沖擊式水輪機(jī)是水力發(fā)(fā)電的四大機(jī)型之一，轉(zhuǎn)輪是沖擊式水力發(fā)(fā)電廠(chǎng)的關(guān)(guān)鍵部件，但由于沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是在輪轂上裝有20～25個(gè)(gè)曲面水斗，其曲面形狀非常復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)(yè)研制的轉(zhuǎn)輪主要是利用國(guó)外80年代的模型轉(zhuǎn)輪型線(xiàn)為基礎(chǔ)，采用整體鑄造、人工打磨的工藝進(jìn)(jìn)行研制。

根據(jù)哈電集團(tuán)哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司，中國(guó)首臺(tái)增材制造沖擊式水輪機(jī)真機(jī)轉(zhuǎn)輪在該公司研制成功并交付，標(biāo)志著(zhù)哈電電機(jī)增材制造(3D打印)技術(shù)(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)(jìn)入新的發(fā)(fā)展階段。

水輪的大挑戰(zhàn)

哈電集團(tuán)電機(jī)公司2013年即進(jìn)(jìn)入3D打印領(lǐng)(lǐng)域，是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)(kāi)展3D打印技術(shù)(shù)應(yīng)用研究的單位，并于2015年成功制造了國(guó)內(nèi)首臺(tái)可應(yīng)用于模型水輪機(jī)水力試驗(yàn)的3D打印非金屬模型轉(zhuǎn)輪，完成了模型轉(zhuǎn)輪金屬3D打印技術(shù)(shù)的可行性研究與前期研發(fā)(fā)。

哈電集團(tuán)電機(jī)公司基于模型轉(zhuǎn)輪3D打印項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，組建了“水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪增材制造雙創(chuàng )(chuàng)團(tuán)隊(duì)”，并依托水力發(fā)(fā)電設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)(diǎn)實(shí)(shí)驗(yàn)室和國(guó)家水力發(fā)(fā)電設(shè)備工程技術(shù)(shù)研究中心等平臺(tái)，立足行業(yè)(yè)發(fā)(fā)展，以市場(chǎng)(chǎng)需求為導(dǎo)向，面向行業(yè)(yè)內(nèi)產(chǎn)(chǎn)品制造的焦點(diǎn)(diǎn)和難點(diǎn)(diǎn)，將水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中最具代表性的沖擊式轉(zhuǎn)輪3D打印-增材制造作為突破點(diǎn)(diǎn)，深入開(kāi)(kāi)展應(yīng)用研發(fā)(fā)創(chuàng )(chuàng)新。

彎道超車(chē)(chē)的嘗試

這類(lèi)大型結(jié)構(gòu)件制造領(lǐng)(lǐng)域中應(yīng)用該技術(shù)(shù)，是目前增材制造技術(shù)(shù)研發(fā)(fā)的重要方向，同時(shí)(shí)面臨著(zhù)很多亟待攻克的技術(shù)(shù)難題。中國(guó)首臺(tái)增材制造沖擊式轉(zhuǎn)輪的成功研制和未來(lái)(lái)電站的運(yùn)行驗(yàn)證，可為水力開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)超高水頭、超大容量沖擊式轉(zhuǎn)輪制造提供有效可行的新方案。

安全性高的沖擊式轉(zhuǎn)輪

該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)沖擊式轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(diǎn)和運(yùn)行工況，獨(dú)創(chuàng )(chuàng)了安全性高的增材制造結(jié)構(gòu)，研發(fā)(fā)了基于機(jī)器人技術(shù)(shù)的轉(zhuǎn)輪增材制造工藝，形成了完整的、具有自主知識(shí)產(chǎn)(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)輪增材制造技術(shù)(shù)。

后續(xù)的制造過(guò)(guò)程驗(yàn)證了該技術(shù)(shù)的應(yīng)用，大幅降低了沖擊式轉(zhuǎn)輪的制造成本、周期和難度，具有良好的經(jīng)(jīng)濟(jì)性，符合研發(fā)(fā)預(yù)期，市場(chǎng)(chǎng)前景廣闊。近期，增材制造沖擊式轉(zhuǎn)輪即可裝機(jī)運(yùn)行，其運(yùn)行的安全性、壽命和效率等將得到進(jìn)(jìn)一步的評(píng)估和驗(yàn)證。

