ORNL 领导的制造计划旨在为水电清洁能源生产大型部件

由橡树岭国家实验室 （ORNL） 领导的一项新制造计划旨在通过为清洁能源应用（尤其是水电）制造大型金属部件来振兴美国制造业。这项名为*快速流道系统的通用近净形制造策略的快速研究* （Rapid RUNNERS） 的计划，专注于通过增材制造 （AM） 和传统工具生产大型水电涡轮机流道。该项目已获得能源部 （DOE） 的 1500 万美元资金，旨在减少关键水电组件的漫长等待时间并刺激能源部门的经济增长。

水力发电转轮是将水的压力和流量转化为电能的旋转部件。Rapid RUNNERS 计划将使用机器人焊机逐层沉积金属，生产近净形流道。与传统方法相比，这些组件接近其最终尺寸，需要更少的精加工步骤，传统方法可能需要长达 18 个月的时间才能生产一个流道。ORNL 的技术负责人 Adam Stevens 解释说，目标是大幅减少制造这些组件所需的时间，帮助解决国内能源工业基础的缺口。

水电近净成形制造

近净成形方法允许生产尽可能接近其最终形状的组件，从而减少浪费并减少劳动密集型精加工过程。目前，转轮等大型金属部件的生产主要在海外进行，这会导致涡轮机停机时长时间延迟。水力发电涡轮机很复杂，需要数月的手工焊接和精加工，将受益于这种简化的流程。通过将增材制造与传统加工技术相结合，ORNL 及其合作伙伴旨在提高清洁能源生产的生产力和效率。

ORNL 颠覆性制造系统开发小组负责人 Brian Post 和 ORNL 材料结构和加工部门负责人 Jay Tiley 正在领导该项目。ORNL 的制造示范设施 （MDF） 在美国能源部先进材料和制造技术办公室的支持下，正在作为协作中心。MDF 是致力于推动美国制造业创新的全国性联盟的一部分。

扩大国内能源基础设施的能力

该计划计划生产三台 Francis 风格的转轮，包括一台用于测试的原型和两台可能安装在田纳西河谷管理局 （TVA） 大坝中的转轮。滑道的大小各不相同，一个用于田纳西州帕克斯维尔的奥科伊大坝，另一个直径为 15 英尺，用于 TVA 的威尔逊大坝，该大坝可产生 653 兆瓦的电力。TVA 是美国最大的公共电力供应商，在 29 座大坝上拥有 113 台发电机。

TVA 创新和研究副总裁 Joe Hoagland 表达了该计划的重要性，并指出该项目与 TVA 的使命一致，即通过在美国创造就业机会来提高能源可靠性、提高可再生能源产量和促进经济发展。该系统将使用机器人完成电弧焊、研磨和计量等任务，从而实现这些重要部件的自动化、大规模生产。

TVA 的研发主管 Curt Jawdy 强调了当前转轮生产面临的挑战，该生产经常面临长达两年的积压。他强调，增材制造可以创造出传统方法无法实现的设计和形状，并提供诸如应用抗气蚀涂层等优势来延长转轮的使用寿命。

合作促进制造业创新

ORNL 正在与多个合作伙伴合作，将这个制造平台变为现实。其中包括亨廷顿·英格尔斯-纽波特纽斯造船厂（Huntington Ingalls-Newport News Shipbuilding），其中最大的滑轮将进行 3D 打印，以及电力研究所（Electric Power Research Institute），该研究所正在提供技术经济分析。其他合作伙伴包括 Open Mind Technologies、ARC Specialties 和 Voith Group-Hydropower，他们都在协助制造战略制定和机器人硬件集成。

这个为期三年的项目最终将创建一个新的混合制造平台，该平台可以在国内生产基础设施规模的组件，使能源、国防、造船和市政供水等行业受益。ORNL 的 Stevens 指出，该计划将提高工人的生产力并支持美国的工业基础，为国内制造业提供急需的推动力。

美国能源部通过先进材料和制造技术办公室为该项目提供了 1300 万美元，水力发电技术办公室又向该项目提供了 200 万美元。该计划由 UT-Battelle 为 DOE 科学办公室管理，该办公室支持旨在解决物理科学中关键挑战的广泛基础研究工作。