Переосмысление 3D печати металлом деталей турбин и насосов

Переосмысление 3D печати металлом деталей турбин и насосов

Более высокая производительность насосов и компрессоров теперь возможно через изготовление Аддитивным Производством (АП) без поддержек

 

Последние достижения в области промышленного аддитивного производства металлом (AПM) снимают ограничения на конструкции насосов и компрессоров и способы их изготовления. Эти ограничения применяются к ограничениям, с которыми системы АП текущего поколения сталкиваются при создании проходов, лопастей и каналов. Прорыв произошел в оптике AП, качестве порошкового слоя, среде камеры, расходных материалах, а также в мониторинге и управлении процессом в реальном времени для проверки деталей в индивидуальном или серийном производстве.

 

Для обеспечения производительности насоса и компрессора недавно представленная усовершенствованная система AП может производить рабочее колесо с кожухом диаметром до 300 мм с углом наклона кожуха до 5 градусов, и не требуются опорные конструкции для удержания лопаток и других элементов на месте во время производства в 3D принтере. Это представляет собой очень значительное улучшение по сравнению со всеми другими доступными в настоящее время решениями AП. Никаких внутренних опор не требуется. Внешне фиксируются только выступающая кромка на внешнем ободе и нижний край. Хорошей практикой является выдавливание стенки по диаметру рабочего колеса для поддержки кожуха; этот материал можно легко удалить за одну операцию при постобработке.

Система может изготавливать рабочее колесо с кожухом большинства геометрических форм с шероховатостью поверхности менее 10 микрон SA на всех поверхностях, внутренних и внешних. Кроме того, системы контроля и метрологии ванны расплава с обратной связью обеспечивают контроль и мониторинг в реальном времени на протяжении всего процесса сборки, обеспечивая структурную целостность каждой готовой детали и согласованность от сборки к сборке. Эта точность, качество и способность работать в условиях чрезвычайной сложности конструкции могут быть успешно применены к соответствующему жидкостному и воздушному насосу и теплообменному оборудованию (см. Рисунок 2).

 

Насосные и компрессорные сложности

Насосы и компрессоры — одни из самых распространенных промышленных устройств, которые можно найти почти на всех основных рынках. Один класс насосов — это центробежные насосы, которые находят множество применений в очень сложных приложениях. Рабочее колесо в этих насосах может быть открытым или иметь кожух или покрытие в зависимости от области применения.

 

Закрытые или закрытые рабочие колеса используются в высокопроизводительных насосах, где важна эффективность. Они также находят значительное применение при перекачивании легковоспламеняющихся или взрывоопасных жидкостей. Кожух на крыльчатке делает насос менее чувствительным к допускам рабочего колеса/улитки и дрейфу, что увеличивает производительность насоса и устраняет возможность искр, которые могут возникнуть в результате контакта со спиральной частью. Примеры применения включают турбонасосы (особенно для аэрокосмических и ракетных двигателей), электрические погружные насосы для нефти и газа и промышленные компрессоры.

 

В связи с ростом объемов коммерческих исследований космоса рабочие колеса широко используются в ракетных двигателях. Закрытые рабочие колеса используются в турбонасосах, питающих двигатель, часто с рабочими колесами из Inconel на стороне жидкого кислорода (LOX) и титановыми рабочими колесами на стороне топлива. В некоторых применениях (например, ступенчатое сжигание с высоким содержанием кислорода с LOX под высоким давлением) даже проверенного Inconel 718 может не хватать — или, в худшем случае, топлива на случай катастрофы. В этом случае многие люди обратились к Monel или другим запатентованным (например, Mondaloy) сплавам. Из-за множества соображений относительно их использования рабочие колеса с кожухом часто настраиваются для каждой работы в соответствии с требованиями конкретной рабочей среды.

 

Сложность создания крыльчаток с кожухом делает их подходящими для использования преимуществ последних достижений аддитивного производства.

 

Проблемы проектирования, решаемые с помощью аддитивного производства, включали консолидацию деталей и создание внутренних каналов. И наоборот, традиционный процесс изготовления рабочего колеса включает 5-осевую обработку, при которой нижнее рабочее колесо и кожух создаются как отдельные детали, которые припаиваются или свариваются EBM. Этот процесс может быть дорогостоящим, трудоемким и относительно низкокачественным. Производство таких деталей в аддитивном технологическом процессе долгое время было привлекательным предложением, но оставалось проблемным из-за ограничений, присущих решениям, зависящим от структур поддержки.

Рис. 2: Детали сверху вниз: индуктор, закрытое рабочее колесо, «алмазный» теплообменник и радиальный теплообменник. Предоставлено: Velo3D

 

Угол свеса и необходимость удаления поддержек после изготовления при сохранении приемлемой чистоты поверхности были среди основных ограничений использования аддитивного производства для таких применений, как закрытые рабочие колеса. Кроме того, требования к постобработке были обширными, включая электрохимическое полирование, экструдированное хонингование и/или другие процессы, каждый из которых имел свой набор преимуществ и недостатков. Электрохимическая полировка, например, является дорогостоящей и может потребовать сложной оснастки, в то время как экструдированное хонингование предпочтительно удаляет / полирует определенные поверхности в каналах для жидкости.

 

Глядя вперед

Уникальные потребности и проблемы, связанные с крыльчатками с кожухом, хорошо подходят для новой технологии, обсуждаемой в этой статье.

 

При использовании дорогостоящих металлов и создании деталей критического назначения важно, чтобы любой производственный процесс давал и поддерживал надежные результаты — не только соответствующие существующим возможностям, но и превосходящие их. В отличие от сложной обработки металлического блока, новая технология AП для создания рабочего колеса использует только материал, необходимый для каждой детали, с устранением опор, что еще больше снижает использование посторонних материалов. Сокращение расходов, а также окончательный вес детали за счетом оптимизации конструкции, новый процесс для безопорной 3D печати закрытого рабочего колеса предлагает привлекательную альтернативу производственного статуса-кво, потому что традиционное производство с помощью механической обработки или использования AП процессов зависит от обширных поддержек и анкеров.

 

Последние достижения в области аддитивного производства без поддержки открывают перед отраслью новые возможности для переосмысления конструкции и изготовления существующих насосов и компрессоров, расширяя их характеристики, глубину кастомизации и рентабельность.

No Comments

Post A Comment

Подпишитесь на рассылку новостей
Аддитивного Производства, чтобы быть
профессионалом в современных
промышленных технологиях

Вы успешно подписались на рассылку.

There was an error while trying to send your request. Please try again.

СМАРТПРИНТ - Прямое Цифровое Производство will use the information you provide on this form to be in touch with you and to provide updates and marketing.