Erklärt: Wie und wann man Vibrationen und Stangenverschiebungen überwacht
Hubkolbenkompressoren gehören zu den kritischsten Maschinen in Branchen wie (Petro-)Chemie, Energie sowie Öl und Gas. Im Gegensatz zu anderen rotierenden Maschinen sind Hubkolbenkompressoren sehr wartungsintensiv. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, über fortschrittliche Überwachungssysteme zu verfügen, um verschiedene wichtige mechanische Parameter, wie z. B. Vibrationen und Stangenabfall, zu überwachen. Dieser Anwendungshinweis zeigt, wie man ein System zur Überwachung von Schwingungen und Kolbenstangenausfall an einem typischen 2-Zylinder-Kolbenkompressor konfiguriert und diese Signale kombiniert, um tiefere Einblicke in die Maschine zu erhalten.
Vibration
Schwingungsmessungen an Kolbenkompressoren erweisen sich aufgrund der natürlichen mechanischen Bewegung dieser Kompressoren als schwierig. Die Überwachung der Schwingungen an verschiedenen Punkten der Maschine ist jedoch von entscheidender Bedeutung, um Erkenntnisse über die Maschine zu gewinnen und einen stabilen Prozess zu gewährleisten. Zu diesen Punkten gehören Gehäuseschwingungen (Beschleunigungsmesser) und Kreuzkopfschwingungen (Beschleunigungsmesser), wie in Abbildung 1 dargestellt.
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Schwingungssensoren
Beschleunigungssensoren werden zur Messung von Gehäuseschwingungen an Kolbenkompressoren eingesetzt. Ein Sensor wird sowohl auf der angetriebenen als auch auf der nicht angetriebenen Seite angebracht (Abbildung 1).
Ein weiterer Beschleunigungsaufnehmer wird zur Messung der Traversenschwingungen verwendet und sollte oberhalb der Traverse angebracht werden (Abbildung 1).
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Schutz und Überwachung auf Senderbasis; VibroSmart (VSV301) Modul
Die Sensoren, die zur Erzeugung der Schwingungsdaten verwendet werden, sind an das VibroSmart (VSV301)-Modul angeschlossen, ein zweikanaliges Schwingungsschutz- und Überwachungssystem auf Senderbasis (DIN-Schiene). Dieses System ist für die skalierbare und fortschrittliche Überwachung und den Schutz von (kritischen) rotierenden Maschinen, einschließlich Kolbenkompressoren, konzipiert. Als eigenständiges System bietet der VibroSmart zwei Kanäle, aber aufgrund seiner Skalierbarkeit können mehrere Module angeschlossen werden, um jeder Anwendung gerecht zu werden.
Verschiebung der Stange / Verschleiß des Reiterbandes
Reiterbänder sind wichtige Komponenten, die den Kolben während der Bewegung durch den Zylinder des Kolbenkompressors stützen. Sie nutzen sich mit der Zeit ab, was zu einer vertikalen Verschiebung des Kolbens und der Kolbenstange führt. Um eine Beschädigung des Kolbens und der Zylinderwand zu verhindern, sollte der Verschleiß dieser Reiterbänder überwacht werden. Da eine direkte Messung des Verschleißes der Reiterbänder aufgrund des hohen Drucks im Zylinderraum schwierig ist, wird stattdessen die vertikale Verschiebung der Kolbenstange gemessen.
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Senderbasierte Überwachung; RecipSys 200
Das RecipSys 200 ist ein kompaktes Überwachungssystem (DIN-Schiene) für Kolbenkompressoren und ermöglicht die Überwachung des Verschleißes von Laufbändern, wodurch die Notwendigkeit regelmäßiger Abschaltungen für manuelle Inspektionen entfällt.
Phasenreferenzsensor
Das RecipSys 200 verwendet einen Phasenreferenzsensor (oder Phasenauslöser), um die Stangenposition an einem bestimmten Punkt des Zyklus zu messen, wodurch es viel genauer ist als eine Gesamtmessung (Abbildung 2).
Stangen-Wegsensor
Mit einer Näherungssonde wird die vertikale Verschiebung der Kolbenstange gemessen. Wenn die Reiterbänder abgenutzt sind, sinkt die Kolbenstange nach unten (Abbildung 2).
Anmeldung
Messung von Schwingungen und Stangenverschiebung an einem 2-Zylinder-Kolbenkompressor.
Ein eigenständiges RecipSys 200-Modul hat zwei Eingänge für Kolbenstangensignale und einen Tachometereingang, was bedeutet, dass ein Modul für einen 2-Zylinder-Kompressor erforderlich ist. Unabhängig von der Konfiguration des Verdichters wird nur ein Phasenreferenzsensor für die ausgelöste Kolbenstangenüberwachung benötigt (Abbildung 3).
Da für die Überwachung von Gehäuseschwingungen (2x Beschleunigungsmesser) und Kreuzkopfschwingungen (2x Beschleunigungsmesser) insgesamt vier Sensoren erforderlich sind, werden zwei VibroSmart-Module benötigt. Das Tachometer-Eingangssignal des VibroSmart-Moduls kann verwendet werden, um einen Phasenreferenzsensor anzuschließen und ein bestimmtes Schwingungsfrequenzband zu filtern, das mit der Drehzahl des Hubkolbenverdichters in Verbindung gebracht werden kann.
Da es sich sowohl beim RecipSys 200 als auch beim VibroSmart (VSV301) um transmitterbasierte Systeme handelt, sind sie leicht skalierbar und können an jede Konfiguration angepasst werden. Die Daten von beiden Systemen können in eine Analyseplattform integriert werden.
Analyse der Daten
Sowohl die ausgelösten Ausgangssignale der RecipSys 200-Module als auch die Schwingungsdaten der VibroSmart-Module können an die (optionale) VibroSight®-Softwareplattform gesendet werden, eine externe Überwachungssoftware zur Analyse der Schwingungs- und Stangenpositionsdaten. Darüber hinaus bietet VibroSight® umfangreiche Analysemöglichkeiten, um übermäßige Schwingungen zu identifizieren und deren Ursache(n) zu ermitteln.
