Triebstrangausrichtung und Live-Trend-Messung

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1 23. Windenergietage vom 11. bis 13. November 2014 Strategie zur Schadensvermeidung Triebstrangausrichtung und Live-Trend-Messung Ole Holstein PRÜFTECHNIK Group Seite 1

2 PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH Entwicklung und Produktion von Mess- und Prüfsystemen zur Maschinenausrichtung, Maschinenüberwachung und Service in den Bereichen der industriellen Instandhaltung und Qualitätssicherung. Firmensitz: Ismaning bei München Mitarbeiter: über 100 weltweit 14 Niederlassungen und über 70 Distributoren weltweit 300 Patente und 150 Marken Gegründet 1972 durch Dieter Busch Mitglied der PRÜFTECHNIK Gruppe mit über 550 Mitarbeiter weltweit Homepage: PRÜFTECHNIK Group Seite 2

3 Triebstrangausrichtung und Livetrendmessung Anlagenkonzepte und Komponenten des Antriebsstrang Kupplungsanforderungen bei Getriebeanlagen Was muss die Kupplung leisten und welche Rolle spielt dabei die Ausrichtung Ausrichtgrundlagen Modell zur Auswirkungen von Fehlausrichtungen. Betriebslasten in Getrieben, Kupplungen und Lagern. Aufgabe zur Schadensminimierung bei Windkraftanlagen (WKA). Woraus ergeben sich Ausrichtvorgaben und Toleranzen. Monitoring von betriebsbedingten Ausrichtzuständen auf WKA Praktische Ausrichterfahrungen. Resümee, Diskussion. Prinzipien der Messtechnik, Überwachung von Maschinenbewegungen Prüftechnik Alignment Systems GmbH Dipl. Ing. Ole Holstein PRÜFTECHNIK Group Seite 3

4 Getriebelose Anlage Bild von Firma Tembra PRÜFTECHNIK Group Seite 4

5 Getriebeanlage Bild von Firma Nordex PRÜFTECHNIK Group Seite 5

6 Freiheitsgrade der Ausrichtung PRÜFTECHNIK Group Seite 7

7 Fehlausrichtung als Schwingungsanregung - Winkelversatz Fehlausrichtungen x - Höhenversatz Paralellversatz y - Seitenversatz Umdrehung 1. Zyklus Umdrehung 1. Zyklus 2. Zyklus 4 Fdyn Fstat v fn = 1 Zyklus Bolzen t t SYSTEM hohe Steifigkeit REAKTION Schwingung fali = 1 fn ANREGUNG Paralell- oder Winkelversatz 4 SYSTEM niedrige Steifigkeit REAKTION Schwingung fali = 2 fn Fdyn Fstat v Zyklus Bolzen t 2. Zyklus t PRÜFTECHNIK Group Seite 11

8 Last + Lastwechsel bei Fehlausrichtung PRÜFTECHNIK Group Seite 12

9 Ursachen von Maschinenschäden PRÜFTECHNIK Group Seite 13

10 Wärmebild zeigt Leistungsverlust PRÜFTECHNIK Group Seite 14

11 Kupplungsarbeitsbereich Ein oft zitierter Kommentar ist sinngemäß : "... warum sich die Mühe machen den Generator auszurichten, wenn die Kupplung doch alle Wellenversätze ausgleichen kann. Maßgebend sind dabei aber nicht die größtmöglichen Wellenversätze die die Kupplung überlebt, sondern die sich aus der Federsteifigkeit der Kupplung ergebenen Rückstellkräfte, welche die Maschine verspannen und sich in den Lagern abstützen. Diese Rückwirkungskräfte steigen exponentiell zum Rand des Arbeitsbereiches der Kupplung an. Kupplung im Anschlag > Kräfte bis zum Bruch Deshalb auch die Empfehlung der Kupplungshersteller sinngemäß : Wellenversätze sollten im Interesse einer langen Lebensdauer, über die gesamte Betriebszeit so klein wie möglich gehalten werden. Fluchtende Wellen > keine Lastwechsel > hoher Wirkungsgrad > Gewährleistung aller Funktionen. Ausgeglichen werden muss in Summe : + Restfehler der Montage + Betriebsbedingte Verlagerungen beweglicher Maschinen + Verlagerungen mit der Zeit PRÜFTECHNIK Group Seite 20

12 Aufgabenstellung bei WKA mit Getriebe Alle betriebsbedingten Ausrichtungszustände = Arbeitsbereich der Windkraftanlage. Die Ausgleichsfähigkeit der Kupplung = Arbeitsbereich der Kupplung. Der Arbeitsbereich der Kupplung muss den Arbeitsbereich der Anlage immer überdecken. Die Kenntnis des Arbeitsbereiches der Anlage in Betrieb und auch bei einer Notbremsung, bestimmt die zweckmäßige Wahl der Kupplung, sowie deren Ausrichtung in Bezug auf Vorgabe und Toleranz. Werden die zulässigen Grenzen auch nur kurzzeitig überschritten, kann die Lebensdauer des Aggregates dramatisch reduziert werden. PRÜFTECHNIK Group Seite 21

13 Anlagenarbeitsbereich Betriebsbedingte Verlagerungen PRÜFTECHNIK Group Seite 22

14 Ohne Ausrichtvorgaben Nullausrichtung der Parallelversätze von Getriebe zu Generator in der Kupplungsebene Arbeitsbereich der Kupplung PRÜFTECHNIK Group Seite 23

