IQS450 204-450-000-001-A1-B21-H10-I0 Signalaufbereiter

Das IQS450 204-450-000-001-A1-B21-H10-I0 ist ein hochpräzises, hochzuverlässiges berührungsloses Wirbelstrom-Wegmesssystem, das von Vibro-Meter SA eingeführt wurde. Dieses System wurde speziell für die kontinuierliche Online-Überwachung und den Schutz kritischer Parameter wie Wellenvibration, axiale Verschiebung, Exzentrizität und Geschwindigkeit (Keyphasor) in rotierenden Maschinen entwickelt, die in rauen Industrieumgebungen betrieben werden. Als wichtige Sensorkomponente für die industrielle vorausschauende Wartung und das Maschinenzustandsmanagement stehen ihre Messungen in direktem Zusammenhang mit der Gerätesicherheit und der Produktionskontinuität.

Basierend auf dem klassischen Wirbelstromprinzip besteht der Systemkern aus einem berührungslosen Wandler der Serie TQ 402 oder TQ 412 gepaart mit einem IQS 450-Signalaufbereiter, der werkseitig als Einheit kalibriert ist, um eine außergewöhnliche Messgenauigkeit und Austauschbarkeit der Komponenten zu gewährleisten. Der „H10“-Code in der Modellnummer weist auf eine Systemkonfiguration mit einer Gesamtkabellänge von 10 Metern hin. Dies eignet sich für Anwendungen, bei denen der Montagepunkt des Wandlers weit vom Überwachungsschrank oder Anschlusskasten entfernt ist, und bietet Flexibilität beim Layout für die Überwachung großer Einheiten wie Kraftwerksdampfturbinen und große Kompressorstränge.

Sein Design entspricht strikt den internationalen Maschinenschutzstandards (z. B. API 670) und bietet mehrere Konfigurationsoptionen für unterschiedliche Umgebungsanforderungen. Das System gibt ein Spannungssignal linear proportional zur gemessenen Lücke aus und zeichnet sich durch einen breiten Frequenzgang, eine geringe Temperaturdrift und eine starke Entstörungsfähigkeit aus. Es ist die ideale Wahl, um den sicheren und stabilen Betrieb kritischer Anlagen wie Turbomaschinen, Energieerzeugungsanlagen sowie großer Pumpen und Lüfter zu gewährleisten.

Kernwert und Funktionen:

• Zuverlässige Fehlervorhersage: Misst präzise relative Wellenvibrationen und Positionsänderungen und bietet eine Diagnosegrundlage für frühe Fehler wie Unwucht, Fehlausrichtung, Reibung und Lagerverschleiß.

• Anpassungsfähigkeit an raue Umgebungen: Der Wandler kann in Umgebungen mit hohen Temperaturen von -40 °C bis +180 °C stabil betrieben werden. Das Gesamtsystem ist robust konstruiert, resistent gegen Öl, Schmutz und Korrosion.

• Signaltreue über große Entfernungen: Die Konfiguration mit einer Systemlänge von 10 Metern (H10) gewährleistet in Kombination mit hochwertigen Koaxialkabeln und optimierter Signalkonditionierung die Signalintegrität über große Übertragungsentfernungen.

• Vereinfachte Technik und Wartung: Die Komponenten sind vollständig austauschbar, ohne dass eine Neukalibrierung vor Ort erforderlich ist, wodurch der Ersatzteilbestand und die Ausfallzeiten bei Reparaturen erheblich reduziert werden.

• Flexible Systemintegration: Der Standardspannungsausgang kann direkt an DCS, SPS oder spezielle Vibrationsüberwachungssysteme angeschlossen werden und erfüllt so verschiedene Automatisierungssteuerungs- und Schutzanforderungen.

2. Kurzes Funktionsprinzip des Systems

Das System basiert auf dem Wirbelstromeffekt der elektromagnetischen Induktion. Der Hochfrequenzoszillator im IQS 450-Signalaufbereiter leitet einen konstanten Hochfrequenzstrom durch das Koaxialkabel an die Spule in der Spitze des TQ 402/412-Wandlers und erzeugt so ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld um die Spule.

