WO2012076427A1 - Method and device for the model-based monitoring of a turbomachine - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for the model-based monitoring of a turbomachine by means of a monitoring unit, which receives relevant process parameters of the turbomachine, carries out calculations on the basis of said parameters and as a result determines one or more status values, by means of which the status of the turbomachine can be assessed, wherein the calculations of the status values are carried out on the basis of one or more physical models of at least one subsystem of the turbomachine, characterised in that the at least one subsystem is an axial bearing of the turbomachine and the status value or values are selected from axial shear force, axial bearing load and axial shaft position.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur modellbasierten Überwachung einer Turbomaschine  Method and device for model-based monitoring of a turbomachine

Beschreibung Die vorliegende Anmeldung schließt durch Verweis die am 09.12.2010 eingereichte vorläufige US-Anmeldung 61/421232 ein. Description The present application includes by reference the US Provisional Application 61/421232 filed on Dec. 9, 2010.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur modellbasierten Überwachung einer Turbomaschine mittels einer Überwachungseinheit, die relevante Prozessparameter der Turboma- schine empfängt, auf Basis dieser Parameter Berechnungen durchführt und als Ergebnis einen oder mehrere Zustandswerte ermittelt, anhand derer der Zustand der Turbomaschine bewertet werden kann, wobei die Berechnungen der Zustandswerte auf der Grundlage eines oder mehrerer physikalischer Modelle mindestens eines Teilsystems der Turbomaschine durchgeführt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur modellbasierten Überwachung ei- ner Turbomaschine. The present invention relates to a method for model-based monitoring of a turbomachine by means of a monitoring unit that receives relevant process parameters of the turbomachinery, performs calculations on the basis of these parameters and, as a result, determines one or more state values by means of which the state of the turbomachine can be evaluated the state value calculations are performed based on one or more physical models of at least one subsystem of the turbomachine. Furthermore, the invention relates to a device for model-based monitoring of a turbomachine.

Turbomaschinen gehören zu den Fluidenergiemaschinen, die als Kraftmaschinen verschiedene Energiearten, beispielsweise thermische Energie, in mechanische Energie umwandeln oder als Arbeitsmaschinen zugeführte Energie in andere Energiezustände umsetzen. Turbomaschinen werden vielfältig eingesetzt, beispielsweise in Form von Dampfturbinen, Gasturbinen, Wasserturbinen oder Turboverdichtern. Turbomachines are among the fluid energy machines that convert as engines different types of energy, such as thermal energy, into mechanical energy or converted as working machines energy into other energy states. Turbomachines are used in a variety of ways, for example in the form of steam turbines, gas turbines, water turbines or turbocompressors.

Üblicherweise werden Turbomaschinen über mehrere Jahre durchgehend betrieben und nur zu Wartungszwecken abgestellt. Während dieses Dauerbetriebs kann die Funktionsweise von Komponenten der Maschine beeinträchtigt werden, beispielsweise durch Verschleiß, Ablagerungen oder Bauteilversagen. Dies kann zur Senkung der Effizienz der Maschine bis hin zu deren kompletten Funktionsuntüchtigkeit führen. Um derartige Vorgänge frühzeitig zu erkennen und gegebenenfalls Maßnahmen treffen zu können, die Schäden wie Verschleiß, Erosion oder Ablagerungen entgegenwirken, sind im Stand der Technik unterschiedliche Überwachungs- und Diagnoseverfahren bekannt. So werden üblicherweise aus Sicherheitsgründen Grenzwerte für einzelne wichtige Messgrößen überwacht, beispielsweise für Lagertemperaturen, Öldrücke oder Axialabstände des Rotors relativ zum Gehäuse. Mit Hilfe einer Ölanalyse können Informationen über Abriebpartikel im Schmieröl und Sperröl sowie über die Änderung der Ölqualität gewonnen werden. Ein Wirkungsgrad-Monitoring lässt Rückschlüsse auf Effekte wie Fouling oder Fehlan- Strömungen zu. Die Schwingungsdiagnostik wird eingesetzt, um Unwuchten und andere Ursachen periodischer mechanischer Schwingungen zu erkennen. Usually turbo machines are operated continuously for several years and parked only for maintenance purposes. During this continuous operation, the functioning of components of the machine may be impaired, for example due to wear, deposits or component failure. This can lead to the reduction of the efficiency of the machine up to its complete inoperability. In order to be able to recognize such processes at an early stage and if necessary to be able to take measures which counteract damages such as wear, erosion or deposits, different monitoring and diagnostic methods are known in the prior art. For safety reasons, limit values for individual important measured variables are usually monitored, for example for bearing temperatures, oil pressures or axial distances of the rotor relative to the housing. With the help of an oil analysis, information about wear particles in the lubricating oil and barrier oil as well as about the change of the oil quality can be obtained. An efficiency monitoring allows conclusions on effects such as fouling or Fehlan- currents. Vibration diagnostics are used to detect imbalances and other causes of periodic mechanical vibrations.

Bei den oben genannten Verfahren basieren die zu erhaltenden Informationen überwiegend direkt auf der Messung von bestimmten Größen in oder an der Turbomaschine. Daneben sind auch Verfahren zur Diagnose und Analyse von Turbomaschinen bekannt, die zur Informationsgewinnung Modelle einsetzen. Aus der US-Patentanmeldung US 2007/00671 14 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Erkennung von Verschleißerscheinungen an einer Turbine. Bei diesem Verfahren werden unterschiedliche Verschleißzustände definiert, z.B. der Aufbau von Ablagerungen oder Schäden aufgrund von Partikeln, und zu jedem Verschleißzustand wird ein physikalisch motiviertes Modell vorgesehen, z.B. ein Kaiman-Filter. in der Patentanmeldung EP 2 053 475 A1 wird ein Verfahren zur Analyse des Betriebs einer Gasturbine beschrieben. Dabei wird ein neuronales Netz mit Messwerten aus der Gasturbine, insbesondere einem dynamischen Drucksignal, versorgt und ermittelt daraus Kennwerte, die Informationen über den Normalbetrieb und Abweichungen davon liefern. In the above methods, the information to be obtained is predominantly directly based on the measurement of particular sizes in or on the turbomachine. In addition, methods for the diagnosis and analysis of turbomachines are known that use for information retrieval models. US patent application US 2007/00671 14 A1 discloses a method for detecting signs of wear on a turbine. In this method, different wear conditions are defined, such as the build-up of deposits or damage due to particles, and for each state of wear, a physically motivated model is provided, such as a Kalman filter. Patent Application EP 2 053 475 A1 describes a method for analyzing the operation of a gas turbine. In this case, a neural network is supplied with measured values from the gas turbine, in particular a dynamic pressure signal, and uses this to determine characteristic values which provide information about normal operation and deviations thereof.

