽渦輪機(jī)或陸基航空衍生物。在某些應(yīng)用中，包括其中的渦輪機(jī)械(例如，渦輪機(jī)、壓縮機(jī)和泵)和其它機(jī)械的發(fā)電系統(tǒng)可以包括暴露于嚴(yán)重磨損條件的制品。例如，旋轉(zhuǎn)制品可以包括某些發(fā)電系統(tǒng)部件，如蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子或葉輪或燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)子或葉輪，并且可以在高熱和高旋轉(zhuǎn)環(huán)境中操作。

圖1示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)100的例子。蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)100包括圍繞旋轉(zhuǎn)軸線103可旋轉(zhuǎn)地安裝的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子101。蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)100包括高壓(HP)部段105、中壓(IP)部段107和低壓(LP)部段109，每個(gè)均安裝在轉(zhuǎn)子101上。盡管圖1顯示HP部段105、IP部段107和LP部段109的一個(gè)布置，但是不這樣限制本發(fā)明，可以使用HP部段105、IP部段107和/或LP部段109的任何合適的布置。HP部段105、IP部段107和LP部段109的每一個(gè)包括圓周地安裝在HP部段105、IP部段107和LP部段109的每一個(gè)中的轉(zhuǎn)子101上的葉片或輪葉(未在圖1中顯示)。葉片或輪葉由進(jìn)給到相應(yīng)的部段的蒸汽驅(qū)動(dòng)(例如參見(jiàn)圖2)，其中由蒸汽產(chǎn)生的葉片或輪葉的旋轉(zhuǎn)生成機(jī)械功。在渦輪機(jī)系統(tǒng)100中產(chǎn)生的機(jī)械功經(jīng)由轉(zhuǎn)子101驅(qū)動(dòng)外部載荷104，如發(fā)電機(jī)。如圖1中所示，高壓蒸汽經(jīng)由高壓蒸汽入口111進(jìn)給。在一個(gè)實(shí)施例中，HP部段105在從約125巴(bar)到約200巴的壓力下和從約565℃到約610℃的溫度下接收蒸汽。

如圖1中所示，蒸汽在高壓蒸汽出口113處從HP部段排出并且進(jìn)給到再加熱器(reheater)115，其中熱加入到蒸汽。從再加熱器115，蒸汽經(jīng)由中壓蒸汽入口117進(jìn)給到IP部段107。在一個(gè)實(shí)施例中，IP部段107在從約30巴到約60巴的壓力下和從約565℃到約610℃的溫度下接收蒸汽。

如圖1中所示，蒸汽在中壓蒸汽出口119處從IP部段107排出并且經(jīng)由低壓蒸汽入口121進(jìn)給到LP部段109。在一個(gè)實(shí)施例中，IP部段107在從約3巴到約9巴的壓力下和從約240℃到約350℃的溫度下接收蒸汽。蒸汽然后經(jīng)由低壓出口123從LP部段109排出。

HP部段105、IP部段107和LP部段109的每一個(gè)經(jīng)由聯(lián)接件125沿著轉(zhuǎn)子101被連接。聯(lián)接件125可以是機(jī)械聯(lián)接件，如螺栓接頭，或者可以是焊接接頭。在一個(gè)實(shí)施例中，聯(lián)接件125允許拆卸HP部段105、IP部段107和/或LP部段109中的任何一個(gè)以便重新配置、服務(wù)或維護(hù)。

在圖1中所示的實(shí)施例中，IP部段107包括形成于轉(zhuǎn)子101上的圓周表面特征131。圓周表面特征131包括在一個(gè)實(shí)施例中能夠傳送冷卻流體的至少一個(gè)冷卻通道211。圓周表面特征橫越轉(zhuǎn)子表面的圓周存在并且沿著轉(zhuǎn)子101的長(zhǎng)度的至少一部分延伸。圓周表面特征131的放置使得穿過(guò)通道的冷卻流體例如可以是來(lái)自下游的蒸汽(例如，在IP部段107內(nèi)或來(lái)自LP部段的低溫下的蒸汽)或來(lái)自HP部段105的出口在再加熱之前的蒸汽。

