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打印領域領導者的勢頭變得更猛烈了 — 2017年1月17日，這位電器巨頭就獲批了幾項新專利，比如用于制造渦輪機部件上應變傳感器的技術。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。

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

燃氣輪機一般包括壓縮機部分、具有燃燒器的燃燒部分和渦輪部分。壓縮機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反應速率，從而增加生產(chǎn)的一氧化碳（CO）和未燃燒的碳氫化合物（UHCS）在燃燒室的停留時間。

為了平衡燃燒器的整體排放性能和熱效率，某些燃燒器設計包括多個燃料噴射器，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襯墊徑向延伸，以將流體連通到燃燒氣體流場中。

為了克服燃燒氣體流場中燃燒氣體的高動量，必須通過噴油器引導大量壓縮空氣以將燃料充分推入燃燒氣流中。燃料必須在相對較高的壓力下供給，以充分推動燃料進入燃燒氣體流場。

解決這些問題的當前解決方案包括將燃料噴射器的少一部分通過襯里向內(nèi)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。而根據(jù)可靠消息，GE已經(jīng)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。

▲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的燃料噴射器的系統(tǒng)。根據(jù)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。

▲冷卻通道的橫截面視圖，在冷卻通道內(nèi)的各種流動特征

噴油器主體采用直接激光融化（DMLS）或電子束熔化EBM技術制造。激光熔化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(zhì)量隱患。

通過激光融化技術，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，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)動機噴油嘴獲批，將用于我國C919客機》

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來源：3D科學谷