2. Neue Methoden der zustandsorientierten Instand-
haltung am Beispiel von zwei Steag Kraftwerken
SWAN ca. 80 Sensoren SWAN ca. 80 Sensoren
Lünen 7 Herne 4
SR::SPC ca. 30 KPI‘s SR::SPC ca. 30 KPI‘s
ES-ST
Auswertung
Aufbereitung
Rü 1-3
Lünen 6 Herne 3
SR::SPC ca. 30 KPI‘s SR::SPC ca. 30 KPI‘s
Lieferung und Betreuung von Monitoring- und Analysesystemen
an den Kraftwerksstandorten HKW Herne und KW Lünen
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3. Neue Methoden der zustandsorientierten Instand-
haltung am Beispiel von zwei Steag Kraftwerken
Prinzip der Stresswellenanalyse
Prinzip der statistischen Prozessanalyse
Ergebnisse SWAN
Ergebnisse SR::SPC
Zusammenfassung
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 3
4. Prinzip: Messung der Ultraschallenergie
aus Reibung und Stoßimpulsen
SWE = Stresswellenenergie Beispiel: Neuwertiges Wälzlager
Geringe Oberflächenrauigkeiten,
Beispiel: Wälzlagerschaden geringe Reibung, ruhiger Lauf
SWAN
Stresswellen Impulsfolge
Ultraschall-
sensor
Zeit
z.B. 2 Sekunden
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 4
5. Prinzip: Messung der Ultraschallenergie
aus Reibung und Stoßimpulsen
Neuwertiges Lager:
SWE = Stresswellenenergie
Geringe Oberflächenrauigkeiten,
Beispiel: Wälzlagerschaden geringe Reibung, ruhiger Lauf
Stresswellen Impulsfolge
Geringe SWE aus
allgemeiner Reibung
Flächeninhalt entspricht
einem Wert im
SWE-Trend
Zeit
z.B. 2 Sekunden
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 5
6. Prinzip: Messung der Ultraschallenergie
aus Reibung und Stoßimpulsen
Neuwertiges Lager:
SWE = Stresswellenenergie
Geringe Oberflächenrauigkeiten
Beispiel: Wälzlagerschaden Verschleiß im laufenden Betrieb:
Oberflächenrauigkeiten nehmen zu
Stresswellen Impulsfolge
Erhöhte SWE bedingt
durch Verschleiß
Flächeninhalt hat
Zeit zugenommen
z.B. 2 Sekunden
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7. Prinzip: Messung der Ultraschallenergie
aus Reibung und Stoßimpulsen
Neuwertiges Lager:
SWE = Stresswellenenergie Geringe Oberflächenrauigkeiten
Verschleiß durch laufenden Betrieb:
Beispiel: Wälzlagerschaden
Oberflächenrauigkeiten nehmen zu
Schaden ist aufgetreten:
Stresswellen Impulsfolge
Defekte bewirken große Beiträge zum
SWE-Signal
SWE aus
Stoßereignis
hier: Abplatzung
Zeit Flächeninhalt nimmt
z.B. 2 Sekunden
schlagartig zu
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 7
8. Prinzip: Messung der Ultraschallenergie
aus Reibung und Stoßimpulsen
Neuwertiges Lager:
SWE = Stresswellenenergie Geringe Oberflächenrauigkeiten
Verschleiß durch laufenden Betrieb:
Beispiel: Wälzlagerschaden Oberflächenrauigkeiten nehmen zu
Schaden ist aufgetreten:
Defekte bewirken große Beiträge zum SWE-
Stresswellen Impulsfolge
Signal
Kurzfristiger Ausfall wird wahrscheinlich!
SWE aus
älterem
(ausgewalztem)
Schaden
Zeit Ältere, größere Schäden:
z.B. 2 Sekunden
Weiteres Anwachsen
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9. Verarbeitung der Stresswellenenergie
1.0
0.9
0.8
0.7
20.000-600.000
Amplitude (V)
0.6
0.5 Werte
0.4 1 Kennwert
0.3 in einem DR
0.2
0.1
pro Minute
0.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Time (sec)
1.0
Erfassung der Zwei 0.9
Sensorwerte DRs
0.8
0.7
20.000-600.000
Amplitude (V)
gemultiplext: pro
0.6
0.5 Werte
0.4
Tag 0.3 in einem DR
1 2 3 4 0.2
0.1
0.0
1 2 3 4 0.0 0.5 1.0 1.5
Time (sec)
2.0 2.5 3.0
Datenspeicherung
…
Messzeit jew. Energie-
verteilung
1 – 30s
(Histogramm)
FFT
Datenerfassung Datenauswertung
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10. Maschinenbewertung mit der
Stresswellenanalyse
Belastung Schmierung Verschleiß Lagerdefekte Verzahnungsdefekte
Konstante Geschwindigkeit Öltemperatur auf Energieverteilung: FFT: zeigt Lagerschaden
Konstante Belastung Betriebsniveau Verzerrt
Letzter Ölwechsel
Instandhaltungs-
Historie ...
