3D打印：打造世界效率最高重型燃氣輪機9HA
時間：2018-09-26 09:45 來源：3D打印技術參考 作者：中國3D打印網 閱讀：次
3D打印對工業制造的顛覆性可見一斑。經過三十余年的發展，3D打印早已走出研究院所并脫離了創客的自娛自樂。打開某寶，搜索“3D打印”，從鑰匙扣到冰淇凌，總有一款能滿足你的需求，甚至于明日中秋節的月餅亦可3D打印。但工業制造真正追求的，應該是所謂的“大音希聲，大象無形”。 3D打印在當前發展階段下，正是迎合了這一需求。
被譽為“制造業皇冠上明珠”的燃氣輪機到今天已經發展了大半個世紀，想要繼續進步，需要近乎登峰造極的技術能力與想象力。在不斷攀登巔峰的過程中，3D打印技術可謂恰當其時，材料、計算機控制、激光等學科各個擊破，彌補了傳統制造方法的局限。舉個例子，燃機界的翹楚——H級燃機，透平初溫1500攝氏度，聯合循環效率高達62.22%，極高的靈活性，超低的排放，人類百年工業文明的巔峰之作，就采拮了3D打印的精髓。
GE 9HA燃氣輪機的核心部件之一——燃燒室燃料噴嘴和預混器就使用了增材制造工藝，微孔預混技術確保了GE低氮燃燒技術DLN2.6e的有效發揮，再結合眾多同樣尖端的技術，最終成就了法國布尚電廠9HA機組打破吉尼斯世界紀錄的聯合循環效率——62.22%。3D打印究竟能成就多少改變？下面以GE 9HA燃機中的燃料噴嘴為例：
DLN2.6e 中3D打印制造的先進預混噴嘴（Advanced Premixer）
在9HA燃機上，GE采用先進的微管預混技術，用微孔管束替代之前大的旋流噴嘴。使用微管預混技術后，噴嘴有密集的進氣微管，在每個進氣微管的軸向位置有多個燃料孔。空氣通過進氣微管，微管預混噴嘴使用毫米級直管中的燃料和空氣的交叉流噴射混合方式。這樣使得燃料和空氣預混效率更高，混合更加均勻，速度也更快。同時設計流速高于火焰速度。這樣有利于富氫燃料的穩定燃燒。采用微管預混燃燒室后，高活性氣體燃料也可采用干式低氮燃燒器預混燃燒。有效地控制NOx的生成。更實現了燃料和空氣的更好均相混合，保證了更好的預混燃燒，為更高的聯合循環效率鋪平道路。而這種結構，當前也只有3D打印可以做。微管預混讓9HA在低氮燃燒技術中實現了微孔預混和全預混燃燒，滿足超低氮氧化物排放（在最低負荷至30%的工況下僅有25ppm氮氧化物排放)，支持燃機快速增減負荷。
3D打印—成就全球最先進燃機
H級燃機體積龐大，GE的9HA燃機有約12米高（大概四層樓），重約400噸（約兩頭藍鯨），在實際使用中，燃機本身還會有諸多“輔機”，以幫助充分回收廢氣余熱等。除了體型龐大，零件眾多，還需“輔機”兼容之外，發電行業還希望燃機24x7不間斷工作，同時符合越發嚴苛的環保法規要求。這一切都需要H級燃機的設計與制造無限趨近完美——燃氣輪機核心部件的精度誤差最多幾十微米。
GE H級燃氣輪機
GE 9HA燃機成為全世界效率最高的燃氣輪機（沒有之一），而增材制造為此做出了重大貢獻。具體而言，3D打印技術在關鍵零部件上的充分應用，幫助GE 9HA燃氣輪機的出力較傳統制造方法增加了1%。而僅僅是這1%。GE在法國布尚電廠的9HA機組滿足了大約68萬個法國家庭的用電需求，也就是說，在原有能耗不變的情況下，這兩個部件可幫助為額外6800個家庭提供光明。
法國布尚電廠
如今，法國、俄羅斯、巴基斯坦、日本等多國電廠已經開始部署9HA燃機。2017年3月，哈電集團與GE簽署了重型燃機合資協議，重點落實適合中國市場的9F級和9H級燃機的本地化制造；同月，哈電集團將華電天津軍糧城項目的9HA燃機合同授予了GE。預計今年下半年可實現9HA機組交付，屆時中國電力將有機會直接體驗到3D打印技術為尖端發電設備帶來的性能提升。
西門子指出，與傳統方法相比，每個燃燒器頭部都是一體化制造，而之前需要13個單獨的零件和18次焊接而成。同時在設計上也有了很大改進，例如燃料進料管是燃燒室頭部的一部分而不是外部燃料管，這將提高燃燒室的耐溫能力，從而有助于延長部件的運行壽命，并最終延長燃氣輪機的使用壽命。
而在去年，西門子的3D打印專家們還設計并制造了世界上第一臺燃氣輪機葉片，并在滿負荷條件下進行了驗證，每分鐘轉速為13,000轉，溫度超過1250℃。
Finspång工廠的項目經理Niklas Lange表示：“作為能源服務提供商，精確性和一致性是我們的絕對要求，3D打印不僅提供了這一點，而且根據我們的經驗，與舊型號相比，它甚至可以提高性能。”
(責任編輯：admin)
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