3D-Scanlösung für innovative Wartung und Reparatur von Komponenten für Wasserkraftwerke

Wasserkraft ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie wir gelernt haben, die Natur zur Stromerzeugung zu nutzen und die Welt zu erhellen. Doch die reibungslose Instandhaltung dieser Wasserkraftanlagen ist keine einfache Aufgabe. Hier kommt das 3D-Scannen ins Spiel – eine neue Methode, um den Zustand der Wasserkraftteile zu überprüfen und sicherzustellen, dass alles einwandfrei funktioniert.

Fortschrittliches 3D-Scannen erstellt nicht nur digitale Zwillinge neu gefertigter Teile zur Erkennung von Abweichungen, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Wartung und Reparatur dieser Anlagen. Von den riesigen Francisturbinen, die hunderte Tonnen wiegen können, bis zu den komplexen Komponenten im Inneren – 3D-Laserscannen stellt sicher, dass jedes Bauteil optimal funktioniert und so unsere nachhaltigen Energiequellen für zukünftige Generationen sichert.

Begleiten Sie uns auf der Entdeckungsreise über die transformative Wirkung des 3D-Scannen bei der Wartung und Reparatur von Komponenten für Wasserkraftanlagen.

Wasserkraftwerke variieren stark in ihrer Größe, doch die größeren Anlagen sind beeindruckend. Die Bauteile sind riesig. Eine Francisturbine, die heute am häufigsten vorkommt, kann bis zu 200 Tonnen wiegen und einen Durchmesser von fast acht Metern haben.

Die enormen Größen der hydrogeformten Bauteile erschweren die Wartung erheblich. Einen vorrätigen Ersatz zu finden, ist nicht einfach. Wenn ein komponent beschädigt ist, muss es repariert werden, um den Betrieb der Anlagen aufrechtzuerhalten. Dieser Prozess erfordert sowohl Können als auch Zeit. Regelmäßige Kontrolle des Verschleißes, Reverse Engineering von Ersatzteilen, Sicherstellung korrekter Schweißarbeiten, maschinelle Bearbeitung der Teile in die vorgesehene Form – all das ist keine leichte Aufgabe.

Vorausschauende Unternehmen haben erkannt, dass neue Technologien ihnen helfen, die Effizienz und Präzision dieses Prozesses zu verbessern. Ihr Geheimwaffe? 3D-ScannEn.

Matthew Percival, ein in Kanada ansässiger Dienstleister für 3D-Scans, hat diesen Trend aus erster Hand miterlebt. In den letzten zehn Jahren ist sein Unternehmen 3DRE zum bevorzugten Spezialisten für viele Wasserkraftwerke in British Columbia geworden, und Percival selbst hat Hunderte von hydrogeformtenBauteilen bearbeitet.

Kürzlich hat er seine Fähigkeiten bei einem Wasserkraftwerk eingesetzt, in dem Bimsstein erhebliche Schäden verursacht. Die Anlage nutzt 3D-Scan-Workflow in zwei verschiedenen Schritten: zur Kontrolle des Verschleißes und zur Reparatur eines bestimmten Teils sowie zur Digitalisierung der vorhandenen Teile für zukünftige Ersatzbeschaffungen.

3D-Scan-Workflows für hydrogeformte Bauteile

Bimsstein sind abrasive Partikel, die entstehen, wenn überhitztes, stark unter Druck stehendes Gestein schnell aus einem Vulkan ausgestoßen wird. „Der Bimsstein im Wasser verschleißt alle Wehrklappen, Laufräder und weitere Teile. Er verursacht sogar Löcher direkt in den Laufrädern. Das Werk musste die beschädigten Turbinenteile entfernen, neue Bleche anschweißen und die Schweißnähte anschließend auf die richtige Dicke bearbeiten“, erklärt Percival.

Für die Inspektion eines Auslaufrohrs — ein großes Bauteil, das am Austritt der Turbine angebracht ist und die Austrittsgeschwindigkeit des Wassers verringert — sowie der Wehrklappen, flügelartige Platten am Eingang des Generators, die den Wasserfluss zum Laufrad regulieren, kamen ein tragbarer 3D-Laserscanner und die Software Geomagic Control X zum Einsatz.

