Condition-Monitoring leicht gemacht

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1 Dipl.-Ing. Axel Haubold Condition-Monitoring leicht gemacht Vortrag im Rahmen der 20. Windenergietage am 26. und 27. Oktober 2011 in Schönefeld GfM Gesellschaft für Maschinendiagnose mbh Köpenicker Straße 325, Haus Berlin Tel 030 / Fax 030 / Vertriebsbüro Dortmund Am Kämpen Dortmund Tel 0231 / Fax 0231 /

2 Profil der GfM Leistungen Offline-Schwingungsdiagnose als Komplettdienstleistung Auswerteservice für Offline-Schwingungsmessungen von Dritten Drehmomentmessungen Torsionsschwingungsanalyse Online-CMS Seminare

3 Profil der GfM Zahlen Mitarbeiter Sitz der Firma in Berlin Standorte in Dortmund, Lenzburg (CH) ca Offline-Messungen pro Jahr ca. 200 Online-CMS, davon ca. 170 in der Betreuung ca. 50 Teilnehmer bei GfM-Seminaren pro Jahr Fachvorträge bei HdT (Essen), VDI, Technische Akademie Esslingen

4 Gliederung 1. Der 2. Voraussetzungen 3. Konfiguration 4. Installation 5. Inbetriebnahme 6. Betreuung und Überwachung der Anlage 7. Beispiel Aeolus

5 Eigenschaften CMS für die vollautomatische Schwingungsdiagnose an bis zu 16 Messstellen und Alarmierung nur, wenn Unregelmäßigkeiten detektiert werden Erfassung von Drehzahl, Leistung oder anderer physikalischer Größen als Referenz- und Steuergröße Erfassung von weiteren Sensoren, z.b. für Fundamentbewegungen das Aufzeichnen des Lebenslaufs für den Antrieb zur späteren Ursachenfindung von Ausfallursachen die Möglichkeit der Durchführung von Servicemessungen unabhängig von der vollautomatischen Schwingungsdiagnose

6 Eigenschaften Ordnungsanalyse ist ein Werkzeug zur Diagnose an drehzahlvariablen Antrieben ist schon bei geringer Drehzahlwelligkeit unbedingt anzuwenden Frequenzanalyse ist nur für die Analyse zeitbasierter Ereignisse sinnvoll Ordnungsanalyse dagegen analysiert Ereignisse drehwinkelbasiert Bezug erfolgt in der Regel auf die Drehzahl einer Referenzwelle, bei WEAs meist schnelle Welle

7 Eigenschaften DVS Drive Vibration Significance Das DVS-Spektrum ermöglicht, signifikante Spektralanteile automatisch zu erkennen. Es wird auf alle Spektren, Hüllkurvenspektren, Ordnungsspektren und Hüllkurvenordnungsspektren angewandt. Der determinierte Bildungsalgorithmus ist experimentell abgesichert.

8 Eigenschaften Arbeitsweise Monitoring Kanal i Datenerfassung (wählbar bis 167,8 Sekunden) - Schwingung an einem Kanal (16 bit, 50 khz) - Drehzahl, Leistung und Windgeschwindigkeit als Referenz- und Steuergröße Datenverifikation Signaltransformation ( Linien) - Spektrum - Hüllkurvenspektrum - Ordnungsspektrum - Hüllkurvenordnungsspektrum Signifikanzanalyse - DVS-Spektrum - DVS-Hüllkurvenspektrum - DVS-Ordnungsspektrum - DVS-Hüllkurvenordnungsspektrum Suche nach kinematischen Schadensmustern bei Bedarf: Meldung und Speicherung - - SMS - PNM (passive Meldung) weiter mit Kanal i+1

9 Voraussetzungen Vollständige Kinematik des Antriebs Eventuell Schnittzeichnung des Getriebes Netzwerkzugang (ISDN, DSL, VPN) oder Mobilfunkempfang Versorgungsspannung VAC, 50/60 Hz oder VDC Befestigungsmöglichkeit für den in der Gondel Befestigungsmöglichkeiten für Sensoren

10 Kinematik Zähnezahlen für alle Getriebestufen Anzahl Planeten für Planetenstufen Wälzlagerbezeichnungen Schnittzeichnungen oder genaue Positionsangabe für Lager und Verzahnung Wenn vorhanden Pumpenkinematik Ergebnis: ca. 600 Merkmale