am
Letzter Ölwechsel …
Getriebe
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11. Neue Methoden der zustandsorientierten Instand-
haltung am Beispiel von zwei Steag Kraftwerken
Prinzip der Stresswellenanalyse
Prinzip der statistischen Prozessanalyse
Ergebnisse SWAN
Ergebnisse SR::SPC
Zusammenfassung
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 11
12. SR::SPC
1 2 3
Statistische Prozesskontrolle
Frühwarnsystem zur Erkennung von Prozessveränderungen
und -trends durch Analyse vorhandener Betriebsdaten
1 Daten aus 2 Gütekennwert 3 KPI Verlauf
Leittechnik (KPI) definieren analysieren
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 12
13. Eigenschaften kraftwerks-
1
technischer Kenngrößen
Kraftwerkstechnische Kenngrößen
hängen meist von mehreren Rand-
bedingungen ab, z. B.:
der Last bzw. Anlagenfahrweise
den Brennstoffqualitäten
den Umweltbedingungen
etc.
LT-Warngrenzen liegen deutlich
über den regulären Betriebswerten
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 13
14. Eigenschaften kraftwerks-
1
technischer Kenngrößen
Kraftwerkstechnische Kenngrößen
hängen meist von mehreren Rand-
bedingungen ab, z. B.:
der Last bzw. Anlagenfahrweise
den Brennstoffqualitäten
den Umweltbedingungen
etc.
LT-Warngrenzen liegen deutlich
über den regulären Betriebswerten
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 14
15. Ist/Soll-Vergleich liefert
2
normierten Kennwert (KPI)
Der „Key Performance Indicator“
(KPI) gibt als normierte Kennzahl
die aktuelle Komponenten- oder
Prozessgüte unabhängig von
äußeren Randbedingungen wieder:
KPI = Ist-Wert / Soll-Wert
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 15
16. 2
Referenzwertberechnung:
datenbasiert oder physikalisch
Datenbasierte oder physikalische Modelle zur Bestimmung
der Referenz(kennfelder) zur Normierung von Kennzahlen KPI
a
SR::EPOS
KPI=Istwert/Referenzwert
b
Die Referenzwerte beschreiben
die erwartete Abhängigkeit der
Kenngröße von Last, etc.
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 16
17. 3
Statistische Prozesskontrolle:
aus Daten Informationen erzeugen
Kontrollkarten von KPIs: Beispiel einer klassischen XbarS-Karte
Beispiel:
REA-Gavo
160
160
140
140
120 120
100
100
80
80
60
38200 38250 38300 38350 38240 38260 38280 38300 38320 38340 38360
Der ungestörte Prozess (links) wird Anzeige von Kontrollgrenzen,
genutzt, um obere und untere Kontroll- von Mittelwert und Vertrauens-
grenzen und Referenzwerte der bereich für jeden Zeitraum der
Kontrollkarte (rechts) zu berechnen Durchschnittsermittlung
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 17
18. Look and Feel:
1 2 3
Alarmzentrale & E-Mail-Info
Typ I Typ II Typ III
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 18
19. Aktueller Status des Projektes
- Analyse- und Auswertearbeitsplatz
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 19
20. Neue Methoden der zustandsorientierten Instand-
haltung am Beispiel von zwei Steag Kraftwerken
Prinzip der Stresswellenanalyse
Prinzip der statistischen Prozessanalyse
Ergebnisse SWAN
Ergebnisse SR::SPC
Zusammenfassung
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 20
21. Foto der Sensoren an den
GAVO-Antrieben
Die Sensorflansche wurden jeweils am
Getriebegehäuse des Getriebemotors
angeschraubt, welches fest und damit
Geräusche leitend mit dem Klemm- und
Drehflansch verbunden ist.
Als Geräuschquellen kommen daher alle
Lager von Motor und Getriebe sowie die
Verzahnungen des Getriebes und des
Bolzenkranzes in Frage.
