Fallstudie
Dieselaggregathersteller, Indien
Von Tanmay Deshpande, Anwendungsmanager, und Harshal Khonde, NVH-Anwendungstechniker, Welan Technologies

In den letzten zehn Jahren ist der Bedarf an unterbrechungsfreien Stromversorgungen für die Industrie, Wohn- und Geschäftshäuser, Bildungseinrichtungen und vor allem Krankenhäuser stark gestiegen. An vielen dieser Orte wird die Notstromversorgung durch Dieselaggregate sichergestellt.
Ein großer indischer Hersteller von Dieselaggregaten für private, gewerbliche und spezielle Anwendungen verwendet eine Datenerfassungslösung von Dewesoft, um die Erfüllung der vorgegebenen Zertifizierungsstandards für Schall, Vibration und Temperatur für die Marktfreigabe seiner Produkte zu gewährleisten.


Certification of diesel generator sets

Gemäß den Normen der zentralen indischen Umweltschutzbehörde (Central Pollution Control Board, CPCB) müssen Dieselaggregate nach ISO 8528 auf ihre Schallemissionen getestet werden und dürfen einen Geräuschpegel von 75 dB(A) nicht überschreiten. Für eine optimale Performance hinsichtlich Schallpegel und Leistung werden die Aggregate werksseitig mit Schallschutzgehäusen ausgestattet.

Internationaler Bewertungsstandard

Die Standardvorschrift für Schall-, Schwingungs- und Temperaturmessungen für die Zulassung von Dieselaggregaten ist ISO 8528. Diese Norm definiert verschiedene Klassifizierungssysteme für die Anwendung, Bewertung und Performance von Stromerzeugungsaggregaten, die aus einem Hubkolben-Verbrennungsmotor, einem Wechselstromgenerator und den zugehörigen Betriebs-, Schalt- und Zusatzgeräten bestehen.

ISO 8528-6:2005 legt Prüfverfahren für motorbetriebene Stromerzeugungsaggregate, die allgemeinen Prüfanforderungen sowie eine Funktionsprüfung und eine Abnahmeprüfung fest. Funktionsprüfungen müssen immer durchgeführt werden, und in der Regel geschieht dies im Werk des Herstellers.

Die Norm definiert sechs verschiedene Leistungsangaben:

  1. Notstromleistung (ESP)
  2. Primäre Leistung (PRP)
  3. Zeitlich begrenzte Aggregatleistung (LTP)
  4. Aggregat-Dauerleistung (COP)
  5. Leistung für Rechenzentren (DCP)
  6. Maximale Leistung für Niederleistungsgeneratoren bis 12 kWe (MAX)

Die festgelegten Kriterien sind die erwartete jährliche Betriebszeit, die Lastvariabilität und der Lastfaktor.

Die Klassifizierungen in ISO 8528-1:2005 sollen den Herstellern von Stromerzeugungsaggregaten und ihren Kunden helfen, sich aufeinander abzustimmen, indem sie den Kunden eine allgemeine Basis für den Leistungsvergleich zwischen Stromerzeugungsaggregaten verschiedener Hersteller bieten.

Gerätekonfiguration vor Ort
Abb. 1: Gerätekonfiguration vor Ort

Das Gehäuse ist eine ausgesprochen wichtige Komponente des industriellen Dieselaggregats, von der auch die Motorleistung abhängt. Um eine optimale Performance des Gehäuses zu erzielen, müssen die Konstrukteure vor allem die Schallpegel- und Temperatureigenschaften des Dieselgenerators gegeneinander austarieren.

Der Wirkungsgrad des Dieselaggregats hängt direkt vom Schallschutzgehäuse und diversen Parametern ab, wie z. B. der Ansaugtemperatur, der Umgebungstemperatur, der Innen- und Außentemperatur des Gehäuses, der Ein-/Austrittstemperatur des Kühlwassers, den Vibrationen und dem Schallpegel.

