DE60217419T2 - Überwachung und diagnose einer technischen installation unter verwendung rein mechanisch aktivierter zeichengabemittel - Google Patents

Überwachung und diagnose einer technischen installation unter verwendung rein mechanisch aktivierter zeichengabemittel Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zum Überwachen einer technischen Installation.
  • Bei industriellen Anlagen, insbesondere bei Kraftwerken, ist zum Garantieren eines zuverlässigen Betriebs eine Zustandsüberwachung von Hauptsystemen (z.B. Turbinen und/oder Generatoren), Teilsystemen (z.B. Wasser-Dampf-Kreislauf) und Komponenten (z.B. Pumpen, Motoren, Antrieben, Ventilen, Rohren, Lagern usw.) der Anlagen essentiell. Die Zustandsüberwachung beinhaltet oftmals eine quasi fortwährende Erfassung und Speicherung von für den Betrieb der Anlage relevanten Daten.
  • Um während des Betriebs der Anlage Betriebsparameter einzustellen, Wartungs- und Reparaturarbeiten zu planen und Sicherheitsrisiken auf ein Minimum zu reduzieren, müssen präzise Daten über den Zustand zahlreicher Anlagenvermögenswerte gesammelt und analysiert werden. Die Art der erforderlichen Daten ist vielfältig, und es ist oftmals schwierig, die Auswirkung der Daten auf tatsächliche Anlagenausfälle zu bestimmen.
  • Typische Beispiele für Zustandsüberwachungsdaten sind Schwingungsdaten (z.B. von Turbinen oder Pumpen, oftmals durch Schwingungssensoren erfaßt und durch eine spezialisierte Auswertungseinrichtung unter Verwendung von Spektralanalyse oder dergleichen analysiert), Temperatur- und/oder Druckdaten (z.B. von Kesseln, innerhalb des Kessels über Sensoren erfaßt oder indirekt unter Verwendung verwandter Daten berechnet), Volumendaten (z.B. Durchsatz einer Pipeline) usw.
  • Es gibt technische Mittel, z.B. Sensoren, um die meisten der gewünschten Daten zu sammeln. Für ein vollständiges und zuverlässiges Bild des tatsächlichen Zustands einer Anlage ist jedoch die Menge benötigter Daten enorm.
  • Dies ist ein Problem sowohl hinsichtlich Installationskosten von Sensoren als auch hinsichtlich des Aufwands zum Analysieren der resultierenden Sensordaten.
  • Folglich kann sich die große Mehrheit der Anlagenbesitzer keine alles umfassende Überwachung aller Anlagenvermögenswerte leisten. Deshalb sind ungeplante Ausfälle bei der Produktion unvermeidbar, was oftmals zu einem Verlust an Einkommen und/oder hohen Strafen führt.
  • Zu bekannten Verfahren zum Überwachen des Zustands von Industrieanlagen können zählen:
    • • Sammeln von Daten und Melden verwandter Werte, z.B. Online- oder Offline-Zustände, unter Verwendung von an zu überwachenden Komponenten angebrachten Sensoren; die Sensoren können Schwingungssensoren für sich drehende Maschinerie (z.B. Generatoren, Turbinen) und/oder Thermografie-(z.B. Temperatur-)Sensoren für Kessel enthalten. Wenn eine Komponente Online überwacht wird, sind Sensoren üblicherweise an ein Auswertungssystem angeschlossen, das die Daten analysiert und entsprechende seinen Zustand betreffende Meldungen an den Bediener ausgibt, z.B. auf einem Computerbildschirm oder auf einem großen Bildschirmdisplay. Offline-Sensoren müssen nicht notwendigerweise an ein Auswertungssystem angeschlossen sein; Daten können auf Anfrage z.B. unter Verwendung eines tragbaren Computers gesammelt werden.
  • Jede Art bekannter Verfahren von sensorbasierter Überwachung ist üblicherweise extrem teuer.
  • Nicht nur die tatsächlich benötigten technischen Geräte, sondern auch das entsprechende In-Betrieb-Setzen und Einstellen der Sensoren auf die spezifischen Bedürfnisse und Umgebungsbedingungen, erfordern mehr Aufwand und finanzielle Investitionen, als typische Anlagenbesitzer ausgeben können oder wollen.
