燃氣輪機是重要的發(fā)電裝備，由壓氣機、燃燒室、渦輪三大部分組成，其中燃燒室由外殼與內部的火焰筒、燃燒器組成，燃燒氣體通過燃燒室端部燃料入口進入燃燒室火焰筒與壓氣機壓入的空氣混合燃燒，實現膨脹做功。燃燒室是燃氣輪機中的重要部件，它們設計難度大、材料昂貴，加工工藝復雜，燃氣輪機的可靠性在很大程度上取決于這些部件的制造水平和維修水平。
西門子Finspong工廠利用金屬3D打印技術直接制造燃燒室中的復雜燃燒器零部件，并利用3D打印技術對燃燒器進行快速修復。3D打印技術為西門子的燃燒器設計、制造及修復帶來哪些優(yōu)勢？
西門子位于Finspong的燃氣輪機工廠負責生產工業(yè)汽輪機，其中型號為SGT-800的燃氣輪機集可靠耐用的工業(yè)設計與高效率、低排放的特點于一身，應用用戶為工業(yè)發(fā)電客戶如能源公司、獨立發(fā)電商、公用事業(yè)公司和市政電力部門。
SGT-800燃汽輪機重達290噸，能夠產生54兆瓦的電力，30個雙燃料DLE燃燒器安裝在環(huán)形的燃燒室中。燃燒器本身的設計極為復雜，燃汽輪機整體的設計則采用了便于拆卸的模塊化設計，例如可拆卸的燃燒器，這樣的設計便于對燃燒器進行簡單快速檢查與維修。
工業(yè)流程中產生的氫氣或合成氣是潛在的燃氣輪機燃料，西門子Finspong工廠希望能夠利用這些氣體為汽輪機提供動力，但是由于在使用時這些氣體需要通過燃燒器進行均勻混合，而現有的燃燒器無法達到這樣的效果，所以西門子一直無法將這些氣體加以利用，而經過設計優(yōu)化的3D打印燃燒器解決了氣體均勻混合的問題，讓西門子得以對這些氣體進行燃燒測試。
以往通過鑄造工藝制造的燃燒器由幾個拆分的部件焊接而成，通過這種燃燒器僅可在空氣中混入幾個百分點的氫氣。選擇性激光熔化3D打印技術則為燃燒器的設計優(yōu)化提供了更廣闊的空間，經過優(yōu)化后的燃燒器擁有一個外壁和一個框架結構的內壁， 這個復雜的雙壁結構零部件最終通過金屬3D打印設備一次性完成制造，不需要將幾個單獨的部件焊接在一起。Finspong工廠的測試表明，3D打印燃燒器可以均勻混入60%的氫氣，顯著高于傳統(tǒng)燃燒器。
早在2008年西門子Finspong工廠的分布式發(fā)電服務部門就已開始使用3D打印技術，限于當時成本與技術的限制，3D打印技術僅被用于制造產品原型，在經過5年的發(fā)展和經驗積累之后，2013年分布式發(fā)電服務部門已將3D打印的應用拓展至燃燒器的修復中，如今這些應用已經融入到Finspong工廠的日常生產工藝中。
燃燒器工作在一個極端高溫的環(huán)境下，西門子的服務工程師會在燃燒器工作3萬小時之后將其拆除，然后送到Finsopong工廠進行修復。在這里，工程師將燃燒器頂部去除掉一部分，然后通過近凈形3D打印技術直接將需要修復和重建的部分打印在原有的零部件上，大約20小時之后，舊的燃燒器就修復完成了，隨后工程師就可以盡快將修復好的燃燒器安裝回去，盡可能降低因停機帶來的損失。通過這種方式，西門子不僅可以對燃燒器按照原有設計進行修復，還可以根據客戶要求按照最新優(yōu)化的設計方案對燃燒器進行修復。
分布式發(fā)電服務部門的技術總監(jiān)表示，用3D打印技術進行燃燒器修復，不僅可以實現零件的現場快速修復，節(jié)省大量時間，減少停機帶來的損失，同時修復后的零件還使能源利用率得到提升。可用于燃燒器修復的3D打印材料包括耐高溫的鎳基合金材料。
除了將3D打印技術應用在復雜燃燒器的直接制造與修復中，西門子還將在燃氣輪機的備品備件的生產中應用3D打印技術，特別是對于設計圖紙缺失的停產零部件，西門子希望通過三維掃描、三維建模和3D打印這樣的數字化技術，為用戶制造出小批量的備件。小編認為，無論是哪一種應用，西門子都緊緊抓住了3D打印技術在制造復雜產品、小批量產品和無模具制造方面的優(yōu)勢。
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