Schärferes Condition Monitoring durch unscharfe Verfahren

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1 Dipl.-Ing. Axel Haubold, Dr.-Ing. Rainer Wirth Schärferes Condition Monitoring durch unscharfe Verfahren Vortrag im Rahmen der 3. Offshoretage am 17. und 18. März 2016 in Berlin GfM Gesellschaft für Maschinendiagnose mbh Köpenicker Straße 325, Haus Berlin Tel 030 / Fax 030 / Vertriebsbüro Dortmund Am Kämpen Dortmund Tel 0231 / Fax 0231 /

2 Gliederung 1 Wer ist die GfM 2 Warum Schwingungen 3 Kennwertüberwachung 4 Frequenzselektive Überwachung 5 Ordnungsanalyse 6 DVS 7 Beispiel 8 Unscharfe Analyse 9 Resümee

3 Wer ist die GfM? Leistungen Online-CMS Peakanalyzer Überwachungsservice für Online-CMS Offline-Schwingungsdiagnose als Komplettdienstleistung Auswerteservice für Offline-Schwingungsmessungen von Dritten Rotorblattlagerdiagnose Drehmomentanalysen Videoendoskopie Seminare ergänzend 17 Mitarbeiter Sitz der Firma in Berlin Standorte in Dortmund, Lenzburg (CH) Einsatzorte weltweit ca Offline-Messungen pro Jahr ca. 400 Online-CMS, davon ca. 350 in der Überwachung ca. 50 Teilnehmer bei GfM-Seminaren pro Jahr

4 Warum überwacht man ausgerechnet Schwingungen? Schwingungen enthalten viele Informationen breiten sich gut aus sind leicht zu messen sind gut zu interpretieren Piezoelektrische Beschleunigungssensoren sind hinreichend genau decken einen großen Messbereich ab sind leicht zu installieren sind robust sind preiswert Kabellängen sind unproblematisch

5 Kennwertüberwachung Werkzeuge Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit Effektivwert der Schwingbeschleunigung Spitzenwert der Schwingbeschleunigung spezielle Kennwerte Crestfaktor, K(t), Kurtosis SPM, Spike Energy, BCU SEE Vorteil schnell keine Kinematik erforderlich Nachteil unscharf Schadensart und -ort sind nicht zuverlässig bestimmbar

6 Frequenzselektive Überwachung Werkzeuge Spektrum Hüllkurvenspektrum Ordnungsspektrum Hüllkurvenordnungsspektrum Ordnungsanalyse parallele Drehzahlmessung Resampling Vorteil sehr zuverlässig Schadensart und -ort sind exakt bestimmbar Nachteil zeitverzögert Kinematik erforderlich ein gewisses Maß an Diagnosewissen ist erforderlich

7 Frequenzselektive Überwachung VDI3832 Körperschallmessungen zur Zustandsbeurteilung von Wälzlagern in Maschinen und Anlagen Richtlinie aus dem Jahr 2007 nennt Kennwerte und Kennfunktionen zur Beurteilung des Wälzlagerzustands und beschreibt deren Verwendung beschreibt Bewertungsstufen des Schadensausmaßes

8 Ordnungsanalyse ist ein Werkzeug zur Diagnose an drehzahlvariablen Antrieben ist schon bei geringer Drehzahlwelligkeit unbedingt anzuwenden Frequenzanalyse ist nur für die Analyse zeitbasierter Ereignisse sinnvoll Ordnungsanalyse dagegen analysiert Ereignisse drehwinkelbasiert Bezug erfolgt in der Regel auf die Drehzahl einer Referenzwelle meist schnelle Welle

