3D打印一體化結構是一種具有代表性的為增材制造而設計（Design for additive manufacturing，DfAM）的結構。以增材制造的思維去設計時(shí)，需要突破以往通過(guò)鑄造、壓鑄、機械加工制造所帶來(lái)的思維限制，這個(gè)過(guò)程是充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的。

隨著(zhù)結構一體化在新能源領(lǐng)域應用的切入，能在未來(lái)5年內跑贏(yíng)市場(chǎng)的應用點(diǎn)，將實(shí)現由“點(diǎn)”及“面”，從一個(gè)角落瞬間“掀起”，“跳躍”起來(lái)，塑造變化的大局，而3D打印在實(shí)現結構一體化方面有著(zhù)天然的成本優(yōu)(yōu)勢，必將隨著(zhù)能在未來(lái)5年內跑贏(yíng)市場(chǎng)的應用點(diǎn)，將實(shí)現由“點(diǎn)”及“面”的應用發(fā)(fā)展獲得一條新的上升路線(xiàn)。有趣的是，GE不斷的開(kāi)發(fā)(fā)3D打印實(shí)現結構一體化的優(yōu)(yōu)勢，近日GE通過(guò)3D打印的一體化渦輪機罩（帶內冷）的專(zhuān)利獲得通過(guò)。

挑戰(zhàn)機罩的冷卻

 薄膜冷卻和沖擊冷卻的局限

燃氣輪機系統(tǒng)通過(guò)使流體（例如，熱氣）流過(guò)燃氣輪機系統(tǒng)的渦輪部件來(lái)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)旋轉葉片旋轉，通過(guò)渦輪部件的轉子或軸產(chǎn)生動(dòng)力。

在運行期間，渦輪機護罩可能會(huì )暴露于流經(jīng)渦輪機部件的高溫工作流體中。隨著(zhù)時(shí)間的流逝，渦輪機護罩可能會(huì )發(fā)(fā)生不良的熱膨脹。渦輪機罩的熱膨脹可導致罩的損壞，當渦輪機護罩損壞或不再在渦輪機部件內形成令人滿(mǎn)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部件和整個(gè)渦輪機系統(tǒng)的運行效率。

為了最小化熱膨脹，通常需要對渦輪機罩進(jìn)行冷卻。用于冷卻渦輪機罩的常規(guī)工藝包括薄膜冷卻和沖擊冷卻。膜冷卻涉及在渦輪機部件的工作期間使冷卻空氣流過(guò)渦輪機護罩的表面；沖擊冷卻利用穿過(guò)渦輪機護罩形成的孔或孔在工作期間向渦輪機護罩的各個(gè)部分提供冷卻空氣。

這些冷卻過(guò)程中都會(huì )在渦輪機組件運行期間產(chǎn)生問(wèn)題。根據3D科學(xué)谷的了解，在膜冷卻中使用的冷卻空氣可與流過(guò)流體流動(dòng)路徑的工作流體混合，并可能在渦輪部件內引起湍流。另外，渦輪機護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子的密封。然而，圖案化的表面通常不利于用于冷卻護罩的膜冷卻工藝。

沖擊冷卻也具有其弊端，為了形成穿過(guò)渦輪機護罩的各個(gè)部分的沖擊孔或孔，渦輪機護罩必須由多個(gè)零件形成，然后將其安裝到渦輪機部件中。隨著(zhù)組裝在一起以形成渦輪機將冷卻一體化

GE開(kāi)發(fā)(fā)了新型的用于渦輪機系統(tǒng)的一體化渦輪機護罩，多個(gè)渦輪機護罩直接聯(lián)接到渦輪機殼體并且徑向地定位在渦輪機殼體和多個(gè)渦輪機葉片之間。在兩個(gè)相對的渦輪機護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。

燃氣渦輪系統(tǒng)的渦輪的一部分的側視圖，包括渦輪葉片，定子葉片，轉子，渦輪機殼體和渦輪機護罩。

來(lái)源：US10822986B2

渦輪機護罩的一體式主體可以在單個(gè)3D打印-增材制造過(guò)程形成，渦輪機護罩還可包括形成在其中的增壓室和冷卻通道。

渦輪機護罩的透視圖。來(lái)源：US10822986B2

渦輪機護罩的前視截面圖。來(lái)源：US10822986B2

增材制造特別適合于制造一體式主體的渦輪機護罩，增材制造無(wú)需使用任何類(lèi)型的模具，就可以創(chuàng )(chuàng)建復雜的幾何形狀，并且?guī)綴鯖](méi)有廢料。尤其是通過(guò)增材制造實(shí)現的一體式主體渦輪機護罩可以包括熱氣路徑可直接聯(lián)接至渦輪機殼體的部分。

結構一體化正在開(kāi)啟3D打印所造就的新時(shí)代！根據GE的專(zhuān)利US10781721B2，GE開(kāi)發(fā)(fā)了通過(guò)3D打印-增材制造的一體化渦輪機中心框架。增材制造的渦輪機中心框架包括環(huán)(huán)形外殼、環(huán)(huán)形輪轂和在外殼與輪轂之間延伸的環(huán)(huán)形整流罩。整流罩包括內壁和外壁，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。

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