Schwingungsüberwachung an Industrieventilatoren mit VibSys®

Industrieventilatoren kommen in der Stromerzeugung, in der Prozessindustrie, in der Fertigung, in der Gebäudetechnik und in anderen Anwendungsbereichen zum Einsatz, in denen ein zuverlässiger Luftstrom oder Gasfluss unerlässlich ist. Je nach Anwendung können Ventilatoren zur Belüftung, Kühlung, Verbrennungsluftzufuhr, als Prozessluftstrom, zur Abluftführung oder zur Staubabsaugung dienen.

Obwohl sich Ventilatorausführungen und Betriebsbedingungen erheblich unterscheiden, haben sie eine gemeinsame Herausforderung hinsichtlich der Zuverlässigkeit: Die rotierende Baugruppe muss mechanisch stabil bleiben, während sich Luftdurchsatzbedarf, Drehzahl, Belastung und Prozessbedingungen im Laufe der Zeit ändern können. Mechanischer Verschleiß kann die Verfügbarkeit des Ventilators beeinträchtigen und schließlich den Prozess oder das System stören, das der Ventilator unterstützt.

Die Kritikalität von Ventilatoren variiert je nach Anwendung. Einige Ventilatoren dienen als Hilfsausrüstung mit verfügbarer Redundanz, während andere Funktionen erfüllen, deren Ausfall die Produktion direkt einschränken kann. Die kontinuierliche Schwingungszustandsüberwachung bietet Wartungsteams einen besseren Einblick in sich entwickelnde mechanische Veränderungen und hilft dabei, festzustellen, wo weitere Analysen oder Wartungsmaßnahmen erforderlich sind.

Die Herausforderung: unterschiedliche Lüfterkonstruktionen und wechselnde Betriebsbedingungen

Industrieventilatoren sind in vielen mechanischen Ausführungen erhältlich. Radial- und Axialventilatoren bewegen die Luft auf unterschiedliche Weise, während ihre Antriebe riemengetrieben, direkt gekoppelt oder direkt angetrieben sein können. Diese Unterschiede wirken sich sowohl auf das mechanische Verhalten als auch auf die relevantesten Schwingungsmesspositionen aus.

Betriebsbedingungen sorgen für eine weitere Komplexitätsebene. Lüfterdrehzahl, Luftstrom, Systemwiderstand, Klappenstellung, Temperatur und Prozessbedingungen können das Schwingungsverhalten beeinflussen. In Prozessanwendungen können Verunreinigungen oder Materialablagerungen am Laufrad die Rotorauswuchtung allmählich verändern, während Erosion oder Verschleiß einen ähnlichen Effekt haben können.

Eine Veränderung der Schwingung deutet daher nicht automatisch auf eine mechanische Verschlechterung hin. Messungen müssen im Kontext der Ventilatorauslegung und der Betriebsbedingungen interpretiert werden.

Für Anlagen mit vielen Ventilatoren, die über verschiedene Prozessbereiche verteilt sind, stellt die Überwachungsabdeckung eine zusätzliche Herausforderung dar. Regelmäßige Schwingungsrundgänge liefern nützliche Momentaufnahmen, doch können sich zwischen den Inspektionen mechanische Veränderungen entwickeln. Eine manuelle Erhöhung der Messhäufigkeit erfordert zudem zusätzlichen Zeitaufwand und Fachwissen im Bereich Schwingungsmessung.

Warum Schwingungsüberwachung für Industrieventilatoren wichtig ist

Viele relevante mechanische Probleme bei Industrieventilatoren entwickeln sich schrittweise und beeinflussen das Schwingungsverhalten, bevor es zu einem Funktionsausfall kommt. Lagerverschleiß, Rotorunwucht, mechanisches Spiel, Ausrichtungsprobleme und strukturelle Resonanz können allesamt messbare Veränderungen hervorrufen.

