Online Condition Monitoring Systeme für Schiffsgetriebe - Anforderungen und Praxiserfahrungen

Online Condition Monitoring Systeme für Schiffsgetriebe - Anforderungen und Praxiserfahrungen Mathias Luft, Prüftechnik Condition Monitoring GmbH Ismaning v [mm/s] SCHERING\Verwaltung M231 UG\Küche Zulüfter LA07.ZAB01.E01-M01\Zulüfter\A-Seite\2030 vsp_1khz_m_>12_hz (01.02.2004 14:04:11) 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 07.11.2003 07.11.2003 06.11.2003 06.11.2003 05.11.2003 06.10.2003 10.09.2003 09.09.2003 01.06.2003 22.05.2003 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 f [Hz] Vortrag auf dem MDA Forum am 22.04.2009 Hannovermesse Halle 24, Stand B 28 Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 1

Inhalt Vortragsinhalt: Condition Monitoring von Antriebsgetrieben im Bereich der Schiffstechnik spezielle Anforderungen bei ortsveränderlichen Überwachungsobjekten Condition Monitoring Konzept Datenerfassung, Datenübertragung via Email, Auswertung und Reporting Projekte in Kooperation Reintjes - Prüftechnik Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 2

Prüftechnik AG Firmenname: PRÜFTECHNIK AG Standort: D-85737 Ismaning bei München Oskar-Messter-Str. 19-21 Gründung: 15. November 1972 Geschäftsfelder: Entwicklung, Produktion, Vertrieb und Service von elektrischen und elektronischen Geräten, speziell von Messgeräten und Überwachungsanlagen Firmen: PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH PRÜFTECHNIK NDT GmbH (Nondestructive Testing) Patente, Trade marks: 200 Patente weltweit, etwa 100 weltweit registrierte Handelsmarken Vertriebs- und Serviceorganisationen: PRÜFTECHNIK LTD. Großbritannien PRÜFTECHNIK N.V. Belgium/ Netherlands PRÜFTECHNIK S.A.R.L. France PRÜFTECHNIK Service Inc. USA PRÜFTECHNIK S.L. Spain PRÜFTECHNIK S.E.A. Singapore/ Philippines PRüFTECHNIK S.R.L. Italy PRÜFTECHNIK WIBREM sp. z o.o. Poland PRÜFTECHNIK Shanghai Representative Office China PRÜFTECHNIK Japan PRÜFTECHNIK Kanada PRÜFTECHNIK Russia Vertretungen: in mehr als 70 Ländern Beschäftigte: ca. 360 weltweit Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 3

Prüftechnik AG 12 PRÜFTECHNIK Niederlassungen Vertreter in über 70 Ländern Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 4

Anwendunggsfelder für CMS Chemieanlagen Lüftungstechnik Kraftwerkstechnik Zementanlagen Bergbaugeräte Windkraftanlagen Schiffstechnik Fördertechnik Zustandsüberwachung Automatische Diagnose Weltweit Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 5

Anwendungen in der Schiffstechnik höchste Zuverlässigkeit unter rauesten Umgebungsbedingungen Überwachung der Schiffsantriebe für noch höhere Verfügbarkeit weltweiter Zugriff auf Daten erforderlich Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 6

Quellen für Schwingungsanregungen Schiffsantrieb Wälzlager Wellenausrichtung Getriebe Zahneingriff Getriebe Zahneingriff Unwuchten elektrische Anregungen Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 7

Fehlerbilder im Maschinenspektrum Schwinggeschwindigkeit Fehlerbilder Schwingungsüberwachung v [mm/s] Unwucht Ausrichtfehler Aufstellung Lagerspiel Rotoranstreifen Strömungsprobleme Öl Whirl elektrische Fehler <0,5xf n f n 2x 2xf Netz 3x 4x 5x 6x 7x 8x 9x usw. f BPF 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 f [Hz] a [m/s 2 ] Fehlerbilder im Breitbandspektrum Schwingbeschleunigung Zahneingriffsfehler Wälzlagerschäden f z elektrische Fehler 2x f Stab 3x 4x 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 f [khz] Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 8

Wälzlagerüberwachung a [m/s²] 0,40 0,30 Breitbandspektrum Bandpass- Filterung 0,20 0,10 0,00 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 f [Hz] a [m/s²] 60 40 20 Zeitsignal Bandpassgefiltert 0-20 -40-60 3850 3900 3950 4000 a HK [m/s²] 0,60 Hüllkurvenspektrum t [ms] Amplitudenspektrum der Hüllkurve 0,50 0,40 Stoßfolgefrequenz 0,30 0,20 0,10 0,00 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 f [Hz] Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 9

