Fachtage und Webinare 2010

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1 Fachtage und Webinare 2010 Informationen von Anwendern für Anwender Liebe Leserinnen und Leser, in verschiedenen Regionen in Deutschland und Österreich haben wir für Sie Fachtage organisiert. Im Mittelpunkt unserer Fachtage steht der fachliche Informationsaustausch von Praktikern zu Praktiker. Nehmen Sie teil und profitieren auch Sie von interessanten Diskussionen: 30. Sep in der Allianz-Arena in München: Elektromotoren Neuigkeiten, Instandhaltung, Überwachung und Betrieb 07. Okt in der Red Bull Arena in Salzburg: Verfügbarkeitsoptimierung durch innovative Wartungskonzepte an Seilbahnen und Beschneiungsanlagen 16. Nov in der Rhein-Neckar-Arena in Sinsheim: Energieeffizienz Effizienzsteigerung elektrischer, rotierender Anlagen 30. Nov im Bayerischen Bahnhof in Leipzig: Energieeffizienzsteigerung an Pumpen und Antrieben Mehr Infos finden Sie unter Webinare der neue Trend für den schnellen und bequemen Informationsaustausch. Das Wort Webinar setzt sich aus den Wörtern Web und Seminar zusammen. Ein Webinar ist also ein internetbasiertes Treffen. Es werden Präsentationen gezeigt und gleichzeitig kann dem Vortragenden zugehört werden. Die Teilnehmer können aufgrund der bidirektionalen Kommunikation jederzeit Fragen stellen. Der große Vorteil dabei ist, dass alle Teilnehmer bequem im Büro vor dem Computer sitzen können und dadurch zeitraubende und kostspielige Dienstreisen entfallen. Natürlich kann ein Webinar eine Beratung vor Ort nicht ersetzen! Gerne ist unser Außendienstteam bereit, Ihre Fragen persönlich zu beantworten. Das erste Webinar zum Thema ROTALIGN Ultra - die Expertenplattform für laseroptisches Ausrichten fand Mitte Juli statt. Wir wiederholen das Webinar zum selben Thema am 15. September um Uhr. Melden Sie sich einfach an unter: info@pruftechnik.com Auch auf den kommenden Fachmessen sind wir selbstverständlich für Sie da und freuen uns auf Ihren Besuch an unserem Stand. Ihr Markus Brotsack Vertriebsleiter DACH PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH In dieser Ausgabe finden Sie Berichte zu Wellenausrichten Pumpenwachstum richtig ermitteln Albert Einstein und das Wellenausrichten Praxis-Tipp Nur schauen, nicht anfassen! Termine auf einem Blick Messen 2010 Ein Unternehmen der PRÜFTECHNIK-Gruppe PRÜFTECHNIK Tel.: +49 (0) Alignment Systems GmbH Fax: +49 (0) Freisinger Str info@pruftechnik.com Ismaning, Deutschland

2 Pumpenwachstum richtig ermitteln Der folgende Artikel zeigt, wie Sie mit den Mitteln des Instandhalters das thermische Wachstum Ihrer Aggregate ermitteln und für die Ausrichtung berücksichtigen können. In dem Praxisbeispiel handelt es sich um eine Motor-Pumpen-Anordnung, mit deren Hilfe heißes Öl für verschiedene Prozesse befördert wird. Da die Betriebstemperatur des zu transportierenden Öls bei 280 C liegt, erreichen die Füße der Pumpe aufgrund der Wärmeübertragung durch das heiße Medium eine Temperatur von bis zu 150 C. Die Temperaturdifferenz zum Kaltzustand bei 30 C Raumtemperatur führt zu einer Ausdehnung des Pumpenmaterials. Die thermische Ausdehnung wiederum hat einen direkten Einfluss auf die Höhe der Pumpenachse und damit auf die Fluchtung zur Achse der Antriebsmaschine. