Siemens Energy répare et améliore les aubes de turbine grâce à l’impression 3D métal

Siemens Energy est l’une des quatre grandes divisions du groupe allemand et s’est notamment spécialisé dans la fabrication de centrales électriques thermiques. Acteur reconnu du marché, il s’appuie sur les capacités offertes par la fabrication additive pour développer des applications innovantes dans le secteur de l’énergie. Il a récemment mis au point une nouvelle chaîne de réparation numérique afin d’améliorer les fonctionnalités des aubes de turbine à gaz : en s’appuyant sur un procédé de fusion laser sur lit de poudre hybride, Siemens Energy pourrait ajouter des structures de refroidissement dans les zones critiques d’une aube afin d’éviter toute défaillance. 

Les turbines sont des dispositifs composés d’aubes qui viennent convertir l’énergie d’un fluide liquide ou gazeux en énergie mécanique. Les aubes, réparties autour de la turbine, tournent à grande vitesse pour assurer cette transformation. Elles sont donc soumises à de lourdes contraintes, que ce soit en termes de températures ou de vitesse de déplacement de gaz. Les aubes auront donc une tendance à faiblir, notamment à cause d’une combustion possible à leurs extrémités. Siemens Energy précise : “Ce processus conduit à un cercle vicieux : avec une formation d’interstice plus importante, la température du matériau de l’aube augmente en raison du débordement de gaz chaud, ce qui à son tour entraîne une perte de matériau encore plus rapide et augmente encore l’interstice entre l’extrémité de l’aube et le segment annulaire.” Il fallait donc trouver une solution pour venir renforcer les extrémités des aubes de turbine à gaz et la fabrication additive s’est avérée être une bonne option. 

Les aubes de turbine sont soumises à de fortes contraintes (crédits photo : Siemens AG)

Les équipes se seraient appuyées sur un procédé de fusion laser sur lit de poudre. Un choix plutôt surprenant quand on sait que le dépôt de matière sous énergie concentrée (DED) est davantage utilisé pour réparer des pièces. Ce procédé a été baptisé Hybrid L-PBF Repair ou HybridTech pour faire plus court : c’est un projet de recherche mené par 9 partenaires dont Siemens, Fraunhofer ou encore BAM. Lancé en juillet 2020, il a pour objectif de mettre en place de nouvelles technologies pour réparer et assurer la maintenance des pièces. 

En appliquant cette technologie HybridTech, Siemens Energy affirme qu’elle peut concevoir des canaux de refroidissement internes à l’aube déjà existante. Mais pour cela, il faut modifier la conception même des aubes, surtout que celle-ci peut être très différente d’un composant à un autre. C’est donc là qu’intervient cette chaîne numérique de CAO-FAO. Un scan 3D vient d’abord numériser l’extrémité de l’aube, permettant ainsi à la technologie HybridTech d’adapter le travail du laser (puissance, forme et déplacement) à la forme de la pièce. Il a fallu également que les équipes composent avec un matériau très résistant à l’oxydation pour la pointe de la lame. 

La technologie HybridTech permettra de réparer les aubes abimées (crédits photo : Siemens Energy)

Pour l’instant, quelques premières aubes auraient été réparées et une procédure est en cours pour établir des normes et standard de réparation. Cette méthode devrait être étendue à d’autres composants critiques, impactant ainsi fortement les processus de production. Vous pouvez retrouver le communiqué de presse officiel ICI.

*Crédits photo de couverture : Siemens Energy

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