Neuronale Netze sind ein Vertreter von empirischen Black-Box-Modellen, deren Aussagekraft ganz entscheidend von den Daten abhängt, auf Basis derer sie erstellt wurden. Im Fall der Neuronalen Netze werden historische Daten von ausgewählten Messgrößen sowohl von Eingangs- großen als auch von interessierenden Ausgangsgrößen verwendet, um Verknüpfungen in dem Netz zu erzeugen. Diese Verknüpfungen bilden das Modell, auf Basis dessen nach der Trainingsphase aus aktuellen Eingangsgrößen aktuelle Ausgangsgrößen berechnet werden. Dies hat allerdings den Nachteil, dass zum einen eine große Menge an Trainingsdaten erforderlich ist, um ein zuverlässiges Modell zu erhalten, und zum anderen die Aussagekraft der Modelle auf die trainierten Effekte beschränkt ist. Bei einem Neuronalen Netz handelt es sich um ein sogenanntes Black-Box-Modell, was in diesem Fall bedeutet, dass das Modell keine Rückschlüsse auf innere Zusammenhänge des zugrunde liegenden realen Systems zulässt, sondern nur Aussagen über die betrachteten Ein- und Ausgangsgrößen macht. Diese mangelnde Transparenz stellt einen weiteren Nachteil dar, da Anforderungen an Diagnosefunktionen damit nur in begrenztem Umfang erfüllt werden können. Neural networks are a representative of empirical black-box models whose expressiveness depends crucially on the data on which they were generated. In the case of the neural networks, historical data from selected measures of both input and interest outputs are used to create links in the network. These links form the model on the basis of which, after the training phase, current output values are calculated from current input variables. However, this has the disadvantage that on the one hand a large amount of training data is required to obtain a reliable model, and on the other hand the validity of the models is limited to the trained effects. A neural network is a so-called black box model, which in this case means that the model does not allow any conclusions to be drawn about the internal relationships of the underlying real system, but only makes statements about the input and output variables considered. This lack of transparency represents a further disadvantage, since requirements for diagnostic functions can thus only be met to a limited extent.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Überwachung von Turbomaschinen bereitzustellen, das insbesondere Aussagen über in der Vergangenheit noch nicht aufgetretene Effekte zulässt und mit wenig Aufwand auf andere Turbomaschinen übertragbar ist. It was thus the object to provide an improved method for monitoring turbomachinery, which in particular allows statements about not yet occurred in the past effects and is transferable to other turbomachinery with little effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7. Bevorzugte Ausprägungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 sowie 8 bis 10 angegeben. Erfindungsgemäß empfängt eine Überwachungseinheit relevante Prozessparameter der Turbomaschine. Als Prozessparameter kommen sämtliche Daten in Betracht, die sich messtechnisch an oder in Teilen der Turbomaschine oder deren Hilfssysteme, beispielsweise dem Ölsys- tem, erfassen lassen. Weiterhin können Prozessparameter der Turbomaschine Daten sein, die sich messtechnisch an oder in anderen technischen Systemen, die mit der Turbomaschine oder deren Hilfssystemen in Verbindung stehen, erfassen lassen. Beispiele für derartige Prozessparameter sind die Eigenschaften wie Druck, Temperatur, Zusammensetzung, Mengen- oder Volumenstrom des Gasstroms in einer Prozessgaszuleitung zu einer Turbomaschine oder die Leistung und Drehzahl eines Elektromotors oder einer Dampfturbine, die einen Turboverdichter antreibt. Die Relevanz der Prozessparameter hängt von dem betrachteten Teilsystem ab und ist im Einzelfall festzulegen. Beispielhaft werden weiter unten Teilsysteme mit ihren zugehörigen relevanten Prozessparametern angegeben. Die Erfassung der Prozessparameter und ihre Übertragung an die Überwachungseinheit können auf unterschiedliche Arten erfolgen, beispielsweise durch elektrische Signale eines geeigneten Messwertaufnehmers an die Überwachungseinheit. Entsprechende messtechnische und informationstechnische Verfahren und Mittel sind dem Fachmann bekannt. Auf Basis der empfangenen Prozessparameter führt die Überwachungseinheit Berechnungen durch und ermittelt als deren Ergebnis einen oder mehrere Zustandswerte, anhand derer der Zustand der Turbomaschine bewertet werden kann. Erfindungsgemäß werden die Berechnungen auf der Grundlage eines oder mehrerer physikalischer Modelle mindestens eines Teilsystems der Turbomaschine durchgeführt. This object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 7. Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims 2 to 6 and 8 to 10. According to the invention, a monitoring unit receives relevant process parameters of the turbomachine. As process parameters, all data can be taken into account which can be metrologically recorded on or in parts of the turbomachine or its auxiliary systems, for example the oil system. Furthermore, process parameters of the turbomachine may be data that can be metrologically recorded on or in other technical systems that are in communication with the turbomachine or its auxiliary systems. Examples of such process parameters are the properties such as pressure, temperature, composition, volume or volume flow of the gas stream in a process gas supply line to a turbomachine or the Power and speed of an electric motor or a steam turbine that drives a turbocompressor. The relevance of the process parameters depends on the subsystem considered and must be determined on a case-by-case basis. As an example, subsystems with their associated relevant process parameters are specified below. The detection of the process parameters and their transmission to the monitoring unit can take place in different ways, for example by electrical signals of a suitable transducer to the monitoring unit. Corresponding metrological and information technology methods and means are known in the art. On the basis of the received process parameters, the monitoring unit carries out calculations and determines as a result one or more state values by means of which the state of the turbomachine can be evaluated. According to the invention, the calculations are performed on the basis of one or more physical models of at least one subsystem of the turbomachine.

Unter einem physikalischen Modell ist zu verstehen, dass in der Realität existierende Wirkzusammenhänge zwischen Prozessparametern und Zustandswerten im Modell abgebildet sind. Der Detaillierungsgrad hängt dabei unter anderem von den interessierenden Zustandswerten sowie der zur Verfügung stehenden Rechenzeit ab. Beispiele für Modelle und daraus berechne- te Zustandswerte werden weiter unten im Zusammenhang mit den entsprechenden Teilsystemen angegeben. A physical model is to be understood as meaning that in reality existing interactions between process parameters and state values are mapped in the model. The level of detail depends, among other things, on the state values of interest and the available computing time. Examples of models and their calculated state values are given below in connection with the corresponding subsystems.

Turbomaschinen, insbesondere in der chemischen Industrie, sind häufig für den speziellen Anwendungsfall ausgelegt und instrumentiert. Dabei sind unter anderem die jeweiligen Prozess- gaseigenschaften wie Druck, Temperaturbereich oder chemische Zusammensetzung, sowie betriebliche Anforderungen wie Laufleistung, redundanter Aufbau, An- und Abfahrvorgänge und Sicherheit zu berücksichtigen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Instrumentierung einer konkreten Turbomaschine lassen sich mittels der erfindungsgemäßen physikalischen Modelle unterschiedliche Anforderungen an eine Überwachung erfüllen. Turbomachinery, especially in the chemical industry, are often designed and instrumented for the specific application. Among other things, the respective process gas properties such as pressure, temperature range or chemical composition as well as operational requirements such as mileage, redundant design, startup and shutdown processes and safety must be taken into account. Depending on the particular instrumentation of a specific turbomachine, different requirements for monitoring can be met by means of the physical models according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Berechnungen der Zustandswerte auf der Grundlage mehrerer physikalischer Modelle durchgeführt, die jeweils ein Teilsystem der Turbomaschine repräsentieren. Die Modelle der Teilsysteme sind vorzugsweise als Module erstellt, sodass ein Gesamtmodell je nach Bedarf aus den einzelnen Modulen ausgewählt und zusammengestellt werden kann. Beispielsweise können berechnete Zustandswerte mit anderen Zustandswerten oder Messwerten über Gleichungen, Ungleichungen oder Kennfelder modelltechnisch verknüpft sein. Selbstverständlich können auch die jeweiligen Modelle der Teilsysteme selbst modular aufgebaut sein, sodass zur Gesamtmodellerstellung auf eine Art Baukasten an Modulen und Submodulen zurückgegriffen werden kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine erfindungsgemäße Überwachungseinheit flexibel und effizient an die unterschiedlichsten Bauweisen, Prozessbedingungen und Instrumentierungen einer Turbomaschine angepasst werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auf Basis der relevanten Prozessparameter Zustandswerte berechnet, die messtechnisch nicht erfasst werden oder nicht erfassbar sind, aber wichtige Informationen über den Zustand der Turbomaschi- ne enthalten. Beispiele für derartige Zustandswerte sind mechanische Kräfte, Lagerbelastung oder die Wärmeentwicklung in einem Teilsystem der Turbomaschine. Die Überwachung der Turbomaschine kann in diesem Fall dadurch erfolgen, dass berechnete Zustandswerte mit ihren jeweiligen Grenzwerten verglichen werden, beispielsweise die aus relevanten Prozessparametern berechnete Lagerbelastung mit dem durch die Lagermaterialeigenschaften gegebenen Grenzwert der maximal zulässigen Lagerbelastung. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the calculations of the state values are carried out on the basis of a plurality of physical models, each of which represents a subsystem of the turbomachine. The models of the subsystems are preferably created as modules, so that an overall model can be selected from the individual modules and assembled as needed. For example, calculated state values can be linked to other state values or measured values by means of equations, inequalities or characteristic maps. Of course, the respective models of the subsystems themselves can be modular, so that can be used for the overall model creation on a kind of modular modules and submodules. This embodiment has the advantage that a monitoring unit according to the invention can be flexibly and efficiently adapted to the most varied designs, process conditions and instrumentation of a turbomachine. In a preferred embodiment of the method according to the invention, state values are calculated on the basis of the relevant process parameters which are not detected by measurement or can not be detected, but contain important information about the state of the turbomachine. Examples of such state values are mechanical forces, bearing load or heat generation in a subsystem of the turbomachine. In this case, monitoring of the turbomachine can be carried out by comparing calculated state values with their respective limit values, for example the bearing load calculated from relevant process parameters with the limit value of the maximum permissible bearing load given by the bearing material properties.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auf Basis der relevanten Prozessparameter Zustandswerte berechnet, die in oder an der Turbomaschine oder ihren Hilfssystemen messtechnisch erfasst werden. In diesem Fall kann die Über- wachung der Turbomaschine bedeuten, dass berechnete Zustandswerte mit den ihnen jeweils entsprechenden Messwerten verglichen werden. Diese Art der Überwachung wird auch als „Software-Redundanz" bezeichnet. Die Größe der Differenz zwischen berechnetem und gemessenem Wert kann einen Hinweis auf den Zustand und die Qualität des Messgerätes geben. Die Größe der Differenz kann auch auf einen untypischen oder fehlerhaften Zustand der Tur- bomaschine hindeuten. Durch eine integrierte Betrachtung mehrerer Zustandswerte lassen sich gegebenenfalls fehlerhafte Zustände diagnostizieren und die jeweiligen Ursachen feststellen. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, state values are calculated on the basis of the relevant process parameters, which are detected by measurement in or on the turbomachine or its auxiliary systems. In this case, the monitoring of the turbomachine may mean that calculated state values are compared with the respective measured values. This type of monitoring is also referred to as "software redundancy." The magnitude of the difference between the calculated and measured values can give an indication of the condition and quality of the meter, and the size of the difference can also indicate an untypical or faulty condition of the meter An integrated view of several state values makes it possible, if necessary, to diagnose faulty states and determine the respective causes.

