具有分层结构的系统及其制造方法
【技术领域】
[0001]本文公开的主题大体涉及结合分层结构的系统和制造分层结构的方法。
【背景技术】
[0002]各种机器构件(例如，涡轮机构件)在高温下运行(例如，排气温度可为大约1000 T )，诸如燃料喷嘴、压缩机叶片、涡轮叶片、压缩机叶轮、涡轮叶轮、护罩节段和燃烧器-涡轮过渡件等。这些构件大体由适合在运行期间经历的高水平热用力和热膨胀的材料构成。但是，即使这样的构件可由适当的材料制成，构件的寿命也至少部分地由于高热暴露、热膨胀和热收缩而受限。例如，机器构件可包括易于受热应力和磨损的影响(特定是因为热膨胀和收缩)的各种接头和几何结构。
【发明内容】
[0003]下面对在范围上与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意图限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。事实上，本发明可包括可能类似于或异于下面阐述的实施例的各种形式。
[0004]在第一实施例中，一种系统包括分层结构。分层结构包括第一和第二聚结层和设置在两个聚结层之间的中间层。第一和第二聚结层比中间层具有更高的聚结程度。
[0005]在第二实施例中，一种制造机器构件的方法，包括使用不同强度的应用的能量源来烧结粉末，以形成分层结构，其中机器构件包括分层结构。
[0006]在第三实施例中，一种由工艺形成的机器构件。工艺包括将能量源应用到淀积在腔室中的粉末以烧结粉末。工艺还包括在限定分层结构的横截面几何结构中以不同程度烧结粉末，分层结构至少具有第一烧结层、第二烧结层和中间层，其中机器构件包括分层结构。
[0007]技术方案L 一种系统，包括:
分层结构，其包括:
第一聚结层；
第二聚结层；以及
设置在所述第一和第二聚结层之间的中间层，其中所述第一和第二聚结层比所述中间层具有更高的聚结程度。
[0008]技术方案2.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，包括机器构件，其中所述机器构件包括所述分层结构。
[0009]技术方案3.根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述机器构件为涡轮机构件。
[0010]技术方案4.根据技术方案3所述的系统，其特征在于，所述涡轮机构件为涡轮喷嘴、涡轮框架、密封件、燃烧器衬套、燃烧器帽、燃料喷嘴、压缩机叶片、涡轮叶片、压缩机叶轮、涡轮叶轮、护罩节段、气体预混合器、液体燃料喷射器、燃烧器-涡轮过渡件或其任何组入口 O
[0011]技术方案5.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述中间层包括排空区域，其构造成至少在所述第一聚结层的第一部分和所述第二聚结层的第二部分之间用作热阻隔、声阻隔或其组合。
[0012]技术方案6.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述系统包括旋转机器系统、热气路径机器系统或其组合。
[0013]技术方案7.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述第一聚结层、所述第二聚结层或所述中间层中的至少一个包括在功能上分级的材料。
[0014]技术方案8.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述中间层包括部分地聚结的钴-铬、不锈钢、钛、铬-镍基合金或镍基合金中的至少一个。
[0015]技术方案9.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述第一聚结层、所述第二聚结层、所述中间层或其任何组合具有多个相应的区域，其中所述多个区域中的各个区域具有不同的烧结程度。
[0016]技术方案10.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述第一聚结层、所述第二聚结层或所述中间层中的至少一个在所述分层结构的至少一部分中具有不同横截面厚度。
[0017]技术方案11.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述第一聚结层通过穿过所述中间层的一个或多个延伸部而直接连接到所述第二聚结层上。
[0018]技术方案12.—种制造机器构件的方法，包括:
使用不同强度的应用的能量源来烧结粉末，以形成具有不同烧结程度的分层结构，其中所述机器构件包括所述分层结构。
[0019]技术方案13.根据技术方案12所述的方法，其特征在于，确定和应用不同强度的应用的能量源包括:
