氢涡轮增材制造

1。简介：能源脱碳

为了实现能源转型，世界各地的发电厂运营商（例如西门子能源公司或安萨尔多能源公司）正在将其大型燃气轮机从天然气转换为绿色氢。但氢气 (H2) 不是普通的燃气。它的反应性极强，燃烧速度几乎是甲烷的三倍，并产生更热的火焰。

当您在经典的燃气燃烧器中点燃氢气时，火焰通常会很快地逆着气流回燃，以至于撞击燃烧器的内部（火焰回火）并将其摧毁。为了安全地燃烧氢气，您需要高度复杂的燃烧器几何形状（微混合燃烧器），而这是传统方法无法生产的。在这里，3D 打印 (PBF-LB) 是唯一的救星。

2。冷却通道的魔力（喷射冷却）

由于氢火焰非常热（高达 2,100°C），燃烧室壁会立即熔化（即使它们是由 Hastelloy X 或 Inconel 718 等超级合金制成）。

通过金属3D打印，燃烧室壁被打印成双层，内部有复杂的晶格结构。冷空气被迫穿过该内层。但这还不是全部：壁上充满了微小的圆锥形孔。空气通过这些孔隙逸出，并在金属上形成保护性“冷膜”（喷射冷却）。该组件在地狱之火中燃烧，但内部结构保持完整。

3。避免氢脆

氢是宇宙中最小的原子。它通过坚固的钢壁扩散（蠕变），沉积在金属的晶界上并在那里形成极高的压力。结果：钢变硬，失去韧性并突然断裂（氢脆）。

在 3D 打印中，可以通过冶金方法将这种风险降至最低。

• 优化结构：激光工艺中的快速冷却可形成具有均匀分布沉淀物的极细晶粒结构。
• 孔隙度控制：每个内部孔隙都是氢气的潜在“储库”。因此，用于氢气涡轮机的增材制造燃烧器必须经过热等静压 (HIP)，以完全消除任何内部空腔，并且不提供任何可供氢原子攻击的表面。

4。火焰动力学快速原型

燃烧器设计采用高端流动模拟 (CFD)。计算机计算的结果必须在测试台上进行物理测试。传统上，铸造一个原型燃烧器通常需要六个月的时间。通过 3D 打印，工程师可以在一周内打印五个稍作修改的燃烧器设计，在周五进行火焰测试，并在周一发布用于批量生产的优化设计。

5。结论：没有AM就没有能量转换

如果没有增材制造的几何自由度，就不会有现代的氢燃烧器。控制氢气火焰所需的极其精密的微混合通道和保形壁冷却既不能铸造也不能铣削。由高性能镍合金制成的 3D 打印是实现未来无化石发电的技术支柱。