In einer bevorzugten Ausführungsform basieren die in der Überwachungseinheit verwendeten physikalischen Modelle auf Erhaltungsgleichungen für Energie, Masse, Impuls und/oder Kräf- ten. Derartige Modelle sind in einem weiten Wertebereich der verwendeten Prozessparameter wie Drücke oder Temperaturen gültig, wodurch Aussagen über in der Vergangenheit noch nicht aufgetretene Effekte möglich werden. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber empirischen Black-Box-Modellen dar. Als weiterer Vorteil ist zu werten, dass derartige physikalische Modelle mit geringem Aufwand auf andere Turbomaschinen übertragen werden können. In a preferred embodiment, the physical models used in the monitoring unit are based on conservation equations for energy, mass, momentum and / or forces. Such models are valid over a wide range of values of the process parameters used, such as pressures or temperatures, thus providing information about in the past not occurred effects are possible. This represents a significant advantage over empirical black box models. Another advantage is that such physical models can be transferred to other turbomachinery with little effort.

Der Begriff des Teilsystems ist in erster Linie modelltechnisch zu verstehen. Eine Turbomaschine ist üblicherweise aus mehreren physikalisch abgrenzbaren Teilen aufgebaut. Beispiele für derartige abgrenzbare Teile sind Axiallager, Radiallager, Kupplung, Rotor, Welle, Gehäuse, Gleitring, Schwimmring, Schmieröltank, Schmierölpumpe und Schmierölfilter. Ein Teilsystem im Sinne dieser Erfindung kann ein Modell eines apparatetechnischen Teiles der Turbomaschine darstellen, es kann aber auch mehrere apparatetechnische Teile umfassen, beispielsweise Axial- und Radiallager, Sperrölsystem oder Schmierölsystem. The term subsystem is primarily to be understood as a model. A turbomachine is usually constructed of several physically delimitable parts. Examples of such separable parts are thrust bearings, radial bearings, clutch, rotor, shaft, housing, slip ring, floating ring, lubricating oil tank, lubricating oil pump and lubricating oil filter. A subsystem in the sense of this invention may represent a model of an apparatus-technical part of the turbomachine, but it may also comprise a number of apparatus-related parts, for example, axial and radial bearings, barrier oil system or lubricating oil system.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren online während des Betriebs der Turbomaschine durchgeführt. Relevante Prozessparameter werden dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich ermittelt. Abhängig von dem eingesetzten Modell so- wie den dazu benötigten relevanten Prozessparametern können auch einige Parameter kontinuierlich ermittelt werden, während andere Parameter diskontinuierlich ermittelt werden. In a further preferred embodiment, the method according to the invention is carried out online during operation of the turbomachine. Relevant process parameters are determined continuously or discontinuously. Depending on the model used, As well as the relevant process parameters required for this purpose, some parameters can also be determined continuously while other parameters are determined discontinuously.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung findet das Verfahren Anwendung auf einen Turbo- verdichten In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich dabei um einen mehrstufigen Turboverdichter. Bei einem Turboverdichter lassen sich mehrere Teilsysteme identifizieren, für die die Erfindung vorteilhaft angewendet werden kann. Besonders bevorzugt ist das mindestens eine Teilsystem ausgewählt aus Sperröldichtung, Ölfilter und/oder Lager, insbesondere Axiallager. Weiter unten werden beispielhaft einige Teilsysteme im Detail erläutert. Weiterhin bevor- zugt enthalten der eine oder die mehreren Zustandswerte charakteristische Informationen über In one embodiment of the invention, the method is applied to a turbo-compressing in a preferred embodiment, it is a multi-stage turbocompressor. In a turbocompressor several subsystems can be identified, for which the invention can be used advantageously. Particularly preferably, the at least one subsystem is selected from barrier oil seal, oil filter and / or bearings, in particular thrust bearing. Below, some subsystems are explained in detail by way of example. Furthermore, the one or more state values preferably contain characteristic information about

- die Wärmeentwicklung in einer Sperröldichtung, the heat development in a barrier oil seal,

- den Druckverlust über einen Ölfilter,  the pressure loss via an oil filter,

- den axialen Wellenstand in einem Lager und/oder  - The axial shaft stand in a warehouse and / or

