RU2846666C1

RU2846666C1 - Gas turbine engine combustion chamber nozzle and its manufacturing method

Info

Publication number: RU2846666C1
Application number: RU2024140139A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Лебедев; Вячеслав Михайлович Дручок
Original assignee: Не публикуется в соответствии с постановлением Правительства РФ от 2 сентября 2024 г. N 1209
Filing date: 2024-12-27
Publication date: 2025-09-11

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering and can be used in gas turbine engineering. Gas turbine engine combustion chamber nozzle, made as a single structure by the additive manufacturing method, consisting of a central tubular channel, an outer mounting flange located at one end of the central tubular channel, located at the other end of the central tubular channel of a coaxial shell with an inner mounting flange, shell with inner mounting flange forms pre-mixing channel, wherein inner mounting flange has air inlets, characterized in that a spiral compensator in the form of a truncated cone made of tubular shapes twisted into a spiral is coaxially located around a portion of the central tubular channel between the outer mounting flange and the inner mounting flange.

EFFECT: increasing the service life of the nozzle, simplifying the injector production process.

9 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в газотурбостроении. Оно применимо для форсунок камер сгорания трубчатого типа, предназначенных для газотурбинных установок (ГТУ), а также охватывает способ изготовления ГТУ, в частности, форсунок камер сгорания.This invention pertains to mechanical engineering and can be used in gas turbine construction. It is applicable to tubular combustion chamber nozzles designed for gas turbine units (GTUs), and also encompasses a method for manufacturing GTUs, specifically combustion chamber nozzles.

Представленная в изобретении форсунка используются в газотурбинном двигателе. Данные двигатели используются в составе газоперекачивающих агрегатов, в качестве привода компрессоров ив технологии сжижения природного газа, в качестве привода электрогенератора.The injector presented in the invention is used in a gas turbine engine. These engines are used in gas pumping units, as compressor drives in natural gas liquefaction technology, and as electric generator drives.

Из уровня техники известен ряд решений, близких с заявляемым изобретением в части устройства. В частности, по патенту US 11561008 B2 известны топливные форсунки. Например, топливной форсунка для системы сгорания включает в себя топливную форсунку с пилотным завихрителем и выпускным отверстием, определенным на выпускном конце, а также основной смеситель, прикрепленный к выпускному концу и простирающийся вокруг выпускного отверстия. В других вариантах топливная форсунка также включает в себя основную и вспомогательную топливные форсунки, каждая из которых сконфигурирована для приема части потока топлива, поступающего в топливную форсунку. Составляющие топливной форсунки могут быть частью единого монолитного компонента, изготовленного с использованием аддитивного производства, те есть послойного создания, вместо традиционных методов механической обработки. Патент также охватывает применение SLS технологию аддитивного производства. Можно выделить следующие недостатки аналога:A number of prior art solutions similar to the claimed invention in terms of design are known. Specifically, fuel injectors are known from US Patent No. 11,561,008 B2. For example, a fuel injector for a combustion system includes a fuel injector with a pilot swirl element and an outlet defined at the outlet end, as well as a primary mixer attached to the outlet end and extending around the outlet. In other embodiments, the fuel injector also includes primary and secondary fuel injectors, each configured to receive a portion of the fuel flow entering the fuel injector. The fuel injector components may be part of a single monolithic component manufactured using additive manufacturing, i.e., layer-by-layer creation, rather than traditional machining methods. The patent also covers the use of SLS additive manufacturing technology. The following disadvantages of this alternative can be identified:

1. Сложность конструкции: в аналоге предусмотрена сложная, многодетальная конструкция, которая требует значительных сборочных операций и механической обработки, что может увеличить деятельность процесса производства и увеличить вероятность ошибок.1. Design complexity: The analogue has a complex, multi-part design that requires significant assembly operations and mechanical processing, which can increase the activity of the production process and increase the likelihood of errors.

2. Отсутствие адаптивности: аналог не включает механизмы, способные адаптироваться к температурным деформациям, что может привести к возникновению взаимных температурных расширений и снижению надежности топливной форсунки.2. Lack of adaptability: the analogue does not include mechanisms capable of adapting to temperature deformations, which can lead to the occurrence of mutual thermal expansion and a decrease in the reliability of the fuel injector.

3. Невозможность настройки: конструкция не предусматривает элементы для регулирования гидравлического сопротивления, что ограничивает возможность настройки работы системы в соответствии с изменяющимися условиями.3. Inability to adjust: the design does not provide elements for adjusting hydraulic resistance, which limits the ability to adjust the system's operation in accordance with changing conditions.

4. Неэффективное смешение топлива: аналог не описывает эффективность решений для предварительного смешивания топливного газа, что может снизить общую эффективность сжигания в камере.4. Inefficient fuel mixing: The analog does not describe the effectiveness of fuel gas pre-mixing solutions, which can reduce the overall combustion efficiency of the chamber.

Известна топливная форсунка (заявка RU 2015137433 A), предназначенная для работы в узле камеры сгорания, в частности, в газотурбинных двигателях. Конструкция форсунки включает центральное тело цилиндрической формы, наконечник, расположенный на его конце, и множество топливных трубок, проходящих вдоль наружного диаметра центрального тела. Каждый выходной конец этих трубок соединяется с наконечником для подачи топлива в камеру сгорания. Трубки могут быть расположены равномерно по окружности, а некоторые из них выполнены в форме спирали, что способствует улучшенному смешиванию топлива с воздухом. Наконечник форсунки имеет дискообразную форму с топливными каналами, обеспечивающими подачу топлива. Важным элементом является наружная втулка, создающая кольцевое пространство для подачи воздуха, а также воздушные каналы, проходящие через наконечник и открытые к кольцевому пространству. В дополнение, опорный элемент обеспечивает фиксированное расположение трубок, а перфорация в нем позволяют воздуху свободно поступать к наконечнику. Центральное тело может функционировать как воспламенитель, генерируя искру для воспламенения топливно-воздушной смеси. Также предусмотрено основание, содержащее топливный ресивер, что обеспечивает прямую подачу топлива из источника.A fuel injector (application RU 2015137433 A) is known for use in a combustion chamber assembly, particularly in gas turbine engines. The injector design includes a cylindrical central body, a tip located at its end, and multiple fuel tubes extending along the outer diameter of the central body. Each outlet end of these tubes connects to the tip to deliver fuel to the combustion chamber. The tubes can be evenly spaced around the circumference, and some are spiral-shaped, which promotes improved fuel-air mixing. The injector tip is disc-shaped with fuel channels that deliver the fuel. A key element is the outer sleeve, which creates an annular space for air supply, as well as air passages passing through the tip and open to the annular space. Additionally, a support element ensures a fixed position of the tubes, and perforations in it allow air to freely flow to the tip. The central body can function as an igniter, generating a spark to ignite the fuel-air mixture. A base containing a fuel receiver is also provided, providing a direct supply of fuel from the source.