9 Ordnungsanalyse Beispiel drehzahlvariable Windenergieanlage, Schaden am Rotorlager Frequenzspektrum Ordnungsspektrum

10 Automatisierung reine Amplitudenüberwachung ist schwierig ,315 Drehfrequenz Zwischenwelle 0, H. Drehfrequenz Zwischenwelle 0, H. Drehfrequenz Zwischenwelle 1, H. Drehfrequenz Zwischenwelle li. Seitenband Abst 0,315 3,256 IR Lager re. Seitenband Abst 0,315 Schwingbeschleunigung HK in m/s² D17050O1 / ZwWG 9, H. IR Lager Drehfreq. Zwischenstufe 0,23 1. H. Drehfreq. Zwischenstufe 0,46 2. H. Drehfreq. Zwischenstufe 0,70 Seitenband Abst. 0,23 Seitenband Abst. 0,23 IR Lager ,94 Seitenband Abst. 0,23 Seitenband Abst. 0,23 Seitenband Abst. 0,23 1. H. IR Lager ,88 Seitenband Abst. 0,23 Seitenband Abst. 0,23 2. H. IR Lager ,81 Seitenband Abst. 0,23 D13540O1 / Zw_G Ordnung Ordnung Fotos: Stöckl, M.: Verzahnungs- und Lagerschäden an Industriegetrieben. Vortrag in Berlin, 8. November 2005

11 Automatisierung reine Amplitudenüberwachung ist schwierig Das Diagnosegerät erfasst nur ein Abbild der erzeugten Schwingungen. Einflüsse auf den Schalltransport werden nicht beachtet. - Schwingfreudigkeit der Gehäusestruktur, Dämpfung - Einfluss der Fundamentierung - Resonanzen - Grenzübergänge Zusätzlich bei Wälzlagern: Die Amplitude des originalen Stoßimpulses ist abhängig vom Ort der Schädigung, also von - der Lage zum Lastzonenmaximum und - der Relativbewegung zur Lastzone. Stoßimpulse werden durch Faltung übertragen. Die Qualität der angeregten Eigenfrequenzen hat Einfluss auf die Amplituden im Hüllkurvenspektrum.

12 Automatisierung DVS-Analyse ,014 Hz Käfig SKF 23284CA 33,508 Hz Wälzkörper SKF 23284CA C2026 / Steinw_ZW Signifikanz Frequenz in Hz 2,014 Hz Käfig SKF 23284CA 33,508 Hz Wälzkörper SKF 23284CA C2026 / S Frequenz in Hz

13 unscharfe Analyse Diagnose an Rotorlagern und langsam drehenden Lagern gilt als schwierig

14 unscharfe Analyse Beispiel: Hauptlager an einer 600 kw Anlage 1 EXAMPLE /Zeitsignal Hauptlager Zeit in s Schwingbeschleunigung in m/s² AR Lager 240/630 0,164 H. AR Lager 240/630 0,492 H. AR Lager 240/630 0,657 H. AR Lager 240/630 0,821 H. AR Lager 240/630 1,807 H. AR Lager 240/630 1,971 H. AR Lager 240/630 2,135 H. AR Lager 240/630 2,299 H. AR Lager 240/630 2,463 H. AR Lager 240/630 2,627 H. AR Lager 240/630 2,791 EXAMPLE / Hauptlager Ordnung

15 unscharfe Analyse Beispiel: Bildquelle: Sachverständigenbüro Veltrup, Dipl. Ing. Martin Veltrup, Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger der IHK Oldenburg für Windenergieanlagen

16 unscharfe Analyse komplexe Überwachung vieler Spektralanteile kinematische Frequenzen, Harmonische und Seitenbänder Toleranzen Ausschlussverfahren k aus n

17 Resümee Leistungsfähige Hardware ermöglicht heute die Implementierung umfangreicher Algorithmen zur komplexen Bewertung vieler Spektralanteile. Mit der Ordnungsanalyse, der DVS-Analyse und nun auch der unscharfen Analyse wird die automatische Arbeitsweise des Peakanalyzers weiter verbessert und damit der Personalaufwand weiter verringert.

18 Peakanalyzer Schlüsselmerkmale keine Lernphase vollautomatische Arbeitsweise leistungsstarke Ordnungsanalyse DVS-Analyse unscharfe Analyse Konfigurations- und Analysesoftware im Lieferumfang Hardware modularer Aufbau, verteilte Datenerfassung Partikelzähleranschluss Fundamentüberwachung Anschluss weiterer Signale (DMS, 0 20 ma, +/- 10 V, PT100)

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! GfM Gesellschaft für Maschinendiagnose mbh Köpenicker Straße 325, Haus Berlin Tel 030 / Fax 030 / Vertriebsbüro Dortmund Am Kämpen Dortmund Tel 0231 / Fax 0231 /