Производственная инициатива под руководством ORNL направлена ​​на производство крупных деталей для чистой энергии в гидроэнергетике

Новая производственная программа под руководством Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) направлена ​​на оживление американского производства путем создания крупных металлических компонентов для применения в чистой энергетике, в частности, в гидроэнергетике. Эта инициатива, называемая *Rapid Research on Universal Near Net Shape Fabrication Strategies for Expedited Runner Systems* (Rapid RUNNERS), фокусируется на производстве крупных рабочих колес гидроэнергетических турбин с помощью аддитивного производства (AM) и традиционных инструментов. Проект, получивший финансирование в размере 15 миллионов долларов от Министерства энергетики (DOE), направлен на сокращение длительного времени ожидания критически важных компонентов гидроэнергетики и стимулирование экономического роста в энергетическом секторе.

Гидроэнергетические рабочие колеса — это вращающиеся компоненты, которые преобразуют давление и поток воды в электричество. Программа Rapid RUNNERS будет использовать роботизированные сварочные аппараты для нанесения металла слой за слоем, производя рабочие колеса, близкие к форме сетки. Эти компоненты, близкие к своим конечным размерам, потребуют меньше этапов отделки по сравнению с традиционными методами, которые могут занять до 18 месяцев для изготовления одного рабочего колеса. Адам Стивенс из ORNL, технический руководитель проекта, объяснил, что цель состоит в том, чтобы радикально сократить время, необходимое для производства этих компонентов, помогая устранить пробелы в отечественной промышленной базе для энергетики.

Джей Тайли из ORNL осматривает гидроэлектростанцию ​​на плотине Чероки компании TVA в рамках сотрудничества по разработке крупных металлических компонентов для чистой энергии. (Автор фото: Джим Тобин/ORNL, Министерство энергетики США)

Производство в форме, близкой к чистой, для гидроэнергетики

Подход, близкий к чистой форме, позволяет производить компоненты максимально близко к их окончательной форме, сокращая отходы и сокращая трудоемкие процессы отделки. В настоящее время производство крупных металлических компонентов, таких как рабочие колеса, в основном осуществляется за рубежом, что приводит к длительным задержкам при остановке турбин. Гидроэнергетические турбины, которые сложны и требуют месяцев ручной сварки и отделки, выиграют от этого оптимизированного процесса. Объединяя аддитивное производство с традиционными методами обработки, ORNL и ее партнеры стремятся повысить производительность и эффективность в производстве чистой энергии. <стр>Брайан Пост, руководитель группы разработки систем прорывного производства ORNL, и Джей Тайли, руководитель секции структур и обработки материалов ORNL, возглавляют проект. Демонстрационный производственный центр (MDF) в ORNL, поддерживаемый Управлением передовых материалов и производственных технологий DOE, служит центром сотрудничества. MDF является частью национального консорциума, работающего над внедрением инноваций в обрабатывающую промышленность США.

Расширение внутренних возможностей для энергетической инфраструктуры

Программа планирует изготовить три ротора в стиле Фрэнсиса, включая прототип для испытаний и два ротора для потенциальной установки на плотинах Tennessee Valley Authority (TVA). Роторы будут различаться по размеру: один предназначен для плотины Ocoee в Парксвилле, штат Теннесси, а другой, диаметром 15 футов, для плотины Wilson компании TVA, которая вырабатывает 653 мегаватта электроэнергии. TVA является крупнейшим поставщиком электроэнергии в США, имеющим 113 генераторов на 29 плотинах.

Джо Хогланд, вице-президент TVA по инновациям и исследованиям, подчеркнул значимость инициативы, отметив, что проект соответствует миссии TVA по повышению надежности энергоснабжения, улучшению производства возобновляемой энергии и стимулированию экономического развития за счет создания рабочих мест в США. Система будет использовать роботов для таких задач, как дуговая сварка проволокой, шлифовка и метрология, что позволит автоматизировать крупномасштабное производство этих жизненно важных компонентов.

Курт Джауди, руководитель отдела исследований и разработок TVA, подчеркнул проблемы с текущим производством рабочих колес, которое часто сталкивается с задержками до двух лет. Он подчеркнул, что аддитивное производство может создавать конструкции и формы, которые невозможны с помощью традиционных методов, предлагая такие преимущества, как нанесение кавитационно-стойких покрытий для продления срока службы рабочих колес.

Партнерство для инноваций в производстве

ORNL работает с несколькими партнерами, чтобы воплотить эту производственную платформу в жизнь. К ним относятся Huntington Ingalls-Newport News Shipbuilding, где будет напечатано на 3D-принтере самое большое рабочее колесо, и Electric Power Research Institute, который вносит свой вклад в технико-экономический анализ. Дополнительные партнеры включают Open Mind Technologies, ARC Specialties и Voith Group-Hydropower, все из которых помогают в разработке производственной стратегии и интеграции роботизированного оборудования.

Трехлетний проект в конечном итоге создаст новую гибридную производственную платформу, которая сможет производить компоненты инфраструктурного масштаба внутри страны, что принесет пользу таким отраслям, как энергетика, оборона, судостроение и муниципальное водоснабжение. Стивенс из ORNL отметил, что программа повысит производительность труда и укрепит промышленную базу США, обеспечив столь необходимый импульс для внутреннего производства.

DOE выделило 13 миллионов долларов на проект через Управление передовых материалов и производственных технологий, а также дополнительные 2 миллиона долларов из Управления технологий гидроэнергетики. Инициатива управляется UT-Battelle для Управления науки DOE, которое поддерживает широкий спектр фундаментальных исследовательских усилий, направленных на решение важнейших проблем в области физических наук.

Источник: ornl.gov