Produktzertifizierung von Dieselgeneratoren

Die in Pune, dem Detroit Indiens, ansässige Maschinenbaufirma Welan Technologies wurde von einer Gruppe technischer Experten mit solider Branchenerfahrung gegründet und gehört heute zu den führenden Unternehmen bei der Bereitstellung technologischer Lösungen für die Industrie in den Bereichen Schall, Schwingungen, statische und dynamische Wandler, Prüf- und Messgeräte und Analysesysteme.

Das Unternehmen ist einer der größten Hersteller von Dieselaggregaten für private, gewerbliche und spezielle Anwendungen. Zur Erfüllung internationaler Standards erwirbt und adaptiert es stets die neuesten Technologien und betreibt eigene Forschung- und Entwicklungsarbeit. Es fertigt Dieselaggregate mit Leistungen zwischen 3 kVA und 1000 kVA und hält dabei stets die entsprechenden Zertifizierungsstandards ein, da die Zertifizierung eine Voraussetzung für die Vermarktung der Stromerzeugungsaggregate ist.

Die Datenerfassungsprodukte von Dewesoft bieten eine operative Lösung für die schnelle Parametermessung bei Dieselaggregaten. Im konkreten Fall verwendeten wir die DAQ-Systeme DEWE-43A und KRYPTON.

Das 8-kanalige Datenlogging-System DEWE-43A wurde für die Mikrofon- und Beschleunigungssensoreingänge, das ebenfalls 8-kanalige KRYPTON-Modul für die Thermoelementeingänge verwendet. Die mitgelieferte Software DewesoftX ist einfach einzurichten und sehr interaktiv strukturiert. Zudem stehen vielfältige Optionen für die Konfiguration der Bildschirmschnittstelle zur Verfügung.

Bei den relevanten definierten Parameter handelt es sich um:

  • Schallleistung,
  • Temperaturmessung,
  • Ansaugtemperatur Motor,
  • Innentemperatur Gehäuse,
  • Umgebungstemperatur,
  • Innen-/Außentemperatur Wechselstromgenerator,
  • Ein-/Austrittstemperatur Kühlwasser,
  • Außentemperatur Gehäuse,
  • Delta T (Temperaturdifferenz zwischen zwei Zeit- und/oder Positionsmesspunkten) und
  • Vibrationen ober- und unterhalb der AVM (schwingungsdämpfende Halterung).

Die Hauptaufgabe der Anwendung besteht darin, diese Parameter gleichzeitig, nur in einem bestimmten Zeitintervall und bei verschiedenen Lasten zu messen. Die Vorschriften für die Messung der Parameter des Dieselaggregats sehen eine kontinuierliche Überwachung der Temperatur, der Schwingungen an der Motoraufhängung und des Schallpegels vor.

Messanordnung

Bei der Messung kamen in diesem Fall 15 Sensoren zum Einsatz, nämlich acht Thermoelemente, ein Schwingungssensor und sechs Freifeldmikrofone für die Schallmessung. Gemäß den Anforderungen des Auftraggebers mussten die Schall-, Schwingungs- und Temperaturdaten kontinuierlich überwacht werden. Vor Messung aller oben genannten Parameter ist 1 Minute Vorlaufzeit einzuhalten. Die für diese spezifische Messung verwendeten Instrumente und Sensoren sind im Folgenden aufgelistet.

Konfiguration des Datenerfassungssystems

  • DEWE-43A – 8-kanaliges Datenlogging-System
  • KRYPTON 8×TH – 8-kanaliges Temperatureingangsmodul

DEWE-43A ist ein vielseitiges USB-Datenerfassungssystem mit universellen Analogeingängen, digitalen Zählereingängen und einer dualen CAN-Bus-Schnittstelle. Es ist ideal für diverse dynamische Datenerfassungsanwendungen geeignet.

