Startseite > Smarter World > Dynamische Messsysteme – Grundlage komplexer Energietechnologien

Intelligente Schwingungsmesstechnik

Dynamische Messsysteme – Grundlage komplexer Energietechnologien

5. September 2017, 10:51 Uhr | Von Dr.-Ing. Jakob Hermann, Geschäftsführer der IfTA GmbH

Mobiler IfTA DynaMaster mit 16 AD4Pro Eingängen

Moderne Gaskraftwerke eignen sich hervorragend zur Kompensation der Volatilität erneuerbarer Energien, da sie schnell hochfahren und ihre Leistung in einem weiten Bereich variieren. Dieses komplexe Zusammenspiel wird durch intelligente Schwingungsmesstechnik signifikant unterstützt.

Der Gas- und Dampfturbinen-(GuD-)Betrieb hat einen sehr guten Wirkungsgrad bei gleichzeitig geringem CO₂-Ausstoß – circa 60% weniger als aus Braunkohlekraftwerken. Das aktuell modernste Kraftwerk dieses Typs mit 60,75% Wirkungsgrad steht nördlich von München in Irsching. Dort ist die weltweit leistungsstärkste Maschine der Firma Siemens im Einsatz, die Gasturbine SGT5-8000H mit einer elektrischen Leistung von über 375 MW. Um die Verbrennungseffizienz seiner Kraftwerke kontinuierlich zu optimieren, hat Siemens ein hochmodernes Testcenter gebaut, das Clean Energy Center (CEC) in Ludwigsfelde nahe Berlin.

Einzelne Brennkammern der Gasturbine werden unter hohem Druck und vorgeheizter Luft oder Gas betrieben, das heißt unter realistischen Bedingungen. Neben den Emissionen sind thermoakustische Phänomene bzw. Verbrennungsschwingungen in der Brennkammer und die dynamischen Materialbelastungen Teil der Untersuchung. Zur Messung dieser Signale kommen Hochtemperaturdruck- und -beschleunigungsaufnehmer, Dehnmessstreifen und diverse andere Sensoren zum Einsatz.

Nun ist ein besonderes Schwingungsmessgerät Teil der fortschrittlichen Technologie im Ludwigsfelder CEC: der IfTA DynaMaster. Er ist eine Weiterentwicklung basierend auf den bewährten IfTA-Argus-Systemen, die seit über einem Jahrzehnt an verschiedenen Gasturbinentypen wie der SGT5-8000H weltweit im Einsatz sind. Fünf entscheidende Anforderungen lassen sich durch die bereits erprobten Integrationen herausstellen:

1. Jeder Sensor passt an jeden Eingang:

Herzstück des Systems ist die IfTA AD4Pro, eine vierkanalige dynamische Messkarte mit universellen Messeingängen. Unterstützt wird auf der Karte je Kanal die Messung von Spannungs- und Stromsignalen. Darüber hinaus erlaubt ein integrierter differentieller Ladungsverstärker den direkten Anschluss von piezoelektrischen Hochtemperaturdruck- und -beschleunigungsaufnehmern.

Ebenfalls enthalten ist ein Messverstärker für Dehnmessstreifen. An diesem können Viertel-, Halb- und Vollbrücken direkt angeschlossen werden. Weiterhin werden piezore-sistive Druck- und Beschleunigungssensoren wie z.B. Kulite-Sensoren unterstützt, und für IEPE-Sensoren steht eine Speisung zur Verfügung. Ausgewählt wird der gewünschte Eingangsmodus einfach per Software.

2. Fehlerquellen vermeiden und Kosten reduzieren:

Um störende Netzschleifen zu vermeiden, ist jeder Kanal der Karte potentialgetrennt. Dies erlaubt die gemeinsame Messung von Sensoren an Orten mit hohen Potentialunterschieden wie im Umfeld von großen Testanlagen, zum Beispiel des CEC. Die Potentialtrennung ist dabei so ausgeführt, dass sie sich nicht negativ auf die Signalqualität auswirkt. Damit wird insgesamt ein Signalrauschabstand bis 145 dB erreicht.

Die Integration der Verstärker reduziert Kosten und vermeidet Fehlerquellen durch einen wesentlich vereinfachten Messaufbau. Änderungen der Verstärkereinstellungen werden automatisch durch das System mitprotokolliert und sind somit immer nachvollziehbar. Eine potentiell fehlerträchtige händische Dokumentation externer Verstärkungsfaktoren ist nicht mehr notwendig. Zudem reduziert sich der jährliche Kalibrieraufwand erheblich.