Fallstudie: Detektion von Kavitation

Detektion von Kavitation im Pumpenbereich

Auftretende Kavitation ist einer der Hauptgründe für erhöhten Verschleiß bei Turbinen und Pumpen aller Art. Wenn sich in einer Flüssigkeit an bestimmten Stellen der Anlage Dampfblasen bilden, dann spricht man von Kavitation (Hohlraumbildung). Die Dampfblasen entstehen, wenn der statische Druck in einer Anlage, die Temperatur und der Dampfdruck nicht zueinander passen. Physikalische Vorgänge (auf die hier nicht näher eingegangen wird) führen dazu, dass diese Dampfblasen wieder platzen und wie Mikroexplosionen die Oberflächen von Rotationsblättern in

Pumpen und Turbinen angreifen und zerstören. Dieses “Platzen” der Blasen emittiert akustische Emissionen im Ultraschallbereich, wodurch eine Kavitationsüberwachung mittels Ultraschallsensoren realisiert werden kann.

Speisewasserpumpen sind in Heizkraftwerken kritischer Bestandteil der Infrastruktur, da sie für die

kontinuierliche Zufuhr von Wasser verwendet werden.

Abbildung 1 – Überblick Speisewasserpumpen

Im Rahmen einer Vorhersage der Restlebensdauer der eingebauten Wälzlager bei Motoren und Pumpen, wurde auch an der Pumpenkammer der Kavitationsgrad ermittelt.

Abbildung 2 – Messung an der Pumpenkammer

Die Messung erfolgt mittels Senzoro's Ultraschall Condition Monitoring System, welches Ultraschallsensoren und Künstliche Intelligenz erstmals kombiniert hat. Die Messergebnisse werden direkt am Tablet angezeigt und lassen sich in moderne Datenbanksysteme integrieren.

Vergleich „mit“ und „ohne“ Kavitation

Das Ultraschall Condition Monitoring System ist mit Ultraschallsensoren ausgestattet, welche Frequenzen im Bereich bis zu 500 kHz messen können. Der Messbereich wird je nach Anwendungsgebiet angepasst. Für die Detektion von Kavitation reichen Frequenzen bis 120 kHz aus, das sprunghafte Auftreten von Kavitation ist im unten stehenden Spektrogramm sehr gut sichtbar.

Abbildung 3 – Spektrogramm der Kavitationsspitzen

Gegenüber konventionellen Methoden (Schwingungsmessung) hat die vorgestellte Methode den Vorteil, die Kavitation direkt (Kavitation = Ultraschall) und nicht nur indirekt (Kavitation verursacht Schwingungen) zu messen. Dadurch werden Fehlalarme eliminiert und eine optimierte Fahrweise ermöglicht. Kavitationsüberwachung mittels Ultraschall stellt somit die fortschrittlichste und sensibelste Art der Kavitationsdetektion dar.

Ultraschallsignal im Zeitverlauf „mit“ / „ohne“ Kavitation

Autor: Dipl. Ing. Mag. Markus Loinig, Senzoro GmbH

Email: markus@senzoro.com