Beschaffung Detail-Konstruktion, Nachberechnung und Fertigung einer Verdichterwelle und zweier Verdichterblisks (DFG-GZ: A 708)
Technische Beschreibung:
Bezeichnung des Auftrags:
Detail-Konstruktion, Berechnung und Fertigung von einer Verdichterwelle und 2 Verdichterblisks.
Kurzbeschreibung:
Im Rahmen des Auftrags ist eine vorgegebene Rotor-Konstruktion zu detaillieren, deren Betriebssicherheit (statisch, dynamisch) zu überprüfen sowie deren Rotordynamik nach anerkannten Regeln zu analysieren und in Rücksprache mit dem Anwender ggf. anzupassen. Der Rotor besteht aus einer Verdichterwelle, auf der eine der Verdichterblisks (gemeinsam mit den weiteren dafür notwendigen Bauteilen) montiert werden kann. Nach Abschluss der Berechnungen werden ein Exemplar der Verdichterwelle (Vergütungsstahl) und zwei Verdichterblisks (Ti-6Al-4V) durch den Auftragnehmer oder in seinem Unterauftrag gefertigt. Eine Blisk dient als Referenzblisk, die zweite Variante verfügt über eine geringfügig modifizierte Schaufelkontur. Der Schwerpunkt der Detail-Konstruktion liegt auf der sachgerechten Umsetzung einer lösbaren Welle-Nabe-Verbindung zwischen Verdichterwelle und -blisk, die eine einfache Montierbarkeit und damit schnelle Austauschbarkeit der Blisk-Varianten gewährleistet.
Ausgangssituation:
Im Rahmen des Projektes wird ein 1,5-stufiger Verdichter für aeroelastische Untersuchungen ausgelegt. Dabei wird ein bestehender Prüfstand für Axialverdichter mit einem neuen Rotor ausgestattet. Kernstück dieses Axialverdichters ist eine neue Rotorbeschaufelung in Integralbauweise (engl.: Blade Integrated Disk, Blisk) aus Titan, die in 2 verschiedenen Varianten untersucht werden soll.
Anforderungen:
Aufgrund der hohen Nenndrehzahl von 17.100 1/min sind neben einer einfachen Montierbarkeit des Verdichter-Läufers (für einen schnellen Austausch der Blisk) eine hohe Betriebssicherheit und stabile Rotordynamik über den gesamten Betriebsbereich zu gewährleisten. Die Bewertung der Betriebssicherheit und der Rotordynamik muss sowohl für einen schwingungsarmen Betrieb wie auch für einen Betrieb unter dem Einfluss von Schaufelflattern in einem Drehzahlbereich von 60 % bis 100 % der Nenndrehzahl erfolgen.
Aufgrund der hohen Anforderungen an die Festigkeit soll die Verdichterwelle aus dem Werkstoff 30CrNiMo8 oder einem Vergütungsstahl mit vergleichbaren Festigkeitseigenschaften gefertigt werden. Die Welle ist insgesamt 1 100 mm lang. Die Blisk-Varianten besitzen einen Außendurchmesser von 340 mm und bestehen aus der Titanlegierung Ti-6Al-4V.
Das Konzept sieht eine Welle-Nabe-Verbindung durch eine Hirth-Verzahnung zwischen Blisk und Wellenabsatz zur Momentübertragung vor. Die für die Hirth-Verzahnung notwendige Vorspannung soll mittels einer Tellerfeder erfolgen, für deren Dimensionierung der Axialschub, die thermische Relativdehnung der verwendeten Werkstoffe sowie Setz- und Kriechvorgänge berücksichtigt werden müssen.
Die grundlegende Gestaltung der Verdichterwelle außerhalb des Blisk-nahen Bereichs ist durch die Einbausituation im bestehenden Prüfstand weitestgehend vorgegeben bzw. in ihren Freiheitsgraden eingeschränkt. Entsprechend sind einige Wellenabsätze im Bereich der Lager- und Kupplungsstellen sowie der berührungslosen Dichtungen bereits durch die bestehende Konstruktion vorgegeben.