Wenn sich dieses Feld einem leitfähigen Metallziel (z. B. einer rotierenden Wellenoberfläche) nähert, werden Wirbelströme in der Oberflächenschicht des Ziels induziert. Diese Wirbelströme erzeugen ein neues Magnetfeld, das dem ursprünglichen entgegengesetzt ist, wodurch das Feld der Wandlerspule geschwächt wird und eine Änderung der effektiven Impedanz der Spule verursacht wird. Diese Impedanzänderung ist eine Funktion des Abstands (Lücke) zwischen der Wandlerspitze und der Zieloberfläche.

Die Präzisionsschaltung im IQS 450 erkennt und demoduliert diese Impedanzänderung und wandelt sie in ein Gleichspannungssignal (Option B21) um, das hochgradig linear zur Lücke ist. Mit zunehmender Lücke wird die Ausgangsspannung negativer (z. B. stellen -2 V eine kleine Lücke und -18 V eine große Lücke dar). Dieses Spannungssignal enthält eine statische Gleichstromkomponente (durchschnittliche Lücke) und eine dynamische Wechselstromkomponente (Vibration) der Zielposition und kann direkt von Backend-Überwachungsgeräten erfasst, analysiert und verarbeitet werden.

Das System verfügt über eine Temperaturkompensation, die durch Umgebungstemperaturschwankungen verursachte Änderungen des Wandlerspulenwiderstands und der Kabeleigenschaften effektiv unterdrückt und so eine langfristige Messstabilität gewährleistet.

3. Typische Anwendungsszenarien

Dieses System mit einer Kabellänge von 10 Metern eignet sich besonders für mittlere bis große rotierende Geräte mit verteilten Überwachungspunkten und langen Verkabelungswegen:

1. Energieerzeugungsindustrie:

• Dampf-/Gasturbinen: Überwachung der Wellenvibration (X/Y-Richtung), der axialen Position und der Exzentrizität von HP/IP/LP-Gehäusen und Lagern.

• Generatoren: Überwachung von Lagervibrationen. (Für die Wellenspannungsüberwachung mit Erdungsbürsten ist eine besondere Anwendung erforderlich.)

• Hydraulische Turbinen: Überwachung von Schwingung und Schaufelspiel.

2. Öl, Gas und Petrochemie:

• Radial-/Axialkompressoren: Überwachung der Vibration und axialen Position verschiedener Bühnenlager, um Druckstöße und Verschleiß zu verhindern.

• Große Pumpenstränge: Überwachung des Vibrationsstatus von Transferpumpen und Speisewasserpumpen.

• Gasturbinenbetriebene Geräte: Anwendungen in Pipeline-Kompressorstationen und LNG-Anlagen.

3. Schwerindustrie und Fertigung:

• Hochgeschwindigkeitsmotoren, Getriebe: Zustandsüberwachung und Fehlerdiagnose.

• Stahlindustrie: Schwingungsüberwachung für Großventilatoren, Entstaubungsventilatoren.

• Papierindustrie: Überwachung von Wälzlagern.

4. Schiffsantriebe: Vibrationsüberwachung für Hauptantriebsturbinensätze und Untersetzungsgetriebe.

4. Wichtige Punkte für Installation, Konfiguration und Inbetriebnahme (für H10-System)

1. Installationsplanungsphase:

• Planung der Kabelführung: Planen Sie im Voraus einen angemessenen Weg für das 10 Meter lange Kabel, um übermäßige redundante Aufwicklungen zu vermeiden. Lassen Sie genügend Spielraum für die Wärmeausdehnung und Vibration des Geräts, befestigen Sie es jedoch sorgfältig.