Die Ursache und Bedeutung dieser Veränderungen hängen von der Konfiguration des Ventilators ab. Materialablagerungen oder Erosion an einem Zentrifugalrad können zu Unwucht führen, während Veränderungen am Zustand der Schaufeln oder des Rotors das Schwingungsverhalten eines Axialventilators beeinflussen können. Riemenantriebssysteme beinhalten zusätzliche mechanische Komponenten wie Riemen und Riemenscheiben, während bei direkt gekoppelten Systemen der Zustand der Kupplung und der Ausrichtung eine größere Rolle spielt.

Lüftergehäuse, Halterungen und angeschlossene Strukturen können die gemessenen Schwingungen ebenfalls beeinflussen. In einigen Anwendungen können aerodynamische Erregungen oder Blattdurchlauffrequenzen mit den Eigenfrequenzen der Struktur in Wechselwirkung treten und die Schwingungsantwort verstärken.

Die kontinuierliche Trendanalyse liefert den historischen Kontext, der erforderlich ist, um vorübergehende betriebliche Einflüsse von dauerhaften Veränderungen im mechanischen Verhalten zu unterscheiden. Ergänzende Drehzahlangaben können zusätzlichen Kontext liefern, insbesondere bei Ventilatoren, die mit variabler Drehzahl betrieben werden.

Dies ermöglicht es Wartungsteams, zu erkennen, welche Veränderungen eine genauere diagnostische Analyse erfordern, anstatt jeden Anstieg der Schwingungen als sich entwickelnden Fehler zu behandeln.

Anwendung von VibSys® bei Industrieventilatoren

VibSys® ist für die kontinuierliche Schwingungszustandsüberwachung an rotierenden Anlagen konzipiert und lässt sich auf verschiedene industrielle Ventilator- und Antriebsstrangkonfigurationen anwenden.

VibSys® erfasst kontinuierlich hochwertige Schwingungs- und zugehörige Maschinendaten in unmittelbarer Nähe der überwachten Anlagen und verarbeitet diese Informationen lokal. Je nach mechanischer Konfiguration können Schwingungen an relevanten Stellen am Motor, am Antriebsstrang, an den Lagern und an der Lüfterbaugruppe gemessen werden.

Wo relevant, liefern Drehzahlmessungen zusätzlichen Betriebskontext für die Interpretation des Schwingungsverhaltens und die Durchführung weiterer diagnostischer Analysen. Detaillierte Schwingungsdaten stehen weiterhin zur Verfügung, wenn Zustandstrends darauf hindeuten, dass eine genauere Untersuchung erforderlich ist.

Für Anlagen mit einer größeren Anzahl von Ventilatoren bietet die kontinuierliche Überwachung zudem die Möglichkeit, den Zustand besser im Blick zu behalten, ohne den manuellen Aufwand für Schwingungsmessungen proportional zu erhöhen. Die Überwachung kann mit ausgewählten Ventilatoren beginnen und bei steigendem Bedarf auf weitere Anlagen oder Prozessbereiche ausgeweitet werden.

Offene Konnektivität ermöglicht die Einbindung von Zustandsinformationen und Schwingungsdaten in bestehende Anlagen- und Analyseumgebungen.

VibSys® ist für die Zustandsüberwachung und Diagnose zur Unterstützung von Instandhaltungsentscheidungen vorgesehen. Es ersetzt weder spezielle Maschinenschutzvorrichtungen noch sicherheitsrelevante Abschaltsysteme oder andere Schutzfunktionen.

Typische VibSys®-Installationen an Industrieventilatoren

Die Konfigurationen von Industrieventilatoren variieren je nach Luftstromanforderungen, Ventilatorauslegung, Antriebsstrang, Drehzahl, Leistung und Prozessbedingungen. Die folgenden Beispiele veranschaulichen drei verschiedene Konfigurationen und zeigen, wie Schwingungs- und Drehzahlmessungen an relevanten Stellen der rotierenden Baugruppe durchgeführt werden können.

Riemengetriebene Radialventilatoren

Riemengetriebene Radialventilatoren nutzen einen Riemen- und Riemenscheibenantrieb, um die Kraft vom Motor auf die Ventilatorwelle zu übertragen. Diese Konfiguration beinhaltet zusätzliche mechanische Komponenten, deren Zustand das Schwingungsverhalten beeinflussen kann, darunter Riemen, Riemenscheiben, Lager und die rotierende Ventilatorbaugruppe.

