Drehmoment- und Schwingungsüberwachung zur Maximierung der Anlagenverfügbarkeit am größten Pilgerwalzwerk der Welt

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1 Drehmoment- und Schwingungsüberwachung zur Maximierung der Anlagenverfügbarkeit am größten Pilgerwalzwerk der Welt Dr. Jörg Deckers, Dr. Edwin Becker, Norbert Dahlhaus Flender Service GmbH Herne Condition Monitoring Center Gliederung: 1. Der Prozess des Pilgerwalzens zur Herstellung nahtloser Rohre 2. Modernisierung der Antriebstechnik 3. Überwachungstechnik 4. Ergebnisse -1-

2 Flender Service GmbH Germany Professional drive service from one source Maintenance / Modernisation Gear units (new and older design) Hardening jobs Spare parts (not only for Flender-Products) Service contracts Inspection/ Assembly service Condition Monitoring -2-

3 Ansichten vom früheren und heutigen Pilgerantrieb Ursprünglicher Direktantrieb Untersetzungsgetriebe mit Schwungrädern -3-

4 So findet der Prozessablauf der Herstellung nahtloser Rohre statt: Produktabmaße: D A = 219 mm mm L = 5 m - 16 m D W = 8 mm mm Quelle: V&M -4-

5 Prozessablauf beim Pilgerschrittverfahren 1. In ein dickwandiges, auf C erhitztes und vorgelochtes Vormaterial wird ein Dorn gefädelt und zwischen die Pilgerwalzen geführt. 2. Sobald das kegelförmige Walzenstück den Rundköper (Luppe) ansticht, wird eine Materialwulst aufgeworfen und bis zur gewünschten Rohrwanddicke über den Dorn gewalzt. 3. Dabei bewegt sich die Luppe mit dem Dorn in entgegengesetzter Materialflussrichtung mit der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen. 4. Nach dem der konische Walzenteil das Werkstück freigegeben hat, wird das Werkstück ein paar Grad um seine Längsachse gedreht und wieder in Materialflussrichtung vorgeschoben. 5. Durch den intermittierenden Prozess wirken auf den Walzenhauptantrieb periodische Anstichstöße sowie ständig wechselnde Belastungs- und Drehzahlverhältnisse. -5-

6 Aufbau des neuen Antriebsstranges Gerüstständer GWB-Kreuzgelenkköpfe Doppelschrägverzahntes Kammwalzgetriebe i = 1, Modul 30 M max = 6300 knm n = 0-40/85 U/min 2-stufiges doppelschrägverzahntes Stirnradgetriebe i = 7, to A_7 A_6 A_5 A_4 A_2 A_3 A_1 M_2 M_3 M_1 Arbeitswalzen Kaliber Kleeblattgelenkköpfe Hydraulisch vorgespannte Überlastkupplung (Safeset) mit Elastomerdämpfung Siemens 3200 kw Synchronmotor 0-280/599 U/min -6-

7 Vorteile der neuen Antriebstechnik Höhere Belastbarkeit Bessere Dynamik Erhöhte Verfügbarkeit Weniger Schäden der Brechbolzen der Kleeblattkupplung -7-

8 Photos der Antriebsstrangkomponenten Ursprünglicher Direktantrieb Safeset Kupplung mit Kammwalze Untersetzungsgetriebe mit Schwungrädern Kammwalzgetriebe -8-

9 Zustandsüberwachung und Event-Monitoring gehörten zum Lieferumfang Das Sondergetriebe wurde mit einem DriveAnalysator ausgeliefert. Flender Service konnten mit ruhigem Gewissen längere Gewährleistung auf das Getriebe abgeben, da die Maschine vom ersten Pilgerschlag an im Millisekunden-Bereich ständig auf Überlasten überwacht wird. Zwischenzeitlich sind 5 Jahre vergangen. Der Kunde war zufrieden und bestellte auch das neue Kammwalzgetriebe bei Flender Service. Es wurde im Herbst 2003 montiert und ebenfalls mit DriveAnalysator Überwachung ausgestattet -9-

10 Der DriveAnalysator in Internettechnologie setzte neue Masstäbe Unsere Anwendersoftware war schon zum damaligen Lieferzeitpunkt plattformneutral. Rechnertyp und Betriebssystem waren ebenfalls freigestellt Der Umgang mit WWW-Browsern und mußte damals noch dem Betreiberpersonal eintrainiert werden. Heute versteht es jeder, mit Internet-Software umugehen DriveAnalysator -10-

11 Eingesetzte Sensorik Stirnradgetriebe Mess kanal Messgröße Bemerkung Untersetzungsgetriebe M_1 A_1 A_2 A_3 T_1 T_2 AI_1 Drehmoment Getriebeabtriebswelle vor der Safeset-Kupplung Beschleunigung, Eingangswelle horizontal, motorseitig Beschleunigung, Eingangswelle horizontal, abtriebsseitig Beschleunigung, Abtriebs-/ Zwischenwelle, horizontal, abtriebsseitig Lagertemperatur, Antriebswellenlager, motorseitig Lagertemperatur, Antriebswellenlager, kammwalzseitig Motorstrom Messung über 2 um 180 versetzte Dehnungsmessstreifen-Halbbrücken. Beschleunigungsaufnehmer an der Stirnseite des Getriebes in der Nähe des motorseitigen Lagers Beschleunigungsaufnehmer an der Stirnseite des Getriebes in der Nähe des abtriebsseitigen Lagers PT 100 in Einschraubbohrung in unmittelbarer Lagernähe PT 100 in Einschraubbohrung in unmittelbarer Lagernähe dynamisches 4-20 ma-signal, skaliert im DriveAnalysator AI_2 AI_3 Motordrehzahl Auslösung Schlupfwächter dynamisches 4-20 ma-signal, skaliert im DriveAnalysator digitales Schaltsignal zur Überwachung der Auslösung der Safeset-Kupplung -11-

