Prädiktive Instandhaltung deckt Rotorausfall in dichtungsloser Pumpe auf – Detaillierte Fallstudie

Dichtungslose, selbstenthaltene Pumpen sind in der Chemiebranche allgegenwärtig. Zwar kompakt, trägt jede Einheit eine substanzielle Investition – unsere 3-PS-Pumpe kostet rund 7.200 $ für die Rotor-Stator-Baugruppe. Mit Dutzenden dieser Pumpen im Betrieb ist gewissenhaftes Monitoring ein Eckpfeiler unseres prädiktiven Instandhaltungsprogramms (PdM).

Als ein Serviceanruf einen Pumpenausfall durch Thermallastschutz meldete, bestätigten unsere Initialchecks, dass Ventilpositionen, Druck und Fluss historischen Normen entsprachen. Um die Flussintegrität über diese Basisparameter hinaus zu verifizieren, setzten wir zwei fortgeschrittene Diagnosen ein: Infrarot-Temperaturprofilierung über das Pumpengehäuse und Schwingungsanalyse der Betriebsspeed.

Foto 1. Infrarotthermografie-Bilder und Schwingungsdaten halfen Dow Corning, Pumpenprobleme zu orten.

Das Pumpendesign nutzt Prozessfluid zur Schmierung der Gleitlager, was Rotor-Hydraulikstabilität sicherstellt. Das Infrarotbild zeigt klaren Kühlmittelfluss zum hinteren Lagergehäuse – belegt durch kühlere Töne – offenbart aber auch einen ausgeprägten Hotspot an der Stator-Rotor-Baugruppe.

Wir erfassten dann Schwingungsspektren während des Betriebs.

Graph 1. Initialdaten zeigten recht normale Prozessbedingungen.

Graph 2. Das Schwingungsdiagramm zeigt Anzeichen eines Rotorproblems.

Graph 2 zeigt eine charakteristische Rotorfehler-Signatur: Mehrere Harmonische der Betriebsfrequenz, eingeklammert von der doppelten Schlupffrequenz. Ein solches Muster kann von kurzgeschlossenen Ringen, gerissenen Rotorstäben oder kurzgeschlossenen Lamellen herrühren. Trotz normalem Fluss veranlassten die Daten uns, einen Pumpenwechsel zu terminieren. Die optimale Motordrehzahl beträgt 3.450 RPM.

Der Rotor hat eine dicke Edelstahlbeschichtung von 2 bis 3 Mil.

Rotor- und Statorwicklungen sind in eine dünne 2- bis 3-Mil-Edelstahlhülle eingekapselt, die die Effizienz im Vergleich zu Standard-Zweipolmotoren leicht reduziert. Die Einheit lief bei 3.466 RPM – im optimalen Effizienzfenster – doch die Schwingungssignatur erforderte einen detaillierten Teardown. Das Entfernen der Stahlhülle war eine delikate Aufgabe, aber essenziell, um Rotorstäbe und Lamellen freizulegen.

Entfernen der Hülle legt Rotorstäbe und Lamellen frei.

Der entkleidete Rotor offenbarte die Wurzel der spektralen Anomalie. Auf der rechten Seite waren Rotorstäbe und Lamellen sauber getrennt; auf der linken Seite waren ein Bruch und hitzeinduzierte Verfärbung evident, was thermischen Stress bestätigte.

Nach Einbau eines neuen Rotors in den bestehenden Stator kehrte die Pumpe zum Normalbetrieb zurück. Hätte der Fehler bestanden, wäre der Stator wahrscheinlich ausgefallen, was ein atmosphärisches Freisetzen von Prozessfluid riskiert hätte. Rotorersatz kostet ca. 3.000 $ – etwa 42 % des Einheitswerts – weit weniger als eine komplette Statorüberholung.

Zusammenfassend ist Rotor-zu-Stator-Kontakt ein seltener Ausfall für diesen Pumpentyp. Wir überwachen routinemäßig subsynchrone Energie – ein Indikator für Ölwhirl/whip – um Lagerabnutzung zu bewerten. Rotor-zu-Stator-Luftspalt beträgt nur 5–7 Mil; jeder Kontakt signalisiert drohenden Ausfall und erfordert Verschrottung, es sei denn, ein Lager-Rebuild-Kit (400 $) wird installiert. Dieser Fall unterstreicht zwei weitere Vorteile der Schwingungsanalyse: prädiktive Ausfallerkennung und diagnostische Bestätigung.

1. Schwingungsanalyse prognostiziert nicht nur drohende mechanische Ausfälle, sondern entlarvt auch False Positives während der Fehlersuche.
2. Gezieltes Schwingungsmonitoring kann Prozessvariationen aufdecken, die Geräte- oder Produktqualitätsprobleme unterliegen, und charakteristische Änderungen im Pumpenfluss offenbaren.