Drehzahl Schwingung Drehzahl Ölruck Öltemperatur Standardumfang Schwingungsüberwachung breitbandige und schmalbandige Schwingungskenngrößen Überwachungskonzept zeitgetriggerte und ereignisgetriggerte Messung / Speicherung von Schwingungsdiagnosesignalen (Amplitudenspektren, Hüllkurvenspektren, Zeitsignale) parallele Erfassung Drehzahl, Öldruck, Öltemperatur Schub Partikelgrößenverteilungszähler Drehmoment WEARSCANNER Erweiterter Umfang Condition Monitoring Drehmomentmessung mit Überwachung der Min-, Max- und Mittelwerte Event-Recording Rainflow-Klassierung Schubmessung Überwachung der Partikelgrößenverteilung im Öl zu Erkennung von Verschleiß Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 10

Systemanbindung für lokale Schiffsrouten SMS Schiff Telefonnetz / Internet Provider DSL ISDN mobil Landseite GPRS Modem Firewall email Center Datenbank VIBROWEB XP email Client Applikationsprogramm OMNITREND CM Software WebReport Konfiguration VIBROWEB XP Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 11

Systemanbindung für weltweite Schiffsrouten Internet SMS Schiff Landseite Provider Satellit DSL ISDN mobil email Server Modem Firewall Firewall email Center Datenbank Schiffssteuerung VIBROWEB XP email Client Applikationsprogramm OMNITREND CM Software WebReport Konfiguration VIBROWEB XP Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 12

Systemkonfiguration OMNITREND Konfiguration des CM Systems Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 13

Diagnostische Überwachung Frequenzselektive Überwachung mit OMNITREND Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 14

OMNITREND Kenngrößenüberwachung OMNITREND Trendverfolgung und Statusanzeige Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 15

Tiefendiagnose OMNITREND - Tiefendiagnose zur Fehlerdetektion Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 16

Kooperation Reintjes Prüftechnik Kooperationsprojekte im Bereich Marine Beispiel High Speed Ferry CAT No1 Beispiel High Speed Ferry Bonanza Beispiel Fischtrawler Kattwyk 34 Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 17

High Speed Fähre CAT No1 High-Speed-Katamaran CAT No1 AG Reederei Norden-Frisia, Norderney bis 40 Knoten (= 74 km/h) Reisegeschwindigkeit 4 Hochleistungs-Jet-Antriebe mit insgesamt 12633 PS 5 6 2 1 4 3 1 engine 1 2 gearbox 1 3 engine 2 4 gearbox 2 5 waterjet 1 6 waterjet 2 7 engine 3 8 gearbox 3 9 engine 4 10 gearbox 4 11 waterjet 3 12 waterjet 4 11 12 8 7 10 9 Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 18

High Speed Fähre CAT No1 Überwachung der Wälzlagerungen und Zahneingriffe der Jet-Antriebe maximale Verfügbarkeit Planbarkeit von Service-Einsätzen High-Speed-Katamaran (Nordsee) Beschleunigungssensor Temperatursensor Drehzahlsensor Drucksensor Servicepartner Condition Monitoring System VIBROWEB XP DFÜ DFÜ Provider Hochleistungs Jet - Antrieb VIBROWEB XP Internet / Telefon Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 19

High Speed Fähre CAT No1 einstufige Stirnradgetriebe Typ VLJ 930/1 Drehzahl Antrieb bis 2000 U/min, Abtrieb 886 U/min, variabel Leistung P = 2320kW, Übersetzungsverhältnis i = 2,58:1 Motoren 4 x MTU 16 V 4000 M70, KaMeWa-Jets 70 SII Pumpenantrieb hydraulische Kupplung Antrieb Abtrieb YE - Schwingung PE - Druck TE - Temperatur Hauptstufe SE - Drehzahl Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 20

Systemanbindung CAT No1 PC Brücke DFÜ-Box GPRS Modem GPRS Router TCP/IP mögliche Erweiterung TCP/IP HUB-Box HUB TCP/IP Service-PC TCP/IP Telefonnetz / Internet Reintjes Hameln VIBROWEB XP 3 VIBROWEB XP 3 VIBROWEB XP 4 VIBROWEB XP 2 gearbox HM1 Stb außen gearbox HM3 Stb innen gearbox HM4 Bb innen gearbox HM2 Bb außen Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 21

