Motor-Schwingungsanalysegeräte: Schwingungsüberwachung vs. ESA

Viele Menschen bemerken Probleme mit Motoren erst, wenn der Motor physisch wackelt, vibriert, überhitzt oder ein hörbares Geräusch von sich gibt, bevor sie die richtigen Maßnahmen ergreifen, um das Problem zu beheben. Schwingungsüberwachungssensoren werden immer häufiger eingesetzt, finden aber manchmal das eigentliche Problem im Motor nicht rechtzeitig, bevor weitere Schäden auftreten.

Die elektrische Signaturanalyse (ESA), eine Technologie, die die Schaltkreise der Komponenten innerhalb des gesamten Motorsystems (Motor Control Center (MCC) oder Frequenzumrichter (VFD)), der Kabel und der Motoren bewertet, wird in anderen Arten von Motorschwingungsanalysegeräten verwendet, wie z. B. dem handgeführten ALL-TEST PRO On-Line II™ (ATPOL II). Mit der ESA lassen sich Motorfehler im Frühstadium feststellen, oft bevor sie leichter zu erkennen sind.

In dieser Fallstudie werden die Stärken und Schwächen von zwei verschiedenen Arten von Motorschwingungsanalysegeräten bei der Bewertung und Diagnose von Rotorschäden eines Motors erörtert.

Die Hintergrundgeschichte

Easy Tool ist ein Anbieter von Condition Monitoring-Lösungen mit Service- und Support-Vertretungen in Italien. Das in der Stadt Fabriano in der Provinz Ancona ansässige Unternehmen Easy Tool vertritt ALL-TEST Pro-Geräte und führt regelmäßige Zustandsüberwachungsdienste für einen lokalen Papierhersteller durch.

Alle drei Monate reist ein Außendiensttechniker in die Papierfabrik, um die dortige Ausrüstung zu testen, darunter Ventilatoren, Motoren, Walzen und Getriebe. Die Daten werden viermal im Jahr für Trend- und Vorhersageanalysen gesammelt, um die Programme des Papierherstellers für Sicherheit und Zuverlässigkeit der Anlagen zu unterstützen.

Im September 2016 nutzte Ettore Di Pasquale, Ingenieur im Außendienst, einen technologieübergreifenden Ansatz, um ein Problem mit einem Induktionsmotor richtig zu diagnostizieren.

Die Motoreinstellung

Ein 15-Kilowatt-Induktionsmotor mit VFD-Antrieb wurde für den Antrieb eines Industrieventilators an der Haube einer Trockenpartie einer Papiermaschine eingesetzt.

Während die Maschine Papier produziert, saugt dieser Industrieventilator die Dämpfe aus der Maschine ab und leitet sie durch einen Filter, bevor er die Abgase in die Atmosphäre entlässt.

Die Schwingungsanalyse deutet auf eine Unwucht des Motors hin (die Analyse der elektrischen Signatur zeigt jedoch das Gegenteil)

Die erste Schwingungsanalyse ergab hohe Schwingungswerte und ein Spektrum, das als Unwucht des Motors interpretiert werden konnte. Obwohl der erste Teil des Spektrums einem Ungleichgewichtsmuster ähnelte, wusste der Ingenieur vor Ort, dass er die Untersuchung fortsetzen musste.

Die Drehzahl wurde mit einem Stroboskop gemessen und zeigte, dass sich die Umdrehungen pro Minute (U/min) sehr schnell veränderten – obwohl der VFD so eingestellt war, dass der Motor mit einer festen Drehzahl von 1.470 U/min lief. Wenn sich die Drehzahl des Asynchronmotors schnell ändert, ist dies ein Anzeichen für gebrochene Rotorstäbe.

An diesem Punkt setzte der Ingenieur vor Ort seinen technologieübergreifenden Ansatz fort und führte eine elektrische Signaturanalyse mit dem tragbaren ALL-TEST PRO On-Line II™ Motorprüfgerät durch, um den Zustand der Rotorstäbe des Motors zu untersuchen.

Elektrische Signaturanalyse bestätigt gebrochene Rotorstäbe

Die elektrische Signaturanalyse (ESA) ist eine Motordiagnosetechnik, die die Versorgungsspannung und den Betriebsstrom des Motors nutzt, um bestehende und entstehende Fehler im gesamten Motorsystem zu identifizieren.