圖2顯示IP部段107的放大部分。IP部段包括圍繞轉(zhuǎn)子101的殼體201。葉片203安裝在殼體201內(nèi)并且接收蒸汽流動(dòng)路徑205中的蒸汽并且將蒸汽引導(dǎo)到輪葉207上。輪葉207安裝在轉(zhuǎn)子101中并且當(dāng)由沿著蒸汽流動(dòng)路徑205的蒸汽驅(qū)動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子101。密封件208安裝在殼體201內(nèi)并且提供密封布置，所述密封布置防止或基本上防止蒸汽從蒸汽流動(dòng)路徑205泄漏。另外，密封件208將具有蒸汽流動(dòng)路徑205的IP部段107的區(qū)域從排氣通道210分離。排氣通道210布置成允許通過(guò)密封件208排出泄漏蒸汽(如果有的話)。轉(zhuǎn)子101還包括圓周表面特征131。圓周表面特征131包括沿著轉(zhuǎn)子101的長(zhǎng)度的一部分布置在圓周表面特征131內(nèi)的冷卻通道211。圓周表面特征131從在密封件208之前的轉(zhuǎn)子101的一部分延伸并且布置和定位成使冷卻通道211與排氣通道210流體連通。圓周表面特征131在相反方向上沿著轉(zhuǎn)子101的表面延伸包括兩個(gè)輪葉207的距離。盡管圓周表面特征131顯示為延伸橫越兩個(gè)輪葉207的距離，但是圓周表面特征131的長(zhǎng)度可以取決于期望的轉(zhuǎn)子101的冷卻量變化。為了橫越輪葉207，圓周表面特征131布置和定位成冷卻通道211與輪葉通道212對(duì)準(zhǔn)。輪葉通道212是機(jī)械加工或以另外方式形成于輪葉207中以允許冷卻流體213的流動(dòng)的開(kāi)口或通道。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻流體213進(jìn)給到排氣通道210中。冷卻流體213可以包括從高壓蒸汽出口113(參見(jiàn)圖1)吸取的蒸汽。冷卻流體213進(jìn)給到圓周表面特征131并且引導(dǎo)到冷卻通道211，其中冷卻流體213冷卻轉(zhuǎn)子101并且排出到蒸汽流動(dòng)路徑205中。來(lái)自HP部段105的蒸汽出口113的蒸汽具有比蒸汽流動(dòng)路徑205內(nèi)的蒸汽更低的溫度和更高的壓力并且允許冷卻轉(zhuǎn)子101和將冷卻后的蒸汽排出到蒸汽流動(dòng)路徑205中。此外，盡管圖2中所示的布置用于IP部段107，但是渦輪機(jī)系統(tǒng)100的其它部段(如HP部段105)也可以包括在轉(zhuǎn)子101上的圓周表面特征131。

圖3顯示具有圖2中所示的布置的IP部段107的放大部分。圓周表面特征131包括沿著轉(zhuǎn)子101的長(zhǎng)度的一部分布置在圓周表面特征131內(nèi)的冷卻通道211。在圖3所示的實(shí)施例中，作為從下游蒸汽轉(zhuǎn)子級(jí)301吸取的蒸汽的冷卻流體213進(jìn)給到圓周表面特征131并且引導(dǎo)到冷卻通道211中，其中冷卻流體213冷卻轉(zhuǎn)子101并且超出密封件208排出到排氣通道210中。來(lái)自IP部段107的下游轉(zhuǎn)子級(jí)301的蒸汽具有比蒸汽流動(dòng)路徑205內(nèi)的蒸汽更低的溫度和更低的壓力并且允許冷卻轉(zhuǎn)子101和將冷卻后的蒸汽排出到低壓排氣通道210中。

