Eine kürzlich überholte Ölpumpe weist nach kurzer Betriebszeit ein abnormales Schwingungsverhalten auf. Was ist zu tun? Dieser Bericht behandelt einen Fall, in dem bei regelmäßigen Schwingungsmessungen eine Abweichung festgestellt wurde. Die Probleme sind durch einen Anstieg der Schwingungswerte gekennzeichnet, wodurch die in der Norm ISO 10816 festgelegten Grenzwerte überschritten werden. Bei der betreffenden Anlage handelt es sich um ein Dampfturbinensystem, bei dem die Hauptölpumpe von einer Dampfturbine angetrieben wird. Die Messungen an dieser Anlage werden mittels Zustandsüberwachung analysiert.
3. Januar
28. Januar
Spectrum vom 28. Januar
Analyse
Sichtbare Frequenzen:
- 1x Ölpumpe mit Drehzahl von 1 U/min (57 Hz), schwankend zwischen 18 und 30 mm/s RMS.
- Ölpumpe mit doppelter Drehzahl (114 Hz) bei 1,5 mm/s.
- 1x-RPM-Turbine (104 Hz) bei 2 mm/s.
- Zahlreiche Oberwellen der Turbinendrehzahl, etwa 1 mm/s pro Spitzenwert.
- Die Zahnrad-Eingriffsfrequenz von 14 mm/s weist Seitenbänder beider Drehzahlen auf (57 Hz und 104 Hz).
Fazit
Die unterschiedlichen Frequenzen mit ihren entsprechenden Pegeln deuten auf Verschleiß und vergrößerte Spielräume im Getriebe und in den Lagern hin. Zudem ist die Ausrichtung wahrscheinlich falsch. Angesichts des raschen Anstiegs der Pegel handelt es sich hierbei um ein ernstes Problem.
Die Messungen wurden mit 3 verschiedenen Sensoren und 2 verschiedenen Messsystemen durchgeführt, um die Genauigkeit zu gewährleisten. Gemäß der ISO-Norm 10816-3 fällt der Schwingungspegel in Zone D: Schwingungswerte innerhalb dieser Zone gelten normalerweise als so hoch, dass sie Schäden an der Maschine verursachen können.
Empfehlung
Schalten Sie die Anlage so schnell wie möglich ab und überholen Sie die Ölpumpe. Achten Sie bei dieser Überholung besonders auf folgende Punkte:
- Überprüfen Sie das Lagerspiel aller Pumpenlager.
- Überprüfen Sie die Ausrichtung der Zahnräder und kontrollieren Sie den Eingriff anhand einer Bauzeichnung. Dies in Kombination mit dem Spiel der Zähne der beiden Zahnräder. Überprüfen Sie die allgemeine Ausrichtung der Pumpe. Untersuchen Sie das Laufrad auf Beschädigungen.
Folge
Der Kunde prüfte die Empfehlungen im Bericht und erörterte sie intern. Angesichts der zusätzlichen Zeit, die die ursprüngliche Überholung bereits in Anspruch genommen hatte, sowie der Einnahmen, die die Maschine während ihres Betriebs generierte, wurde beschlossen, den Betrieb fortzusetzen. Nach einigen Wochen im Dauerbetrieb ging die Hilfsölpumpe plötzlich in den Vollbetrieb über. Die Hauptölpumpe lieferte keine Förderleistung mehr. Bei der Überprüfung stellte sich heraus, dass sich die Ölpumpe nicht mehr drehte.
Folgen eines fortgesetzten Betriebs der Anlage
Links: Wellenbruch auf der Turbinenseite
Rechts: Wellenbruch auf der Pumpenseite
Abschluss der Wellenbruchprüfung
Die Bruchfläche, wie auf den obigen Fotos zu sehen, ist ein typischer Ermüdungsbruch. Deutlich sichtbar sind die gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Wachstumslinien sowie die Restbruchflächen rechts von der Mitte. Aus dem Schadensbild geht hervor, dass die Rissbildung im Übergang zwischen dem Boden der Keilnut und der Wand der Keilnut stattfand.
Während des Bruchs der Welle verursachte die Bruchfläche einige Schäden an den Wachstumslinien. Dies kann als Folgeschaden betrachtet werden. Der Restbruch, der stark plastisch verformt ist, wird ebenfalls als Folgeschaden angesehen.
Passfeder mit mangelhafter Oberfläche und Übergang zur Verjüngung der Welle
Der Grund, warum der Bruch genau an dieser Stelle entstanden ist, liegt in der Passfedernut der Welle. Diese Passfedernut wurde mit einem stumpfen Fräser bearbeitet, wodurch bereits während des Konstruktionsprozesses kleine Risse entstanden sind. Zudem weist die Welle genau an der Passfedernut eine Verjüngung auf. Diese Verjüngung ist mit einem zu scharfen Übergang ausgeführt, was zu einer Kerbe führt. Dies ist die schwächste Stelle der Welle und sollte niemals in oder in der Nähe einer Passfedernut vorhanden sein.
Eine häufige Ursache für Ermüdungsbrüche ist eine Fehlausrichtung. Dieser Ausrichtungsfehler führt zu einer stark schwankenden dynamischen Belastung, die wiederum den Ermüdungsprozess beschleunigt.
