Verschiebung von Zielen
PolyWorks® hilft, die Kraftwerksleistung von GE zu erhalten
Extreme Fab, Inc. ist ein Metallbauunternehmen, das über die Werkzeuge und Fähigkeiten verfügt, um die massiven Maschinen zu bauen, die in der Öl- und Gas-, Strom-, Energie- und LKW-Industrie benötigt werden. Einer ihrer wichtigsten Kunden ist GE Aero Energy. GE Aero Energy bietet Unternehmen und Gemeinden auf der ganzen Welt die Möglichkeit, jederzeit zuverlässige und effiziente Energie am oder in der Nähe des Verbrauchsortes zu erzeugen – egal ob im oder außerhalb des Netzes.
Die von GE Aero Energy entwickelte FlexAero LMS100-Gasturbine kann mit einer Vielzahl von Brennstoffen betrieben werden und erzeugt bis zu 100 Megawatt Strom bei einem Umwandlungswirkungsgrad von 44 %. Diese außergewöhnliche Turbine wurde für den schnellen Einsatz und die Installation an abgelegenen Orten, wie z. B. in abgelegenen Dörfern, Bohrstellen oder Katastrophengebieten, entwickelt und ist ein Kraftwerk in einer Box. Das LMS100-Paket umfasst den Turbo, die Gasturbine und den Verdichter, die alle montiert und vormontiert sind. Damit diese ausgeklügelte Technik funktioniert, kommt eine große, hochpräzise Konstruktion zum Einsatz.
Bei der Bearbeitung von Gestellen für GE Aero Energy arbeitet Extreme Fab mit Dimensional Engineering zusammen, einem Unternehmen, das digitale 3D-Datenerfassung, Engineering und Analysedienstleistungen anbietet, um Herausforderungen in den Bereichen Design und Produktionstechnik in einem breiten Spektrum von Branchen und Anwendungen zu bewältigen.
Die aeroderivative Gasturbine LMS100 liefert bis zu 100 Megawatt Strom.
Rendering der 60 x 25 Fuß großen, präzisionsgefertigten Kufe. Die Lagerflächen (grün) sind mit einer Ebenheit von +/- 0,002" bearbeitet.
„Es kostet Tausende von Dollar, die Konstruktion nur in eine Richtung zu transportieren. Wenn es dann zur Nachbearbeitung in die Extreme Fab zurückgebracht werden muss, können allein die zusätzlichen Transportkosten Zehntausende von Dollar betragen“, erklärt Bonner.
Zerspanungsmechaniker nehmen Anpassungen an dem Ein-Tonnen-Feldbearbeitungssystem vor.
Die Herausforderung
Der LMS100-Skid misst 60 Fuß mal 25 Fuß und verfügt über präzise bearbeitete Lagerflächen und Befestigungslöcher. Die geringste Bearbeitungsabweichung kann die Betriebseffizienz, den Energieertrag und die Lebensdauer des Kraftwerks verringern. William Bonner, Managing Director von Dimensional Engineering, erklärt: „Die Montageplatten müssen eine Ebenheit von +/- 0,002" und eine Höhe von +/- 0,005" aufweisen, und zwar an allen Stellen der 60 Fuß langen Konstruktion.“
Die Bearbeitung eines großen Objekts mit dieser Präzision ist keine leichte Aufgabe, aber die Kufe ist eine noch größere Herausforderung. „Dieses Ding bewegt sich, es ist nie statisch“, sagte Bonner. Ein-Tonnen-Feldbearbeitungssysteme sitzen auf dem Schlitten, während sie die präzisen Schnitte ausführen. „Jedes Mal, wenn man die Mühle auf den Schlitten stellt, biegt sie sich, weil das Gewicht der Mühle nicht gleichmäßig verteilt ist.“
Während des 10-tägigen, 12 Stunden pro Tag dauernden Projekts verlagern die Maschinisten die Ausrüstung, wodurch sich die Montageplatten heben, senken, verdrehen und drehen.
Auch die thermische Ausdehnung ist ein Faktor, der die Sache noch komplizierter macht. Bei beträchtlichen Temperaturschwankungen von bis zu 10 °C (50 °F) innerhalb von 24 Stunden dehnt sich die Konstruktion im Laufe des Tages aus und zieht sich zusammen.
„Die Aufgabe von Dimensional Engineering besteht darin, die Einrichtung zu kontrollieren und die Fräswinkel und -tiefen vorzugeben, damit Extreme Fab die von GE geforderte Präzision liefern kann“, so Bonner.
Wenn die Konstruktion bei GE ankommt und nicht den geforderten Spezifikationen entspricht, hat das oft schlimme Folgen. „Es kostet Tausende von Dollar, die Konstruktion nur in eine Richtung zu transportieren. Wenn es dann zur Nachbearbeitung in die Extreme Fab zurückgebracht werden muss, können allein die zusätzlichen Transportkosten Zehntausende von Dollar betragen“, erklärt Bonner. Wenn sich die Nacharbeit auf die Produktionszeitpläne auswirkt, kann eine Nichteinhaltung auch erhebliche finanzielle Einbußen bedeuten.
