Best Practices zur Kompressorüberwachung: Die besten Positionen für Sensoren an Kolbenkompressoren

Mit Triggersensoren oder auch Drehzahlsensoren genannt, überwachen Sie die aktuelle Drehzahl des Kolbenverdichters. Die Drehzahl dient unter anderem als Referenzwert für die Signalanalyse.
Zur Signalerfassung empfehlen wir, am Schwungrad der Maschine eine Trigger CAM zu installieren. Der Sensor wird beispielsweise mit einem Winkel an der Maschine so befestigt, so dass die Trigger CAM den Sensor einmal je Umdrehung passiert. Damit gibt der Drehzahlsensor den Referenzpunkt für die Berechnung des oberen und unteren Totpunkts an. Das Drehzahlsignal ist für die Signalanalyse des Kolbenkompressors ein ausschlaggebender Faktor.

Zur Bestimmung der Kolbenstangenposition bzw. Kolbenstangenlage werden zwei Näherungssensoren installiert.
Die Sensoren messen den Abstand der Kolbenstange zur Sensorspitze. Die gemessenen Werte werden durch das Zustandsüberwachungssystem für verschiedene Analysen verwendet, zum einen als Maschinenschutzparameter für die Kolbenstange und zum anderen als Referenz für den Tragringverschleiß. Der Einsatz von zwei Sensoren für die X und Y Richtung ist zwingend notwendig, da sich die Kolbenstange aufgrund ihrer mechanischen Verbindungen nicht nur in horizontaler Richtung bewegt. So kann neben der horizontalen Veränderung auch die vertikale Veränderung je Umdrehung beobachtet werden, was für die Beurteilung des Maschinenzustands entscheidend ist.

Dynamische Drucksensoren werden an jeder Kompressionskammer installiert, um die Leistung des Kompressors zu messen.
Der Zugang zur Kompressionskammer bzw. zum Verdichtungsraum erfolgt über einen sogenannten Indikatoranschluss. API Kompressoren verfügen in der Regel über diese Indikatoranschlüsse. Sollte diese Möglichkeit nicht vorhanden sein, gibt es beispielsweise noch die Option, die Saugventile mit dem Indikatorbausatz zu modifizieren. Dabei wird die mittlere Ventilplatte durch eine modifizierte Platte ersetzt, die eine Öffnung im Bereich des mittleren Bolzen hat. Diese Öffnung ermöglicht den Drucksensoren Zugang zur Druckkammer bzw. dem Kompressionsraum und misst dadurch den vorhandenen Druck.

Egal, ob Unwuchten am gesamten Kompressor, gebrochene Tragringe, lose mechanische Verbindungen des Kurbelgehäuses zum Fundament oder sogar Risse im Fundament: Richtig installierte Schwinggeschwindigkeits- und Schwingbeschleunigungssensoren erkennen diese Schwingungen sofort. Daher sind die Schwingungssensoren ein zentrales Element in der Zustandsüberwachung des Kompressors.
Richtig montiert werden die Schwingungssensoren am Kurbelgehäuse in horizontaler Ausrichtung sowohl einmal an der Antriebsinnenseite als auch einmal an der Nicht-Antriebsseite. Zur weiteren Überwachung der Kompressorschwingungen, empfehlen wir auch Beschleunigungssenoren am Kreuzkopf zu montieren. Dabei hängt die genaue Position davon ab, in welche Richtung sich die Kurbelwelle dreht. Hierbei ist es wichtig, von wo die Kraft der Pleuelstange auf die Kreuzkopfbahn wirkt. Ist die Kraft nach oben gerichtet, muss der Sensor oberhalb der Kreuzkopfbahn installiert werden. Wenn die Kraft nach unten gerichtet ist, muss der Sensor unterhalb der Kreuzkopfbahn installiert werden. Im nächsten Schritt konzertieren wir uns auf die Ventile. Statistisch gesehen sind vor allem Saug- und Druckventile die häufigsten Fehlerursache bei Kolbenkompressoren. Daher empfehlen wir zur Überwachung der Ventile je Zylinder die Installation eines Schwingbeschleunigungssensors in der Mitte zwischen den Ventilen der Kopfseite sowie auf der der Kurbelseite in der Nähe des Einlassventils. Durch diese Sensoren kann das Online-Zustandsüberwachungssystem alle Schwingungen und Anomalien erfassen, die durch die Ventile hervorgerufen werden. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Fehlerbilder wie klebende Ventile, nicht schließende Ventile oder gebrochene Ventilplatten.