Die Geometrie der Blisk bestehend aus Schaufelform und Scheibenkontur wird vom Anwender vorgegeben und darf aufgrund der zugrundeliegenden aeroelastischen Auslegung durch den Auftragnehmer nicht verändert werden. Eine ggf. erforderliche Anpassung der Rotordynamik muss an den verbleibenden frei anpassbaren Wellenabsätzen erfolgen. Eine rotordynamische Abstimmung des Verdichter-Läufers durch Modifizieren des radialen Gleitlagers auf der Loslagerseite sowie des kombinierten Axial-Radial-Gleitlagers auf der Festlagerseite durch den Auftragnehmer ist möglich, sofern die Einbausituation im existierenden Prüfstand diese erlaubt.
Aufgaben des Auftragnehmers:
Im Folgenden sind die Aufgaben des Auftragnehmers zusammengefasst:
— Die vorhandene Konstruktion der Welle-Nabe-Verbindung ist sachgerecht auszugestalten. Bei Änderungen an der Welle-Nabe-Verbindung sind die Möglichkeiten des Anwenders zur eigenständigen Montage der resultierenden Läufer-Konstruktion zu beachten und in Zweifelsfällen Rücksprache mit dem Anwender zu halten.
— Für die Läuferkonstruktion ist eine Montage-Anleitung zu erstellen, die dem Anwender eine eigenständige Montage und Demontage des Rotors zum Austausch der Blisk ermöglicht.
— Die durch den Anwender bereitgestellte Blisk-Konstruktion darf nicht verändert werden.
— Die Rotordynamik ist zu analysieren und die daraus resultierenden notwendigen Anpassungen in den dafür vorgesehenen Wellenbereichen sind vorzunehmen. Die Lagerdaten und Geometrien (CAD-Modelle, Zeichnungen) des Prüfstands werden durch den Anwender zur Verfügung gestellt.
— Es ist ein schlüssiges Wuchtkonzept zu erarbeiten und in Form einer Arbeitsanweisung für die eigenständige Durchführung des Wuchtens durch den Anwender zu dokumentieren.
— Für alle Komponenten des Verdichterrotors (Welle, Blisk, ggf. weitere Komponenten) müssen ein statischer und ein dynamischer Festigkeitsnachweis zur Gewährleistung eines sicheren Versuchsbetriebs unter allen relevanten Betriebsbedingungen nach anerkannten Regeln erfolgen und gerichtsfest dokumentiert werden. Benötigte Betriebsparameter werden soweit vorhanden durch den Anwender zur Verfügung gestellt.
— Alle geleisteten Nachweise und Ergebnisse sowie Prüfzeugnisse sind vollständig zu dokumentieren. Jegliche Änderungen an der mitgelieferten Ausgangskonstruktion werden mit dem Anwender abgesprochen und ebenfalls protokolliert. Die finale Konstruktion wird in Form von CAD-Daten und eines kompletten Satzes zur Nachfertigung aller Bauteile erforderlichen technischen Zeichnungen an den Anwender übergeben.
— Die Fertigung der Verdichterwelle und der 2 Blisks (eine Referenzblisk und eine weitere Blisk mit leicht modifizierten Schaufelkonturen) sowie aller weiteren zur Inbetriebnahme erforderlichen Komponenten werden vom Auftragnehmer durchgeführt. Der Nachweis der Einhaltung aller geforderten Toleranzen wird in einem Abnahmeprotokoll festgehalten.
— Alle durch den Auftragnehmer gefertigten sicherheitsrelevanten Komponenten sind durch den Auftragnehmer auf Oberflächenrisse und Volumenfehler zu prüfen. Die Prüfergebnisse einschließlich der zugrunde gelegten Prüfanweisungen sind an den Anwender zu übermitteln.
—Für die Montage notwendige Werkzeuge (vertikaler Montagestand und Spannvorrichtung) sind durch den Auftragnehmer zu liefern. Kran und Hebezeuge sind am Einsatzort vorhanden.
— Der abschließende Wuchtvorgang vor Abnahme des Rotors kann durch den Auftragnehmer auf der Wuchtbank des Anwenders erfolgen. Dazu notwendige Wuchtmittel (Wuchtgewichte) sind durch den Auftragnehmer zu stellen.
Deadline
Die Frist für den Eingang der Angebote war 2015-09-27.
Die Ausschreibung wurde veröffentlicht am 2015-08-27.
Wer?
Wie?
Wo?
Geschichte der Beschaffung
| Datum |
Dokument |
| 2015-08-27
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Auftragsbekanntmachung
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