通用電氣（GE）3D打印燃料噴射器和冷卻系統(tǒng)專利獲批

通用電氣（GE）要做金屬3D打印領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者的勢(shì)頭變得更猛烈了 — 2017年1月17日，這位電器巨頭就獲批了幾項(xiàng)新專利，比如用于制造渦輪機(jī)部件上應(yīng)變傳感器的技術(shù)。緊接著，在1月24日，他們又獲批了其它一些專利，包括燃料噴射器主體和冷卻系統(tǒng)的制造技術(shù)。

通過(guò)自身下游的應(yīng)用發(fā)展研究來(lái)深化對(duì)3D打印技術(shù)的理解和駕馭能力，無(wú)論是資金方面還是know-how方面，GE在增材制造領(lǐng)域積累的能量將為其插上新的飛翔翅膀。

燃?xì)廨啓C(jī)一般包括壓縮機(jī)部分、具有燃燒器的燃燒部分和渦輪部分。壓縮機(jī)部分逐漸增加工作流體的壓力，以便向燃燒部分提供壓縮的工作流體。燃料被注入壓縮工作流體中以形成可燃混合物。

可燃混合物在燃燒室內(nèi)燃燒以產(chǎn)生具有高溫、壓力和速度的燃燒氣體。較高的燃燒氣體溫度可以提高燃燒器的熱力學(xué)效率。較高的燃燒氣體溫度可提高雙原子氮的分解率，相反，較低的燃燒氣體溫度普遍降低了燃燒氣體的化學(xué)反應(yīng)速率，從而增加生產(chǎn)的一氧化碳（CO）和未燃燒的碳?xì)浠衔铮║HCS）在燃燒室的停留時(shí)間。

為了平衡燃燒器的整體排放性能和熱效率，某些燃燒器設(shè)計(jì)包括多個(gè)燃料噴射器，該燃料噴射器布置在襯墊周圍，并且通常從主燃燒區(qū)下游定位。燃料噴射器一般通過(guò)襯墊徑向延伸，以將流體連通到燃燒氣體流場(chǎng)中。

為了克服燃燒氣體流場(chǎng)中燃燒氣體的高動(dòng)量，必須通過(guò)噴油器引導(dǎo)大量壓縮空氣以將燃料充分推入燃燒氣流中。燃料必須在相對(duì)較高的壓力下供給，以充分推動(dòng)燃料進(jìn)入燃燒氣體流場(chǎng)。

解決這些問(wèn)題的當(dāng)前解決方案包括將燃料噴射器的少一部分通過(guò)襯里向內(nèi)徑延伸到燃燒氣體流場(chǎng)中。然而，這種方法將燃料噴射器暴露在熱燃燒氣體中，可能會(huì)影響組件的機(jī)械壽命和導(dǎo)致燃料焦炭積累。而根據(jù)可靠消息，GE已經(jīng)改進(jìn)了用于將燃料噴射器延伸到燃燒氣體流場(chǎng)中的冷卻系統(tǒng)。

GE于2017年1月24日獲批的專利包括燃料噴射器主體，包括確定主體包括冷卻通道的三維建模信息，將三維建模切分成多個(gè)切片橫斷層，并通過(guò)電子束融化技術(shù)將各層融化凝固起來(lái)，從而制造出燃料噴射器主體。

▲罐式燃燒器的部分橫截面視圖

▲冷卻燃料噴射器延伸到燃燒氣體流場(chǎng)的系統(tǒng)橫截面視圖

▲冷卻燃料噴射器延伸到燃燒氣體流場(chǎng)的系統(tǒng)橫截面視圖

GE獲批的專利還包括用于冷卻延伸到燃燒氣體流場(chǎng)的燃料噴射器的系統(tǒng)。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，該系統(tǒng)包括通過(guò)燃燒室限定燃燒氣流路徑的襯里、通過(guò)襯里延伸的燃料噴射器開(kāi)口和燃料噴射器。

▲冷卻通道的橫截面視圖，在冷卻通道內(nèi)的各種流動(dòng)特征

噴油器主體采用直接激光融化（DMLS）或電子束熔化EBM技術(shù)制造。激光熔化增材制造工藝允許更復(fù)雜冷卻通道模式，這樣的通道幾乎無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的制造方法制造。此外，增材制造減少潛在的泄漏和其他潛在的不良影響，例如通過(guò)傳統(tǒng)方法需要有多個(gè)組件釬焊或結(jié)合在一起以形成冷卻通道，這不僅僅增加了工藝的復(fù)雜性和程序，還帶來(lái)了潛在的質(zhì)量隱患。

通過(guò)激光融化技術(shù)，每層的尺寸在0.0005英寸到大約0.001英寸之間。GE在該專利中所使用的是（但不限于）EOSINT™ M 270 , 以及PHENIX PM250, 或者EOSINT™ M 250 。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，GE所采用的金屬粉粉末成分中含有鈷鉻，例如（但不限于）HS1888和INCO625。金屬粉末的粒徑大約在10微米到74微米之間，最好是在大約15微米和大約30微米之間。

延伸閱讀：《通用（GE）3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴獲批，將用于我國(guó)C919客機(jī)》

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來(lái)源：3D科學(xué)谷