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O+P Fluidtechnik 7-8/2016

O+P Fluidtechnik 7-8/2016

RUBRIZIERUNGSEBENE HINAB

RUBRIZIERUNGSEBENE HINAB IN DIE TIEFE – MIT GERINGEM ENGINEERING AUFWAND Royce Gerngross, Dr. Alexandre Orth Es ist ein Vorurteil, dass die hydraulischen Komponenten in Tiefsee-Anwendungen immer Sonderkonstruktionen mit speziellen Werkstoffen sein müssen, um dem großen Druck und den korrosiven Umgebungsbedingungen standhalten zu können. Vielmehr können viele Standard- Hydrauliksysteme nach der richtigen Anpassung auch in dieser schwierigen Umgebung effizient arbeiten. SPECIAL OFFSHORE- UND MEERESTECHNIK Die Auswahl der bestmöglichen Lösung für Tiefsee-Anwendungen setzt ein Verständnis der Auswirkungen der unterschiedlichen Wassertiefen auf das Hydrauliksystem voraus. Die bei der Ölund Gasförderung angewandten Richtlinien liefern die grundlegenden Anforderungen. Bei einer Tiefe bis 305 Meter (1000 ft) müssen die Bauteile zwar in Salzwasser, jedoch nicht unter extrem hohem Wasserdruck arbeiten. In einer Tiefe zwischen 305 bis 1830 m (6000 ft) stellt der hydrostatische Druck das größte Problem dar. Der Wasserdruck erhöht sich alle 10 Meter um 1 bar. Folglich liegt der Umgebungsdruck in 5000 m Tiefe bei 500 Bar. In dieser Tiefe erledigen sämtliche Arbeiten ferngesteuerte, aber auch autonome Systeme und Tiefseeroboter, wie Remote Operated Vehicles (ROV) oder Autonomous Underwater Vehicles (AUV). Bauteile, die diesem hohen Wasseraußendruck ausgesetzt sind, benötigen besondere konstruktive Maßnahmen, wie Druckausgleich oder bauliche Veränderungen. Diese großen Wassertiefen befinden sich außerdem in der Regel weit entfernt von den Küsten und die Arbeiten werden von schwimmenden Plattformen oder Schiffen ausgeführt. Das stellt zusätzliche Herausforderungen dar und die Schiffe benötigen Systeme zur Wellenkompensation. Nur wenig Erfahrung mit Tiefsee- Ausrüstung gibt es in extrem tiefem Wasser zwischen 1830 (6000 ft) und 10900 m (35761 ft). Mit zunehmender Tiefe muss sich auch die Konstruktion der Hebe- und Sicherungsausrüstung über Wasser ändern, da die Größe und das Gewicht der Unterwassersysteme mit steigender Tiefe zunehmen. Autoren: Royce Gerngross ist Manager Ingenieur Marine & Offshore Oil and Gas, bei Bosch Rexroth US in Houston Dr. Alexandre Orth ist Manager Applikationslösungen & Support für Marine & Offshore bei der Bosch Rexroth AG in Lohr TIEFSEE-ROBOTER: ROBUST UND FLEXIBEL Tiefsee-Roboter verwenden für ihre Arbeit umfangreiche elektromechanische und elektrohydraulische Untersysteme. Diese Maschinen müssen leistungsstark, kompakt, präzise, intelligent und robust zugleich sein: hydraulische Antriebe sind somit prädestiniert für diese Anwendung. Denn sie bieten eine ausgezeichnete Leistungsdichte und hohe Flexibilität für eine ganze Reihe von Anwendungen. Auf dieser Basis versuchen die Entwickler von ROVs und AUVs die integrierten elektrohydraulischen Systeme noch leistungsfähiger und zuverlässiger zu gestalten. ANPASSUNGEN AN UNTERSEE-ANWENDUNGEN Ein Druckausgleich ist bei allen Systemen, die unter Wasser eingesetzt werden, notwendig. Er hilft dabei, den Druck zwischen dem externen Umfeld (Meerwasser) und dem Behälter konstant zu halten, da die Dichtungen normalerweise nur für einen begrenzten Druckabfall in eine bestimmte Richtung ausgelegt sind. Die meisten verfügbaren Standard-Bauteile sind für den Betrieb in einer normalen Umgebung mit dem normalen Atmosphärendruck konzipiert. Diese Maschinen verfügen über eine Oberflächenlackierung und andere Teile, die einem hohen Außendruck unter Wasser oder einem großem Druckabfall nicht standhalten können. Obwohl aufwändig und teuer, können Konstrukteure dieses Problem beispielsweise dadurch lösen, dass sie die druckempfindlichen Bauteile in einer Schutzkammer versiegeln. Dabei handelt es sich normalerweise um einen starren Behälter mit Hochleistungsdichtungen, die dem hohen Druck standhalten können. Eine noch wirkungsvollere Lösung ist jedoch der Druckausgleich. Bei dieser 42 O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 7-8/2016

