Condition monitoring of Azipod propulsion unit shaft water seal system
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2019-12-16
Department
Major/Subject
Translational Engineering
Mcode
ELEC3023
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
66
Series
Abstract
In this thesis, possibilities of shaft seal system condition monitoring were evaluated for the shaft water seal system of Azipod propulsion unit. The evaluation was based on existing equipment on the system, focusing on data from seal oil level measurement sensors. The oil level measurement was considered the most crucial signal for condition monitoring, since seal oil consumption was expected to directly indicate seal performance, in other words, how well the seal can prevent liquid from passing it. In addition, the use of other system signals, and the possible need for additional measuring equipment for enabling condition monitoring were briefly considered. The two main aspects of this thesis were demonstrating how seal lubrication oil consumption could be monitored and connecting increased oil consumption to seal failure. Oil consumption of the seal system was first studied by processing the oil level data in Matlab. The oil level is measured from a storage tank, which provides lubrication oil for the seals, so oil consumption of the seal system could be derived from the oil level decrease rate and tank geometry. In this case, the decrease rate is derivative of the oil level data, and it could be approximated with appropriate line fitting to the data. After obtaining a measure for the seal system oil consumption, its connection to seal failures was studied. The study was conducted by defining appropriate failure oil consumption limits and comparing the data with confirmed seal issues to them with different parameters. The results obtained from the condition monitoring evaluation were satisfactory. Although an actual condition monitoring scheme for the seal system was not yet created, a possibility for further research was indicated. After determining suitable values for oil consumption monitoring parameters, such as line fitting interval and signal filtering intensity, the consumption could be approximated even in failure cases with violent changes in the oil level signal. Furthermore, the oil consumption trend was confirmed to be able to exceed the chosen failure limits in data with confirmed seal issues. Therefore, further research on the system condition monitoring, for discovering predictable failure behavior with new data, can be readily performed utilizing the proposed oil consumption monitoring scheme.Tässä diplomityössä tarkastellaan mahdollisuuksia akselitiivistejärjestelmän kunnonvalvontaan Azipod potkurijärjestelmän akselitiivistejärjestelmän kontekstissa. Tarkastelu perustuu järjestelmän nykyisiin jo olemassa oleviin antureihin keskittyen öljyn pinnankorkeusmitttauksiin. Pinnankorkeusmittauksen katsottiin olevan kunnonvalvonnan kannalta järjestelmän tärkein singnaali, koska sen arveltiin suoraan kuvaavan tiivisteen toimintakykyä. Toisin sanoen, kuinka hyvin tiiviste estää aineen kulkeutumista lävitseen. Lisäksi kunnonvalvonnan mahdollistamiseksi tarkasteltiin lyhyesti myös järjestelmän muita signaaleja sekä mahdollista tarvetta lisälaitteistolle. Tällä diplomityöllä on kaksi keskeisintä kohtaa jotka vaativat tarkastelua. Ensinnäkin tiivisteen voiteluöljyn kulutukselle oli kehitettävä mitattavissa oleva indikaattori ja toiseksi kohonnut öljynkulutus tuli yhdistää todellisiin tiivisteen vikatapauksiin. Öljynkulutusta tarkasteltiin aluksi käsittelemällä öljyn pinnankorkeusdataa Matlab:n avulla. Pinnankorkeus mitataan jäjestelmän öljytankista, joka välittää öljyn tiivisteille, joten järjestelmän öljynkulutus voitiin suoraan estimoida öljyn pinnankorkeuden laskunopeuden ja tankin geometrian perusteella. Tässä tapauksessa laskunopeus on pinnankorkeuden derivaatta, joten sitä voitiin estimoida sopivilla suoransovituksilla pinnankorkeusdataan. Öljynkulutuksen arvioinnin mahdollistamisen jälkeen tutkittiin kulutuksen yhteyttä tiivistevikoihin. Tarkastelu suoritettiin määrittelemällä sopivat raja-arvot öljynkulutukselle ja vertailemalla tiivistevian sisältävää dataa rajoihin eri parametreilla. Kunnonvalvonnan tarkastelu tuotti hyviä tuloksia. Vaikka varsinaista kunnonvalvontajärjestelmää ei vielä luotu, selviä merkkejä jatkotutkimuksen kannattavuudesta saatiin. Sopivien parametriarvojen, esimerkiksi suoransovituksen aikavälin sekä signaalin tarvitseman suodatuksen, löydyttyä järjestelmän öljynkulutusta voitiin arvioida jopa vikatilanteissa, joissa öljyn pinnankorkeuden vaihtelu on hyvinkin rajua. Lisäksi todettiin että öljynkulutus todella pystyy vikatilanteissa ylittämään valitut raja-arvot. Näin ollen mahdollista jatkotutkimusta ennustettavien vikamallien löytämiseksi pinnankorkeusdatasta voidaan suorittaa yksinkertaisesti hyödyntämällä tässä työssä esitettyä öljynkulutuksen tarkkailumetodia.Description
Supervisor
Belahcen, AnouarThesis advisor
Viitakangas, JuhaKeywords
condition monitoring, shaft seal, sensors, marine