本说明书中公开的主题涉及涡轮机中的材料的制造。更确切地说，本说明书中公开的主题涉及涡轮机中的涂层部件。
背景技术：
涡轮机(例如，燃气涡轮机)制造和维护中的一项挑战是保持部件冷却孔不阻塞，例如当将涂层涂覆到涡轮机部件时。确切地说，热喷涂涂层可能会堵塞部件中的冷却孔，因此需要对大量(例如，几十个或几百个)孔执行价格高昂、劳动密集的过程，例如使用金刚石涂覆的工具和/或硬质合金工具进行切割。
技术实现要素：
本发明的各种实施例包括用于在涂覆过程期间选择性地冲洗部件(例如，燃气涡轮机部件)中的冷却孔的方法。根据各种实施例的系统可以包括：涂覆系统，所述涂覆系统配置成将热涂层材料涂覆到部件，所述部件具有多个冷却孔；与所述涂覆系统连接的空气流系统，所述空气流系统配置成迫使空气通过所述部件；以及与所述空气流系统和所述涂覆系统连接的控制系统，所述控制系统配置成：检测所述涂覆系统的涂覆指令，所述涂覆指令指示所述涂覆系统将所述热涂层材料涂覆到所述多个冷却孔中的分组(subset)中；以及响应于检测到所述涂覆指令，指示所述空气流系统在将所述热涂层材料涂覆到所述部件期间迫使空气通过所述多个冷却孔中的子集。
其中所述热涂层材料包括热障涂层(tbc)。
其中所述控制系统在所述涂覆系统涂覆所述热涂层材料之前检测所述涂覆指令。
其中所述多个冷却孔中的所述分组包括位于所述部件的单个区域内的冷却孔。
其中所述部件包括燃气涡轮机(gt)部件。
本发明的第二方面包括计算机程序产品，所述计算机程序产品具有实施于计算机可读存储介质中的程序代码，所述程序代码在由至少一个计算设备执行时使所述至少一个计算装置控制涂覆系统，所述涂覆系统配置成通过执行包括以下项的动作将热涂层材料涂覆到具有多个冷却孔的部件：检测所述涂覆系统的涂覆指令，所述涂覆指令指示所述涂覆系统将所述热涂层材料涂覆到所述多个冷却孔中的分组；以及响应于检测到所述涂覆指令，指示与所述部件连接的空气流系统在将所述热涂层材料涂覆到所述部件期间迫使空气通过所述多个冷却孔中的所述分组。
其中所述冷却系统包括涂覆机器人，所述涂覆机器人配置成执行所述涂覆指令。
其中所述至少一个计算装置在所述涂覆系统涂覆所述热涂层材料之前检测所述涂覆指令。
其中所述多个冷却孔中的所述分组包括位于所述部件的单个区域内的冷却孔。
本发明的第三方面包括由计算机实施的方法，所述方法用于控制涂覆系统，所述涂覆系统配置成将热涂层材料涂覆到具有多个冷却孔的部件，所述方法包括：检测所述涂覆系统的涂覆指令，所述涂覆指令指示所述涂覆系统将所述热涂层材料涂覆到所述多个冷却孔中的分组；以及响应于检测到所述涂覆指令，指示与所述部件连接的空气流系统在将所述热涂层材料涂覆到所述部件期间迫使空气通过所述多个冷却孔中的所述分组。
其中在所述涂覆系统涂覆所述热涂层材料之前检测所述涂覆指令。
附图说明
从以下结合附图对本发明各方面进行的详细描述中可更容易理解本发明的这些和其他特征，附图描绘了本发明的多个实施例，其中：
图1示出了包括根据本发明各种实施例的系统的环境的示意图。
图2示出了图1所示系统的部件的特写示意图。
图3示出了根据本发明各种实施例的歧管的特写示意图。
应注意，本发明各个方面的附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描述本发明的典型方面，因此不应视作限制本发明的范围。在附图中，类似的编号表示各个附图中的类似元件。
具体实施方式
如本说明书中所述，本说明书中公开的主题涉及涡轮机中的材料的制造。更确切地说，本说明书中公开的主题涉及涡轮机中部件的选择性热涂覆，例如使用热喷涂涂层(thermalspraycoating)，例如热障涂层(tbc)。
