3D打印的一个作用:减少温室气体排放

2020-12-10 18:00:05 anet 4

  3D打印似乎仍然有点像科幻小说,但实际上,它就在我们身边-在豪华车,喷气发动机和用于重建头骨和骨头的定制植入物中。现在,该技术正深入发电厂的内部-发电厂内部,它可以帮助公用事业产生更多的电力并减少排放。

  GE Power的燃气动力系统业务燃气轮机执行产品经理Guy Deleonardo说:“这是一个彻底的破坏者。” GE Power已经向全球客户交付了9,000多种用于燃气轮机的3D打印组件。Deleonardo说,在过去,通用电气花了十年的时间才将涡轮机的效率提高一个百分点。但是有了公司可支配的3D打印技术,现在只需数年就可以计算出时间。这是因为该技术使设计师能够快速制造原型,进行测试,调整设计并再次进行印刷。当他们对结果感到满意时,3D打印还允许他们批量生产具有提高效率的形状的最终零件,这些形状过于复杂或昂贵,以传统的制造方法无法制造。一个示例是GE最新HA级燃气轮机的3D打印燃油喷嘴。法国一家配备HA汽轮机的发电厂获得“吉尼斯世界纪录”的殊荣在2016年,它是效率最高的联合循环发电站,效率达到62.2%。但是,即使在有关记录的新闻发布之前,GE工程师已经开始制造新的3D打印喷嘴的原型,该喷嘴可以将效率提高到64%。

  为了达到如此高的效率,工程师们必须达到超过华氏3,000度的温度。新喷嘴的设计将燃料和空气混合在一起,这样还可以使它们这样做,并同时保持较低的氮氧化物排放量。这种结合是一个重要的突破。该团队现在正在使用它来使高可用性涡轮机的效率更高-达到65%。

3D打印的燃油喷嘴

GE工程师用3D打印了一个新的燃油喷嘴(顶部),使他们能够在今年秋天将GE HA级燃气轮机的效率提高到64%。图片来源:GE Power。

  工程师在设计新喷嘴时考虑了多种选择,但他们很快就决定采用增材制造方法(例如3D打印)。在机加工车间生产的同一零件将具有成千上万的钎焊接头。他们开发的实际3D打印零件不需要这种接头。“对工程师来说,这是非常令人兴奋的,因为这些接头中的每一个都为潜在的泄漏创造了机会,并降低了可靠性,” Deleonardo说。

  这种零接头设计使它们能够获得更短,更热的火焰和更快的燃烧。更热,更短的燃烧周期意味着发电厂需要更少的燃料并产生更少的排放,既节省金钱又节省环境。从63%的效率提高到64%的效率可为大型燃气发电厂在其整个生命周期内节省约5,000万美元的燃料成本。

  3D打印机直接从计算机文件中逐层生成零件。GE Power在喷嘴中使用钴铬合金,并且用于打印的金属粉末必须符合确切的规格。Deleonardo的团队还必须密切注意150多个工艺参数,以确保喷嘴能够在燃气轮机内部的恶劣环境中按计划运行。“这与金属粉末的化学性质和粒径有关,” Deleonardo说。

  2016年,GE收购了Arcam的多数股权,该公司生产3D打印机以及粉末涂料,为该公司提供了宝贵的新知识。“与Arcam这样的公司一起生产打印机,粉末并提供3D打印专业知识,我们就可以提供一整套产品,”经营GE Additive的Mohammad Ehteshami说。

  与所有3D打印的零件一样,快速提高产量和合并新设计的能力是另一个巨大的好处,因为迭代设计和建造更多的喷嘴仅需要更多的打印机。与传统的生产方法(如铸造和机加工)相比,增材制造还通过简化供应链来降低成本。

  GE航空已经为载客的喷气发动机打印了燃油喷嘴,而Deleonardo认为,未来3D打印零件的功能将继续增长。他希望可利用的材料,生产速度,零件耐用性以及我们可以打印的产品的物理尺寸有所进步,从而实现更高的效率-并为健康的环境减少排放量。他说:“添加剂为我们尚未探索的领域打开了设计空间。” “工程师不必遵循规则,只需遵循他们的想象力即可。”

发电厂

法国一家配备HA汽轮机的发电厂在2016年的“吉尼斯世界纪录”中排名最高,成为效率最高的联合循环发电厂,效率达到62.2%。图片来源:GE Reports。

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