Можно выделить следующие недостатки аналога:The following disadvantages of the analogue can be identified:

1. Сложность конструкции и сборки: наличие множества трубок и перфораций может сделать сборку и обслуживание форсунки, изготовленной стандартным механическим способом, более сложным и трудоемким.1. Complexity of design and assembly: The presence of multiple tubes and perforations can make the assembly and maintenance of a standard mechanically manufactured injector more complex and time-consuming.

2. Отсутствие аддитивных технологий: компоненты форсунки изготавливаются по отдельности с дальнейшим их соединением друг с другом, конструкция не оптимизирована для изготовления методом аддитивных технологий, что может ограничивать возможности более эффективного и экономического производства.2. Lack of additive manufacturing: injector components are manufactured separately and then joined together; the design is not optimized for additive manufacturing, which may limit the potential for more efficient and cost-effective production.

Наиболее близким аналогом (прототипом) устройства форсунки камеры сгорания является патент AU 2021257969 A1, благодаря схожести в конструктивных элементах, таких как наружная гильза и центральный корпус, а также наличию каналов смешивания и методам аддитивного производства. Он не только совпадает по использованию аддитивного производства, но и охватывает концепции смешивания топлива и воздуха. Топливная форсунка включает в себя: наружную гильзу, вытянутую по окружности вокруг центральной линии топливной форсунки и вытянутую вдоль продольного направления, сонаправленного с центральной линией топливной форсунки, при этом наружная гильза определяет множество первых радиально ориентированных отверстий для впуска воздуха через наружную гильзу, расположенных по окружности относительно центральной линии топливной форсунки; центральный корпус, расположенный радиально внутри наружной гильзы, причем центральный корпус включает в себя внешнюю кольцевую стенку центрального корпуса, вытянутую по окружности вокруг центральной линии топливного сопла и вытянутую вдоль продольного направления, сонаправленного с центральной линией топливного сопла, где центральный корпус дополнительно включает в себя первую радиальную стенку, вытянутую от расположенного ниже по потоку конца внешней кольцевой стенки центрального корпуса, и далее, где центральный корпус определяет пленум, расположенный радиально внутрь центрального корпуса, и где внешняя кольцевая стенка центрального корпуса и внешняя втулка вместе определяют первый канал смешивания топливного воздуха, вытянутый вдоль продольного направления между ними; и множество топливных форсунок, расположенных в пленуме, где каждая из множества топливных форсунок включает в себя соответствующую трубчатую наружную стенку, вытянутую сонаправленно центральной линии топливной форсунки, где каждая трубчатая наружная стенка определяет соответствующий второй канал смешивания воздуха с топливом внутри, и где каждая трубчатая наружная стенка простирается до первой радиальной стенки центрального корпуса, где каждый второй канал смешивания воздуха с топливной форсункой простирается сонаправленно центральной линии и простирается через первую радиальную стенку центрального корпуса. Топливная форсунка может быть сконструирована как единый цельный компонент и изготовлена с помощью любого из множества процессов, хорошо известных специалистам в данной области. Эти производственные процессы включают в себя, помимо прочего, так называемое «аддитивное производство» или «3D-печать».The closest analogue (prototype) of the combustion chamber injector device is patent AU 2021257969 A1, due to the similarity in design elements such as the outer sleeve and central body, as well as the presence of mixing channels and additive manufacturing methods. It not only coincides in the use of additive manufacturing, but also covers the concepts of mixing fuel and air. The fuel injector includes: an outer sleeve elongated circumferentially around the centerline of the fuel injector and elongated along a longitudinal direction co-directional with the centerline of the fuel injector, wherein the outer sleeve defines a plurality of first radially oriented air inlet openings through the outer sleeve, located circumferentially relative to the centerline of the fuel injector; a central body located radially within the outer sleeve, wherein the central body includes an outer annular wall of the central body, extended circumferentially around the center line of the fuel nozzle and extended along a longitudinal direction co-directed with the center line of the fuel nozzle, wherein the central body further includes a first radial wall, extended from a downstream end of the outer annular wall of the central body, and further, wherein the central body defines a plenum located radially within the central body, and wherein the outer annular wall of the central body and the outer sleeve together define a first fuel-air mixing channel, extended along a longitudinal direction therebetween; and a plurality of fuel injectors located in the plenum, wherein each of the plurality of fuel injectors includes a respective tubular outer wall extending co-directionally with the centerline of the fuel injector, wherein each tubular outer wall defines a respective second air-fuel mixing channel within, and wherein each tubular outer wall extends to the first radial wall of the central housing, wherein each second air-fuel mixing channel extends co-directionally with the centerline and extends through the first radial wall of the central housing. The fuel injector may be designed as a single integral component and manufactured using any of a variety of processes well known to those skilled in the art. These manufacturing processes include, among other things, so-called "additive manufacturing" or "3D printing."

Можно выделить следующие недостатки прототипа:The following disadvantages of the prototype can be identified:

1. Ограниченные возможности адаптации к температурным деформациям: конструкция прототипа не включает механизмы, способные адаптироваться к температурным деформациям, что может привести к возникновению взаимных температурных расширений и снижению надежности топливной форсунки.1. Limited ability to adapt to temperature deformations: The prototype design does not include mechanisms capable of adapting to temperature deformations, which may lead to the occurrence of mutual thermal expansions and a decrease in the reliability of the fuel injector.

2. Невозможность настройки: конструкция не предусматривает элементы для регулирования гидравлического сопротивления, что ограничивает возможность настройки работы системы в соответствии с изменяющимися условиями.2. Inability to adjust: the design does not provide elements for adjusting hydraulic resistance, which limits the ability to adjust the system's operation in accordance with changing conditions.

3. Неэффективное смешение топлива: аналог не описывает эффективность решений для предварительного смешивания топливного газа, что может снизить общую эффективность сжиганию в камере.3. Inefficient fuel mixing: The analog does not describe the efficiency of fuel gas pre-mixing solutions, which can reduce the overall combustion efficiency in the chamber.

4. Меньшая прочность: в прототипе не предусмотрены решения, направленные на повышение прочности конструкции, что повышает вероятность повреждения в результате механических напряжений.4. Lower strength: The prototype does not include solutions to improve the strength of the structure, which increases the likelihood of damage due to mechanical stress.

5. Неэффективное управление потоками: отсутствие завихрителей или аналогичных элементов, улучшающих смешение топлива и воздуха, может приводить к менее эффективному смешиванию и, следовательно, к снижению общей эффективности горения.5. Inefficient flow control: The absence of swirl elements or similar elements that improve fuel/air mixing can result in less efficient mixing and therefore reduced overall combustion efficiency.

6. Отсутствие адаптивности: аналог не включает механизмы, способные адаптироваться к температурным деформациям, что может привести к возникновению взаимных температурных расширений и снижению надежности топливной форсунки.6. Lack of adaptability: the analogue does not include mechanisms capable of adapting to temperature deformations, which can lead to the occurrence of mutual thermal expansions and a decrease in the reliability of the fuel injector.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: форсунка камеры сгорания, выполненная как единая конструкция методом аддитивного производства, состоящая центрального трубчатого канала, коаксиальной наружной втулки (обечайки), имеющей впускные отверстия и канал предварительного смешивания, соединяющийся каналами с центральным трубчатым каналом.The following essential features have been identified for the claimed device, which are common with the prototype: a combustion chamber injector, manufactured as a single structure using the additive manufacturing method, consisting of a central tubular channel, a coaxial outer sleeve (shell) having inlet openings and a pre-mixing channel, connected by channels to the central tubular channel.