3DRE entschied sich für das TrackScan-P System von SCANOLOGY, das mit einem optischen Tracker ausgestattet ist und große Bauteile mit oder ohne Zielmarkierungen messen kann. Um die Unterseite des Bauteils zu erfassen, musste dieses angehoben werden; die Zielmarkierungen ermöglichten das Bewegen und gleichzeitige Scannen des Bauteils. Zwei Personen führten den Scan innerhalb von 3 Stunden mit einer Punktabstand von 2 mm durch und erzeugten dabei insgesamt 11 Millionen Datenpunkte.

Um Verschleißerscheinungen am Rohr zu erkennen, erstellte Herr Percival eine Abweichungskarte. Er lud die Scan-Daten in Control X, verwendete den Befehl „Plot“ und setzte eine minimale Dicke von -1 mm sowie eine maximale Dicke von 15 mm, um die unten gezeigte Farbkarte zu erzeugen.

„Ich wusste, dass das Bauteil mit einer Wandstärke von 10 mm konstruiert wurde, und diese Information bildete die Grundlage für die Inspektion. Ich fand eine Beschichtung an der Innenseite, die sich in einer Wandstärke von 11,5 mm widerspiegelt. Anhand dieser Daten konnten wir feststellen, dass am Auslaufrohr selbst kein signifikanter Verschleiß vorliegt“, erklärt Herr Percival.

3D Reverse Engineering für As-built-Modelle
Neben der Inspektion des Rohrs wollte das Wasserkraftwerk ein As-built-Modell erstellen, das das Bauteil genau so zeigt, wie es im Einsatz existiert. Ein solches Modell kann zukünftig verwendet werden, um das Saugrohr zu reproduzieren, wenn eine Reparatur nicht mehr möglich ist.

„Wenn Teile eines Saugrohrs verschlissen sind, können Sie nicht einfach ein neues beim Hersteller bestellen, da jeder Teil eines Saugrohrs variiert und seine Enden vor Ort im Einsatzbereich gegossen werden. Man muss das verschlissene Teil 3D scannen und ein As-built-Bauteil neu anfertigen,“ erklärt Herr Percival.

Zur Erstellung des As-built-CAD-Modells verwendete Herr Percival Geomagic Design X sowie die Oqton-Software für einfaches 3D-Reverse Engineering. Anhand der Zeichnung modellierte er den Körper mit der Design Intent-Funktion und anschließend die Enden als As-built, da die Verbindungsenden im Beton fixiert sind und sich nicht bewegen.

3D-Scan eines Schüttores
Während der 3D-Scan des Saugrohrs keine Verschleißerscheinungen zeigte, war dies bei den Schützklappen anders. „Die Schützklappen verschlissen durch das Bimsstein im Wasser. Sie waren bereits repariert worden, und wir haben gescannt, um diese Reparatur zu überprüfen und zu sehen, ob die Bearbeitung korrekt ausgeführt wurde“, erklärt Herr Percival.

Zur Reparatur dieser großen Bauteile wird geschweißt, was jedoch oft zu überschüssigem Material im Schweißbereich führt. Dieses wird anschließend bearbeitet, um die endgültige Form zu erhalten, die dem CAD-Modell entspricht. Das 3D-Laserscannen wird verwendet, um zu überprüfen, ob der Prozess die richtige Form ergeben hat.

Die Weiterentwicklung von Scannern und fortschrittlicher 3D-Scansoftware bietet Wasserkraftwerken eine höhere Kosteneffizienz und erweiterte Fähigkeiten. Mit der Verfeinerung dieser Technologien wird ein breiteres Spektrum von Anwendern befähigt, große Fertigungsherausforderungen zu meistern – ganz gleich, wie komplex diese auch sind.

Quelle: 3D-Scannen und erneuerbare Energien – Wie Wasserkraftwerke Geomagic Design X und Control X für Wartung und Reparatur nutzen