Netzwerksitzung Märkisches Netzwerk Instandhaltung in Iserlohn

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1 Netzwerksitzung Märkisches Netzwerk Instandhaltung in Iserlohn am 29. Januar 2009 Mobile schwingungsbasierte Maschinendiagnose als elementarer Bestandteil der zustandsorientierten Instandhaltung - Konzepte, Messtechnik, praktische Beispiele und Nutzenstiftung Rüdiger Proff, Vertriebsingenieur Prüftechnik Condition Monitoring GmbH Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 1

2 Methoden zur Zustandsbewertung Es gibt einige besonders effektive Prognose-Technologien: Einsparpotential für IH-Kosten Ölanalyse 14% Schwingungsanalyse 48% Motor-Strom-Analyse 3% Ultraschall 7% Infrarot- Thermographie 19% Diverse 9% Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 2

3 Maschinen-Informationen Welche Informationen sind relevant? Schwingungszustand - schwingt die Maschine zu stark? Verschleißzustand der Lager, Dichtungen, Kupplung Ausrichtzustand Restnutzungsdauer Zustandsorientiertes Überwachungskonzept basiert auf charakteristischen Kenngrößen Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 3

4 CbM* - Condition based Maintenance *Zustandsorientierte Instandhaltung CbM-Was istdas? Durchführung von Messungen zur Erkennung des Maschinenzustandes Online oder Offline Reparaturen und Service-Arbeiten wenn nötig Möglichkeit zur zustandsorientierten Planung von Instandhaltungsarbeiten Reduktion von nicht geplanten und geplanten Stillständen Erhöhung der Verfügbarkeit und Effektivität von Maschinen Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 4

5 Strategie: Offline oder Online? Klasse 6 Klasse 8 niedrig Reparaturaufwand & -kosten hoch Klasse 5 Klasse 1 Niedrigste Priorität Klasse 2 höchste Priorität Klasse 7 Klasse 4 Klasse 3 Ausfallhäufigkeit niedrig Wichtigkeit für Prozess und Anlage hoch Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 5

6 Strategie: Offline oder Online? Online Condition Monitoring Produktionsausfallkosten Datensammeln Level 1 Kenngrößen Datensammeln Level 2 Diagnose (Offline) Maschinen- schutz- Systeme (Online) (Offline) Jahre Monate Wochen Tage Stunden Minuten Sekunden t Schrittweiser Verschleiß bzw. Schädigung Schlagartiger Ausfall (mit gravierenden Folgen) möglich Messhäufigkeit / Abtastraten Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 6

7 Historische Entwicklung - Handgeräte Offline Überwachung von Maschinen Verwendung von Datensammlern Periodische Überwachung von rotierenden Maschinen Überwachungsintervalle von 4 8 Wochen Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 7

8 Übersicht Schwingungsmessgeräte Einfache Kenngrößen Schwingstärke Lagerzustand Kenngrößen FFT- Maschinenschwingung Lagerdiagnose Kenngrößen Analysemessungen Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 8

9 Level 1/Level 2 Konzept Level 1: Überwachung von charakteristischen Kennwerten Level 2: Diagnosemessungen Spektren, Zeitsignale v Unwucht 1. Harmonische Alarm Warnung Diagnosemessung bei Alarm v Good conditions Kennwerte-Trend Referenzmessung im Gutzustand Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 9

10 Level 1/Level 2 Konzept Level 1: Kennwertüberwachung über den gesamten Lebenszyklus Level 2: Tiefendiagnose bei Auffälligkeit v [m m /s ] 10,0 9,5 9,0 v [m m /s ] 10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 Alarm 6,0 5,5 5,0 4,5 Alarm Alarm rm s 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 Ala rm 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 Warnung Warnung 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0,0 0,0-0, Datum f [Hz] Kenngrössen Schwingweg Schwingstärke Schwingbeschleunigung Körperschallmessungen Temperatur Drehzahl Visuelle Inspektion Prozesszustände, Umgebungsbedingungen Signalanalyse Amplitudenspektrum Hüllkurvenspektrum Schmalbandige Hüllkurvenanalyse Zeitsignalmessung Breitbandspektrum Eigenresonanzbestimmung Ordnungsanalyse / Bodediagramm Cepstrum Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 10

11 VIBXPERT Multimeter Einzelmessung Auswertung nach ISO Alarmschwellen (ISO / nutzerdef.) Datensammler Route Trend & Visuelle Inspektion OMNITREND PC-Software optional Auswuchtgerät 1 Ebene 2 Ebenen, synchron Schall-Analysator Schalldruck Schallintensität Schallleistung Datenlogger Intervall Trigger Historie Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 11

