Condition Monitoring von Windenergieanlagen

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1 Condition Monitoring von Windenergieanlagen

2 Inhalt Das Unternehmen im Überblick Instandhaltungsstrategien / Zustandsorientierte Instandhaltung Überwachte Komponenten und Erscheinungen Zusammensetzung einer Condition Monitoring Dienstleistung Systemerweiterungen Stand der Technik / Stand der Forschung Installationsbeispiel eines CMS Schadensverlauf mit und ohne CMS / Condition Monitoring Praxisbeispiel Diagnosesicherheit Schadensbegutachtung Schadensklassifizierung WEA Typenverteilung CMS / VE Wissensdatenbank Ausblick und Anhang

3 Das Unternehmen im Überblick 8 Jahre Erfahrung in der Zustandsüberwachung von WEA Standort des Unternehmens: Langenhorn / Schleswig- Holstein Dienstleistungsspektrum: Zustandsüberwachung online sowie mobil über Condition Monitoring System Lösungen, Videoendoskopie, Schadensbegutachtungen, Materialuntersuchungen, Thermografie, Belastungsmessung Über 600 mittels online oder mobiler CMS gemessener WEA bis in die Multimegawattklasse Qualitätsmanagementsystem der Überwachungsstelle nach ISO 9001:2008

4 Instandhaltungsstrategien Zustand 100 % zustandsunabhängige Revision zustandsorientierte Instandsetzung Totalausfall zustandsorientierte Instandhaltung schadensbedingte Instandhaltung vorbeugende Instandhaltung 0 % Zeit

5 Kostenminimale Instandhaltungsstrategie Einsatz innovativer Überwachungstechnologien zur Fehlerfrüherkennung Standard in der Industrie => in der Windenergie noch in den Kinderschuhen. Kostenoptimierung durch zustandsorientierte Instandhaltung. Kosten Summe der Instandhaltungskosten Minimum Kosten für zustandsorientierte Instandhaltung 0 0 Kosten für reaktive Instandhaltung Grad des Einsatzes 0 % 100 % zustandsorientierter Instandhaltung

6 Zustandsorientierte Instandhaltung Die Vorteile Rechtzeitig Handeln und Schäden minimieren oder warten bis zum Crash? Früherkennung von Verschleiß und Schäden am Antriebstrang Planbare Instandhaltung Reduzierte Ausfallzeiten Geringe Folgeschäden Keine teuren Revisionen Minimale Betriebskosten Risikoabsicherung Erhöhung der Betriebssicherheit

7 Überwachte Komponenten und Erscheinungen Früherkennung von Verschleiß und Schäden am Antriebsstrang: Hauptlager Getriebelager Getriebeverzahnungen Generatorlager Ausrichtfehler Unwuchten Ölpartikel u. qualität Rotorblätter auf Strukturveränderungen Überwachung weiterer Erscheinungen, Messgrößen sowie Funktionen: Turmschwingungen Rotorblattschwingungen sonstige Resonanzerscheinungen Fundament, Turm, Schraubverbindungen Lüfter, Pumpen, Drücke, Temperaturen, Schaltzustände, Netzparameter Implementierung eigener Algorithmen und Funktionen auf SQL Ebene

8 Zusammensetzung einer CM Dienstleistung

9 Funktionsprinzip Maschinendiagnose Frequenzselektive Wälzlager- und Getriebeüberwachung Kinematik zustandsabhängige Körperschallemission Abwälzbewegung in Lagern Zahneingriff in Getrieben Spektralanalyse Tiefenanalyse der Messdaten und erfassen des Maschinenzustandes

10 CMS Software und spezifische Anwendungen Übersichtlichkeit gutes Handling individuelle Konfigurationsmöglichkeiten Software Schnittstellen spezifische Anwendungen auf Datenbank (SQL) Ebene