Из уровня техники известен ряд решений, близких с заявляемым изобретением в части способа. Известны патенты, например, RU 2623537 C2, RU 2810141 C1, RU 2811330 C1, которые относятся к адаптивным технологиям и разработкам в области создания деталей из жаропрочных никелевых сплавов, что находит применение в производстве компонентов для газотурбинных и индустриальных двигателей. Во всех случаях используется метод селективного лазерного спекания или плавления, основанный на послойном формировании заготовок из порошковых материалов. Общая сущность указанных патентов заключается в оптимизации процессов аддитивного производства для создания высококачественных, прочных и надежных деталей из жаропрочных никелевых сплавов с управляемыми механическими свойствами и структурами, что имеет высокое значение для современных высоконагруженных промышленных применений.A number of prior art solutions are known that are similar to the claimed invention in terms of method. Patents such as RU 2623537 C2, RU 2810141 C1, and RU 2811330 C1 relate to adaptive technologies and developments in the field of creating parts from heat-resistant nickel alloys, which are used in the production of components for gas turbine and industrial engines. In all cases, the method used is selective laser sintering or melting, based on the layer-by-layer formation of blanks from powder materials. The general essence of these patents lies in the optimization of additive manufacturing processes to create high-quality, durable, and reliable parts from heat-resistant nickel alloys with controlled mechanical properties and structures, which is of great importance for modern, high-load industrial applications.

Основным общим недостатком известных решений является то, что они требуют сложных технологических этапов, таких как горячее изостатическое прессование и термическая обработка, что увеличивает время и стоимость производства.The main common disadvantage of known solutions is that they require complex technological steps such as hot isostatic pressing and heat treatment, which increases production time and costs.

Известен патент RU 2767968 C1 «Способ производства деталей малоразмерного газотурбинного двигателя с тягой до 150 кгс методом селективного лазерного сплавления» Изобретение относится к производству деталей малоразмерного ГТД с тягой до 150 кгс из металлопорошковых композиций сплавов марок никелевых ВЖ159, кобальтовых ВЛК1, алюминиевых АК9ч методом селективного лазерного сплавления. Способ включает создание электронной 3D-модели детали при помощи системы твердотельного моделирования, газодинамическую сепарацию металлического порошка из жаропрочного сплава с последующей его дегазацией, послойное нанесение металлического порошка на подложку и селективное сплавление лазерным лучом слоев металлического порошка с формированием детали в защитной атмосфере. При этом осуществляют топологическую оптимизацию электронной 3D-модели детали с учетом конструктивных особенностей детали и схемы ее нагружения. Нагрев подложки осуществляют в течение 30-60 мин. При использовании никелевого или кобальтового сплава ее нагревают до 200°С, при использовании алюминиевого сплава - до 100°С, а сплавление осуществляют в среде азота или аргона. Обеспечивается сокращение массы деталей, повышение их тяговооруженности МГТД.Known patent RU 2767968 C1 "Method for manufacturing small-sized gas turbine engine components with a thrust of up to 150 kgf by selective laser melting" The invention relates to the production of small-sized gas turbine engine components with a thrust of up to 150 kgf from metal-powder composites of VZh159 nickel, VLK1 cobalt, and AK9ch aluminum alloys by selective laser melting. The method involves creating an electronic 3D model of the component using a solid-state modeling system, gas-dynamic separation of metal powder from a heat-resistant alloy with subsequent degassing, layer-by-layer deposition of metal powder onto a substrate, and selective melting of the metal powder layers with a laser beam to form the component in a protective atmosphere. At the same time, topological optimization of the electronic 3D model of the component is carried out, taking into account the design features of the component and its loading scheme. Heating of the substrate is carried out for 30-60 minutes. When using a nickel or cobalt alloy, it is heated to 200°C; when using an aluminum alloy, to 100°C, and the fusion is carried out in a nitrogen or argon environment. This reduces the weight of the components and increases their thrust-to-weight ratio in the gas turbine engine.

Патент RU 2767968 C1 выбран в качестве прототипа заявленного способа, так как он касается процесса изготовления малогабаритных деталей газовых турбин методом селективного лазерного сплавления, что наиболее аналогично технологии и назначениям новой форсунки.Patent RU 2767968 C1 was chosen as the prototype of the claimed method, since it concerns the process of manufacturing small-sized gas turbine parts using the selective laser melting method, which is most similar to the technology and purposes of the new injector.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

1. Кратковременный прогрев: временные ограничения на нагрев подложки (30-60 минут) могут привести к недостаточной подготовке, что в свою очередь может вызвать проблемы с качеством сплавления;1. Short-term heating: Time limitations on heating the substrate (30-60 minutes) can lead to insufficient preparation, which in turn can cause problems with the quality of fusion;

2. Отсутствие контроля микроструктуры: отсутствуют упоминания о механизмах контроля микроструктуры в процессе, что может снизить долговечность и эксплуатационные характеристики деталей;2. Lack of microstructure control: There is no mention of microstructure control mechanisms in the process, which can reduce the durability and performance of the parts;

3. Трудности оптимизации и печати тонкостенных и геометрически сложных: не обеспечивается возможность печати тонкостенных конструкций, таких как компенсатор, без применения подпорок.3. Difficulties in optimizing and printing thin-walled and geometrically complex structures: it is not possible to print thin-walled structures, such as compensators, without the use of supports.

Для заявленного способа выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: способ изготовления форсунки камеры сгорания газотурбинного двигателя из жаропрочного сплава, включающий создание электронной 3D-модели форсунки при помощи системы твердотельного моделирования, послойное нанесение металлического порошка на подложку и селективное сплавление лазерным лучом слоев металлического порошка с формированием тела форсунки, при этом осуществляют топологическую оптимизацию электронной 3D-модели форсунки с учетом её конструктивных особенностей и схемы ее нагружения; предварительный прогрев подложки, контроль и поддержание температуры в рабочей камере.The following essential features have been identified for the claimed method in common with the prototype: a method for manufacturing a combustion chamber injector for a gas turbine engine from a heat-resistant alloy, including the creation of an electronic 3D model of the injector using a solid modeling system, layer-by-layer application of metal powder onto a substrate and selective fusion of layers of metal powder with a laser beam to form the body of the injector, while topological optimization of the electronic 3D model of the injector is carried out taking into account its design features and the scheme of its loading; preliminary heating of the substrate, control and maintenance of the temperature in the working chamber.

Техническими проблемами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются: снижение влияния взаимных тепловых расширений отдельных элементов форсунки, увеличение эксплуатационного ресурса и упрощение производства.The technical problems that the claimed technical solution is aimed at solving are: reducing the influence of mutual thermal expansion of individual injector elements, increasing the service life and simplifying production.

