Siemens Energy SGT-A05 linea di motori a turbina a gas industriale stampata in 3d

Le turbine a gas sono componenti complessi da produrre, ma la produzione additiva è stata utilizzata con successo per accelerare i tempi di progettazione, ridurre i tempi di test di sviluppo, fornire migliori dati di test e ridurre il tempo complessivo al rilascio del componente finale. Consente inoltre di eseguire i test in anticipo, 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.

“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 strutturali statici interni, ad esempio i montanti utilizzati per i servizi di coppa e il supporto dei 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. La messa a fuoco per i modelli di test era solo sulle caratteristiche del percorso di flusso statico interno e, ove possibile, sono stati replicati gli effetti di linea divisi associati al gruppo motore effettivo. ”
Le  parti sono state stampate in 3D utilizzando una stampante 3D Formlabs Form 2 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. “Non solo i dati resi disponibili durante l’intera fase di progettazione preliminare, lavorando tra test e progettazione, hanno consentito un facile utilizzo dei dati generati. In generale, questi nuovi dati sulle condizioni al contorno 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 sanguinamento nel progetto. ”
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 prototipazione dei componenti sono stati ridotti di tre 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 sui 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.

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