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(shù)參考 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
3D打印對工業(yè)制造的顛覆性可見一斑。經(jīng)過三十余年的發(fā)展，3D打印早已走出研究院所并脫離了創(chuàng)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(jié)的月餅亦可3D打印。但工業(yè)制造真正追求的，應(yīng)該是所謂的“大音希聲，大象無形”。 3D打印在當(dāng)前發(fā)展階段下，正是迎合了這一需求。
被譽為“制造業(yè)皇冠上明珠”的燃氣輪機到今天已經(jīng)發(fā)展了大半個世紀(jì)，想要繼續(xù)進步，需要近乎登峰造極的技術(shù)能力與想象力。在不斷攀登巔峰的過程中，3D打印技術(shù)可謂恰當(dāng)其時，材料、計算機控制、激光等學(xué)科各個擊破，彌補了傳統(tǒng)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(lián)合循環(huán)效率高達62.22%，極高的靈活性，超低的排放，人類百年工業(yè)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(yù)混器就使用了增材制造工藝，微孔預(yù)混技術(shù)確保了GE低氮燃燒技術(shù)DLN2.6e的有效發(fā)揮，再結(jié)合眾多同樣尖端的技術(shù)，最終成就了法國布尚電廠9HA機組打破吉尼斯世界紀(jì)錄的聯(lián)合循環(huán)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(yù)混噴嘴（Advanced Premixer）
在9HA燃機上，GE采用先進的微管預(yù)混技術(shù)，用微孔管束替代之前大的旋流噴嘴。使用微管預(yù)混技術(shù)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(yù)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(yù)混效率更高，混合更加均勻，速度也更快。同時設(shè)計流速高于火焰速度。這樣有利于富氫燃料的穩(wěn)定燃燒。采用微管預(yù)混燃燒室后，高活性氣體燃料也可采用干式低氮燃燒器預(yù)混燃燒。有效地控制NOx的生成。更實現(xiàn)了燃料和空氣的更好均相混合，保證了更好的預(yù)混燃燒，為更高的聯(lián)合循環(huán)效率鋪平道路。而這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)前也只有3D打印可以做。微管預(yù)混讓9HA在低氮燃燒技術(shù)中實現(xiàn)了微孔預(yù)混和全預(yù)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(fā)電行業(yè)還希望燃機24x7不間斷工作，同時符合越發(fā)嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)要求。這一切都需要H級燃機的設(shè)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(shù)在關(guān)鍵零部件上的充分應(yīng)用，幫助GE 9HA燃氣輪機的出力較傳統(tǒng)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(jīng)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(xié)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(yù)計今年下半年可實現(xiàn)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(shù)為尖端發(fā)電設(shè)備帶來的性能提升。
西門子指出，與傳統(tǒng)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(shè)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(shè)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(zhuǎn)速為13,000轉(zhuǎn)，溫度超過1250℃。
Finspång工廠的項目經(jīng)理Niklas Lange表示：“作為能源服務(wù)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(jù)我們的經(jīng)驗，與舊型號相比，它甚至可以提高性能。”
(責(zé)任編輯：admin)
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