das Service-Magazin der PRÜFTECHNIK-Gruppe

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1 Nr. 11 Thema Lüfter das Service-Magazin der PRÜFTECHNIK-Gruppe PRÜFTECHNIK News TTS als neues Service-Tool Temporärer Telediagnose-Service kurz TTS ist ein neues Servicewerkzeug der PRÜFTECHNIK für Hersteller und Betreiber von Maschinen und Anlagen. Kommt es bei Anlagen zu unerwarteten Ausfällen oder wiederholten Abschaltungen, sollten mit temporär installierter Messtechnik Maschinenschwingungen erfasst und Ursachen eingegrenzt werden. Telediagnose heißt, Condition Monitoring Service Wenn der Ofenventilator abschaltet Dr. Edwin Becker dass per Fernzugriff Diagnosen ohne kostenintensive Anreisen der Spezialisten stattfinden. Diese Ausgabe der telediagnose.com widmet sich Lüftern und Ventilatoren und macht auf TTS, das neue Tool für die verfügbarkeitsorientierte Instandhaltung aufmerksam. Viel Spaß beim Lesen und für Rückfragen stehen wir gern zur Verfügung. In dieser Ausgabe: TTS als neues Service-Tool Wenn der Ofenventilator abschaltet Abnahmemessungen an Kühlturmlüftern Schwingungen reduzieren durch Betriebswuchten Schmierzustand überwachen mit Schwingungstechnik Geradheit und Ebenheit vermessen Riemeneigenfrequenzen berechnen Last-Resonanzkurven messen ohne Abfahren des Abluftventilators News Drehrohröfen müssen sich rund um die Uhr bewegen. Da stört es, wenn der Ofenventilator wegen zu hoher Schwingungen abschaltet. Noch ärgerlicher ist es, wenn anschließend kein Fehler gefunden wird. Ein typischer Vorfall in einer Zementfabrik zeigt die Flexibilität und den unmittelbaren Nutzen von TTS (Temporärer Telediagnose-Service): Freitag, an einem Nachmittag das Wochenende naht. Plötzlich meldet die Schwingungsüberwachung an einem Ofenventilator eine Grenzwertüberschreitung. Der Schichtführer fragt sich: Reicht es wieder einmal aus, die Grenzwerte hochzusetzen oder sollen besser die Spezialisten ran? Sicher ist sicher dachte er und kontaktiert er die Hotline von PRÜFTECHNIK in Ismaning. Für die Diagnosespezialisten am anderen Ende der Leitung sind solche Situationen Alltag, und nach einer kurzen Erläuterung der Verfahrensweise, entscheidet man sich für den kurzfristigen Einsatz des temporären Telediagnose-Service (TTS) mit dem Online-Überwachungssystem VIBNODE. Neben einer gewissen Neugier auf das eingesetzte System, überzeugte das Argument, dass auch der beste Spezialist Schwingungsursachen nur dann identifizieren kann, wenn sie während der Messungen auch wirklich auftreten. Ein VIBNODE -System mit 6 Beschleunigungssensoren wurde wenige Tage später montiert. Es war so vorbereitet, dass die Messergebnisse automatisch per via Internet ins Monitoring- Center verschickt wurden. Die Anordnung der Sensoren am Ventilator sowie das vor Ort installierte VIBNODE -System mit eingebautem Telefon-Modem sind in den Abbildungen 3 und 4 zu sehen. Schon nach etwa zwei Wochen zeigte sich, dass die Schwingungserscheinungen in axialer Richtung viel stärker auftraten als ursprünglich angenommen. Es traten in einigen Situationen sogar Anregungen von bis zu 18 mm/s auf. >> 1 Abb.1: Drehrohrofen Abb.2: Blick in einen Drehrohrofen

