6. Quiz – Siemens Dampfturbinen 07.06.2015 Pfingstexkursion ITS 2015: Mühlheim an der Ruhr am 27.05. Siemens Dampfturbinen Quizfragen: • Wie lange dauert der Fertigungsprozess bei einer Dampfturbine? • Erstellen Sie ein grobes Ablaufdiagramm für die Fertigungsschritte einer Dampfturbine. • Wie viel Span entsteht beim Abdrehen einer großen Rotorwelle? • Wo werden bei der Montage Passverbindungen verwendet? Welche Möglichkeiten gibt es die Verbindungen zu lösen? • Die fertiggestellten Rotoren werden abschließend in einem Schleuderprüfstand gewuchtet und es werden Belastungstests durchgeführt. ◦ Beschreiben Sie den Ablauf des Test-Programms. ◦ Bei welcher Drehlzahl wird der Belastungstest durchgeführt? ◦ Warum wird dabei die Prüfzelle evakuiert? • Weshalb wird der Generator in einem „Clean-Room“ montiert? • Wie viel wiegt der gesamte Rotor einer großen Dampfturbine? • Wie lange dauert das Anfahren einer Dampfturbine? • In welchen Ländern ist der derzeit größte Absatzmarkt für Dampfturbinen? • Welcher Anteil an Dampfturbinen wird in Kombination mit einer Gasturbine (für GuD Kraftwerke) verkauft? • Welche Weltregionen sind derzeit der größte Absatzmarkt für Dampfturbinen? Um eine Dampfturbine vollständig zu fertigen und an den Kunden auszuliefern können 12 bis 15 Monate vergehen. Die benötigte Zeit variiert je nach Größe und Komplexität der Maschine. Der grobe Ablauf der Fertigung ist in Diagramm 1 skizziert. Christoph Straub 1 6. Quiz – Siemens Dampfturbinen 07.06.2015 Abb.1: Ablaufdiagramm Fertigung Die extern geschmiedeten Rohwellen treffen mit einer Anlieferungszeit von 1 bis 4 Wochen beim Siemens-Werk in Mühlheim an der Ruhr ein. Dort werden diese zuerst spanend bearbeitet. Die Wellen werden gedreht bzw. gefräst, wobei vom Gewicht einer großen Rohwelle mit ca. 100 Tonnen nach der spanenden Bearbeitung noch ca. 90 Tonnen übrig bleiben. Die dabei entstandenen 10 Tonnen Span werden in großen Containern gesammelt und können extern wieder eingeschmolzen werden. Grundsätzlich werden die Rotoren aus zwei verschiedenen Wellenmodellen gewonnen. Zum einen werden dicke Rohwellen abgedreht und Nuten eingefräst. In diese Nuten werden in einem anschließenden Schritt die Laufschaufeln eingesetzt. Die Laufschaufeln sind somit direkt mit der Welle verbunden. Alternativ werden lange, dünne Spindelwellen verwendet. Auf die Spindelwellen werden Radscheiben aufgeschrumpft, auf denen im späteren Schritt Laufschaufeln befestigt werden. Die Momentenübertragung von Radscheibe auf Welle erfolgt somit kraftschlüssig. Zur Montage mittels Passverbindung werden die Radscheiben 24 Stunden im Ofen bei 400°C vorgeheizt. Durch die Temperaturausdehnung der Materials wird der Innendurchmesser der Radscheibe temporär minimal größer ist als der Außendruchmesser der Welle an der Fügestelle. Anschließend bleiben ca. 15 Minuten um die Radscheibe auf der Welle richtig zu positionieren. Nach diese Zeit ist die Radscheibe soweit abgekühlt, dass der Innendurchmesser der Radscheibe geringer ist, als der Außendurchmesser der Welle. Es liegt somit schon ein leichter Pressverband vor. Nach einer Abkühlzeit von 24 Stunden ist die Radscheibe auf einem Temperaturniveau und der Pressverband Christoph Straub 2 6. Quiz – Siemens Dampfturbinen 07.06.2015 so ausgeprägt, dass in unmittelbarer Nähe die nächste Radscheibe aufgeschrumpft werden kann. Die Schrumpfverbindung kann jetzt nur noch gelöst werden, indem die Radscheibe zerstört wird. Das Aufschrumpfen wird bevorzugt Nachts durchgeführt, da die geringere Luftbewegung bei geschlossen gehaltenen Toren zu einer geringeren Abkühlgeschwindigkeit