Die Schwingungsüberwachung an relevanten Lagerstellen liefert Einblicke in sich entwickelnde mechanische Veränderungen, während eine optionale Drehzahlmessung den Betriebskontext für weitere diagnostische Analysen ergänzt. Die kontinuierliche Trendanalyse unterstützt die Erkennung von Lagerverschleiß, Rotorunwucht, mechanischem Spiel sowie Schwingungen, die mit dem Zustand des Riemens, der Riemenspannung oder einer Fehlausrichtung der Riemenscheiben zusammenhängen. Durch die Überwachung dieser Veränderungen im Zeitverlauf können Wartungsteams sich abzeichnende Probleme erkennen und Wartungsmaßnahmen planen, bevor diese zu einer erheblichen Verschlechterung des Anlagenzustands oder zu unerwarteten Ausfallzeiten führen.

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Direkt gekoppelte Radialventilatoren
Ein direkt gekoppelter Radialventilator verbindet den Motor über eine Kupplung statt über einen Riemenantrieb mit der Ventilatorwelle. Der Antriebsstrang besteht daher in erster Linie aus dem Motor, der Kupplung, der Welle, den Lagern und dem Ventilatorlaufrad.

Schwingungsmessungen an den Motor- und Lüfterlagerpositionen liefern Informationen über das mechanische Verhalten dieser miteinander verbundenen Baugruppe. Ergänzende Drehzahlmessungen können zusätzlichen Kontext für die Interpretation von Schwingungsänderungen liefern.

Ohne Riemenantrieb verlagert sich der diagnostische Fokus auf den Zustand der Lager, das Verhalten von Kupplungen und Ausrichtungen, Rotorunwuchten sowie mechanische Spielräume. Die kontinuierliche Trendanalyse hilft dabei, anhaltende Veränderungen zu erkennen und festzustellen, wann weitere Untersuchungen erforderlich sind.

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Direkt angetriebene Axialventilatoren
Bei einem direkt angetriebenen Axialventilator wird der Ventilatorrotor direkt vom Motor angetrieben, wodurch eine vergleichsweise kompakte rotierende Baugruppe entsteht. Die Luft strömt überwiegend parallel zur Drehachse, wodurch sich diese Konfiguration grundlegend von einem Radialventilator unterscheidet.

Die Schwingungsüberwachung kann auf die Motor- und Lüfterbaugruppe angewendet werden, wobei Drehzahlinformationen als zusätzlicher Betriebskontext dienen. Veränderungen des Lagerzustands, der Rotor- oder Schaufelauswuchtung, der Befestigungsbedingungen und des strukturellen Verhaltens können die gemessenen Schwingungen beeinflussen.

Da Motor, Rotor und Lüfter eine eng miteinander verbundene Baugruppe bilden, sollten Schwingungsdaten maschinenübergreifend interpretiert werden, anstatt davon auszugehen, dass eine an einer Stelle gemessene Veränderung auf einen spezifischen lokalen Fehler hinweist.

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Wichtige Vorteile für Industrieventilatoren

Kontinuierliche Schwingungszustandsüberwachung über verschiedene Ventilator- und Antriebsstrangkonfigurationen hinweg
Frühzeitiger Einblick in anstehende mechanische Änderungen
Hochwertige Schwingungsdaten für Trend- und Diagnoseanalysen
Bei Bedarf mehrere Messpositionen an der rotierenden Baugruppe
Geschwindigkeitsangaben zur Vermittlung eines zusätzlichen betrieblichen Kontexts
Lokale Verarbeitung in der Nähe der überwachten Anlagen
Skalierbarer Einsatz für größere und verteilte Nutzergruppen
Geringere Abhängigkeit von regelmäßigen manuellen Schwingungsmessungen
Offene Konnektivität mit bestehenden Anlagen- und Analyseumgebungen
Effizientere Nutzung von Fachwissen zu Schwingungen und Zuverlässigkeit

Auswirkungen auf Wartung und Zuverlässigkeit von Ventilatoren

Die kontinuierliche Schwingungszustandsüberwachung verschafft Wartungsteams einen besseren Einblick in die zeitliche Entwicklung des Ventilatorzustands.

