Wasser

Bild: rcfotostock – Fotolia

| von Deniz Ertogrul, Geschäftsführer und Mitgründer von PD2M
  • Kavitation ist ein Phänomen, mit dem viele Betreiber zu kämpfen haben. Die größte Herausforderung ist es dabei, die Schädigungswirkung festzustellen und dieser gegenzuwirken, bevor es zu starkem Materialabtrag bis hin zum Ausfall kommt.
  • Mit der nun vorgestellten Lösung ist es erstmals möglich, Sensoren direkt im Kavitationsgebiet zu platzieren und hierdurch eine unmittelbare Rückmeldung über die auf das Material wirkenden Kräfte zu erhalten.
  • Als Ergebnis steht eine verbesserte Prozesskenntnis, die als Basis für Anlagen-Optimierungen dienen kann.

Kavitation den Schrecken nehmen

Cavisense nimmt dem Kavitationsproblem seinen Schrecken. Der von PD2M, einem Spin-off der TU Darmstadt, entwickelte Sensor kann Kavitation nicht nur detektieren, sondern liefert Rückmeldung über den auftretenden Verschleiß an betroffenen Komponenten. Für den Betreiber werden auftretende Kavitationsstörungen und etwaige Auswirkungen auf die Anlage völlig transparent. Dadurch entstehen Stellpotenziale und Handlungsspielräume für einen optimierten Anlagenbetrieb. Das Handlungspotenzial erschöpft sich nicht nur darin, kavitationsbedingte Ausfälle durch effektive Überwachung und zustandsbasierte Wartung zu vermeiden. Über entsprechende Regelansätze lassen sich Kavitationsschäden gänzlich vermeiden oder eine kontrollierte Nutzung von Grenzbereichen mit gering schädlichen Kavitationszuständen erreichen. Der Nutzen für Betreiber stellt sich dar wie folgt:

  • variable Prozessanforderungen sicher im Griff behalten,
  • Schutzmechanismus bei unvorhersehbaren Störeinflüssen oder Fehlern aus Planungsunsicherheiten,
  • Redundanzen und Überdimensionierung abbauen,
  • Beanspruchung einer Komponente unter Kavitation kennen, um Wartungs- und Revisionszyklen zu optimieren,
  • kontrollierter Umgang mit detektierten Kavitationsvorgängen (beispielsweise Zulassen unschädlicher Kavitation zugunsten von Prozessanforderungen),
  • Infrastrukturkosten für Gruben, Gerüste oder Stellflächen für überdimensionierte und redundante Systeme senken.

Einfache Lösung

Bei der Lösung handelt es sich um einen Sensor, der in einer kleinen Schraube mit Standard-M14X1-Gewinde steckt. Hierdurch kann ihn der Anwender von außen durch ein durchgängiges Gewinde an den Messort einschrauben. Die Stirnfläche des Sensors sitzt sodann bündig zur umströmten Innenwand, beispielsweise am Austritt eines Ventils oder dem Saugbereich einer Pumpe. Der Sensor ist somit direkt im Kavitationsgebiet platziert, sodass er jederzeit die im Betrieb auf ihn einwirkende Kavitationsbeanspruchung, ausgedrückt in mechanischer Leistung, wiedergibt. Der Sensor integriert sich über ein handelsübliches Kommunikations-Gateway direkt an die übergeordnete Prozessleitung oder das Asset-Management. Anwender können etwa verschiedene Schwellwerte definieren, um tolerierbare oder kritische Betriebsbereiche abzugrenzen und entsprechende Warnungen oder Handlungen abzuleiten. Auch ist es möglich, das Signal innerhalb der Hydraulik für Zwecke integrierter Diagnose beziehungsweise Regelung zu verarbeiten. Die vom Sensor ausgegebene mechanische Leistung ist ein Maß für die durch Kavitation aufgebrachte Aufprallenergie pro Zeit am Messort. Daraus lassen sich direkte Rückschlüsse auf die mechanische Beanspruchung beispielsweise die fortschreitende Zerstörung etwa einer Bauteilwand ziehen. Besonders die wandnahen Kollapsereignisse erreichen den Sensor als konzentrierte, hochfrequente Energieimpulse. Aus konventionellen Druck- oder Schallmessungen lassen sich derartige Schlüsse auf wirkende Materialbeanspruchungen nicht ableiten. Demgegenüber bringen Kavitationsvorgänge, die sich vornehmlich innerhalb der Strömung konzentrieren, kaum erosive Schädigungsenergie auf. Der Großteil der Energie wird hier in Wärme beziehungsweise Bauteilschwingungen umgesetzt.

 

Zur Technik: Auf dem Weg in die Praxis

Der Sensor misst und verarbeitet einen physikalischen Effekt mit hoher Dynamik und komprimiert die Messdaten zu einer aussagekräftigen, leicht verarbeitbaren Kenngröße für den Verschleiß an einer Komponente. Mit einer internen Messbandbreite von 200 MHz übertrifft das System in seiner Funktion ausgewachsene Labormesstechnik. Die zugrunde liegende Physik stellt enorme Anforderungen, insbesondere an Sensorik und Elektronik. Den Sensor testeten die Entwickler bereits unter verschiedenen Bedingungen in Versuchsanlagen. Derzeit sucht das Unternehmen den Austausch mit interessierten Planern und Betreibern. In Probemessungen möchte das Team die Vorteile für einen optimierten Anlagebetrieb demonstrieren. 1605ct917

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