- die Lagerbelastung in einem Lager, insbesondere einem Axiallager.  - The bearing load in a camp, especially a thrust bearing.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich weiterhin vorteilhaft anwenden auf die Überprüfung von Schutzeinrichtungen einer Turbomaschine. Mit Hilfe von Schutzeinrichtungen werden üblicherweise kritische Werte einer Turbomaschine überwacht, beispielsweise der axiale Wel- lenstand, auch Axialabstand genannt. Im Beispiel der Axialabstand-Überwachung wird die Position des Rotors relativ zum Verdichtergehäuse durch Abstandssensoren überwacht, um ein Anstreifen des Rotors am Gehäuse sicher zu verhindern. Die Messsignale der redundant ausgeführten Sensoren müssen beim Normalbetrieb der Maschine innerhalb eines durch Grenzwerte definierten Bereichs liegen. Wird der Grenzwert von einem der Signale überschritten, wird die Maschine üblicherweise automatisch in einen sicheren Zustand gefahren. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der zu erwartende Axialabstand aus Prozessparametern wie Drücken, Temperaturen, Mengenströmen und Kupplungskräften in der Turbomaschine berechnet und mit den messtechnisch erfassten Werten für den Axialabstand verglichen werden kann. Dadurch lassen sich diejenigen zeitlichen Variationen des Messsignals, welche durch Variationen in den Prozessparametern erzeugt werden, von jenen unterscheiden, die durch Schädigungen, Verschleiß, Ablagerungen, Fehlern in der Sensor- und Auswertelektronik oder durch andere Fehler entstehen. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die frühzeitige Erkennung von Maschinenschäden gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert werden. Die Axialabstand-Überwachung ist lediglich ein Beispiel für eine Überprüfung einer Schutzeinrichtung einer Turbomaschine anhand eines berechneten Zustandswertes. Weitere für die Überprüfung geeignete Zustandswerte sind z.B. die Sperrölaustrittstemperatur und die berechnete Verlustleistung in der Sperröldichtung, wie weiter unten beschrieben. The method according to the invention can furthermore be advantageously applied to the checking of protective devices of a turbomachine. With the aid of protective devices, critical values of a turbomachine are usually monitored, for example the axial shaft level, also referred to as the axial distance. In the example of the axial distance monitoring, the position of the rotor is monitored relative to the compressor housing by distance sensors in order to reliably prevent the rotor from rubbing against the housing. The measuring signals of the redundantly designed sensors must be within a range defined by limits during normal operation of the machine. If the limit of one of the signals is exceeded, the machine is usually automatically moved to a safe state. An advantage of the method according to the invention is that the expected axial distance can be calculated from process parameters such as pressures, temperatures, flow rates and coupling forces in the turbomachine and compared with the metrologically recorded values for the axial distance. As a result, those temporal variations of the measurement signal, which are generated by variations in the process parameters, differ from those caused by damage, wear, deposits, errors in the sensor and evaluation electronics or by other errors. Thus, by the method according to the invention the early detection of machine damage compared to the prior art can be significantly improved. The axial distance monitoring is merely an example of a check of a safety device of a turbomachine on the basis of a calculated state value. Further state values suitable for checking are e.g. the barrier oil outlet temperature and the calculated power dissipation in the barrier oil seal, as described below.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Überwachung einer oder mehrerer Schutzein- richtungen neben aktuellen Daten auch auf historische Daten zurückgegriffen. Unter historischen Daten sind relevante Prozessparameter zu verstehen, deren Werte in der Vergangenheit erfasst und in einem Datenspeichersystem abgelegt wurden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Datenspeichersystem um ein Speichersystem, das in einem Prozessleitsystem integriert ist, oder um ein sogenanntes Betriebsdateninformationssystem. Ein Betriebsdateninformationssystem ist vorteilhaft auf einem separaten Rechner installiert und verfügt über Datenschnittstellen zur Sensorik der Turbomaschine oder zu einem Prozessleitsystem, welches wiederum informa- tionstechnisch mit der Sensorik der Turbomaschine verbunden ist. Unter Sensorik wird hierbei die Gesamtheit aller Messgeräte an der Turbomaschine und deren Hilfssystemen verstanden, beispielsweise zur Erfassung von Temperatur, Druck, Massenstrom, Volumenstrom, Abständen, Strom oder Drehzahl. In den historischen Daten verbirgt sich die Information über das Verhalten der Turbomaschine unter normalen Betriebsbedingungen und gegebenenfalls in defektem Zustand. In Kombination mit Maschinen- und Prozesskenntnissen erlauben die historischen Daten die Modellierung des normalen Maschinenverhaltens und die Validierung der Modelle. Falls die Turbomaschine bereits vor der Modellerstellung einen Schaden hatte, kann mit den historischen Daten die zeitli- che Entwicklung des Schadens analysiert und der Diagnosealgorithmus dadurch validiert und gegebenenfalls verfeinert werden. Der Einbezug von historischen Daten ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn Messgeräte hinsichtlich ihres zeitlichen Verhaltens überwacht werden sollen, beispielsweise Phänomene wie die Drift von Messwerten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Programmcodes für ein Computerprogramm implementiert, der bei Ausführung des Computerprogramms auf einer geeigneten Computeranlage zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. In a preferred embodiment, monitoring of one or more protective devices is based not only on current data but also on historical data. Historical data refers to relevant process parameters whose values have been recorded in the past and stored in a data storage system. It is preferably in the Data storage system to a storage system that is integrated in a process control system, or a so-called operating data information system. An operating data information system is advantageously installed on a separate computer and has data interfaces to the sensors of the turbomachine or to a process control system, which in turn is connected to the information technology of the turbomachinery. In this case, sensor technology is understood to mean the entirety of all measuring devices on the turbomachine and their auxiliary systems, for example for detecting temperature, pressure, mass flow, volume flow, distances, current or speed. The historical data contains the information about the behavior of the turbomachine under normal operating conditions and possibly in a defective state. Combined with machine and process knowledge, the historical data allow modeling of normal machine behavior and validation of models. If the turbomachinery had already suffered damage prior to model creation, the historical data can be used to analyze the temporal evolution of the damage and to validate and, if necessary, refine the diagnostic algorithm. The inclusion of historical data is particularly advantageous when measuring devices are to be monitored with regard to their temporal behavior, for example, phenomena such as the drift of measured values. In an advantageous embodiment, the inventive method is implemented in the form of a program code for a computer program which is suitable for carrying out the method when the computer program is executed on a suitable computer system.

Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Me- dium und einem auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu geeignet sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einer geeigneten Computeranlage das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. The invention further comprises a computer program product with a computer-readable medium and a computer program stored on the computer-readable medium with program code means which are suitable for carrying out the method according to the invention on the execution of the computer program on a suitable computer system.

Das Computerprogramm ist bevorzugt in einer dem Fachmann geläufigen Programmiersprache erstellt und an die jeweiligen hard- und softwaretechnischen Anforderungen der eingesetzten Computeranlage angepasst. Besonders bevorzugt ist das Computerprogramm modular aufgebaut. Dadurch wird eine effiziente Implementierung von Überwachungsalgorithmen für die vielfältigen Überwachungsanforderungen, Maschinenkonstruktionen und Ausrüstungsvarianten der Messtechnik ermöglicht. The computer program is preferably created in a familiar programming language and adapted to the respective hardware and software technical requirements of the computer system used. Particularly preferably, the computer program has a modular structure. This enables efficient implementation of monitoring algorithms for the diverse monitoring requirements, machine designs and equipment variants of the measurement technology.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur modellbasierten Überwachung einer Turbomaschine. Die Vorrichtung umfasst eine Überwachungseinheit mit einer Berechnungseinheit und einer Bewertungseinheit, wobei die Überwachungseinheit für den Empfang relevanter Prozessparameter von der Turbomaschine vorbereitet ist, in der Berechnungseinheit auf Basis dieser Parameter Berechnungen durchgeführt und als Ergebnis ein oder mehrere Zustandswer- te ermittelt werden können, und in der Bewertungseinheit anhand der Zustandswerte der Zustand der Turbomaschine bewertet werden kann, und wobei die Überwachungseinheit derart eingerichtet ist, dass die Berechnungen auf der Grundlage eines oder mehrerer physikalischer Modelle mindestens eines Teilsystems der Turbomaschine durchführbar sind. Another aspect of the invention is an apparatus for model-based monitoring of a turbomachine. The device comprises a monitoring unit having a calculation unit and a valuation unit, wherein the monitoring unit is prepared for receiving relevant process parameters from the turbomachine, calculations are carried out in the calculation unit on the basis of these parameters and one or more state values can be determined as a result, and the evaluation unit based on the state values of the state of the turbomachine can be evaluated, and wherein the monitoring unit such is arranged such that the calculations on the basis of one or more physical models of at least one subsystem of the turbomachine are feasible.

In der Berechnungseinheit sind vorzugsweise sämtliche Berechnungsvorschriften wie Glei- chungen, Ungleichungen und/oder Kennfelder des mindestens einen physikalischen Modells hinterlegt, die erforderlich sind, um anhand der relevanten Prozessparameter Zustandswerte berechnen zu können. In the calculation unit, preferably all calculation rules such as equations, inequalities and / or characteristic maps of the at least one physical model are stored, which are necessary in order to be able to calculate state values based on the relevant process parameters.

In der Bewertungseinheit werden die berechneten Zustandswerte verwendet, um den Zustand der Turbomaschine zu bewerten. Als Ergebnis der Bewertung kann beispielsweise ein Bericht für das Instandhaltungspersonal erstellt werden, z.B. zu festgelegten Zeitpunkten oder ausgelöst durch Ergebnisse der Bewertungseinheit wie eine Grenzwertüberschreitung. Ein derartiger Bericht kann sowohl Informationen zum aktuellen Zeitpunkt enthalten als auch Informationen über die Vergangenheit oder die Zukunft. Ein Beispiel für vergangene Daten ist die textliche und/oder grafische Darstellung der Entwicklung von berechneten Zustandswerten über einen bestimmten Zeitraum in der Vergangenheit. Ein Beispiel für zukunftsgerichtete Daten sind Prognosewerte für Zustandswerte über einen bestimmten Zeitraum in der Zukunft, die auf Basis des einen oder der mehreren physikalischen Modelle berechnet wurden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungseinheit ganz oder teilweise auf einer Computeranlage implementiert, und die Vorrichtung umfasst weiterhin Mittel zur Übertragung der relevanten Prozessparameter von der Turbomaschine an die Überwachungseinheit. In the scoring unit, the calculated state values are used to evaluate the state of the turbomachine. As a result of the evaluation, for example, a report may be prepared for the maintenance personnel, e.g. at fixed times or triggered by valuation unit results such as a limit violation. Such a report can contain information about the current time as well as information about the past or the future. An example of past data is the textual and / or graphical representation of the evolution of calculated state values over a period of time in the past. An example of forward-looking data is predictive values for state values over a given period of time in the future that have been calculated based on the one or more physical models. In a preferred embodiment, the monitoring unit is fully or partially implemented on a computer system, and the apparatus further comprises means for transmitting the relevant process parameters from the turbomachine to the monitoring unit.

