JP2021162184A - ガスタービン燃焼器、燃料ノズルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】三次元積層造形により成形された燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器において、不安定燃焼による振動応力に対する減衰性能の高い燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器を提供する。
【解決手段】三次元積層造形により成形された燃料ノズル１４を備えるガスタービン燃焼器であって、前記燃料ノズル１４は、金属粉末が焼結された第１の領域と、前記第１の領域に囲まれ、前記金属粉末が未焼結の第２の領域と、を有することを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】三次元積層造形により成形された燃料ノズル１４を備えるガスタービン燃焼器であって、前記燃料ノズル１４は、金属粉末が焼結された第１の領域と、前記第１の領域に囲まれ、前記金属粉末が未焼結の第２の領域と、を有することを特徴とする。
【選択図】図４
Description
本発明は、ガスタービン燃焼器の構造とその製造方法に係り、特に、金属三次元積層造形技術により製作される燃料ノズルの構造及び製造方法に適用して有効な技術に関する。
ガスタービンでは、排ガスが環境に与える負荷の低減を目的として、運転時に排出されるＮＯｘに対して厳しい環境基準が設定されている。ＮＯｘの排出量は火炎温度の高温化に伴い増加するため、局所的に高温な火炎の形成を抑制し均一な燃焼を実現させる必要がある。均一な燃焼を行うためには、燃料の高い分散性を実現する複雑なバーナ構造が必要となる。
複雑なバーナ構造を製造する手段として、三次元積層造形技術がある。三次元積層造形では金属粉末にレーザを照射し焼結することで、複雑な構造を製造できる。三次元積層造形をバーナ構造（部品）の製造に適用することで、燃料の分散性の向上に繋がる複雑な構造を実現できる。
燃料の分散性の向上はＮＯｘ排出量の低減に寄与する一方で、燃焼器の運転状況によっては一時的に不安定な燃焼が発生する可能性がある。不安定な燃焼により燃焼空間における圧力変動が発生し、部品が損傷する可能性がある。このような部品の損傷を防止するため、一時的な圧力変動の増大に耐え得る構造を採用する必要がある。
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「ガスタービンエンジン用の翼型において、キャビティを画成し且つ翼型を補強し得るようキャビティ内に配置されると共に、キャビティの全体に渡って分配されたセル状材料と、翼型の振動を減衰させ得るようにキャビティ内に配置されると共に、キャビティ内にてセル状材料の全体に渡って分与される振動減衰媒質とを備える、ガスタービンエンジン用の翼型」が開示されている。
上述したように、三次元積層により燃料の分散性の向上に繋がる複雑な構造を実現できる一方で、不安定燃焼による一時的な圧力変動の増大に耐え得る構造を採用する必要がある。
圧力変動に伴い発生する振動応力は、一般的に燃料ノズルの根元で最大となる。振動応力を低減する方法の１つとして根元径の拡大がある。根元径の拡大により断面係数が増加し振動応力を低減する効果があるが、根元径を拡大させる空間的な余裕がある場合に限られる。
その他の方法として、燃料ノズルの減衰性能を向上させ振動応力を低減する方法がある。三次元積層造形を活用して減衰性能を向上させる構造を燃料ノズルの内部に組み込むことで、燃料ノズルの形状を変更することなく振動応力を低減できる。
上記特許文献１では、キャビティ内全体に渡って振動減衰媒質を配置することで翼型の振動を減衰させているが、上述したような燃料ノズルの根元での振動応力の問題や三次元積層造形による減衰性能の向上については言及されていない。
そこで、本発明の目的は、三次元積層造形により成形された燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器において、不安定燃焼による振動応力に対する減衰性能の高い燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、三次元積層造形による燃料ノズルの製造方法において、不安定燃焼による振動応力に対する減衰性能の高い燃料ノズルを製造可能な燃料ノズルの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、三次元積層造形により成形された燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器であって、前記燃料ノズルは、金属粉末が焼結された第１の領域と、前記第１の領域に囲まれ、前記金属粉末が未焼結の第２の領域と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、（ａ）金属三次元積層造形による造形面の第１の領域にレーザを照射し金属粉末を焼結させる工程、（ｂ）前記造形面において前記第１の領域に囲まれた第２の領域にレーザを照射せずに未焼結の金属粉末を残す工程、を含む金属三次元積層造形による燃料ノズルの製造方法である。
本発明によれば、三次元積層造形により成形された燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器において、不安定燃焼による振動応力に対する減衰性能の高い燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器を実現することができる。
また、三次元積層造形による燃料ノズルの製造方法において、不安定燃焼による振動応力に対する減衰性能の高い燃料ノズルを製造可能な燃料ノズルの製造方法を実現することができる。
