格子構造冷却方式のガスタービンエンジン部品

格子構造冷却方式のガスタービンエンジン部品
ガスタービンエンジンは、一般的に、圧縮機セクション、燃焼器セクション、およびタービンセクションで構成されています。通常、運転中、空気は圧縮機セクションで加圧され、燃焼器セクションで燃料と混合されて燃焼し、高温の燃焼ガスを生成します。高温の燃焼ガスはタービンセクションを流れ、タービンセクションは高温の燃焼ガスのエネルギーを電力に変換します。これには、高温で動作する多数の部品が関係します。

高温条件下で動作する必要がある航空機やガスタービンエンジンの部品の場合、多くの部品に冷却チャネルが必要です。この点に関して、市場観察によれば、冷却チャネルに加えて、格子構造も継続的に研究され、放熱に応用されてきました。

局所対流冷却効果の向上<br /> 市場調査によると、UTC ユナイテッド テクノロジーズは、ガスタービン エンジン部品の壁内の格子構造を含む、ガスタービン エンジン部品の冷却ソリューションに 3D プリント技術を適用しています。格子構造によってガスタービンエンジン部品の効果的な局所対流冷却が提供され、部品はコア流路を通過する高温の燃焼ガスの高温に耐えることができます。

UTC が設計した格子構造は、任意のガスタービンエンジン部品または部品の一部に固有の冷却要件に合わせて調整できることがわかっています。つまり、格子構造(図の番号80)の設計と密度を変更することで、外部の熱負荷と局所的な寿命要件に合わせて調整することができます。



ただし、特定の格子構造の場合、実際の設計はコンポーネントの形状によって異なる場合があります。圧力損失、局所的な冷却流、冷却空気の熱吸収、熱効率、全体的な冷却効率、空気力学的混合、製造可能性の考慮事項など、さまざまな要件も考慮する必要があり、ガスタービンエンジン固有のパラメータも考慮する必要があります。

格子構造(図の番号80)は、粉末床金属溶融結合法などの積層造形法で製造できるほか、もちろん電子ビーム溶融(EBM)法でも製造できる。ただし、UTC United Technologies は鋳造プロセスを通じて格子構造も製造していると理解されています。この付加製造プロセスは、モリブデン C を含むがこれに限定されない耐火金属コア (RMC) の製造に使用できます。

左が冷却チャネル、右が格子構造<br /> エンジン部品の冷却技術について話すとき、通常は冷却チャネル方式を思い浮かべます。市場調査によると、積層造形技術を使用して冷却チャネルを備えたエンジンブレードを実現し、これらのブレードを非常に高い温度で動作させることができます。これらの冷却チャネルがなければ、これらのブレードは極めて高い温度で変形してしまいます。 3D プリントにより、冷却チャネルの形状を極めて複雑にすることができるため、冷却効率が向上し、エンジンをより高温で動作させることができ、航空機の効率と経済性が向上します。

UTCジョイント技術は、格子構造をエンジン部品の冷却ソリューションに応用したものであり、冷却チャネルによる冷却とは別の試みともいえる。格子構造の存在により広い熱交換面が確保され、高い放熱面積/体積比が得られます。

自動車から航空宇宙まで、格子構造は熱交換効率を向上させるために使用されています

この点に関して、市場観察によれば、デルタモータースポーツと協力してマイクロガスタービンシステム用の並列流熱交換器を設計・製造しているHiETA Technologiesや、次世代の高効率熱交換器を製造しているConfluxなど、多くの企業が格子構造を通じて熱を放散するための商業的な取り組みを行っています。フィアットクライスラー(FCA自動車グループ)も以前、マクマスター大学と協力関係を築き、FCAグループが生産する自動車に使用されている自動車ラジエーターよりも軽量で、性能も確保できる3Dプリント技術で製造できる新しいアルミ製自動車ラジエーターを設計することを目指していた。

UTCジョイント技術の応用と開発を通じて、格子構造を利用して熱交換効率を向上させることが自動車分野で認知されるだけでなく、航空宇宙分野でも深化してきました。 UTC ユナイテッド テクノロジーズは、3D プリントの分野で一連の進歩を遂げています。私たちは、これらの最先端の研究が近い将来に商業的な成果に変わると信じています。

出典: 3Dサイエンスバレー

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