前沿，GE通過3D列印燃料噴射器和冷卻系統專利獲批

GE要做金屬3D列印領域領導者的勢頭強烈，2017年新年伊始，1月17日GE獲得批准的專利中，公開了用於製造渦輪機部件上的應變感測器的方法。緊接著，GE於1月24日又獲批專利，內容包括燃料噴射器主體和冷卻系統的製造技術。

通過自身下游的應用發展研究來深化對3D列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在增材製造領域積累的能量將為其插上新的飛翔翅膀。

超材料設計

變得模塊化

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燃燒以產生具有高溫、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，並且通常從主燃燒區下游定位。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裡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改進了用於將燃料噴射器延伸到燃燒氣體流場中的冷卻系統。

GE於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，並通過電子束融化技術將各層融化凝固起來，從而製造出燃料噴射器主體。

圖：罐式燃燒器的部分橫截面視圖

圖：冷卻燃料噴射器延伸到燃燒氣體流場的系統橫截面視圖

圖：冷卻燃料噴射器延伸到燃燒氣體流場的系統橫截面視圖

GE獲批的專利還包括用於冷卻延伸到燃燒氣體流場的燃料噴射器的系統。根據3D科學谷的市場研究，該系統包括通過燃燒室限定燃燒氣流路徑的襯裡、通過襯裡延伸的燃料噴射器開口和燃料噴射器。

圖：冷卻通道的橫截面視圖，在冷卻通道內的各種流動特徵

噴油器主體採用直接激光融化（DMLS）或電子束熔化EBM技術製造。激光熔化增材製造工藝允許更複雜冷卻通道模式，這樣的通道幾乎無法通過傳統的製造方法製造。此外，增材製造減少潛在的泄漏和其他潛在的不良影響，例如通過傳統方法需要有多個組件釺焊或結合在一起以形成冷卻通道，這不僅僅增加了工藝的複雜性和程序，還帶來了潛在的質量隱患。

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（但不限於）EOSINT M 270 , 以及PHENIX PM250, 或者EOSINT M 250 。根據3D科學谷的市場研究，GE所採用的金屬粉粉末成分中含有鈷鉻，例如（但不限於）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。

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