Geeignete Computeranlagen sind beispielsweise Personal Computer (PCs), Industrie-PCs, Prozessleitsysteme (PLS), speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), sicherheitsgerichtete SPS (SSPS), in die Turbomaschine eingebettete Mikroprozessoren oder auch zentrale Datenverarbeitungsplattformen wie Manufacturing Execution Systems. Zur Übertragung der relevanten Prozessparameter geeignete Mittel sind beispielsweise verdrahtete Signalübertragungssysteme wie das in der Prozessindustrie übliche 4 - 20 mA Signal oder Feldbussysteme, aber auch drahtlose Systeme wie Funkverbindungen. Die Mittel zur Übertragung relevanter Prozessparameter können als Einzelverbindungen oder in Form von Netzwerken realisiert sein, beispielsweise als Local Area Networks (LAN), Wireless LAN , Internet- oder Intranet-Verbindungen. Suitable computer systems are, for example, personal computers (PCs), industrial PCs, process control systems (PCS), programmable logic controllers (PLCs), safety-related PLCs (SSPS), microprocessors embedded in the turbomachine or even central data processing platforms such as manufacturing execution systems. Suitable means for transmitting the relevant process parameters are, for example, wired signal transmission systems such as the 4-20 mA signal or fieldbus systems customary in the process industry, but also wireless systems such as radio links. The means for transmitting relevant process parameters can be implemented as individual connections or in the form of networks, for example as local area networks (LANs), wireless LANs, Internet or intranet connections.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung umfassen die Mittel ein System zur Speicherung und Verarbeitung relevanter Prozessparameter. Besonders bevorzugt handelt es sich bei diesem System um ein Betriebsdateninformationssystem. In a further preferred embodiment, the means comprise a system for storing and processing relevant process parameters. Particularly preferably, this system is an operating data information system.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungseinheit ganz oder teilweise in Form von Funktionsblöcken in einem Prozessleitsystem implementiert. In a further preferred embodiment, the monitoring unit is completely or partially implemented in the form of function blocks in a process control system.

In Abhängigkeit von den berechneten Zustandswerten und den zugrunde gelegten Bewertungskriterien können durch die Überwachungseinheit unterschiedliche Aktionen ausgelöst werden. So kann beispielsweise eine Warnmeldung oder Alarmmeldung abgesendet oder ein automatischer Eingriff in die Prozessführung vorgenommen werden. Die Überwachungseinheit kann auch derart konfiguriert sein, dass bei Vorliegen bestimmter Voraussetzungen die Turbomaschine automatisch abgeschaltet wird, beispielsweise wenn anhand der berechneten Zu- standswerte und Bewertungskriterien eine kritische Situation festgestellt wird. Die Aktionen können auch zeitlich oder hierarchisch gestaffelt ausgeführt werden. Depending on the calculated state values and the underlying evaluation criteria, different actions can be triggered by the monitoring unit. For example, a warning message or alarm message can be sent or an automatic intervention in the process control can be made. The monitoring unit can also be configured in such a way that, given certain conditions, the turbomachine is switched off automatically, for example if a critical situation is determined on the basis of the calculated state values and evaluation criteria. The actions can also be staggered in time or hierarchy.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Fehlzustände oder Verschleißzustände frühzeitig zu erkennen, die bislang nicht erkannt werden konnten. Beispiele hierfür sind eine hohe Axialkraftbelastung der Axiallager, Schiefstellung des Lagers, Ölkohlenaufbau auf einemThe method according to the invention makes it possible to detect incorrect states or wear conditions at an early stage, which hitherto could not be detected. Examples include a high Axialkraftbelastung the thrust bearing, misalignment of the bearing, oil charcoal construction on a

Schwimmring oder das Verkanten eines Schwimmrings. Es ist ferner möglich, die zeitliche Entwicklung von Zustandswerten auf Basis der Modelle über einen gewissen Zeitraum in die Zukunft zu berechnen. Auf Basis der mit Hilfe der Modelle gewonnenen Information können Maßnahmen ergriffen werden, die Schäden vorbeugen, was zu einer Reduzierung von Ausfällen, einer Reduzierung der Instandhaltungskosten sowie häufig auch einer Verlängerung der Laufzeit der Turbomaschine führt. Dadurch können Wartungsintervalle verlängert und Stillstandszeiten minimiert werden, was mit zum Teil erheblichen Kostenvorteilen für die Betreiber der Turbomaschine verbunden ist. Auch unabhängig von einer Verlängerung der Betriebszeit besteht ein Interesse des Betreibers, Auskünfte über den Zustand der Turbomaschine zu erhalten, bei- spielsweise um den Betrieb zu optimieren oder die Auslastung zu erhöhen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund seiner Flexibilität auf die unterschiedlichsten Turbomaschinen anwendbar. Es ermöglicht eine kontinuierliche betriebsbegleitende Überwachung der Turbomaschine und deren Hilfssysteme, erhöht die Sicherheit und reduziert das Risiko für Personal und Umwelt. Swim ring or tilting a swimming ring. It is also possible to calculate the time evolution of state values based on the models over a period of time into the future. Based on the information obtained from the models, measures can be taken to prevent damage, leading to a reduction in failures, a reduction in maintenance costs and, often, an extension of the running time of the turbomachinery. As a result, maintenance intervals can be extended and downtime can be minimized, which is associated with sometimes considerable cost advantages for the operator of the turbomachine. Irrespective of an extension of the operating time, there is also an interest of the operator in obtaining information about the state of the turbomachine, for example in order to optimize the operation or to increase the utilization. Due to its flexibility, the method according to the invention can be applied to a wide variety of turbomachines. It enables continuous on-the-job monitoring of the turbomachinery and its auxiliary systems, increases safety and reduces the risk to personnel and the environment.

Anhand der Zeichnungen wird im Folgenden die Erfindung weiter erläutert, wobei die Zeichnungen als Prinzipdarstellungen zu verstehen sind. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung, beispielsweise im Hinblick auf konkrete Ausgestaltungsvarianten, dar. Es zeigen: Fig. 1 : Prinzipskizze einer Turbomaschine mit einer Überwachungseinheit With reference to the drawings, the invention will be further explained in the following, the drawings being to be understood as schematic representations. They do not represent a limitation of the invention, for example with regard to specific design variants. FIG. 1 shows a schematic diagram of a turbomachine with a monitoring unit

Fig. 2: Prinzipskizze einer Turbomaschine mit einer alternativen Implementierung einer Überwachungseinheit  2 shows a schematic diagram of a turbomachine with an alternative implementation of a monitoring unit

Fig. 3: Teilmodelle und ihre Verknüpfung Fig. 3: partial models and their connection

Fig. 4: Illustration der Überwachung einer Axialabstandsmessung an einem Turboverdichter  4: Illustration of the monitoring of an axial distance measurement on a turbocompressor

Fig. 1 zeigt schematisch die Ankopplung einer Überwachungseinheit 20 an ein zu überwachendes System 10, welches die Turbomaschine, deren Hilfssysteme und andere Systeme, die Messdaten für die Überwachungsaufgabe erzeugen, beinhaltet. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im Folgenden dieses zu überwachende System als„Turbomaschine 10" be- zeichnet. Die Überwachungseinheit 20 verfügt über eine Berechnungseinheit 22, in der Berechnungen durchgeführt werden. Die Modelle, die den Berechnungen zugrunde liegen, können mehrere Teilmodelle 24 umfassen. Weiterhin umfasst die Überwachungseinheit 20 eine Bewer- tungseinheit 26, in der Bewertungen durchgeführt werden. Die Turbomaschine 10 umfasst mehrere Teilsysteme 12, wobei es sich dabei um physikalisch abgrenzbare Teilsysteme der Maschine handeln kann, beispielsweise Axial- und Radiallager, Sperrölsystem oder Schmierölsystem. Der Berechnung zugrunde liegende Teilmodelle 24 können Modelle der jeweiligen Teilsys- teme 12 der Maschine sein. Ein Teilsystem 12 kann aber auch mit Hilfe von mehreren Teilmodellen 24 abgebildet werden, sodass die Anzahl an Teilmodellen 24 deutlich größer sein kann als die Anzahl an Teilsystemen 12. 1 schematically shows the coupling of a monitoring unit 20 to a system 10 to be monitored, which contains the turbomachine, its auxiliary systems and other systems which generate measured data for the monitoring task. To simplify the description, this system to be monitored is referred to below as "turbomachine 10." The monitoring unit 20 has a calculation unit 22 in which calculations are performed. The models on which the calculations are based may include a plurality of partial models 24. Furthermore, the monitoring unit 20 comprises an evaluation processing unit 26 in which evaluations are carried out. The turbomachine 10 comprises a plurality of subsystems 12, which may be physically delimitable subsystems of the machine, for example axial and radial bearings, barrier oil system or lubricating oil system. Submodels 24 on which the calculation is based may be models of the respective subsystems 12 of the machine. However, a subsystem 12 can also be imaged with the aid of several submodels 24, so that the number of submodels 24 can be significantly greater than the number of subsystems 12.