2 Bekanntermaßen haben axiale Schwingungen hohes Schädigungspotential. Abbildung 6 zeigt ein Diagramm kurz vor einem Ofenstillstand. Für ca. 30 Minuten erhöhten sich die Schwingstärken extrem. Ursache dieser Anregung war eine Axial-Eigenschwingung, die nur in einem ganz begrenzten Drehzahlbereich wirkte. Im Mess- und Diagnosereport wurde deshalb empfohlen, diesen kritischen und relativ schmalen Drehzahlbereich des Ofenventilators zu sperren. Abb.3: Anordnung der Sensoren am Ventilator Abb.4: VIBNODE montiert am Ofenventilator Abb.5: Remote-Monitoring-Konzept In ähnlicher Art und Weise bietet das Service & Diagnostik-Center auch weltweit TTS und Diagnose-Service an. Denn via Internet lassen sich die Messdaten rund um den Globus problemlos und zeitnah verschicken. Zusammen mit einem GPRS-Modem und einer Flatrate können die Messergebnisse sogar ohne Telefonanbindung kostengünstig übertragen. 2 Vorschau In unserer nächsten Ausgabe lesen Sie zum Schwerpunkt Windenergieanlagen Diagnoseerfahrung: Wuchten von Rotorblättern Applikation: Ausrichtvorgaben ermitteln, um Schwingung zu reduzieren Applikation: Langsamlaufende Triebstrangkomponenten geeignet überwachen Technologie: Re-Sampling Was ist das? Neu: Partikelzähler für Getriebe in WEA Abb.6: Signale der Schwinggeschwindigkeit aufgezeichnet über 6 Wochen. Unten: Bereich vor dem Ofenstillstand (gezoomt).

3 Condition Monitoring Service Abnahmemessungen an Kühlturmlüftern Sven Fleischer Kühltürme sind komplexe Maschinen, haben unterschiedliche Designs und werden zunehmend in Leichtbauweise gefertigt. Bei Kühlturmlüftern sind Schwingungen abnahmepflichtig, denn es ist nicht nur bei diesen Maschinen Erfahrung, dass niedrige Schwingungen längere Lebensdauern bedeuten. Gern werden deshalb zwischen Betreiber, Anlagen- und Komponentenherstellern Schwingstärken entsprechend ISO vereinbart (siehe Abb. 1). Abb. 2: Montage einer Getriebe-Lüftereinheit in einem Kraftwerk Abb.1: Zulässige Schwingstärken Torsionale und axiale Eigenschwingungen Unwuchten und Exzentrizitäten im Lüfterrad 3 Doch in Kühltürmen wirken nicht nur Maschinenschwingungen, sondern auch andere Schwingungsformen bis hin zu Eigenschwingungen (siehe Abb. 3). So ist bei Kühlturmlüftern zwischen aerodynamischen Schwingungen des Lüfterrades, örtlich begrenzten Schwingungen durch die Antriebskomponenten, Schwingungen durch die Grundrahmen und Grundstruktur, Eigenschwingungen sowie Schwingungen und Zusatzschwingungen infolge von Körperschalleitung zu unterscheiden. Fundamentschwingungen liegen meist im Bereich von 0,1 bis 10 Hz und können zu Rissen im Bauwerk führen. Schwingungen über 10 Hz führen zu Maschinenschwingungen und können im Frequenzbereich von 10 bis 300 Hz Maschinenfunktionen beeinflussen. Gehäuseresonanzen und Lärm machen sich erst im höherfrequenten Bereich bemerkbar mit höherer Lärmbelästigung aber geringerem Schädigungspotential. Bei Abnahmemessungen muss also zwischen Maschinenschwingung und Geräuschmessung unterschieden werden. Elektrische Störfrequenzen Defekte in Lagerungen Abb. 3: Mögliche Schwingungserreger an einem Kühlturmlüfter Abb. 4: Typische Messpunkte am Kühlturmmotor Biegeschwingungen der Kupplung Ausrichtfehler Fundamentschwingungen Zahneingriffsschwingungen Zahneingriffsfrequenzen Abb. 5: Maschinenspektren gemessen an 7 Getriebe-Einheiten

