Vibrationsüberwachung in der Zementindustrie
Schwingungsüberwachung zur Effizienzsteigerung
In diesem Artikel erklärt Chris Hansford, Geschäftsführer von Hansford Sensors, wie vorausschauende Wartung, insbesondere die Schwingungsüberwachung, dazu beiträgt, die Effizienz von Maschinen in der Zementherstellung zu maximieren, indem Ausfallzeiten auf ein Minimum reduziert werden. Er enthält Ratschläge zur Spezifikation und Installation geeigneter Lösungen.
Die raue Umgebung der Zementherstellung
Die Zementherstellung gehört zu den aggressivsten Produktionsprozessen überhaupt. Die zur Herstellung von Portland- und Mauermörtel verwendeten Chemikalien, insbesondere Silikate, Aluminate und Aluminoferrite, führen zu einer hohen Konzentration feiner Partikel, die erhebliche Probleme für die Produktions- und Förderanlagen verursachen.
Rotierende Komponenten sind am stärksten gefährdet und sind üblicherweise in Motoren, Pumpen und Ventilatoren zu finden, die in Brechern, Mühlen, Abscheidern, Öfen und Silos eingesetzt werden.
Obwohl Geräte mit beweglichen Teilen in der Regel mit Schutzabdeckungen versehen oder nach hohen IP-Standards abgedichtet sind, lässt sich das Eindringen feiner Partikel, typischerweise mit einer Größe zwischen 15 und 45 Mikrometern, nicht verhindern. Dies beeinträchtigt die Schmiermitteleffizienz, erhöht den Verschleiß an Lagern, Wellen und Dichtungen und steigert das Risiko eines vorzeitigen Ausfalls, insbesondere in Hochtemperaturbereichen.
Wie Schwingungen mechanischen Verschleiß offenbaren
Verschlissene rotierende Teile vergrößern die inneren Toleranzen, was zu mechanischer Unwucht, lose Bauteilen und reibenden Teilen führt. Diese Probleme äußern sich in Vibrationen, die durch geeignete Sensoren erfasst werden können.
Da Schwingungssensoren sehr geringe Schwingungspegel und kleine Veränderungen des Schwingungszustands erkennen können, ist es möglich, den Verschleißgrad zu bewerten und Korrekturmaßnahmen zu ergreifen, bevor Fehler entstehen.
Steigerung der Effizienz in einem wachsenden Markt
Der Zementmarkt wächst rasant, und die effizientesten Produzenten sind am besten positioniert, um von diesem Wachstum zu profitieren.
Es wurde prognostiziert, dass das weltweite Zementvolumen bis 2017 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 4,9 Prozent wachsen und der Pro-Kopf-Verbrauch deutlich steigen wird. Andere Branchenanalysten prognostizieren ein anhaltendes Wachstum von rund 4 Prozent jährlich.
Um in einem so wettbewerbsintensiven und kostensiblen Markt profitabel zu arbeiten, müssen Lieferanten maximale Zuverlässigkeit unter anspruchsvollen Bedingungen sicherstellen. Viele Zementwerke arbeiten unter anderem aufgrund von Wartungszeiten unter ihrer Kapazität.
Die Optimierung bestehender Systeme durch Schwingungsüberwachung kann den Wartungsaufwand erheblich reduzieren und die Produktivität steigern.
Die Rolle der Schwingungsüberwachung
Geräte zur Schwingungsüberwachung wurden ursprünglich entwickelt, um die industrielle Fertigung und die Prozessindustrie dabei zu unterstützen, die Produktivität und die Rentabilität zu steigern.
In den letzten Jahren hat sich die Industrie von der reaktiven Instandhaltung zu prädiktiven, langfristigen Instandhaltungsstrategien verlagert. Diese Ansätze werden häufig prozessweit angewendet und zielen darauf ab, die Betriebszeit zu maximieren und gleichzeitig die Betriebskosten zu senken. Schwingungssensoren sind ein entscheidendes Element in dieser Strategie.