水輪的設(shè)計(jì)過(guò)(guò)程需要將CAD/CAM/CAE/CFD技術(shù)(shù)進(jìn)(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過(guò)(guò)過(guò)(guò)程仿真和轉(zhuǎn)輪的剛、強(qiáng)度分析，利用分析的結(jié)果，對(duì)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)(jìn)行修改，直到獲得水力性能、結(jié)構(gòu)可靠性、可制造性等各個(gè)(gè)方面都較優(yōu)(yōu)的轉(zhuǎn)輪。除了文中提到的通過(guò)(guò)直接3D打印實(shí)(shí)現(xiàn)水輪轉(zhuǎn)輪的制造，國(guó)際上還通過(guò)(guò)3D打印砂型與鑄造的結(jié)合實(shí)(shí)現(xiàn)了大型水輪轉(zhuǎn)輪的制造。談起3D打印與鑄造相結(jié)合的應(yīng)用，還需要從理解3D打印的優(yōu)(yōu)勢(shì)來(lái)(lái)著(zhù)眼，3D打印有兩大特點(diǎn)(diǎn)：1是無(wú)(wú)?；?，對(duì)應(yīng)的優(yōu)(yōu)勢(shì)是作為研發(fā)(fā)試制階段的捷徑，加速迭代過(guò)(guò)程，減少研發(fā)(fā)成本；2是對(duì)產(chǎn)(chǎn)品的復(fù)雜性成本不敏感，對(duì)應(yīng)的優(yōu)(yōu)勢(shì)是適合創(chuàng )(chuàng)新顛覆產(chǎn)(chǎn)品的設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)(chǎn)品設(shè)計(jì)以功能實(shí)(shí)現(xiàn)為主導(dǎo)。國(guó)內(nèi)鑄造業(yè)(yè)存在的普遍誤區(qū)是，僅僅發(fā)(fā)揮了3D打印的第一個(gè)(gè)優(yōu)(yōu)勢(shì)，將3D打印砂?；蛘?D打印PMMA熔模用于產(chǎn)(chǎn)品的試制開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)階段，也就是說(shuō)(shuō)加工的還是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)(chǎn)品，而沒(méi)(méi)有將3D打印從源頭上用于創(chuàng )(chuàng)新產(chǎn)(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

3D打印的最大優(yōu)(yōu)勢(shì)是用來(lái)(lái)制造那些傳統(tǒng)方式實(shí)(shí)現(xiàn)不了的設(shè)計(jì)，包括薄壁，復(fù)雜的形狀這樣的設(shè)計(jì)，用在汽車(chē)(chē)領(lǐng)(lǐng)域來(lái)(lái)說(shuō)(shuō)，可以通過(guò)(guò)3D打印經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)特殊設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)（這樣的設(shè)計(jì)通過(guò)(guò)傳統(tǒng)制造工藝無(wú)(wú)法制造出來(lái)(lái)），從而實(shí)(shí)現(xiàn)產(chǎn)(chǎn)品更高的性能。

一般來(lái)(lái)說(shuō)(shuō)，鑄件尺寸越大，需要制造的砂芯數(shù)量就越多。3D打印技術(shù)(shù)用于大型鑄件砂模制造方面存在著(zhù)砂芯排氣、砂芯固定，以及外冷鐵設(shè)置和固定等挑戰(zhàn)。

不僅如此，這些砂模在金屬鑄造過(guò)(guò)程中通常還要滿(mǎn)足超高溫、超厚寬斷面、高承壓、干凈、無(wú)(wú)損等要求。在這方面，voxeljet-維捷通過(guò)(guò)與泵制造商的合作成功制造了3.2噸重的佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪。

佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪，來(lái)(lái)源voxeljet-維捷

voxeljet-維捷的特點(diǎn)(diǎn)是基于粘結(jié)劑噴射的大幅面3D打印技術(shù)(shù)，對(duì)于這款佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪來(lái)(lái)說(shuō)(shuō)，由于尺寸巨大，通過(guò)(guò)傳統(tǒng)制造方法通常需要分拆成不同的部分來(lái)(lái)完成鑄造過(guò)(guò)程，再通過(guò)(guò)焊接將18個(gè)(gè)葉片焊接到葉輪上，這個(gè)(gè)過(guò)(guò)程非常復(fù)雜、耗時(shí)(shí)且昂貴。

通過(guò)(guò)voxeljet-維捷大型工業(yè)(yè)級(jí)3D打印機(jī)VX4000一次性完成了全部工作，VX4000的打印面積為4,000 x 2,000 x 1,000 mm（長(cháng)(zhǎng)x寬x高）。打印過(guò)(guò)程為72小時(shí)(shí)，之后只需要KBL的專(zhuān)有涂層技術(shù)(shù)進(jìn)(jìn)行后期處理。

來(lái)(lái)源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/39828.html