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Maschinenzustandsüberwachung mit Betriebsmittel-Leistungsüberwachung

Das Messen des Maschinenzustands durch Leistungsüberwachung kann durch die sich ändernden Pegel eines geeigneten Parameters, der gemessen wird, eine Warnung vor einem auftretenden Fehler warnen, wodurch eine Zustandsänderung einer Komponente, Maschine oder Anlage angezeigt wird.

Von Peter Brown - Lebenslange Zuverlässigkeitslösungen weltweit (LRS Consultants Global)

Die aus Betriebszustandsüberprüfungen und Leistungsüberwachungsdaten gesammelten Daten werden zunehmend neben den Leistungsdaten von Prozessanlagen angezeigt und werden dazu verwendet, Wartungsprioritäten zuzuordnen, die Betriebszeit der Anlage zu maximieren und die Zuverlässigkeit der Ausrüstung zu maximieren.

Zustandsüberwachung und Prozessanalyse

Die meisten Maschinen- und Prozessmerkmale, die sich auf Qualität, Verfügbarkeit, Kapazität, Sicherheit, Risiko und Kosten auswirken, können während der gesamten Lebensdauer eines Assets kontinuierlich bewertet werden. Dies ist für die Erkennung eines bevorstehenden Ausfalls von wesentlicher Bedeutung und wird auf kritische Bereiche angewendet, die im Zuverlässigkeitsplan aufgeführt sind.

Der aktuelle Gesundheitszustand der Prozessanlage ist eine wichtige Information in Bezug auf aktuelle Informationen, Diagnose und Prognose verschiedener Defekte und vorausgesagter Nutzungsdauer bei der Optimierung von Sicherheit, Qualität und hohen Produktionsraten.

Es gibt offensichtliche Funktionen zur Überwachung und Steuerung des Prozesses aus Sicherheits- und Produktspezifikationen. Darüber hinaus können aus den Prozessparametern unschätzbare Informationen gewonnen werden, die ein Verständnis des aktuellen Zustands des Assets vermitteln.

Condition Monitoring hat sich in der Vergangenheit auf die Erfassung und Analyse messbarer Parameter konzentriert, die nützliche Informationen über den Zustand von Maschinenkomponenten und somit eine Prognose der voraussichtlichen Betriebsfähigkeit der Maschine liefern würden.

Die breitere Sicht des Condition Managements muss die Leistung der Maschine oder des Systems, zu dem sie gehört, berücksichtigen und Abweichungen von zuvor festgelegten, akzeptablen Toleranzen anzeigen.

Die Definition von Condition Monitoring umfasst auch das Konzept der Leistungsüberwachung: Der Prozess der systematischen Datenerfassung und -auswertung, um Änderungen der Leistung oder des Zustands eines Systems oder seiner Komponenten zu ermitteln, sodass Abhilfemaßnahmen auf kostengünstige Weise geplant werden können Zuverlässigkeit.

Condition Monitoring Prozessanalyse

Der Zweck der Zustandsüberwachung durch Leistungsüberwachung

Es gibt die klassische Geschichte des Zustandsüberwachungs-Technikers, der eine Vibrationsuntersuchung an einer Pumpe durchgeführt hat, nachdem berichtet wurde, dass sie unregelmäßig läuft. Er berichtete, dass die Pumpe die niedrigsten jemals gemessenen Vibrationen hatte und sich daher in einwandfreiem Zustand befand. Kurz nach Erhalt dieses Hinweises stellte der Anlagenbetreiber fest, dass das Manometer viel niedriger als üblich war, und weitere Untersuchungen zeigten, dass die Pumpe überhaupt nicht pumpte!

Die Pumpe wurde isoliert und geöffnet und es wurde festgestellt, dass das Flügelrad abgeschert war! Natürlich hatte es eine schöne Vibrationssignatur; es hat nichts getan! Dies veranschaulicht eine Dimension, warum Leistungsüberwachung erforderlich ist, um einige Situationen zu verstehen.