12 Eingesetzte Sensorik Kammwalzgetriebe Kammwalzgetriebe M_2 M_3 A_4 A_5 A_6 A_7 T_3 T_4 T_5 T_6 Drehmoment obere Kammwalzgetriebewelle, abtriebsseitig Drehmoment untere Kammwalzgetriebewelle, abtriebsseitig Beschleunigung, untere Welle, horizontal, antriebsseitig Beschleunigung, untere Welle, horizontal, abtriebsseitig Beschleunigung, obere Welle, horizontal, antriebsseitig Beschleunigung, obere Welle, horizontal, abtriebsseitig Lagertemperatur, untere Welle, antriebsseitig Lagertemperatur, untere Welle, abtriebsseitig Lagertemperatur, obere Welle, antriebsseitig Lagertemperatur, obere Welle, abtriebsseitig Messung über 2 um 180 versetzte Dehnungsmessstreifen- Halbbrücken. Messung über 2 um 180 versetzte Dehnungsmessstreifen- Halbbrücken. Beschleunigungsaufnehmer an der Längsseite des Getriebes, motorseitiges Lager, unten Beschleunigungsaufnehmer an der Längsseite des Getriebes, gerüstseitiges Lager, unten Beschleunigungsaufnehmer an der Längsseite des Getriebes. motorseitiges Lager, oben Beschleunigungsaufnehmer an der Längsseite des Getriebes, gerüstseitiges Lager, oben PT 100 in Einschraubbohrung in Lagernähe PT 100 in Einschraubbohrung in Lagernähe PT 100 in Einschraubbohrung in Lagernähe PT 100 in Einschraubbohrung in Lagernähe -12-

13 Drehmomentenmesstechnik Torsionswelle -13- Sensorsignalverstärker Stationäre Antenne Signalaufbereitung und Stromversorgung 120,0 DMS Rotierende Antenne

14 Datenerfassungs- und Analysekonzept DriveAnalysator Automatische Messdatenanalyse - Überlastmonitoring und RainFlows - Zustandserfassung und - Frequenzanalysen Frequenzselektiver Grenzwertvergleich in schadensbeschreibenden Frequenzbereichen 1. Automatische Messdatenerfassung in repräsentativen Betriebszuständen 4. - Täglicher Messdatenversand - -Alarmierung im Falle der Grenzwertverletzung FLENDER SERVICE 5. - Sichere Datenbankarchivierung der Daten - Tiefendiagnose durch Flender Spezialisten im Alarmfall - Regelmäßige Berichtserstellung und bei frühzeitig detektierten Schäden - Planung und Durchführung der Instandhaltungs- und Reperaurmaßnahmen in engem Kundenkontakt -14-

15 Drehmoment Event-Monitoring Drehmomentverläufe vor der Safeset- Kupplung sowie am oberen und unteren Kammwalzabtrieb. Zum Ende des Pilgerprozesses hin erhöhte Momente aufgrund des kälteren Rohmaterials => Optimierung der Lastverteilung (Stellung der Kaliberangriffe) Hochauflösende Drehmomentmessungen liefern Aufschluss über die Drehschwingungsdynamik => Optimierung der Belastungskollektive -15-

16 Phasen des Pilgerprozesses Anpilgern 2. Übergang zum Regimewalzen 3. Regimewalzen => Optimierung der Prozessführung -16-

17 Event-Monitoring Auslösegrenzmomente: M_1: M_2: M_3: >4000 knm >2000 knm >2000 knm => Schnelle Fehlerdiagnose im Fall von Spindelbrüchen => Optimale Einstellung des Auslösepunktes der Sicherheitskupplung -17-

18 Langzeit Trendanalyse Beispiel: Verläufe von Lagertemperaturen und Drehmomentmaxima => Früherkennung von Verschleißschäden -18-

19 Drehzahlwächter Drehzahlerfassung über Impulsgeber auf den Zahnköpfen Bildung der Differenzgeschwindigkeit und Grenzwertüberwachung Ergebnis dient als Abschaltkriterium für ausgelöste Sicherheitskupplung -19-

20 DriveAnalysator und GearController passen in jedes TCP/ IP-Netzwerk Leitstand Netzwerk Stationen Router GearController GearController GearController -20- Auswertestation Prozess- Technik SPS Monitoring- und Diagnosesysteme GearController haben einen Webserver on-board, damit eine eigene IP- Adresse und sind voll netzwerk- und telediagnosefähig

21 Die Zukunft ist vorbereitet, lassen Sie uns gemeinsam von Entwicklungen aus der Windbranche profitieren -21-