如上所述，作為冷卻流體213的蒸汽可以從蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)的其它部段(例如，從HP部段105或LP部段109)被吸取，例如參見(jiàn)圖2。替代地，冷卻流體213可以在內(nèi)部從相同部段(例如，在IP部段107內(nèi))被吸取，例如參見(jiàn)圖3。在冷卻流體從其它部段或從在蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)100的外部的另一來(lái)源被吸取的實(shí)施例中，管路或其它流體傳送裝置布置成例如通過(guò)穿過(guò)殼體201中的開(kāi)口將冷卻流體213(某些實(shí)施例中的蒸汽)提供給排氣通道210。在另一實(shí)施例中，圓周表面特征131可以延伸到殼體201外部并且流體地連接到在殼體201的外部的冷卻流體入口。在一個(gè)實(shí)施例中，圓周表面特征131沿著轉(zhuǎn)子通過(guò)聯(lián)接件125延伸到HP部段105中，其中作為冷卻流體213的蒸汽可以被吸取到IP部段107中以冷卻轉(zhuǎn)子101。

圖4顯示具有布置在其上的圓周表面特征131的轉(zhuǎn)子101的部分截面圖。圓周表面特征131包括冷卻通道211。盡管圖4將冷卻通道211顯示為在橫截面幾何形狀上為半圓形，但是不這樣限制本發(fā)明。合適的橫截面幾何形狀包括圓形、大致圓形、卵形、橢圓形、三角形、淚珠形、方形、矩形、多邊形或它們的組合或提供轉(zhuǎn)子101的期望冷卻的任何其它橫截面幾何形狀。另外，盡管冷卻通道211顯示為沿著轉(zhuǎn)子101的周邊均勻地間隔，但是不這樣限制本發(fā)明。可以使用冷卻通道的其它布置，其中冷卻通道以規(guī)則或不規(guī)則間隔交錯(cuò)和/或與旋轉(zhuǎn)軸線103平行、垂直或成其它角布置。

圖5、6和7顯示包括冷卻通道211的圓周表面特征131的替代實(shí)施例。在圖5所示的實(shí)施例中，冷卻通道211形成U形和蛇形通道路徑。圖5的圖案相比于線性延伸的冷卻通道211提供減少數(shù)量的入口和出口并且也允許通過(guò)冷卻通道211引導(dǎo)的冷卻流體的更高效使用。在圖6所示的實(shí)施例中，冷卻通道沿著另外的線性路徑形成U形。該布置允許在沿著轉(zhuǎn)子101的特定軸向位置處的集中冷卻。在圖7所示的實(shí)施例中，冷卻通道沿著橫越轉(zhuǎn)子101的表面的路徑形成螺旋形(helical)冷卻圖案。該布置允許沿著轉(zhuǎn)子101的表面上的螺旋形路徑的冷卻。

圖8顯示具有關(guān)于圖2顯示和描述的布置的IP部段107的放大部分。在該實(shí)施例中，開(kāi)口801設(shè)在噴嘴203的密封件803內(nèi)的圓周表面特征131中。這樣的開(kāi)口位置允許將冷卻流體213排出到密封件803中，其中冷卻流體吹掃到密封件803中最小化、消除或以另外方式防止蒸汽通過(guò)密封件泄漏。在一個(gè)實(shí)施例中，泄漏的防止將提供渦輪機(jī)的一些性能效率。

