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Thermische Überwachung von Bürsten in einer Staudammturbine

Infrarot-Temperaturmessung ermöglicht frühzeitige Fehlererkennung und vorausschauende Wartung

Herausforderung

Die Überhitzung von Kohlebürsten in Wasserkraftturbinen durch kontinuierliche Reibung führt zu schnellem Verschleiß, Geräteschäden, häufigerer Wartung und erheblichen Brandgefahren durch entzündliche Partikel oder Schmierstoffe – insbesondere bei hohen Betriebsströmen oder unzureichender Kühlung – und gefährdet so die Sicherheit und Effizienz der Turbine.

Lösung

Die thermische Überwachung per Infrarottechnik ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von Überhitzung an Kohlebürsten durch Echtzeitanalyse der Temperaturverläufe von außen auf der Turbinenabdeckung installierter Kameras. Gekühlte Gehäuse und Schwingungsdämpfung gewährleisten eine zuverlässige Datenerfassung und ermöglichen rechtzeitige Eingriffe zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit.

Vorteile

  • Erkennt Überhitzung frühzeitig, verhindert kostspielige Schäden und reduziert Stillstandzeiten durch proaktive Wartung.
  • Minimiert Brandgefahren durch frühzeitige Identifizierung gefährlicher Wärmeentwicklung.
  • Steigert die Betriebssicherheit der Turbinen und schützt Personal sowie kritische Infrastruktur vor Überhitzungsereignissen.
  • Erhöht die Systemzuverlässigkeit durch kontinuierliche thermische Überwachung auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.
  • Optimiert die Wartungsplanung durch präzise Temperaturdaten, spart Ressourcen und verlängert die Lebensdauer der Anlagen.

Überwachung von Überhitzungsrisiken bei Kohlebürsten in Wasserkraftturbinen

Eine Turbine in einem Wasserkraftwerk wandelt die kinetische Energie des Wassers zunächst in mechanische und schließlich in elektrische Energie um. Wasser wird aus einem höher gelegenen Reservoir über Druckrohre zu den Turbinen geleitet. Der Wasserstrom trifft auf die Turbinenschaufeln und versetzt sie in Rotation. Diese mechanische Energie wird über eine Welle an einen Generator übertragen, der die Rotationsenergie in elektrische Energie umwandelt.

Ein entscheidendes Bauteil in diesem Prozess ist der Einsatz von Schleifringen und Kohlebürsten, die den elektrischen Strom von den rotierenden Teilen des Generators zu den stationären Teilen leiten. Kohlebürsten sind speziell entwickelte Kohle-Graphit-Komponenten, die durch Federkraft gegen die rotierenden Kollektoren oder Schleifringe gedrückt werden. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, während der Rotation des Generators einen kontinuierlichen elektrischen Kontakt sicherzustellen.

Der Einsatz von Kohlebürsten bringt jedoch einige technische Herausforderungen und potenzielle Risiken mit sich. Ein wesentliches Problem ist die Überhitzung. Durch den ständigen Reibkontakt unterliegen die Kohlebürsten einem Verschleiß, der Wärme erzeugt. Unzureichende Kühlung oder hohe Betriebsströme können dazu führen, dass sich diese Wärme auf gefährliche Werte aufbaut und die Temperatur der Bürsten und umliegenden Komponenten stark ansteigt.

Überhitzung kann mehrere schwerwiegende Folgen haben. Zum einen können Kohlebürsten und Schleifringe beschädigt werden, was zu erhöhtem Verschleiß und häufigeren Wartungsintervallen führt. Zum anderen besteht die Gefahr, dass sich brennbare Partikel oder Schmierstoffe durch die hohen Temperaturen entzünden. Dies stellt ein erhebliches Brandrisiko dar – insbesondere in der Nähe von Generatoren, wo große Mengen elektrischer Energie und potenziell brennbare Materialien vorhanden sind.

