1852 年,James Prescott Joule 描述了燃气涡轮的物理原理—热力循环,首次称为 Joule 过程。这 一发明的最初设想和理念最早可追溯到 1791 年。
Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT) 是设在瑞士的公司,制造用于为工业和油气应用产生 动力的燃气涡轮。此类Siemens工业涡轮的性能范围在 15 和 60 MW之间。除了制造外,Siemens子 公司还会为此类重大的工程成果提供长期服务和维护。为了努力降低维护成本,Siemens目前利用 EOS 技术和设备,致力于增材制造技术的开发和实施。

挑战
燃气涡轮由进气口、压缩机、燃烧器、涡轮和热气出口组成。进入发动机的空气经压缩机压缩。压缩空气在燃烧室内与燃料混合并燃烧,从而增加流动的动能。在涡轮中,流动的动能转换为机械能。这种机械能用于推动燃气涡轮压缩机和发电机(产生电能)或其他驱动设备(例如,压缩机通过管路泵送燃气/油)。在运行期间,发动机热气路径中的部件会接触高温,有时会超过1,000°C(如叶片和翼片)。这会导致热气通路部件高度磨损。
当燃料-空气混合物点燃时,还 会导致燃烧器喷头高度磨损。这 样即可清晰看到并测量磨损的影 响。制造商进行了严格的测试, 以便在通常需要修复燃烧器后保 持规定的使用期限。
传统的修复程序需要预制大段燃 烧器喷头。这种预制构件用于在 规定使用时间后更换燃烧器喷头 (切割掉旧喷头并焊接预制喷 头)。传统的修复程序涉及大量 子过程和检查,因此非常耗时。 为了帮助简化并加速修复程 序,Siemens实施了增材制造技 术。

解决方案

此类运作的实施需要具有创新的 合作伙伴。Siemens刚好发现 EOS:除了具有正确的增材制 造技术以外,还能够在短时间内 个别调整其用于金属处理的自制 机器— EOSINT M 280。涉及 的改动,尤其是机器内部的比例 必须扩大,以容纳 800 mm 燃 烧器。制造商还改进了其他硬件 部件,如摄像系统和光学测量系 统,并对软件进行了相应的调 整。EOS 在一年内对 EOSINT 系统进行了广泛的改造。

很显然,该方法从一开始就大有裨益。因此,Siemens并未更换大部分燃烧器喷头,仅清除了损坏的材料。此外,在修复过程中,以前型号的燃烧器型可重建为最新设计。这意味着,不仅可以进行修复,还可以改进旧型号燃烧器,从而为“增材制造”一词带来全新的含义。

结果

图形、数据和事实明确地详述了 新修复过程的成功。Siemens Industrial Turbomachinery 将能 够对核心问题产生巨大影响—即 缩短修复时间:对于操作员而 言,涡轮能够快速恢复使用同样 重要。这还为降低修复过程及维 护方面的潜在成本带来机会。
除了改进自己的修复过程 外,Siemens现在还可为其客户 提供战略优势:由于这种全新的 过程,专家可以将部件集成到修 复过程,从而对涡轮技术进行改 进。采用这种方式,操作员即可 利用最新技术,即使涡轮已使用 多年。
Siemens能源服务、油气和工业应用部门的技术与创新主管Vladimir Navrotsky 博士做出了 总结:“由于这种新的修复技 术,我们期望更快地执行这些高 精度工作。”
不仅仅瑞士Siemens的子公司将 此项目视为重大成就。“我们已 成功将我们的技术推向修复领 域。事实证明,我们能够快速修 改我们的系统,从而满足特定客 户的要求。 这种情况下,硬件 和软件的修改就非常重要。涉及 的每个人可以满意地回顾最终结 果以及实现这一结果的途 径。”EOS 的 Stefan Oswald 表示。