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Ermittlung des thermischen Wachstums von Anlagenkomponenten, welche sich durch Aufwand, Kosten und Qualität unterscheiden. Wie lässt sich nun der Grad der thermisch bedingten Ausdehnung am einfachsten bestimmen und bei der Ausrichtung im Kaltzustand berücksichtigen? INFO Im Betriebszustand führt bereits ein Versatz der Drehachsen von Antriebs- und Arbeitsmaschine von nur wenigen Zehntelmillimetern zu vorzeitigem Lagerverschleiß, erhöhten Schwingungen und einer unerwünschten Steigerung der Leistungsaufnahme. Abbildung 1: Ralf Baraniak (links), Geschäftsführer der Wolfgang Mehner GmbH im Gespräch mit einem Mitarbeiter Herstellervorgaben Von Herstellern ermittelte Vorgabewerte für das thermische Wachstum sind normalerweise in den Spezifikationen der Aggregate angegeben. Herr Baraniak, Geschäftsführer der Wolfgang Mehner GmbH, meint dazu: Es kommt in der Praxis leider häufig vor, dass für Pumpen nur sehr begrenzt Vorgaben für das thermische Wachstum existieren. Und selbst wenn vom Hersteller Angaben zur thermischen Ausdehnung ermittelt wurden, sind diese mit Vorsicht zu genießen. Eine Pumpenanlage besteht in seiner Gesamtheit aus Motor und Pumpe und ist aber auch gebunden an das vorhandene Fundament-, Leitungsund Behältersystem. In der Praxis verhält sich das Ganze leider oft nicht wie auf dem Papier. 2

3 Einsatz von Lasermesstechnik Mit der in der Instandhaltung verbreiteten Messtechnik ist es möglich, eine schnelle Ermittlung des thermischen Wachstums der Pumpendrehachse zur Motordrehachse zu realisieren. Zum Einsatz kommt in diesem Fall das laseroptische Wellenausrichtsystem OPTALIGN smart, welches mit einem Laserstrahl die Fluchtung der Rotationsachsen von Maschine und Pumpe bestimmt und normalerweise zur Maschinenausrichtung verwendet wird. Durch eine kurze Wellendrehung von etwa 60 Grad wird die exakte Lage der beiden Drehachsen zueinander ermittelt. Grundlage für die Ermittlung des thermischen Wachstums sind zwei Messungen, wobei die erste im Warmzustand (direkt nach dem Ausschalten der Anlage) und die zweite Messung im Kaltzustand bei Umgebungstemperatur erfolgt. Mathematisch ergibt die Differenz aus den beiden Messwertaufnahmen das relative thermische Wachstum von Pumpe zu Motor, welches für die richtige Fluchtung der Drehachsen von Bedeutung ist. Man kann das e und horizontale thermische Wachstum auf die Füße oder Lagerstellen eines Aggregates beziehen. Weiterhin ist die Angabe von Kupplungsvorgaben in Form von Klaffung und Versatz möglich. In unserem Fall soll das relative thermische Wachstum an den Füßen der Pumpe ermittelt werden. Der Vorteil dieses Kennwertes ist die spätere direkte Eingabemöglichkeit in das Ausrichtsystem, so dass bei der Kaltausrichtung diese Werte automatisch für die Berechnung der Maschinenausrichtung berücksichtigt werden können. Maschinenausrichtung bedeutet, dass die Aggregate im Kaltzustand so zueinander angeordnet werden, dass die Achsen im heißen Betriebszustand fluchten. Messung im Heißzustand (direkt nach dem Ausschalten) Das Messsystem wird so konfiguriert, dass der Motor als statisch und die Pumpe als beweglich definiert wird und sich die berechneten Korrekturwerte auf die Pumpenfüße beziehen: Korrekturwerte, Heißzustand kupplungsnahes Pumpenfußpaar horizontal 0,17 mm 0,20 mm kupplungsfernes Pumpenfußpaar horizontal 0,13 mm 0,13 mm Messung im Kaltzustand (nach Abkühlung auf Raumtemperatur) Auch hier werden nach einer kurzen Wellendrehung die notwendigen Korrekturwerte berechnet und angezeigt: Korrekturwerte, Kaltzustand kupplungsnahes Pumpenfußpaar 0,46 mm horizontal 0,22 mm kupplungsfernes Pumpenfußpaar 0,35 mm horizontal 0,16 mm Differenz der Messwertaufnahmen Die Differenz der aufgenommenen Korrekturwerte ergibt den Wert der Lageänderung des Motors zur Pumpe: Differenz der Korrekturwerte kupplungsnahes Pumpenfußpaar Abbildung 2: Antriebsmotor und Ölpumpe, Messsensorik und OPTALIGN smart Computer im Einsatz 0,29 mm horizontal 0,02 mm kupplungsfernes Pumpenfußpaar 0,22 mm horizontal 0,03 mm 3