これにより、不安定燃焼による圧力変動の増大に対して十分な構造信頼性を有するガスタービン燃焼器を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
先ず、図１及び図２を参照して、本発明の対象となるガスタービン燃焼器について説明する。図１は、ガスタービン燃焼器の概略構成を示す断面図であり、圧縮機３やガスタービン８、発電機９を含むガスタービンプラント１として示している。図２は、図１のバーナ１７の拡大図である。
図１に示すように、ガスタービンプラント１は、大気から空気２を取り込み圧縮する圧縮機３と、圧縮機３において圧縮した圧縮空気４と燃料５を混合して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガス６を生成する燃焼器７と、燃焼器７で発生した燃焼ガス６により駆動され、燃焼ガス６のエネルギーを回転動力として取り出すガスタービン８と、ガスタービン８の回転動力を使用して発電する発電機９とから構成される。
図１では、燃焼器７の例として、エンドフランジ１０、外筒１１、空気孔プレート１２、燃料ノズルプレート１３、燃料ノズル１４、ライナ１５から構成される構造を示している。但し、本発明は図１の燃焼器に限らず、種々の構造の燃焼器にも適用可能である。
圧縮機３で圧縮された圧縮空気４は外筒１１とライナ１５の間の流路１６を通り、バーナ１７に流入する。圧縮空気４の一部はライナ１５を冷却するための冷却空気１８としてライナ１５内に流入する。
燃料５はエンドフランジ１０の燃料供給管１９を通り燃料ノズルプレート１３に流入し、各燃料ノズル１４を通過して、空気孔プレート１２に噴射される。空気孔プレート１２の空気孔２０の燃料ノズル側入り口において、燃料ノズル１４から噴射された燃料５と圧縮空気４が混合され、燃料５と圧縮空気４の混合気２１は燃焼室２２に向かって噴射され、火炎２３を形成する。
なお、本発明による燃焼器７は、天然ガスだけでなくコークス炉ガスや製油所オフガス、石炭ガス化ガス等の燃料も使用できる。
図２に図１のバーナ１７の拡大図を示す。図２では、バーナ１７の上側半分の拡大図を示している。バーナ１７は、空気孔プレート１２、燃料ノズルプレート１３、燃料ノズル１４から構成され、空気孔プレート１２と燃料ノズルプレート１３の中心軸４０は一致している。燃料ノズル１４の上流側端部３０は燃料ノズルプレート１３に対して冶金的に接合され、その接合部は燃料５（４５）が漏洩しないようシールされている。
燃料ノズル１４の先端部５２と空気孔プレート１２の空気孔２０は接触しておらず、圧縮空気４が空気孔２０に対して自由に流入することができる。燃料ノズル１４の上流側端部３０と燃料ノズルプレート１３の接合方法は、通常溶接やろう付け等が利用される。
次に、図３を参照して、未焼結の金属粉末を有する部品の振動応力に対する減衰性能の向上効果について説明する。
図３は、三次元積層造形で製作した円柱形状の片持ち梁の減衰比を示している。左側のグラフに示す通常構造は内部に未焼結の金属粉末がない中実構造であり、右側のグラフに示す高減衰構造は内部に未焼結の金属粉末を有している。部品内部に未焼結の金属粉末を残すことで減衰比が約９倍に向上しており、振動を減衰する効果がある。
図４及び図５を参照して、本発明の実施例１に係る燃料ノズルの構造及び製造方法について説明する。図４は、本実施例の燃料ノズル１４の断面図であり、図２に示すバーナ１７の一部５０の拡大図である。
燃料ノズル１４の中央には、燃料４５が流れる燃料流路６０がある。燃料ノズルプレート１３により配分された燃料４５がそれぞれの燃料ノズル１４を通過し、先端６１から噴射される。
本実施例の燃料ノズル１４は、燃料流路６０と燃料ノズル１４の外表面の間に未焼結の金属粉末が存在する領域６２を有する。三次元積層造形で燃料ノズル１４を製作する工程において、領域６２の部分にレーザを照射せずに未焼結の状態で残すことで、本構造を製作することが可能である。三次元積層造形では通常単一の材料を使用するため、造形過程で部品内部に残される未焼結の金属粉末の材質は燃料ノズル１４の材質と同じとなる。
図５に図４の領域６３の拡大図を示す。領域６２には、多数の未焼結の金属粉末６４が存在し、燃料ノズル１４が振動する際にこれらの金属粉末６４が運動（振動）する。その過程で未焼結の金属粉末６４同士が接触し摩擦力が発生することで、燃料ノズル１４の振動エネルギーが散逸し振動を減衰させる効果が生まれる。また、未焼結の金属粉末６４とそれらを閉じ込めている領域６２の壁面６５の間にも摩擦力が発生し、振動を減衰させる効果が生まれる。
以上説明したように、本実施例のガスタービン燃焼器の燃料ノズル１４は、金属粉末が焼結された第１の領域と、第１の領域に囲まれ、金属粉末が未焼結の第２の領域（領域６２）と、を有している。
また、燃料ノズル１４の根元部から先端部にかけて設けられた燃料流路６０と燃料ノズル１４の外周面との間に第２の領域（領域６２）を有している。
これにより、三次元積層造形により成形された燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器において、不安定燃焼による振動応力に対する減衰性能の高い燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器を実現することができる。
図６を参照して、本発明の実施例２に係る燃料ノズルの構造及び製造方法について説明する。図６は、本実施例の燃料ノズル１４の断面図であり、図２に示すバーナ１７の一部５０の拡大図である。
未焼結の金属粉末を含む断面は断面係数の低下や応力集中により材料強度が低下することがある。燃料ノズル１４の根元の応力が高い場合は未焼結の領域を根元から離す必要がある。