Sensor
Antrieb 1
Sensor
Antrieb 2
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 21
22. SWE-Trends GAVO-Antrieb 1 und 2
01.02.2010 - 09.02.2010
Am Wochenende
Austausch des
GAVO-Antriebs 2
wg. Ölundichtigkeit
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 22
23. GAVO-Antrieb 2: alt und neu
Time-Domain (Messwerte in Volt)
Altes Aggregat : 02.02.2010 Neues Aggregat: 08.02.2010
Sehr unruhig, Sensor schlägt
voll aus
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 23
24. Neue Methoden der zustandsorientierten Instand-
haltung am Beispiel von zwei Steag Kraftwerken
Prinzip der Stresswellenanalyse
Prinzip der statistischen Prozessanalyse
Ergebnisse SWAN
Ergebnisse SR::SPC
Zusammenfassung
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 24
27. Neue Methoden der zustandsorientierten Instand-
haltung am Beispiel von zwei Steag Kraftwerken
Prinzip der Stresswellenanalyse
Prinzip der statistischen Prozessanalyse
Ergebnisse SWAN
Ergebnisse SR::SPC
Zusammenfassung und Ausblick
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 27
28. Zusammenfassung und Ausblick
Wie ist der Stand?
72 Maschinen an zwei Standorten in der Überwachung:
Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Mühlen, Traglager, Turbinen, Generatoren
…
Mannschaft ist interessiert
Erste Ergebnisse sind vielversprechend
Wie sind die nächsten Schritte?
Detaillierte Analysen und Gespräche mit den Fachbereichen
Weiterverarbeitung der SWE-Signale mit SPC
(Statistical Process Control)
23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 28
31. 1. Situation am Standort
2. Online-System SR::SPM
3. Anwendung im KW Neurath
4. Unplanmäßige Beanspruchung erkennen
5. Unplanmäßige Beanspruchung bewerten
6. Hängerauslenkung plan / unplan
7. Überwachung des Kriechverhaltens
8. Ausblick
05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 2
32. Situation am Standort
Allgemeine Rahmenbedingung
Zustandsorientierte
• Minimale Personalausstattung
Instandhaltung
• Know-how-Abfluss fand/findet durch
Personalabgang und durch häufige
Aufgabenwechsel statt
Reduzierung des Betriebssicherheit
Prüfaufwandes steigt
Lebensdauerüberwachung
Revisionen werden
• Bestimmungsgemäßen Betrieb besser planbar
sicherstellen
• Festlegen von Prüffrist und -umfang
• Dokumentierte Qualität sicherstellen
Anlagenverfügbarkeit steigt
• Einsatz neuer Werkstoffe
Instandhaltungskosten sinken
• Regelwerke im Wandel
(Forschungsergebnisse berücksichtigen)
05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 3
33. Online-System SR::SPM
DATEN
ROHR2 SR::SPM
SERVER
• Lebensdauerberechnung
SOLL IST • Diagrammerstellung
• Erschöpfungsübersicht
• Datenklassierung
Monitoring • Statusübersicht, Monitoring
Systembaustein Auswertung, Benutzeroberfläche
05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 4
34. Anwendung im KW Neurath, D
• Revision (Austausch) der FD Leitung, seit
Oktober 2007 in Betrieb
• ROHR2 Modell mit knapp 1000 Knoten
(Bögen, gerade Rohre, Stützen, T-Stücke,
Reduzierungen, usw.)
• Überwachung von 44 Rohrbögen der
HD-Leitung (Betrieb 530°C, 163 bar)
Messtechnik
• Druck- und Temperaturmessungen
• 5 Wegmesspunkte an Konstanthängern
• 5 Doppelkraftmessungen
05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 5
35. Unplanmäßige
Beanspruchung erkennen
Statusübersicht Soll-Ist-Vergleich Kräfte und Wege
05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 6
39. Überwachung des Kriechverhaltens
Aufgabenstellung
• Überwachung des (sekundären)
Kriechverhaltens hoch beanspruchter
Kesselbauteile (z.B. Sammler)
• Umfangsmessungen in kurzen
Zeitabständen nur mit aufwändigen
Messverfahren möglich
Vorgehensweise in SR1
• Berechnung des Kriechverhaltens auf Basis des Graham-Walles-Ansatzes
unter Berücksichtigung von Druck und Temperatur
• Vergleich mit Auslegungskurve (konstante Beanspruchung)
• Vergleich mit in größeren Zeitabständen durchgeführten
Umfangsdehnmessungen
05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 10
41. Ausblick
Bauteilberechnung auf Basis von Schalenmodellen
05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 12
42. Zusammenfassung
• Relevante Betriebsergebnisse und Ereignisse
werden dokumentiert
• Analyse unplanmäßiger Zustände detailliert möglich
• Identifizieren der stark beanspruchten Zonen
(Reduzierung des Prüfaufwandes, Verlängerung von
Prüffristen möglich)
• Nachweis und Gewährleistung des
bestimmungsgemäßen Betriebes
• Durch Einbindung des Rohrleitungsmodells können
Installation und Wartung der Messtechnik minimiert
werden
• Anpassung an neue Werkstoffe und Regelwerke
stets gewährleistet
05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 13