4 Aus diesen Berechnungen ergibt sich, dass sich die Drehachse der Pumpe im Verhältnis zur Motordrehachse im Bereich der Pumpenfüße im kupplungsseitigen Bereich um 0,29 mm und im kupplungsabgewandten Bereich um 0,22 mm anhebt. Es ist zu beachten, dass diese ermittelten Werte den relativen Wert Pumpe zu Motor darstellen und nur in dieser Anordnung gelten. Diese Werte können nicht als das absolute thermische Wachstum der Pumpe betrachtet werden. Zudem gelten diese Werte für das in diesem Fall besonders heiße Fördermedium, welches das thermische Wachstum der Pumpe verstärkt. Vergleich mit theoretischen Werten Wenig hilfreich ist es, die thermische Längenausdehnung mit der entsprechenden Formel zu berechnen und alle weiteren Einflussfaktoren unberücksichtigt zu lassen, wie im folgenden Beispiel sichtbar wird: l = l * * T l = thermische Ausdehnung l = Länge des Objektes im Kaltzustand = Längenausdehnungskoeffizient T = Temperaturdifferenz in Kelvin Krafteinwirkung von Rohrleitungen oder durch Fundamentbewegungen. Hier wird deutlich, dass die Verwendung eines praktisch ermittelten Wertes immer zu bevorzugen ist. Eingabe der Werte Diese praktisch ermittelten Werte können nun im laseroptischen Ausrichtsystem als thermische Wachstumswerte der Pumpe zum Motor eingegeben werden: Abbildung 3: Eingabe des thermischen Wachstums im OPTALIGN smart Mit diesen zugewiesenen Vorgabewerten wird eine ganz normale Maschinenausrichtung in horizontaler und er Richtung durchgeführt. Hinweis Dieses Verfahren stellt eine schnelle und praktische Ermittlung thermischer Veränderungen dar und ist in jedem Fall theoretischen Werten vorzuziehen. Es ist aber kein Ersatz für hochwertige Online-Monitoring-Systeme zur langfristigen Überwachung und Ermittlung von Lageänderungen während des Betriebs einer Anlage. Für eine exakte Ermittlung des thermischen Wachstums müssen die Lageänderungen während des Betriebs live und unter verschiedenen Betriebsbedingungen aufgenommen und anschließend ausgewertet werden. Für diese anspruchsvollen Aufgaben sind Online-Monitoring-Systeme wie PERMALIGN, HYDRALIGN oder in einigen Fällen ROTALIGN Ultra Live Trend die bessere Wahl, denn diese können auch während des Betriebs der Anlage Messwerte über einen beliebigen Zeitraum aufnehmen. Mit dieser Formel ergibt sich für die gusseiserne Pumpe bei einem Temperaturunterschied von 120 K (150 C minus 30 C) und einem Abstand der Drehachse zum Fuß von 50 cm folgender Wert: l = 0,5 m * 0,0106 mm/mk * 120 K = 0,636 mm Im Vergleich zu den gemessenen Werten ist dieser Wert deutlich höher. Die Ursache liegt darin, dass auch der Motor im Betrieb wärmer wird und sein thermisches Wachstum den relativen Zahlenwert entsprechend verringert. Weiterhin finden wir bei Pumpen oft einen erheblichen äußeren Einfluss vor, beispielsweise durch eine mechanische Abbildung 4: es Ausrichtergebnis, unter Vorgabe des thermischen Wachstums Der lachende Smiley zeigt, dass die Aggregate für den Betrieb perfekt ausgerichtet sind. Mit vorzeitigen Lager- und Dichtungsschäden durch eine fehlerhafte Ausrichtung ist nicht mehr zu rechnen. Marco Boëtius, Dipl.-Ing. PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH OPTALIGN smart ist ein eingetragenes Warenzeichen der PRÜFTECHNIK Dieter Busch AG. 4