Die Technologie der Prozesssteuerung ermöglicht den Zugriff auf viele der Informationen, die für die Entwicklung von Maschinen- und Systemleistungsparametern benötigt werden. Diese Parameter werden überwacht und Alarme für Bedingungen außerhalb der Toleranz eingestellt. Dies gilt insbesondere für Systeme mehr als für einzelne Maschinen - es sei denn, sie sind prozesskritisch und eine individuelle Überwachung ist vertretbar.

In der Industrie gibt es immer noch viele Situationen, in denen nicht sofort ersichtlich ist, dass die Leistung einer bestimmten Maschine abgenommen hat. Manchmal sind Systeme selbstkompensierend, ohne den Grund zu ermitteln, warum zum Beispiel drei Pumpen jetzt laufen müssen, um die Arbeit zu erledigen, die zuvor von zwei erledigt wurde.

Es gibt andere Situationen, in denen im Normalfall recht unzureichende Daten vorhanden sind, um eine genaue Beurteilung der Leistung zu ermöglichen. Ein Beispiel wäre die Kraftstoffeffizienz eines Schwerlastfahrzeugs. Die einzige Möglichkeit, den spezifischen Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs im Vergleich zu einem anderen Fahrzeug zu bestimmen, das ähnliche Arbeiten durchführt, wäre die Installation von Instrumenten und Datenprotokollierung zur Aufzeichnung des Kraftstoffdurchflusses, der Drosselklappenstellung, des Bremsgebrauchs, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen.

Mit fortwährenden Fortschritten bei den Sensortechnologien und einem zunehmenden Trend für On-Board-montierte Maschinensensoren, die eine Online-Überwachung ermöglichen, wird die Leistungsüberprüfung der Maschinen und der Systeme, in denen sie arbeiten, den Menschen Echtzeit-Informationen über den Zustand und die Beschaffenheit der Ausrüstung geben und diese zulassen Feinabstimmung des Prozesses zur Maximierung der Betriebszeit und Zuverlässigkeit der Maschine.

Anwendungen für die Überwachung der Maschinenleistung

Zu den Maschinen und Systemen, für die routinemäßig Leistungsüberwachungsumfragen erforderlich sind, gehören folgende Elemente:

  • Pumpen - aufgrund von Laufradverschleiß, Dichtungsringverschleiß oder -blockierung
  • Lüftersysteme - aufgrund von Verstopfungen des Filters, Verschmutzung der Blätter oder Wiederverwertung
  • Kessel - wegen Verlust der thermischen Effizienz aus vielen verschiedenen Gründen
  • Wärmetauscher - aufgrund von Verschmutzung oder Verstopfung
  • Dampfturbinen - wegen Blattverschmutzung und zahlreichen anderen Gründen
  • Luftkompressoren - aufgrund von Verschleiß, Filterblockierung, Ventilleckage (hin- und hergehend) usw.
  • Diesel- oder Gasmotoren - wegen Verlust der Kompression (Ringe oder Ventilleckage) usw.
  • Elektrostatische oder Staubbeutelfilter - aufgrund von Verschmutzungen, Kurzschlüssen oder Leckagen

Beachten Sie, dass Elektromotoren nicht auf der Liste aufgeführt sind, da der Leistungsabfall normalerweise durch standardmäßige Zustandsüberwachungsprozesse wie Vibration und Thermografie messbar ist. Der vielleicht nützlichste Parameter für die Leistungsmessung eines Induktionsmotors ist die Geschwindigkeit in Bezug auf die Belastung.

Dies sollte immer eine Konstante sein und Abweichungen sind mit der Schwingungsanalyse messbar. Daher sind im Allgemeinen keine speziellen Leistungsüberwachungsuntersuchungen für Elektromotoren erforderlich. Die endgültige Entscheidung für Motoren zur Leistungsüberwachung sollte jedoch das mit ihrem Ausfall verbundene Risiko berücksichtigen.

Zählen von Belastungs- und Überlastbedingungen

Ein großer Vorteil von Elektromotoren zur Leistungsüberwachung besteht darin, die Häufigkeit und Anzahl der Überlastungen zu identifizieren. Jede Überlastung verursacht Spannungen an den elektrischen Motorkomponenten und an den Maschinen, die sie antreibt.

