Schwingungsanalyse an einem Stoßleistungsgenerator

Abstract:
Zur Überwachung und Diagnostik des Schwingungsverhaltens von Motor- und Generatorläufer eines sechzig Jahre alten Stoßleistungsgenerators wurde dieser mit einem Schwingungs-Monitoring-System (SMS) unter Verwendung von Beschleunigungssensoren und Wellenschwingungssensoren ausgerüstet. Motiviert wurde diese Nachrüstung durch eine Erweiterung des Betriebspunktes von 50 Hz auf einen zusätzlichen Betrieb bei 60 Hz, für den das System ursprünglich nicht ausgelegt war. Insgesamt werden aktuell zwölf Sensoren an Generator und Motor betrieben, eine Erweiterung auf 16 Sensoren ist vorbereitet. Die Schwingungssignale der eingesetzten Geber werden im SMS erfasst und für die weitere Nutzung ausgewertet und bereitgestellt. Für das Online-Monitoring des Maschinenstrangs ist das SMS über eine Profibus-Verbindung in die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) des Generators eingebunden. Über den Profibus werden die Schwingungskennwerte wie z.B. Effektiv-, Amplitudenwerte oder Peak-Peak-Wert/S-Max-Wert für Wellenschwingungen gemäß DIN ISO 10816-2 bereitgestellt und können dort ausgewertet und bei Bedarf visualisiert werden. Im SMS wird zusätzlich eine Signalqualitäts- und Grenzwertüberwachung aus dem Zeitsignal durchgeführt und an die SPS übergeben, um dort für Meldungen und für den Anlagenschutz verwendet zu werden. Wird ein Überschreiten festgelegter Grenzwerte erkannt, erfolgt durch die SPS zunächst eine Warnung und später ein automatisches Bremsen des Antriebsstranges. Neben der Grenzwertbildung und der Signalqualitätsüberwachung werden die im Rahmen der SMS erfassten Signale auch mit Hilfe der in den Frequenzraum transformierten Zeitsignale ausgewertet. Dafür wird die Fast Fourier Transformation (FFT) eingesetzt in einer speziellen Variante, die für den Einsatz von rotierenden Maschinen entwickelt wurde. Diese sogenannte Ordnungsanalyse transformiert ein Zeitsignal auf Basis definierter „Blocklängen“, Samplefrequenzen etc. mit einer Anpassung an die veränderliche Drehzahl der Welle. Aus der Ordnungsanalyse werden die Amplituden und Phasenwinkel erster und zweiter Ordnung in Abhängigkeit von der Drehfrequenz ermittelt, die für weitere Diagnostik und z.B. für ein eventuelles Nachwuchten des Systems Verwendung finden. Zur Auswertung wurde ergänzend zum SMS-System, das eine Diagnostik des Systems mit Spezial-Software ermöglicht, ein vereinfachtes Diagnostik-Monitoring im Zusammenhang mit der SPS aufgebaut. Mit Excel-Templates, die speziell für die Diagnostik des Systems entwickelte wurden, kann das Schwingungsverhalten der Anlage auch ohne spezielle Kenntnisse standardisiert ausgewertet werden. Dies ermöglicht ein frühzeitiges Erkennen von Systemänderungen und dem Verhalten der Maschine. Die so bereitgestellte Diagnostik reduziert den Einsatz eines Fachmanns auf ein Minimum und gibt diesem, sollte ein Eingreifen dennoch nötig sein, einen guten ersten Überblick über das Verhalten der Maschinen.