读取所述机器构件的全部或一部分的构造；
将所述构造切片成横截面，使得所述横截面包括第一聚结层、第二聚结层和设置在所述第一和第二聚结层之间的一个或多个中间层；以及
在之前的横截面的顶部上连续地构建各个横截面，其中连续地构建各个横截面包括: 基于所述构造的横截面而将第一强度的能量源应用到所述粉末上以产生所述第一聚结层；
基于所述构造的横截面而将第二强度的能量源应用到所述粉末上以产生所述第二聚结层；以及
基于所述构造的横截面而将第三强度的能量源应用到所述粉末上以产生所述一个或多个中间层，其中所述第一和第二聚结层比所述一个或多个中间层具有更高的聚结程度。
[0020]技术方案14.根据技术方案13所述的方法，其特征在于，所述一个或多个中间层中的至少一个包括排空区域或相对于所述第一聚结层和所述第二聚结层较少聚结的区域，其中所述排空区域或较少聚结的区域构造成用作热阻隔、声阻隔或其任何组合。
[0021]技术方案15.根据技术方案13所述的方法，其特征在于，所述机器构件包括涡轮机构件。
[0022]技术方案16.根据技术方案13所述的方法，其特征在于，所述粉末在所述一个或多个中间层中的至少一个中部分地烧结。
[0023]技术方案17.根据技术方案13所述的方法，其特征在于，所述粉末在所述第一层和所述第二层中的至少一个中完全烧结。
[0024]技术方案18.根据技术方案13所述的方法，其特征在于，所述粉末在下者中的至少一个中以不同程度烧结:所述一个或多个中间层中的至少一个、所述第一层或所述第二层O
[0025]技术方案19.根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述粉末通过直接金属激光烧结、直接金属激光熔化、选择性激光烧结、电子束熔化或其任何组合进行烧结。
[0026]技术方案20.—种由工艺形成的机器构件，所述工艺包括:
将能量源应用到淀积在腔室中的粉末上，以便烧结所述粉末；以及
在限定分层结构的横截面几何结构中以不同程度烧结所述粉末，所述分层结构至少具有第一烧结层、第二烧结层和中间层，其中所述机器构件包括所述分层结构。
【附图说明】
[0027]当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，其中，相同符合在图中表示相同部件，其中:
图1为涡轮机系统的实施例的框图；
图2为用于图1的涡轮机系统中的涡轮机构件的实施例的示意性透视图；
图3为图2的涡轮机构件的一部分的实施例的示意性横截面图；
图4为图3的涡轮机构件的分层区域的实施例的示意性横截面图；
图5为图3的涡轮机构件的分层区域的实施例的示意性横截面图；
图6为图3的涡轮机构件的分层区域的实施例的示意性横截面图；
图7为图3的涡轮机构件的分层区域的实施例的示意性横截面图；
图8为图3的涡轮机构件的分层区域的实施例的示意性横截面图；
图9为图3的涡轮机构件的分层区域的实施例的示意性横截面图；以及图10为工艺流程图，其示出制造图3的涡轮机构件的方法的实施例。
【具体实施方式】
[0028]下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对具有本公开的益处的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。
[0029]当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。
[0030]如下面详细论述，(例如，机器构件的)分层结构可使用显著改进分层结构的性能(例如，热效率、排气排放、耐用性、耐久性和/或部件寿命)的方法来制造。分层结构可为机器构件的全部或一部分，例如在较长的时段经历热和机械应力的机器构件。在一些实施例中，这种机器构件可结合到涡轮机、旋转机器、热气路径机器或一些其它机器中。机器构件可为涡轮机的涡轮的构件，其中涡轮可包括燃气涡轮、蒸汽涡轮、水力涡轮和/或风力涡轮。分层结构可为涡轮机构件的全部或一部分，例如，叶片(例如，旋转叶片或固定导叶)、涡轮喷嘴、涡轮框架、密封件、燃烧器衬套、燃烧器帽、燃料喷嘴、压缩机叶片、压缩机叶轮、涡轮叶轮、护罩节段、气体预混合器、液体燃料喷射器或燃烧器-涡轮过渡件。在一些实施例中，分层结构和/或机器构件可为一体形成的一体结构(例如，没有接头)。在其它实施例中，(例如，机器构件的)分层结构可包括多个零件，它们单独地制成且连结在一起。为了清楚，分层结构可在本文论述为机器构件，并且机器构件可在本文论述为涡轮机构件，其中可描述涡轮机构件的某些实施例。但是，应当理解，根据本公开的技术可应用于任何机器、机器构件和/或分层结构，如上面所描述。