  • Und/oder
    • • Untersuchen von Maschinerie durch häufige Gänge durch die Anlage. Spezielle Techniker können Maschinerie durch dieses häufige "Abgehen" untersuchen. Der hier zur Untersuchung verwendete Haupt-"Sensor" ist die menschliche Wahrnehmung. Diese Techniker sind aufgrund ihres Wissens und ihrer Erfahrung in der Lage, einen großen Bereich von Ausfällen zu detektieren. Symptome von vielen Ausfällen können jedoch nicht einfach ohne technische Hilfsmittel erfaßt werden. Beispielsweise können Lager, die fehlerhaft zu werden beginnen, einzig durch menschliche Wahrnehmung nur selten erfaßt werden, oder die unerwünschte Änderung beim Magnetfluß in einer Pumpe kann von einem Menschen überhaupt nicht bemerkt werden. Zudem sind langfristige Änderungen bei der Kennlinie einer Maschine, die im Verlaufe der Zeit auftreten, sehr schwer zu realisieren, da kein direkter Vergleich mit einem regelmäßigen Betriebsmodus zur Verfügung steht.
  • Aus US-A-4,148,271 ist ein Verfahren zum hörbaren Signalisieren eines Ausfalles eines Lagerkäfigs bekannt.
  • In US-A-3,139,748 werden einige Lagertester nach dem Stand der Technik beschrieben, um Resonanzkammern und große Gehäuse zum Verstärken des von dem Tester erzeugten Schalls zu verwenden.
  • H. Fritsch et al. offenbaren in Sensor and Actuators A 62 (1997), S. 616–620, einen mikromechanischen Resonanzschwingungssensor, der zur Abnutzungsüberwachung an einem Lager angebracht wird. Freitragende Strukturen werden als mechanische Resonatoren verwendet, und mit dem piezoresistiven Effekt wird die mechanische Auslenkung in ein elektrisches Signal konvertiert.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines verbesserten und erschwinglichen Verfahrens bzw. einer Vorrichtung zum Überwachen einer technischen Installation, insbesondere zum Ausführen einer Diagnose.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 3 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 4 beschrieben.
  • Das akustische Signal wird direkt durch den jeweiligen Ausfall aktiviert; z.B. kann eine beliebige Art von Fehler ein einzigartiges Geräusch ("Ächzen") verursachen, d.h., die Frequenz und/oder die Lautstärke des Geräuschs gestatten, die unzweideutige Identifizierung der Art von Fehler ("ächzende Maschinerie").
  • Die Geräusche sollten vom Personal ohne technische Hilfsmittel wie etwa Schwingungsüberwachungseinrichtungen oder Schallanalysesysteme identifiziert werden können.
  • Eine beliebige Ausführungsform der Erfindung kann eine oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten, wird aber nicht darauf beschränkt sein.
  • Anstatt Sensoren an Maschinerie anzubringen, die Meßdaten auf einem Bildschirm oder auf hinterlassenen Computersystemen anzeigen, werden Maschinerie oder Komponenten davon so ausgelegt, daß durch charakteristische Geräusche (akustisches Signal) Fehler klar identifiziert werden können.
  • Ein Überwachungsverfahren und/oder eine Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung erfordert keine teuren zusätzlichen Sensoren, da Maschinerie oder Komponenten davon durch das mechanische Design Fehler für Anlagenpersonal offensichtlich machen, indem sie durch die menschlichen Sinne wahrnehmbare charakteristische Töne erzeugen.
  • Deshalb sind Gänge durch die Anlage viel effektiver und liefern ein umfassenderes Bild über den Zustand einer Anlage ohne Notwendigkeit für umfangreiches technisches Diagnosegerät; ohne über die Anlage verteilte Sensorinstallationen können Anlagenbediener alle Informationen erhalten, um Entscheidungen hinsichtlich Betrieb und Wartung zu treffen.
  • Beispiele für Anlagenkomponenten, die zur Verwendung gemäß der Erfindung ausgelegt sind:
    • • Sich drehende Maschinerie wie etwa Pumpen oder Gebläse sind derart ausgelegt, daß Fehler in ihren Lagern zu charakteristischen Geräuschen führen. Erreicht werden kann dies dadurch, daß das Gehäuse derart ausgelegt wird, daß fehlerhafte Lager zu Resonanzeffekten führen. Fehler bei unterschiedlichen Lagern können zu verschiedenen Resonanzfrequenzen führen, die von menschlichen Ohren leicht detektiert und unterschieden werden können. Solche Resonanzeffekte können beispielsweise dadurch wahrnehmbar gemacht werden, daß an dem Gehäuse Platten angebracht werden, die gemäß der Körperresonanz des Gehäuses schwingen.
