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Thermo-mechanische Verstelleinheit

IP.com Disclosure Number: IPCOM000020065D
Original Publication Date: 2003-Nov-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Nov-25
Document File: 3 page(s) / 503K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei Maschinen, die bei hoeheren Temperaturen betrieben werden, z.B. Gas- oder Dampfturbinen, besteht die Problematik, dass sich die Abmessungen der einzelnen Komponenten, ausgehend von der Montage bei Raumtemperatur, unterschiedlich stark veraendern. Der Grad der Veraenderung wird versucht, durch thermische Ausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Materials der entsprechenden Komponente und durch die Temperatur der Komponente zu bestimmen. Der zeitliche Verlauf der Aufheizung der einzelnen Komponenten als Einflussgroesse ist dagegen nur schwer zu kalkulieren. Darueber hinaus unterliegen extrem thermisch und mechanisch belastete Teile einem Kriechprozess, der z.B. bei einer rotierenden Turbinenschaufel langfristig zu einer Verlaengerung durch Fliehkraefte fuehrt. Diese Verhalten und Vorgaenge verursachen Veraenderungen der Abmessungen und Spalte, bedingen ein Ovalisieren kreisrunder Konturen oder das Verkruemmen gerader Fuehrungen. Folgen sind Ausrichtfehler, erhoehte Leckagen oder das Beruehren von bewegten und stillstehenden Teilen. Bei Stroemungsmaschinen (z.B. Gas- oder Dampfturbinen) fuehrt dies zu Funktionsverlusten und zu mitunter starken Minderungen des Wirkungsgrades, der Leistung oder der Verfuegbarkeit. Aenderungen um einen zehntel Millimeter bedingen bereits Leistungsverluste bis hin zu Maschinenausfaellen.

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S

© SIEMENS AG 2003 file: 2002J19418.doc page: 1

Thermo-mechanische Verstelleinheit

Idea: Otmar Gossmann, DE-Muehlheim

Bei Maschinen, die bei hoeheren Temperaturen betrieben werden, z.B. Gas- oder Dampfturbinen, besteht die Problematik, dass sich die Abmessungen der einzelnen Komponenten, ausgehend von der Montage bei Raumtemperatur, unterschiedlich stark veraendern. Der Grad der Veraenderung wird versucht, durch thermische Ausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Materials der entsprechenden Komponente und durch die Temperatur der Komponente zu bestimmen. Der zeitliche Verlauf der Aufheizung der einzelnen Komponenten als Einflussgroesse ist dagegen nur schwer zu kalkulieren. Darueber hinaus unterliegen extrem thermisch und mechanisch belastete Teile einem Kriechprozess, der z.B. bei einer rotierenden Turbinenschaufel langfristig zu einer Verlaengerung durch Fliehkraefte fuehrt. Diese Verhalten und Vorgaenge verursachen Veraenderungen der Abmessungen und Spalte, bedingen ein Ovalisieren kreisrunder Konturen oder das Verkruemmen gerader Fuehrungen. Folgen sind Ausrichtfehler, erhoehte Leckagen oder das Beruehren von bewegten und stillstehenden Teilen. Bei Stroemungsmaschinen (z.B. Gas- oder Dampfturbinen) fuehrt dies zu Funktionsverlusten und zu mitunter starken Minderungen des Wirkungsgrades, der Leistung oder der Verfuegbarkeit. Aenderungen um einen zehntel Millimeter bedingen bereits Leistungsverluste bis hin zu Maschinenausfaellen.

Bisher wird diese Problematik dadurch umgangen, dass entsprechende Abmessungen, Spaltmasse usw. bei der Fertigung genuegend gross gewaehlt und eingestellt werden, dass sie fuer alle denkbaren Temperaturkonstellationen zuzueglich gewisser Reserven ausreichen. Damit koennen die geforderten Funktionen und eine gewisse Verfuegbarkeit gewaehrleistet werden, was jedoch zu Lasten der Leistungen und des Wirkungsgrades geht. Die Einstellung der Spalte erfolgt dabei entweder durch entsprechende Fertigung oder bei der Montage durch Anpassung von Beilagen bzw. manuell zu betaetigenden Verstelleinrichtungen mit geeigneter Fixierung. Eine Nachjustierung waehrend des Betriebs ist nicht vorgesehen, da dies einen hohen technischen Aufwand fordert, der wiederum die Anforderungen an Praezision und Kraftaufwand erfuellen muss. Auch die Verwendung hydraulischer Zylinder zu diesem Zweck ist wegen der hohen Umgebungstemperaturen nicht moeglich.

Bei der hier vorgeschlagenen technischen Neuentwicklung nutzt eine thermo-mechanische Verstelleinheit (TMV) die thermisch bedingte Ausdehnung (die zum Effekt der unkontrollierten Veraenderung der Betriebsspalte fuehrt), um die unerwuenschten Verschiebungen zu kompensieren. D.h. die Waermeausdehnung wird als "Kraftquelle" zur exakten Positionierung von schweren Maschinenkomponenten waehrend des Betriebs u...