Технические результаты заявляемого изобретения:Technical results of the claimed invention:

1. Повышение эксплуатационного ресурса форсунки;1. Increasing the service life of the injector;

2. Упрощение процесса производства форсунки;2. Simplifying the nozzle production process;

3. Исключение негативного влияния тепловых деформаций на работоспособность отдельных элементов форсунки путем обеспечения тепловых расширений без разрушения изделия, что обеспечивает оптимальную функциональность изделия, повышает эксплуатационный ресурс и упрощает процесс его производства.3. Elimination of the negative impact of thermal deformations on the performance of individual injector components by ensuring thermal expansion without destroying the product, which ensures optimal functionality of the product, increases its service life and simplifies the production process.

Указанные технические результаты достигаются за счет изготовления форсунки как единое целое методом аддитивных технологий и разработки форсунки, оптимизированной под указанный метод изготовления.The specified technical results are achieved by manufacturing the nozzle as a single unit using additive technologies and developing a nozzle optimized for the specified manufacturing method.

Технические результаты в части устройства достигаются за счет того, что форсунка камеры сгорания газотурбинного двигателя, выполненная как единая конструкция методом аддитивного производства, состоит из центрального трубчатого канала, наружного монтажного фланца, расположенного на одном конце центрального трубчатого канала и предназначенного для размещения и закрепления на корпусе камеры сгорания, расположенной на другом конце центрального трубчатого канала коаксиальной обечайки с внутренним монтажным фланцем для размещения на жаровой трубе, обечайка с внутренним монтажным фланцем образует канал предварительного смешивания, при этом во внутреннем монтажном фланце выполнены впускные отверстия для воздуха, вокруг части центрального трубчатого канала между наружным монтажным фланцем и внутренним монтажным фланцем коаксиально расположен спиральный компенсатор в виде усеченного конуса из трубчатых форм, закрученных в спираль, спиральный компенсатор своим меньшим основанием усеченного конуса с одной стороны соединен с внутренним монтажным фланцем таким образом, что отверстия трубчатых форм обеспечивают подведение топлива в канал предварительного смешивания под углом к продольной оси форсунки, а своим большим основанием с другой стороны - с наружным монтажным фланцем, при этом со стороны большего основания усеченного конуса расположен комплект дросселей.The technical results in terms of the device are achieved due to the fact that the combustion chamber nozzle of a gas turbine engine, manufactured as a single structure using the additive manufacturing method, consists of a central tubular channel, an external mounting flange located at one end of the central tubular channel and intended for placement and fastening on the combustion chamber body, a coaxial shell with an internal mounting flange located at the other end of the central tubular channel for placement on the flame tube, the shell with the internal mounting flange forms a pre-mixing channel, while inlet openings for air are made in the internal mounting flange, a spiral compensator in the form of a truncated cone made of tubular shapes twisted into a spiral is coaxially located around the part of the central tubular channel between the external mounting flange and the internal mounting flange, the spiral compensator with its smaller base of the truncated cone is connected on one side to the internal mounting flange in such a way that the openings of the tubular shapes provide fuel supply to the pre-mixing channel at an angle to the longitudinal axis of the injector, and with its large base on the other side - with an external mounting flange, while on the side of the larger base of the truncated cone there is a set of throttles.

Технические результаты в части способа достигаются за счет того, что форсунка камеры сгорания изготавливается способом, включающим создание электронной 3D-модели форсунки при помощи САПР (Система автоматизированного проектирования), оптимизацию электронной 3D-модели форсунки с учетом ее конструктивных особенностей и схемы ее нагружения, выращивание форсунки при помощи 3D-печати методом SLS, включающее в себя послойное нанесение металлического порошка на подложку в соответствии с электронной 3D-моделью форсунки и селективное сплавление лазерным лучом слоев металлического порошка с формированием тела форсунки с образованием спирального компенсатора, состоящего из трубчатых форм, закрученных в спираль, при этом осуществляют контроль и поддержание температуры в рабочей камере.The technical results in terms of the method are achieved due to the fact that the combustion chamber injector is manufactured by a method that includes the creation of an electronic 3D model of the injector using CAD (Computer-Aided Design System) , optimization of the electronic 3D model of the injector taking into account its design features and its loading scheme, growing the injector using 3D printing using the SLS method, which includes layer-by-layer application of metal powder onto a substrate in accordance with the electronic 3D model of the injector and selective fusion of layers of metal powder with a laser beam to form the body of the injector with the formation of a spiral compensator consisting of tubular forms twisted into a spiral, while monitoring and maintaining the temperature in the working chamber.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена форсунка в разрезе.The invention is illustrated by a drawing showing a sectional view of the nozzle.

Форсунка камеры сгорания выполнена как единая конструкция методом аддитивного производства. Она состоит из центрального трубчатого канала (1) подвода топлива к выпускному отверстию (6) для режима диффузионного горения в камере сгорания (7), наружного монтажного фланца (5), расположенного на одном конце центрального трубчатого канала (1) и предназначенного для размещения и закрепления на корпусе камеры сгорания (7), коаксиальной обечайки (4) с внутренним монтажным фланцем (10), расположенной на другом конце центрального трубчатого канала (1), внутренний монтажный фланец (10) имеет впускные отверстия (9) подвода воздуха в канал предварительного смешивания (3). Канал предварительного смешивания дополнительно может быть оснащен завихрителем с лопаточным регистром. Коаксиальная обечайка (4) размещена на жаровой трубе (8) через внутренний монтажный фланец (10). При этом вокруг части центрального трубчатого канала (1) между наружным монтажным фланцем (5) и внутренним монтажным фланцем (10) коаксиально расположен спиральный компенсатор (2) в виде усеченного конуса, стенки которого состоят из трубчатых форм, закрученных в спираль, соединенных с каналом предварительного смешивания (3) отверстиями, расположенными под углом к продольной оси форсунки. При этом со стороны большого основания усеченного конуса спиральный компенсатор (2) соединен с наружным монтажным фланцем (5), при этом подвод топлива в трубчатые формы спирального компенсатора (2) осуществляется через комплект дросселей (не показан), а со стороны меньшего основания спиральный компенсатор (2) соединен с внутренним монтажным фланцем (10) с обечайкой (4), внутри которой коаксиально расположен центральный трубчатый канал (1) с выпускным отверстием (6). На выпускном отверстии может быть дополнительно размещен диффузионный наконечник. Благодаря конструкции спирального компенсатора как единого целого с наружным и внутренним монтажными фланцами, обеспечивается повышение эксплуатационного ресурса форсунки и упрощения процесса его производства за счёт исключения дополнительных операций по изготовлению, например, пайки. Форма усеченного конуса позволяет равномерно распределять механические и тепловые напряжения по всей длине спирального компенсатора (2), снижая риск локальных деформаций и повреждений. Это подтверждается численным моделированием и экспериментальными испытаниями. В усеченном конусе диаметр постепенно уменьшается от большего к меньшему, создавая главный градиент напряжений и предотвращая их концентрацию в одной точке. В отличие от цилиндрической формы, где напряжения могут концентрироваться в определенных местах, усеченный конус сглаживает пики напряжений благодаря изменяющемуся диаметру.The combustion chamber injector is manufactured as a single structure using the additive manufacturing method. It consists of a central tubular channel (1) for supplying fuel to the outlet opening (6) for the diffusion combustion mode in the combustion chamber (7), an external mounting flange (5) located at one end of the central tubular channel (1) and intended for placement and fixation on the combustion chamber body (7), a coaxial shell (4) with an internal mounting flange (10) located at the other end of the central tubular channel (1), the internal mounting flange (10) has inlet openings (9) for supplying air to the pre-mixing channel (3). The pre-mixing channel can be additionally equipped with a swirler with a vane register. The coaxial shell (4) is placed on the flame tube (8) through the internal mounting flange (10). In this case, around the part of the central tubular channel (1) between the outer mounting flange (5) and the inner mounting flange (10), a spiral compensator (2) in the form of a truncated cone is coaxially located, the walls of which consist of tubular forms twisted into a spiral, connected to the pre-mixing channel (3) by openings located at an angle to the longitudinal axis of the injector. In this case, on the side of the large base of the truncated cone, the spiral compensator (2) is connected to the outer mounting flange (5), wherein the fuel supply to the tubular forms of the spiral compensator (2) is carried out through a set of throttles (not shown), and on the side of the smaller base, the spiral compensator (2) is connected to the inner mounting flange (10) with a shell (4), inside which the central tubular channel (1) with an outlet opening (6) is coaxially located. A diffusion tip can be additionally placed on the outlet opening. The spiral compensator's integral design with the outer and inner mounting flanges increases the injector's service life and simplifies its manufacturing process by eliminating additional manufacturing operations, such as soldering. The truncated cone shape evenly distributes mechanical and thermal stresses along the entire length of the spiral compensator (2), reducing the risk of localized deformations and damage. This is confirmed by numerical modeling and experimental testing. In a truncated cone, the diameter gradually decreases from larger to smaller, creating a primary stress gradient and preventing its concentration at a single point. Unlike a cylindrical shape, where stresses can concentrate in specific locations, a truncated cone smooths out stress peaks due to its variable diameter.