8 Kanal Datenerfassungssystem DEWE-43ADatenerfassungssystem DEWE-43A

KRYPTON ist ein robustes, Datenerfassungsmodul für verteilte Messungen mit Schutzart IP67 und EtherCAT-Schnittstelle für analoge und digitale Ein- und Ausgänge. KRYPTON-Datenerfassungsmodule sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, die von kleinen einkanaligen bis hin zu größeren 16-kanaligen Geräten für Temperatur-, Spannungs-, Strom-, IEPE/ICP- und Dehnungsmessstreifen-Signale reichen.

KRYPTON-EtherCAT-SignalkonditionierungsmoduleKRYPTON-EtherCAT-Signalkonditionierungsmodule

Sensoren und Wandler

  • 6x Freifeldmikrofon
  • 1x piezoresistiver Schwingungssensor
  • 1x Thermoelement Typ K
  • 7x Thermoelement Typ J

Mess- und Analysesoftware

  1. Datenerfassungssoftware DewesoftX
  2. Digital-Signal-Analyzer-Software (DSA) (optional)
  3. Sound-Power-Software (optional)

Die Software DewesoftX ist in der Lage, Daten von analogen, digitalen, CAN-, GPS-, Video-, seriellen und vielen anderen Datenquellen zu erfassen, zu speichern, zu visualisieren und zu analysieren. Die neueste Version der Software heißt DewesoftX.

Gemessene Parameter

Kanalkonfiguration in der Software

Bei der Kanalkonfiguration in der DewesoftX-Software wurden die folgenden Aufzeichnungsparameter eingestellt:

  • Trigger-Bedingung: schnell bei Trigger
  • Abtastrate: 5000 S/Kanal
  • Reduzierte Geschwindigkeit: 0,2 s
  • Kanalanzahl: 15

Temperaturmessung

Wir ergänzten die grundlegenden Temperaturmessungen der DewesoftX-Software um einfache mathematische Funktionen. Gemessen werden sollten die Luftaustrittstemperatur (LAT) und Delta T, die Differenz zwischen der Gehäuse- und der Umgebungstemperatur.
 
Der Norm gemäß sollte der Delta-T-Wert weniger als 7 °C betragen. In der DewesoftX-Software konnten wir für die Messung eine entsprechende Alarmfunktion einrichten.

Schallmessung

In der Norm sind für verschiedene Aggregatgehäusegrößen unterschiedliche Anzahlen von Schallmesspunkten festgelegt. An diesen Punkten wird ein äquivalenter Dauerschallpegel (Leq) in dB(A) gemessen und für das Endergebnis ein logarithmischer Mittelwert aller Punkte berechnet. Zu diesem Zweck konfigurierten wir arithmetische Funktionen zur Berechnung der gemittelten Endergebnisse.

Die Schallquelle wird über einer Schall reflektierenden Ebene platziert
Abb. 2: Die Schallquelle wird über einer Schall reflektierenden Ebene platziert 

Schwingungsmessung

Der Motor und der Generator im Dieselaggregat sind mit einer schwingungsdämpfende Halterung (AVM) ausgestattet, um die Übertragung von Vibrationen auf den Boden zu vermeiden. Zur Überprüfung der Dämpfung der Halterung wurde die Übertragbarkeit der Vibrationen auf Grundlage von Schwingungsmessungen unterhalb und oberhalb der AVM berechnet. Diese Berechnung erfolgte mit Hilfe der Math-Funktion in DewesoftX.

Kanalkonfiguration
Abb. 3: Kanalkonfiguration und -ansicht

Messung und Analyse

Der Messbildschirm wurde so gestaltet, dass alle standardmäßig gemessenen Parameter wie Temperatur, Schwingungen und Schall sowie die mittels de Math-Funktion hinzugefügten benutzerdefinierten Parameter angezeigt wurden.

Messbildschirm mit kundenspezifischer Anzeige
Abb. 4: Messbildschirm mit kundenspezifischer Anzeige

Schallleistungsmessung

Die EU-Richtlinie über umweltbelastende Geräuschemissionen von zur Verwendung im Freien vorgesehenen Geräten und Maschinen (2000/14/EG) ist eine CE-Kennzeichnungsrichtlinie, die für die in den Artikeln 12 und 13 der Richtlinie aufgeführten 57 Gerätetypen, darunter auch Stromerzeuger, gilt.

