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【中國智能制造網 技術前沿】燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機，燃燒器和渦輪部分。燃燒器包括為燃燒過程供應燃料的燃料噴射器。多個燃料管線的熱膨脹的變化可能導致燃料噴射器頭部的偏轉。燃料噴射器具有帶有燃料入口和多個燃料出口的腔室，并且包括燃料分配器，用于將通過燃料入口引入腔室的燃料分配到出口。燃料分配器通常為旋轉的對稱分配器主體。
3D打印助力開發(fā)具有多管氣體分配回路的燃料噴射器
3D打印在具有多管氣體分配回路的燃料噴射器方面具有獨特的優(yōu)勢，不僅避免了多個零部件的組裝需要，還可以成就更為復雜的形狀，使得傳統(tǒng)加工工藝難以實現。
多管氣體分配回路
位于美國加州San Diego的Solar Turbines公司通過3D打印開發(fā)具有多管氣體分配回路的燃料噴射器。這種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴射器包括主管，第二主管，次級管，法蘭組件和噴射器頭。法蘭組件包括法蘭，分配塊，進氣通道，主要氣體配件，主通道，第二主通道和次通道。分配塊將主要氣體燃料均勻地分配到主管，第二主管和次級管。
分配塊從法蘭延伸，進氣通道延伸到分配塊中。主通道與進氣通道和主管流動連通。第二主通道與進氣通道和第二主管流動連通。第二主通道和副管與主通道和主管成平行構造。二級通道與進氣通道和二級管流動連通。次級通道和次級管與主通道和主管成平行構造，并且與第二主通道和次級管成平行構造。
噴射器頭包括噴射器主體，噴射器主體包括主氣體通道，主燃料傳輸配件，第二主燃料傳輸配件和輔助燃料傳輸配件。主氣體通道包括環(huán)形形狀。主燃料輸送配件與主氣體通道流動連通并且連接到主管，用于將主氣體燃料從主管引導到主氣體通道中。第二主燃料輸送配件與主氣體通道流動連通并且連接到第二主管，用于將主氣體燃料從第二主管引導到主氣體通道中。輔助燃料轉移配件與主要氣體通道流動連通并且連接到第二管，用于將主要氣體燃料從次要管引導到主要氣體通道中。
圖1：示例性燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖
圖2：圖1的燃料噴射器的分解圖
圖3：圖1的燃料噴射器的實施例的剖視圖
圖4：圖1和圖2的分配塊的橫截面圖。圖2和3沿IV-IV線截取。
圖5：圖1和圖2的注射器頭的橫截面圖
圖6：圖1的燃料噴射器的替代實施例的剖視圖
圖7：圖1的注射器頭的橫截面圖
圖8：圖1的注射器頭的一部分的剖視圖
圖9：圖1和圖2的中心體組件的剖視圖
圖10：圖10的中心體組件的分解剖視圖
圖11：圖1和圖2的旋流器的仰視圖
圖12：圖1和圖2的實施例的注射器頭的一部分的橫截面圖
那么3D打印在其中發(fā)揮了什么作用呢？
如上圖中主通道615，第二主通道616和次通道617都可以在氣體入口通道614處開始并延伸到它們各自的管端口。 主通道615，第二主通道616和次通道617可以在3D打印增材制造過程期間與分配塊612同時形成，并且可以不需要交叉鉆孔。
中心體組件700部件可以 作為一個整體組件，通過增材制造工藝一次性制造完成，從而不需要如圖的多個零件組裝而成。通過三個主氣管均勻地供應燃料，匹配每個主氣體管中的熱膨脹可以防止主氣體管的變形，并且可以防止噴射器頭的偏轉。
Review
此前GE為了平衡燃燒器的整體排放性能和熱效率，將燃料噴射器的一部分通過襯里向內徑延伸到燃燒氣體流場中。然而，這種方法將燃料噴射器暴露在熱燃燒氣體中，可能會影響組件的機械壽命和導致燃料焦炭積累。根據3D科學谷的市場研究，GE改進了用于將燃料噴射器延伸到燃燒氣體流場中的冷卻系統(tǒng)。
GE于2017年1月24日獲批的zhuanli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切片橫斷層，并通過電子束融化技術將各層融化凝固起來，從而制造出燃料噴射器主體。GE獲批的zhuanli還包括用于冷卻延伸到燃燒氣體流場的燃料噴射器的系統(tǒng)。根據3D科學谷的市場研究，該系統(tǒng)包括通過燃燒室限定燃燒氣流路徑的襯里、通過襯里延伸的燃料噴射器開口和燃料噴射器。
通過激光熔融金屬3D打印技術，每層的尺寸在0.0005英寸到大約0.001英寸之間。GE在該zhuanli中所使用的是(但不限于)EOSINT™ M 270 , 以及PHENIX PM250, 或者EOSINT™ M 250 。根據3D科學谷的市場研究，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，好是在大約15微米和大約30微米之間。
噴油器主體采用直接激光融化(DMLS)或電子束熔化EBM技術制造。激光熔融3D打印增材制造工藝允許更復雜冷卻通道模式，這樣的通道幾乎無法通過傳統(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，例如通過傳統(tǒng)方法需要有多個組件釬焊或結合在一起以形成冷卻通道，這不僅僅增加了工藝的復雜性和程序，還帶來了潛在的質量隱患。
不僅僅是GE利用3D打印技術實現了突破性的創(chuàng)新。美國聯合技術公司還通過3D打印開發(fā)帶中空壁熱屏蔽結構的燃料噴射器。根據3D科學谷的市場研究，美國聯合技術公司 (UTC) 通過基于粉末床的金屬3D打印增材制造工藝來構建噴射器部件主體，并且從噴射器部件主體移除殘余金屬粉末。
通過基于粉末床的選擇性金屬熔融3D打印技術，美國聯合技術公司可以構建噴射器的主體。將鈦或鎳基合金之類的粉末金屬層層鋪疊在粉末床上，并且基于STL文件使用激光來選擇性地熔融金屬粉末。根據3D科學谷的市場研究，美國聯合技術公司每次添加約0.0005英寸(0.0127mm)至約0.001英寸(0.0254)厚的層。然后，有必要在部件完成制造之后去除殘留在內部空隙或空間內的金屬粉末。金屬3D打印在制造具有內部空間的燃料噴射器部件過程中發(fā)揮了主要作用，而內部空間又通過多個孔或端口連接到部件的外部。
當然殘留粉末的去除也是一門技術活，美國聯合技術公司除振動和振動之外，還通過施加壓縮或加壓的空氣來移除粉末材料?？傊?，不管是多管氣體分配回路，還是延伸到燃燒氣體流場中的冷卻系統(tǒng)，亦或是帶中空壁熱屏蔽結構的燃料噴射器，3D打印都在助力燃料噴射器實現更為穩(wěn)定的性能。
(原標題：3D打印助力開發(fā)具有多管氣體分配回路的燃料噴射器)
浙公網安備 33010602000006號
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