12 Datensammler-Funktion Routen werden in OMNITREND erstellt und zum VIBXPERT geladen einfache Navigation in der Route durch Baumstruktur grafische Oberfläche Alarme in der Route verfügbar Frequenzmarker in der Route verfügbar Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 12

13 grafische Routenunterstützung Baumstruktur Baumstruktur der der Anlage Anlage mit mit oder oder ohne ohne grafische grafische Unterstützung Unterstützung Messungen Messungen nach nach Routenvorgabe Routenvorgabe oder oder nach nach Auswahl Auswahl im im Baum Baum Maschinen-Grafiken Maschinen-Grafiken grafische grafische Anzeige Anzeige der der Maschinen Maschinen Messstellen-Identifikation Messstellen-Identifikation Grafische Grafische Anzeige Anzeige der der aktuellen aktuellen Messpunkte Messpunkte zusätzliche zusätzliche Text-Anzeige Text-Anzeige im im Bild Bild Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 13

14 universelle Ankopplung Ansicht von oben Schwingungsaufnehmer geschraubt geklebt Magnet VIBCODE Sonde mit VIBCODE-Messpunkten geschraubt geklebt TIPTECTOR Handtastsonde Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 14

15 Zustandsbeurteilung von Maschinen Wie läßt sich der Zustand von Maschinen beurteilen? Schädigende Kräfte von außen oder innerhalb der Maschine führen zu Maschinenschwingungen Verschleiß / Abnutzung im WälzlagerW erzeugen Stoßimpulse Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 15

16 Kennwert Schwingung Beurteilung von Maschinen-Schwingungen DIN Maschinen- und Bauteilschwingungen Typische Ursachen für erhöhte Schwingungen: - Unwucht - Ausrichtfehler - Fundamentprobleme - Resonanzen - Prozesseinflüsse Schwinggeschwindigkeit (mm/s) als Effektivwert (Bandpass 2/ Hz) - elektrische Fehler Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 16

18 Beurteilung von Lagerschäden Summen-Beschleunigung ap und aeff aus Beschleunigungs-FFT (alle hochfrequenten Signalanteile) oder: Summen-Beschleunigung ap und aeff aus Hüllkurven-FFT (alle durch Stoßvorgänge erregten Signalanteile) oder: SPM = Stoßimpulswerte Zustandsbeurteilung Level I dbn Carpet und dbn max im Aufnehmerresonanzbereich (alle durch Stoßvorgänge erregten Signalanteile) Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 18

19 Praxis: Beurteilung einer Pumpe Beispiel Anlage: Kohle-Kraftwerk Rauchgas-Entschwefelung Aggregat: Förderpumpe für gipshaltige Suspensionsflüssigkeit Antrieb: Asynchronmotor 10-polig P = 880 kw n = 592 U/min konstant A-Lager: NU234E B-Lager: NU234E+6038 Arbeitsmaschine: Spiralgehäusepumpe A-Lager: 29340E B-Lager: NU240E Schaufelanzahl: 5 Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 19

20 Praxis: Beurteilung einer Pumpe Beispiel Aggregat: REA-Anlage Block B B1HTF24 AP0001 MP1: Kenngrößentrend Schwingung: Schwingstärke v eff v [mm/s] B1HTF24 AP0001\Motor\A-Lager RH\VTP RMS 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Schwingstärke leicht ansteigend, aber unbedenklich (Grenzwert 7,1 mm/s) Datum MP1 Antrieb: Asynchronmotor 10-polig P = 880 kw n = 592 U/min konstant A-Lager: NU234E B-Lager: NU234E MP1: Kenngrößentrend Wälzlager: Stoßimpulspegel db m, db c Stoßimpuls [dbn] 60 B1HTF24 AP0001\Motor\A-Lager RH\VTP SPM Stoßimpulspegel db m und db c im Alarm, kontinuierlich über 2 Jahre angestiegen, Hinweis auf Verschleiß Datum Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 20

23 Zustandsbeurteilung Level II Diagnostische Beurteilung von Schwingungsursachen und Wälzlagerschäden bei der Schwingungsdiagnose sucht man nach den Frequenzen der periodischen (harmonischen) Kraftanregung (z.b. Unwucht) bei der Wälzlagerdiagnose sucht man die Frequenzen der Stoßanregung (z.b. Außenring- Schaden) Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 23