  • Zu den Vorteilen der Erfindung im Vergleich zu sensorbasierter Zustandsüberwachung zählen Kosteneinsparung und Datenreduktion.
  • Maschinerie, die so ausgelegt ist, daß sie Fehler akustisch anzeigt, erfordert zum Überwachen ihres Status keine zusätzlichen Sensoren.
  • Da nur Fehler gemeldet werden, z.B. von durch die Anlage laufendem Personal, und keine Daten über Maschineriekomponenten gemeldet werden, die fehlerfrei arbeiten, wird die in Auswertungs- und Analysesystemen zu verarbeitende Datenmenge reduziert.
  • Die folgende Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
  • Eine Pumpe 5 ist so ausgelegt, daß sie ein fehlerhaftes Pumplager 7 akustisch anzeigt.
  • Deshalb wird eine Platte 9 an einem Gehäuse 11 der Pumpe 5 derart fixiert, daß sie bei Aktivierung mit ihrer Resonanzfrequenz schwingen kann und durch Aufprallen z.B. auf einen Metallstutzen 13 an dem Gehäuse 11 ein charakteristisches Geräusch verursachen kann.
  • Die Platte 9 ist derart ausgelegt, daß sie die gleiche Körperresonanzfrequenz wie die durch das fehlerhaft werdende Lager 7 verursachte Schwingungsfrequenz aufweist.
  • Somit bewirkt das fehlerhafte Lager 7, daß die Platte 9 schwingt und somit ein für das fehlerhafte Lager 7 charakteristisches Geräusch produziert.
  • Die Platte 9 kann auch so ausgelegt werden, daß sie, wenn sie bei ihrer Resonanzfrequenz durch das fehlerhafte Lager 7 aktiviert wird, eine musikalische Note in einer speziellen Melodie produziert. Hinsichtlich dieser Ausführungsform kann der Stutzen 13 entfallen, da das charakteristische Geräusch die Schwingung der Platte 9 selbst ist.
  • Wenn eine Reihe von Lagern in einer Anlage vorliegen, können die jeweiligen Platten so ausgelegt sein, daß sie verschiedene musikalische Noten erzeugen, damit das Personal der Anlage anhand der Frequenz der Note erkennen kann, welches Lager fehlerhaft ist.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Überwachen einer technischen Installation, insbesondere zum Ausführen einer Diagnose, wobei mindestens ein mindestens einem spezifischen Ausfall mindestens einer Komponente (5) der technischen Installation zugeordnetes akustisches Signal (10) durch menschliche Sinne wahrgenommen wird, wobei das akustische Signal (10) durch eine der Komponente (5) zugewiesene Einrichtung (8) produziert wird und die Einrichtung (8) im Fall des Auftretens des Ausfalles direkt mechanisch aktiviert wird und wobei die Einrichtung (8) ein Gehäuse (11) enthält und wobei eine Platte (9), die keinen Teil der Wand des Gehäuses (11) bildet, an dem Gehäuse (11) fixiert ist, wobei die Platte (9) innerhalb des Gehörfrequenzbereichs schwingen kann, wobei die Schwingungsfrequenz für den spezifischen Ausfall charakteristisch ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Einrichtungen (8) für die Komponente (5) und/oder eine Reihe von Komponenten (5) vorgesehen ist, wobei jede Einrichtung (8) einem spezifischen Ausfall zugeordnet ist.
  3. Vorrichtung zum Überwachen einer technischen Installation, insbesondere zum Ausführen einer Diagnose, umfassend mindestens eine mindestens einer Komponente (5) der technischen Installation zugeordnete Einrichtung (8) zum Produzieren nur eines akustischen Signals (10), das durch menschliche Sinne wahrgenommen werden kann und für mindestens einen spezifischen Ausfall der Komponente (5) charakteristisch ist, wobei die Einrichtung (8) im Fall des Auftretens des Ausfalles direkt mechanisch aktiviert wird und die Einrichtung (8) ein Gehäuse (11) enthält und eine Platte (9), die keinen Teil der Wand des Gehäuses (11) bildet, an dem Gehäuse (11) fixiert ist, wobei die Platte (9) innerhalb des Gehörfrequenzbereichs schwingen kann, um das akustische Signal zu erzeugen, wobei die Schwingungsfrequenz für den spezifischen Ausfall charakteristisch ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Einrichtungen (8) für die Komponente (5) und/oder eine Reihe von Komponenten (5) vorgesehen ist, wobei jede Einrichtung (8) einem spezifischen Ausfall zugeordnet ist.
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