В дополнительном аспекте параметры трубчатых форм выбираются в следующих диапазонах: внутренний диаметр трубки от 4 до 6 мм, толщина стенки трубки от 0,5 до 1,5 мм, расстояние между трубчатыми элементами от 8 до 12 мм, угол наклона к продольной оси форсунки от 45 до 53 градусов.In an additional aspect, the parameters of tubular forms are selected in the following ranges: inner diameter of the tube from 4 to 6 mm, wall thickness of the tube from 0.5 to 1.5 mm, distance between tubular elements from 8 to 12 mm, angle of inclination to the longitudinal axis of the nozzle from 45 to 53 degrees.

Выполнение толщины стенки трубки менее 0,5 мм приведет к невозможности изготовления спирального компенсатора методом аддитивных технологий, т.к. не будет удерживаться без подпорок порошок для спекания, что приведет к снижению эксплуатационного ресурса форсунки. Выполнение толщины стенки трубки более 1,5 мм приведет к потере возможности эффективно компенсировать температурные расширения элементов форсунки, поскольку трубчатая форма утратит необходимую упругость, что также приведет к снижению эксплуатационного ресурса форсунки.A tube wall thickness of less than 0.5 mm will make it impossible to manufacture the spiral compensator using additive manufacturing, as the sintering powder will not be supported without support, reducing the nozzle's service life. A tube wall thickness greater than 1.5 mm will result in the inability to effectively compensate for thermal expansion of the nozzle components, as the tubular shape will lose the necessary elasticity, which will also reduce the nozzle's service life.

Выполнение угла наклона трубчатой формы к продольной оси форсунки менее 45 градусов приведет к потере трубчатой формы возможности эффективно компенсировать температурные расширения элементов форсунки, поскольку трубчатая форма утратит необходимую упругость, что приведет к снижению эксплуатационного ресурса форсунки. Выполнение угла наклона трубчатой формы к продольной оси форсунки более 53 градусов приведет к невозможности изготовления спирального компенсатора методом аддитивных технологий, т.к. не будет удерживаться без подпорок порошок для спекания, что также приведет к снижению эксплуатационного ресурса форсунки.An inclination angle of less than 45 degrees between the tubular form and the nozzle's longitudinal axis will result in the tubular form losing its ability to effectively compensate for thermal expansion of the nozzle components, as the tubular form will lose the necessary elasticity, which will reduce the nozzle's service life. An inclination angle of more than 53 degrees between the tubular form and the nozzle's longitudinal axis will make it impossible to manufacture the spiral compensator using additive manufacturing, as the sintering powder will not be supported without supports, which will also reduce the nozzle's service life.

Спиральный компенсатор работает по аналогии с сильфонным - для растяжения и сжатия при температурных деформациях.The spiral compensator works in a similar way to the bellows compensator - for stretching and compression during temperature deformations.

Таким образом, спиральный компенсатор, который способен адаптироваться к температурным деформациям, эффективно справляется с осевым перемещением и может уменьшать внутренние напряжения, вызванные температурным расширением. Это снижает вероятность возникновения негативных последствий взаимных тепловых расширений отдельных элементов. При этом именно спиральная форма компенсатора, т.е. расположение трубчатых форм в виде спирали, обеспечивает возможность изготовления спирального компенсатора как единое целое с остальными компонентами форсунки методом аддитивного производства.Thus, a spiral compensator, capable of adapting to thermal deformations, effectively accommodates axial movement and can reduce internal stresses caused by thermal expansion. This reduces the likelihood of negative consequences from mutual thermal expansion of individual components. Furthermore, the spiral shape of the compensator, i.e., the arrangement of tubular shapes in a spiral, allows for the spiral compensator to be manufactured as a single unit with the rest of the injector components using additive manufacturing.

Работа форсунки камеры сгорания со спиральным компенсатором включает несколько этапов, начиная с подачи топлива и воздуха и заканчивая их смешиванием и сгоранием.The operation of a combustion chamber injector with a spiral compensator includes several stages, starting with the supply of fuel and air and ending with their mixing and combustion.

1. Подача топлива:1. Fuel supply:

- топливо подается в патрубок наружного монтажного фланца (5), откуда далее поступает в центральный трубчатый канал (1). Из центрального трубчатого канала топливо подается в зону диффузионного горения.- fuel is fed into the external mounting flange (5), from where it then enters the central tubular channel (1). From the central tubular channel, the fuel is fed into the diffusion combustion zone.

- дроссели регулируют поток и давление топлива, что позволяет настраивать режим работы форсунки и точно контролировать подачу топлива.- throttles regulate the flow and pressure of fuel, which allows you to adjust the operating mode of the injector and precisely control the fuel supply.

- после дросселей топливо направляется в спиральный компенсатор (2), который благодаря своей конструкции и трубок различного диаметра и толщины, обеспечивает стабильное давление топлива и равномерно распределяя давление перед выходом в канал предварительного смешивания (3).- after the throttles, the fuel is directed into the spiral compensator (2), which, thanks to its design and tubes of different diameters and thicknesses, ensures stable fuel pressure and evenly distributes the pressure before exiting into the pre-mixing channel (3).