Wie Schwingungssensoren funktionieren
Vibrationfrequenzen, auch als Beschleunigungssensoren bekannt, enthalten einen piezoelektrischen Kristall, der mit einer Masse verbunden ist. Wenn sie Vibrationen ausgesetzt wird, drückt die Masse den Kristall zusammen und erzeugt ein elektrisches Signal, das proportional zur angewendeten Kraft ist.
Dieses Signal wird verstärkt und aufbereitet, um einen messbaren Ausgang zu erzeugen, der sich für Datenerfassungs- oder Steuerungssysteme eignet.
Daten von Beschleunigungssensoren, die an Schlüsselpositionen angebracht sind, können mit tragbaren Datenerfassungsgeräten gesammelt oder über Anschlussboxen an zentrale Systeme zur kontinuierlichen Überwachung weitergeleitet werden.
Wichtige zu überwachende Anlagen in der Zementherstellung
In Zementwerken gehören Motoren und Getriebeeinheiten in Ofenantrieben, Brechern, Sieben, Förderbändern, Rohrmühlen, Aufzügen, Separatoren und Gebläsen zu den wichtigsten zu überwachenden Komponenten.
Die richtige Sensorwahl ist entscheidend für einen zuverlässigen Betrieb, eine einfache Installation und eine präzise Datenerfassung. Bei einigen Anwendungen sind seitlich eingeführte Sensoren zu bevorzugen, um Schäden durch Ablagerungen zu vermeiden. In Hochtemperaturbereichen sollten entsprechend geschützte Sensoren verwendet werden.
Spezifikation und Installation von Beschleunigungsmessern
Um einen Beschleunigungsmesser korrekt zu spezifizieren, müssen Ingenieure Vibrationspegel, Frequenzbereiche, Umgebungsbedingungen wie Temperatur und das Vorhandensein korrosiver Chemikalien berücksichtigen.
Zu den weiteren Überlegungen gehören die Frage, ob die Atmosphäre brennbar ist, und ob es Gewichtsbeschränkungen gibt.
Die enge Zusammenarbeit mit dem Sensorlieferanten gewährleistet eine einwandfreie Funktion. Hansford Sensors bietet eine große Auswahl an Schwingungssensoren, die so konzipiert sind, dass sie den rauen Bedingungen der Zementherstellung standhalten, mit vielfältigen Anschluss-, Ausgangs- und Umweltoptionen.
Bedeutung der korrekten Installation
Beschleunigungssensoren sind nur so effektiv wie ihre Installation. Eine mangelhafte Installation oder Wartung beeinträchtigt die Präzision und Langlebigkeit.
Die Zustandsüberwachung ist von der Stabilität abhängig. Ein schlecht montierter Beschleunigungssensor kann Messwerte liefern, die eher die Instabilität des Sensors als Veränderungen des Maschinenzustands widerspiegeln.
Moderne Beschleunigungsmesser arbeiten über weite Temperaturbereiche und bieten hohe Genauigkeit bei geringer Hysterese. Edelstahlgehäuse verhindern das Eindringen von Verunreinigungen.
Beschleunigungssensoren sollten direkt auf Maschinen auf flachen, glatten, unlackierten Oberflächen, die größer als die Sensorbasis und frei von Fett und Öl sind, so nah wie möglich an der Vibrationsquelle und senkrecht zur Rotationsachse montiert werden.
Montagemethoden und Messrichtungen
Die korrekte Sensorinstallation ist essenziell, um Unwucht, Fehlausrichtung, Lagerschäden, mechanisches Spiel, hydraulische Kräfte und Schleifen zu erkennen.
Für horizontale Messungen sollten Sensoren an Motor- oder Pumpenlagern montiert werden, um Unwuchten und Fundamentprobleme zu erkennen.
Für vertikale Messungen sollten Sensoren an den Lagern der Antriebsseite montiert werden, um Lose und strukturelle Probleme zu erkennen.
Für die axiale Messung sollten Sensoren an den Lagern der Antriebsseite montiert werden, um Fehlausrichtungen zu erkennen.