4 Condition Monitoring Service Schwingungen durch Betriebswuchten reduzieren Marcel Kenzler Betriebswuchten oder Ausrichten sind korrektive Maßnahmen, durch die sich Schwingungen beträchtlich mindern lassen. Betriebswuchten hat viele Vorteile Die zu wuchtende Maschinenkomponente muß nicht demontiert und zur Wuchtbank geschafft werden Betriebsbedingte Unwuchtänderungen können korrigiert werden Rotoren von nahezu beliebigem Gewicht und Abmessung können gewuchtet werden Wälzlagereinflüsse werden wie unten gezeigt beim Betriebswuchten berücksichtigt. Abb.1: Industrielüfter Zulässigunwucht Berechnungsbeispiele Abb.2: Der Wuchtlauf war erfolgreich. e zul g mm/kg Wuchten eines Rotors auf der Wuchtbank Betriebswuchten berücksichtigt Einflüsse der Lagerungen. 4 Ein Fall aus der Praxis Zuerst klang der Axiallüfter in Abb. 2 wie ein Kompressor und hatte Schwingwerte von 20 mm/s. Nach dem Betriebswuchten mit 155 g Ausgleichsmasse lief er wie ein Uhrwerk und zeigte 3 mm/s. Wuchten schont Wälzlager Massenunwuchten führen zu Unwuchtschwingungen, die das Funktionsund Schädigungsverhalten von Wälzlagerungen beeinflussen. Praktiker wissen, dass sich die Lebensdauer reduziert, wenn Schwingungen über 10 mm/s steigen. Die Dokumentation Betriebswuchten unter erschwerten Bedingungen können Sie von der PRÜFTECHNIK-Website herunterladen: downloads/an17_wuchten_d.pdf 1) Industrielüfter Rotormasse m = 4000 kg Drehzahl n = 1500 U/min Ausgleichsradius r = 500 mm Gütestufe G 6,3 (nach DIN ISO 1940) Frage: Ist 21 g Restunwucht noch zulässig? e zul = 38 g mm kg laut Diagramm u = Rest r m 21 g 500 mm = 4000 kg g mm = 2,6 kg => 21 g Restunwucht ist noch zulässig! 2) Turbolüfter Rotormasse m = 220 kg Drehzahl n = 6000 U/min Ausgleichsradius r = 200 mm Gütestufe G 2,5 (nach DIN ISO 1940) Frage: Ist 5 g Restunwucht noch zulässig? e zul = 4 g mm kg Drehzahl U/min laut Diagramm u = Rest r m 5 g 200 mm = 220 kg g mm = 4,5 kg => 5 g Restunwucht ist nicht mehr zulässig!

5 5 Condition Monitoring Applikation Schmierzustand überwachen mit Schwingungstechnik Florian Buder Wann müssen fettgeschmierte Wälzlager nachgeschmiert werden? Während man bei großen Wälzlagerungen zunehmend automatische Permanentschmiereinrichtungen einsetzt, lohnt dies bei Lüfteranlagen, wie in Abbildung 1, nicht. Hier wird in vorgeschriebenen Zeitintervallen per Hand nachgeschmiert. Doch welche Zeiträume sind sinnvoll? Online Condition Monitoring Systeme (Online CMS) können darauf eine Antwort geben. Läuft ein Wälzlager trocken, ergibt sich ein rauhes Laufgeräusch, das man Abb.1: Lüfteranlage Abb.2: Breitbandige Störfrequenzen z.b. in hochfrequenten Beschleunigungsspektren gut erkennen kann. Dann wird es höchste Zeit nachzuschmieren, um die Schwingbeanspruchung wieder zu reduzieren. Mit modernen, frequenselektiv arbeitenden CMS lassen sich die in Abbildung 2 gezeigten, breitbandigen Störfrequenzen aber auch als Schmierkennwert selektieren und die zugehörigen Amplituden als Trendwert überwachen. Wie deutlich Schmierintervalle erkennbar sind, zeigt Abbildung 3: Nach dem Abfetten verringerten sich die Amplituden der Schwingbeschleunigung. Voraussetzung ist natürlich, dass man das passende Frequenzband identifiziert hat, das für den Schmierzustand kennzeichnend ist. Abb.3: Nach dem Abfetten verringerten sich die Amplituden der Schwingbeschleunigung. Begriffslexikon Hätten Sie s gewusst? Auswuchten Ein Vorgang, durch den die Masseverteilung eines Rotors geprüft und, wenn nötig, durch Massenausgleich korrigiert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die umlauffrequenten Schwingungen und/oder Lagerkräfte bei Betriebsdrehzahl in vorgegebenen Grenzen liegen. Starrer Rotor Ein Rotor, dessen Mittenlinie bis zu seiner Betriebsdrehzahl eine Gerade bleibt (sich nicht verbiegt). Elastischer Rotor Ein Rotor, dessen Mittenlinie sich im Betriebsdrehzahlbereich verbiegt und dessen Unwucht deshalb bei hohen Drehzahlen und in mehreren Ebenen ausgeglichen werden muß. Ein-Ebenen-Auswuchten (statisches Auswuchten) Ein Vorgang, bei dem die Masseverteilung eines starren Rotors durch Ausgleich in nur einer Ebene korrigiert wird. Zwei-Ebenen-Auswuchten (dynamisches Auswuchten) Ein Vorgang wie bei der statischen Auswuchtung, nur dass in zwei Ebenen korrigiert wird. Viel-Ebenen-Auswuchten Ein Vorgang, wie er auf biegeelastische Rotoren angewandt wird und einen Unwuchtausgleich in mehr als zwei Ausgleichsebenen erfordert. Statische Unwucht Eine statische Unwucht entsteht, wenn die Drehachse nicht durch den Schwerpunkt des Rotationskörpers verläuft. Charakteristisch für eine statische Unwucht ist, dass die Ebene, in der die Unwucht liegt, mit der Radialebene des Schwerpunktes übereinstimmt und somit bei Drehung kreisförmige mechanische Schwingungen rechtwinklig zur Drehachse erzeugt. Dynamische Unwucht Dynamische Unwuchten entstehen, wenn die Rotationsachse nicht mit einer der stabilen Hauptträgheitsachsen des Bauteils übereinstimmt. Die Rotationsachse ist im Schwerpunkt gekippt. Der Schwerpunkt des rotierenden Körpers bleibt in Ruhelage, während die Achse wegen der entgegengesetzten Kreisbewegungen taumelt. Gütestufe (zulässigunwucht nach ISO 1940) Unwucht-Gesamtmassen-Verhältnis bei definierten Drehzahlen siehe auch Beispiele auf Seite 4. Unwuchtkennwerte Lagerschwingungen, Wellenschwingung und Leistungswerte Phasenwinkel Entsteht aus Drehbewegung vom Auslösen des Triggerimpulses bis zur maximalen Schwingungsamplitude. Biegekritische Drehzahl Drehzahl eines Rotors, bei welcher er sich am stärksten in einer bestimmten Biegeeigenform ausbiegt. Es gibt mehrerer biegekritische Drehzahlen.