そこで、図６に示すように、本実施例では燃料ノズル１４の根元部以外の部位（領域）に未焼結の領域７０を設けることで、根元部の強度を低下させることなく振動を減衰することが可能である。
つまり、本実施例の燃料ノズル１４は、根元部を除く燃料流路６０と外周面の間に第２の領域（金属粉末が未焼結の領域７０）を有している。
図７を参照して、本発明の実施例３に係る燃料ノズルの構造及び製造方法について説明する。図７は、本実施例の燃料ノズル１４の断面図であり、図２に示すバーナ１７の一部５０の拡大図である。
図７に示すような先細形状の燃料ノズル１４では、先端側に金属粉末が未焼結の領域を設ける空間がない場合がある。
そこで、図７に示すように、本実施例では金属粉末が未焼結の領域８０を燃料ノズル１４の根元側に設けることで、先細形状の燃料ノズル１４であっても未焼結の金属粉末を残すことができ、振動を減衰することが可能である。
つまり、本実施例の燃料ノズル１４は、根元部の燃料流路６０と外周面の間に第２の領域（金属粉末が未焼結の領域８０）を有し、根元部を除く燃料流路６０と外周面の間に第２の領域（金属粉末が未焼結の領域８０）を有していない。
図８を参照して、本発明の実施例４に係る燃料ノズルの構造及び製造方法について説明する。図８は、本実施例の燃料ノズル１４の断面図であり、図２に示すバーナ１７の一部５０の拡大図である。
実施例１（図４）のように燃料ノズル１４の根元から先端にかけて連続した未焼結の領域６２を設けた場合、燃料ノズル１４の剛性が低下する場合がある。強度設計や離調設計の都合で剛性を高くしたい場合は、図４のような連続した未焼結の領域６２を、図８に示すように複数の未焼結の領域９０に分割することで、剛性を高くすることが可能である。
なお、図８は燃料ノズル１４の軸方向に未焼結の領域を分割して設けた例であるが、燃料ノズル１４の周方向についても同様に分割することで剛性を高くすることが可能である。
つまり、本実施例の燃料ノズル１４は、第２の領域（金属粉末が未焼結の領域９０）が、燃料ノズル１４の軸方向または周方向に複数に分割されている。
図９を参照して、本発明の実施例５に係る燃料ノズルの構造及び製造方法について説明する。図９は、本実施例の燃料ノズル１４の断面図であり、図２に示すバーナ１７の一部５０の拡大図である。
本実施例の燃料ノズル１４は、図９に示すように、側面の燃料噴射孔１００から燃料１０１を噴射する構造である。このタイプの燃料ノズル１４では、側面の燃料噴射孔１００よりも先端側に金属粉末が未焼結の領域１０２を設けることができ、振動を減衰することが可能である。
つまり、本実施例の燃料ノズル１４は、側面に燃料噴射孔１００を有し、燃料噴射孔１００よりも先端側に第２の領域（金属粉末が未焼結の領域１０２）を有している。
図１０を参照して、本発明の実施例６に係る燃料ノズルの製造方法について説明する。図１０は、燃料ノズル１４を三次元積層造形で製作する途中の過程を示している。
燃料ノズルプレート１３側から向き１１０の方向に造形しており、図１０では面１１２を造形する瞬間を示している。
金属粉末が未焼結の領域１１３を造形する過程では、造形面のうち未焼結にする部分１１３にはレーザを照射せず、焼結させる部分１１４のみにレーザを照射することで、金属粉末が未焼結の領域１１１を残すことが可能である。
以上説明したように、本実施例の燃料ノズルの製造方法は、（ａ）金属三次元積層造形による造形面（造形中の面１１２）の第１の領域（造形面のうち焼結する部分１１４）にレーザを照射し金属粉末を焼結させる工程、（ｂ）造形面（造形中の面１１２）において第１の領域（造形面のうち焼結する部分１１４）に囲まれた第２の領域（造形面のうち未焼結にする部分１１３）にレーザを照射せずに未焼結の金属粉末を残す工程、を含む金属三次元積層造形による燃料ノズルの製造方法である。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１：ガスタービンプラント
２：空気
３：圧縮機
４：圧縮空気
５：燃料
６：燃焼ガス
７：燃焼器
８：ガスタービン
９：発電機
１０：エンドフランジ
１１：外筒
１２：空気孔プレート
１３：燃料ノズルプレート
１４：燃料ノズル
１５：ライナ
１６：（外筒１１とライナ１５の間の）流路
１７：バーナ
１８：冷却空気
１９：燃料供給管
２０：空気孔
２１：混合気
２２：燃焼室
２３：火炎
３０：（燃料ノズル１４の）上流側端部
４０：（空気孔プレート１２と燃料ノズルプレート１３の）中心軸
４５：（燃料ノズル１４を流れる）燃料
５０：バーナ１７の一部
５２：（燃料ノズル１４の）先端部
６０：（燃料ノズル１４の）燃料流路
６１：（燃料ノズル１４の）先端
６２：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
６３：（燃料ノズル１４の先端部の）領域
６４：未焼結の金属粉末
６５：（金属粉末を閉じ込める空間（領域６２）の）壁面
７０：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
８０：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
９０：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
１００：燃料噴射孔
１０１：（燃料ノズル１４の側面の燃料噴射孔１００から噴射される）燃料
１０２：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
１１０：造形の向き（積層方向）
１１１：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
１１２：（造形中の）面
１１３：（造形面のうち未焼結にする）部分
１１４：（造形面のうち焼結する）部分
２：空気
３：圧縮機
４：圧縮空気
５：燃料
６：燃焼ガス