Thermische Überwachung von Bürsten in einer Staudammturbine
Optimierung der Turbinensicherheit mit Infrarotkameras zur thermischen Überwachung von Kohlebürsten

Optimierung der Turbinensicherheit mit Infrarotkameras zur thermischen Überwachung von Kohlebürsten

Infrarotkameras der Xi-Serie von Optris werden eingesetzt, um die Kohlebürsten zu überwachen und Überhitzung bereits im Frühstadium zu erkennen. Zu diesem Zweck werden zwei externe Boxen auf der Turbinenabdeckung installiert, die den Einbau von zwei Xi-Kameras (Xi 400 und/oder Xi 410) mit einem 80°-Winkel und einem industriellen Prozessinterface (PIF) ermöglichen. Der Messabstand beträgt etwa 500 mm. Die erfassten Temperaturdaten werden kontinuierlich an eine Temperaturanalyse-Software übertragen, um Temperaturverläufe in Echtzeit auszuwerten. Die kostenlose PIX Connect Analysesoftware von Optris ist hierfür ideal geeignet.

Ein wichtiger Aspekt ist das Risiko einer Überhitzung der Umgebung, sobald die Abdeckung wieder verschlossen ist, was zu Umgebungstemperaturen von über 50 °C führen kann. Daher ist es notwendig, die Innentemperatur der Wärmebildkameras zu regulieren und eine Belüftung der externen Gehäuse sicherzustellen. Dies verhindert eine Überhitzung der Infrarotkameras und gewährleistet präzise Temperaturmessungen.

Da die Turbinen nicht im Dauerbetrieb laufen und beim Anfahren starke Vibrationen entstehen, wird beim Einbau der Infrarotkameras eine Dämpfung empfohlen. Diese reduziert die Auswirkungen der Vibrationen auf die Kameras und schützt sie vor mechanischen Schäden.

Die präzise Infrarotüberwachung ermöglicht eine zuverlässige Kontrolle der Kohlebürsten und trägt entscheidend dazu bei, Überhitzungsrisiken zu vermeiden, indem frühzeitig Warnsignale ausgegeben und proaktive Wartungsmaßnahmen ermöglicht werden. Dies erhöht die Sicherheit und Effizienz der gesamten Anlage erheblich.

Hochentwickeltes Zubehör für zuverlässige Infrarotüberwachung unter anspruchsvollen Bedingungen

Infrarotkameras, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden, müssen gegenüber äußeren Einflüssen wie Dampf, Rauch und hohen Umgebungstemperaturen widerstandsfähig sein. Diese Bedingungen können Temperaturmessungen stark beeinträchtigen oder sogar unmöglich machen. Zudem kann eine Verschmutzung der Optik die Genauigkeit der Messwerte negativ beeinflussen.

Zur Bewältigung dieser Herausforderungen bietet Optris eine Vielzahl an Zubehör an, das die Widerstandsfähigkeit und Leistungsfähigkeit der Kameras der Xi-Serie verbessert. So ermöglicht beispielsweise das wassergekühlte Gehäuse den Betrieb der Kameras auch in heißen Umgebungen. Eine Luftspüleinheit und/oder ein Shutter schützen die Optik der Kamera vor Fett- und Schmutzpartikeln und sorgen für eine klare Sicht auf das Messobjekt. Dadurch eignet sich die Optris Infrarotkamera auch für beengte Einbauorte, wie sie in Turbinenanwendungen üblich sind.

Auch die Integration der Infrarotkamera ist unkompliziert. Mit einem USB-Server Gigabit 2.0 und einem PoE-Adapter kann die Kamera über große Entfernungen mit einem PC verbunden und über PIX Connect gesteuert werden. Die Xi 400 lässt sich in ein industrielles PIF integrieren und über eine SPS steuern, was eine schnelle und einfache Einbindung in bestehende Systeme ermöglicht.

Die Xi 410 bietet den Vorteil des vollständig autonomen Betriebs und ermöglicht die Fernüberwachung von Turbinensystemen. Mit automatischer Spot-Suche und direktem Analog- oder Alarmausgang ist sie ideal für Condition-Monitoring- und Industrieanwendungen geeignet.

Fortschrittliches Zubehör für zuverlässige Infrarotüberwachung unter schwierigen Bedingungen

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