Maschinenübersicht
Die überwachte Maschine ist ein Schraubenkompressor, der in einem Kältesystem eines Werks zur Herstellung von Lebensmittelzutaten eingesetzt wird. In der Lebensmittelindustrie ist die Kälteversorgung eine kritische Versorgungseinrichtung. Ein ungeplanter Ausfall des Kompressors kann daher direkte Auswirkungen auf die Produktionskontinuität und die Produktqualität haben.
Der Kompressor wird von einem 110-kW-Elektromotor mit variabler Drehzahl bis zu 2.960 U/min angetrieben. Diese Konfiguration ermöglicht es dem System, sich an wechselnde Kühlanforderungen anzupassen und gleichzeitig die Energieeffizienz zu optimieren. Allerdings kann der Einsatz eines Frequenzumrichters (VFD) elektrische Phänomene verursachen, die den Zustand der Lager im Laufe der Zeit beeinträchtigen können.
Angesichts der kritischen Rolle des Kältesystems könnte jeder ungeplante Ausfall des Kompressormotors die Produktion stören und die Betriebskontinuität gefährden. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Zuverlässigkeit dieser Maschine sicherzustellen.
Überwachungssysteme und Softwarekonfiguration
Die Zuverlässigkeitsingenieure von I-care installierten drahtlose Wi-care™-Schwingungssensoren an der Maschine. Die Konfiguration umfasste zwei Sensoren am Motor und zwei am Kompressor, wodurch das Schwingungsverhalten der Antriebs- und Abtriebskomponenten kontinuierlich überwacht werden konnte.
Diese Sensoren erfassten kontinuierlich Schwingungs- und Temperaturdaten.
Die Schwingungsanalyse wurde als primäre Methode zur Zustandsüberwachung der Maschine eingesetzt. Ergänzend kam die I-DNA-Technologie zur Signalverarbeitung zum Einsatz, um die Erkennung hochfrequenter Fehlersignaturen zu verbessern, die auf eine unzureichende Schmierung oder erste Anzeichen einer Lagerschädigung hinweisen können.
Alle Daten wurden automatisch an I-see™, die KI-gestützte Software für vorausschauende Instandhaltung von I-care übertragen. Dort wurden die Signale analysiert und Warnmeldungen generiert, sobald Abweichungen von den normalen Betriebsbedingungen erkannt wurden.
Ein Schwingungsanalyst von I-care überprüfte anschließend die Daten, um die Warnmeldung zu validieren, eine detaillierte Spektralanalyse durchzuführen und auf Grundlage der beobachteten Fehlerentwicklung entsprechende Empfehlungen auszusprechen.
Detaillierte Analyse
Schritt 1 | Fehlererkennung
Das erste Anzeichen eines Problems trat am 24. Dezember auf, als das I-see™ Dashboard an mehreren Messpunkten des Motors ein ungewöhnliches Verhalten erkannte.
Eine eingehendere Prüfung der Daten zeigte einen Anstieg der stoßbedingten Schwingungsenergie im Hochfrequenzbereich, was auf lokale Schäden innerhalb der Komponente hindeutete.
Diese ungewöhnliche Entwicklung veranlasste einen Schwingungsanalysten von I-care, eine eingehende Analyse durchzuführen.
Schritt 2 | Analyse
Die Schwingungsdaten wurden anschließend eingehend analysiert, um die Ursache der Anomalie zu identifizieren.
Die Spektralanalyse (FFT) des Schwingungssignals zeigte eine eindeutige harmonische Frequenzfamilie bei dem 3,08-Fachen der Drehzahl.
Diese Frequenz entsprach der theoretischen Ballüberrollfrequenz des Außenrings (BPFO) des Motorlagers (SKF 6314). Das Auftreten einer harmonischen Frequenz bei dieser Frequenz in Verbindung mit dem beobachteten Anstieg der Stoßpegel ist charakteristisch für einen Schaden am Außenring. Diese Erkenntnisse ermöglichten es dem Schwingungsanalysten von I-care, die Ursache des Schadens präzise zu identifizieren.
Die Trendentwicklung in den folgenden Wochen bestätigte einen kontinuierlichen Anstieg der Stoßpegel, was auf eine fortschreitende Schädigung des Lagers hindeutete.
Die Übereinstimmung zwischen der identifizierten Frequenz und der beobachteten Trendentwicklung ermöglichte eine Diagnose mit hoher Sicherheit.
Schritt 3 | Empfehlung
Auf Grundlage des identifizierten Schadens am Außenring des Lagers und dessen Entwicklung empfahl der Schwingungsanalyst von I-care, das Motorlager nachzuschmieren und die Schwingungspegel engmaschig zu überwachen. Die Verbesserung der Schmierungsbedingungen trägt dazu bei, Reibung zu reduzieren und das Fortschreiten des Schadens zu verlangsamen.
In diesem Fall wurde der Schaden zwar später als elektrisches Fluting identifiziert, dennoch wurde eine zusätzliche Nachschmierung als vorbeugende Maßnahme durchgeführt, um den Zustand des Lagers zu stabilisieren und das Fortschreiten des Schadens bis zur geplanten Korrekturmaßnahme unter Kontrolle zu halten.