11 Kommunikation Innerhalb des Windparks: - VDSL (2 km) oder G.SHDSL (6 km) über Kupferadernpaare - Funk/Richtfunk - Lichtwellenleiter (LWL) Außerhalb des Windparks: - DSL mit Firewall und VPN - Funkmodem UMTS, EDGE, GPRS - ISDN - Modem

12 Konfiguration

13 Konfiguration

14 Installation Messstellen Generatorlager A und B Ein- und Ausgang der Planetenstufen Ein- und Ausgang der Stirnradstufen Hauptlager Drehzahl

15 Installation Sensortypen Gehäuseschwingung: Piezoelektrische Beschleunigungssensoren Generator und Getriebe: Beschleunigungssensor 100 mv/g 0, khz Hauptlager: Beschleunigungssensor 500 mv/g 0, khz Drehzahl: induktiver Sensor Rechts oben: Low-cost industrial ICP Accelerometer

16 Installation Sensorbefestigung Schraubverbindung + haltbare Verbindung + wieder lösbar + sehr gute Ankopplung - zeitaufwedig - Verletzung der Oberfläche - ebene Kontaktfläche erforderlich - senkrechte Bohrung Klebeverbindung + schnell herstellbar + rückstandsfrei lösbar - weniger haltbar - Trocknungszeit für Kleber Oben rechts: General operating guide for use with piezoelectric ICP accelerometers. Firmenschrift PCB 4/99

17 Installationsarbeiten Dauer ca. 8 Stunden mit 2 Monteuren 1. Befestigung der Sensoren 2. Befestigung des s 3. Verlegen und Anschließen aller Kabel 4. Inbetriebnahmemessung 5. Übertragen der Konfiguration 6. Start der Überwachung 7. Test der Kommunikation 8. Dokumentation

18 Überwachung und Betreuung 1. Datentransfer vom zum GfM-Server (1 GB/Jahr) 2. Sicherung und Archivierung der Messdaten 3. Registrierung und Verifikation von Alarmen 4. Weiterleitung von verifizierten Alarmen an den Betreiber 5. Modifikation der Konfiguration, falls erforderlich 6. Inbetriebnahmebericht (0. Statusbericht) 7. Erstellen von Statusberichten alle 3 Monate

19 Beispiel Aeolus II 1993 mit 3 MW größte WKA der Welt Gebaut von Kvaerner/MBB Rotordurchmesser 80 m Nabenhöhe 92 m Winkelgetriebe mit Generator im Turm Gondelmontage ohne Kran mit Schienensystem am Turm

20 Beispiel 1 Aeolus II HO_ _222743_01SW AEOLUSII_Lager 0001 Marker Außenringdefekt m/s² Diagnose Februar 2005: Schaden am Außenring des oben liegenden Wälzlagers der schnellen Getriebewelle Ordnung

21 Beispiel 1 Aeolus II Lager Kegelritzel R NU332E_Außenringdefekt_01SW_HO: A (Außenringüberrollordnung)_Amplitude m/s² Verlagerung der Reparatur in den Sommer. Drei Monate Weiterbetrieb in der windstarken Jahreszeit und Vorbereitung der Reparatur. Datum Diagnose Anfang Juni 2005 : Weiterbetrieb der Anlage mit einem sehr hohen Risiko verbunden Reparatur

22 Beispiel 1 Aeolus II Quelle: Haubold, A.; Knünz, D.; Stöckl, M.; Wendt, H.; Wirth, R.: Condition-Monitoring dient der Laufzeiterhöhung. Erneuerbare Energien 9/2005

23 Beispiel 2 Aeolus II Lager Kegelritzel G NU232E_Innenringdefekt (HK)_01SW_HO: I (Innenringüberrollordnung)_Amplitude Lager Kegelritzel G NU232E_Innenringdefekt (HK)_01SW_HO: I (Innenringüberrollordnung)_Ordnung m/s² Ordnung Diagnose August 2005: Datum Schaden am Innenring des mittleren Wälzlagers der schnellen Getriebewelle. Sieben Monate Weiterbetrieb in der windstarken Jahreszeit. Empfehlung der Reparatur: März 2006.

24 Beispiel 2 Aeolus II

25 Beispiel 3 Aeolus II Diagnose September 2007: Schaden am Außenring des rotorseitigen Hauptlagers

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! GfM Gesellschaft für Maschinendiagnose mbh Köpenicker Straße 325, Haus Berlin Tel 030 / Fax 030 / Vertriebsbüro Dortmund Am Kämpen Dortmund Tel 0231 / Fax 0231 /