Jede Überlastbeanspruchung zerstört die Lebensdauer der Teile und führt dazu, dass der Motor und die angeschlossene Maschine früher ausfallen. Durch die Überwachung des Ausmaßes der Überlast und die Zählung der Häufigkeit von Überlastungen können wir einen Zusammenhang zwischen den Betriebsbedingungen und der Lebensdauer entwickeln.

Im Folgenden finden Sie einige Vorschläge zur Leistungsüberwachung von Pumpen und Lüftern - zwei der am häufigsten verwendeten Maschinen in der Industrie und mit viel Potenzial für Einsparungen bei den Energiekosten durch Routineeffizienzstudien.

Leistungsüberwachung von Pumpen

Pumpenhersteller testen jede Pumpe ausführlich in einem kalibrierten Testbehälter und erstellen genaue Leistungskurven. Ein typisches Diagramm mit den richtigen Namen für die Teile einer Kreiselpumpe ist ebenfalls angegeben.

Für jede gegebene Flüssigkeit sind die in diesen Leistungskurven gezeigten Variablen wie folgt:

  • Gesamtförderhöhe (Abfluss minus Ansaugen) ausgedrückt als vertikale Abmessung (z. B. Meter) oder als Druckdifferenz
  • Leistungsaufnahme (Wellenleistung)
  • Leistungsfähigkeit
  • fließen
  • Laufradtyp
  • Wellengeschwindigkeit

Abgesehen von den letzten beiden Variablen, die üblicherweise spezifiziert oder bekannt sind, können drei der ersten vier verwendet werden, um den "Betriebspunkt" für eine Betriebspumpe mit angemessener Genauigkeit zu identifizieren. Besser noch, wenn alle vier gemessen werden können, um Messfehler zu minimieren.

Insbesondere ist "Leistung" nicht leicht zu messen, ohne Motor- und Kupplungseffizienz in Betracht zu ziehen. Dies ist oft eine Schätzung und keine Messung. Ebenso kann die "Effizienz" aufgrund von Verschleiß und Rezirkulation variieren und daher ist dies auch kein direkt messbarer Parameter.

Daher sind nur die beiden zuverlässigen Parameter, die direkt gemessen und auf die Diagramme angewendet werden können, der Druck (Druck) und der Durchfluss.

Der Kopf kann leicht mit Manometern gemessen werden. Diese werden häufig installiert und sollten kalibriert werden, wenn ernsthafte Messungen erforderlich sind. Kalibrierungsmöglichkeiten sind in der Regel leicht verfügbar.

Der Durchfluss lässt sich weniger leicht messen, wenn keine Durchflussmesser installiert sind. Die einzige praktische Option in diesem Fall kann die Ultraschall-Durchflussmessung sein. In den meisten Fällen kann dies angewendet werden und ergibt je nach verwendeter Methode Ergebnisse zwischen +/- 1% bis 5%. Ultraschall-Durchflussmesser können gemietet werden und sind relativ einfach zu bedienen. Es gibt zwei Arten, Doppler und Transit-Time, um schmutzige und klare Flüssigkeiten abzudecken.

Einige Ultraschall-Durchflussmessgeräte bieten auch die Möglichkeit, den Temperaturanstieg über die Pumpe (oder den Wärmetauscher) zu messen und die Wärmeleistung zu berechnen. Dies wurde als "absorbierte Kraft" bezeichnet. Für andere Flüssigkeiten als Wasser muss eine Konstante für den Heizwert verwendet werden. Für relativ kostengünstige Geräte kann jedoch eine Genauigkeit von +/- 5% erwartet werden. Ein viel weiterentwickeltes Instrument, das Yates-Meter, ist ab sofort verfügbar und bietet eine höhere Gesamtgenauigkeit als 1%.

