西門子3D打印渦輪機葉片成功試運行 實現(xiàn)技術(shù)突破

　　近日，西門子成功完成對完全采用增材制造（也稱“3D打印”）技術(shù)生產(chǎn)的燃氣輪機葉片的首次滿負荷核心機試驗，實現(xiàn)技術(shù)上的重大突破。

　　西門子在發(fā)動機滿負荷狀態(tài)下成功驗證了多個采用傳統(tǒng)設(shè)計的增材制造渦輪機葉片。這意味著該葉片的測試轉(zhuǎn)速達到每分鐘13,000轉(zhuǎn)，測試溫度超過攝氏1,250度。此外，西門子還測試了利用增材制造技術(shù)制造的經(jīng)全面改良內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)的新葉片。項目組使用的葉片是由Materials Solutions的3D打印設(shè)施制造的。西門子新收購的Materials Solutions公司位于英國伍斯特地區(qū)，專門生產(chǎn)透平機械高溫應(yīng)用的高性能部件。對透平機械設(shè)備來說，精度、表面光潔度和材料質(zhì)量對確保部件的運行性能至關(guān)重要。上述試驗在位于英國林肯的西門子工業(yè)燃氣輪機廠的測試裝置上進行。

　　“這是增材制造在發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的重大突破，對增材制造技術(shù)來說也是最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用之一，”西門子發(fā)電與天然氣集團首席執(zhí)行官Willi Meixner表示。“增材制造技術(shù)是我們數(shù)字化戰(zhàn)略的重要支柱之一。試驗的成功離不開我們國際項目組兢兢業(yè)業(yè)的努力，項目組成員包括來自芬斯蓬、林肯和柏林的西門子工程師以及來自Materials Solutions的專家。他們在短短18個月時間內(nèi)完成了從部件設(shè)計、增材制造材料開發(fā)以及模擬和質(zhì)量控制新方法等一系列工作。結(jié)合我們在3D打印領(lǐng)域的專業(yè)知識，我們將繼續(xù)推動該領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用?！?br />
　　這些葉片安裝在13兆瓦（MW）的西門子SGT-400工業(yè)燃氣輪機上。該增材制造輪機葉片利用多晶鎳超合金粉末制造，能夠耐受高壓、高溫和燃氣輪機的高速運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力。在滿負荷核心機試驗中，這些燃氣輪機葉片運行速度超過1,600公里/小時，受力高達11噸（相當(dāng)于倫敦一輛滿載公交車的重量）。這些葉片被攝氏1,250度的氣體包圍，然后利用超過攝氏400度的空氣冷卻。在林肯工廠測試的先進葉片設(shè)計改進了冷卻性能，可以提高西門子燃氣輪機的總體效率。

　　增材制造是在分層CAD模型中逐層構(gòu)建部件以形成3D物質(zhì)的過程。增材制造也稱為“3D打印”，在快速建模方面尤其具有優(yōu)勢。Meixner表示：“這項激動人心的技術(shù)正在改變我們的制造方式，將原型研發(fā)周期時間縮短90%。西門子是增材制造領(lǐng)域的引領(lǐng)者。我們可以通過提高效率和可用性加速新型燃氣輪機的設(shè)計，而且可以讓這些技術(shù)進步更快地惠及客戶。這種制造的靈活性也使西門子的研發(fā)更符合客戶需求，并按需提供備件?！?br />
　　西門子在材料科學(xué)、自動化、制造等關(guān)鍵領(lǐng)域擁有廣博的知識和工藝專長，因此西門子在塑造3D打印行業(yè)的未來方面擁有巨大優(yōu)勢。下一步將是成功完成高級葉片設(shè)計測試，以充分挖掘增材制造的潛力。西門子正在研發(fā)僅能借助增材制造技術(shù)實現(xiàn)的獨特燃氣輪機設(shè)計，擴大增材制造輪機設(shè)備的批量生產(chǎn)。立足西門子在能源市場逾百年的經(jīng)驗，西門子有能力將新設(shè)計可能性轉(zhuǎn)化為面向客戶的具體解決方案。

　　西門子廣泛利用增材制造技術(shù)實現(xiàn)快速原型制作，并且已經(jīng)推出面向燃氣輪機壓氣機和燃燒系統(tǒng)部件的批量生產(chǎn)解決方案。2016年2月，西門子在瑞典芬斯蓬建設(shè)了一家新的3D打印部件生產(chǎn)工廠，西門子重型燃氣輪機的首款3D打印部件，已于2016年7月商業(yè)運行。