• Schutz vor elektromagnetischen Interferenzen (EMI): Lange Kabel sind anfälliger dafür, als Antennen zu fungieren und Störungen aufzufangen. Stellen Sie sicher, dass Signalkabel in getrennten Kabelkanälen/-rohren von starken Störquellen wie Stromkabeln und VFD-Zuleitungskabeln verlegt werden, mit einem parallelen Mindestabstand von >30 cm. Zur zusätzlichen Abschirmung wird die Verwendung geerdeter Metallrohre oder Kabelrinnen empfohlen.

• Steckerschutz: Verwenden Sie Schrumpfschläuche, um die Stecker zwischen Wandler und Verlängerungskabel sowie zwischen Verlängerungskabel und Klimagerät abzudichten und ein Lösen zu verhindern, insbesondere in Umgebungen mit Vibrationen oder möglicher Kondensation.

2. Mechanische Installation des Wandlers:

• Halten Sie sich strikt an die Installationsbeschränkungen: Lesen und befolgen Sie sorgfältig alle Diagramme und Tabellen in Abschnitt 2.2 des Installationshandbuchs (z. B. Anforderungen an Freiraum, Abstände, Wellendurchmesser). Dies ist von grundlegender Bedeutung für das Erreichen der Nennleistung des Systems.

• Anfängliche Spalteinstellung: Stellen Sie den Spalt mechanisch mit Fühlerlehren bei stillstehender Maschine ein.
  * Für Vibrationsmessungen: Es wird empfohlen, den anfänglichen Spalt in der Nähe der Mitte des linearen Bereichs (~1,15 mm) einzustellen, was einem Ausgang von ~ -9,6 V entspricht und ausreichend Spielraum für bidirektionale Vibrationen bietet.
  * Für die axiale Positionsüberwachung: Stellen Sie die Position nahe einem Ende des linearen Bereichs ein (nah oder fern), basierend auf der erwarteten Bewegungsrichtung.

• Vorbereitung des Zielbereichs: Die Oberfläche des Zielschafts sollte glatt, sauber und aus gleichmäßigem Material sein. Vermeiden Sie lokale Kratzer, Korrosion oder Beschichtungen, die einen „elektrischen Schlag“ verursachen und das Vibrationssignal stören können.

3. Kabelbefestigung:

• Schwingungsdämpfende Befestigung: Innerhalb und außerhalb der Maschine müssen Kabel mit Kabelklemmen oder Kabelbindern im Abstand von 100–200 mm sicher an starren Strukturen befestigt werden. Dies ist bei einem 10-Meter-Kabel von entscheidender Bedeutung, um Fehlsignale durch Kabelvibrationen zu verhindern.

• Mindestbiegeradius: Sorgen Sie für gleichmäßige Biegungen mit einem Radius von mindestens 20 mm entlang der gesamten Kabelstrecke.

4. Elektrischer Anschluss und Einschaltprüfung:

• Stromversorgung und Erdung: Stellen Sie dem IQS 450 eine stabile -24-V-Gleichstrom-Stromversorgung zur Verfügung. Stellen Sie sicher, dass die Systemabschirmung an einem einzigen Punkt auf der Seite des Überwachungssystems geerdet ist, um Erdschleifen zu vermeiden, die zu Störungen führen.

• Überprüfung beim Einschalten: Nach dem Anschließen das Gerät einschalten. Messen Sie bei stehendem Ziel die Ausgangsspannung des IQS 450. Diese Spannung sollte zwischen -1,6V und -17,6V liegen und in etwa dem mechanisch eingestellten Anfangsabstand entsprechen (kann anhand der Kalibrierkurve für VCL 140-Stahl abgeschätzt werden). Wenn die Spannung nahe der negativen Versorgungsschiene oder Null liegt, überprüfen Sie die Anschlüsse, die Stromversorgung und den Zustand des Wandlers.

5. Optionale elektrische Feinabstimmung:
Nach der mechanischen Installation und der grundlegenden Überprüfung kann eine Feinkalibrierung durchgeführt werden, um die beste Kennlinie für die jeweilige Installation zu erhalten:

• Verwenden Sie nichtleitende Fühlerlehren (z. B. Phenol) oder ein Standardkalibrierungsziel, um den Spalt auf mehrere bekannte Werte um den ursprünglichen Spalt herum zu ändern.