2. Подача воздуха:2. Air supply:

- воздух после компрессора (не показан) поступает через впускные отверстия обечайки (4) и подается в канал предварительного смешивания, в котором воздух за счет расположения впускных отверстий (9) подвода воздуха под углом к продольной оси форсунки закручивается, что способствует улучшению его смешения с топливом.- air after the compressor (not shown) enters through the inlet openings of the shell (4) and is fed into the pre-mixing channel, in which the air, due to the location of the inlet openings (9) for supplying air at an angle to the longitudinal axis of the injector, is swirled, which helps improve its mixing with the fuel.

3. Смешивание топлива и воздуха:3. Mixing fuel and air:

- в канале предварительного смешивания (3) происходит взаимодействие топлива с воздухом. Турбулентность способствует равномерному смешиванию. Качество смешивания важно для эффективного горения.- The fuel interacts with air in the premix channel (3). Turbulence promotes uniform mixing. Mixing quality is essential for efficient combustion.

4. Выход смеси в камеру сгорания:4. The mixture enters the combustion chamber:

- полученная топливно-воздушная смесь направляется в камеру сгорания (7), где происходит процесс сгорания. Эффективное смешивание компонентов напрямую влияет на производительность двигателя и уровень вредных выбросов.The resulting fuel-air mixture is directed into the combustion chamber (7), where combustion occurs. Effective mixing of the components directly impacts engine performance and emissions.

5. Работа спирального компенсатора:5. Operation of the spiral compensator:

- в процессе работы форсунки происходят температурные деформации ее элементов из-за высокой температуры в камере сгорания (7). Спиральный компенсатор (2) функционирует как сильфон, обеспечивая растяжение и сжатие для компенсации осевых перемещений и снижения внутренних напряжений, вызванных температурным расширением. Его гибкая спиральная структура адаптируется к деформациям, уменьшая вероятность взаимных тепловых расширений элементов конструкции форсунки.During injector operation, thermal deformations of its components occur due to the high temperature in the combustion chamber (7). The spiral compensator (2) functions as a bellows, providing expansion and compression to compensate for axial displacements and reduce internal stresses caused by thermal expansion. Its flexible spiral structure adapts to these deformations, reducing the likelihood of mutual thermal expansion of the injector's structural components.

6. Сгорание смеси:6. Combustion of the mixture:

- после выхода из канала контура предварительного смешивания смесь топлива и воздуха попадает в зону горения, где она воспламеняется. Процесс происходит при высоком давлении и температуре, что приводит к сгоранию смеси, образуя газы, которые обеспечивают работу газотурбинного двигателя.After exiting the premix circuit, the fuel-air mixture enters the combustion zone, where it ignites. This process occurs at high pressure and temperature, resulting in combustion of the mixture, producing gases that power the gas turbine engine.

Тепловые деформации: в процессе сгорания возникают высокие температуры, которые вызывают тепловые деформации форсунки, спиральный компенсатор эффективно справляется с этими деформациями, обеспечивая стабильную работу форсунки. Спиральный компенсатор, как и вся топливная форсунка газотурбинного двигателя, изготавливается единым изделием методом селективного лазерного спекания (SLS) порошкового материала из жаропрочного никелевого сплава марки ХН58МБЮ (ВЖ159, ТУ 1-595-16-1512-2015) с использованием технологических подпорок, по трехмерной модели, подготовленной в САПР. Благодаря расположению трубчатых форм в виде спирали создается технологическая возможность изготовления спирального компенсатора методом аддитивной технологии.Thermal distortion: High temperatures during combustion cause thermal distortion of the injector. The spiral compensator effectively counteracts this distortion, ensuring stable injector operation. The spiral compensator, like the entire gas turbine engine fuel injector, is manufactured as a single piece using selective laser sintering (SLS) of powder material made from a heat-resistant nickel alloy grade KhN58MBYu (VZh159, TU 1-595-16-1512-2015) using technological supports, based on a 3D model prepared in CAD. The spiral arrangement of the tubular molds allows for the manufacture of the spiral compensator using additive manufacturing.

Описание способа изготовления форсунки камеры сгоранияDescription of the method for manufacturing a combustion chamber nozzle

1. Этап проектирования: создание электронной 3D-модели форсунки спирального компенсатора при помощи САПР. После создания модели, до начала производства осуществляют топологическую оптимизацию электронной 3D-модели объекта (форсунки в сборе и дополнительно спирального компенсатора) для изготовления методом аддитивных технологий, с учетом их конструктивных особенностей и схемы ее нагружения, включающий анализ нагрузки, определение схемы нагружения, включая давления, температуры и другие внешние воздействия, которые объект будет испытывать в процессе работы. При этом сама топологическая оптимизация проводится при помощи программного обеспечения для инженерного моделирования и анализа (например, ANSYS, SOLIDWORKS), где применяется метод конечных элементов (МКЭ) для определения оптимальной структуры и распределения материалов с целью уменьшения массы и повышения прочности. Оптимизация включает в себя анализ напряжений и деформаций, а также учет конструктивных особенностей для изготовления методом аддитивных технологий. При этом шаги витков спирали подбирают таким образом, чтобы обеспечить требуемые прочностные и гидравлические характеристики форсунки, а также возможности компенсации осевых перемещений. Программное обеспечение позволяет моделировать поведение материала при различных температурных и механических нагрузках, что помогает выбрать оптимальные параметры спирального компенсатора для обеспечения требуемых прочностных и гидравлических характеристик. По итогу, проводится проверка результатов оптимизации и корректировка модели по необходимости, чтобы убедиться, что она соответствует всем требованиям.1. Design stage: creation of a 3D electronic model of the spiral compensator nozzle using CAD. After the model is created, prior to production, topological optimization of the 3D electronic model of the component (the assembled nozzle and the additional spiral compensator) is performed for additive manufacturing, taking into account its design features and loading pattern. This includes load analysis, determination of the loading pattern, including pressures, temperatures, and other external influences that the component will experience during operation. The topological optimization itself is performed using engineering modeling and analysis software (e.g., ANSYS, SOLIDWORKS), which utilizes the finite element method (FEM) to determine the optimal structure and material distribution to reduce weight and increase strength. Optimization includes stress and strain analysis, as well as consideration of design features for additive manufacturing. The spiral pitches are selected to ensure the required strength and hydraulic characteristics of the nozzle, as well as the ability to compensate for axial displacements. The software allows for modeling material behavior under various temperature and mechanical loads, helping to select the optimal spiral compensator parameters to ensure the required strength and hydraulic properties. The optimization results are then verified and the model adjusted as necessary to ensure it meets all requirements.

Таким образом, топологическая оптимизация является важным этапом в процессе проектирования, позволяющим улучшить характеристики изделия перед производством.Thus, topology optimization is an important step in the design process, allowing to improve the performance of a product before production.