6 Alignment Anwendung Geradheiten und Ebenheiten vermessen Michael Stachelhaus Im Rahmen proaktiver Instandhaltung sollte bei erhöhten drehfrequenten Schwingungen auch nach geometrisch begründeten Schwingungsverursachern gesucht werden. So spielen neben Maßtoleranzen bei schnell laufenden Ventilatoren und Lüfteranlagen zunehmend auch Form- und Lagetoleranzen eine Rolle. Formabweichungen sind beispielsweise Abweichungen in den Geradheiten und Ebenheiten von Fundamentierungen und von Grundrahmen. Die Fundamentgenauigkeiten lassen sich mit laserbasierten Prüftechniken mit einer Auflösung von 0,02 mm vermessen. Beim LEVALIGN -Messystem können bis zu 40 m Distanz Geradheiten und Ebenheiten von Flächen ermittelt und anschließend veranschaulicht werden. Abbildung 1 zeigt eine Geradheitsmessung am Grundrahmen eines Großlüfter. Der Betreiber beauftragte PRÜFTECH- NIK, bei der Revision des Motors zusätzlich die Fundamentierung des Motors bezüglich Geradheit zu vermessen. Im Ergebnis kam heraus, dass die Fundamentplatte an einem Fuß einen Versatz von 1,2 mm hatte. Dieser Versatz beeinflußt das Motorenverhalten und verschlechterte bei diesem Antrieb das Schwingverhalten des Lüftermotors. Nach den LEVALIGN -Messungen konnte dieser Fehler noch vor Montage des revidierten Motors korrigiert werden. Hierzu wurden an den anderen drei Füßen Passplatten mit dem ermittelten Korrekturwert unterfüttert. Eine Kontrollmessung ergab abschließend einen tolerablen Versatz von etwa 0,25 mm. Zu guter Letzt wurde der Motor wieder aufgesetzt, nachgerichtet und wieder in Betrieb genommen. Eine abschließend durchgeführte Schwingungsmessung am Motor zeigte, dass sich die Werte wieder innerhalb der zulässigen Schwingungstoleranzen bewegten. Abb.1: Vorbereitungen zum Messen und Ansicht der Messkomponenten 6 Abb.2: Das LEVALIGN -Protokoll zeigt Abweichungen am linken vorderen Motorfuss

7 Condition Monitoring Grundlagen Riemeneigenfrequenzen berechnen Dr. Edwin Becker Mit Riemenantrieben lassen sich bei kleinen bis mittleren Leistungen die Antriebsdrehzahlen an die Arbeitsmaschinendrehzahlen anpassen. Da pro Riemen nur eine begrenzte Leistung übertragen werden kann, sind meist mehrere Riemen gleicher Länge erforderlich oder man nutzt Zahnriemen. Hohe Schwingungen treten auf, wenn einzelne Riemenstränge aufgrund von Längentoleranzen ungleichmäßig belastet werden. Beobachtet man den Riemen, so sollte das unbelastete Riementrum bei größter Lastübertragung einen ganz leichten Durchhang haben. Bleibt der Leertrum bei großer Last zu stramm, rutscht er durch und es entstehen laute Geräusche. Flattern die Riemen, muss die Schwingungsursache z.b. über Frequenzanalysen gefunden werden. d r L w D r Bei reinen Riemenfehlern treten Riemenschwingungen bei der Riemenfrequenz auf, wobei mehrere Vielfache mit größeren Amplituden in Richtung der Kraftübertragung typisch sind. Meist liegen die berechneten Riemenfrequenzen im Bereich bis 100 Hz. Die Riemenfrequenz berechnet sich folgendermaßen: D f R = r n D d = r n d 60 L w 60 L w D r in mm = jeweiliger Scheibenrichtdurchmesser n D in U/min = jeweilige Scheibendrehzahl L w in mm = Riemenwirklänge Neben der Riemenfrequenz kann bei ungleich belasteten Riemen die Drehfrequenz der treibenden Scheibe bis zu ihrer 5-ten Harmonischen auftreten. Manchmal kommt es auch zu einem periodischen An- und Abfallen der Schwingungspegel. Und noch eine Besonderheit: Bitte vermeiden Sie 1:1- Übersetzungen im Riementrieb. Ungewöhnliche Schwingungen sind meist die unangenehme Folge. 