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?，F(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)最高質量的新型泵葉輪。該項目為雪佛龍公司提供了在不影響質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?！?/span>
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?，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