5 Albert Einstein und das Wellenausrichten Verglichen mit der Nutzungszeit von Maschinen steckt die moderne Technologie zur Maschinenausrichtung noch in den Kinderschuhen. Aber was hat Albert Einstein mit dem modernen Wellenausrichten zu tun? Seit der Mensch Maschinen einsetzt, versucht er, diese optimal aufzustellen. Dabei standen früher vor allem eine reduzierte Geräusch- und Schwingungsentwicklung im Vordergrund. Mit einer Justierung und Verschiebung nach Augenmaß versuchte man, eine optimale Ausrichtung zu erreichen. Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden die ersten Messwerkzeuge zur Wellenjustierung drehender Aggregate entwickelt. Maßgeblicher Erfinder war dabei John Logan, dessen mechanische Messuhr im Jahr 1883 patentiert wurde. Die mechanische Messuhr sollte für die kommenden Jahrzehnte das am meisten verwendete Messgerät zum Wellenausrichten werden. Zu jener Zeit wurden rein mechanische Nivellierungssysteme (Isgrig, 1894) und auch kombinierte mechanisch-optische Systeme für das Wellenausrichten (Kinkead, 1901) zum Patent angemeldet. Mit den neu erfundenen Messwerkzeugen begannen auch die ersten systematischen und wissenschaftlichen Untersuchungen über das Schwingungsverhalten von rotierenden Anlagen (Veröffentlichung von S. Dunkerley im Jahre 1894). Dabei fand man heraus, dass durch die optimale Ausrichtung der Wellen zueinander die Schwingungen am gesamten System reduziert werden können. Messuhrverfahren Joseph Christian revolutionierte im Jahr 1946 das Wellenausrichten, indem er die sogenannte Face-Face-Methode entwickelte folgte die Patentierung der Face-Rim-Methode durch Robert Voss. Im Jahr 1953 schließlich wurde von John Callahan die Doppelradial-Methode zum Patent angemeldet. Die Doppelradial- Methode hat ihren Namen von der Position der Messuhren, die auf entgegengesetzten Seiten der Kupplung liegen. Sie gilt heute noch als das zuverlässigste Messuhrverfahren. Für die nachfolgend einsetzenden systematischen Vermessungen und Korrekturen an rotierenden Aggregaten wurden ausschließlich Messuhren verwendet. Die notwendigen Ausrichtvorgaben für die beweglichen Maschinen wurden mathematisch ermittelt. Abbildung 1: Face-Rim-Methode Abbildung 2: Doppelradial-Methode 5

6 Computertechnik Man musste sich noch einige Jahrzehnte gedulden, bis die ersten computergestützten Systeme einsatzbereit waren. Im Jahr 1984 wurde erstmals ein elektronisches Gerät, der sogenannte Wellenausrichtkalkulator, von John Zatezalo und Lucian Spalla zum Patent angemeldet. Die Firma PRÜFTECHNIK setzte als erstes den 1950 erfundenen Laser zum Zweck der Wellenvermessung ein. Der Erfinder des Lasers, Gordon Gould, bezeichnete den Laser auch als optischen Maser. Ein Maser ist eine Strahlungsquelle, ähnlich wie der Laser, die jedoch im Mikrowellenbereich und nicht im optischen Bereich strahlt. Die Mikrowellenstrahlung war bereits aus der Astrophysik bekannt und von den Herren Charles Towns, Aleksander Prohorov und Nikolai Basov untersucht worden. Alle drei erhielten für ihre Experimente den Nobelpreis für Physik. Grundlage dieser Untersuchung war die von Albert Einstein bereits im Jahre 1917 entdeckte Absorption beziehungsweise die spontane und stimulierte Emission von Licht in Atomen und Molekülen. Albert Einstein hat somit mit seiner bahnbrechenden Entdeckung den Grundstein für die erstmalige Nutzung laseroptischer Technologie im Jahr 1984 und damit für das industrielle Wellenausrichten gelegt. Abbildung 3: Modernes laseroptisches Wellenausrichten Markus Brotsack, Dipl.- Phys., MBA PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH Quelle: John Piotrowski: Shaft alignment handbook, 3rd ed. 2006, 1952 Dieser Fachartikel ist mit ähnlichem Inhalt in der Zeitschrift technikreport (Ausgabe 4/10) erschienen. Eine englische Variante ist in der Zeitschrift p Global Issue 1 (Ausgabe 4/10) erschienen. 6