Die Lösung
Bei jeder Maschinenbewegung, vor jedem Schnitt und nach jedem Vorgang liefert Dimensional Engineering Extreme Fab präzise Messungen für die Fräserplatzierung, die Fräserposition und die Position des Werkstücks im Verhältnis zum statischen, entspannten Zustand des Schlittens. Ohne diese Messkontrolle wäre es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die Spezifikationen von GE einzuhalten.
Bonner sagte, dass seine bevorzugten Werkzeuge FARO Laser Tracker und die PolyWorks|Inspector™ Softwarelösung von InnovMetric sind. „Wir verwenden die Laser Tracker, um präzise Messungen zu erfassen, und PolyWorks, um die gesammelten Daten zu untersuchen und zu verwalten und das sich ständig verändernde Projekt zu steuern“, so Bonner.
Das Bonner Zweierteam beginnt mit einer Grundausrichtung der Kufe im entspannten Zustand. Anhand von 50 auf das Werkstück geschweißten Referenzmarken misst der Laser Tracker die Bezugsmerkmale der Kufe, und PolyWorks wird zur Erstellung eines Weltkoordinatensystems verwendet. PolyWorks wird dann eingesetzt, um mehrere lokale Koordinatensysteme zu erstellen, die es dem Team ermöglichen, die Bewegung auf einem einzelnen Montagepad zu isolieren und gleichzeitig die Beziehung zum gesamten Skid beizubehalten.
„Wenn wir die Messungen nicht kontrollieren könnten, weil der Tracker neu
positioniert wird, gäbe es große Probleme.“
Nach der Positionierung und Nivellierung des Fräsers misst Bonners Team den Schlitten und die Position des Fräsers, um die exakten Positionen zu ermitteln, die die Maschinenbediener zur Programmierung von Schnitttiefe und -winkel verwenden. Nach Abschluss des Vorgangs werden erneut Messungen vorgenommen, um den Schnitt zu überprüfen, bevor ein weiterer Durchgang erfolgt.
Da sich die Kufe mit der Temperatur verändert, verarbeitet das Team von Dimensional Engineering alle Messdaten mit den dynamischen Temperaturkompensationsfunktionen, die PolyWorks bietet. Diese Einstellung in Verbindung mit der exakten Position des zu bearbeitenden Merkmals ermöglicht es den Bearbeitern, die Fräsbahnen in Bezug auf den Schlitten zu programmieren, der sich in einem stabilen Temperaturzustand befindet und nicht in seiner aktuellen, dynamisch wechselnden Position.
Aufgrund der Größe der Konstruktion und der Sichtlinie werden die FARO Laser Tracker im Laufe des 10-tägigen Projekts Dutzende Male neu positioniert. Dies führt eine weitere Variable in die präzise Bearbeitung ein. Um sicherzustellen, dass alle Messungen in Bezug auf alle Tracker-Positionen präzise sind, verwendet das Bonner Team das PolyWorks-Bewegungsgerät und die Echtzeit-Bündelung. „Wenn wir die Messungen nicht kontrollieren könnten, weil der Tracker neu positioniert wird, gäbe es große Probleme“, so Bonner.
Zum Abschluss des Projekts wird eine Endkontrolle durchgeführt, um zu bestätigen, dass die Konstruktion den Spezifikationen von GE entspricht. „Wir validieren und zertifizieren jede Messung, sowohl während des Projekts als auch vor der Auslieferung“, so Bonner abschließend.
Die Ergebnisse der Endkontrolle bestätigen die Ebenheit auf einer Montagefläche.
Das fertige Skid wird für den Transport zu GE vorbereitet.
Die Vorteile
„Ohne den Einsatz des Laser Trackers und der PolyWorks|Inspector-Lösung gäbe es keine Möglichkeit, dieses Niveau an Genauigkeit und Präzision zu erreichen, zumindest nicht in quantifizierbarer Form“, so Bonner. „Wir machen diese Arbeit seit sechs Jahren und haben an mehr als 50 Kufen gearbeitet. Keiner von ihnen musste die teure Hin- und Rückreise für Nacharbeiten auf sich nehmen.“ In diesen sechs Jahren gab es bei Dimensional Engineering nur zwei Berichte über Nichtkonformität (NCRs): In einem Fall handelte es sich um ein einzelnes Loch, das nicht der Spezifikation entsprach, im anderen Fall waren es widersprüchliche Spezifikationen in den Zeichnungen des Skids.
Dimensional Engineering wendet denselben Prozess und dieselben Werkzeuge auf andere Großprojekte an, einschließlich Hilfskomponenten für das LMS100-Paket, wie z. B. den Ladeluftkühler. „Die Skid-Techniken werden eingesetzt, um zwei 50 Fuß lange Kühlerbefestigungsschienen zu positionieren, während sie geschweißt werden, 120 Löcher auf dem Kühlerbefestigungsflansch und Parallelität auf den Ansaug- und Ausgangsflanschen“, erklärt Bonner. „Ohne die Präzisionsmessungen, die wir mit dem FARO Laser Tracker und PolyWorks erhalten, würde der Kühler nicht in den Ladeluftkühler passen, und der Ladeluftkühler würde nicht richtig auf der LMS100-Turbine sitzen.“
Mit PolyWorks macht Dimensional Engineering bewegliche Ziele handhabbar und umfangreiche Bearbeitungen vorhersehbar.