Schritt 4 | Überwachung
Nach der Nachschmierung zeigte die Schwingungsanalyse eine Stabilisierung der Stoßpegel. Diese Entwicklung bestätigte, dass das unmittelbare Fortschreiten des Schadens vorübergehend unter Kontrolle gebracht werden konnte.
Die Maschine wurde anschließend engmaschig überwacht, um die Entwicklung des Schadens im Zeitverlauf zu verfolgen. Obwohl das Lager beschädigt blieb, bestätigte die Stabilisierung der Schwingungspegel, dass der Schaden nicht schnell fortschritt, sodass die Maschine unter kontrollierten Bedingungen weiter betrieben werden konnte.
Angesichts dieser stabilen Entwicklung wurde beschlossen, den Eingriff zu verschieben und den Austausch des Lagers während des planmäßigen Anlagenstillstands Ende Februar durchzuführen.
Schritt 5 | Lageraustausch und Ursachenanalyse
Die Motorlager wurden wie geplant während des planmäßigen Anlagenstillstands Ende Februar ausgetauscht.
Nach dem Austausch wurde das ausgebaute Lager auf der Antriebsseite untersucht. Die Inspektion zeigte typische Schäden durch elektrisches Fluting, eine Schadensart, die häufig bei Motoren auftritt, die mit einem Frequenzumrichter (VFD) betrieben werden.
Diese Systeme können Wellenspannungen erzeugen, die elektrische Entladungen durch die Lager verursachen und dadurch die für elektrisches Fluting typischen Schäden hervorrufen.
Diese Inspektion bestätigte, dass der durch die Schwingungsanalyse identifizierte Schaden durch elektrische Entladungen innerhalb des Lagers verursacht wurde.
Um ein erneutes Auftreten zu verhindern, wurde am Motor ein Wellenerdungsring installiert. Diese Korrekturmaßnahme leitet parasitäre elektrische Ströme von den Lagern ab und reduziert dadurch das Risiko zukünftiger Schäden durch elektrische Entladungen.
Schritt 6 | Ergebnisse
Nach dem Austausch des Lagers bestätigte die Schwingungsanalyse einen deutlichen Rückgang der Stoßpegel, wobei die Messwerte wieder ihr Referenzniveau erreichten.
Der Vergleich der Spektren vor und nach dem Eingriff zeigte das Verschwinden der zuvor identifizierten harmonischen Frequenzfamilie beim 3,08-Fachen der Drehzahl, die der Ballüberrollfrequenz des Außenrings (BPFO) des Motorlagers entsprach. Diese Entwicklung bestätigte das Verschwinden der mit dem Schaden verbundenen Schwingungssignatur.
Diese Beobachtungen bestätigten sowohl die ursprüngliche Diagnose als auch die Wirksamkeit der umgesetzten Korrekturmaßnahmen. Nach dem Eingriff wurden keine ungewöhnlichen Schwingungen mehr festgestellt. Dies bestätigte das Verschwinden der mit dem Schaden verbundenen Schwingungssignatur und die Rückkehr der Maschine zu einem normalen Schwingungsverhalten.
Ergebnisse
Frühzeitige Erkennung eines Lagerschadens an einem frequenzumrichtergesteuerten Kompressor und kontrollierte Schadensentwicklung bis zum geplanten Austausch
Der Lagerschaden wurde mehrere Wochen vor dem Erreichen eines kritischen Ausfallrisikos erkannt. Dadurch konnten die Teams die Entwicklung des Schadens kontinuierlich überwachen und die Situation unter kontrollierten Bedingungen steuern.
Nach der Stabilisierung infolge der Nachschmierung konnte der Kompressor ohne Unterbrechung bis zum planmäßigen Anlagenstillstand weiter betrieben werden. Während dieses Stillstands wurden die Motorlager wie vorgesehen ausgetauscht. Dieses Vorgehen verhinderte einen ungeplanten Motorausfall an dieser kritischen Komponente des Kältesystems.
Die Inspektion des ausgebauten Lagers bestätigte, dass elektrisches Fluting die Ursache des Schadens war. Diese Erkenntnis ermöglichte die Umsetzung einer Korrekturmaßnahme durch die Installation eines Wellenerdungsrings, um das Risiko eines erneuten Auftretens zu reduzieren.
Dieser Fall zeigt, wie die kontinuierliche Schwingungsüberwachung mit den drahtlosen Wi-care™-Schwingungssensoren an frequenzumrichtergesteuerten Anlagen in Kombination mit der Analyse in I-see™, der KI-gestützten Software für vorausschauende Instandhaltung von I-care, nicht nur eine frühzeitige Erkennung von Schäden ermöglicht, sondern auch fundierte Entscheidungen unterstützt, um Instandhaltungsmaßnahmen unter optimalen Bedingungen zu planen und durchzuführen. Darüber hinaus verdeutlicht dieser Fall die Bedeutung der vorausschauenden Instandhaltung in der Lebensmittelindustrie.
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