Die Überwachungseinheit 20 empfängt relevante Prozessparameter 14 von der Turbomaschine 10. Dabei können die Parameter 14 direkt übertragen werden, wie dies im rechten Teil der Grafik angedeutet ist. Die Parameter 14 können auch zunächst einem System 30 zur Speicherung und Verarbeitung der relevanten Prozessparameter, insbesondere einem Betriebsdateninformationssystem, zugeführt werden. Aus diesem System werden verarbeitete Parameter 16 an die Überwachungseinheit 20 übermittelt. The monitoring unit 20 receives relevant process parameters 14 from the turbomachine 10. In this case, the parameters 14 can be transmitted directly, as indicated in the right-hand part of the graph. The parameters 14 may also initially be supplied to a system 30 for storing and processing the relevant process parameters, in particular an operating data information system. From this system, processed parameters 16 are transmitted to the monitoring unit 20.

Aus den relevanten Prozessparametern 14, 16 werden in der Überwachungseinheit 20 Zu- standswerte 28 ermittelt, anhand derer in der Bewertungseinheit 26 der Zustand der Turbomaschine bewertet werden kann. Um Zustandswerte 28 und Bewertungsergebnisse 29 dem Be- diener sichtbar zu machen, werden sie an eine Anzeigevorrichtung 40 übermittelt, beispielswei- se ein Display einer Datenverarbeitungseinrichtung. From the relevant process parameters 14, 16, state values 28 are determined in the monitoring unit 20, by means of which state of the turbomachine can be evaluated in the evaluation unit 26. In order to make status values 28 and evaluation results 29 visible to the operator, they are transmitted to a display device 40, for example a display of a data processing device.

Fig. 2 zeigt eine alternative Form der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei sind die Teilmodelle 24 der Berechnungseinheit 22 und die Bewertungseinheit 26 als Funktionsblöcke in einem Prozessleitsystem 50 implementiert. Auch das System 30 zur Spei- cherung und Verarbeitung der relevanten Prozessparameter sowie die Anzeigevorrichtung 40 sind Teil des Prozessleitsystems 50. Geeignete Prozessleitsysteme sowie deren informationstechnische Ankopplung an eine Turbomaschine sind dem Fachmann bekannt. Fig. 2 shows an alternative form of implementation of the method according to the invention. In this case, the submodels 24 of the calculation unit 22 and the evaluation unit 26 are implemented as function blocks in a process control system 50. The system 30 for storing and processing the relevant process parameters and the display device 40 are also part of the process control system 50. Suitable process control systems and their information technology coupling to a turbomachine are known to the person skilled in the art.

Beispiel example

Für einen Turboverdichter wurden verschiedene Teilmodelle 24 erstellt und auf einer zentralen Manufacturing Execution System Plattform implementiert, welche die Möglichkeit zur modularen Implementierung komplexer Algorithmen bietet. In Fig. 3 ist ein Schema der einzelnen Teilmodelle angegeben, wobei die Nummern bedeuten: For a turbocompressor, various submodels 24 have been created and implemented on a central Manufacturing Execution System platform, which provides the ability to modularly implement complex algorithms. FIG. 3 shows a scheme of the individual submodels, the numbers meaning:

240 .. . Thermodynamikmodell 240 ... thermodynamics model

241 .. . Ausrichtmodell  241 ... Ausrichtmodell

242 .. . Wellenabdichtungsmodell  242 ... Shaft seal Model

243 .. . Kupplungsmodell  243 ... coupling model

244 .. . Schubmodell  244 ... push model

245 .. . Rotormodell  245 ... rotor model

246 .. . Modell des Hilfssystems Sperröl 247 Modell des Hilfssystems Schmieröl 246 ... Model of the auxiliary system Sperröl 247 Model of the auxiliary system lubricating oil

248 Axial- und Radiallagermodell  248 Axial and radial bearing model

249 Gehäusemodell Die Pfeile deuten an, dass Ergebnisse aus dem jeweiligen Teilmodell in ein anderes Teilmodell einfließen.  249 Enclosure Model The arrows indicate that results from the respective submodel are included in another submodel.

Nicht abgebildet ist das Schwingungsmodell, das Daten von Schwingungssensoren, z.B. Frequenzspektren der Schwingungen, als Teil der relevanten Prozessparameter empfängt. Dieses Modell greift zu auf das Ausrichtmodell, das Wellenabdichtungsmodell, das Kupplungsmodell, das Rotormodell, das Axial- und Radiallagermodell sowie das Gehäusemodell. Not shown is the vibration model that contains data from vibration sensors, e.g. Frequency spectra of the vibrations, as part of the relevant process parameters receives. This model applies to the alignment model, the shaft seal model, the clutch model, the rotor model, the axial and radial bearing model and the housing model.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einiger Teilmodelle näher erläutert. Ihnen allen ist gemein, dass es sich um physikalische Modelle von Teilsystemen der Turbomaschine handelt. Die konkreten Ansätze der Modellierung, insbesondere der Detaillierungsgrad können in Abhängigkeit der an die Überwachung gestellten Anforderungen ausgewählt und angepasst werden. Die im Folgenden dargestellten Teilmodelle sind lediglich als Beispiele anzusehen. Sie bedeuten keinerlei Einschränkung der Erfindung auf die konkreten relevanten Prozessparameter, Modellierungsansätze und daraus ermittelte Zustandswerte. The invention will be explained in more detail below with reference to some submodels. They all have in common that they are physical models of subsystems of the turbomachinery. The specific modeling approaches, in particular the level of detail, can be selected and adjusted depending on the requirements placed on the monitoring. The partial models presented below are to be regarded as examples only. They do not imply any limitation of the invention to the specific relevant process parameters, modeling approaches and state values determined therefrom.

In Fig. 3 ist mit der Bezugsziffer 246 das sogenannte Sperrölsystem bezeichnet. Das Sperröl- system dient unter anderem dazu, das Sperröl zu entgasen, zu kühlen, zu reinigen und den Wellenabdichtungen geregelt zuzuführen. Modelltechnisch wurde das Sperrölsystem in mehrere Teilmodelle untergliedert, das Teilmodell Sperrölbehälter, das Teilmodell Ölfilter, das Teilmo- dell Ölpumpe, das Teilmodell Ölkühler, das Teilmodell Sperröldichtung und das Teilmodell Ventile und Regelventile. In Fig. 3, the reference numeral 246 denotes the so-called barrier oil system. Among other things, the barrier oil system serves to degas the cooling oil, to cool it, to clean it and to supply the shaft seals in a controlled manner. In terms of model technology, the barrier oil system was subdivided into several submodels, the submodel for oil reservoir, the oil filter submodel, the oil pump submodel, the oil cooler submodel, the barrier oil seal submodel and the valves and control valves submodel.

Die Modellierung der Teilmodelle des Sperrölbehälters, der Ölpumpen, der Ölkühler und der Ventile und Regelventile folgen dem Fachmann bekannten Modellierungsansätzen wie Massen- und Energiebilanz, Wärmeübertragungsgesetz für Ölkühler, Kennlinien für Pumpe und Ventile. Der Ölfilter wurde durch das im Folgenden beschriebene physikalische Modell abgebildet. Der Ölfilter dient dazu, Verunreinigungen im Öl zu entfernen. Diese Verunreinigungen können z.B. Abriebspartikel, Ölkohlepartikel oder ausfallende Additive sein. Eine signifikante Zunahme von Verunreinigungen indiziert ein Problem im Sperrölsystem wie lokale Temperaturüberhöhungen des Öls oder Mangelschmierung mit Metallabrieb. Das Ölfiltermodell eignet sich vorteilhaft dazu, den Verunreinigungszustand zu überwachen und bei signifikanten Veränderungen eine Warnmeldung zu erzeugen. The modeling of the submodels of the barrier oil tank, the oil pumps, the oil cooler and the valves and control valves follow the well-known modeling approaches such as mass and energy balance, heat transfer law for oil cooler, characteristics for pump and valves. The oil filter was mapped by the physical model described below. The oil filter is used to remove impurities in the oil. These impurities may be e.g. Abrasion particles, carbon particles or precipitating additives. A significant increase in contaminants indicates a problem in the barrier oil system such as localized temperature increases of the oil or insufficient lubrication with metal abrasion. The oil filter model is advantageously useful for monitoring contaminant status and alerting for significant changes.