SYSTEMLÖSUNG ROBUSTE HYDRAULIK IST PRÄDESTINIERT FÜR TIEFSEEROBOTER FÜR LANDANWENDUNGEN ENTWICKELTE KOMPONENTEN WERDEN ANGEPASST DIESER ANSATZ ERMÖGLICHT WIRTSCHAFTLICHE SYSTEME FÜR DEN TIEFSEE-EINSATZ Methode wird im Bauteil Druck ausgeübt, der dem Umgebungsdruck draußen entspricht und ihm entgegenwirkt. Bei einem typischen Hydrauliksystem wird der Standardbehälter durch einen abgedichteten Behälter ersetzt, in dem eine flexible Membran enthalten ist. Daher überträgt sich hier der äußere Umgebungsdruck ebenso auf den Behälter wie bei einem normalen Oberflächensystem, bei dem der äußere Luftdruck auf dem Öl im Behälter wirkt. Der einzige Unterschied liegt darin, dass hier ein Vermischen des Meerwassers mit dem Öl verhindert wird. Dieses pfiffige System ermöglicht es, dass jedes normalerweise an der Oberfläche eingesetzte Bauteil auch unter Wasser verwendet Beispiel für einen Ventilblock, bei dem Standard-Ventile für den Tiefsee-Einsatz angepasst wurden POINTIERT werden kann. Voraussetzung: Alle Bereiche, die normalerweise Luft enthalten, müssen entlüftet und mit der Flüssigkeit aus dem Tank gefüllt sein, um das Druckgleichgewicht zu halten. ZUVERLÄSSIG - ÜBER 30 JAHRE LANG Tiefsee-Ausrüstungen werden auf eine geplante Lebensdauer von bis zu 30 Jahren ausgelegt und müssen internationalen Sicherheitsstandards genügen. Bei der Konstruktion von zuverlässigen Hydrauliksystemen für die Anwendung in der Tiefsee können dazu verschiedene Ansätze gleichzeitig zum Einsatz kommen: n Verwendung hochzuverlässiger Bauteile. Ein Zuverlässigkeitsindikator vergleicht Werte wie die mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit (MTTF), den B10-Wert für die Lebensdauer oder Weibull-Verteilungen. n Einbau einer kostengünstigen redundanten Architektur für mehr Systemzuverlässigkeit. In manchen Fällen sind mehr als zwei Bauteile nötig, die sich gegenseitig unterstützen. n Durch Einbau von Diagnosefunktionen, beispielsweise geeigneten Sensoren und Algorithmen zur Informationensverarbeitung, können Störungen erkannt und Korrekturmaßnahme eingeleitet werden. Die Betreiber im Öl- und Gassektor erwarten, dass die Tiefseeausrüstung während ihrer gesamten Nutzungsdauer mit nur minimalem Wartungsaufwand funktioniert. Das erfordert geeignete, druckbeständige Sensoren, um Systemstörungen zu entdecken und, wenn möglich, auch künftige Störungen dank Überwachung der Betriebszustände (Condition Monitoring) vorherzusagen. So, wie sich Unternehmen in immer größere Tiefen vorwagen, erhöhen sich die technischen Anforderungen gerade an hydraulisch betriebene Systeme. Diese Anforderungen lassen sich durch eine Kombination von Standard-Bauteilen, die sich in rauen Bedingungen an Land bewährt haben, und geeigneten Anpassungen sowie – bei Bedarf – dem intelligenten, kostengünstigen Einsatz von Spezial- Werkstoffen erfüllen. Dieser Ansatz ermöglicht Konstrukteuren die Entwicklung wirtschaftlicher Systeme, und damit die Erforschung der Potenziale in der Tiefsee. Bilder: Aufmacher Rolls Royce Marine AS, kleines Bild Bosch Rexroth AG www.boschrexroth.com ® Kasten spart Kosten ... drylin W igus® dry-tech ® ... schmierfrei Lagern leicht gemacht. Schmierfreie Lineartechnik aus dem größten Baukasten drylin ® W: Linearlager für leisen und leichten Lauf und dabei unempfindlich gegen Staub und Schmutz. Schnell und einfach konfiguriert und montiert, bis hin zu leichten Linien-, Flächen- und Raumportalen. Als Sonderlösung individuell entwickelt oder als Einzelkomponente und Komplettsystem ab 24 h geliefert. www.linearbaukasten.de igus ® GmbH Tel. 02203-9649-145 info@igus.de plastics for longer life ® Besuchen Sie uns: SMM, Hamburg - Halle B6 Stand 322, WindEnergy, Hamburg - Halle B6 Stand 586 IGUS+Messe.indd 1 19.07.2016 15:30:22 O+PFluidtechnik 7-8/2016 43

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