带座轴承3d|GE在风能领域应用3D打印增材制造的最新进展

风力发电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一吊车公司，风力涡轮机在这方面受到越来越多的关注。现代风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理来捕获风的动能。转子叶片以旋转能的形式传递动能，以转动将转子叶片连接到齿轮箱（如果不使用齿轮箱则直接连接到发电机）的轴。然后发电机将机械能转换为电能，电能可以部署到公用电网中。根据3D科学谷的市场观察，GE正在通过3D打印技术积极布局自身产业变革。

更好的风能

风力发电机回转支承

通常，风力涡轮机包括塔架、安装在塔架上的机舱和联接到机舱的转子。转子通常包括可旋转的轮毂和联接到轮毂并从轮毂向外延伸的多个转子叶片。每个转子叶片可以围绕轮毂间隔开以促进转子旋转，从而可以将动能转换为可用的机械能，然后可以将其传输到设置在机舱中的发电机以产生电能。

为了相对于风向正确地定向机舱和转子叶片，风力涡轮机通常包括一个或多个偏航轴承或变桨轴承。偏航轴承允许机舱旋转并安装在塔架和机舱之间。变桨轴承允许转子叶片旋转并安装在可旋转轮毂和转子叶片之间。

目前偏航轴承和变桨轴承属于回转支承，包括外圈和内圈，外圈和内圈之间有多个球轴承。此外，典型的变桨轴承在内圈上包括多个齿轮齿，而典型的偏航轴承在外圈上包括多个齿轮齿。因此，一个或多个驱动机构被配置为通过啮合齿轮齿来驱动轴承。

传统变桨轴承和偏航轴承的内圈和外圈是通过锻造工艺制造的带座轴承3d，这可能既耗时又昂贵。因此，GE 使用增材制造技术对风力涡轮机的偏航轴承和变桨轴承进行改进。

风力发电机机舱GE专利的详细内部视图

风力发电机GE专利偏航轴承透视图

根据 3D Science Valley 进行的市场研究，GE 通过增材制造工艺将涂层材料应用于至少部分轮齿。涂层材料不同于基材。增材制造包括冷喷涂、热喷涂、激光熔覆、粘合剂喷涂、材料喷涂、定向能量沉积、粉末床选择性金属熔化等技术类型。涂层材料包括氮化硼、氧化铝、碳化硅、碳化钨、镍基合金或可以提供所需硬度的任何其他材料。

轻质转子叶片组件（例如抗剪腹板）

风力涡轮机转子叶片通常包括通常通过模制工艺形成的吸力侧壳和压力侧壳，并且吸力侧壳和压力侧壳在沿前缘和后缘的接合线处接合在一起。刀片的。此外，压力壳和吸力壳相对较轻并且具有不构造成承受在操作期间施加到转子叶片的弯矩和其他载荷的结构特性（例如，刚度、抗屈曲性和强度）。因此，为了增加转子叶片的刚度、抗屈曲强度和强度，需要一个或多个结构件（例如，通常使用连接半壳的内压侧表面和吸力侧表面的抗剪腹板。梁帽）加强主体外壳。

GE专利的转子叶片截面图

这种结构构件通常由各种材料组成，包括但不限于玻璃纤维层压复合材料和/或碳纤维层压复合材料。更具体地，转子叶片的外壳通常通过在外壳模具中堆叠纤维织物层而围绕叶片的主梁帽构造。然后通常将这些层与树脂材料一起浇注。此外，通常采用类似的成型工艺来构建抗剪腹板，然后将抗剪腹板安装在梁帽之间。

随着转子叶片尺寸的不断增大，翼梁帽和抗剪腹板的尺寸也随之增大，从而增加了整个转子叶片的重量。因此，不断寻找新的和改进的结构构件（如抗剪腹板）及其制造方法成为制造商的追求，更高性能的结构构件为转子叶片提供所需的强度和刚度，同时也最大限度地减少了叶片的总重量。转子叶片。

根据 3D 科学谷的市场研究结果，GE 正在探索使用 3D 打印增材制造、自动纤维沉积技术，以及使用 CNC 控制和多自由度沉积材料来制造轻质转子叶片部件。晶格结构（如剪切腹板）。其中，通过3D打印形成的转子叶片部件的内部晶格结构包括多个开口。

刀刃

在把风扇做得更高之后，接下来的追求就是更轻。3D科学谷了解到，GE已与美国能源部建立合作，研究利用3D打印制造风扇叶片。这个为期 25 个月、耗资 670 万美元的项目将专注于如何通过低成本热塑性材料和 3D 打印技术制造一组风力涡轮机叶片的尖端部分。完成后，GE团队及其合作伙伴——橡树岭国家实验室和国家可再生能源实验室将对产品的结构特性进行测试，并在风力发电机上安装三套叶尖。

对技术创新的不断追求促使GE始终寻求改进叶片制造方式，包括将3D打印技术与热成型、自动化和热塑性材料等先进工艺相结合。

目前，大多数风扇叶片采用玻璃纤维和碳纤维中加入环氧树脂或聚酯树脂的复合材料制成，而采用轻质热塑性复合材料和3D打印的叶片具有许多优点，包括：

-轻巧的叶片可以驱动风扇转子产生更多的功率吊车出租，增加风扇的发电能力

-轻质叶片可减轻塔筒和轴的载荷，减少齿轮箱、传动系统、轴承和底座的磨损，从而降低生命周期成本

- 热塑性材料拆解后更便于熔化和回收

尖端部分完成后，GE团队接下来会将3D打印技术应用到风力涡轮机叶片的其他部分。20 多年前，GE 开始在航空发动机中引入轻质复合材料风扇叶片。如今带座轴承3d，通过合作伙伴的共同努力，GE正在将更先进的材料技术应用到风电叶片上，以降低风电每千瓦时的成本，提升性能，继续推动行业的绿色低碳发展。