如本说明书中所述，涂覆热喷涂涂层可能会堵塞部件中的冷却孔，因此需要对大量(例如，几十个或几百个)孔执行价格高昂、劳动密集的过程，例如使用金刚石涂覆的工具和/或硬质合金工具进行切割。用于在热涂覆期间保持冷却孔不堵塞的常规方法包括在整个涂覆过程期间迫使空气或惰性气体通过部件中的所有冷却孔。尽管这些常规方法可以防止一些冷却孔闭合，但是空气或惰性气体的体积以及长时间暴露会导致部件发生不期望的冷却。过度冷却部件与热喷涂层结合的能力较差，因此导致涂层在使用期间具有较高降级(degrade)潜力。
与常规方法相比，本发明各个方面包括用于在热喷涂过程期间选择性地防止部件中的冷却孔阻塞的系统和方法。在某些情况下，控制系统与涂覆机器人连接，并且检测用于涂覆部件特定部分的指令。响应于检测到涂覆部件的特定部分的指令，控制系统促使空气流通过部件的所述部分中的冷却孔，以防止这些冷却孔被热涂层材料(例如tbc)阻塞。在一些情况下，控制系统连接到包括旋转空气滑环的空气流系统。在一些涂覆过程中，所述部件在转台、底座或其他平台上旋转，同时涂层机器人保持静止或仅围绕部件移动有限数量的角度(degrees)。本说明书中公开的系统中的旋转空气滑环(rotaryairslipring)可以允许部件完全旋转(并且过度旋转，例如360度以上)，而不会缠绕空气供应管线。由于部件能够完全自由地旋转，系统可以更有效地涂覆所述部件，因此节省时间和费用。此外，通过选择性地迫使空气通过冷却孔，所述系统可以防止部件过度冷却，从而与常规方法相比提高了涂层的质量。在其他涂覆过程中，将部件放置或以其他方式安装在平台上，并且涂覆机器人围绕平台移动以涂覆涂层。应理解，在其他涂覆过程中，部件可以放置在转台、底座或其他平台上，并且可以旋转有限数量的角度，同时涂覆机器人也配置成围绕部件移动有限数量的角度。在任何情况下，本说明书中所述的系统可以相对于常规系统和方法改进部件涂覆的过程。
在以下描述中，将参考形成本说明书一部分的附图，并且以示例方式示出可实践本发明教义的具体示例性实施例。这些实施例将足够详细地进行描述，以使所属领域中技术人员能够实践本发明的教义，并且应理解，可以在不脱离发明教义的范围的情况下使用其他实施例，并且可以做出更改。因此，以下说明仅仅是说明性的。
图1示出了包括根据本发明各种实施例的系统2的环境的示意图。如图所示，系统2可以包括配置成将热涂层材料12例如热障涂层涂覆到部件14的涂覆系统10。在一些情况下，热障涂层(tbc)可以包括具有多层(例如，四层：金属衬底、金属粘合涂层、热生长氧化物(thermally-grownoxide，tgo)层和陶瓷顶涂层)的常规tbc，但也可以包括所属领域中已知的其他任何常规热涂层材料12。图2示出了涂覆系统10以及本说明书中将进一步描述的空气流系统20的特写示意图。涂覆系统10可以包括所属领域中已知的机器人涂覆系统，包括例如涂覆器和材料储存器(或源线)。在一些情况下，涂覆系统10包括以下项中的至少一个：机器人涂覆器、气溶胶印刷机(aerosolprinter)、喷墨印刷机或手动喷涂系统(例如，由操作人员操作，并配置成将涂层已涂覆到部件14特定部分的指示发送到例如控制系统40)。
在各种实施例中，部件14具有多个冷却孔16，所述冷却孔可以包括位于部件14的区域18中的不同冷却孔分组16a、16b等。也就是说，在各种实施例中，各冷却孔分组16a、16b可以具有穿过其中的不同流动路径，使得流动通过一个冷却孔分组16a的流体流不会流动通过不同的冷却孔分组16b等。在一些情况下，位于一个区域例如区域18a中的冷却孔16a可以具有与不同区域例如区域18b中的冷却孔16b不同的几何结构，例如区域16a包括前缘冷却孔并且区域16b中包括中跨冷却孔。在一些情况下，部件14可以包括涡轮机部件，所述涡轮机部件包括用于例如在使用部件14的涡轮机的操作期间使冷却流体能够流动通过其中的冷却孔16。在一些情况下，部件14可以包括涡轮机叶片、喷嘴、动叶片、护罩、法兰和/或诸如衬里、罐、过渡件、盖板等燃烧硬件部件中的至少一者。