Im ESA-Modus wertet das ATPOL II™ den Zustand der eingehenden Leistung, des Steuerkreises, des Motors selbst und der angetriebenen Last aus.

Die ESA dieses Induktionsmotors zeigte erhebliche Stromschwankungen: Wenn der Motor schneller läuft, nimmt er mehr Strom auf, wenn er langsamer läuft, nimmt er weniger Strom auf. Die großen Stromschwankungen schwankten um etwa 30 %, weil der Motor aufgrund von Drehzahlschwankungen seine Last veränderte.

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Lösung des Problems zur Verhinderung von Motorausfällen und zum Schutz der Mitarbeiter

Der Außendiensttechniker besprach seine umfassende Analyse mit dem Verantwortlichen für vorausschauende Wartung und Zuverlässigkeit des Papierherstellers, und es wurde vorgeschlagen, den Motor auszutauschen. Während eines geplanten Stillstands wurde umgehend ein neuer Motor installiert und eine weitere Schwingungsanalyse durchgeführt, um sicherzustellen, dass der neue Motor wie vorgesehen funktioniert.

Die Schwingungsanalyse des neuen Motors zeigte, dass die Schwingungen deutlich zurückgegangen waren. Während der ursprüngliche beschädigte Motor hohe Vibrationswerte um 11 mm/Sek. aufwies, ergab die Vibrationsanalyse des neuen Motors Werte um 0,35 (30-mal weniger Vibration).

Noch wichtiger war, dass der neue Motor mit konstanter Drehzahl arbeitete, so dass der Industrieventilator die Dämpfe aus der Papierproduktionsmaschine mit einem gleichmäßigen Luftstrom abführen konnte. Die Aufrechterhaltung der Geschwindigkeit und des Luftstroms für die Rauchabsaugung bedeutete die Schaffung einer gesunden und sicheren Arbeitsumgebung für die Mitarbeiter des Herstellers.

Die Motorschwingungsanalysegeräte Schlussfolgerung

Lektionen gelernt:

1. Wären die gebrochenen Rotorstäbe nicht entdeckt worden, wäre der Motor ausgefallen. Ein Ausfall des Motors hätte zu unsicheren Arbeitsbedingungen in der Produktionsstätte geführt. Programme zur Zustandsüberwachung und vorausschauenden Wartung (PdM) sind sehr wichtige Initiativen, die jeder Hersteller umsetzen sollte.

2. Geräte zur Analyse von Motorschwingungen allein, wie z. B. Schwingungsüberwachungssensoren, sind zwar sehr informativ und wichtig, lassen aber nicht immer eindeutige Motorfehler erkennen. Die Schwingungsprüfung sollte zusammen mit der elektrischen Signaturanalyse durchgeführt werden. Bei der Überprüfung des Zustands Ihrer Motoren ist ein technologieübergreifender Ansatz von entscheidender Bedeutung, da eine einzige Technologie in der Regel nicht “ausreicht”, um den Zustand des Motors richtig zu diagnostizieren.

3. Es gibt einfach zu bedienende, tragbare Geräte wie das ALL-TEST PRO On-Line II™ (jetzt ALL-TEST PRO On-Line III™), ein Gerät zur Prüfung von Motoren unter Spannung, mit dem Sie den Zustand Ihrer Motoren überprüfen können. Das ATPOL II™ ist ein unschätzbares Überwachungs- und Diagnosewerkzeug, mit dem Sie feststellen können, was mit Ihren Geräten wirklich los ist. Vergewissern Sie sich, dass Sie über die richtigen Werkzeuge zur Unterstützung Ihres Zustandsüberwachungsprogramms verfügen.

Über All-TEST Pro, LLC.

ALL-TEST Pro erfüllt das Versprechen einer echten Motorwartung und Fehlersuche mit innovativen Diagnosewerkzeugen, Software und Support, die es Ihnen ermöglichen, Ihr Unternehmen am Laufen zu halten.

Über SPM Instrument

SPM Instrument verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung im Bereich der Maschinenzustandsüberwachung und arbeitet mit verschiedenen Industrien in mehr als 50 Ländern zusammen, um technischen Service, Unterstützung und Schulungen im Bereich der Zustandsüberwachung anzubieten.