3d-tekniken förenklar underhållet på Statkraft
Sedan våren 2018 har 3DVerkstan hjälpt kraftbolaget Statkraft med att utveckla en skräddarsydd och 3d-utskriven lösning som effektiviserar underhållet av företagets vattenkraftverk.
Längs Ljungan, inte långt från Sundsvall ligger fem vattenkraftverk med några mils mellanrum. Vid det största kraftverket, Skallböle, finns tre generatorer, varav två har fått en välbehövlig, 3d-utskriven uppgradering som förbättrar underhållet. Dessutom till en försumbar kostnad.
Med sina 54 vattenkraftverk och fyra vindkraftparker är Statkraft den fjärde största elproducenten i Sverige. Bara vattenkraften genererar 5,4 terawattimmar, vilket är runt åtta procent av all vattenkraftsbaserad el som produceras varje år i vårt avlånga land.
Statkrafts utmaningar med koldamm innebar tidigare flera kostsamma driftstopp årligen
utmaning och lösning
UTMANING
För att överföra kraft i en generator, ligger ett antal klossar av grafit an mot en rotor som drivs av vattenturbiner. Dessa klossar kallas traditionellt för borstar, eftersom man före användningen av grafit, använde koppartrådar som påminde om borstar.
Men en av de stora utmaningarna med denna kraftöverföring är att grafitklossarna avger koldamm som kan vara förödande för driften om generatorerna inte rengörs i tid.
– Dammutvecklingen gör att vi måste stoppa varje generator en till två gånger per år i runt fyra timmar per gång. Det gör vi för att manuellt rengöra de delar i generatorn där koldamm samlas, säger Lars Mellberg, drift- och underhållstekniker på Statkraft. För mycket damm i generatorn kan leda till jordfel och då handlar det om många timmars stopp.
LÖSNING
En lösning är att kapsla in de hållare som grafitklossarna sitter i. Tänk ett munstycke, med ett utsug och en slang som suger upp det koldamm som frigörs. Här finns det kommersiella lösningar att tillgå. Men dessa kostar upp emot 250 000 kronor per generator. Bara för verket i Skallböle, med sina tre generatorer, skulle kostnaden för en sådan lösning landa på 750 000 kronor.
– Vi har redan en kommersiell lösning för att ta hand om den oljedimma som också uppstår vid drift, säger Lars Mellberg. Men med tanke på kostnaderna så började jag fundera på en alternativ lösning. Efter att ha besökt Underhållsmässan i Göteborg i mars förra året och pratat med 3DVerkstan, som ställde ut där, beslöt vi oss för att undersöka om vi kunde använda 3d-skrivarteknik för att ta fram egna munstycken.
.
RESULTAT
Även om Statkraft har en Ultimaker skrivare på plats vid verket i Skallböle, så finns det ingen som har CAD-kompetens i huset. 3DVerkstans uppskattade CAD-tjänst innebär att företagskunder kan outsourca allt från produktutveckling från grunden, till optimering för 3d-utskrift. Därför var 3DVerkstans CAD-expert, Robert Örneteg, med tidigt i processen och caddade upp ett första munstycke.
– Jag fick ett antal skisser och en kolhållare från Lars med uppgifter om form och toleranser, säger Robert Örneteg. Med den bakgrundsinformationen och med egna mätningar på den fysiska hållaren, kunde jag sedan cadda upp först den kolhållare som håller klossarna på plats, och därefter munstycket utanpå denna.
– Det var totalt tre olika kolhållare som behövde munstycken. Det blev två varianter med snäppfästen och en som skruvas på.
– Alla driftstopp kostar pengar för företaget, så de vill ha så få och så korta stopp som möjligt, vilket blev en av utmaningarna i arbetet. Därför valde jag att göra ett snäppfäste för att göra det enkelt att montera på varje munstycke, säger Robert Örneteg.
Det var även viktigt att korta utskriftstiden och förenkla för de som handhar 3d-skrivaren vid vattenkraftverket. Ett sätt att uppnå detta var att minimera mängden supportmaterial.
Egna mätningar av kolhållare inför CAD-arbetet som 3DVerkstan gjorde för Statkraft
– 3DVerkstan levererade färdiga Cura-filer, så det var i princip bara att skriva ut direkt, säger Lars Mellberg. Eftersom vi inte får koppla in 3d-skrivaren till nätverket, fick vi filerna på usb-sticka som vi kunde köra in direkt i 3d-skrivaren.
Den första uppsättningen munstycken skrev Lars Mellberg ut i företagets Ultimaker i materialet PLA. Det är ett av de vanligast förekommande materialen inom FDM-tekniken. Totalt skrev man ut 16 stycken munstycken till två av tre generatorer vid verket i Skallböle. Därefter gjorde man ett planerat driftstopp och monterade munstyckena på varje kolhållare.
– Alla munstycken passade som de skulle och vi såg god effekt på underhållet, säger Lars Mellberg. Men eftersom vi har en värmeutveckling i generatorerna på upp emot 80 grader, så var PLA-materialet mindre lämpligt.
– Vi upptäckte också att anslutningsrören på munstyckena som vi kopplar utsugsslangarna på var bräckliga och behövde förstärkas.
Mot bakgrund av dessa utmaningar föll valet på materialet Ultimaker PC – polykarbonat. Det är en termoplast med god hållbarhet och värmeresistens på över hundra grader celsius. Med polykarbonat löste Statkraft de båda utmaningarna med hållbarhet och värmetålighet. Utöver materialbytet gjordes bara mindre formändringar.
– Jag gjorde hela anslutningen lite tjockare och minskade stresskoncentrationerna genom att skapa avrundningar där anslutningen möter resten av delen, så att det inte blev en skarp kant, säger Robert Örneteg.
De 3d-printade munstyckena monterade på Statkrafts generatorer
För Lars Mellberg och hans kollegor återstår nu att testa denna nya batch PC-baserade munstycken. För att göra så krävs ett planerat driftstopp, vilket inte är en helt enkel utmaning att få godkänd när priserna på elmarknaden är gynnsamma.
Lars Mellberg är dock övertygad om att de även i framtiden kommer att använda 3DVerkstans professionella 3D-tjänster som inkluderade design, CAD, filkonvertering och support, då kostnaden blev en bråkdel av en kommersiell lösning.
– Bara här på Statkraft i Sverige har vi över femtio vattenkraftverk i drift. Så visst finns det potential för mer 3d-teknik, avslutar Lars Mellberg.
kontakta oss för mer info & offert
Fyll i dina uppgifter nedan så återkommer vi snarast
