Wissenschaftler der Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU) haben den 3D-Druck zur Herstellung einer Axial-Flow Turbine (Expansionsturbine) für elektrische Generatoren eingesetzt.

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Peter the Great Sankt Petersburg Polytechnic University LogoDiese elektrischen Generatoren arbeiten mit Hochdruck-Erdgas. Die Forschung wird von den Wissenschaftlern der SPbPU als großer Schritt für die nachhaltige Energienutzung in Russland angesehen. In der letzten Woche kündigten die Forscher die Entwicklung einer Expansionsturbine für einen Turboexpander-Generator an, der aus Erdgas Strom erzeugen soll. Die Turbine wird aus 3D-gedruckten Kunststoffteilen hergestellt, das Gleiche gilt auch für den Generator. Auch dessen Bestandteile stammen teilweise aus einem 3D-Drucker. Der 3D-Generator kann einen Teil der emittierten Energie, die ansonsten vergeudet würde, in nutzbare elektrische Energie umwandeln.

Grafische Darstellung
Grafische Darstellung des Stresstestes der Expansionsturbine. (Bild: © IJESE)

„Erdgasvorkommen und die entwickelte GTS-Infrastruktur Russlands sind ein nationaler Schatz, die das Land zu einem führenden Unternehmen bei der Gewinnung und Versorgung mit Erdgas machen – der saubersten Art fossiler Brennstoffnutzung“, so die SPbPU-Forscher. „Der Betrieb des GTS (Gas Transport Systems) hat einen direkten Einfluss auf die Energie, die soziale und wirtschaftliche Sicherheit; Darüber hinaus ist Russland der Hauptlieferant von Gas für die europäischen Länder. Daher ist die Modernisierung der GTS eine der Hauptrichtungen der Regierungsarbeit.“

Moderne Fertigungstechnologien spielen Schlüsselrolle

Expansionsturbine aus dem 3D-Drucker
Eine Expansionsturbine wurde von den russischen Wissenschaftlern mit einem 3D-Drucker entwickelt (Bild © phys.org).

Bei der Modernisierung des GTS spielt die Nutzung neuer und innovativer Fertigungsprozesse eine wichtige Rolle, so die Forscher weiter. Jeder Teil des Generators soll so effektiv wie möglich gestaltet werden. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes fanden sie heraus, dass durch den Einsatz aneinanderstoßender Kontaktschultern, die mit einer 3D-gedruckten Scheibe am Turbinenhauptrad ergänzt wurden, die Belastung der Scheibe um 25 Prozent reduziert wurde.

Für die Herstellung der Scheibe nutzten sie 3D-Material von 3D Systems und erzeugten so eine deutlich verbesserte Oberfläche. Für den Druck kam ein Stereolithographie-3D-Drucker zum Einsatz. Die 3D-gedruckten Teile können nun Temperaturen von -30 bis + 65 Grad Celsius standhalten. Der Elektrogenerator inklusive der Expansionsturbine sollen in diesem Jahr in einem Vorort St. Petersburgs installiert werden.

Veröffentlicht wurden die Forschungsergebnisse im International Journal of Environmental and Science Education.

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