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(yīng)燃料的燃料噴射器。多個燃料管線的熱膨脹的變化可能導(dǎo)致燃料噴射器頭部的偏轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)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(fù)雜的形狀，使得傳統(tǒng)加工工藝難以實現(xiàn)。
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(gòu)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(gòu)造，并且與第二主通道和次級管成平行構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)到主氣體通道中。輔助燃料轉(zhuǎn)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(dǎo)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(yīng)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(zhuǎn)。
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(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(dǎo)致燃料焦炭積累。根據(jù)3d科學(xué)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(shù)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(jù)3d科學(xué)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(shù)，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(jù)3d科學(xué)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(shù)制造。激光熔融3d打印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(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，還帶來了潛在的質(zhì)量隱患。
不僅僅是ge利用3d打印技術(shù)實現(xiàn)了突破性的創(chuàng)新。美國聯(lián)合技術(shù)公司還通過3d打印開發(fā)帶中空壁熱屏蔽結(jié)構(gòu)的燃料噴射器。根據(jù)3d科學(xué)谷的市場研究，美國聯(lián)合技術(shù)公司 (utc) 通過基于粉末床的金屬3d打印增材制造工藝來構(gòu)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(shù)，美國聯(lián)合技術(shù)公司可以構(gòu)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(jù)3d科學(xué)谷的市場研究，美國聯(lián)合技術(shù)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(nèi)部空隙或空間內(nèi)的金屬粉末。金屬3d打印在制造具有內(nèi)部空間的燃料噴射器部件過程中發(fā)揮了主要作用，而內(nèi)部空間又通過多個孔或端口連接到部件的外部。
當(dāng)然殘留粉末的去除也是一門技術(shù)活，美國聯(lián)合技術(shù)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?？傊还苁嵌喙軞怏w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(jié)構(gòu)的燃料噴射器，3d打印都在助力燃料噴射器實現(xiàn)更為穩(wěn)定的性能。
(原標(biāo)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)