Оперативность, эффективность, гибкость: аддитивное производство (3D-печать) в энергетической отрасли
Революционное изготовление и ремонт компонентов
Как при изготовлении опытных образцов, так и при производстве деталей для авиационных, газовых и паровых турбин или компрессоров, существует возможность спроектировать их быстрее, с повышенной гибкостью, лучшими материалами и более эффективно. Таким образом 3D-печать позволяет внедрить передовые технологии, обеспечивающие сокращение времени выхода на рынок и быструю модернизацию существующего оборудования. Являясь лидером в сфере промышленного внедрения аддитивного производства, компания «Сименс» предлагает своим клиентам продукты и инструменты, необходимые для перехода к следующему поколению оборудования энергетической отрасли.
Аддитивное производство революционным образом меняет промышленную продукцию, способствуя переходу от традиционных процессов к проектированию, обслуживанию и ремонту с использованием цифровых технологий.
В связи с тем, что поставщики электроэнергии стремятся улучшать производство электроэнергии, традиционным промышленным технологиям все труднее удовлетворять потребность в более эффективных компрессорах, камерах сгорания с уменьшенными выбросами или турбинах, которые могут работать с более высокими температурами. Аддитивное производство способствует появлению инновационных технологий. 3D-печать меняет подход к проектированию, позволяя создавать практические любые конструкции с использованием полимеров, металлов или керамики. Более того, аддитивное производство фактически создает инновации, поскольку оно позволяет внедрять компоненты с новой геометрией, создание которых было невозможно ранее. Например, лопатки турбин могут охлаждаться с помощью сложных внутренних каналов, что повышает их эффективность.
Кроме того, аддитивное производство является достаточно оперативным и позволяет быстро создавать опытные образцы, что экономит до 75 % времени проектирования. Аддитивное производство более устойчиво, поскольку оно потребляет на 65 % меньше ресурсов, сокращает выбросы газов на 30 % и позволяет создавать компоненты с более длительным сроком службы. Например, если необходимо отремонтировать сопло горелки, этот процесс можно значительно ускорить. Мировой рынок материалов, оборудования, программного обеспечения и услуг для аддитивного производства переживает стремительное развитие. Компания «Сименс» стремится содействовать этому развитию, разрабатывая продукты, инженерные услуги и цифровые решения нового поколения, которые всесторонне охватывают всю цепочку создания ценности от проектирования до технического обслуживания.
Наглядный пример: в начале 2017 года в подразделении компании «Сименс» в Линкольне были проведены первые успешные полномасштабные испытания лопаток газовых турбин (SGT-400 Blade 1), целиком изготовленных по методу аддитивного производства. Производственные предприятия 3D-печати компании Materials Solutions в Вустере, Великобритания, и в Финспонге, Швеция, использовали селективную лазерную плавку (SLM) для проектирования и 3D-печати лопаток газовых турбин. Был использован весь комплекс технологий аддитивного производства, представляемый «Сименс»: от проектирования цифровой модели на основе имеющегося опыта до быстрого создания опытных образцов, полномасштабного испытания турбины и оптимизации схем охлаждения. В конечном итоге это позволило создать готовые лопатки с существенным сокращением срока выполнения заказа на 75 % и минимизированными рисками.
Неудивительно, что компания «Сименс» занимается разработкой решений в области аддитивного производства не только для рабочих лопаток, но и для направляющих лопаток турбин, сопел горелок и радиальных импеллеров.
Дополнительная информация об аддитивном производстве
- The Magazine: революция в аддитивном производстве для газовых турбин (англ. язык)
- Пресс-релиз: компания «Сименс» применяет инновационные технологии в производстве газовых турбин (англ. язык)
- Открытие года: высокотехнологичный ремонт лопаток турбин (англ. язык)
- Др. Бернд Бурбаум: огромный инновационный потенциал (англ. язык)
- Др. Михаэль Отт: высокотехнологичный ремонт лопаток турбин (англ. язык)
В 2016 году компания «Сименс» открыла в Нюрнберге Центр лазерного плакирования (LCC). Этот сварочный комплекс соответствует самым высоким стандартам качества технологических процессов и в перспективе значительно сократит время, необходимое для изготовления и ремонта роторов, корпусов и твердых покрытий клапанов компрессоров, генераторов и паровых турбин. Лазерное нанесение металла (LMD), также называемое лазерной наплавкой, представляет собой технологический процесс, хорошо отработанный в течение многих лет. Другим примером его использования является ремонт кромки лопаток газовых турбин «Сименс».
Лазерное нанесение металла (LMD)
Компания «Сименс» начала вкладывать средства в технологию аддитивного производства почти с самого ее зарождения в 2009 году, продолжив разрабатывать специализированные технологии для сферы производства электроэнергии. Например, в 2012 году компания «Сименс» установила первый принтер EOS M280 SLM, специально предназначенный для осуществления ремонта горелок. В 2013 году в промышленных газовых турбинах были установлены первые сопла и спирали горелок, изготовленные методом 3D-печати. В 2016 году компания «Сименс» приобрела компанию Materials Solutions – одного из мировых лидеров в области аддитивного производства. В 2017 году лопатки газовых турбин были успешно напечатаны и испытаны. В 2017 году для промышленной эксплуатации также были установлены головки горелок, изготовленные методом 3D-печати. В 2018 году методом аддитивного производства было изготовлено и установлено масляное уплотнительное кольцо для паровой турбины.
В настоящее время компания «Сименс» продолжает способствовать индустриализации и коммерциализации 3D-печати, особенно в энергетической отрасли. «Сименс» предлагает комплексный портфель инновационных решений для полной цифровизации аддитивного производства – от программного обеспечения для проектирования и разработки до самых современных инструментов моделирования, полной автоматизации оборудования и производства. Благодаря этому компания имеет все возможности для дальнейшего развития промышленных технологий аддитивного производства.
Текущее направление научно-исследовательской деятельности «Сименс» включает в себя разработку инновационных возможностей применения экономически эффективных, оперативных и легко интегрируемых технологий аддитивного производства для всей производственной цепочки. В течение следующих 10 лет компания «Сименс» намерена обеспечивать работу глобального облачного сервиса 3D-принтеров для изготовления запасных частей по запросу с использованием цифровых двойников. Ключевым стимулом является разработка компонентов, которые смогут максимально повысить эффективность наших продуктов для производства электроэнергии.
