01.09.2016

Schwebender Rotor für Dampfturbinen

Einfachere Wartung mit einem Magnetlagersystem für leistungsstarke Maschinen.

Vollkommen berührungs­frei halten die geregelten Magnetfelder des neuen Magnet­lager­system von Siemens zehn Tonnen schwere Rotoren in der Lager­mitte – und das selbst bei Maximaldrehzahl mit einer maximal haardünnen Abweichung. Das aktive Magnet­lager­system beruht auf bewährten Standardelektronikkomponenten, die sonst zur Ansteuerung von Elektromotoren in Werkzeug­maschinen­anwendungen eingesetzt werden. Haupt­anwendungen dieser Simotics AMB-Technologie sind große Elektro­maschinen, Kompressoren für die Gas- und Ölin­dustrie oder Dampf­turbinen. Erste Systeme sind bereits im Feld.

Abb.: Aktive Magnetlager halten den Rotor durch magnetische Kräfte von Elektromagneten in der Schwebe. (Bild: Siemens)

Siemens integrierte die Techno­logie in seine durch­gängigen Antriebs­konzepte. Damit ist es möglich, alle Komponenten des Antriebs­strangs in einheit­licher Art und Weise zu konfi­gurieren und sie in dieselbe Steuerungs­architektur zu integrieren. Außerdem werden die im Magnet­lager erhobenen Informa­tionen über den Anlagen­zustand direkt zugänglich für eine Fernüber­wachung. Das Bedien- und Service­konzept des Antriebs­strangs ist einfacher, weil Motor­umrichter und Magnet­lager­schrank auf den gleichen Regelungs­komponenten und Bedien­schnitt­stellen basieren.

Aktive Magnet­lager halten den Rotor durch magne­tische Kräfte von Elektro­magneten in der Schwebe. Lage­sensoren erfassen die Position des Rotors, und die Magnetkräfte werden entsprechend nach­geregelt. Die Lager arbeiten reibungs­frei und brauchen kein Öl. Das macht sie attraktiv in Branchen, wo wegen Brand- oder Natur­schutz besondere Sicherheits­maßnahmen gelten. Außerdem benötigen Magnet­lager kaum Wartung. Die Technik eignet sich besonders für Anwen­dungen mit hohen Umfangs­geschwindig­keiten, also für schnell drehende Rotoren mit großem Durch­messer. Die aktive Regelung der Rotor­position ermöglicht es, Schwingungen des Rotors zu dämpfen. Bei konven­tionellen Lagern treten in bestimmten Drehzahl­bereichen Rotor­resonanzen auf, weshalb diese Bereiche nur schnell durchfahren werden dürfen. Mit Magnet­lagern lässt sich die Rotation dagegen stufenlos regeln.

Derzeit ist die Simotics AMB-Techno­logy ausgelegt für Rotoren mit zwei Tonnen Gewicht und 17.000 Umdre­hungen pro Minute bis hin zu siebzehn Tonnen schweren Läufern mit 6.000 U/min. Lage­sensoren erfassen 16.000-mal pro Sekunde die Rotor­position. Selbst bei maximalen Dreh­zahlen halten die Rotoren ihre Position auf etwa 0,03 Millimeter. Die Standard-Um­richter liefern genügend Leistung, um Luftspalte von ein bis zwei Millimetern zwischen Rotor und Lager zu realisieren. Das vereinfacht die Aus­richtung der einzelnen Kompo­nenten erheblich und macht das System robust. Da es sich vorwiegend um Blind­leistung handelt, sind die Lager dennoch energie­effizienter als konven­tionelle Gleitlager.

Abb.: Ein Radiallager für einen neun Tonnen schweren Rotor in einem Fertigungsgebäude. (Bild: Siemens)

Für die Digita­lisierung von Industrie­prozessen spielen solche Magnet­lager einen weiteren Vorteil aus. Während übliche Gleit­lager nur Informa­tionen über die Position des Rotors liefern, stellt die digitale Regelung des Magnet­lagers zusätzliche Betriebs­parameter wie am Rotor wirkende Kräfte bereit. Aus den Daten werden kleinste Änderungen im Antriebs­system, in der angetrie­benen Maschine und damit auch im nachge­lagerten Prozess erkennbar. Sie bilden die Grundlage für die Überwachung der Maschinen­zustände und ermög­lichen, durch voraus­schauende Wartung Still­stands­zeiten zu minimieren. Die Technologie ist bereits in zwei Kompressor­antrieben mit je 23 Megawatt Leistung und 6.300 U/min in einem Gasfeld bei Groningen sowie bei einer Dampf­turbine mit 10 MW und 5.700 U/min im Kraftwerk Jänsch­walde in Deutschland im Einsatz.

Siemens / JOL

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Anbieter des Monats

Quantum Design GmbH

Quantum Design GmbH

Forschung lebt von Präzision. Seit über 40 Jahren steht Quantum Design für innovative Messtechnik auf höchstem Niveau – entwickelt in Kalifornien, betreut weltweit. Unsere Systeme sind der Goldstandard in der Materialcharakterisierung und ermöglichen tiefe Einblicke in die magnetischen, thermischen und optischen Eigenschaften von neuen Materialien.

Meist gelesen

Themen