der Radscheibe führt als bei Tag. Somit bleiben ein paar Minuten mehr Zeit für das Aufschrumpfen der Radscheibe als tagsüber, wo die Hallentore ständig geöffnet und geschlossen werden. Anschließend werden die Laufschaufeln auf dem Rotor montiert. Bei einer großen Dampfturbine kann der gesamte Rotor so eine Masse von bis zu 300 Tonnen annehmen. In einem Schleuderprüfstand, der sich im „Wuchtbunker“ befindet, wird der Rotor gewuchtet und es werden Belastungstests durchgeführt. Die Prüfzelle wird hierzu zunächst evakuiert, was bei einem großen Auswuchttunnel bis zu 45 Minuten dauern kann. Anschließend wird der Rotor über längere Zeit beschleunigt, bis die jeweilige Auswuchtdrehzahl erreicht wird. Die Evakuierung bewirkt dabei eine Minimierung des Luftwiderstandes und somit eine Reduktion der benötigten Energie und Zeit zum Beschleunigen. Es werden Schwingungen gemessen, Messdaten analysiert und Ausgleichsmaßnahmen ermittelt. Ist der Test beendet, so wird der Rotor abgebremst und Luft in die Prüfzelle eingelassen. Die Tests werden bei Nenndrehzahl, d.h. 3000 U/min für ein 50 Hz Netz, bei 120% der Nenndrehzahl, d.h. 3600 U/min und bei sogenannter „Unterleistung“ durchgeführt. Da die Schwingungsamplitude des flexiblen Rotors von der Drehzahl abhängt, ist für das Auswuchten viel Erfahrung nötig und keinesfalls trivial. Der Wuchtlauf kann daher einen Tag oder länger dauern und ist mit hohen Kosten verbunden [1]. Der Generator wird in einem Reinraum („Clean-Room“) montiert, da Feinstaub oder andere Verunreinigungen zu einem Ausbrennen des Isoliermaterials (Harz) führen können. Wird eine Dampfturbine bei einem Kunden in Betrieb genommen, betragen die Anfahrzeiten bis zu 90 Minuten [2]. Eine Verkürzung der Anfahrzeiten wird durch die Temperaturdifferenzen in den Bauteilen und die damit verbundenen thermisch induzierten Spannungen und Dehnungen limitiert. Somit wird eine gewisse „Vorwärmzeit“ benötigt, bis der „volle“ Dampfmassenstrom bzw. Dampfdruck für den Nennbetrieb erreicht werden darf und die Nennleistung generiert werden kann. Der größte Absatzmarkt für Dampfturbinen ist derzeit in den Ländern China, USA und Indien. Asien ist dabei die Weltregion mit dem größten Absatzmarkt. Kohle beheizte Dampfturbinen lieferten im Jahre 2007 mit 1400 GW weltweit einen Energieumsatz von 30 % der gesamten gewonnen Energiemenge (4810 GW). Der Energieumsatz von Gas-und-Dampfkraftwerken lag dabei mit 830 GW bei 17%. Mit 220 GW lieferten die in einem GuD-Kraftwerk eingesetzten Christoph Straub 3 6. Quiz – Siemens Dampfturbinen 07.06.2015 Dampfturbinen 8 % der Energiemenge, die aus Dampfturbinen gewonnen wird (2715 GW) [3]. Abb.2: Verteilung der weltweit gewonnenen Energiemenge auf verschiedene Kraftwerkstypen [3] Quellen online zuletzt abgerufen am 07.06.2015: • Schleuderprüfstand [1]: http://www.durr-news.com/de/issues/international/detail/news/runderneuert-das-neue-cabflex3-stellt-sichvor/?type=0&cHash=307db041afb290f8116b367c1fde7bd8 • Anfahrzeiten (Link: Diagramm Seite 13) [2]: http://www.energy.siemens.com/br/pool/hq/energy-topics/pdfs/en/steam-turbines-powerplants/USCSteamTurbinetechnologyformaximumefficiencyandoperationalflexibility.pdf • Kehlhofer et. Al: Combined-Cycle Gas & Steam Turbine Power Plants (Seite 7) [3]: https://books.google.de/books? hl=de&lr=&id=OmnOG7vWfuQC&oi=fnd&pg=PP1&dq=amount+of+combined+cycle+power+plant+stea m+turbine+used+in+%25&ots=VqxuOaG24P&sig=GxkWm_9FjnboqEWiuyc8peaGes#v=onepage&q=amount%20of%20combined%20cycle%20power%20plant%20steam%20turbine %20used%20in%20%25&f=false Christoph Straub 4
© Copyright 2024 ExpyDoc