11 CMS Hardware Technische Daten eines CMS IP65 Schaltschrank mit eingebauter Zustandsüberwachungseinheit und folgenden technischen Daten: 16 (32, 48 usw.) analoge Eingänge für Sensoren 2 digitale Eingänge z.b. für Drehzahlmessung, Triggersignale Relais Ausgänge Überspannungsschutz für alle Ein- und Ausgänge (4kV) 2 Ethernet TCP/IP 10Mbit/s Schnittstellen Modbus RS 485 Schnittstelle (ggf. zum Anschluss eines Partikelzählers, Rotorblattsensors, Brandschutzsystems, usw.) CAN Bus, OPC usw. unabhängige eigene Spannungsversorgung 400 / 230 VAC unabhängige Leistungsmessung unabhängige Drehzahlmessung über Näherungsschalter oder optischer Impulsgeber Beschleunigungssensoren mit Anschlusskabeln Vorinstallierte Firmware im CMS zur automatischen Datenübertragung über das Parknetzwerk sowie DFÜ-Verbindung an den Condition Monitoring Server der GEO CMC GmbH

12 CMS Hardware und EDV

13 Systemerweiterungen Stand der Technik / Stand der Forschung Ölpartikelzähler (Impulszähler / Größenklassenzähler) Ölqualitätssensorik (Viskosität, Dielektrizität, spezifischer Widerstand, Temp.)

14 Systemerweiterungen Stand der Technik / Stand der Forschung Laserdistanzmessung (z.b. Windcomp / SKF) Schwingungsmessung (z.b. IGUS) ein- oder auflaminierte Lichtwellenleiter (z.b. Insensys) Bauwerk-, Verschraubungsüberwachung usw.

15 CMS Installation Nordex N90-2,3MW

16 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Hauptlager Beschleunigungs- Sensor / Verformungssensor

17 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Getriebe Planetenstufe 1 und 2 PG2 GS radial PG 1 RS PG 1/2 mitte radial

18 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Getriebe Stirnradstufe LSS/HSS RS radial LSS/HSS GS radial

19 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Generator A-Seite B-Seite

20 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Drehzahlerfassung und Leistungssignal Drehzahlsensor Stromwandler

21 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Condition Monitoring System und CM-Schaltschrank CM Schaltschrank in der Gondel CM-Schaltschrank im Turmfuß (Datenkommunikation und Leistungsmessung) Condition Monitoring System im Maschinenhaus

22 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Hydraulikeinheit Pumpe Motoren Ventile usw.

23 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Getriebeölpumpe Pumpe Motor Drucksensoren Temperaturen usw.

24 CMS Installation Nordex N90-2,3MW Ventilator / Kühlsystem Ventilator Motor Drucksensoren Temperaturen Ventile usw.

25 CMS Installation Nordex N90-2,3MW

26 Schadensverlauf mit und ohne CMS Kurzübersicht frühzeitig detektierte Schäden mit Einsparpotential

27 Condition Monitoring - Praxisbeispiel Getriebe Serienschaden Gewährleistungszeit Schaden an der Sonnenverzahnung Beschleunigungssensor Getriebe geschädigtes Zahnrad

28 Trendverlauf des Verzahnungsschadens nahezu konstanter Trendverlauf keine Anzeichen von Schadfrequenzen im Spektrum

29 Trendverlauf des Verzahnungsschadens Anstieg im Trendverlauf Schadfrequenzen im Spektrum

30 Getriebeinspektion Verstärktes Tragen im Kantenbereich der Zahnkopfflanke

31 Trendverlauf des Verzahnungsschadens deutlicher Trendanstieg deutliche Schadfrequenzen im Spektrum

32 Getriebeinspektion verstärktes Tragen im Kantenbereich deutliche Pittingbildung erste deutliche Fressspuren

33 Tausch des Sonnenritzels

34 Diagnosesicherheit Fehlerbehebung auf Basis gesicherter Erkenntnisse Online Schwingungs- und Ölpartikelüberwachung Weiterführende Untersuchungen zum Abgleich festgestellter Auffälligkeitsentwicklungen Ölanalysen und Ölfilteruntersuchungen Videoendoskopie Belastungsmessung Fortlaufende Beobachtung von Auffälligkeitsentwicklungen Schwingungstrendverlauf, Öl Modifikation, Nanobeschichtung, Instandsetzungsplanung

