Bild: Drehschwingungsmessung an der Turbine

Untersuchungen an Turbinen

Turbinen zur Erzeugung von Energie können als Gas- oder Dampfturbine ausgeführt werden. Die zunehmende Entwicklung der Turbinen geht in Richtung größerer und effizienterer drehender Maschinen. Dabei spielen Schwingungen eine ausschlaggebende Rolle. Wichtig zu betrachten sind Drehschwinungen, da diese bei Maschinen mit falscher Auslegung zu einem Ausfall und Zerstörung einer Anlage führen können. Durch die enorme Masse und Drehzahl im Betrieb besitzen die Turbinen eine enorme Energie. Aus diesem Grund ist die Auslegung und Messung der Drehschwingungen für die Gewährleistung der Sicherheit relevant. Hierbei misst man Größen wie zum Beispiel einkanalige Messgrößen wie der Schwingwinkel und verwendet die Kennzahl der Winkelgeschwindigkeit. Des Weiteren besteht die Möglichkeit den Verdrehwinkel zwischen Beginn und Ende des Rotors im Betrieb zu messen, um so die dynamische Torsion betrachten zu können. Messungen über einen längeren Zeitraum erlauben es Erkenntnisse über die Dauerlauffähigkeit unter verschiedenen Lastzuständen zu erhalten. Diese ergeben sich durch Belastung aus dem Energienetz.

Sowohl bei geplantem Hoch- und Runterlauf von Turbinen zur Wartung („Outage Season“) als auch während des Dauerbetriebes können kritische Drehschwingungen auftreten. Sie führen zu mechanischen Beschädigungen bis hin zum Wellenbruch und sollten daher dringend vermieden werden. Die Drehzahlmessung an Turbinen erfolgt üblicherweise mit magneto-resistive Sensoren an Zahnrädern.   

Vor allem Netzfrequenzschwankungen können im Dauerbetrieb Drehschwingungen an der Turbine begünstigen. Eine Drehschwingungsanalyse ermöglicht es kritische Betriebspunkte zu vermeiden. Ziel ist es hierbei eine Überlagerung der Drehschwingung durch Frequenzschwankungen des Netzes, Rückkopplungseffekte und der Eigenfrequenz des Systems zu verhindern.

Die erfassten Messwerte werden im Zeit- sowie Spektralbereich ausgewertet.

Keywords: Drehschwingungen, Schwingwinkel, Verdrehwinkel, dynamische Torsion, Frequenzschwankungen des Netzes, Rückkopplungseffekte, subsynchrone Resonanzen (SSR), Gegensystemstrom

Frequenzspektren /
Spektrogramm

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  • Serien von hochaufgelösten Frequenzspektren; Frequenzauflösung: 1/40 Hz, 1/100 Hz, …
  • Einzelne Drehzahlmessstellen (Schwingwinkel und Winkelbeschleunigung) sowie Differenz zwischen zwei Drehzahlmessstellen (Verdrehwinkel, dynamische Torsion)
  • Auch sehr kleine Schwingwinkel (< 1/1000 Grad) wegen des 12.3 GHz Zählers auf der ROTEC-Drehzahlmesskarte
  • Identifikation von Resonanzstellen beim Hochlauf und Austrudeln

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