Der Schein trügt
Dipl.-Ing. Robert Missal
Tel. +49 5971 9710.25
Oftmals zeigt sich die Ursache für erhöhte Schwingungen nicht auf den ersten Blick. Erst umfangreiche Untersuchungen decken den wahren Verursacher auf!
In einer neuen Düngemittelfabrik in Turkmenistan wurde eine Dampfturbine mit Generator für die Eigenstromversorgung der Anlage installiert. Da die Stromversorgung nicht mit dem europäischen Standard vergleichbar ist und ein Stromausfall über einen gewissen Zeitraum den Ausfall der gesamten Düngemittelfabrik zur Folge hätte, ist eine solche Anlage sehr sinnvoll.
Bei der Inbetriebnahme des Generators wurden vom Personal vor Ort erhöhte Schwingungen insbesondere am Generator beobachtet (Abb. 1). Die daraufhin vom Anlagenplaner durchgeführten Schwingungsuntersuchungen mit einem FFT-Analysator ergaben, dass besonders am vorderen Lagerschild des Generators in axialer Richtung erhöhte Schwingungen auftreten (Abb. 5, Ausgangssituation). Die genaue Analyse ergab, dass die dominante Frequenz dieser Schwingung der doppelten Drehfrequenz des Generators entspricht (Abb. 2).
Aus Erfahrung und einschlägiger Literatur weiß man, dass die Anwesenheit der doppelten Drehfrequenz mit markanter Amplitude in axialer Richtung ein Indiz für eine unzureichende Ausrichtung der Maschinen ist. Also wurde versucht, durch eine Veränderung der Ausrichtung, die Schwingungssituation zu verbessern. Da dieses nicht den erhofften Erfolg brachte, wurde KÖTTER Consulting Engineers KG (KCE) mit der Ursachenanalyse vor Ort beauftragt. Die genaue Analyse der zeitgleich an mehreren Messpunkten aufgezeichneten Schwingungen beim Hochfahren bzw. Abschalten der Anlage ergab, dass das vordere Lagerschild des Generators in axialer Richtung eine Struktureigenfrequenz bei ca. 45 Hz hat (Abbildung 3).
Abbildung 3: Wasserfalldarstellung der FFT-Analysen der Schwinggeschwindigkeit am Messpunkt MP_7a, Abschalten der Anlage bei n = 1.590 U/min.
Die FFT-Analysen aus der Abbildung 3 zeigen, dass bei der Drehzahl 1.590 U/min die doppelte Drehfrequenz bei ca. 53 Hz eine kleinere Amplitude hat als die Drehfrequenz. Mit sinkender Drehzahl nimmt die Amplitude der doppelten Drehfrequenz aber zu und erreicht bei t = 270 s, bzw. einer Drehzahl von 1.340 U/min, ein Maximum.
Die Schwingungen in vertikaler Richtung weisen dagegen keine Dominanz auf, wobei die vorherrschende Schwingungsamplitude aber bei der doppelten Drehfrequenz (Abb. 4) auf, wobei die vorherrschende Schwingungsamplitude aber immer bei der einfachen Drehfrequenz des Generators liegt.
Abbildung 4: Wasserfalldarstellung der FFT-Analysen der Schwinggeschwindigkeit am Messpunkt MP_7v, Abschalten der Anlage bei n = 1.590 U/min.
Eine Veränderung der Ausrichtung des Generators bewirkte keine gravierende Verbesserung der Schwingungssituation. Es wurde beschlossen, durch das Anbringen einer Testmasse am Rotor des Generators die Beeinflussung der Schwingungen zu ermitteln. Es zeigte sich dann, dass die axialen Schwingungen am Generator im wesentlichen durch eine Restunwucht im Rotor des Generators und nicht - wie ursprünglich vermutet - durch eine schlechte Ausrichtung angeregt wurden. Nach den Testläufen wurde die in Abb. 5 dargestellte Verbesserung der Schwingungssituation erzielt.
Wie zu erkennen ist, werden nach der Betriebswuchtung die entsprechenden Richtwerte der DIN ISO 10816 – Teil 3, Zone A eingehalten, so dass die Anlage schwingungstechnisch im uneingeschränkten Dauerbetrieb gefahren werden kann. Noch während der Anwesenheit der KCE-Spezialisten vor Ort wurde daraufhin die Anlage vom Kunden abgenommen!
Der beschriebene Projektfall ist ein gutes Beispiel dafür, dass in Abhängigkeit von den individuellen Verhältnissen erhöhte Schwingungen auch in Form untypischer Erscheinungsbilder auftreten können. Es zeigt sich, wie wichtig es bei der Situationsanalyse vor Ort ist, dass alle auftretenden Erscheinungen und denkbaren Ursachen in die Gesamtbetrachtung und demzufolge in die Erfassung und Analyse einbezogen werden. Kostenverursachende Verzögerungen bei der Inbetriebnahme einer Anlage können so vermieden werden.
Dipl.-Ing. Robert Missal
Tel. +49 5971 9710.25
Oftmals zeigt sich die Ursache für erhöhte Schwingungen nicht auf den ersten Blick. Erst umfangreiche Untersuchungen decken den wahren Verursacher auf!
