Zerspanung von Turbinenwerkstoffen · Zerspanung von Turbinenwerkstoffen – Herausforderung für...

Zerspanung vonTurbinenwerkstoffen –Herausforderung für Werkzeug und Prozess

siemens.com/gasturbinesFrei verwendbar © Siemens AG 2018

Markus Zapke

Frei verwendbar © Siemens AG 201802.03.2018Seite 2 Zapke / PG GT MLGT BLN TS

Vorwort für die gedruckte Version

Die hier zu sehende Vorab-Präsentation…

…des vorliegenden Tagungsbandes enthält naturgemäß nicht die „Tonspur“ des Vortrages.Sie kann durch Darstellungen, Bilder, Statements vielleicht etwas hinführen, bestenfalls ein wenigneugierig machen auf das, was es dann „live“ zu sehen und zu hören gibt.

Lassen Sie sich also hier lediglich etwas inspirieren von Tatsachen, Statements oder auch streitbarenGedanken.

und…

…bleiben Sie neugierigJ

Ihr Markus Zapke


Inhalt

Das ProduktMehr als nur eine Baugruppe - Die Gasturbine bei SiemensMehr als Bohren und Drehen - Vielfältige Anforderungen an die Bearbeitungstechnik

Herausforderungen der FertigungVerfahrensgruppenGenerelle HerausforderungenFertigungstrends – Fertigungsorganisation

Prozessbeispiele„Kleinteile“GroßbauteileSonderthemen der Zerspanung


Inhalt





Power und Gas bei Siemens

Power andGas

Wind PowerandRenewables

EnergyManagement

BuildingTechnologies

Mobility DigitalFactory

ProcessIndustries andDrives

Healthineers(separatelymanaged)

FinancialServices

Power Generation Services

Dresser-RandBusiness

Bus

ines

sU

nits

Bus

ines

sFi

elds

§ Gas turbines from100 to 425 MW

§ Electrical generators from25 up to 2,235 MVA

§ Industrial gas turbines from5 to 53 MW

§ Aeroderivative gas turbinesfrom 4 to 66 MW

§ Steam turbines from45 kW to 1,900 MW

§ Steam turbines for industrialapplications & powergeneration

§ 50 Hz and 60 Hz gas turbinepower plant solutions

§ CHP*, Desalination, IGCC**,Repowering

§ Integrated solar combinedcycle

§ HRSG***

§ DCS****, Turbine Controls

§ Small hydro power plants –water-to-wire solutions andservices

Large Gas Turbines,Generators

(PG GT)

Distributed Generation(PG DG)

Steam Turbines(PG SU)

Energy Solutions(PG ES)

Dresser-Rand(PG DR)

§ Reciprocating compressors,turbo compressors andcompressor trains

§ Gas engines

§ E-houses and modules

§ Distributed LNG

§ Power generation forOil & Gas

§ Related services

Div

isio

ns


Products portfolio

Gas turbines

Heavy-duty gas turbinesfrom 117 to 567 MW

Industrial gas turbinesfrom 5 to 57 MW

Aeroderivative gas turbinesfrom 4 to 66 MW

Utility steam turbinesfrom 250 MW to 1,900 MW

Industrial steam turbinesfrom 10 MW to 250 MW

Dresser Rand steam turbinesfrom <10kW to 25 MW

Generators25 to 2,235 MVA

• Air-cooled generators• Pressurized air-cooled generators• Water-cooled generators

GeneratorsSteam turbines


The digital revolution

Mechanical ProductionElectrification

Automation

Digitalization

Digitalizationis still beingdefined…

4th IndustrialRevolution3rd Industrial

Revolution2nd IndustrialRevolution1st Industrial

Revolution

Siemens has been at the forefront since the beginning of the Industrial Revolution


Das Siemens Gasturbinen Angebotsspektrum:Die passende Maschine für jede Anwendung

Heavy-dutygas turbines

Industrialgas turbines

Aeroderivativegas turbines

50H

z50

Hz

or60

Hz

60H

z450 MW

329 MW

187 MW

310 MW

250 MW

117 MW

53 to 66 / 54 to 62 MW

27 to 37 / 28 to 38 MW

4 to 7 MW

48 to 57 MW

40 / 41 MW

33 / 34 MW

24 / 25 MW

13 to 14 / 13 to 15 MW

8 / 8 to 9 MW

5 / 6 MW

39 to 44 MW

SGT5-9000HLSGT5-8000HLSGT5-8000HSGT5-4000FSGT5-2000ESGT6-9000HLSGT6-8000HSGT6-5000FSGT6-2000E

SGT-A65SGT-800SGT-A45SGT-750SGT-700SGT-A30 andSGT-A35SGT-600SGT-400SGT-300SGT-100SGT-A05

567 MW

481 MW

388 MW

Power Generation / Mechanical Drive, Performance at ISO conditions


Die Gasturbinenfertigung in Berlin

Motardstraße(Field Service Trainingand Repair Center)