Wenn alle Daten gemessen und auf die entsprechenden Pumpenkurven angewendet wurden, ist es offensichtlich, ob es eine gute Korrelation oder signifikante offensichtliche Fehler gibt. Wenn alle gemessenen und geschätzten Daten bequem zusammenpassen, kann der Betriebspunkt und der Wirkungsgrad der Pumpe im System mit Sicherheit festgelegt werden.

Wenn die Daten nicht gut passen, liegt das Problem wahrscheinlich bei einem oder mehreren der folgenden:

  • Der Verschleiß der Laufräder hat den effektiven Durchmesser verringert
  • Leckage um den Dichtring verursacht eine erhebliche Rezirkulation. Flow sinkt
  • Der "Systemkopf" unterscheidet sich aufgrund von Verstopfung oder Leckage von den Erwartungen

Weitere Untersuchungen müssen durchgeführt werden, bis die Gewissheit besteht, dass der Fehler erkannt wird, und dann sollten geeignete Wartungsmaßnahmen geplant werden.

Das wertvollste Ergebnis von Pumpenleistungsprüfungen ist möglicherweise die Optimierung der Effizienz und damit des Energieverbrauchs. Häufig ermöglicht eine Änderung der Laufradgröße eine Optimierung des Betriebspunkts, was zu erheblichen Energieeinsparungen führen kann.

Leistungsüberwachung von Ventilatoren

Radialventilatoren sind sehr einfache Maschinen, können jedoch in typischen industriellen Anwendungen außerordentlich störend sein.

Erstens sind sie manchmal schlecht gebaut oder zu einem Preis mit ungenügender struktureller Steifigkeit, billigen Lagern, Kurzschlüssen und geringer Berücksichtigung der Betriebs- und Wartungsanforderungen einer langen Lebensdauer gebaut. Es ist bekannt, dass induzierte Vibrationen von Kanalplatten durch vorbeiströmende Gase einen vorzeitigen Lagerausfall verursachen.

Zweitens müssen viele Lüfter mit Gasen umgehen, die ätzend, schmutzbeladen, abrasiv und nass sein können. Dies bedeutet sehr harte Betriebsbedingungen, die eine erhebliche Wartung erfordern. Oft wird diese Wartung vernachlässigt, was zu erheblichen Wirkungsgradeinbußen führt.

Wie Pumpen werden Lüfter normalerweise mit Lastkurven geliefert, die je nach Qualität des Lüfters tatsächliche Testergebnisse oder lediglich Schätzungen des Designs sein können. Die messbaren Parameter für einen Lüfter lauten wie folgt:

  • Motorstrom und damit eine Schätzung der Wellenleistung
  • Wellengeschwindigkeit
  • Druckdifferenz - Verwendung eines Manometers oder einer elektronischen Differenzdruckvorrichtung
  • Durchfluss - wenn Durchflusssensoren eingebaut sind

Ermitteln Sie, welche der drei gängigen Methoden der Durchflusssteuerung, nämlich die stromabwärtige Dämpfersteuerung, die Steuerung der Einlassflügel und die variable Geschwindigkeit, für das zu messende System verwendet werden. Beachten Sie, dass Lüfter mit Dämpfern eine Vielzahl von Testbedingungen ermöglichen. Dies kann dazu beitragen, eine Vielzahl von Bedingungen bereitzustellen, aus denen eine Kennlinie geschätzt werden kann.

Der Durchfluss kann auf verschiedene Weise gemessen werden, aber Pitot-Rohr-Installationen sind wahrscheinlich die gebräuchlichsten. Es ist zu beachten, dass Ultraschall für die Laufzeit auch sehr effektiv eingesetzt werden kann. Die Messwandler müssen jedoch im Kanal installiert sein und von einer Seite zur anderen direkt aufeinander schauen. Zuverlässige Messungen durch die Kanalwand wie bei Flüssigkeiten sind nicht möglich.

Wiederum ist es wünschenswert, dass die Hersteller-Testkurven für irgendeinen solchen Test verfügbar sind. Vernünftige Schätzungen können jedoch anhand von Vor-Ort-Tests und anhand von Textbuchformeln auf ihre Effizienz hin vorgenommen werden

Prozessindustrie Informer

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