Relevante Prozessparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung sind für das Teilmodell Ölfilter die folgenden: Relevant process parameters in the sense of the present invention are the following for the oil filter submodel:

- die Druckdifferenz Ap über den Ölfilter, - die Temperatur T des Öls, gemessen vor oder hinter dem Ölfilter oder einem Mittelwert daraus, sowie the pressure difference Ap across the oil filter, - the temperature T of the oil, measured before or after the oil filter or a mean value thereof, as well as

- der Volumenstrom Vdes Öls durch den Filter. Alternativ für den gemessenen Volumenstrom V könnte auch ein berechneter Wert verwendet werden, indem der gemessene Ölmassenstrom durch die Öldichte geteilt wird.  - The volume flow Vdes oil through the filter. Alternatively, for the measured volumetric flow V, a calculated value could also be used by dividing the measured oil mass flow by the oil density.

Diese Parameter wurden mit bekannten Messgeräten online erfasst. Weiterhin war für die Modellierung des Ölfilters die temperaturabhängige Viskosität des Öls η(Τ) erforderlich. These parameters were recorded online using known measuring devices. Furthermore, the temperature-dependent viscosity of the oil η (Τ) was required for the modeling of the oil filter.

Auf Basis dieser Parameter wurde mit Hilfe des auf dem Gesetz von Hagen und Poiseulle für laminar durchströmte Filter basierenden Modells On the basis of these parameters was based on the model based on the law of Hagen and Poiseulle for laminar flowed through filter

Ap Ap

ein spezifischer Filterparameter k als Zustandswert ermittelt, der messtechnisch nicht erfasst werden kann. Nimmt der Wert des Filterparameters über die Zeit ab, ist dies ein Indikator für einen erhöhten Filterwiderstand, zum Beispiel aufgrund von Partikelablagerungen. Daher lassen sich der gegenwärtige Zustand und die Zeitdauer bis zum notwendigen Auswechseln des Filters durch die Bewertung des durch das Modell ermittelten Filterparameters beurteilen. Eine Warnmeldung wird ausgelöst, wenn der Wert des Filterparameters oder die zeitliche Änderungsrate des Filterparameters den Grenzwert überschreitet. Die Warnmeldung kann auf einen erhöhten Verschleiß und Partikelablagerung oder auf eine schnelle Änderung der Ölqualität, zum Beispiel durch Verkokung, hinweisen. Auf diese Art lassen sich wichtige Komponenten, in diesem Fall der Ölfilter und die Ölqualität, für den sicheren Betrieb der Turbomaschine mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens überwachen. Das Teilmodell der Sperröldichtung umfasst als Bilanzraum die Ölverteilungskanäle in der Turbomaschine und das Dichtungselement selbst, in diesem Beispiel eine kombinierte Schwimmring-Gleitringdichtung. a specific filter parameter k is determined as a state value that can not be detected metrologically. If the value of the filter parameter decreases over time, this is an indicator of increased filter resistance, for example due to particulate build-up. Therefore, the current state and the time until the necessary replacement of the filter can be judged by the evaluation of the filter parameter determined by the model. A warning message is raised if the value of the filter parameter or the rate of change of the filter parameter exceeds the limit. The warning message may indicate increased wear and particulate buildup or a rapid change in oil quality, such as coking. In this way, important components, in this case the oil filter and the oil quality, can be monitored for the safe operation of the turbomachine with the aid of the method according to the invention. The subset of the barrier oil seal includes as balance space the oil distribution passages in the turbomachinery and the seal element itself, in this example a combined floating ring mechanical seal.

Als relevante Prozessparameter wurden für die Sperröldichtung die folgenden ausgewählt: - die Eintrittstemperatur des Sperröls, As relevant process parameters, the following were selected for the barrier oil seal: the inlet temperature of the barrier oil,

- die Austrittstemperatur des Sperröls,  the exit temperature of the barrier oil,

- der Differenzdruck des Sperröls über die Dichtung,  the differential pressure of the barrier oil over the seal,

- die Gehäusetemperatur,  the housing temperature,

- die Drehzahl des Rotors und  - The speed of the rotor and

- der Massenstrom des Sperröls.  - The mass flow of the barrier oil.

Diese Prozessparameter wurden mit bekannten Messgeräten und -methoden online erfasst. Um den Massenstrom des Sperröls zu bestimmen, kann auch der Volumenstrom des Sperröls gemessen und als ein Prozessparameter verwendet werden. In diesem Fall lässt sich der Mas- senstrom aus dem Volumenstrom und der temperaturabhängigen Dichte des Öls berechnen. Weiterhin waren zur Modellierung der Sperröldichtung die temperaturabhängige spezifische Wärmekapazität des Öls und die temperaturabhängige Viskosität des Öls erforderlich. Diese beiden Größen wurden Kennfeldern für das eingesetzte Öl entnommen. These process parameters were recorded online using known measuring devices and methods. In order to determine the mass flow of the barrier oil, the volume flow of the barrier oil can also be measured and used as a process parameter. In this case, the mass flow can be calculated from the volume flow and the temperature-dependent density of the oil. Furthermore, to model the barrier oil seal were the temperature-dependent specific Heat capacity of the oil and the temperature-dependent viscosity of the oil required. These two variables were taken from maps for the oil used.

Die zugrundeliegenden Modellansätze sind eine Massenbilanz und eine Energiebilanz, die fol- gende Energieeinträge berücksichtigt: die Reibleistung im Ölspalt des Dichtungselements am Schwimmring, die innere Reibleistung des Öls durch Kontakt mit rotierenden Oberflächen und Dissipation, den Wärmeeintrag über die Gehäusewandung der ölkanäle, den Wärmeeintrag über die Rotorwelle und den Wärmeeintrag aus der Gleitringdichtung. Die jeweiligen Energieanteile wurden in Abhängigkeit mehrerer Prozessparameter modelliert und an historische Messda- ten vom Normalbetrieb der Turbomaschine angepasst. The underlying model approaches are a mass balance and an energy balance that takes into account the following energy inputs: the friction in the oil gap of the sealing element at the floating ring, the internal friction of the oil through contact with rotating surfaces and dissipation, the heat input through the housing wall of the oil channels, the heat input via the rotor shaft and the heat input from the mechanical seal. The respective energy components were modeled as a function of several process parameters and adapted to historical measurement data from the normal operation of the turbomachine.

Die Verlustleistung in der Sperröldichtung errechnet sich The power loss in the sealing oil seal is calculated

p ¹ Verlust = p V + p GR + p SR

wobei P_Verlust die gesamte Verlustleistung ist, P_V,P_GR,P_SR jeweils die Ventilations-, Gleitring- und Schwimmringverlustleistung, n die Drehzahl der Welle, Ap_GR die Druckdifferenz über den Gleit- ring, 0_{m V} ß_{m GR} ,0_{m SR} die mittleren Öltemperaturen jeweils im Ventilationsbereich, am Gleitring und am Schwimmring, η_άγη die temperaturabhängige dynamische Viskosität des Sperröls, c_v , c_GR , c_SR von der Geometrie der Dichtung abhängigen Konstanten (wie z.B. mittlerer Ventilations-, Gleitring- und Schwimmringdurchmesser, Länge des Ventilationsspaltes, Breite des Ventilationsspaltes, Schwimmringbreite), _Reib der Reibungsbeiwert zwischen dem Gleitring und dem Rotor. p ¹ loss = p V + p GR + p SR

where P _{loss is} the total power dissipation, P _V , P _GR , P _{SR are} respectively the ventilation, slip ring and floating ring power loss, n the speed of the shaft, Ap _GR the pressure difference across the slip ring, 0 _{m V} β _{m GR} , 0 _{m SR} the average oil temperatures in the ventilation area, on the sliding ring and on the floating ring, η _άγη the temperature-dependent dynamic viscosity of the barrier oil, c _v , c _GR , c _SR of the geometry of the seal dependent constants (such as mean ventilation, Gleitring- and floating ring diameter , Length of the ventilation gap, width of the ventilation gap, floating ring width), _{friction of} the coefficient of friction between the sliding ring and the rotor.

