Il caso Siemens Energy SGT-A05

La Stampa 3D migliora i test per lo sviluppo di nuovi componenti


Migliorare i test sui prototipi per velocizzare e rafforzare i prodotti finali con la stampa 3D.

 

Le turbine a gas sono componenti complessi da produrre, ma la produzione additiva può essere utilizzata con successo per accelerare i tempi di progettazioneridurre i tempi dei test di sviluppofornire migliori dati e ridurre il tempo complessivo al rilascio del componente finale.

 

Consente inoltre di eseguire i test in anticipo e a step successivi, già nel concept o nelle fasi preliminari di progettazione. Ciò significa che è meno probabile che l’intero componente debba essere ridisegnato, poiché le aree problematiche possono essere rilevate ed eliminate in anticipo

 

In un recente caso di studio, è stata prodotta una linea di motori a turbina a gas industriale Siemens Energy SGT-A05 e la produzione additiva è stata utilizzata per test di sviluppo aerodinamico nell’ambito della fase preliminare di progettazione per la definizione delle condizioni al contorno di nuovi componenti del percorso del flusso statico del compressore. 

Company: Siemens


Prodotto: Turbine a gas


Perché Network 3D? Realizzare concept e prototipi più precisi, rapidamente e migliorabili step by step


Risultato: Miglioramento dello sviluppo dei componenti


Materiali utilizzati: PLA e Lavorazione CNC

Prototipi in scala perfettamente replicati

“La sezione di prova del modello per questo lavoro è stata progettata per caratterizzare l’influenza del passaggio del flusso interno e del flusso del piano di uscita proveniente dal compressore dello stadio zero con o senza bleeding attivi”, spiega il team di produzione. “Il passaggio del flusso è definito con un corpo centrale simmetrico, che rappresenta una combinazione di componenti del rotore e pareti terminali statiche e un corpo esterno asimmetrico per lo spurgo. Tutti i componenti interni statici strutturali, ad esempio i montanti, utilizzati per servizi di coppa e supporto cuscinetti, sono stati inclusi nel modello. Il modello di test era un modello di scala 1/5 geometricamente simile del modulo stage 0 del motore. Il focus per i modelli di test era sulle caratteristiche del percorso di flusso statico interno e, ove possibile, sono stati replicati gli effetti di linea divisi associati al gruppo motore effettivo.”

Componenti di turbina a gas realizzati con la stampa 3D

Diminuzione dei tempi di test e sviluppo 

Le parti sono state stampate in 3D e, una volta polimerizzate, sono state fissate insieme utilizzando la resina epossidica per creare un percorso di flusso ermetico e spazialmente corretto. Per migliorare la resistenza complessiva, l’assemblaggio è stato quindi epossidato in una sezione di tubo di ferro nero con diametro standard da 8 pollici e riempito di nuovo con una resina di poliestere. L’intero processo, dai disegni CAD alla creazione dell’assieme, ha richiesto circa due settimane e 30 ore di lavoro.

 

Due diversi standard di modello sono stati testati su 20 diverse condizioni di ingresso, completate in meno di cinque mesi. Sono stati condotti diversi test ripetuti per valutare la qualità dei dati, la riproducibilità e la coerenza degli effetti transitori. Tutti i test hanno dimostrato un’elevata accuratezza e una bassa variabilità.

“I risultati dei test hanno dimostrato un valore elevato per l’attuale programma di riprogettazione“, afferma il team. “I dati resi disponibili durante l’intera fase di progettazione preliminare, lavorando tra test e progettazione, ne hanno consentito una facile analisi a step incrementali. In generale, questi nuovi dati sulle condizioni dei prototipi hanno dimostrato vantaggi diretti per il progetto attuale, che incorpora un profilo di ingresso simmetrico non assi alimentando il compressore ad alta pressione e ha anche fattori incorporati che simulano i noti effetti di pressione dinamica associati al design del progetto. ”

Costi ridotti di 3 volte con la stampa 3D

Nel complesso, è stato stabilito che l’utilizzo della produzione additiva ha notevolmente migliorato il processo di test, con i seguenti aspetti annotati:

 

– Il tempo di sviluppo dell’impianto di perforazione è stato migliorato di circa un ordine di grandezza

 

– I costi di prototipazione e dei componenti di prova sono stati ridotti di 3 volte

 

– La validità tecnica dei risultati è stata solo leggermente inferiore rispetto ai risultati dei test del motore completamente strumentati, ma migliorata rispetto al test tipico dei componenti

 

– I risultati del test hanno mostrato un eccezionale accordo tra i risultati del CFD 3D su scala reale guidati dalle condizioni al contorno definite dal rig test

 

– Il confronto dei costi totali tra i test correnti e quelli convenzionali era da 4 a 10 volte inferiore e ha comportato un numero di dati superiore di oltre un ordine di grandezza 

Disclaimer: L’articolo originale è stato visto la prima volta e ripreso in italiano da Power-Eng.com (https://www.power-eng.com/articles/2018/07/pe-exclusive-improved-gas-turbine-component-design-via-additive-manufacturing.html). Le foto e i testi sono © Chris Junod, Bradley Lemke, Douglas Willham, Martin Morris, Elliott Clarke and Kevin Millen Siemens.


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Aumentare la velocità del processo di prototipazione

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