7 Condition Monitoring Technologie Messen von Last-Resonanzkurven ohne Abfahren des Abluftventilators Christian Schlumpf Frequenzumrichter mit direkter Drehmomentregelung (DTC = Direct Torque Control) haben eine typische Drehmomentanregelzeit von etwa 1 bis 2 ms. Vektorgeregelte oder feldorientiert geregelte Umrichter mit Pulsweitenmodulation (PWM) schaffen 10 bis 20 ms. Bei Umrichtern mit U/f-Steuerung ohne Signalrückführung liegt die Anregelzeit deutlich über 100 ms. Bei Ventilatoren ist eine möglichst schnelle Drehmomentanregelzeit erwünscht, um in kürzester Zeit das Trägheitsmoment des Ventilators zu beschleunigen. Eine schnelle Drehmomentanregelzeit hat aber den Nachteil, dass damit auch mechanische Eigenschwingungen im Ventilatorsystem anregbar sind. DTC-Umrichter können bei den o. g. Anregelzeiten sogar Eigenschwingungen bis 1000 Hz anregen, PWM-Umrichter bis 100 Hz und einfache U/f-Umrichter können mechanische Eigenschwingungen bis 10 Hz anregen. Um das Resonanzrisiko einzugrenzen, werden Ventilatoren oft mit Abb.1: Last-Resonanzkurve 1ter Ordnung gemessen am Motor Schutzsystemen, wie z. B. VIBREX, ausgestattet, die bei einer Überschreitung der zulässigen Schwinggeschwindigkeiten den Ventilator hart abschalten. Wie hoch die Resonanzgefahr durch den Umrichter ist, kann mit TTS oder mit temporären Schwingungs- und Drehzahlmessungen ermittelt werden. Sowohl die Schwingungen, als auch die Drehzahl werden zeitgleich gemessen und als Schwing-Drehzahl-Diagramm dargestellt Resonanzbereich Abbildung 1 zeigt eine Resonanzkurve eines schwingungsgefährdeten Abluftventilators, die im normalen Arbeitsregime mit Drehzahlschwankungen gemessen wurde. Schon nach etwa drei Stunden Messzeit unter Lastbedingungen musste gefolgert werden, dass der Drehzahlbereich U/min zu erhöhten Schwingbelastungen am Motor führt und dieser Bereich im Frequenzumrichter zu bedämpfen ist.

8 News CPK für Betreiber von Lüfteranlagen Zustandsorientierte Instandhaltung gehört auch bei Lüfteranlagen zum Stand der Technik. Während besonders betriebskritische Lüfteranlagen zunehmend mit Online-Technik ausgestattet werden, führen Instandhalter oder Dienstleister meist mobile Schwingungsanalysen aus. Gern wird mit codierten Messpunkten gearbeitet. Die Abbildung zeigt einen Verzeichnisbaum von Messungen an Lüftern. PRÜFTECHNIK führt den Diagnoseservice auf Basis der bereitgestellten Messergebnisse durch und stellt die Unterlagen bereit (CPK = Condition Monitoring Partner Konzept). 8 Fundamentmessungen Häufig müssen Lüfter elastisch aufgestellt werden, um die Schwingbelastung an Gebäuden und Fundamenten gering zu halten. Mit VIBXPERT, einem Beschleunigungssensor mit niedriger unterer Grenzfrequenz und dem geeigneten Schwingungsfuß lassen sich die im Fundament emittierten Schwingungen hochauflösend erfassen. Termine Alle Messe-, Seminar- und sonstigen Termine der PRÜFTECHNIK-Gruppe finden Sie aktuell auf unserer Internetseite unter Monitoring Center zertifiziert Die Germanische Lloyd Industrial Servicees GmbH hat das Monitoring Center der PRÜFTECHNIK AG zertifiziert und die Prozessabläufe als zur GL-Richtlinie IV Teil 4 der GL Wind konform bestätigt. Zur Zertifizierung gehörte es, die Verfahrensweisen im Monitoring Center an das ISO 9001-System der PRÜFTECH- NIK AG anzupassen. Damit besteht für Kunden die Möglichkeit, nicht nur Hardund Software zu kaufen, sondern auch Diagnoseleistungen eines zertifizierten Monitoring Centers in Anspruch zu nehmen. Impressum PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH Ismaning Tel: Fax: info@pruftechnik.com PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH Ismaning Tel: Fax: info@pruftechnik.com