空气流系统20与涂覆系统10连接(例如，经由无线和/或硬连线装置)，并且配置成迫使空气(例如，环境空气、经处理空气或其他经处理气体)通过部件14。在各种实施例中，如图2中所示的系统2的示意图所示，空气流系统20与部件14流体连通，使得空气流系统20可以促使空气流通过部件14的一个或多个区域18，以选择性地冲洗的一个或多个分组的冷却孔16a、16b等。
系统2还包括经由计算机系统120(也称为计算装置)与空气流系统20和涂覆系统10连接(例如，经由无线和/或硬连线装置)的控制系统(涂覆控制系统)40。在各种实施例中，涂覆控制系统40配置成控制空气流系统20选择性地迫使空气通过冷却孔16。涂覆控制系统40可以包括任何常规电气和/或机械控制系统，并且在各种实施例中，可以包括配置成根据本说明书中所述的特定输入向空气流系统20和/或涂覆系统10提供指令的逻辑。在各种实施例中，涂覆控制系统40配置成执行动作，包括：
a)检测涂覆系统10的涂覆指令42，其中涂覆指令42指示涂覆系统10将热涂层材料12涂覆到多个冷却孔16中的分组16a、16b。在某些情况下，涂覆指令42可以包括关于部件14特性的数据，并且可以包括涂覆控制系统40从部件14的数据模型(存储在cad数据中)获得的计算机辅助设计(cad)数据，例如坐标数据、日志数据(logdata)、模型数据(例如二维和/或三维模型数据)。涂覆指令42还可以包括关于要涂覆到冷却孔16的热涂层材料12的类型、涂覆系统10应涂覆热涂层材料12的角度、涂覆速度(applicationspeed)、流速、强度等的数据。在各种实施例中，部件8中的冷却孔16的特性可以包括以下项中的至少一个：多个冷却孔中的每个冷却孔的尺寸、多个冷却孔中的每个冷却孔的形状、多个冷却孔中的每个冷却孔的类型、或者多个冷却孔中的每个冷却孔的位置(例如，区域18a、18b等)；以及
b)响应于检测到涂覆指令42(包括冷却孔16中的分组16a、16b等的选择性涂覆)，通过选择性空气流指令44指示空气流系统20在将热涂层材料12涂覆到部件14期间迫使空气通过冷却孔16中的分组16a、16b。在特定实施例中，空气流系统20可以包括空气供应歧管25，所述空气供应歧管的尺寸设置成与部件接合，并且所述空气供应歧管配置成在将热涂层材料12涂覆到部件14期间选择性地将空气供应通过冷却孔16中的分组16a、16b等。在一些情况下，空气供应歧管25包括用于与部件14中的特定冷却孔16连接的一系列流体入口27和出口29，如图3所示的歧管25的特写示意图中所示。也就是说，空气供应歧管25可以包括独立的冷却通道(包括入口27和出口29)，所述冷却通道可以经由一个或多个执行器31诸如经由分隔壁、阀、滑动隔板等选择性地接合，以与冷却孔16中的分组16a、16b流体连通。参见图1到图3，在各种实施例中，如本说明书中所讨论的，控制系统40在通过涂覆系统10涂覆热涂层材料12之前检测涂覆指令42，以便在涂覆之前促使空气流通过选定的冷却孔16。在各种实施例中，空气流系统20可以在一个或多个涂覆过程期间选择性地迫使空气通过冷却孔分组，例如16a。也就是说，在一些情况下，空气流系统20可以配置成在涂覆过程期间迫使空气仅穿过冷却孔分组，例如16a。例如，在一些情况下，部件14可以在一个或多个级涂覆、以及涂覆一层或多层热涂层材料12。在一些情况下，涂覆系统10将一层金属粘合涂层和(随后)一层涂层(例如，热障涂层(tbc))涂覆到部件14，同时空气流系统20迫使空气通过冷却孔16的一个或多个分组16a、16b等。在热涂层材料12包括tbc涂层的情况下，在一些情况下，tbc可以进行铺面涂覆(blanketapplied)。但是应理解，涂覆过程可以具有几个子过程。例如，第一涂覆方法可以包括通过空气等离子体喷涂(aps)过程、或高速氧燃料(hvof)过程、或这些过程的组合涂覆的粘合涂层(bondcoat)。以下涂层可以包括使用aps过程涂覆的tbc。根据各种实施例，在每个过程中使用的选择性空气流指令44可以是不同的。例如，粘合涂层是采用高速颗粒(类似于喷砂)的较低温度过程。