Топологическая оптимизация позволяет улучшить распределение материалов в конструкции компенсатора, что может привести к лучшему управлению тепловыми деформациями и снижению напряжений, возникающих при температурных колебаниях. Это в свою очередь, способствует более эффективному исключению взаимных тепловых расширений, поскольку оптимизированная конструкция сможет лучше справляться с тепловыми нагрузками без необходимости усиления компенсаторов или дополнительных конструктивных решений.Topology optimization improves the distribution of materials within the expansion joint design, which can lead to better management of thermal deformations and a reduction in stresses arising from temperature fluctuations. This, in turn, helps to more effectively eliminate mutual thermal expansion, as the optimized design can better handle thermal loads without the need for expansion joint reinforcement or additional structural solutions.

Оптимизация модели спирального компенсатора для изготовления методом селективного лазерного спекания (SLS), включает несколько ключевых этапов и параметров. Например:Optimization of a spiral compensator model for manufacturing using selective laser sintering (SLS) involves several key steps and parameters. For example:

1) Создание начальной модели: в CAD-системе создается модель спирального компенсатора с начальными параметрами: внутренний диаметр трубки (5 мм), толщина стенки (1 мм), шаг витка (10 мм).1) Creation of an initial model: a model of a spiral compensator is created in the CAD system with the following initial parameters: inner tube diameter (5 mm), wall thickness (1 mm), and coil pitch (10 mm).

2) Численное моделирование: в программе (например, ANSYS, SOLIDWORKS) моделируется поведение компенсатора при рабочих температурах и нагрузках. Анализируются напряжения, деформации и тепловые расширения.2) Numerical simulation: Using software (e.g., ANSYS, SOLIDWORKS), the compensator's behavior under operating temperatures and loads is simulated. Stresses, deformations, and thermal expansion are analyzed.

3) Оптимизация параметров: варьируются и подбираются параметры: внутренний диаметр трубки (4-6 мм), толщина стенки (0,5-1,5 мм), шаг витка (8-12 мм). Проводится множество итераций для нахождения оптимальных значений. Выход за указанные границы диапазонов приведет либо к невозможности изготовления спирального компенсатора методом аддитивных технологий, либо к потере возможности эффективно компенсировать температурные расширения элементов форсунки.3) Parameter optimization: The following parameters are varied and selected: tube internal diameter (4-6 mm), wall thickness (0.5-1.5 mm), and thread pitch (8-12 mm). Numerous iterations are performed to find the optimal values. Deviating from the specified range limits will either render the spiral compensator infeasible for additive manufacturing or will result in the loss of the ability to effectively compensate for thermal expansion of the injector components.

1) Подготовка SLS: модель оптимизируется для печати: минимальная толщина стенки (0,5 мм), углы наклона не менее 45 градусов. Разрабатывается стратегия печати: ориентация модели, параметры лазерного спекания.1) SLS preparation: the model is optimized for printing: minimum wall thickness (0.5 mm), tilt angles of at least 45 degrees. A printing strategy is developed, including model orientation and laser sintering parameters.

2) Производство и испытания: прототипы изготавливаются методом SLS и подвергаются испытаниям.2) Manufacturing and testing: prototypes are manufactured using SLS and tested.

3) Результаты испытаний анализируются и вносятся корректировки в модель при необходимости.3) The test results are analyzed and adjustments are made to the model if necessary.

Таким образом, оптимизация модели спирального компенсатора для изготовления методом SLS включает комплексный подход, сочетающий численное моделирование, экспериментальные испытания и учёт особенностей аддитивных технологий.Thus, the optimization of the spiral compensator model for manufacturing using the SLS method involves a comprehensive approach combining numerical modeling, experimental testing, and consideration of the features of additive technologies.

2. Этап производства:2. Production stage:

1) Подготовка порошка: используется мелкодисперсный термопластичный порошок (обычно полиамид), который смешивается с ранее использованным порошком для формирования рабочей смеси. Полиамид в аддитивной технологии SLS служит для создания поддерживающих структур, защищающих металлические порошковые слои от деформации и окисления, а также облегчающих процесс постобработки. Он добавляется для улучшения текучести и равномерного распределения металлического порошка, что способствует более качественному и стабильному процессу печати, а также предотвращает дефекты, защищает поверхность от кислорода и экономит дорогой металлический порошок. Ранее использованный порошок применяется для экономии материалов и снижения затрат, так как он сохраняет свои свойства и может быть повторно использован в процессе SLS. Обновление смеси новым порошком необходимо для предотвращения дефектов, таких как «апельсиновая корка», вызванных деградацией порошка.1) Powder Preparation: A finely dispersed thermoplastic powder (usually polyamide) is mixed with previously used powder to form a working mixture. In SLS additive manufacturing, polyamide serves to create support structures that protect the metal powder layers from deformation and oxidation, and facilitate post-processing. It is added to improve the flow and uniform distribution of the metal powder, which contributes to a higher-quality and more stable printing process, prevents defects, protects the surface from oxygen, and saves expensive metal powder. Previously used powder is used to conserve materials and reduce costs, as it retains its properties and can be reused in the SLS process. Renewing the mixture with new powder is necessary to prevent defects such as "orange peel" caused by powder degradation.

2) Прогрев оборудования: 3D-принтер нагревается до рабочей температуры в течение не менее 2 часов, обеспечивая равномерное прогревание установок и порошка. Это критично из-за низкой теплопроводности термопластов.2) Equipment warm-up: The 3D printer warms up to operating temperature for at least 2 hours, ensuring uniform heating of the equipment and powder. This is critical due to the low thermal conductivity of thermoplastics.

3) Подготовка рабочего задания: разрабатывается управляющая программа для оптимального размещения деталей в камере постройки, что необходимо из-за высокой стоимости материала и требований к его обновлению. Плотная компоновка деталей позволяет эффективно использовать пространство и уменьшить отходы.3) Preparing the work assignment: a control program is developed to optimally arrange the parts in the build chamber, which is necessary due to the high cost of materials and the need for their replacement. Densely arranged parts allow for efficient use of space and reduce waste.

