解析一項頂尖的泵制造技術
2021-01-14 14:33:22力士霸泵業(yè)
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蘇爾壽創(chuàng)造了一種混合增材制造工藝，以盡量縮短雪佛龍所需零部件的交貨期。
生產(chǎn)石油和天然氣的公司通常備有零件庫存，以最大程度地減少停機時間，尤其是涉及關鍵工藝設備，更是如此。
由于在備件上投入了如此多的資金，因此可以在不影響可靠性和生產(chǎn)效率的前提下，任何降低成本的策略都值得深入研究。能夠在短短幾天內(nèi)制造復雜零件（例如泵葉輪）的能力有可能顯著降低庫存成本。
泵送系統(tǒng)對于輸送原材料和成品以及其間的許多過程至關重要。因此，泵以及零件（例如葉輪）都會做備件。現(xiàn)在，有機會減少這種庫存。隨著驗證和試件制造的完成，制造技術向前邁進了一大步。
這項技術結合了激光金屬沉積（LMD）和精密加工。使用該技術的增材制造（AM）可以在一臺機器上制造成品零件，顯著縮短交貨期。
五軸聯(lián)動數(shù)控銑削與激光金屬沉積頭的試驗研究
技術的開發(fā)
雪佛龍是能源行業(yè)的領導者，也是蘇爾壽的戰(zhàn)略合作伙伴。蘇爾壽（Sulzer）是包括泵在內(nèi)的旋轉設備制造工藝的領導者，并且正在開發(fā)新的增材技術。因此，雪佛龍和蘇爾壽十分樂意開展深度合作，以減少零件庫存并提高靈活性。
早在1990年代，蘇爾壽在創(chuàng)造激光金屬沉積技術方面發(fā)揮了重要作用。在此背景下，公司一直致力于為關鍵應用開發(fā)和實施新的增材制造技術。
如今，蘇爾壽公司已經(jīng)開發(fā)并實施了增材制造技術，無需模具即可生產(chǎn)最高質(zhì)量的新型泵葉輪。該項目為雪佛龍公司提供了在不影響質(zhì)量的前提下減少新零件交貨周期的潛力。
試件夾緊到位
專業(yè)知識的構建
在過去的兩年中，蘇爾壽和雪佛龍建立了一個聯(lián)合項目。此次合作還涉及其他合作伙伴，例如制造單元設備供應商，粉末供應商，審核和認證機構。
蘇爾壽旋轉設備服務技術負責人Charles Soothill解釋說：“這些團隊共同努力，將5軸數(shù)控銑削和激光金屬沉積設備的功能結合起來，創(chuàng)造了這種混合增材制造工藝。這種增加和減少元素的組合使新過程更快，因為避免了設置。”
激光金屬沉積頭的工作原理
簡化復雜的幾何形狀
從將所需等級和質(zhì)量的庫存材料裝入混合機床開始，就可以加工最復雜的葉輪孔幾何形狀。然后添加材料并進行精加工，同時保留在同一單元中。與傳統(tǒng)機床相比，該過程使蘇爾壽能夠在更為復雜的零件上創(chuàng)造出成品加工質(zhì)量。
除了存儲在換刀機中的所有標準切削刀具外，還有激光金屬沉積頭，可用于在工件或型芯上堆積材料。機器可以在銑削工具和激光頭之間快速切換，此過程通常需要將零件重新放置在單獨的機器中。
增材技術還需要開發(fā)新工藝，使用50至100μm的細粉和激光。粉末被激光熔化并沉積在混合機床所夾緊的原料表面上。
混合葉輪制造
蘇爾壽100多年來一直是泵和其他旋轉機械技術開發(fā)的先驅(qū)?，F(xiàn)在，正在運用這一最新的技術來制造精密零件，例如葉輪。
泵的葉輪是一種復雜的制造零件，其內(nèi)部幾何形狀過于復雜，無法通過常規(guī)銑床來制造。從鍛造開始，葉輪的核心部分可以使用五軸銑床進行加工。然后，使用激光金屬沉積將其他材料添加到葉輪的外部。
使用銑削工具意味著內(nèi)部水力表面具有高質(zhì)量的光潔度，比鑄造工藝所獲得的要好得多。重復添加材料和加工的過程，直到出現(xiàn)完整的葉輪為止。整個過程可以在幾天之內(nèi)完成，比鑄造一個新組件要快得多，而鑄造新組件通常需要15到20周的時間。
新葉輪的制造時間大大減少，這意味著，在泵需要新零件的情況下，可以在制造和交付新零件時使備用泵。盡管可以根據(jù)需要進一步減少該時間，但通常，對于大多數(shù)工況來說，幾天就足夠了。
一個可以實現(xiàn)復雜幾何形狀的示例
理論驗證
開發(fā)工作現(xiàn)已付諸實踐，并已有實際應用。雪佛龍擁有一臺蘇爾壽生產(chǎn)的CPT泵，其工作介質(zhì)為腐蝕性流體，因此該工況需要特殊的材料特性以確保泵的耐用性。葉輪已確定可以更換，并且是新制造工藝的理想選擇。
使用原始設計圖紙，對三維模型進行了微調(diào)，并為混合制造機器生成了最終的一組編碼指令。在幾個小時內(nèi)，新的葉輪就已經(jīng)制造好并可以安裝。
新的葉輪已安裝在泵內(nèi)，并首先在蘇爾壽進行了測試。自2019年在現(xiàn)場安裝以來，它已經(jīng)成功運行。蘇爾壽和雪佛龍都對新零件的性能和耐用性充滿信心。
雪佛龍公司材料技術開發(fā)計劃經(jīng)理Robert Rettew評論說：“我們與蘇爾壽公司密切合作，開發(fā)了實現(xiàn)混合制造所需的技術和系統(tǒng)，現(xiàn)在，雪佛龍公司是第一個受益于這種尖端解決方案的客戶。有很大的機會來增加應用并擴大該過程中使用的材料范圍?！?/span>
雪佛龍公司制定了一項戰(zhàn)略計劃，利用最新創(chuàng)新的技術，改善經(jīng)營和提高效率，其中之一是增材制造技術。這一工藝對于現(xiàn)在已經(jīng)淘汰的零件也非常重要，這使得可以在很短的時間內(nèi)采購設備的零件。
Charles Soothill總結道：“蘇爾壽的目標是為客戶提供盡可能最好的服務，并且在時間緊迫的情況下，以最短的交付時間提供解決方案，同時保持最高的質(zhì)量標準。除了快讀獲得新零件外，客戶還受益于最新的設計標準，這些標準得益于數(shù)十年的泵設計和制造經(jīng)驗?！?/span>
來源：泵友圈
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