シーメンスの発電用ガスタービンを3Dプリント

高性能産業用ガスタービンのための3Dプリンティング

シーメンス|サクセスストーリー

スウェーデンに本社を置くSiemens Industrial Turbomachinery AB(SIT)は、産業用および石油・ガス用途の発電用ガスタービンを製造している。シーメンス産業用タービンの性能範囲は15~60MWである。シーメンスの子会社は、建設だけでなく、これらのエンジニアリングの傑作の長期的なサービスとメンテナンスも提供している。メンテナンスコストの削減を支援するため、シーメンスはEOS技術と設備を活用した積層造形技術の開発と導入に取り組んでいる。

「アディティブ・マニュファクチャリングは、統合された設計と製造の利用において、私たちに新たな次元を切り開きます。この技術によって、産業用ガスタービンの部品の製造と修理が、以前よりもはるかに迅速に行えるようになりました。同時に、部品の機能性と性能も向上しています」。
ウラジミール・ナブロツキー博士|シーメンス・エナジー・サービス|技術・イノベーション部門責任者|オイル&ガスおよび産業用アプリケーション

チャレンジ

極端な高温にさらされるガスタービン部品の精密でコスト効率に優れた迅速な修理のためのEOSソリューションのカスタマイズ

ガスタービンは、空気入口、コンプレッサー、燃焼器、タービン、高温ガス出口から構成されている。エンジンを通過する空気はコンプレッサーで圧縮される。燃焼室では、圧縮された空気が燃料と混合され、流れの運動エネルギーを増大させるために燃焼される。タービンでは、流れの運動エネルギーが機械エネルギーに変換されます。この機械エネルギーは、ガスタービンのコンプレッサーと発電機(発電)、またはその他の駆動装置(パイプラインを通じてガス/オイルを圧送するコンプレッサーなど)を回転させるために使用されます。運転中、エンジンの高温ガス経路にある部品は、時には1,000℃を超える高温にさらされる(ブレードやベーンなど)。その結果、ホットガス経路の構成部品が高水準で摩耗します。 

これは、燃料と空気の混合気の点火が行われるバーナー先端部にも当てはまります。ここでは、消耗の影響がはっきりと見られ、測定することができる。メーカーは、バーナーの修理が必要となる所定の運転期間を設定するため、厳格なテストを実施した。

従来の修理方法では、バーナー先端の大きな部分をあらかじめ加工しておく必要があった。

このプレハブユニットは、所定の作業時間後にバーナーチップを交換する(古いものを切り取り、プレハブユニットを溶接する)ために使用されます。従来の修理手順では、多くのサブプロセスや検査が必要となり、時間がかかります。修理手順の簡素化とスピードアップを図るため、シーメンスでは積層造形技術が導入された。

EOS M 280 Customのシーメンス・バーナー修理

ソリューション

ガスタービンの摩耗したバーナー先端に材料を再塗布することで、個々のカスタマイズされた修理に対応するための施工能力の拡大 ガスタービンの磨耗したバーナー先端に材料を再塗布することで

特に、800mmバーナーを搭載するために機械内部のスケールを拡大する必要があった。メーカーは、カメラシステムや光学測定システムなどのハードウェア・コンポーネントも改良し、ソフトウェアにも対応する調整を行った。EOSは、EOSINTシステムの大規模な改造を1年以内に実施した。

当初から、このアプローチが利益をもたらすことは明らかだった。バーナーチップの大部分を交換するのではなく、シーメンスは損傷した材料だけを取り除くことから始めました。さらに、修理の際、旧型のバーナーを最新の設計に作り直すことができた。つまり、古いバージョンのバーナーを修理するだけでなく、改良することも可能になったのだ。

結果

数値、データ、事実は、新しい修理プロセスの成功を明確に物語っています。シーメンス・インダストリアル・ターボマシナリーは、中心的な課題である修理期間の短縮に大きな影響を与えることができます。これはまた、メンテナンスだけでなく、修理プロセスに関してもコスト削減の可能性を広げることになる。

シーメンスは、自社の修理プロセスを改善するだけでなく、顧客にも戦略的なメリットを提供できるようになりました:この新しいプロセスにより、専門家はコンポーネントを修理プロセスに組み込むことで、タービン技術を改善することができます。この新しいプロセスにより、専門家はコンポーネントを修理プロセスに組み込むことで、タービン技術に改良を加えることができる。 

シーメンス・エネルギー・サービス、オイル&ガス、産業用アプリケーション部門の技術・イノベーション責任者であるウラジミール・ナブロツキー博士は、次のように要約する:「この新しい修理技術によって、高精度の作業をより迅速に行えるようになります」。

このプロジェクトを重要な成果と捉えているのは、スウェーデンのシーメンス子会社だけではない。「私たちの技術を修理分野に押し上げることに成功しました。私たちは、顧客固有の要件に合わせてシステムを迅速に変更できることを示しました。このケースでは、ハードウェアとソフトウェアの両方に対する修正が重要だった。EOSのステファン・オズワルドは、「最終的な結果だけでなく、それを達成するまでの道のりも含めて、関係者全員が満足して振り返ることができます」と語っている。

結果一覧

  • 革新的:古いバーナーバージョンも、最新の技術水準に素早く対応させることができる。
  • 費用対効果:初期段階ですでにコスト削減の可能性が見られる
  • -修理に要する時間を 90% 短縮

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