Anhaltende Veränderungen bei Lagern, Rotorauswuchtung, Antriebsstrangausrichtung, mechanischer Befestigung oder anderen rotierenden Komponenten können früher erkannt werden, wodurch mehr Zeit für die Untersuchung und Planung geeigneter Wartungsmaßnahmen zur Verfügung steht.

Dies ist besonders wertvoll, wenn viele Ventilatoren über eine Anlage verteilt sind. Anstatt jeden Ventilator manuell in gleichen Zeitabständen zu messen, können Wartungs- und Zuverlässigkeitsteams anhand kontinuierlicher Zustandsdaten die Anlagen identifizieren, die einer genaueren Beobachtung bedürfen.

Das Ergebnis ist ein stärker fokussierter Ansatz der zustandsorientierten Instandhaltung, bei dem das Fachwissen gezielt auf Ventilatoren ausgerichtet ist, die signifikante Veränderungen aufweisen, anstatt sich in erster Linie auf feste Inspektionsintervalle zu stützen.

Von periodischen Messungen bis hin zur skalierbaren Zustandsüberwachung
Industrieanlagen können eine große Anzahl von Ventilatoren in Lüftungs-, Kühl-, Abluft-, Prozessluft- und anderen Systemen enthalten. Die regelmäßige Abdeckung dieses gesamten Bestands durch manuelle Schwingungsmessrouten erfordert erheblichen Zeitaufwand und Fachpersonal.

Eine kontinuierliche Überwachung bietet einen skalierbareren Ansatz. Schwingungs- und zugehörige Maschinendaten können konsistent erfasst werden, ohne dass bei jeder Messung eine Person anwesend sein muss.

Wartungsteams können so mehr Zeit damit verbringen, relevante Veränderungen zu interpretieren, Diagnosen durchzuführen und Wartungsmaßnahmen zu planen, anstatt wiederholt Routinemessungen zu erfassen.

Die Überwachung muss nicht von Anfang an den gesamten Ventilatorbestand abdecken. Sie kann mit ausgewählten Ventilatoren beginnen, bei denen kontinuierliche Einblicke den größten Nutzen bieten, und im Zuge der Weiterentwicklung der Überwachungsstrategie auf weitere Anlagen oder Prozessbereiche ausgeweitet werden.

Erhöhen Sie die Überwachungsabdeckung mit VibSys®
Bei einer effektiven Zustandsüberwachung von Ventilatoren geht es nicht einfach nur darum, mehr Schwingungsdaten zu erfassen. Es geht darum, einen ausreichenden Überblick über den gesamten Ventilatorbestand zu schaffen, um zu erkennen, welche Anlagen Aufmerksamkeit erfordern.

VibSys® bietet eine skalierbare Grundlage für den Ausbau dieser Sichtbarkeit. Kontinuierliche Schwingungserfassung, die bei Bedarf Drehzahlmessungen unterstützt, lokale Verarbeitung, hochwertige Diagnosedaten und offene Konnektivität ermöglichen die Überwachung einer größeren Anzahl von Lüfteranlagen, ohne dass sich der manuelle Messaufwand entsprechend erhöht.

Der Überwachungsansatz lässt sich an die mechanische Konfiguration des Ventilators anpassen, unabhängig davon, ob Zustandsdaten für einen riemengetriebenen Antriebsstrang, einen direkt gekoppelten Radialventilator oder einen kompakten, direkt angetriebenen Axialventilator benötigt werden.

Dies ermöglicht es Wartungs- und Zuverlässigkeitsteams, die kontinuierliche Zustandsüberwachung auf verschiedene Konfigurationen von Radial- und Axialventilatoren auszuweiten, relevante Veränderungen früher zu erkennen und das Fachwissen gezielt auf die Maschinen und Messstellen zu konzentrieren, die besondere Aufmerksamkeit erfordern.