En tant qu’adoptant précoce des technologies de fabrication additive, l’une des premières applications que Siemens Energy a mises en avant a été la capacité à réparer des turbines et à fabriquer des composants en utilisant sa technologie de jumeaux numériques. Aujourd’hui, l’entreprise partage le point de vue selon lequel, en mettant en place des structures de refroidissement dans les zones critiques pour prévenir la défaillance des extrémités des aubes, elle ne se contente pas de réparer les aubes de turbine, mais les améliore également.
Comme l’explique la société, une seule aube de turbine d’une turbine à gaz SGT5-4000F convertit environ autant de puissance en énergie de rotation que 10 Porsche 911. En raison des températures élevées et des vitesses de gaz élevées pendant le fonctionnement d’une turbine à gaz, il peut se produire une combustion à l’extrémité de l’aube, ce qui entraîne la formation d’un interstice et une baisse mesurable des performances de l’ensemble de la turbine. Ce processus conduit à un cercle vicieux : avec une formation d’interstice plus importante, la température du matériau de l’aube augmente en raison du débordement de gaz chaud, ce qui à son tour entraîne une perte de matériau encore plus rapide et augmente encore l’interstice entre l’extrémité de l’aube et le segment annulaire.
En utilisant l’impression sur métal par fusion de lit de poudre au laser (L-PBF) pour la production, l’équipe d’ingénieurs de Siemens Energy peut produire des structures avec des canaux internes en haute résolution. Cette haute résolution est importante pour intégrer les nouvelles géométries de refroidissement avec une section transversale très limitée. Grâce à cette nouvelle conception, les zones critiques peuvent être refroidies plus efficacement, ce qui permet d’éviter les pertes de matériaux.
Les pales qui ont fonctionné à haute température ont des formes individuelles, ce qui rend la réparation par L-PBF plus difficile. C’est pourquoi une nouvelle chaîne CAO-FAO a été mise au point, qui adapte automatiquement la forme de la pointe du L-PBF pour qu’elle corresponde parfaitement à chaque lame. En combinant les technologies de numérisation 3D et un algorithme développé par l’équipe de Siemens Energy, une chaîne de réparation numérique se crée afin de transformer la géométrie de manière paramétrique. L’équipe a également dû développer le procédé L-PBF pour un matériau extrêmement résistant à l’oxydation pour la pointe de la lame.
L’application de cette technologie aux composants existants est encore un domaine marginal plutôt inexploré de la technologie d’impression 3D, également connue sous le nom de réparation hybride L-PBF (en bref : HybridTech). Le fait est que : Cette innovation offre des avantages directs au client grâce à la puissance constante de la turbine à gaz correspondante.
Les premiers jeux d’aubes ont déjà été fabriqués et une conversion de la procédure de réparation standard au nouveau procédé est en cours. La technologie doit être appliquée à d’autres composants dans le futur et même des composants de conception entièrement nouvelle peuvent être améliorés grâce à elle.
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