Ludwigsfelde(Clean Energy Center)

Berlin plantHuttenstraße

Siemensstadt(Service, RefurbishmentShop Berlin, depot &manufacturing)

Ludwigsfelde(Energy LogisticsCenter)

Port Westhafen(Assembly & depot)


Die Gasturbine - Herz des Kraftwerks

§ Highest reliability: > 99%

§ Power output between 117 and 567 MW

§ Highest efficiency: 61%*

§ Environmental friendliness with lowestemission values

§ Flexibility

>1,000gas turbines

Proventechnology

delivered inmore than

60countries


Die Gasturbine - Herz des Kraftwerks

RotorProven rotor design with internal cooling air passages forworld-class fast (cold) start and hot restart capability

Easy rotor de-stacking on site due to disc assemblywith Hirth serration and central tie rod

CompressorVariable inlet guide vanes and three stagesof fast acting variable-pitch guide vanes (VGV)for improved part load efficiency and high loadtransients

High efficiency due to evolutionary 3D blading

All rotating compressor blades replaceable withoutrotor lift or rotor de-stacking

BearingsActive clearance control with Hydraulic ClearanceOptimization (HCO) for reduced degradation and clearance losses

TurbineHigh cycling capability due to fullyinternally air-cooled turbine section

3D four stage turbine with advancedmaterials and thermal barrier coating

Shorter outages: All turbine vanes andblades replaceable without rotor lift;vane 1, blade 1 & 4 replaceable withoutcover lift

CombustionAdvanced can annular combustionsystem

61% efficiencyin combined cycle


Inhalt





Verfahrensgruppen zur Herstellung von Turbinenkomponenten

Trennen

• Vermindern vonStoffzusammenhalt

Fügen

• Vermehren vonStoffzusammenhalt

Stoffeigenschaften ändern

• Physikalische und / oderchemischeEigenschaftsänderungen

Trennen

• Vermindern vonStoffzusammenhalt

Fügen


Stoffeigenschaften ändern

• Physikalische und / oderchemischeEigenschaftsänderungen

Fertigungsverfahren nach DIN 8580

à Alle Verfahrensgruppen werden zur Herstellung von Gasturbinen angewandt

Urformen

• Schaffen vonStoffzusammenhalt

Umformen

• Beibehalten vonStoffzusammenhalt

Beschichten


Extern

Intern

Urformen

• Schaffen vonStoffzusammenhalt

Umformen

• Beibehalten vonStoffzusammenhalt

Beschichten



Herausforderungen der Fertigung

MaterialsLead TimeVibrationReachabilityCosts (Tool/Fixture)Process StabilityAvailability (Tool-System)Feature Complexity

Machining Challenges


Herausforderungen der Fertigung

Materials

Lead Time

Vibration

Reachability

Costs (Tool/Fixture)

Process Stability

Availability (Toolsystem)

Feature Complexity

Standard highly heat-resistantSteel alloys

10 min 77 d

Setting up on table working in 6m heightand/or 4m reach

Direct access on outer surface Deep hole or backcounterbore

3€ for a simple drill 250 T€ for a broaching tool

Stable process, unattended highly controlled processes

Standard Tooling special tools

Basic Bore Hole X-mas tree grooves withdifferent tolerance schemes


Fertigungstrends

• Necessity of local manufacturing content• Load balancing• Manufacturing cost

International manufacturing networks driven by:

• Focusing on core competencies• Outsourcing of components or subassemblies instead of labor

Reduction of production depth

• Digital solutions in all areas of production process (i.e. design,manufacturing, quality, maintenance, logistics)

Digitalization


Produkt oder Prozess?

Fertigungsorganisation

Verrichtungszentralisation(Verrichtungsprinzip)

Betriebsmittel mit gleichartigenFunktionen an einem Ort

Objektzentralisation(Flussprinzip)

Anordnung Betriebsmittel entsprechendArbeitsfolge

+• Umstellung auf andere Produkte• größere Marktanpassungsfähigkeit• Einsatz von Universalmaschinen• vielseitigerer Einsatz von Arbeitskräften

-• höherer Transportaufwand zwischen den Maschinen• längere Warte- und höhere Durchlaufzeiten• hohe Lagerkosten (wip)• erschwerte Übersicht und Kontrolle

+• kürzere Durchlaufzeiten• gute Übersicht und Ablaufkontrolle• genaue Terminplanung

-• Umstellung auf andere Produkte schwierig• genaue Taktplanung notwendig• Ausgleich Beschäftigungsschwankungenproblematisch

• einseitige Arbeit


Produkt oder Prozess?