• Notieren Sie die entsprechende IQS 450-Ausgangsspannung für jede Lücke.

• Zeichnen Sie die Kurve „Abstand vs. Spannung“ auf, um die Systemempfindlichkeit und Linearität für diese tatsächliche Installation zu überprüfen.

5. Unterstützendes Zubehör und Auswahlhilfe (basierend auf beigefügten Dokumenten)

• Verlängerungskabel (EA 402): Wird verwendet, wenn die integrierte Kabellänge des Wandlers nicht ausreicht. Die Gesamtlänge von 10 Metern für dieses System kann bereits durch ein langes integriertes Kabel oder eine Kombination aus integriertem + Verlängerungskabel erreicht werden.

• Sondenmontageadapter (PA 151/152/153): Wird zur Montage des Wandlers außerhalb des Maschinengehäuses verwendet und ermöglicht die Spalteinstellung von außen für eine einfachere Wartung.

• Kabeldurchführung (SG 102): Wird verwendet, um die Gehäusedichtung (Schutzart IP 68) aufrechtzuerhalten, wenn das Wandlerkabel durch einen Maschinendruckrumpf oder ein explosionsgeschütztes Gehäuse verläuft.

• Anschlusskasten (JB 118): Wird zum Schutz des Verbindungspunkts zwischen dem Wandlerkabel und dem Verlängerungskabel in rauen Umgebungen verwendet.

• Industriegehäuse (ABA 15x): Wird zur Feldmontage und zum Schutz des Signalaufbereiters IQS 450 verwendet und bietet Schutzart IP 66.

• Montageadapter (MA 130): Dient zur einfachen Montage des IQS 450-Signalaufbereiters auf einer Standard-DIN-Schiene.

• Sicherheitsbarriere/Isolator (GSV 14x / GSI 124): Wenn das gesamte System oder ein Teil davon in einer potenziell explosionsgefährdeten Atmosphäre (Ex-Bereich) installiert werden muss, müssen entsprechende zertifizierte explosionsgeschützte Ausführungskomponenten (A2/A3) ausgewählt werden und zertifizierte Sicherheitsbarrieren (z. B. GSV 14x für Spannungsausgang, GSI 124 für Stromausgang) zwischen dem sicheren und explosionsgefährdeten Bereich installiert werden, um die Energie im explosionsgefährdeten Bereich zu begrenzen. Dieses A1-Modell ist Standard und nicht für explosionsgefährdete Bereiche geeignet.

6. Wichtige Hinweise und Wartungsempfehlungen

• Modifizieren Sie niemals Kabel: Schneiden oder spleißen Sie auf keinen Fall Geber- oder Verlängerungskabel vor Ort. Dadurch werden die Systemkalibrierung und die Impedanzanpassung zerstört, was zu erheblichen Leistungseinbußen oder Ausfällen führt.

• Handhabung der Steckverbinder: Steckverbinder nur handfest anziehen. Zu starkes Anziehen kann Gewinde und Innenstifte beschädigen.

• Regelmäßige Inspektion: Überprüfen Sie bei Routineinspektionen, ob der Wandler locker ist, ob die Kabelummantelung Verschleiß, Schnitte oder Alterung durch hohe Temperaturen aufweist und ob die Anschlüsse fest sitzen.

• Fehlerbehebung: Wenn die Systemausgabe abnormal ist (z. B. keine Ausgabe, gesättigte Ausgabe, übermäßiges Rauschen), überprüfen Sie zunächst die Stromversorgung, die Kabelverbindungen und die Erdung und prüfen Sie dann, ob die Wandleroberfläche verunreinigt ist oder sich der Zustand der Zieloberfläche verändert hat.

• Lagerung und Transport: Lagern Sie die Wandler in einer trockenen Umgebung. Während des Transports wird empfohlen, eine Schutzkappe aus Kunststoff über der Wandlerspitze anzubringen, um Stöße zu vermeiden.