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Ausgewählte Ausgabe: 04-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Jede Schwingung zählt

Schwingungs-Monitoring wird bei Maschinen und Anlagen immer wichtiger. Die steigenden Ansprüche erfordern entsprechende Safety-Komponenten. Zertifizierte SIL-Geräte erfassen Drehwinkel, Neigungswinkel und auch Schwingungen und Vibrationen – und das „sicher“.


KAP-TWK-Schwingung-1

Bild 1
Bei Windkraftanlagen können Schwingungen dazu führen, dass die gesamte Anlage in Mitleidenschaft gezogen wird.

Gibt es eigentlich gute und schlechte Beschleunigung? Eine seltsame Frage, denken Sie vielleicht. Sie ist aber durchaus berechtigt. Wenn’s schüttelt und rüttelt ist das für einen Cocktail vielleicht gut. Aber in einer Anlage oder Maschine eher nicht. Die Aufgabe besteht darin, festzustellen, ob Beschleunigungen aufgrund von Schwingungen und Vibrationen noch toleriert werden können oder ob sie schon so hoch sind, dass die Applikation Schaden nimmt und angehalten werden muss.
Genau hierfür hat TWK den SIL2- Schwingungssensor NVA mit CAN-open Safety-Schnittstelle und Schalt-relais entwickelt. In einem Frequenz-bereich von 0,1 Hz bis 60 Hz kann er dynamische Beschleunigungen messen. Der Frequenzbereich kann durch Bandfilter in Teilbereiche aufgeteilt werden, damit beispielsweise kleine Frequenzen unter 5 Hz genauer betrachtet werden können und höhere Frequenzen nicht stören und umgekehrt.

Beispiel Windkaftanlage

Schauen wir uns ein Beispiel an: Windkraftanlagen erzeugen Strom. Aber der Strom kommt nicht einfach aus der Steckdose, oder – wie in diesem Fall – aus der Windkraftanlage. Eine solche Anlage ist ein hochkomplexes und mittlerweile bis ins Detail ausgefeiltes Konstrukt hoher Ingenieurskunst, das vor Schaden geschützt werden muss, um Standzeiten gering zu halten und Kosten zu vermeiden.
Eine wichtige physikalische Mess-größe, die zum Schutz der Anlage erfasst werden muss, sind die während des Betriebs entstehenden Schwingungen und Vibrationen, vornehmlich in der Gondel und im Mast. Sind die Schwingungen zu stark, wird die ganze Anlage in Mitleidenschaft gezogen. Beim Mast kann es aufgrund der entstehenden Beschleunigungskräfte zu Rissbildungen oder sogar zum Bruch kommen.
Was sind mögliche Ursachen? Zum einen können es interne Ereignisse sein. Sollten beispielsweise das Getriebe oder die Lager einen Schaden aufweisen, kann es zu starken Schwingungen der Hauptwelle kommen. Diese Schwingungen liegen in einem Frequenzfenster von ca. 10 Hz bis 50 Hz.
Zum anderen können äußere Einflüsse ein Aufschwingen der Anlage verursachen. Hier sind unter anderem Vereisungen oder Beschädigungen der Rotorblätter zu nennen. Diese treten nicht gleichmäßig auf und verursachen deshalb eine Unwucht des Rotors, die die ganze Anlage in Schwingung versetzen kann. Oder aber ungünstige Windverhältnisse führen zu starken Bewegungen der Gondel und damit des Mastes. Hier liegen die Frequenzen typischerweise bei 0,2 Hz bis 3 Hz.

Schwingungs-Monitoring

Diese Schwingungen müssen im Rahmen des Schwingungs-Monitorings einer Windkraftanlage ermittelt werden, um bei Überschreiten von zugehörigen Grenzwerten die Steuerung zu veranlassen, die Anlage herunterzufahren.
Hier kommt nun der Schwinungssensor NVA115 als SIL2 Safety-Komponente zum Einsatz. Der gemessene Beschleunigungswert wird ständig mit Grenzwerten verglichen. Werden diese überschritten, werden interne Sicherheitsrelais abgeschaltet.

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Autoren

 Achim Albertini

Produktmanager, TW

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