In einer neuen Düngemittelfabrik in Turkmenistan wurde eine Dampfturbine mit Generator für die Eigenstromversorgung der Anlage installiert. Da die Stromversorgung nicht mit dem europäischen Standard vergleichbar ist und ein Stromausfall über einen gewissen Zeitraum den Ausfall der gesamten Düngemittelfabrik zur Folge hätte, ist eine solche Anlage sehr sinnvoll.
Bei der Inbetriebnahme des Generators wurden vom Personal vor Ort erhöhte Schwingungen insbesondere am Generator beobachtet (Abb. 1). Die daraufhin vom Anlagenplaner durchgeführten Schwingungsuntersuchungen mit einem FFT-Analysator ergaben, dass besonders am vorderen Lagerschild des Generators in axialer Richtung erhöhte Schwingungen auftreten (Abb. 5, Ausgangssituation). Die genaue Analyse ergab, dass die dominante Frequenz dieser Schwingung der doppelten Drehfrequenz des Generators entspricht (Abb. 2).
Aus Erfahrung und einschlägiger Literatur weiß man, dass die Anwesenheit der doppelten Drehfrequenz mit markanter Amplitude in axialer Richtung ein Indiz für eine unzureichende Ausrichtung der Maschinen ist. Also wurde versucht, durch eine Veränderung der Ausrichtung, die Schwingungssituation zu verbessern. Da dieses nicht den erhofften Erfolg brachte, wurde KÖTTER Consulting Engineers KG (KCE) mit der Ursachenanalyse vor Ort beauftragt. Die genaue Analyse der zeitgleich an mehreren Messpunkten aufgezeichneten Schwingungen beim Hochfahren bzw. Abschalten der Anlage ergab, dass das vordere Lagerschild des Generators in axialer Richtung eine Struktureigenfrequenz bei ca. 45 Hz hat (Abbildung 3).
Abbildung 3: Wasserfalldarstellung der FFT-Analysen der Schwinggeschwindigkeit am Messpunkt MP_7a, Abschalten der Anlage bei n = 1.590 U/min.
Die FFT-Analysen aus der Abbildung 3 zeigen, dass bei der Drehzahl 1.590 U/min die doppelte Drehfrequenz bei ca. 53 Hz eine kleinere Amplitude hat als die Drehfrequenz. Mit sinkender Drehzahl nimmt die Amplitude der doppelten Drehfrequenz aber zu und erreicht bei t = 270 s, bzw. einer Drehzahl von 1.340 U/min, ein Maximum.
Die Schwingungen in vertikaler Richtung weisen dagegen keine Dominanz auf, wobei die vorherrschende Schwingungsamplitude aber bei der doppelten Drehfrequenz (Abb. 4) auf, wobei die vorherrschende Schwingungsamplitude aber immer bei der einfachen Drehfrequenz des Generators liegt.
Abbildung 4: Wasserfalldarstellung der FFT-Analysen der Schwinggeschwindigkeit am Messpunkt MP_7v, Abschalten der Anlage bei n = 1.590 U/min.
Eine Veränderung der Ausrichtung des Generators bewirkte keine gravierende Verbesserung der Schwingungssituation. Es wurde beschlossen, durch das Anbringen einer Testmasse am Rotor des Generators die Beeinflussung der Schwingungen zu ermitteln. Es zeigte sich dann, dass die axialen Schwingungen am Generator im wesentlichen durch eine Restunwucht im Rotor des Generators und nicht - wie ursprünglich vermutet - durch eine schlechte Ausrichtung angeregt wurden. Nach den Testläufen wurde die in Abb. 5 dargestellte Verbesserung der Schwingungssituation erzielt.
Wie zu erkennen ist, werden nach der Betriebswuchtung die entsprechenden Richtwerte der DIN ISO 10816 – Teil 3, Zone A eingehalten, so dass die Anlage schwingungstechnisch im uneingeschränkten Dauerbetrieb gefahren werden kann. Noch während der Anwesenheit der KCE-Spezialisten vor Ort wurde daraufhin die Anlage vom Kunden abgenommen!
Der beschriebene Projektfall ist ein gutes Beispiel dafür, dass in Abhängigkeit von den individuellen Verhältnissen erhöhte Schwingungen auch in Form untypischer Erscheinungsbilder auftreten können. Es zeigt sich, wie wichtig es bei der Situationsanalyse vor Ort ist, dass alle auftretenden Erscheinungen und denkbaren Ursachen in die Gesamtbetrachtung und demzufolge in die Erfassung und Analyse einbezogen werden. Kostenverursachende Verzögerungen bei der Inbetriebnahme einer Anlage können so vermieden werden.
Abb. 1: Lage der Messpunkte: MP_1a: Messpunkt 1 in axialer Richtung / MP_1h: Messpunkt 1 in horizontaler Richtung / MP_1v: Messpunkt 1 in vertikaler Richtung (alle anderen Messpunkte analog).
Abb. 2: FFT-Analyse der Schwinggeschwindigkeit am Messpunkt MP_7a in axialer Richtung bei einer Drehzahl von n = 1.490 U/min.
Abbildung 5: Effektivwerte der gemessenen Schwinggeschwindigkeiten in der Ausgangssituation und nach der Betriebswuchtung.