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Vermessung von Laufradturbinen in rauen Fertigungsumgebungen

Wasserkraft-Energiezentrale in Betrieb

Um Wasserkraftwerke sicher betreiben und Ausfälle minimieren zu können, wird Fachwissen sowohl bei Mess- als auch Analysetechniken benötigt. Präzise Kenntnisse des Zustands des Kraftwerks sowie der auf dessen Komponenten wirkenden Last sind von wesentlicher Bedeutung. Dies gilt insbesondere, wenn die Laufradturbinen in anspruchsvollen modernen Umgebungen betrieben werden.

Herausforderungen: Die hydraulischen Konturen der Impellerblätter sind hauptsächlich für die Maximierung der Energieerzeugung verantwortlich. Wie können wir also überprüfen, ob die Abmessungen der Blätter von der Nennform abweichen?

Wenn einzelne hydraulische Konturen der Laufradschaufeln (auch nur gering) von der Nennkontur abweichen, sind die Auswirkungen auf den Wasserdurchfluss im gesamten Kraftwerk und somit auf die Energieeffizienz schwerwiegend. In diesem Kontext müssen Impellersegmente vor der Montage gemessen werden, um sicherzustellen, dass sie die erforderlichen Toleranzen und Fertigungspräzision einhalten. Zudem muss der montierte Impeller ebenfalls gemessen werden, um zu gewährleisten, dass die Genauigkeit der montierten Komponenten den Spezifikationen entspricht.

Angesichts der Tatsache, dass in Fertigungsumgebungen Vibrationen und Temperaturschwankungen auftreten, wie können wir die Messgenauigkeit in diesen rauen Umgebungen garantieren?

Flexible Technologien, die sich an die Instabilitäten der Umgebung anpassen können, sind wesentlich für die Durchführung von Messungen auf industriellen Stahlbaustellen. Hierzu müssen die Messinstrumente auf ein starres Setup verzichten, das Vibrationen oder Veränderungen absorbiert, welche sich auf die Messergebnisse auswirken. Zusätzlich muss das Messinstrument tragbar sein, um ansonsten schwer zugängliche Teile zu erreichen.

Der Durchmesser von Impellerturbinen und ihrer Einzelteile kann fünf Meter oder mehr betragen. Wie können wir also diese großen Teile scannen und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit sicherstellen?

Die Wahl einer Technologie, die für große Dimensionen ausgelegt ist, ist von zentraler Bedeutung, um Prüfberichte mit höchster Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit zu erhalten. Die Fotogrammetrie ist auch weiterhin die hierfür am besten geeignete Methode. Sie nutzt Triangulation, um auf Grundlage einer Reihe von 2D-Fotos präzise Positionierungsmodelle für andere Geräte, wie etwa 3D-Scanner oder tragbare CMM-Technologien, zu erstellen.

Wasserkraftwerke und -anlagen müssen regelmäßige messtechnische aÜberprüfungen vornehmen und diese auch dokumentieren. Wie werden hierbei Impellerturbinen überprüft?

In den letzten Jahren sind die Anforderungen an die Messtechnik von Kraftwerken immer anspruchsvoller geworden, da immer mehr Verpflichtungen hinsichtlich der Prüfung und Dokumentation von Messungen bestehen. Zur Einhaltung dieser Anforderungen sind nun fortschrittliche Technologien nötig. Messungen müssen minutiös mit CAD-Modellen verglichen werden. Toleranzen müssen streng eingehalten werden. Die Integrität riesiger elektromechanischer Systeme hängt von der Qualitätsprüfung ab.

Einsatz des HandySCAN 3D zum Scannen des Inneren eines Impellers mit blauen Lasern auf texturierter Oberfläche

Photo credit: Andritz

Farbkarte einer Impellerturbine  

 

Lösung: Tragbare, genaue, schnelle und intuitive 3D-Scantechnologien

Tragbarkeit bezeichnet eine für Fertigungsumgebungen ausgelegte Lösung, die unempfindlich gegenüber Vibrationen des Bodens, Bewegungen des Teils und Instabilitäten der Umgebung ist. Da kein starrer Messaufbau notwendig ist, kann das gesamte Messsysteme jederzeit während der Messsequenz frei bewegt werden.

Genauigkeit bezeichnet eine Technologie, welche die hohe Datengenauigkeit und -effizienz der Fotogrammetrie liefern kann, insbesondere bei Großprojekten und großen Teilen. Die ihre Messgenauigkeit nicht durch Instabilitäten der Umgebung beeinflusst wird, kann die Messlösung geometrische Körper jeder Größe in rauen Umgebungen präzise messen.