圖9顯示具有關(guān)于圖2顯示和描述的布置的IP部段107的放大部分。在該實(shí)施例中，開(kāi)口801設(shè)在噴嘴203的密封件803內(nèi)的圓周表面特征131中。這樣的開(kāi)口位置允許將冷卻流體213圓周地或成錯(cuò)角(at an alternate angle)排出到蒸汽流動(dòng)路徑205中。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻流體213以一個(gè)角度(at an angle)噴射到蒸汽流動(dòng)路徑以最小化再進(jìn)入的混合損失。在圖9所示的另一實(shí)施例中，通過(guò)倒角邊緣或以另外方式在單獨(dú)的輪葉鳩尾表面(如端面)中形成通道形成輪葉通道212。在該實(shí)施例中，冷卻流動(dòng)沿著對(duì)應(yīng)于輪葉207的鳩尾根部的路徑引導(dǎo)并且允許轉(zhuǎn)子101的附加冷卻。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖10中所示，用增材制造系統(tǒng)1000形成圓周表面特征131。增材制造系統(tǒng)1000包括布置成接收轉(zhuǎn)子101的增材制造單元1001。增材制造單元1001在側(cè)向方向1003上可移動(dòng)并且轉(zhuǎn)子101可旋轉(zhuǎn)地安裝在增材制造單元1001內(nèi)，允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)1005。增材制造單元1001包括布置成在轉(zhuǎn)子101的表面上執(zhí)行增材制造方法的設(shè)備。例如，增材方法可以包括在轉(zhuǎn)子101的表面上形成具有冷卻通道211的圓周表面特征131。合適的增材制造方法包括、但不限于作為直接金屬激光熔化(DMLM)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、激光工程網(wǎng)成形(LENS)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、選擇性激光熔化(SLM)、電子束熔化(EBM)、熔融沉積成型(FDM)或它們的組合為本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的過(guò)程。增材制造單元1001包括單元分離線1007，其打開(kāi)以允許增材制造單元1001內(nèi)的轉(zhuǎn)子101的定位和設(shè)備的維護(hù)。另外，增材制造單元1001包括密封件1009(如刷式密封件)以幫助保持增材制造單元1001內(nèi)的期望氣氛以便用于圓周表面特征131的材料的沉積。

如圖11中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，方法是用于形成圓周表面特征131的增材制造過(guò)程。應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明不限于圖11中所示的具體布置并且其它合適的布置可以用于經(jīng)由增材制造形成圓周表面特征131。圖11中所示的過(guò)程包括將金屬粉末1101從金屬粉末源1103提供給轉(zhuǎn)子101的表面。金屬粉末1101然后用來(lái)自聚焦能量源1107的聚焦能量束1105(如激光)進(jìn)行加熱。金屬粉末1101的加熱將達(dá)到足以接合金屬粉末1101的至少一部分以形成初始層1109的溫度，并且系統(tǒng)1000順序地形成附加層，所述附加層在構(gòu)建方向1111上積累以形成具有在構(gòu)建方向1111上形成的冷卻通道211的圓周表面特征131。方法包括重復(fù)在構(gòu)建方向1111上順序地形成附加層1109以形成具有冷卻通道211的圓周表面特征131的步驟。一旦構(gòu)建層1109，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子101并且重復(fù)所述過(guò)程。盡管按照構(gòu)建層的特定順序已描述上面的過(guò)程，但是可以使用其它序列，例如，在施加后續(xù)層之前橫越轉(zhuǎn)子101的表面均勻地構(gòu)建層1109。

在一個(gè)實(shí)施例中，金屬粉末1101的加熱包括、但不限于熔化金屬粉末1101，燒結(jié)金屬粉末1101的至少一部分，焊接金屬粉末1101的至少一部分，或它們的組合。例如，在另一實(shí)施例中，將金屬粉末1101加熱到足以接合金屬粉末的溫度包括朝著金屬粉末1101可控地引導(dǎo)聚焦能量源。合適的聚焦能量源包括、但不限于激光裝置、電子束裝置或它們的組合。激光裝置包括以用于熔化和/或焊接金屬粉末1101的功率范圍和運(yùn)行速度操作的任何激光裝置，例如、但不限于纖維激光器、CO₂激光器或ND-YAG激光器。

聚焦能量源1107的合適功率范圍包括、但不限于125到500瓦之間、150到500瓦之間、150到400瓦之間或它們的任何組合、子組合、范圍或子范圍。另外，運(yùn)行速度包括、但不限于400到1200mm/sec之間、500到1200mm/sec之間、500到1000mm/sec之間或它們的任何組合、子組合、范圍或子范圍。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，聚焦能量源1107在125到500瓦之間的功率范圍內(nèi)、以400到1200mm/sec之間的運(yùn)行速度操作持續(xù)一到三個(gè)輪廓道次(contour pass)。在另一實(shí)施例中，聚焦能量源1107包括約0.08mm到0.2mm之間的填充間隔。

