HealthProp - BLLM

  Das Schiff SA Agulhas II Urheberrecht: © MSE  

HealthProp - BLLM

Lebensdauervorhersage und Zustandsüberwachung von Schiffsantrieben unter Eiseinwirkung - Modellierung der Lagerbelastung und Lebensdauer

Motivation

Die Schifffahrtsaktivitäten, der Verkehr und der Betrieb in arktischen und antarktischen Gebieten nehmen zu. In der Antarktis steigt zudem der Verkehr durch Kreuzfahrtschiffe aufgrund touristischer Aktivitäten zunehmend. Darüber hinaus driftet infolge des Klimawandels mehr Eis in Richtung offenes Meer (Randeiszone), was die Wahrscheinlichkeit einer Interaktion zwischen Propeller und Eis erhöht. Sowohl bei Kreuzfahrtschiffen als auch bei Offshore-Schiffen werden extreme Impulsbelastungen erzeugt, wenn Eis auf den Propeller trifft. Dies stellt ein großes Risiko für einen sicheren Betrieb dar. Zudem erfordert der Verlust der Lebensdauer einer Propellerkomponente in eisigem Wasser eine Reparatur im Hafen. Wie sich diese Belastungen durch den Antriebsstrang eines Antriebssystems übertragen und wie die Lebensdauer der Komponenten beeinflusst wird, ist sowohl für Betreiber im Hinblick auf die Sicherheit der Passagiere und die Wartungskosten als auch für Eigner und Konstrukteure neuer Schiffe relevant. Es ist daher von großem Wert, High-Fidelity-Modelle und Simulationswerkzeuge zu entwickeln, die in der Lage sind, diese extremen Belastungen, das Verhalten des Antriebsstrangs und die verbleibende Lebensdauer der Komponenten mit großer Genauigkeit zu bewerten. Dies gilt für die mechanischen Belastungen von Propellern, Wellen, Lagern, Getrieben, elastischen Kupplungen, elektrischen Antriebsstrangkomponenten (falls verwendet) und Antriebsmotoren selbst. Da die Belastungen durch Propeller-Eis-Interaktion bisher noch unzureichend definiert sind, können unzureichende Abschätzungen zu Schäden am gesamten Antriebsstrang und insbesondere den Lagern führen. Auf der anderen Seite führen konservative Abschätzungen zu großen und teuren Strukturen.

Forschungsziele

Das Hauptziel von HealthProp ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit des mechanischen Antriebsstranges von Schiffen im arktischen und antarktischen Einsatz durch eine modellbasierte Zustandsüberwachung. Um die Systemzuverlässigkeit zu verbessern und die Betriebssicherheit unter rauen Umweltbedingungen zu erhöhen wird eine digitale Zwillingsplattform zur Überwachung des Antriebssystems und des Antriebsstrangs von Schiffen entwickelt. Das MSE beschäftigt sich im Verbundprojekt HealthProp im Rahmen des Teilprojekts BLLM (engl. " Bearing load and lifetime modelling – BLLM“) mit der Analyse und Modellierung von Eislasten auf die Beanspruchung von Gleitlagern im mechanischen Antriebsstrang. Übergeordnetes Ziel des Teilvorhabens BLLM ist es, den Einfluss von Eislasten auf die Lagerungen des Antriebsstranges analytisch zu erfassen und bei der Ermittlung der Gleitlagerlebensdauer zu berücksichtigen. Das Südpolversorgungsschiff SA Agulhas II wird als Fallstudie für die Validierung und Anwendung der entwickelten digitalen Zwillingsplattform verwendet. Zur Zielerreichung werden folgende Teilziele verfolgt:

  • Identifizierung des vorherrschenden relevanten Schadensmechanismus: Ermüdung vs Verschleiß
  • Einteilung der Antriebsstranglasten in Größen- und Häufigkeitsklassen und Bestimmung relevanter Lastspektren im Antriebsstrang auf die Radialgleitlager
  • Skalierung relevanter Lastspektren auf ein Prüfstand-Ersatzmodell des Antriebsstrangs der SA Agulhas II
  • Identifizierung der Kontaktbedingungen unter Einfluss von Eislasten in den Radialgleitlagern der SA Agulhas II mittels Simulationen in AVL Excite und Prüfstandsversuchen
  • Entwicklung von Modellen zur Berücksichtigung von Eislasten bei der Ermittlung der Gleitlagerlebensdauer

Forschungs- und Projektpartner

 

Gefördert durch:

  • Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
  • MarTERA
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz MarTERA
 
 

Projektträger:

  • Projektträger Jülich
Projektträger Jülich