6. Abschluß der Auslegung

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1 6. Abschluß der Auslegung Bisher erledigt: Noch zu erledigen: hydraulische Auslegung Betriebspunkt, Fahrbereich, Schnellläufigkeit Laufrad Leitrad/Spirale Kraftberechnung Wellendichtung Welle Lager Gehäusefestigkeit, Schaufelfestigkeit Hilfsaggregate Versuchsplanung Fertigungsplanung Vertriebsplanung Hydraulische -181-

2 Hydraulische -182-

3 Hydraulische -183-

4 Hydraulische -184-

5 Der Ablauf des Konstruktionsprozesses Hydraulische -185-

6 Informationsinhalt am Beispiel einer Kesselspeisepumpe (12MW) für ein 770MW-Kraftwerk Hydraulische -186-

7 Reales Produkt ca. 1 MByte ca. 120 MByte ca. 20 MByte ca. 200 MByte ca. 80 MByte ca. 40 MByte ca. 200 MByte ca. 600 Mbyte ca. 120 Jahre ca. 4.2 Mio Euro ca. 0.4 Mio Euro Hydraulische -187-

8 Systematisches Vorgehen beim Konstruktionsprozess Hauptfunktion: Pumpe Druck erhöhen Beispiel-Lösung: Störeffekt: Folgefunktion: Turbine Wellenenergie Mehrstufige Kreiselpumpe Achsschub Achsschub aufnehmen Lösung: Kolbenentlastung Störeffekt: Restschub Folgefunktion: Restschub aufnehmen Lösung: Spurlager mit Druckölschmierung Störeffekt: Reibungswärme Folgefunktion: Drucköl bereitstellen, Wärme abführen Störeffekt: Leckage Folgefunktion: Wellendurchgang abdichten Lösung: Gleitringdichtung Hydraulische Störeffekt: Wärmeleitung vom Medium, Folgefunktion: Lösung: Störeffekt: Folgefunktion: Reibwärme Dichtringe vor zu hohen Temperaturen schutzen Zirkulationskühlung Strömungswiderstand Kreislauf antreiben Rekursives Vorgehen beim Abarbeiten von Folgefunktionen von Störeffekten

9 Funktionslastenheft: Folgende Aufwendungen sind für die Neukonstruktion der neuartigen Pumpe einzuplanen Es sind Konstruktions-, mechanische und hydraulische Berechnungs-, Versuchs- und Zukauf/Spezifikationsaufgaben zu bewältigen Hydraulische -189-

10 Entwicklungsaufwand: Die Abschäzung des Zeitaufwandes [Mannstunden] liefert mit bestehender Hydraulik 4900 [Mh] und mit neuer Entwicklung 7750 [Mh] was etwa 5 [Mannjahren] entspricht. Hydraulische -190-

11 Entwicklungsaufwand: Hydraulische -191-

12 Zeitplan: Meilensteinplan: Pumpenneuentwicklung für einen Industriebetrieb Basis für diesen Zeitplan ist die Abschätzung des Zeitaufwandes für die Entwicklung einer neuartigen Pumpe bei Verwendung einer bestehenden Hydraulik. Berechnungsverfahren: Der Bedarf in Mannwochen wird mit dem doppelten Zeitbedarf in den Zeitplan übertragen, weil angenommen wird, dass der betreffende Sachbearbeiter nicht zu 100% an diesem Projekt arbeitet, sondern es neben seinen Tätigkeiten mitbetreut. Hydraulische -192-

13 Wellenberechnung: Festigkeit: Drehmomentübertragung Durchbiegung: maximale Durchbiegung des ruhenden Läufers Kritische Drehzahl: ist das entscheidende Kriterium Einflüsse: - Wellengeometrie - (Gleit-)Lager - Unwuchten - La/Le Interaktionen bei hydraulischen Maschinen unüblich wegen der engen Spalte Gegebenenfalls Wellenschutz vorsehen: Welle nicht vom Fördermedium berührt Verschleiß bei Stopfbuchsen Hydraulische -193-

14 Hydraulische -194-

15 Schwingungsanalyse einer Maschinenwelle mit FEM (überzeichnet dargestellt): Hydraulische -195-

16 Festigkeitsanalyse einer Maschinenwelle mit FEM: Verformung der Welle in mm Maximale Spannung in MPa Hydraulische -196-

17 Lagerdimensionierung: Eng gekoppelt mit der Wellenberechnung Üblich: - Gleitlager große Maschinen (Turbinen, Pumpen) - Wälzlager (Gleitlager sekundär) kleine Maschinen Tragwirkung/Dämpfungsverhalten berechnen: nach Sommerfeld, Childs Praxis: Wellendurchbiegung i.a. größer als Spaltweite weil: - Spalte zur Begrenzung der Leckverluste eng dimensioniert - Fördermedium schmiert und kühlt - Betriebszeit im Bereich Haftreibung/Mischreibung begrenzen Hydraulische -197-

18 Vergleich der Festigkeit von gepfeilten und ungepfeilten Schaufeln in axialen hydraulischen Turbomaschinen: Hydraulische -198-

19 Vergleich der Festigkeit von gepfeilten und ungepfeilten Schaufeln in axialen hydraulischen Turbomaschinen: Hydraulische -199-

20 Vergleich der Festigkeit von gepfeilten und ungepfeilten Schaufeln in axialen hydraulischen Turbomaschinen: Hydraulische -200-

21 Hilfsaggregate: Hauptfunktion: Wellenenergie erzeugen Lösung: Francis-Turbine Störeffekt: Folgefunktion: Lösung: schlechter Wirkungsgrad außerhalb des Auslegungspunktes Regelbarkeit verstellbare Leiträder Störeffekt: Folgefunktion: Lösung: Folgefunktion: Lösung: Leitradmomente, Leitrad beweglich Leitradmomente aufnehmen Leitradlagerung Leitrad antreiben Servomotor Störeffekt: Antrieb für Servomotor (Hydrauliköl) Hydraulische -201-

22 Andere Hilfsaggregate: Lagerölversorgung (Kippsegment-Lager, Drucklager) für Kühlung, Tragwirkung mit Drucklager Sperrflüssigkeit für doppeltwirkende Gleitringdichtungen mit Druckbeaufschlagung und Dosierpumpen Ölkühler oder Quenchkühler Überwachungseinrichtungen Hydraulische -202-

23 Überwachungseinrichtungen: 1. Bedienschutz 2. Verriegelung des Anfahrens eines technischen Systems aus unzulässigen Betriebszuständen 3. Abschalten oder Herausfahren eines Systems aus unzulässigen oder gefährlichen Betriebszuständen Überwachungsstellen zum Schutz einer Pumpe: Bei einer Gefährdungsmeldung von einer der gekennzeichneten Stellen wird die Maschine abgeschaltet, oder es wird verhindert, dass sie in Betrieb gehen kann. Hydraulische -203-

24 Versuchsplanung: Grundsatzversuche zur Ermittlung des Lösungskonzeptes Prototypversuche zur Überprüfung der Auslegung Laborversuche Praxisversuche Gegebenenfalls im Modellmaßstab Aufwerteproblematik Serienversuche zur Qualitätssicherung Stichprüfung oder 100% - Prüfung Abnahmeversuch in der Anlage im Labor beim Hersteller Hydraulische -204-