15 Mit Ausrichtvorgaben Ausrichtvorgabe der Parallelversätze von Getriebe zu Generator Arbeitsbereich der Kupplung Vorgabe V Vorgabe H PRÜFTECHNIK Group Seite 24

16 Verlagerungsmessung im Betrieb? Macht der Anlagenhersteller Angaben über eine Ausrichtvorgabe? Hat sich diese Ausrichtvorgabe mit problemlosen Betrieb bewährt? Ist der Anlagenarbeitsbereich bekannt? Ist der Anlagenarbeitsbereich stabil, auch über die Zeit? Liegt der Anlagenarbeitsbereich deutlich innerhalb des Kupplungsarbeitsbereiches? Wenn ja Dann ist eine regelmäßige Ausrichtkontrolle Offline ausreichend. Wenn nein Dann ist der Arbeitsbereich einer Anlage zu erfassen, um die Ausrichtvorgaben zu optimieren Nach funktionstüchtiger Optimierung kann evtl. auf die Onlineverlagerungsüberwachung verzichtet werden um mit Ausrichtkontrollen Offline den Trend zu beobachten. PRÜFTECHNIK Group Seite 25

17 Erfassung von Maschinenbewegungen PERMALIGN an Prototypwindturbine Hersteller benötigt Informationen zur Kupplungsauslegung zwischen Getriebe und Generator bei Betriebsdrehzahl (~1.500 U/min) PERMALIGN System für 3 Monate installiert Zur Ausrichtung wurde auch die Drehzahl aufgezeichnet PRÜFTECHNIK Group Seite 26

18 Überwachung von Maschinenbewegungen Software ALIGNMENT Center Live Monitoring Verbindung zum PERMALIGN System über RS 232 oder sensalign über USB oder Bluetooth Weitere Sensoren (z.b. Temperatur, Drehzahl) können über diverse Eingänge angeschlossen werden Komfortable Messvorlagenerstellung Dimensionen Messdaten Report Ergebnisse PRÜFTECHNIK Group Seite 27

19 Ausrichtvorgaben Optimierter Sollwert Gemessener Istwert Sollwert Istwert = Korrekturwert. PRÜFTECHNIK Group Seite 28

20 Ausrichtmessung und Ausrichtkorrektur Setup Messen - Ergebnisse RES PRÜFTECHNIK Group Seite 29

21 Praktische Ausrichterfahrungen auf WKA Die Frage nach den besten Vorgabewerten bleibt oft unbeantwortet. Das zum Wellenausrichten nötige Drehen, ist erst nach dem Lösen der Bremse mit Rücksicht auf Windkräfte möglich. Durch die Bremssättel auf der Bremsscheibe ist der für die Messung nutzbare Drehbereich oft eingeschränkt (weniger als 100 ). Oft sind Demontagen von Schutzabdeckungen notwendig, um Messungen durchzuführen. Messungen sollten mit langen Mittelungszeiten an möglichst vielen Positionen über den größtmöglichen Drehbereich gemacht werden. Ideal und am Sichersten ist das Messen bei langsamen Trudelbetrieb Die Ausrichtarbeit nach der Ausrichtmessung ist oft mit eingeschränkter Beweglichkeit konfrontiert. Das kleinste Bewegungsintervall beim Positionieren ist oft zu groß, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. PRÜFTECHNIK Group Seite 30

22 Justagebeweglichkeit PRÜFTECHNIK Group Seite 31

23 Justagebeweglichkeit PRÜFTECHNIK Group Seite 32

24 Justagebeweglichkeit PRÜFTECHNIK Group Seite 33

25 Zusammenfassung und Diskussion Die Triebstrangausrichtung hat Auswirkung auf die Funktionstüchtigkeit einer Windkraftanlage Die korrekt eingestellten und zutreffenden Ausrichtvorgaben stellen sicher, das der Kupplungsarbeitsbereich den Anlagenarbeitsbereich überdeckt. Große Überdeckung = grobe Vorgabe und grobe Toleranz möglich Geringe Überdeckung = bestmögliche Vorgabe und kleine Toleranz nötig Regelmäßige Ausrichtkontrollen sind Zustandsinformation im Trend. Ausrichtveränderungen mit Trend verbrauchen Verlagerungsspielraum. Ausrichtkorrekturen füllen den Abnutzungsvorrat des Verlagerungsspielraums wieder auf. PRÜFTECHNIK Group Seite 34

26 Ausrichtmessmethoden PRÜFTECHNIK Group Seite 35

27 Doppelt-Radial Messprinzip PRÜFTECHNIK Group Seite 36

28 Überwachung von Maschinenbewegungen Produktportfolio Minuten Tage Monate Jahre Thermisches Wachstum laseroptisch messen ROTALIGN Ultra is Live-Trend Fundament-bewegungen hydrostatisch messen HYDRALIGN laseroptische Überwachung von Maschinen-bewegungen PERMALIGN PRÜFTECHNIK Group Seite 37

29 Überwachung von Maschinenbewegungen ROTALIGN Ultra is Live-Trend Kurzzeitiges Überwachen von Maschinenbewegungen Live-Trend ist eine Applikation zur Messung von Thermischem Wachstum für die Messplattform ROTALIGN Ultra is Geeignet für Messzeiträume bis ca. 1 Tag PRÜFTECHNIK Group Seite 38

30 Eine alte Weisheit der Instandhaltung Wer glaubt keine Ausrichtaufgaben zu haben, hat schon deshalb welche. PRÜFTECHNIK Group Seite 44