Je nach Kritikalität und Budget können zusätzliche Sensoren installiert werden, wobei Motoren und Getriebe jedoch die wichtigsten zu überwachenden Komponenten bleiben.
Typische Beispiele für die Sensorplatzierung
An einem typischen Brechermotor sind Beschleunigungssensoren in radialer Richtung an der Antriebsseite und der Nicht-Antriebsseite montiert, um den Zustand der Lager zu überwachen.
An Getrieben sind Sensoren radial an Eingangs- und Ausgangswellen montiert, um Lager und Lüfterunwucht zu überwachen, mit optionalen axialen Sensoren zur Überwachung des Axialschubs.
Zementwerke verwenden typischerweise 4-bis-20-Milliampere-Beschleunigungssensoren, die über lokale Anschlusskästen und mehradrige, geschirmte Twisted-Pair-Kabel an SPS-Systeme angeschlossen sind, um Datentrends und Alarme zu erfassen.
Datenerhebung und -analyse
Die Offline-Schwingungsüberwachung wird mit tragbaren Datensammlern durchgeführt, entweder mit temporären Sensoren oder mit Handgeräten, die an fest installierte Sensoren angeschlossen sind.
Instandhaltungsteams entwickeln Datenerfassungsrouten basierend auf der Kritikalität der Anlagen, um die Effizienz zu maximieren.
Sensoren werden zunehmend fest mit zentralen Steuerungssystemen für die Echtzeitüberwachung verkabelt, was effizienter und sicherer, wenngleich auch teurer ist.
Unabhängig von der Erfassungsmethode ist es unerlässlich, geeignete Frequenzbereiche basierend auf den am schnellsten rotierenden Komponenten zu analysieren, um Fehlinterpretationen zu vermeiden.
Verwendung von Schwingungsdaten zur Verbesserung der Zuverlässigkeit
Eine sorgfältige Datenanalyse kann Probleme wie falsch ausgerichtete Lager, lose Bauteile, trockene Kupplungen oder Staubansammlungen, die zu Unwucht führen, aufdecken.
Die Schwingungsüberwachung macht Ingenieure auf Probleme aufmerksam, bevor weitere Schäden entstehen, selbst wenn die Ursache unerwartet ist.
Zusammenfassung: Top-Tipps
Identifizieren Sie das Schwingungsniveau und den Frequenzbereich
Dies ist der erste Schritt vor der Auswahl eines Schwingungsüberwachungssystems. Temperatur und Luftfeuchtigkeit müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Berücksichtigen Sie das Arbeitsumfeld
Die Zementherstellung stellt extrem hohe Anforderungen. Sensoren müssen hochgradig abgedichtet sein und hohen Temperaturen sowie korrosiven Chemikalien standhalten.
Online- oder Offline-Überwachung
Onlinesysteme kommunizieren direkt mit SPS. Offlinesysteme basieren auf tragbaren Datensammlern.
In der Nähe der Schwingungsquelle installieren
Beschleunigungssensoren sollten so nah wie möglich an der Schwingungsquelle angebracht werden.
Ein Überwachungsnetzwerk aufbauen
Ein dediziertes Sensornetzwerk verbessert die Effizienz und verhindert Ausfälle.
Maximale Stabilität
Eine stabile Befestigung ist unerlässlich. Wählen Sie die geeigneten Befestigungsmethoden – Bohren, Gewindeschneiden oder Kleben – sorgfältig aus.
Eisenbahnverkehrsunternehmen
Schulungen reduzieren menschliches Versagen. Organisationen wie das British Institute of Non Destructive Testing bieten entsprechende Schulungen an.
Vibrationsdaten effektiv nutzen
Das Ignorieren von Warnungen birgt das Risiko kostspieliger Ausfälle. Frühe Wartung ist immer vorzuziehen.
Wenden Sie sich an einen Experten
Eine professionelle Beratung ist unerlässlich. Die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Anbieter wie Hansford Sensors gewährleistet die optimale Auslegung.
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