4) Процесс выращивания: печать осуществляется послойно на предварительно прогретую подложку. Лазер сначала обводит контур деталей, затем заполняет их центральную часть. Платформа опускается на толщину слоя (обычно 100 мкм), после чего разравнивающее устройство наносит новый слой порошка. Температура в камере контролируется и поддерживается в заданных пределах для предотвращения коробления деталей. В рамках процесса форсунка выращивается вертикально вдоль продольной ее оси. При этом спиральный компенсатор форсунки выполняется 3D-печатью послойно со смещением каждого последующего слоя в радиальном направлении и по окружности с формированием трубчатых форм, закрученных в спираль и образующих форму усеченного конуса спирального компенсатора. При этом толщина стенок трубчатых элементов выполняется величиной не менее 0,5 мм и не более 1,5 мм, предпочтительно 1 мм. При меньшем значении не будет обеспечена возможность изготовления трубчатых форм методом 3D-печати, при большем значении трубчатые формы потеряют упругость конструкции и возможность эффективно компенсировать тепловые деформации элементов форсунки. При этом формируется угол наклона трубчатых форм к продольной оси форсунки в диапазоне от 45 до 53 градусов, предпочтительно, 45 градусов. При этом в процессе печати не используются технологические подпорки, которые обеспечивали бы сохранение порошка и расплава в заданном объеме формы компенсатора. Отсутствие подпорок обеспечивается тщательным контролем и оптимизацией процесса выращивания для данной конструкции, а в случае спирального компенсатора, выполненного методом SLS, это может снизить время и затраты на постобработку, улучшить качество поверхности и снизить риск деформаций.4) The growth process: printing is performed layer by layer on a preheated substrate. The laser first outlines the parts, then fills their center. The platform is lowered by a layer thickness (usually 100 µm), after which a leveling device applies a new layer of powder. The temperature in the chamber is controlled and maintained within specified limits to prevent warping of the parts. During this process, the nozzle is grown vertically along its longitudinal axis. The nozzle's spiral compensator is 3D printed layer by layer, with each subsequent layer offset radially and circumferentially, forming tubular shapes twisted into a spiral, forming a truncated cone-shaped spiral compensator. The wall thickness of the tubular elements is no less than 0.5 mm and no more than 1.5 mm, preferably 1 mm. A lower value will make it impossible to produce tubular molds using 3D printing. A higher value will result in the tubular molds losing their structural elasticity and ability to effectively compensate for thermal deformation of the nozzle components. This angle is created by tilting the tubular molds relative to the longitudinal axis of the nozzle, ranging from 45 to 53 degrees, preferably 45 degrees. Furthermore, the printing process does not use technological supports to ensure the powder and melt are contained within the specified volume of the compensator mold. The absence of supports is ensured by careful control and optimization of the growth process for this design. In the case of a spiral compensator manufactured using SLS, this can reduce post-processing time and costs, improve surface quality, and reduce the risk of deformation.

5) Окончание печати и остывание: По завершении печати камера охлаждается, и детали сохраняют свою форму благодаря поддержанию температуры во время процесса.5) Print Finish and Cool Down: Once printing is complete, the chamber cools down and the parts retain their shape by maintaining the temperature during the process.

6) Распаковка камеры построения: после остывания производится осторожная распаковка построенной детали.6) Unpacking the build chamber: after cooling, carefully unpack the built part.

7) Постобработка выращенных деталей: включает удаление полиамида путем термической обработки или распространения с специальных химических составах, обработку и очистку поверхности от остатков полиамида и неиспользованного металлического порошка, или другие процессы, направленные на улучшение свойств готовых изделий.7) Post-processing of grown parts: includes removal of polyamide by heat treatment or spreading with special chemical compounds, processing and cleaning the surface from polyamide residues and unused metal powder, or other processes aimed at improving the properties of finished products.

Таким образом, изобретение достигает следующих технических результатов:Thus, the invention achieves the following technical results:

1. Повышение эксплуатационного ресурса форсунки: спиральный компенсатор адаптируется к температурным деформациям и справляется с осевым перемещением, снижая внутренние напряжения и вероятность негативных последствий взаимных тепловых расширений. Использование жаропрочного никелевого сплава и метода селективного спекания (SLS) обеспечивает высокую прочность и долговечность.1. Increased injector service life: the spiral compensator adapts to thermal deformations and accommodates axial movement, reducing internal stress and the potential for negative consequences of mutual thermal expansion. The use of a heat-resistant nickel alloy and selective sintering (SLS) ensures high strength and durability.

2. Упрощение процесса производства: аддитивные технологии, такие как SLS, позволяют изготавливать форсунку как единое целое, исключая необходимость в сборке множества компонентов и снижения количества операций по механической обработке и сварке.2. Simplify the manufacturing process: Additive technologies such as SLS allow the nozzle to be manufactured as a single piece, eliminating the need for multiple components to be assembled and reducing the number of machining and welding operations.

3. Исключение негативного влияния тепловых деформаций: спиральный компенсатор адаптируется к температурным деформациям и справляется с осевым перемещением, работая по аналогии с сильфонным. Это снижает внутренние напряжения и предотвращает разрушение изделия.3. Eliminating the negative impact of thermal deformation: the spiral expansion joint adapts to thermal deformation and accommodates axial movement, working similarly to a bellows expansion joint. This reduces internal stress and prevents damage to the component.

Claims

1. A combustion chamber nozzle for a gas turbine engine, manufactured as a single structure using an additive manufacturing method, consisting of a central tubular channel, an outer mounting flange located at one end of the central tubular channel, a coaxial shell with an inner mounting flange located at the other end of the central tubular channel, the shell with the inner mounting flange forming a pre-mixing channel, wherein inlet openings for air are made in the inner mounting flange, characterized in that a spiral compensator in the form of a truncated cone made of tubular shapes twisted into a spiral is coaxially located around the part of the central tubular channel between the outer mounting flange and the inner mounting flange.

2. A combustion chamber injector for a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the spiral compensator is connected with its smaller base of a truncated cone on one side to an internal mounting flange in such a way that the tubular openings provide for the supply of fuel to the pre-mixing channel at an angle to the longitudinal axis of the injector, and with its larger base on the other side to an external mounting flange.

3. A combustion chamber nozzle for a gas turbine engine according to paragraph 1, characterized in that the thickness of the walls of the tubular forms is between 0.5 mm and 1.5 mm.

4. A combustion chamber nozzle for a gas turbine engine according to paragraph 1, characterized in that the angle of inclination of the tubular forms to the longitudinal axis of the nozzle is from 45 to 53 degrees.

5. A method for manufacturing a combustion chamber nozzle for a gas turbine engine from a heat-resistant alloy as a single structure using additive manufacturing, consisting of a central tubular channel, an outer mounting flange located at one end of the central tubular channel, a coaxial shell with an inner mounting flange located at the other end of the central tubular channel, the shell with the inner mounting flange forms a pre-mixing channel, wherein air inlet openings are made in the inner mounting flange, wherein a spiral compensator in the form of a truncated cone made of tubular shapes twisted into a spiral is coaxially located around a portion of the central tubular channel between the outer mounting flange and the inner mounting flange, including creating an electronic 3D model of the nozzle using CAD, optimizing the electronic 3D model of the nozzle taking into account its design features and its loading pattern, generating a 3D printing task in accordance with the electronic 3D model nozzles, performing 3D printing in a working chamber with layer-by-layer application of metal powder onto a substrate and selective fusion of layers of metal powder with a laser beam to form the body of the nozzle, while monitoring and maintaining the temperature in the working chamber, characterized in that the nozzle in the working chamber is grown by 3D printing vertically along its longitudinal axis, while the spiral compensator of the nozzle is made by 3D printing layer-by-layer with the displacement of each subsequent layer in the radial direction and along the circumference with the formation of tubular forms twisted into a spiral and forming the shape of a truncated cone of the spiral compensator.

6. The method according to paragraph 5, characterized in that the 3D printing process is performed without the use of technological supports.

7. The method according to paragraph 5, characterized in that the 3D printing process uses thermoplastic powder mixed with previously used metal powder.

8. The method according to paragraph 5, characterized in that the thickness of the walls of the tubular forms is formed to a value of 0.5 mm to 1.5 mm.

9. The method according to paragraph 5, characterized in that the angle of inclination of the tubular forms to the longitudinal axis of the nozzle is formed in the range from 45 to 53 degrees.