Verständnis der Wellenmittellinie bei der Schwingungsüberwachung

Definition: Was ist die Wellenmittellinienposition?

Im Rahmen der Maschinenüberwachung mit Näherungssonden, Die Position der Wellenmittellinie ist die durchschnittliche oder stationäre Position des geometrischen Wellenmittelpunkts innerhalb des Lagerspiels. Während Schwingungsmessungen (die Wechselstromkomponente des Signals) die schnelle dynamische Bewegung der Welle um diese Durchschnittsposition beschreiben, beschreibt die Wellenmittellinienmessung (die Gleichstromkomponente des Signals) den Ort dieser Durchschnittsposition. Die Verfolgung von Veränderungen dieser Gleichstromposition im Laufe der Zeit liefert wichtige Erkenntnisse über Lagerbelastung, Ausrichtung und Langzeitverschleiß.

Wie wird die Wellenmittellinienposition gemessen?

Die Position der Wellenmittellinie wird mithilfe der Gleichspannung eines Paars XY-Näherungssensoren (zwei um 90 Grad versetzt montierte Sensoren) gemessen. So funktioniert es:

1. Sondenspaltspannung: Der Treiber jedes Näherungssensors gibt eine negative Gleichspannung aus, die direkt proportional zum Abstand zwischen der Sondenspitze und der Schaftoberfläche ist. Eine gängige Kalibrierung ist beispielsweise -200 mV/mil. Das bedeutet, dass die Spannung negativer wird, je weiter sich der Schaft von der Sonde entfernt.
2. Nullstellen der Position: Um einen Referenzwert festzulegen, werden die DC-Spaltspannungen normalerweise auf Null gesetzt oder aufgezeichnet, wenn die Welle am unteren Ende ihres Lagers ruht.
3. Verfolgung der durchschnittlichen Position: Wenn die Maschine startet und Betriebsgeschwindigkeit und -temperatur erreicht, hebt sich die Welle auf ihrem hydrodynamischen Ölfilm. Das Näherungssondensystem überwacht kontinuierlich die durchschnittlichen DC-Spaltspannungen der X- und Y-Sonden.
4. Position aufzeichnen: Durch die Darstellung der X- und Y-Gleichspannungen gegeneinander kann das Überwachungssystem die durchschnittliche Position der Welle in einem 2D-Diagramm anzeigen, das das Lagerspiel darstellt.

Der diagnostische Wert eines Wellenmittelliniendiagramms

A Wellenmittelliniendiagramm, das den Verlauf der durchschnittlichen Wellenposition bei Drehzahl- oder Laständerungen der Maschine anzeigt, ist ein leistungsstarkes Diagnosetool für Turbomaschinen.

1. Bestätigen des normalen Lagerbetriebs

Beim Start hebt sich ein intakter Rotor in einem Flüssigkeitsfilmlager und bewegt sich horizontal, während sich der hydrodynamische Ölkeil bildet. Der Verlauf auf der Mittellinienkurve sollte bei jedem Maschinenstart gleichmäßig und wiederholbar sein. Diese Kurvendarstellung bestätigt, dass die Lager den richtigen Auftrieb erzeugen und der Rotor richtig positioniert ist.

2. Diagnose von Lagerverschleiß

Mit der Zeit, wenn sich ein Lager abnutzt, sinkt das Spiel der Welle immer weiter ab. Durch die Überlagerung der aktuellen Wellenmittellinienposition mit der Position vor einem Jahr kann ein Analytiker diese Tendenz deutlich erkennen und vorhersagen, wann das Lager ausgetauscht werden muss, lange bevor es starke Vibrationen verursacht.

3. Erkennen von Änderungen in Ausrichtung oder Belastung

Die Position der Welle im Lager wird durch die auf sie wirkenden Kräfte bestimmt. Ändert sich die Ausrichtung einer Maschine (z. B. aufgrund von Wärmeausdehnung oder Rohrspannung), ändern sich die Kräfte auf die Lager, was wiederum zu einer Verschiebung der Wellenmittellinie führt. Eine plötzliche Änderung der Mittellinienposition im stationären Betrieb ist ein deutlicher Hinweis auf eine signifikante Änderung der auf den Rotor wirkenden Kräfte und erfordert eine sofortige Untersuchung.

4. Identifizierung von Lagerinstabilitäten

Unter bestimmten Bedingungen kann die Welle nicht in eine stabile Position gelangen und im Lager zu „peitschen“ beginnen. Dieser Zustand, auch als Ölwirbel oder Peitschen bezeichnet, ist als große, instabile Bewegung auf dem Mittelliniendiagramm sichtbar.

Mittellinienposition vs. Umlaufbahn

Es ist wichtig, zwischen den beiden aus Näherungssonden abgeleiteten Diagrammen zu unterscheiden:

• Die Wellenmittelliniendiagramm verwendet die Gleichspannung um die *durchschnittliche* Position der Welle anzuzeigen. Es wird verwendet, um langsame Änderungen im Laufe der Zeit (Trends) oder während des Startens/Herunterfahrens zu analysieren.
• Die Wellenbahndiagramm verwendet die Wechselspannung zeigt die *dynamische Bewegung* der Welle um ihre durchschnittliche Mittellinienposition. Es wird verwendet, um bestimmte Fehler wie Unwucht und Fehlausrichtung zu diagnostizieren.

Zusammen liefern diese beiden Diagramme ein vollständiges und detailliertes Bild des Zustands und Verhaltens des Rotors in seinen Lagern.

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