倍豐科技金屬3D打印制造航空發(fā)動機的燃氣噴嘴

來源：倍豐科技

航空發(fā)動機有80%的部件與燃氣輪機類同，國際上 引領 航空發(fā)動機市場的企業(yè)，基本上也是燃氣輪機的絕對領導者。近年來增材制造技術已成為這些龍頭企業(yè)技術突破的重要研究方向，蘇州倍豐在接到這個項目時，美國GE和德國西門子已經(jīng)完成了3D打印的預混器。

△西門子：SGT-A05型燃機3D打印低排放預混器

項目目的：在3D增材制造一體成型技術下，有效提高燃料和空氣的預混均勻度。

研究方向
通過3D金屬選區(qū)激光熔化技術（Seletive Laser Melting，SLM）率先在國內(nèi)實現(xiàn)燃氣輪機關鍵部件的材料研究-結(jié)構(gòu)設計-3D打印-后處理-性能檢測-功能試驗的全部流程。

1、材料：金屬粉末

2、設計：3D數(shù)模

3、制造：3D打印

4、性能檢測

5、功能測試

燃氣噴嘴總體方案實施
蘇州倍豐團隊率先完成
01｜噴嘴設計+3D數(shù)模

• 采用三維建模對燃燒室結(jié)構(gòu)建模
• 采用ANSYS FLUENT軟件進行燃燒室流場CFD模擬分析
• 增材制造一體化設計應用
  

三種設計方案

02｜制造：3D打印

增材制造研究

• 材料維度
  

• 熔池維度
  

• 區(qū)域維度
  

• 零件維度
  

超大復雜構(gòu)件一體化成型研究

• 懸空角度＞45°
  

• 懸空圓弧直徑＜4mm
  

• 懸空面＜2mm
  

• 打印過程應力研究
  

增材制裝備和工藝研究

采用倍豐開發(fā)SP800設備完成全程打印工作，通過整套金屬粉末處理系統(tǒng)有效提高工件制備過程效率。

03｜性能檢測

性能基礎檢測

• 噴嘴檢測
  

△孔隙率檢測

△力學性能檢測

△表面粗糙度檢測

IN718材料工藝驗證

• 保證穩(wěn)定的材料性能
  

噴嘴方案有效性測評
方案   一

△速度分布

不同截面濃度分析

通過專業(yè)儀器模擬驗證后，模擬結(jié)果與實際試驗結(jié)果吻合。

優(yōu)化結(jié)果

噴嘴出口下游10mm截面，燃料濃度分布不均勻度相比傳統(tǒng)工藝，降低至原有標準的四分之一。

方案   二

△速度分布

不同截面濃度分析

通過專業(yè)儀器模擬 驗 證后 ， 模擬結(jié)果與實際試驗結(jié)果吻合 。

優(yōu)化結(jié)果

噴嘴出口下游10mm截面，燃料濃度分布不均勻度降低至原有標準的五分之一。

方案   三

△速度分布

不同截面濃度分析

通過專業(yè)儀器模擬 驗 證后 ， 模擬結(jié)果與實際試驗結(jié)果吻合 。

優(yōu)化結(jié)果

噴嘴出口下游10mm截面，燃料濃度分布不均勻度實現(xiàn)最理想化方案設定數(shù)值，完全滿足實驗要求。

研究成果助力燃氣輪機行業(yè)新發(fā)展
蘇州倍豐團隊率先完成成果

01｜實現(xiàn)超大型噴嘴無支撐一體化增材制造結(jié)構(gòu)設計

• 深度耦合氣流場結(jié)合可打印性要求
• 通過仿真技術顯著縮短設計優(yōu)化開發(fā)周期
• 無支撐結(jié)構(gòu)模型
  

02｜實現(xiàn)超大型噴嘴增材制造工藝開發(fā)

15件超大型噴嘴一體化打印加工成形，所有噴嘴完整無裂紋，成品率達100%。

03｜實現(xiàn)氣流場仿真設計 與3D打印技術高度融合

• 第一種噴嘴 (改進型）
  

實現(xiàn)類傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)噴嘴，預混不均勻度只有 傳統(tǒng)工藝的1/4 以下。

• 第二種噴嘴 (全新設計）
  

成功完成第二種噴嘴的全新一體化設計和打印，小尺寸管道變徑及加工精度順利降低預混不均勻 既定方案目標 以內(nèi) 。

• 第三種噴嘴 (多管束設計）
  

成功完成第三種噴嘴的全新一體化設計和打印，極致優(yōu)化設計，預混不均勻度達到了極佳的 方案認可數(shù)值 以下。