25 Überrollvorgänge im Wälzlager Überrollvorgänge Lagerluft Beispiel Lagerluftgruppe: Lagertyp C3 0,02 mm Lagerluft F flieh, wälzkörper Gehäuse Welle F dyn, rotor Walze verläßt Lastgebiet F stat, rotor Geräusch Walze tritt ein in Lastgebiet Auflage Rotor kein Luftspalt Lastgebiet = Messzone Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 25

26 Wälzlagergeometrie und Schadensfrequenzen: 3 Wälzlager Schadensfrequenzen 2 4 D pw D w α α D pw D w z n Berührungswinkel Teilkreisdurchmesser Wälzkörperdurchmesser Anzahl der Wälzkörper Drehzahl der Welle 1 Beispiel Überrollfrequenzen: Kugellager SKF 6211 Drehzahl n = 2998 U/min 1 - Außenringschaden 2 - Innenringschaden 3 - Wälzkörperschaden 4 - Käfigschaden Schaden am Außenring: f a = f RPOF = ( 1-cos α ) Schaden am Innenring: f i = f RPIF = ( 1+cos α ) Schaden am Wälzkörper: f w = f RPF = ( 1-cos 2 α ) Schaden am Käfig: f k = f CRF = ( 1-cos α ) z n 2 60 z n 2 60 D pw n D w 60 n 2 60 D w D pw D w D pw D 2 w D pw D w D pw Dimensionen D w =77,50 mm D pw =14,29 mm z=10 α=0 Schadensfrequenzen f RPOF = n / 60 4,0781 = 203,77 Hz f RPIF = n / 60 5,9220 = 295,90 Hz f RPF = n / 60 5,2390 = 261,77 Hz f CRF = n / 60 0,4079 = 20,38 Hz Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 26

27 Zustandsbeurteilung Level II Analyse von Lagerschäden / Stoßvorgängen m/s² stoßerregte Schwingung Schwingungen entstehen mit der Bauteil-Eigenfrequenz Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 27

28 Beispiel für ein stoßerregtes Zeitsignal Zustandsbeurteilung Level II 1/T = Schadens-Frequenz Bauteil-Eigenschwingungen werden mit der Schadensfrequenz periodisch angestoßen Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 28

32 Praxis: Beurteilung einer Pumpe Beispiel Aggregat: REA-Anlage Block B B1HTF24 AP0001 Schwingungsdiagnose: Amplitudenspektrum v 400 Hz v [mm/s] B1HTF24 AP0001\Motor\A-Lager RH\VIBCODE :34:12 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 f A Außenringschadensfrequenz Außenringschadensfrequenz ist schon im Amplitudenspektrum sichtbar, deutet auf Geometrieveränderungen. 0,2 0, f [Hz] MP Antrieb: Asynchronmotor 10-polig P = 880 kw n = 592 U/min konstant A-Lager: NU234E B-Lager: NU234E+6038 Wälzlagerdiagnose: Hüllkurvenspektrum a 400 Hz a [m/s²] B1HTF24 AP0001\Motor\A-Lager RH\VIBCODE :31:44 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Pegel im Hüllkurvenspektrum ist angestiegen, keine diskreten Schadensfrequenzen mehr sichtbar, Schaden muß großflächig sein f [Hz ] Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 32

33 Praxis: Beurteilung einer Pumpe Zusätzliche Infos: Aggregat: REA-Anlage Block B B1HTF24 AP0001 Beobachtung: schwarzer Abrieb im Fettsammler Motor A-Lager Historie: vor 3 Monaten alle Lager mit 30 g Fett geschmiert MP Dies ist ein Hinweis auf Materialabrieb aufgrund Verschleiß im Wälzlager. Antrieb: Asynchronmotor 10-polig P = 880 kw n = 592 U/min konstant A-Lager: NU234E B-Lager: NU234E+6038 Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 33

34 Praxis: Beurteilung einer Pumpe Diagnose Aggregat: REA-Anlage Block B B1HTF24 AP0001 Großflächiger Verschleißschaden am Außenring ohne unmittelbare Ausfallgefährdung Empfehlung: MP Antrieb: Asynchronmotor 10-polig P = 880 kw n = 592 U/min konstant A-Lager: NU234E B-Lager: NU234E+6038 Lagertausch innerhalb der nächsten 3 Monate Copyright 2009 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH All rights reserved 34