解析一項(xiàng)頂尖的泵制造技術(shù)
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(jī)時(shí)間，尤其是涉及關(guān)鍵工藝設(shè)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(fù)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(guān)重要。因此，泵以及零件（例如葉輪）都會(huì)做備件。現(xiàn)在，有機(jī)會(huì)減少這種庫存。隨著驗(yàn)證和試件制造的完成，制造技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步。
這項(xiàng)技術(shù)結(jié)合了激光金屬沉積（LMD）和精密加工。使用該技術(shù)的增材制造（AM）可以在一臺(tái)機(jī)器上制造成品零件，顯著縮短交貨期。
五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑削與激光金屬沉積頭的試驗(yàn)研究
技術(shù)的開發(fā)
雪佛龍是能源行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)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(zhuǎn)設(shè)備制造工藝的領(lǐng)導(dǎo)者，并且正在開發(fā)新的增材技術(shù)。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(shù)方面發(fā)揮了重要作用。在此背景下，公司一直致力于為關(guān)鍵應(yīng)用開發(fā)和實(shí)施新的增材制造技術(shù)。
如今，蘇爾壽公司已經(jīng)開發(fā)并實(shí)施了增材制造技術(shù)，無需模具即可生產(chǎn)最高質(zhì)量的新型泵葉輪。該項(xiàng)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(shí)的構(gòu)建
在過去的兩年中，蘇爾壽和雪佛龍建立了一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目。此次合作還涉及其他合作伙伴，例如制造單元設(shè)備供應(yīng)商，粉末供應(yīng)商，審核和認(rèn)證機(jī)構(gòu)。
蘇爾壽旋轉(zhuǎn)設(shè)備服務(wù)技術(shù)負(fù)責(zé)人Charles Soothill解釋說：“這些團(tuán)隊(duì)共同努力，將5軸數(shù)控銑削和激光金屬沉積設(shè)備的功能結(jié)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?yàn)楸苊饬嗽O(shè)置。”
激光金屬沉積頭的工作原理
簡化復(fù)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(jī)床開始，就可以加工最復(fù)雜的葉輪孔幾何形狀。然后添加材料并進(jìn)行精加工，同時(shí)保留在同一單元中。與傳統(tǒng)機(jī)床相比，該過程使蘇爾壽能夠在更為復(fù)雜的零件上創(chuàng)造出成品加工質(zhì)量。
除了存儲(chǔ)在換刀機(jī)中的所有標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(dú)的機(jī)器中。
增材技術(shù)還需要開發(fā)新工藝，使用50至100μm的細(xì)粉和激光。粉末被激光熔化并沉積在混合機(jī)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(zhuǎn)機(jī)械技術(shù)開發(fā)的先驅(qū)。現(xiàn)在，正在運(yùn)用這一最新的技術(shù)來制造精密零件，例如葉輪。
泵的葉輪是一種復(fù)雜的制造零件，其內(nèi)部幾何形狀過于復(fù)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(jìn)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(fù)添加材料和加工的過程，直到出現(xiàn)完整的葉輪為止。整個(gè)過程可以在幾天之內(nèi)完成，比鑄造一個(gè)新組件要快得多，而鑄造新組件通常需要15到20周的時(shí)間。
新葉輪的制造時(shí)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(shí)使備用泵。盡管可以根據(jù)需要進(jìn)一步減少該時(shí)間，但通常，對于大多數(shù)工況來說，幾天就足夠了。
一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀的示例
理論驗(yàn)證
開發(fā)工作現(xiàn)已付諸實(shí)踐，并已有實(shí)際應(yīng)用。雪佛龍擁有一臺(tái)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(shè)計(jì)圖紙，對三維模型進(jìn)行了微調(diào)，并為混合制造機(jī)器生成了最終的一組編碼指令。在幾個(gè)小時(shí)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(jìn)行了測試。自2019年在現(xiàn)場安裝以來，它已經(jīng)成功運(yùn)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(shù)開發(fā)計(jì)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(shí)現(xiàn)混合制造所需的技術(shù)和系統(tǒng)，現(xiàn)在，雪佛龍公司是第一個(gè)受益于這種尖端解決方案的客戶。有很大的機(jī)會(huì)來增加應(yīng)用并擴(kuò)大該過程中使用的材料范圍。”
雪佛龍公司制定了一項(xiàng)戰(zhàn)略計(jì)劃，利用最新創(chuàng)新的技術(shù)，改善經(jīng)營和提高效率，其中之一是增材制造技術(shù)。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(shí)間內(nèi)采購設(shè)備的零件。
Charles Soothill總結(jié)道：“蘇爾壽的目標(biāo)是為客戶提供盡可能最好的服務(wù)，并且在時(shí)間緊迫的情況下，以最短的交付時(shí)間提供解決方案，同時(shí)保持最高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。除了快讀獲得新零件外，客戶還受益于最新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)得益于數(shù)十年的泵設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)。”
來源：泵友圈
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