聚焦能量源1107的參數(shù)取決于用于形成圓周表面特征131的金屬粉末1101的材料和/或取向。在一個(gè)實(shí)施例中，基于金屬粉末1101中的材料的熔化溫度調(diào)節(jié)功率和/或運(yùn)行速度。例如，對(duì)于具有相對(duì)增加的熔化溫度的材料可以增加功率和/或運(yùn)行速度。用于金屬粉末1101的合適材料包括能夠通過(guò)增材制造接合的任何材料，例如、但不限于金屬、金屬合金、超合金、鋼、不銹鋼、工具鋼、鎳、鈷、鉻、鈦、鋁或它們的組合。

在另一實(shí)施例中，基于正在接合的金屬粉末層的數(shù)量和/或金屬粉末層的每一個(gè)的厚度調(diào)節(jié)功率和/或運(yùn)行速度。例如，相比于用于接合金屬粉末1101的單層和/或具有相對(duì)減小厚度的金屬粉末1101的層的功率和/或運(yùn)行速度，功率和/或運(yùn)行速度可以增加以接合金屬粉末1101的多個(gè)層和/或具有增加厚度的金屬粉末1101的層。初始層1109和每一個(gè)附加層包括在20-100μm(0.0008-0.004英寸)、20-80μm(0.0008-0.0032英寸)、40-60μm(0.0016-0.0024英寸)或它們的任何組合、子組合、范圍或子范圍的范圍內(nèi)的厚度。初始層1109的厚度等于或不同于對(duì)于附加層的每一個(gè)保持或變化的附加層的每一個(gè)的厚度?；诔跏紝?109和附加層的每一個(gè)的厚度，圓周表面特征131的厚度包括任何合適的厚度，如約2mm到約6.5mm或約3mm到約5mm或約3.5mm到約4.5mm的厚度。另外，圓周表面特征131可以包括任何合適的直徑，包括約1mm到約4mm或約2mm到約3mm或約1.5mm到約2.5mm的平均直徑。

在一個(gè)實(shí)施例中，方法還可以包括加工具有圓周表面特征131的轉(zhuǎn)子101。合適的加工步驟包括、但不限于熱均衡加壓(HIP)轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131，溶解熱處理(固溶)轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131，或它們的組合。HIP包括在形成轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131之后，轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131處于足以進(jìn)一步固化轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131的高溫和高壓。例如，在另一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131以1149℃到1260℃(2100°F到2300°F)之間的高溫和68.95MPa到137.9MPa(10,000PSI到20,000PSI)之間的高壓進(jìn)行HIP持續(xù)3-5小時(shí)。HIP進(jìn)一步固化轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131以增加密度，例如，從約98％到約99％之間到約99.5％到約99.8％之間。固溶包括在形成轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131和/或HIP轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131之后，在真空中以1093℃到1205℃(2000°F到2200°F)之間的高溫處理轉(zhuǎn)子101和圓周表面特征131持續(xù)1-2小時(shí)。高溫包括足以將分離的合金元素分布在制品200內(nèi)的任何溫度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到HIP溫度和熱處理溫度將高度取決于粉末的組分和期望的性質(zhì)。

盡管已參考一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可以進(jìn)行各種變化并且等效物可以替代其元件而不脫離本發(fā)明的范圍。另外，可以進(jìn)行許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離其實(shí)質(zhì)范圍。所以，本發(fā)明旨在不限制到作為預(yù)期實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括屬于附帶的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。另外，在詳細(xì)描述中識(shí)別的所有數(shù)值應(yīng)當(dāng)被解釋為如同精確和近似值二者都被明確地識(shí)別。