７：燃焼器
８：ガスタービン
９：発電機
１０：エンドフランジ
１１：外筒
１２：空気孔プレート
１３：燃料ノズルプレート
１４：燃料ノズル
１５：ライナ
１６：（外筒１１とライナ１５の間の）流路
１７：バーナ
１８：冷却空気
１９：燃料供給管
２０：空気孔
２１：混合気
２２：燃焼室
２３：火炎
３０：（燃料ノズル１４の）上流側端部
４０：（空気孔プレート１２と燃料ノズルプレート１３の）中心軸
４５：（燃料ノズル１４を流れる）燃料
５０：バーナ１７の一部
５２：（燃料ノズル１４の）先端部
６０：（燃料ノズル１４の）燃料流路
６１：（燃料ノズル１４の）先端
６２：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
６３：（燃料ノズル１４の先端部の）領域
６４：未焼結の金属粉末
６５：（金属粉末を閉じ込める空間（領域６２）の）壁面
７０：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
８０：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
９０：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
１００：燃料噴射孔
１０１：（燃料ノズル１４の側面の燃料噴射孔１００から噴射される）燃料
１０２：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
１１０：造形の向き（積層方向）
１１１：（未焼結の金属粉末が存在する）領域
１１２：（造形中の）面
１１３：（造形面のうち未焼結にする）部分
１１４：（造形面のうち焼結する）部分
Claims (12)
- 三次元積層造形により成形された燃料ノズルを備えるガスタービン燃焼器であって、
前記燃料ノズルは、金属粉末が焼結された第１の領域と、
前記第１の領域に囲まれ、前記金属粉末が未焼結の第２の領域と、を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記燃料ノズルの根元部から先端部にかけて設けられた燃料流路と前記燃料ノズルの外周面との間に前記第２の領域を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項２に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記燃料ノズルの根元部を除く前記燃料流路と前記外周面の間に前記第２の領域を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項２に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記燃料ノズルの根元部の前記燃料流路と前記外周面の間に前記第２の領域を有し、
前記燃料ノズルの根元部を除く前記燃料流路と前記外周面の間に前記第２の領域を有さないことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項２に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記第２の領域は、前記燃料ノズルの軸方向または周方向に複数に分割されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記燃料ノズルは、側面に燃料噴射孔を有し、
前記燃料噴射孔よりも先端側に前記第２の領域を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 以下の工程を含む金属三次元積層造形による燃料ノズルの製造方法；
（ａ）金属三次元積層造形による造形面の第１の領域にレーザを照射し金属粉末を焼結させる工程、
（ｂ）前記造形面において前記第１の領域に囲まれた第２の領域にレーザを照射せずに未焼結の金属粉末を残す工程。 - 請求項７に記載の燃料ノズルの製造方法であって、
前記燃料ノズルの根元部から先端部にかけて形成される燃料流路と前記燃料ノズルの外周面との間に前記第２の領域を形成することを特徴とする燃料ノズルの製造方法。 - 請求項８に記載の燃料ノズルの製造方法であって、
前記燃料ノズルの根元部を除く前記燃料流路と前記外周面の間に前記第２の領域を形成することを特徴とする燃料ノズルの製造方法。 - 請求項８に記載の燃料ノズルの製造方法であって、
前記燃料ノズルの根元部の前記燃料流路と前記外周面の間に前記第２の領域を形成し、
前記燃料ノズルの根元部を除く前記燃料流路と前記外周面の間に前記第２の領域を形成しないことを特徴とする燃料ノズルの製造方法。 - 請求項８に記載の燃料ノズルの製造方法であって、
前記第２の領域は、前記燃料ノズルの軸方向または周方向に複数に分割して形成されることを特徴とする燃料ノズルの製造方法。 - 請求項７に記載の燃料ノズルの製造方法であって、
前記燃料ノズルは、側面に燃料噴射孔が形成され、
前記燃料噴射孔よりも先端側に前記第２の領域を形成することを特徴とする燃料ノズルの製造方法。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090258168A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-15 | Rolls-Royce Plc | Article and method of manufacture thereof |
| DE102010046579A1 (de) * | 2010-09-25 | 2012-03-29 | Mtu Aero Engines Gmbh | Bauteil mit wenigstens einem Dämpfungselement und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit wenigstens einem Dämpfungselement |