Fertigungsorganisation

Verrichtungszentralisation(Verrichtungsprinzip)

Betriebsmittel mit gleichartigenFunktionen an einem Ort

Objektzentralisation(Flussprinzip)

Anordnung Betriebsmittel entsprechendArbeitsfolge

Tendenziell bei Großkomponenten

Reduzierung von prinzipbedingtenNachteilen:

- Wertstromdesign, Einführungvirtueller Wertströme

- Vermeidung kreuzender Wertströme- Auslastungsnivellierung

Tendenziell bei Wiederholteilen

Reduzierung von prinzipbedingtenNachteilen:

- Flexibilisierung der Fließfertigung- Einsatz von Universalmaschinen


Inhalt





ProzesseArea: CombustionComponent: Double HolderProcess: MillingMaterial: Ni-based alloyChallenge: Five-axis-millingCriticality: 1(of 3)Tool: Carbide shaft mill


ProzesseArea: CombustionComponent: ManifoldProcess: Turning/MillingMaterial: Ni-based alloyChallenge: Machine vibrationsCriticality: 2(of 3)Tool: Carbide & Ceramic

inserts


ProzesseArea: Rotor, CompressorComponent: Compressor disk1Process: Back counterboreMaterial: Alloyed steelChallenge: - Back counterbore

operationCriticality: 2(of 3)Tool: Carbide


In der Live-Präsentation…

…gibt es an dieser Stelle mehr Ansichten und Beschreibungen bereits realisierter Projekte,die zur Vertiefung und Illustration der Aussagen des Vortrages dienen und ausschließlichdort gezeigt werden.

Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit

Ihr Markus Zapke

Nachwort für die gedruckte Version


Markus ZapkeTeamleiter Tooling, Equipment and ProcessesSiemens AGPower and Gas DivisionLarge Gas Turbines, Generators

Huttenstraße 1210553 Berlin

siemens.com

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Haftungsausschluss

Dieses Dokument enthält Aussagen, die sich auf unseren künftigen Geschäftsverlauf und künftige finanzielle Leistungen sowie auf künftige Siemens betreffendeVorgänge oder Entwicklungen beziehen und zukunftsgerichtete Aussagen darstellen können. Diese Aussagen sind erkennbar an Formulierungen wie „erwarten“,„wollen“, „antizipieren“, „beabsichtigen“, „planen“, „glauben“, „anstreben“, „einschätzen“, „werden“ und „vorhersagen“ oder an ähnlichen Begriffen. Wir werdengegebenenfalls auch in anderen Berichten, in Präsentationen, in Unterlagen, die an Aktionäre verschickt werden, und in Pressemitteilungen zukunftsgerichteteAussagen tätigen. Des Weiteren können von Zeit zu Zeit unsere Vertreter zukunftsgerichtete Aussagen mündlich machen. Solche Aussagen beruhen auf dengegenwärtigen Erwartungen und bestimmten Annahmen des Siemens-Managements, von denen zahlreiche außerhalb des Einflussbereichs von Siemens liegen.Sie unterliegen daher einer Vielzahl von Risiken, Ungewissheiten und Faktoren, die in Veröffentlichungen – insbesondere im Abschnitt Risiken des Jahresberichts– beschrieben werden, sich aber nicht auf solche beschränken. Sollten sich eines oder mehrere dieser Risiken oder Ungewissheiten realisieren oder sollte es sicherweisen, dass die zugrunde liegenden Erwartungen nicht eintreten beziehungsweise Annahmen nicht korrekt waren, können die tatsächlichen Ergebnisse,Leistungen und Erfolge von Siemens (sowohl negativ als auch positiv) wesentlich von denjenigen Ergebnissen abweichen, die ausdrücklich oder implizit in derzukunftsgerichteten Aussage genannt worden sind. Siemens übernimmt keine Verpflichtung und beabsichtigt auch nicht, diese zukunftsgerichteten Aussagen zuaktualisieren oder bei einer anderen als der erwarteten Entwicklung zu korrigieren.

Die in diesem Dokument genannten Handelsmarken und Warenzeichen sind Eigentum der Siemens AG bzw. ihrer Beteiligungsgesellschaften oder der jeweiligenInhaber.

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