近距離了解GE通過3D打印帶冷卻通道的一體化渦輪機(jī)罩
魔猴君 行業(yè)資訊 1504天前
3D打印一體化結(jié)構(gòu)是一種具有代表性的為增材制造而設(shè)計(jì)(Design for additive manufacturing,DfAM)的結(jié)構(gòu)。以增材制造的思維去設(shè)計(jì)時(shí),需要突破以往通過鑄造、壓鑄、機(jī)械加工制造所帶來的思維限制,這個(gè)過程是充滿挑戰(zhàn)的。
隨著結(jié)構(gòu)一體化在新能源領(lǐng)域應(yīng)用的切入,能在未來5年內(nèi)跑贏市場的應(yīng)用點(diǎn),將實(shí)現(xiàn)由“點(diǎn)”及“面”,從一個(gè)角落瞬間“掀起”,“跳躍”起來,塑造變化的大局,而3D打印在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化方面有著天然的成本優(yōu)勢,必將隨著能在未來5年內(nèi)跑贏市場的應(yīng)用點(diǎn),將實(shí)現(xiàn)由“點(diǎn)”及“面”的應(yīng)用發(fā)展獲得一條新的上升路線。有趣的是,GE不斷的開發(fā)3D打印實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化的優(yōu)勢,近日GE通過3D打印的一體化渦輪機(jī)罩(帶內(nèi)冷)的專利獲得通過。
挑戰(zhàn)機(jī)罩的冷卻
薄膜冷卻和沖擊冷卻的局限
燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)通過使流體(例如,熱氣)流過燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的渦輪部件來產(chǎn)生動(dòng)力。進(jìn)氣與燃料混合以形成燃燒產(chǎn)物,以使多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn),通過渦輪部件的轉(zhuǎn)子或軸產(chǎn)生動(dòng)力。
在運(yùn)行期間,渦輪機(jī)護(hù)罩可能會(huì)暴露于流經(jīng)渦輪機(jī)部件的高溫工作流體中。隨著時(shí)間的流逝,渦輪機(jī)護(hù)罩可能會(huì)發(fā)生不良的熱膨脹。渦輪機(jī)罩的熱膨脹可導(dǎo)致罩的損壞,當(dāng)渦輪機(jī)護(hù)罩損壞或不再在渦輪機(jī)部件內(nèi)形成令人滿意的密封時(shí),工作流體可能會(huì)從流動(dòng)路徑泄漏,這繼而降低了渦輪機(jī)部件和整個(gè)渦輪機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
為了最小化熱膨脹,通常需要對渦輪機(jī)罩進(jìn)行冷卻。用于冷卻渦輪機(jī)罩的常規(guī)工藝包括薄膜冷卻和沖擊冷卻。膜冷卻涉及在渦輪機(jī)部件的工作期間使冷卻空氣流過渦輪機(jī)護(hù)罩的表面;沖擊冷卻利用穿過渦輪機(jī)護(hù)罩形成的孔或孔在工作期間向渦輪機(jī)護(hù)罩的各個(gè)部分提供冷卻空氣。
這些冷卻過程中都會(huì)在渦輪機(jī)組件運(yùn)行期間產(chǎn)生問題。根據(jù)3D科學(xué)谷的了解,在膜冷卻中使用的冷卻空氣可與流過流體流動(dòng)路徑的工作流體混合,并可能在渦輪部件內(nèi)引起湍流。另外,渦輪機(jī)護(hù)罩通常具有圖案化的表面,該圖案化的表面可以在操作期間改善與轉(zhuǎn)子的密封。然而,圖案化的表面通常不利于用于冷卻護(hù)罩的膜冷卻工藝。
沖擊冷卻也具有其弊端,為了形成穿過渦輪機(jī)護(hù)罩的各個(gè)部分的沖擊孔或孔,渦輪機(jī)護(hù)罩必須由多個(gè)零件形成,然后將其安裝到渦輪機(jī)部件中。隨著組裝在一起以形成渦輪機(jī)將冷卻一體化
GE開發(fā)了新型的用于渦輪機(jī)系統(tǒng)的一體化渦輪機(jī)護(hù)罩,多個(gè)渦輪機(jī)護(hù)罩直接聯(lián)接到渦輪機(jī)殼體并且徑向地定位在渦輪機(jī)殼體和多個(gè)渦輪機(jī)葉片之間。在兩個(gè)相對的渦輪機(jī)護(hù)罩斜面上形成有熱氣通道(HGP)密封槽;在密封部的HGP表面與HGP密封槽之間,在相對的兩個(gè)斜面的每一個(gè)上形成有多個(gè)斜面排氣孔,多個(gè)斜面排氣孔與排氣通道流體連通。
燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的渦輪的一部分的側(cè)視圖,包括渦輪葉片,定子葉片,轉(zhuǎn)子,渦輪機(jī)殼體和渦輪機(jī)護(hù)罩。
來源:US10822986B2
渦輪機(jī)護(hù)罩的一體式主體可以在單個(gè)3D打印-增材制造過程形成,渦輪機(jī)護(hù)罩還可包括形成在其中的增壓室和冷卻通道。
渦輪機(jī)護(hù)罩的透視圖。來源:US10822986B2
渦輪機(jī)護(hù)罩的前視截面圖。來源:US10822986B2
增材制造特別適合于制造一體式主體的渦輪機(jī)護(hù)罩,增材制造無需使用任何類型的模具,就可以創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀,并且?guī)缀鯖]有廢料。尤其是通過增材制造實(shí)現(xiàn)的一體式主體渦輪機(jī)護(hù)罩可以包括熱氣路徑可直接聯(lián)接至渦輪機(jī)殼體的部分。
結(jié)構(gòu)一體化正在開啟3D打印所造就的新時(shí)代!根據(jù)GE的專利US10781721B2,GE開發(fā)了通過3D打印-增材制造的一體化渦輪機(jī)中心框架。增材制造的渦輪機(jī)中心框架包括環(huán)形外殼、環(huán)形輪轂和在外殼與輪轂之間延伸的環(huán)形整流罩。整流罩包括內(nèi)壁和外壁,并且多個(gè)韌帶從整流罩的外壁延伸到外殼,以將整流罩連接到外殼。增材制造的渦輪機(jī)中心框架還包括從輪轂延伸到外殼的多個(gè)支柱和在外殼的外表面上限定的一對凸臺(tái)。
來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/39759.html