Grafisches Userinterface CAT No1 VIBROWEB XP - Online Condition Monitoring gearbox 1 BS AS YE1101 YE1102 Schwingung Antriebswelle AS Schwingung Ritzelwelle AS Normal YE1103 Schwingung Ritzelwelle BS Warning YE1104 Schwingung Abtriebswelle AS Alarm YE1201 YE1202 YE1203 Schwingung Abtriebswelle BS Schwingung Ölpumpenantrieb AS Schwingung Ölpumpenantrieb BS Open Circuit Disabled YE1204 Reserve Schwingung EE1107 Reserve EE1206 Reserve PE1105 Öldruck YE - Schwingung TE1112 EE1106 Öltemperatur Partikelmessung Öl Momentanwerte PE TE EE SE - Druck - Temperatur - Last - Drehzahl SE1301 XE1303 XE1302 Drehzahl Ölfilter Freigabe Maschinendaten Alarm System System Diagnosis Return Home Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 22

Schwingungsüberwachung CAT No1 v [mm/s] HM 1\Getriebe Ritzelwelle\Ritzelwelle Mitte\1013 Geschwindikeitsspektrum 1,6kHz/3200\vrms 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 Trendüberwachung 11,0 10,5 10,0 9,5 Transfers 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 v op [mm/s] HM 1\Getriebe Ritzelwelle\Ritzelwelle Mitte\1013 Geschwindikeitsspektrum 1,6kHz/3200 22.04.2006 13:10:05 Tiefendiagnose M 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Zahneingriff 04.06.2006 05.06.2006 06.06.2006 07.06.2006 08.06.2006 09.06.2006 10.06.2006 11.06.2006 Datum 10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 13.09.2006 02.09.2006 01.09.2006 29.08.2006 26.08.2006 23.08.2006 13.06.2006 11.06.2006 25.05.2006 22.05.2006 18.05.2006 06.05.2006 03.05.2006 01.05.2006 22.04.2006 21.04.2006 f [Hz] Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 23

Bauwerft : Incat, Hobart / AUS 4x Ruston 20 RK 270, 7080 kw bei 1,050 rpm Getriebetyp 4x VLJ 6831 High Speed Fähre Bonanza Gearbox POME M -BN_Drehzahlsensor -BM_Momentenmessung DMS Drehmoment M S Schub Drehzahl Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 24

Schub am Getriebegehäuse - Jetwelle High Speed Fähre Bonanza JetSchub [kn] 800 Bonanza1\POME\1106 Jetschub\1013 DC Level Max 780 760 740 720 700 680 600 660 640 620 600 580 560 540 520 400 500 480 460 440 420 400 380 360 200 340 320 300 280 260 240 220 200 0 24.05.2007 13:00:00 25.05.2007 01:00:00 25.05.2007 13:00:00 26.05.2007 01:00:00 26.05.2007 13:00:00 27.05.2007 01:00:00 27.05.2007 13:00:00 28.05.2007 01:00:00 28.05.2007 13:00:00 29.05.2007 01:00:00 Datum Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 25

High Speed Fähre Bonanza Rainflow-Klassierung des Drehmoments: Amplitudenänderung wird in Intervalle (Klassen) aufgeteilt Mittelwert des Moments in x-richtung der Rainflow Matrix Farbe des Matrix-Elements zeigt die Anzahl der durchlaufenden (Lastwechsel-) Zyklen Bewertung der Anzahl und Stärke der ertragenen Lastwechsel Rainflow-Matrix des Drehmomentes (Bsp.): Im Beobachtungszeitraum (hier 1 Tag) gab es die häufigsten Drehmomentwechsel in der Klasse 12,5 knm (also Lastwechsel mit einer Änderung von durchschnittlich 12,5 knm), insgesamt 7194 mal, erkennbar an der Farbe des Matrix-Elementes. Diese Änderungen waren einem mittleren Drehmoment von 91 knm aufgeprägt. Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 26

Fischtrawler Kattwyk 34 Heimathafen Jlmuiden Getriebetyp WAF 3455 CM System VIBROWEB XP Drehzahl Schwingung -BA_1103 -BA_1102 -BA_1101 -BN_1302 -BA_1201 -BA_1104 Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 27

Fischtrawler Kattwyk 34 regelmäßige Reports für den Kunden mit WEBREPORT Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 28

Condition Monitoring mit Online Systemen: Zusammenfassung höhere Investionskosten, aber geringere laufende Kosten lückenlose Überwachung, dadurch hohe Überwachungssicherheit (Maschinenschutz) durch Erfassung von Betriebsparametern auch Überwachung dynamischer Prozesse möglich ständig neue Anwendungen durch sinkende Systemkosten und zunehmende Eigenintelligenz Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 29

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Weitere Infos finden Sie im Internet: www.pruftechnik.com Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring - All rights reserved 30