GE、3Dプリント燃料噴射装置と冷却システムの特許を取得

GE、3Dプリント燃料噴射装置と冷却システムの特許を取得
ゼネラル・エレクトリック(GE)が金属3Dプリンティングのリーダーになろうとする勢いは、さらに強まった。2017年1月17日、この家電大手は、タービン部品のひずみセンサーの製造に使用される技術を含む、いくつかの新しい特許を取得した。その後、1月24日には、燃料噴射装置本体や冷却システムの製造技術など、いくつかの特許も承認された。

GE は、自社の下流アプリケーション開発研究を通じて 3D プリント技術への理解と習熟を深めることで、付加製造分野で蓄積してきたエネルギーを、資金面でもノウハウ面でも新たな翼として活用することになります。


ガスタービンは、一般的に、圧縮機部、燃焼器を有する燃焼部、およびタービン部を含む。圧縮部は作動流体の圧力を徐々に高め、圧縮された作動流体を燃焼部に供給します。圧縮された作動流体に燃料が噴射され、可燃性混合物が形成されます。

可燃性混合物は燃焼室内で燃焼し、高温、高圧、高速度の燃焼ガスを生成します。燃焼ガス温度を高くすると、燃焼器の熱力学的効率が向上します。燃焼ガス温度が高いほど二原子窒素の分解速度が速くなりますが、燃焼ガス温度が低いと一般に燃焼ガスの化学反応速度が低下し、生成された一酸化炭素 (CO) と未燃焼炭化水素 (UHCS) の燃焼室内での滞留時間が長くなります。

燃焼器の全体的な排出性能と熱効率のバランスをとるために、特定の燃焼器設計には、ライナーの周囲に配置され、一般に一次燃焼ゾーンの下流に位置する複数の燃料噴射装置が含まれます。燃料インジェクターは通常、ライナーを放射状に貫通して伸び、流体を燃焼ガス流路に送り込みます。

燃焼ガス流れ場における燃焼ガスの高い運動量を克服するためには、大量の圧縮空気をインジェクターに通して燃料を燃焼ガス流れに完全に押し込む必要があります。燃料を燃焼ガス流路内に適切に送り込むには、比較的高い圧力で燃料を供給する必要があります。

これらの問題に対する現在の解決策としては、燃料インジェクターの一部をライナーを通して内径に向かって燃焼ガス流路まで延長することが挙げられます。しかし、この方法では燃料インジェクターが高温の燃焼ガスにさらされるため、部品の機械的寿命に影響を与え、燃料コークスの蓄積を引き起こす可能性があります。信頼できる情報筋によると、GE は燃料噴射装置を燃焼ガス流路まで延長するために使用される冷却システムを改良したとのことです。


2017年1月24日にGEに付与された特許には、燃料噴射装置本体が含まれており、冷却チャネルを含む本体を決定するための3次元モデリング情報、3次元モデリングを複数のスライス断面に切断し、電子ビーム溶融技術によって各層を溶融して固化して燃料噴射装置本体を製造する。

▲缶バーナーの部分断面図
▲冷却燃料インジェクタが燃焼ガス流路内に延びているシステムの断面図 ▲冷却燃料インジェクタが燃焼ガス流路内に延びているシステムの断面図
GE の取得した特許は、燃焼ガス流路内に延びる燃料噴射装置を冷却するシステムも対象としています。 3D Science Valley の市場調査によると、このシステムには、燃焼室を通る燃焼空気の流路を定義するライナー、ライナーを貫通する燃料インジェクター開口部、および燃料インジェクターが含まれています。

▲冷却チャネルの断面図、冷却チャネル内の様々な流動特性
インジェクター本体は、直接レーザー溶融 (DMLS) または電子ビーム溶融 (EBM) 技術を使用して製造されます。レーザー溶融付加製造プロセスにより、従来の製造方法ではほぼ不可能な、より複雑な冷却チャネル パターンを作成できます。さらに、積層造形により、従来の方法で冷却チャネルを形成するために複数のコンポーネントをろう付けまたは接着する必要性など、潜在的な漏れやその他の潜在的な悪影響が軽減されます。従来の方法では、プロセスの複雑さと手順が増加するだけでなく、潜在的な品質リスクも生じます。

レーザーアブレーション技術を使用することで、各層のサイズは 0.0005 インチから約 0.001 インチになります。 GE は、この特許において、EOSINT™ M 270、PHENIX PM250、または EOSINT™ M 250 を使用します (ただし、これらに限定されません)。 3D Science Valley の市場調査によると、GE が使用する金属粉末には、HS1888 や INCO625 など (ただしこれらに限定されない) の粉末組成にコバルトとクロムが含まれています。金属粉末の粒子サイズは約 10 ミクロン〜約 74 ミクロン、好ましくは約 15 ミクロン〜約 30 ミクロンである。

さらに読む: 「GEの3Dプリント航空機エンジン燃料噴射装置が承認され、中国のC919旅客機に使用される予定

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出典: 3Dサイエンスバレー

EOS

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