I componenti pesanti non fanno più paura
Con PolyWorks|Inspector™, Andritz Hydro affronta le difficoltà legate al controllo qualità dei componenti di grandi dimensioni.
Con sede a Graz, in Austria, il gruppo Andritz (di cui fanno parte Andritz Hydro, Andritz Pulp & Paper, Andritz Metals, Andritz Separation e Andritz Automation) è un fornitore leader mondiale di impianti, attrezzature e servizi destinati alle centrali idroelettriche, all’industria cartaria, al settore metallurgico al settore pubblico e privato della separazione solido-liquido.
Nel corso degli ultimi 170 anni, Andritz Hydro si è fatta strada fino a diventare un punto di riferimento mondiale nella produzione di energia idraulica. Oggi l’azienda fornisce a livello mondiale sistemi elettromeccanici e servizi destinati agli impianti idroelettrici. La sede centrale di Andritz Hydro si trova a Vienna, in Austria, ma l’azienda è presente in tutto il mondo con 50 sedi distribuite in 20 paesi. L’assetto organizzativo è costituito da cinque divisioni principali: Large Hydro, Service & Rehab, Compact Hydro, Generator Turbo e Pumps. Per Andritz Hydro l’energia idroelettrica non ha segreti.
La sfida
Il controllo qualità delle turbine Francis
Lo stabilimento Andritz Hydro di Ravensburg, in Germania, si dedica alla produzione di componenti destinati agli impianti idroelettrici: turbogeneratori, turbine e valvole. Il controllo della qualità di tutti i componenti prodotti, compresi anche quelli di grandi dimensioni come le turbine Francis, è un passaggio obbligato.
Una sola turbina Francis è in grado di generare fino a 800 megawatt: un vero gigante. Le turbine Francis sono realizzate in fusione, pesano 200 tonnellate e con un diametro di circa 8 metri. La produttività di questo gigante è impressionante: è stato valutato che è in grado di produrre la stessa quantità di energia di una centrale nucleare media; tuttavia, nonostante la potenza e le dimensioni mastodontiche, la turbina Francis è in realtà un componente di precisione: l’efficienza della turbina dipende in tutto e per tutto dalla precisione e dalla posizione delle pale. Il controllo qualità, in questo caso, è un fattore fondamentale: a 120 giri al minuto, una leggera deformazione in un componente può avere effetti devastanti.
A 120 giri al minuto, una leggera deformazione in un componente può avere effetti devastanti
La turbina Francis della centrale Guri II in Venezuela.
Per Andritz Hydro il controllo qualità di un componente da 200 tonnellate implica una serie di difficoltà particolari: per gli starter le dimensioni della turbina Francis rappresentano un ostacolo che rende estremamente difficoltoso il compito di acquisire misurazioni, che diventa praticamente impossibile senza le dovute apparecchiature ; senza dimenticare che, nonostante le enormi dimensioni di questi componenti, la tolleranza di precisione deve essere pari a 1/100 di millimetro.
Yener Korkmaz, Director of Test and Measurement presso Andritz Hydro Ravensburg e responsabile del controllo qualità, ispezione e riparazione delle merci in arrivo spiega che: «In sé l’acquisizione di misurazioni come punti target, allineamenti, analisi, ecc. non rappresenta un problema; la vera difficoltà principale è l’accesso al componente: lo spazio è in molti casi limitato, e non abbiamo la possibilità di spostarci fisicamente in posizioni più idonee.»
I componenti non possono essere posizionati su una tavola di misura, e non è nemmeno possibile accedervi da ogni angolazione; per questo Korkmaz e il suo team avevano dovuto ricorrere in passato alla misurazione dei componenti di grandi dimensioni direttamente nel punto in cui venivano saldati in posizione tra tutti gli altri componenti e strumenti. Inoltre, le misurazioni acquisite con gli strumenti non potevano essere una garanzia di precisione, data la varietà dei materiali che ne influenza le letture.
La soluzione
Per provvedere al controllo di qualità sulle turbine, Andritz Hydro è passata alla metrologia 3D. Molti dei punti di misurazione di una turbina sono parzialmente nascosti, e accedervi è difficoltoso; si è deciso quindi che la soluzione doveva essere un dispositivo di misurazione tattile. La scelta si è rivelata particolarmente pratica dato il numero non eccessivo di punti da misurare. La soluzione di metrologia 3D scelta era costituita da FaroArm, il laser tracker Faro e il software PolyWorks|Inspector™. Con questo abbinamento, le dimensioni e il peso del componente non rappresentavano più un problema.
La misurazione delle pale richiede sforzi fisici
PolyWorks|Inspector doveva servire ad allineare e analizzare i dati di misurazione. Andritz Hydro aveva cambiato il software di allineamento precedentemente in uso con PolyWorks® tre anni prima. Il motivo principale era che, sebbene le funzionalità di allineamento del software usato in precedenza rispondessero ai requisiti in termini di analisi ed esportazione dei dati, PolyWorks offriva una serie di vantaggi aggiuntivi.
Hans-Peter Klimm, caposquadra della divisione Measurement and Testing di Andritz Hydro Ravensburg, apprezza la flessibilità di PolyWorks ma anche il fatto di non essere limitato: «La maggior parte delle soluzioni software offre funzioni specifiche, e se queste funzioni non portano i risultati attesi, allora è tutto inutile. Con PolyWorks abbiamo a disposizione varie opzioni per raggiungere un obiettivo; usiamo le tante opzioni di importazione ed esportazione e le varie interfacce. Questo ci consente di trovare soluzioni creative a problemi specifici.»