Wenn ein indischer Hersteller Stromaggregate in ein EU-Land exportieren möchte, muss er gemäß CE-Norm die Schallleistung nach ISO 3744 einhalten. Für die normgerechte Positionierung der Mikrofone verwendeten wir die Schallleistungsmesslösung von Dewesoft. Die darin vorgesehene Messanordnung ist zeitsparend und erfüllt die Anforderungen aller Schallleistungsnormen.

Die Norm ISO 3744:2010 legt Verfahren für die Bestimmung des Schallleistungspegels und des Schallenergiepegels einer Geräuschquelle fest. Dies geschieht mittels Messung von Schalldruckpegeln auf einer Fläche, die die Geräuschquelle (eine Maschine oder ein Gerät) umschließt (Hüllfläche).

Die Geräuschquelle wird in einer Umgebung platziert, die angenähert einem akustischen Freifeld in der Nähe einer oder mehrerer reflektierender Ebenen entspricht. Aus den gemessenen Schalldruckpegeln wird der von der Geräuschquelle erzeugte Schallleistungspegel – oder Schallenergiepegel bei Impulsen oder anderen Geräuschen von kurzer Dauer – in Frequenzbändern oder mit frequenzgewichteter A-Bewertung berechnet.

Gerätekonfiguration für die Schallleistungsmessung
Abb. 5: Gerätekonfiguration für die Schallleistungsmessung

Für die Messung der Schallleistung gibt es eine vordefinierte Messanordnung, bei der die ISO-Norm, die Geometrie, die Anzahl der Mikrofone und ihre Positionen sowie den Korrekturfaktor gemäß ISO-Norm ausgewählt werden müssen.

Konfiguration des Schallleistungsmoduls in der Dewesoft-Software
Abb. 6: Konfiguration des Schallleistungsmoduls in der Dewesoft-Software

Gemessen wurden der Schallleistungspegel (Lw) des Dieselgenerators und der zugehörige Schalldruckpegel (Lp). Wie in der Norm vorgesehen, lassen sich über die benutzerfreundliche geführte Schnittstelle auch ein Korrekturfaktor für das Hintergrundgeräusch und ein messtechnischer Korrekturfaktor hinzufügen.

Schallleistungsmessung mit Dewesoft-Software
Abb. 7: Schallleistungsmessung mit Dewesoft-Software

Fazit

Die Echtzeitmessung und -signalaufbereitung sowie die Datenspeicherung bei getriggerten Ereignissen wurden bei diesem spezifischen 15-kVA-Dieselaggregat erfolgreich durchgeführt. Es scheint, dass der äquivalente Schallpegel in dB(A) etwas auf der höheren Seite liegt. Der Erwartungswert lag unter 75 dB(A). Der gemittelte Wert stimmt mit den berechneten Ergebnissen überein. Die Temperaturmessung und der LAT-Wert lagen unter dem zulässigen Grenzwert.

Der gesamte Ablauf – einschließlich Konfiguration, Sensormontage und Messung mit den spezifischen Triggerbedingungen – nahm nur eine Stunde in Anspruch. Durch die Verwendung von Dewesoft-Hardware und -Software verringerte sich der Zeitaufwand, und die Konfiguration sowie die Durchführung der Messung selbst waren ausgesprochen einfach. Außerdem – und das ist besonders wichtig – bietet die Software DewesoftX sehr differenzierte Analyseoptionen mit individuell anpassbaren Anzeigen.

Für die getriggerten Zeitintervalle konnte entsprechend den Messanforderungen und unter Berücksichtigung der Belastungsbedingungen problemlos ein Bericht erstellt werden.

In der Generatorindustrie ist nach der Performance die Qualität der erzeugten Energie das wichtigste Produktmerkmal. Sie kann anhand verschiedener Energieanalyseparameter beurteilt und mit der Leistungsanalysesoftware von Dewesoft leicht getestet werden.