7 Praxis-Tipp Nur schauen, nicht anfassen! In diesem Praxis-Tipp erfahren Sie, wie Sie mit dem neuen Ausrichtsimulator aufwändige Maschinenkorrekturen durchprobieren können. Der Vorteil ist: Sie müssen die Maschinen dabei nicht anfassen und sparen sich zeitraubende Unterfütterungsversuche an schwer beweglichen oder schlecht zugänglichen Aggregaten. Der Ausrichtsimulator ist in der neuesten ROTALIGN Ultra Firmware zu finden. Im folgenden Praxisbeispiel wird die Ausrichtung eines Antriebs für die Speisewasserpumpe eines Kernkraftwerks durchgeführt. Im ersten Bild sehen wir den en Ausrichtzustand zwischen dem Antrieb und dem vorgeschalteten Stirnradgetriebe. Die Unterfütterungswerte können am unteren Bildschirmrand abgelesen werden. im Ergebnisbildschirm die q Taste und markieren Sie den Menüpunkt Ausricht- Simulator mithilfe der Navigationstasten. Drücken Sie e, um die Auswahl zu bestätigen. Lachender Smiley Unterfütterungswerte In diesem Beispiel müsste das Getriebe am kupplungsnahen Fußpaar um 0,31 mm und am kupplungsfernen Fußpaar um 0,44 mm unterfüttert werden, um eine genaue Fluchtung der Antriebswellen zu erreichen. Stehen aber beispielsweise nur Passplatten in Zehntelmillimeter-Stärke zur Verfügung, dann lässt sich diese exakte Unterfütterung nicht erzielen. Jetzt kommt der Ausrichtsimulator zum Einsatz: Um den Ausrichtsimulator aufzurufen, drücken Sie nach der Ausrichtmessung Mit den Navigationstasten wird der zu unterfütternde Fuß markiert. Die Schrittweite der Unterfütterung kann konfiguriert werden. Idealerweise verwendet man dabei die dünnste Passplattenstärke, die zur Verfügung steht - in unserem Beispiel Zehntelmillimeter. Mit den Navigationstasten wird die Unterfütterung in der konfigurierten Schrittweite erhöht, bis die gerundeten Werte 0,30 mm am kupplungsnahen und 0,40 mm am kupplungsfernen Fußpaar erreicht sind. Jetzt stellt sich heraus, ob mit diesen Näherungswerten ein lachender Smiley und damit eine Ausrichtung im Toleranzbereich erzielt werden kann oder nicht. In unserem Beispiel zeigt sich, dass mit den vorhandenen Passplatten die Aggregate sehr gut ausgerichtet werden können, denn der Smiley lacht. Die Passplatten können jetzt in Ruhe zusammengestellt und die Unterfütterung wie simuliert durchgeführt werden. Wenn durch die vorhandenen Passplatten keine zufriedenstellende Ausrichtung möglich ist, sollte das Passplattensortiment erweitert werden. Ein Herumschrauben an den Maschinenfüßen und ein Herumexperimentieren ist bis dahin aber nicht notwendig - nach dem Motto: Nur schauen, nicht anfassen! Hans Lenz Service-Spezialist PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH ROTALIGN Ultra ist ein eingetragenes Warenzeichen der PRÜFTECHNIK Dieter Busch AG. 7

8 Termine auf einem Blick Husum WindEnergy The Leading Wind Energy Trade Fair September 2010 SMM 2010 Internationale Schiffbaufachmesse Halle A3, Stand 123 und Halle A4, Stand 102 Hamburg Messe und Congress September 2010 HUSUM WindEnergy 2010 Halle 1, Stand E11 Husum Oktober 2010 MAINTAIN Halle 3, Stand 805 M,O,C München Oktober 2010 VIENNA-TEC Halle C, C0514 Messe Wien 27. Oktober 03. November 2010 K 2010 Internationale Messe Kunststoff und Kautschuk Stand K51 Messegelände Düsseldorf PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH Freisinger Str Ismaning, Deutschland Tel.: +49 (0) Fax.: +49 (0) info@pruftechnik.com Ein Unternehmen der PRÜFTECHNIK-Gruppe Besuchen Sie unser Webinar zum Thema ROTALIGN Ultra - die Expertenplattform für laseroptisches Ausrichten Im Webinar werden die neuen Zusatzmodule vorgestellt: Live Trend - Echtzeitmessung von Maschinenverlagerungen und Vibration Acceptance Check - Schwingungsmessung und Bewertung nach ISO September Uhr Anmeldung unter 8