Details statt Trends

Vibrationsüberwachung von Kompressoren

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04.06.2008 Mit der Aufzeichnung von Schwingungstrends lassen sich Fehler an Kompressoren häufig nicht rechtzeitig erkennen. Erhebliche Schäden bis hin zu Anlagenausfällen können die Konsequenzen sein. Eine Vibrationsüberwachung zeigt untypische Stoßimpulse bei Kompressoren an und gibt mit einer geeigneten Berechnung rechtzeitig Warnmeldungen aus.

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Entscheider-Facts Für Anwender:


  • Die Trendanalyse der an rotierenden Maschinen auftretenden Schwingungen ist ein erprobtes Instrument zur Maschinendiagnose.
  • Um Kolbenkompressoren zu überwachen, ist sie allerdings nur bedingt geeignet.
  • Der RMP-Transmitter erfasst Stoßimpulse und daraus resultierende Schäden rechtzeitig, ohne dabei ständig Fehlalarme auszulösen.

Nach der Generalüberholung nahm der Betreiber eines Gaswerks einen Sechszylinderkompressor wieder in Betrieb. Die Maschine startete tadellos, obwohl mehrere Bolzen nicht ordnungsgemäß fest genug angezogen waren. Der Kompressor wurde durch einen Elektromotor mit einer Drehzahl von 300 U/min angetrieben. Wie lange wäre das gut gegangen? Unbemerkt hätte der Fehler mit Sicherheit einen größeren Maschinenschaden zur Folge gehabt.

Und unbemerkt wäre er vermutlich mit der üblichen Trendanalyse der an rotierenden Maschinen auftretenden Schwingungen auch geblieben. Jedoch wurden im Werk bereits routinemäßig alle Maschinen, so auch die Kompressoren durch Messung der Schwinggeschwindigkeit überwacht und die Veränderungen beobachtet. Jeder Zylinder des Kompressors war mit einem RMP-Transmitter (RMP = Reciprocating Machinery Protector) ausgestattet. Bereits beim Start des Kompressors löste das Gerät einen Alarm aus. Während der Neustartversuche löste der Transmitter über den RFI erneut einen Alarm aus. Noch bevor ein größerer Schaden entstand, wurde der Mangel im Kompressor festgestellt und die Bolzen ordnungsgemäß festgezogen.

Vibrationsüberwachung

Die Trendanalyse der an rotierenden Maschinen auftretenden Schwingungen ist ein hervorragendes und weit verbreitetes Instrument der Maschinendiagnose. Um Kolbenkompressoren zu überwachen, ist sie allerdings nur bedingt geeignet. Viele typische Defekte an Kolbenmaschinen gehen mit losen mechanischen Teilen einher, die sich in Schlägen und Stoßbelastungen äußern. Sie verursachen äußerst kurzzeitige Pulse im Vibrationszeitsignal, die sich auf den generellen Schwingungspegel (Trend) jedoch kaum auswirken. Mit herkömmlichen Überwachungstechniken ist es daher schwierig, solche Fehler frühzeitig zu erkennen. Das ist ein erhebliches Problem, weil kritische Maschinenzustände oder Schäden in kürzester Zeit nach Auftreten solcher schockartigen Ereignisse entstehen können.

Typische Ursachen solcher Fehler, die durch eine entsprechende Überwachungsstrategie frühzeitig erkannt werden sollen, sind zum Beispiel:

  • lose oder gebrochene Bolzen
  • lose oder gebrochene Zugankermuttern
  • gebrochene Pleuel oder Kolbenstange
  • lockere Kreuzkopfverbindungen
  • Flüssigkeit oder Abrieb im Zylinder
  • Riefen im Zylinder

Alarm zur rechten Zeit

Transmitter zur Messung von Stößen und Schocks werden schon lange Zeit erfolgreich zur Überwachung von Kompressoren eingesetzt. Die Effektivität dieser Geräte ist allerdings stark abhängig vom eingestellten Grenzwert, da sie nur Stöße anzeigen, die oberhalb des Grenzwertes liegen. Wenn der Anwender den Grenzwert falsch gewählt hat (zu hoch oder zu niedrig), kommt es zu Fehlalarmen oder nicht rechtzeitig erkannten Mängeln. Der RMP-Transmitter erlaubt Schäden an Verdichtern in einem sehr frühen Stadium zu erfassen ohne dabei ständig Fehlalarme auszulösen.

Die Vorteile gegenüber der existierenden Techniken stellen sich wie folgt dar:

  • Die maximalen Amplituden der üblichen und normalen Schwingungen, die den gewählten Grenzwert nicht überschreiten, werden gemessen und können als Trend dargestellt werden;
  • kurzzeitige Signalspitzen werden relativ zu zwei Schockgrenzwerten bewertet. Dies erlaubt eine flexiblere Einstellung der Grenzwerte. Hierdurch kann früher gewarnt werden, ohne einen Fehlalarm auszulösen;
  • die erfassten Signalspitzen, die einen Grenzwert überschritten haben, werden entsprechend ihrer Höhe bewertet. Hierdurch wird eine bessere Aussage über den Gefährdungsgrad ermöglicht;
  • eine einstellbare Verzögerungszeit verhindert fehlerhafte Spitzenzählungen. Solche können durch mechanische Schwingungen der nur leicht gedämpften Strukturen resultierend aus vorhergegangenen Stößen entstehen;
  • die Überwachungsparameter sind einstellbar, so dass eine Anpassung an jede Maschine möglich ist;
  • der RMP-Transmitter erfasst einen größeren Frequenzbereich als herkömmliche Geräte.

Vergleich der Auswertestrategien

Auch wenn sich die Amplituden der Schwingungswerte, die von Schlägen herrühren, von „mängelfreien“ Signalen eines Kompressor unterscheiden, sind die Differenzen im Gesamtschwingungspegel kaum sichtbar. Ein Schaden kann nicht eindeutig festgestellt werden. Der Verlauf des RFI-Trends erinnert dagegen an die Sky-Line einer Stadt und zeigt einen deutlichen Anstieg der Amplituden bei einem Mangel am Kompressor. Im Vergleich der Schwingungsaufzeichnungen zeigt sich, dass bei den Maximalwerten des RFI die Änderung des Gesamtschwingungspegels minimal war. Dafür nutzt der RMP einen schnellen Detektor, um die Amplitude eines jeden Schockereignisses zu messen, das innerhalb einer voreingestellten Zeit (typischerweise 12 bis 16 Hübe) auftritt.

Ein Beschleunigungsaufnehmer erfasst Schock- und Vibrationsdaten in hoher Frequenzbandbreite, wodurch sich auch die Stoßimpulse exakt aufnehmen lassen. Ein interner Mikroprozessor vergleicht jedes festgestellte Stoßsignal mit zwei Grenzwerten, um schließlich den RFI (Reciprocating Fault Index) zu berechnen. Der RFI basiert auf verbesserten Überschreitungskriterien, die aus empirischen Daten gewonnen wurden. Proportional zum RFI gibt der Transmitter analoge 4…20 mA-Signale aus. Überschreitet kein Stoßimpuls einen Grenzwert, so ist der RFI gleich der gemessenen Amplitude. Jeder Impuls, der den gewählten Grenzwert überschreitet, wird vom Prozessor gezählt, entsprechend der Amplitudenhöhe gewichtet und in die Berechnung des RFI einbezogen.

Heftausgabe: Juni 2008

Über den Autor

Dr. Georg Zusman , IMI Sensors
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