另一方面，tbc是一个相对较高温度的过程。使用tbc可能需要使空气流以相对于粘合涂层较高的速率通过一个或多个冷却孔。应理解，根据各种实施例，在部件14包括复合材料的情况下，可以采用其其他涂覆过程，例如环境屏障涂层(ebc)。在各种实施例中，可以在第一涂覆过程和/或第二涂覆过程中使用额外的(additional)涂层材料。例如，额外的涂层材料可以包括陶瓷材料和/或类陶瓷材料，例如氧化铝、氧化锆、氧化铪、氧化钇稳定的氧化锆、和/或它们的衍生物。此外，涂层材料可以包括石墨以及诸如钴铬钼等金属材料。应当理解，根据各种实施例，在涂覆过程之前执行的另一个过程可以包括对部件14的暴露表面进行喷砂以达到预期的表面粗糙度。这些过程可以介于参见图1和/或图2所述的过程之间，或者在其之前/之后执行。
在各种实施例中，涂覆控制系统40配置成经由选择性空气流指令44指示空气流系统20在热涂层材料12已涂覆到部件14之后停止迫使空气通过冷却孔16的分组16a、16b。也就是说，在涂覆特定区域18a、18b等之后，或者随着对部件的不同区域18a、18b等进行涂覆，指示空气流系统20停止迫使空气通过预涂覆区域18a、18b等中的冷却孔16。
参见图2，其中示出了空气流系统20和涂覆系统10的示意性特写图。在一些实施例中，与常规系统相反，空气流系统20可包括用于迫使空气通过部件14的旋转空气滑环50。旋转空气滑环50连接到进料管线52，并且包括旋转轮54，所述旋转轮旋转，以拉动环境空气通过进料管线52，进入腔室56中，并向上通过平台60中的出口孔58。在一些情况下，部件14放置在平台60上并且例如经由诸如胶带、包装材料等涂料或粘合剂材料密封到出口孔58，以使空气流通过部件14。在各种实施例中，旋转空气滑环50使部件14能够围绕空气流系统20的主轴线(ap)旋转360度以上，而不限制空气流流到部件14。也就是说，在各种实施例中，涂覆系统10包括配置成在涂覆热涂层材料12(图1)期间保持静止的涂覆机器人。在这个意义上，涂覆系统10包括基座70以及用于将热涂层材料12涂覆到部件14的涂覆器72。尽管涂覆器72可以跨各种位置移动，但是在许多情况下，基座70设计成在将热涂层材料12涂覆到部件14期间保持静止。使用旋转空气滑环50使部件14能够在平台60上旋转，而不限制到部件14的空气流。也就是说，与常规系统相反，旋转空气滑环50不包括移动在部件14旋转时可能发生缠结的进料管线。轮54的旋转在腔室56内产生真空，从而拉动空气通过进料管线52，以用于清除部件14中的冷却孔16(经由孔58)。由于无论平台60的位置如何都能产生真空，因此旋转空气滑环50使部件14能够旋转一或多转(oneormorerevolutions)(以及顺时针和逆时针)，以更有效地涂敷部件14的区域18a、18b等。
回到图1，其中示出了计算机系统120，所述计算机系统包括处理部件122(例如，一个或多个处理器)、存储部件124(例如，存储层级)、输入/输出(i/o)部件126(例如，一个或多个i/o接口和/或装置)126、以及通信路径128。在一个实施例中，处理部件122执行程序代码，例如涂覆控制系统40，所有程序代码至少部分地实施在存储部件124中。在执行程序代码时，处理部件122可以处理数据，致使从存储部件124和/或i/o部件126读取和/或向其写入数据以供进一步处理。路径128提供计算机系统120中每个部件之间的通信链路。i/o部件126可以包括一个或多个人工i/o装置或存储装置，所有装置使用户136(例如，人或机器用户)能够与计算机系统120和/或一个或多个通信装置交互，从而使用户136(例如，人或机器用户)能够使用任何类型的通信链路与计算机系统120进行通信。在此程度上，涂覆控制系统40可以管理使人和/或系统能够与涂覆控制系统40进行交互的一组接口(例如，图形用户接口、应用程序接口等)。