| JP2015212073A (ja) * | 2014-02-25 | 2015-11-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 層状構造を有するシステムおよびその製造方法 |
| JP2016528440A (ja) * | 2013-08-21 | 2016-09-15 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 内部に封入された振動ダンパを有する部品、およびその部品の形成方法 |
| DE102016214229A1 (de) * | 2016-08-02 | 2018-02-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur additiven Herstellung und Bauteil für eine Strömungsmaschine |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0601220D0 (en) * | 2006-01-21 | 2006-03-01 | Rolls Royce Plc | Aerofoils for gas turbine engines |
| US20150167983A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-18 | General Electric Company | Bundled tube fuel injector tube tip |
| EP2930430A1 (en) * | 2014-04-07 | 2015-10-14 | Siemens Aktiengesellschaft | A burner tip and a burner for a gas turbine |
| JP6301774B2 (ja) * | 2014-08-01 | 2018-03-28 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン燃焼器 |
| JP6535525B2 (ja) * | 2015-07-01 | 2019-06-26 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン燃焼器 |
| US10557464B2 (en) * | 2015-12-23 | 2020-02-11 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Lattice-cored additive manufactured compressor components with fluid delivery features |
| JP6633982B2 (ja) * | 2016-07-01 | 2020-01-22 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン燃焼器、ガスタービン燃焼器の燃料ノズルの製造方法 |
| CN107741030B (zh) * | 2017-09-18 | 2019-09-20 | 北京航空航天大学 | 一种具有冷却结构的叶片喷射低排放燃烧室头部 |
| JP6718477B2 (ja) * | 2018-03-08 | 2020-07-08 | 三菱重工業株式会社 | 積層造形方法 |
-
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-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090258168A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-15 | Rolls-Royce Plc | Article and method of manufacture thereof |
| DE102010046579A1 (de) * | 2010-09-25 | 2012-03-29 | Mtu Aero Engines Gmbh | Bauteil mit wenigstens einem Dämpfungselement und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit wenigstens einem Dämpfungselement |
| JP2016528440A (ja) * | 2013-08-21 | 2016-09-15 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 内部に封入された振動ダンパを有する部品、およびその部品の形成方法 |
| JP2015212073A (ja) * | 2014-02-25 | 2015-11-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 層状構造を有するシステムおよびその製造方法 |
| DE102016214229A1 (de) * | 2016-08-02 | 2018-02-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur additiven Herstellung und Bauteil für eine Strömungsmaschine |
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