«Abbiamo scelto PolyWorks per la flessibilità e per la varietà di formati di report, oltre che per l’assistenza tecnica ricevuta da Duwe-3D.»
Korkmaz ha aggiunto che ciascun reparto dell’organizzazione è trattato come un cliente, e tutti hanno diversi requisiti di elaborazione dei dati. PolyWorks ha dimostrato di essere in grado di utilizzare ciascuno dei formati richiesti. «Abbiamo scelto PolyWorks per la flessibilità e per la varietà di formati di report, oltre che per l’assistenza tecnica ricevuta da Duwe-3d.» ha spiegato Korkmaz. Inoltre Korkmaz ha fortemente apprezzato la possibilità per il proprio personale di ricevere la formazione di base sul software PolyWorks|Inspector e per il fatto che il supporto alla programmazione di Macro , a cura di Duwe-3d AG con sede a Lindau, era disponibile direttamente sul sito di produzione.
Grazie a questa soluzione di misurazione 3D le difficoltà legate alle enormi dimensioni del componente sono state superate. Pur avendo adottato una soluzione come questa, misurare turbine di tali dimensioni resta ben lungi dall’essere un lavoro di routine. Questo è in parte dovuto al fatto che Andritz Hydro produce parti uniche, non in serie; il che significa che ciascun singolo ingranaggio è costruito sulle specifiche dei clienti; i requisiti del processo di misurazione sono quindi sempre diversi: «Ogni turbina che viene misurata è un mondo a sé.», spiega Klimm.
Modello CAD di un componente in PolyWorks con punti di riferimento e di misurazione.
Lo spostamento del dispositivo
Le dimensioni e l’accessibilità limitata al componente richiedono frequenti riposizionamenti dello strumento di acquisizione o del tracker. Il cambio di posizione del dispositivo di misurazione 3D è un processo che PolyWorks è in grado di semplificare; vengono infatti fornite due modalità di inserimento del braccio nel sistema di coordinate:
- Per mezzo di punti che possono essere acquisiti da diverse posizioni; i vecchi punti restano sempre in prossimità dei nuovi.
- Combinando il tracker e il braccio, quindi inserendo il braccio nel sistema di coordinate del tracker.
Quando la posizione cambia, il braccio acquisisce il proprio riferimento nel sistema di coordinate del tracker. PolyWorks registra automaticamente il braccio nel sistema di coordinate, senza la necessità di acquisire ulteriori punti di riferimento.
I dati del progetto possono essere attivati da un iPod usando l’app PolyWorks|Talisman.
PolyWorks|Talisman™ è uno strumento di grande utilità per le nostre esigenze.
Per i punti difficili da raggiungere, come quelli situati in profondità in una ruota o un albero, l’applicazione PolyWorks|Talisman per dispositivi mobili Apple® si rivela un valido ausilio.
«PolyWorks|Talisman è uno strumento di grande utilità per le nostre esigenze», spiega soddisfatto Korkmaz; «In assenza di un collega o se l’operatore si trova in una posizione difficile e non è in grado di accedere al computer, l’applicazione ci viene in aiuto», aggiunge. È possibile attivare i processi di acquisizione da remoto e recuperare i dati del progetto tramite un computer; il tecnico può convalidare immediatamente i dati e apportare correzioni in caso di misurazioni errate.
Vantaggi
Poiché molti dei componenti da misurare sono di grandi dimensioni, non è raro che i clienti di Andritz Hydro debbano montare delle strutture intorno al componente interessato per accedervi. Queste strutture consentono di esaminare il componente da ogni angolazione, ma hanno come svantaggio una notevole limitazione degli spazi; pertanto la semplice misurazione di questi componenti con grandi strumenti in presenza di un cliente si rivelava pressoché impossibile o può causare errori.
La mobilità offerta dalle soluzioni di metrologia 3D consente di realizzare controlli di qualità sui componenti dei fornitori direttamente presso il sito di installazione e anche di fornire supporto alle operazioni di installazione delle turbine nella centrale. Lavorare in spazi limitati non è più un problema.
Prima per misurare una pala da 100 tonnellate erano necessari due tecnici e fino a un giorno e mezzo: troppo tempo veniva impiegato per posizionare lo strumento di misura e per lavorare in spazi limitati anche dalla presenza di cavi e di altro materiale. Con la soluzione di misurazione 3D adottata il lavoro finisce in due ore ed è sufficiente un solo tecnico.
Visto l’aumento nell’utilizzo di PolyWorks, Korkmaz si è espresso così: «Grazie a PolyWorks guadagniamo in precisione e ripetibilità: due aspetti fondamentali.»
Il futuro di PolyWorks in Andritz
L’affidabilità delle tecniche di misurazione 3D in uso presso Andritz è sfociata in una serie di ulteriori applicazioni; non è più solo usata per il controllo qualità, ma anche la costruzione dei componenti: prima del processo di saldatura, quando ad esempio si posiziona la radice di saldatura, Andritz si serve di PolyWorks e di un laser tracker Faro per determinare l’allineamento corretto di tutti i componenti.
Lo studio originale è stato pubblicato da Duwe-3d in tedesco.
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Talisman™