ORNL 将 3D 打印大型水轮机部件… – 3D打印行业资讯网

美国能源部 (DOE) 橡树岭国家实验室 (ORNL) 正在牵头开展一项新举措，即 3D 打印用于水坝发电的大型金属叶轮。这些旋转部件将水的运动转化为电能。

该项目名为“Rapid RUNNERS”，将在三年内从美国能源部获得 1500 万美元的资金。

橡树岭国家实验室希望这能够重振美国制造业，并将清洁能源生产带回美国。 Oak Ridge 表示，增材制造可以显着缩短关键叶轮零件的交货时间，并加速能源发电行业的经济增长。

制造过程将使用机器人焊机在浇口上涂上一层金属，所有这些都将在美国制造。

该计划还涵盖生产大型组件所需的软件、硬件、机器人技术和制造策略的开发。包括田纳西河谷管理局 (TVA) 在内的多个组织正在与 ORNL 合作以实现这一目标。

ORNL 研发官员兼该项目的技术负责人 Adam Stevens 表示：“这可能会彻底改变大型金属零件的锻造和铸造工艺。”

ORNL 将在美国 3D 打印水轮机组件

水力涡轮机几乎全部在美国境外制造。这些部件设计复杂且难以制造，通常需要数月的手工焊接和精加工。因此，当这些组件出现故障时更换它们可能需要数年时间，从而大大减缓了可再生能源的生产。

“目前生产其中一件需要大约 18 个月的时间，”史蒂文斯解释道。 “这相当于 18 个月你不生产的清洁能源。”他相信橡树岭国家实验室的新举措可以填补美国国内工业基础的显着缺口。

增材制造可以更快地生产接近所需尺寸或“接近确定形状”的供料器。然后可以对它们进行机械加工以生产最终产品，与传统制造工艺相比，减少了浪费和停机时间。

ORNL 突破性制造系统开发小组负责人 Brian Post 和实验室结构和材料加工部门负责人 Jay Tiley 分别是该项目的主要系统和材料研究员。

ORNL 的制造示范设施 (MDF) 为该计划提供资源和专业知识。在美国能源部先进材料和制造技术办公室的支持下，MDF 是与 ORNL 合作改造美国制造业的全国性联盟的中心。

快速跑者项目

Rapid RUNNERS 将制造三个混流式转子，以展示增材制造的能力。这种特殊类型的不锈钢涡轮机通常用于水坝中来产生水力发电。

该团队将首先制作一个叶轮原型进行测试。随后将安装一个直径为 5 英尺的叶轮，该叶轮可能安装在田纳西州帕克斯维尔的 TVA Ocoee 大坝上。这座宽 840 英尺、高 135 英尺的水力发电厂横跨奥科伊河，拥有五台发电机组，发电量为 24 兆瓦。

第三个混流式叶轮将为 TVA 的威尔逊大坝进行 3D 打印，该大坝包括 21 台发电机组，可发电 653 兆瓦。该涡轮机重 46 吨，直径 15 英尺，高 8 英尺。

“该计划为我们提供了一种创新的方式来实现 TVA 的使命，该使命可归结为三个 E：在能源方面，它提高了可靠性；在环境方面，它最大限度地提高了可再生能源生产；在经济发展方面，它为美国带来了大量就业机会TVA 创新与研究副总裁 Joe Hoagland 评论道。

制造软件将通过控制机器人和优化增材制造工艺在实现这些目标方面发挥关键作用。生产系统预计将包括分配执行焊丝电弧焊、磨削、计量和其他所需功能等任务的单个机器人。系统中可以同时工作六台或更多机器人。

未来，TVA 预计其许多 410 不锈钢涡轮机和部件将在国内进行 3D 打印。据报道，使用增材制造生产这些零件将带来独特的机会。

TVA 研发主管 Curt Jowdy 解释说，液压叶轮存在容易产生气蚀的区域。它们可能会因叶片表面在破裂气泡的合力作用下受到侵蚀而失效。增材制造可用于在这些表面上涂覆抗气蚀涂层。 “通过增材制造，您可以完成其他方式无法完成的事情。有些形状无法用其他方式制作，你可以组合材料，”乔迪补充道。

在这个为期三年的项目结束时，该团队希望创建一个可跨多个行业使用的新型分布式混合制造平台。史蒂文斯相信，这将使能源、国防、造船、水电和市政供水行业大型部件的国内生产成为可能。

“任何需要大块金属的行业都可以从中受益，”他补充道。 “这将提高生产力并提供更健康的国内工业基础。”

除了 TVA 之外，还有多个组织正在与 ORNL 合作开展该项目。其中包括亨廷顿英格尔斯-纽波特纽斯造船厂，将在那里 3D 打印最大的混流式转子；电力科学研究院，提供技术经济分析； Open Mind Technologies，帮助制定生产策略； ARC Specialties，提供机器人设备和集成；以及液压动力装置制造商福伊特集团水电公司。

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3D 打印优化能源生产

ORNL 引入增材制造是能源领域 3D 打印机采用不断增长趋势的一部分。

今年早些时候，沙特阿拉伯的 3D 打印服务提供商国家增材制造与创新 (NAMI) 从 3D Systems 购买了 3D 打印机，为沙特电力公司 (SEC) 生产零件。

NAMI 是 3D Systems 和沙特阿拉伯工业投资公司 Dussur 之间的私人合资企业，希望其新型 3D 打印机能够在该地区创建高效、本地化的能源供应链。

SEC 是中东和北非最大的电力生产商、输电商和分销商。此次合作还将使 NAMI 能够创建数字零件库存，以简化生产并降低物理存储要求和成本。

在其他地方，美国天然气公司 Upwing Energy 正在使用 Velo3D 大幅面金属 3D 打印机生产其地下压缩机系统 (SCS) 气体压缩机模块。

据报道，通过实施 Velo3D 的激光粉床融合 (LPBF) 3D 打印机，Upwing 减少了支持 SCS 气井部署计划所需的生产时间。增材制造使她能够在短短 10 周内完成从工程设计到制造完整的压缩机转子组件的过程。

2024 年奖项的申请现已开放 3D打印奖项。

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在主图中，ORNL 的 Jay Tiley 检查 TVA 切罗基大坝的水力发电叶轮。照片由美国能源部 Jim Tobin/ORNL 提供。