9 月 16 日,平陆运河正式建成通航。
这是新中国成立以来首条由国家层面统筹建设的通江达海运河工程,也是西部陆海新通道的骨干项目:北起南宁横州市西津库区平塘江口,经钦州灵山县陆屋镇沿钦江直通北部湾,全长 134.2 公里,按内河 I 级标准建设,可通行 5000 吨级船舶,总投资约 727 亿元。
通航后,西南地区货物经此出海,较传统路径缩短内河航程 560 公里以上,每年可节约运输费用超 50 亿元。工程整体创下四项"世界之最",其中马道枢纽一项,世界运行速度最快的省水船闸,与本文要讲的这个零件直接相关。
马道枢纽是平陆运河的第一梯级枢纽。西江流域与钦江水系的自然落差,在这里形成了 29.6 米的世界第一水头。
水头越高,船闸阀门的受力越大,启闭耗时通常也越长。而马道枢纽要做的恰恰相反:闸门开启时间要从常规的 4 分钟压缩至 1 分钟,关闭仅需 30 秒—阀门本身重达 70 吨。
快速切换带来了新的问题:阀门在高速运动中临近行程终点时若不减速,冲击会直接转化为设备损耗。而这座船闸建成后,高峰期阀门每天要启闭近百次。
解决这个问题的部件,是迷宫式缓冲套。
迷宫式缓冲套的关键在于内部结构。按平陆运河建设管理团队介绍,其内部设计了迷宫般曲折蜿蜒的复杂流道,应用于阀门液压快速启闭机系统后,能够精准控制液压油的高速流动—既支撑闸门的高速开启与快速关闭,又能在阀门行程的最后 28 厘米实现缓冲,避免设备撞击损耗。
这正是金属增材制造的用武之地:内部复杂流道属于传统减材加工难以实现的类型,而增材制造可以一体成形,省去多件加工后再装配或焊接的环节,对高压、高频动作下的可靠性也更为有利。
据华曙高科披露,该缓冲套分为两款规格,依托公司 4 激光 FS350M 设备,历经 165 小时连续打印一体成形。这台设备的成型缸尺寸为 433×358×400mm,标配 4 个激光器,可打印不锈钢、模具钢、钛合金、铝合金等多种材料。
这也是行业内首次采用金属 3D 打印的油缸缓冲套。
一个全新结构的零件要被装到国家重点工程的关键部位,验证比制造更难。
建设管理团队联合生产厂家,在武汉搭建起试验平台:把安装了迷宫式缓冲套的阀门液压快速启闭机平躺固定,另一台启闭机模拟阀门受力,开始启闭试验。
试验进行到 1000 多次时,缓冲套开始出现磨损。
团队随即复盘数据,重新调整缓冲套材料、优化机械配合间隙,并增设一个缓冲套用于启门缓冲。更换设备后,又进行了 3000 多次试验验证,直至液压启闭机的耐用性完全达标。
真机工况的验证在另一处展开。2024 年,团队遍寻国内科研院所与液压厂家,最终由近百名工程师历时 3 个月,在江苏常州搭建起一座 1∶1 模拟真实工况的试验平台。参数调试期间,试验人员连续蹲守 72 小时、调整参数上百次;吊装 70 吨重的闸门时,历经 8 小时高空精准操作,使阀门与门槽实现毫米级贴合。
过程中陆续暴露出油缸运行不稳、液压油温过高、管道密封圈偶发泄漏等问题,均逐一解决。第 1000 次一体化试验完成后,该试验正式通过验收。
3D 打印过去更多出现在航空航天、医疗植入物、模具等场景。进入水利工程的大型装备,是一个新的应用面。
它的价值不在于"用了 3D 打印"这个动作。船闸是典型的重载、长寿命、检修窗口极少的场景—一旦通航,很难为单个零件安排停机。这意味着零件的可靠性必须在设计阶段就解决,而不是靠后期维护兜底。
而在这个案例里,工艺路线的选择顺序是反过来的:不是因为要推广增材制造才去设计复杂结构,而是因为缓冲性能要求逼出了内部迷宫流道,而这个结构只有增材制造能实现。
平陆运河通航的意义,通常被概括为一条物流通道的打开—航程缩短 560 公里,每年省下 50 亿元运费。
但让这条通道真正跑起来的,是一连串必须同时满足"快"和"耐用"的零件。70 吨的阀门要在 30 秒内关上,还要在最后 28 厘米温柔收住—这样的动作,一天要重复近百次。
金属 3D 打印在国家重点水利工程里的第一次登场,就落在了这样一个位置上。