在任何情况下，计算机系统120可以包括能够执行安装在其上的程序代码的一个或多个通用计算制品(例如，计算装置)。应理解，本说明书中所用的“程序代码”是指以任何语言、代码或符号表示的任何指令集合，所述指令集合使具有信息处理能力的计算装置能够直接地或以下任何组合之后执行特定功能：(a)转换成另一种语言、代码或符号；(b)以不同材料形式复制；和/或(c)解压。在这种程度上，涂覆控制系统40可以实施成系统软件和/或应用软件的任何组合。在任何情况下，计算机系统120的技术效果是基于部件14的涂覆指令42，在涂覆期间选择性地迫使空气通过冷却孔16。
此外，涂覆控制系统40可以使用一组模块132来实施。在此情况下，模块132可使计算机系统20能够执行由涂覆控制系统40使用的一组任务，并且可以独立于涂覆控制系统40的其他部分单独开发和/或实施。涂覆控制系统40可以包括模块132，所述模块包括专用机器/硬件和/或软件。无论如何，应理解，两个或更多个模块和/或系统可以共享它们各自的硬件和/或软件的一些/全部。此外，应理解，本说明书中所讨论的一些功能可能不实施，或者可以包括作为计算机系统120的一部分的其他功能。
当计算机系统120包括多个计算装置时，每个计算装置可以仅具有在其上实施的涂覆控制系统40的一部分(例如，一个或多个模块132)。但是，应理解，计算机系统120和涂覆控制系统40仅代表可执行本说明书中所述过程的各种可能的等效计算机系统。在这种程度上，在其他实施例中，由计算机系统120和涂覆控制系统40提供的功能可以至少部分地由包括具有或不具有程序代码的通用和/或专用硬件的任何组合的一个或多个计算设备来实施。在每个实施例中，如果包括硬件和程序代码，则可以分别使用标准工程和编程技术来创建所述硬件和程序代码。
无论如何，当计算机系统120包括多个计算装置时，所述计算装置可以通过任何类型的通信链路进行通信。此外，在执行本说明书中所述过程的同时，计算机系统120可以使用任何类型的通信链路与一个或多个其他计算机系统进行通信。在任一情况下，通信链路(communicationslink)可以包括各种类型的有线和/或无线链路的任何组合；包括一种或多种类型的网络的任何组合；并且/或者利用各种类型的传输技术和协议的任何组合。
如本说明书中所述，涂覆控制系统40使计算机系统120能够控制(例如，涡轮机)部件14的涂覆。涂覆控制系统40可以包括用于执行本说明书中所述的一个或多个动作的逻辑。在一个实施例中，涂覆控制系统40可以包括执行上述功能的逻辑。在结构上，所述逻辑可以采用各种形式中的任何形式，例如现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)或能够执行的本说明书中所述功能的其他任何专用机器结构。逻辑可以采取各种形式的任何形式，例如软件和/或硬件。但是，出于说明目的，涂覆控制系统40及其中包括的逻辑在本说明书中被描述成专用机器。从本说明书中可以理解，尽管逻辑被图示成包括上述每个功能中的每个功能，但根据所附权利要求中所述的本发明实施例的交易，并不是所有功能都是必要的。
在各种实施例中，本说明书中所述的方法可以周期性地迭代(重复)(例如，根据每y周期内x次的时间表和/或连续的)，以有助于涂覆一个或多个(涡轮机)部件14的一个或多个部分。在一些情况下，可以例如对一组部件14(例如涡轮机部件)重复本说明书中所述的一个或多个过程。
应理解，在本说明书中所示出和描述的流程图中，可以执行其他未示出的过程，并且可以根据各种实施例对这些过程的顺序进行重新排列。另外，可以在一个或多个所述过程之间执行中间过程。本说明中示出并描述的流程不应解释为是对各个实施例的限制。
本说明书使用各个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域中的技术人员得出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的覆盖范围内。