35 Schadensbegutachtung / Materialuntersuchung Abgleich realer Schaden - Messdaten

36 Schadensklassifizierung und Kennzeichnungssystem WEA Typ Hersteller und Typ WEA-Leistung [kw/100] Hauptkomponente HL Hauptlager GT Getriebe GE Generator Getriebe / Generator Typ Hersteller, Typ und Revisionsstand Schadensposition Teilkomponente AR Außenring IR Innenring BA Wälzkörper CA Käfig V Verzahnung allgemein / komplett Schadensentwicklung 1 sehr langsam 2 langsam 3 schnell 4 sehr schnell 5 unbekannt Teilkomponente 1 Lager 2 Verzahnung Welle AW_ PS_ LSS IMS HSS Antriebswelle Planetenwelle langsame Welle Zwischenwelle schnelle Welle Betriebsstunden [h] Produktion [kwh] Schaden MB-Schaden real mit CMS / worst case ohne CMS BU-Schaden real mit CMS / worst case ohne CMS Einsparpotenzial Schadensposition RS rotorseitig GS generatorseitig AS A-Seite BS B-Seite RI Ritzel RA Rad Standort z.b. CORINE-Modell Verknüpfung Katalog RDS-PP (Kennzeichnungssystem) und Wissensdatenbank

37 WEA Typenverteilung CM und Videoendoskopie

38 Wissensdatenbank Diagnosedatenbank Auffälligkeitsentwicklungen Anlagen- und Bauteilverhalten Trendbeobachtung Softwareoptimierungen Schadensauswertung Begutachtung Klassifizierung RDS-PP (Kennzeichnung) Kostenbetrachtung Kooperation Hochschulen Industrie Ingenieurbüros Betriebsführer Firmennetzwerk zur Instandsetzungsoptimierung Upgrades und Modifikationen Ersatzteilverfügbarkeit Wissensdatenbank Statistische Auswertungen und Sortierung nach WEA / Getriebe / Generator-Typen, Leistungsklassen, Schadensbildern, -entwicklung etc. Instandhaltungs- und Betriebsoptimierung Beteiligung an FGW Richtlinienarbeit VDI Richtlinienarbeit Forschungsvorhaben Arbeitskreisen Beiräten

39 Ausblick Heutige WEA mit großen Anlagenleistungen sind als Kraftwerke anzusehen und erfordern angepasste und innovative Instandhaltungskonzepte. Schäden müssen rechtzeitig erkannt und somit Betriebskosten minimiert werden. Moderne Messtechnik zur Zustandserfassung bietet die Basis dafür. Datenbankbasierte Schadensanalysen stellen die Basis für eine Instandhaltungsoptimierung und Risikoabschätzung.

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! GEO CMC GmbH Dipl.-Ing. Roman Wolff Geschäftsführer Redlingsweg Langenhorn +49-(0)

41 Anhang 1 Alleinstellungsmerkmale Betrachtung aus unabhängiger Sicht Zertifizierung nach ISO Qualitätsmanagementsystem CMS Softwareoptimierung für Windenergieanwendungen Umfangreiche Referenzliste mit vermiedenen Großschäden Umfangreiche Wissensdatenbank zur Risikoabschätzung Laufzeitdokumentation durch monatliche Berichterstellung Datenbanksystem Eigene Installations- und Supportkompetenz (Referenzen an nahezu allen WEA-Typen) Anlagenoptimierte Komplettinstallationen von Condition Monitoring Systemen Umfangreiche Kompetenzen für Videoendoskopie Umfangreiche Kompetenzen für Schadensbegutachtungen Umfangreiche Kompetenzen für Materialuntersuchungen Umfangreiche Kompetenzen für WEA-Gutachten Hilfe beim Instandsetzungsmanagement durch Firmennetzwerk

42 Anhang 2 Condition Monitoring aus einer Hand Komplettlösungen aus einer Hand: Leasing oder Kauf von CMS Schlüsselfertige Installation WEA-spezifische Konfiguration neutrale und unabhängige Überwachung detaillierte Diagnose Datenarchivierung / Diagnosedatenbank Beweissicherung Monatsberichte Handlungsempfehlungen Weiterführende videoendoskopische Untersuchungen ergänzende Schadensbegutachtungen Schadensauswertung

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