Geschwindigkeit bedeutet, dass die Ausführung der Messungen und die anschließende Datenanalyse nur wenig Zeit in Anspruch nehmen. Somit kann ein schneller und detaillierter Scan der Form des gesamten Impellerblatts durchgeführt werden.

Einfachheit bezeichnet die ausgeklügelte Benutzerführung und das laserprojizierte Software-Feedback, das ungeachtet von Fachkenntnissen in der Messtechnik für jedermann zugänglich ist.

Fotogrammetriekameras, wie etwa der MaxSHOT 3D, und 3D-Scanner, wie der HandySCAN 3D, sind in Kombination mit der PolyWorks-Prüfsoftware von Innovmetric gute Beispiele für diese tragbaren, genauen, schnellen und intuitiven 3D-Scanlösungen.

 

Ein Mitarbeiter von Andritz scannt eine Turbine mit dem HandySCAN 3D direkt im Fertigungsbereich

Photo credit: Andritz

 

Vorteile: Dank Tragbarkeit, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Einfachheit können Fehler an Impellerblättern einfach erkannt und behoben werden.

Mittels 3D-Scanning können die Abmessungen eines Blatts mit Zieldaten (CAD) verglichen und anhand dieser analysiert werden. Die Funktion zur Farbzuordnung erlaubt dem Techniker, die Messergebnisse schnell, einfach und eindeutig zu interpretieren.

Zeiteinsparungen

Mittels dieser Messtechnik wird der Messprozess beschleunigt, wodurch die erforderliche Zeit für die Datenanalyse und den Modellvergleich reduziert wird. Dank einer intuitiven Benutzeroberfläche werden keine Messtechnikexperten mehr benötigt, um Messungen durchzuführen und 3D-Scandaten zu analysieren.

Stärkung der Prozesssicherheit

Mit einer schnelleren Technologie können dem Messvorgang Zwischenschritte hinzugefügt werden, die zusätzlich zur Prozesssicherheit beitragen. Impellerturbinen können somit vor der Montage gemessen werden, um sicherzustellen, dass sie die erforderlichen Toleranzen und Fertigungspräzision einhalten und die Genauigkeit der montierten Komponenten den festgelegten Dimensionen entspricht.

Amortisation in 2 Jahren und neue Möglichkeiten

Die Amortisationszeit für das neue Messsystem beträgt bei Andritz Hydro nur zwei Jahre, wobei ab diesem Zeitpunkt jährliche Einsparungen erzielt werden. Die Geräte können zudem für neue Anwendungen eingesetzt werden, wie etwa die Erstellung von CAD-Daten aus alten Komponenten, wenn keine Zeichnungen oder Modelle zur Verfügung stehen, Reverse-Engineering-Anwendungen und vieles mehr.

 

Ein Mitarbeiter von Andritz setzt das Fotogrammetrieinstrument MaxSHOT 3D in einer Impellerturbine ein

Photo credit: Andritz

 

Kunde: Andritz Hydro GmbH

ANDRITZ Hydro ist ein weltweiter Zulieferer für elektromechanische Anlagen und Systeme für Wasserkraftanlagen und einer der Weltmarktführer im Bereich der hydraulischen Stromerzeugung. Das Unternehmen mit Sitz in Wien, Österreich hat weltweit bereits über 30.000 Turbinen installiert, was insgesamt über 420.000 MW entspricht.

Durch die Ergänzung des Portfolios der bestehenden Messtechnik um einen HandySCAN 3D und einen MaxSHOT 3D konnte das Unternehmen seinem Messvorgang mehr Flexibilität verleihen. ANDRITZ kann nun Messungen an verschiedenen Standorten durchführen, wie etwa seinen eigenen Produktionsstätten, am Standort des Zulieferers oder sogar den Baustellen von Kunden. Die Benutzerfreundlichkeit der 3D-Scanner hat dazu beigetragen, den gesamten Messprozess zu beschleunigen und zu stärken.

Das Unternehmen ist ebenfalls äußerst zufrieden mit der Rendite, die ihnen die Messsysteme von Creaform bieten.

„Die Technologie von Creaform hat uns auf ein neues Niveau gebracht. Wir können nun Teile digitalisieren und messen, für welche unsere herkömmlichen Messgeräte nicht geeignet waren. Diese Messtechnologie ist genauso innovativ wie benutzerfreundlich“, sagt Yener Korkmaz, Head of Measurement Technology bei Andritz Hydro Ravensburg.

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