Die Wärmemenge, die durch das Sperröl abgeführt wird, kann wie folgt berechnet werden:The amount of heat dissipated by the barrier oil can be calculated as follows:

¹ Ol ¹ οι,ν ^{τ 1} Ol, GR ^{τ 1} Ol, SR ¹ Ol ¹ οι, ν ^{τ 1} Ol, GR ^{τ 1} Ol, SR

POel,V = ²™^Cp (ö_m,v au_S,V ^~ & _M,_V ) POel, V = ² ™ ^C p (ö _m , v au _S , V ^~ & _M , _V )

POel,GR = ²™^C _P (ßm,GR W aus, GR ^~ ^ m,GR ) Poel, GR = ^{2 C} ™ _P (SSM, GR from W, GR ^~ ^ m, GR)

Po_el,SR ⁼ 2lÜC_p (0_{m SR})(9_{aus SR}—ö_{m SR}) wobei P_öl die gesamte durch das Öl abgeführte Wärme, POI _V ^_ÖI _GR ^_ÖI _SR J^eweil^s die durch das Öl von dem Ventilationsteil, Gleitring und Schwimmring abgeführte Wärme, m der Massen- ström des Sperröls, ö_{aus V} ß_{aus GR} ß_{aus SR} die Temperaturen des Sperröls jeweils an der Austrittsstelle aus der Ventilation, dem Gleitring und dem Schwimmring und c_p die temperaturabhängige spezifische Wärmekapazität des Sperröls darstellt. Po _el , SR ⁼ 2π _p (0 _{m SR} ) (9 _{from SR} -ö _{m SR} ) where P _{oil is} the total heat dissipated by the oil, POI _V ^ _Ö I _G R ^ _Ö I _S RJ ^ewe il ^s by the Oil from the ventilation part, sliding ring and floating ring dissipated heat, m the mass flow of the blocking oil, ö _{from V} ß _{from GR} ß _{from SR} the temperatures of the barrier oil at the exit point of the ventilation, the sliding ring and the floating ring and c _p the temperature-dependent represents specific heat capacity of the barrier oil.

Aus der Energiebilanz ergibt sich From the energy balance arises

P - P p - p p - p  P - P p - p p - p

V ¹ Ol,V ' GR ¹ Öl, GR ' SR ¹ Ol, SRV ¹ oil, V 'GR ¹ oil, GR' SR ¹ oil, SR

ein,V ^~ em > aus,V ^~ ^ ein, GR ^ aus, GR ^~ ^ ein, SR ß aus, SR ^~ ^a wobei 0_ein die Eintrittstemperatur des Sperröls, 6_aus die Austrittstemperatur des Sperröls und Q_em v fiein ß ein die Temperaturen des Sperröls jeweils an der Eintrittsstelle in die Ventilation, den Gleitring und den Schwimmring bezeichnen. Auf Basis der relevanten Prozessparameter wurden mit Hilfe des oben beschriebenen Modells die folgenden Zustandswerte berechnet: on, V ^~ em> off, V ^~ ^ on, GR ^ off, GR ^~ ^ on, SR ß off, SR ^~ ^ a wherein _a 0, the entry temperature of the barrier oil, _from 6 denote the outlet temperature of the barrier oil and mv Q _e fi to set a ß the temperatures of the barrier oil each at the entry point in the ventilation, the seal ring and the floating ring. Based on the relevant process parameters, the following state values were calculated using the model described above:

- die Temperatur des Sperröls an der Eintrittsstelle (ohne Verwendung der gemessenen Eintrittstemperatur),  the temperature of the barrier oil at the point of entry (without the use of the measured inlet temperature),

- die Temperatur des Sperröls an der Austrittsstelle (ohne Verwendung der gemessenen Austrittstemperatur),  the temperature of the barrier oil at the exit point (without using the measured outlet temperature),

- die Temperaturen des Sperröls an mehreren ausgewählten Stellen innerhalb der Sperröl- dichtung,  the temperatures of the barrier oil at several selected locations within the barrier oil seal,

- die Verlustleistung der Sperröldichtung und  - The power loss of the sealing oil seal and

- die Wärmemenge, die durch das Sperröl abgeführt wird.  - The amount of heat that is dissipated by the barrier oil.

Generell dürfen die Temperaturen des Sperröls nicht zu hoch werden. Bei einer zu hohen Temperatur würde das Öl instabil und es käme zu Verschmutzungen im Spalt und einem Versagen der Dichtung. Die Verlustleistung ist eine wichtige Information über die in der Turbomaschine während des Betriebs entstehende Wärme. Um den momentanen Zustand der Sperröldichtung zu beurteilen und deren zukünftiges Verhalten vorherzusagen, werden die Zustandswerte wie folgt bewertet. In general, the temperatures of the barrier oil must not be too high. Too high a temperature would make the oil unstable and lead to contamination in the gap and seal failure. The power loss is important information about the heat generated in the turbomachine during operation. To assess the current state of the barrier oil seal and to predict its future behavior, the state values are evaluated as follows.

Da die Eintrittstemperatur des Sperröls sowohl als Zustandswert berechnet als auch als relevanter Prozessparameter gemessen wurde, handelt es sich hierbei um eine oben beschriebene Software-Redundanz. Durch die Betrachtung der Differenz zwischen der berechneten und gemessenen Eintrittstemperatur konnten die Funktionsfähigkeit des Temperatursensors und gegebenenfalls auftretende Probleme in der Sperröldichtung überwacht werden. Ein Alarm wird ausgelöst, wenn die Differenz zwischen der berechneten und gemessenen Eintrittstemperatur einen Grenzwert überschreitet. Der Zustandswert der Austrittstemperatur des Sperröls wurde in ähnlicher Weise für die Überwachung verwendet. Since the inlet temperature of the barrier oil was calculated both as a state value and measured as a relevant process parameter, this is a software redundancy described above. By considering the difference between the calculated and measured inlet temperature, the functionality of the temperature sensor and possibly occurring problems in the sealing oil seal could be monitored. An alarm is triggered when the difference between the calculated and measured inlet temperature exceeds a limit. The status value of the outlet temperature of the barrier oil was similarly used for the monitoring.

Die Temperaturen des Sperröls innerhalb der Sperröldichtung sind meistens messtechnisch nicht erfasst. Die berechneten Werte dieser Temperaturen wurden mit ihren jeweiligen Grenzwerten verglichen. Durch Auslösen eines Warnsignals bei Überschreitung des Grenzwertes können das Betriebs- und Instandhaltungspersonal über hohe Temperaturen innerhalb der Sperröldichtung rechtzeitig informiert werden. The temperatures of the barrier oil within the barrier oil seal are usually not detected by measurement. The calculated values of these temperatures were compared with their respective limits. By triggering a warning signal when the limit value is exceeded, the operating and maintenance personnel can be informed in good time about high temperatures within the barrier oil seal.

Ferner wurden die Zustandswerte der Verlustleistung und der Wärmemenge auch mit ihren entsprechenden Grenzwerten verglichen. Beispielsweise kann eine ansteigende Verlustleistung auf eine zunehmende Reibung innerhalb der Dichtung hinweisen, was auf eine zunehmende Ablagerung von Ölkohle in der Dichtung zurückzuführen sein kann. Unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der Verlustleistung kann in diesem Beispiel der optimale Zeitpunkt für eine Reinigung der Dichtung ermittelt werden. Ebenso kann mit Hilfe dieser Informationen die Fahrweise derart angepasst werden, dass der Zeitpunkt der Reinigung hinausgezögert wird. Furthermore, the state values of the power loss and the amount of heat were also compared with their respective limits. For example, increasing power dissipation may indicate increasing friction within the seal, which may be due to increased deposition of carbon in the seal. Taking into account the time course of the power loss in this example, the optimal time for a Cleaning the seal to be determined. Likewise, with the help of this information, the driving style can be adjusted so that the time of cleaning is delayed.

Ein weiteres Beispiel ist das Teilsystem Axiallager. Das Axiallager hält den Rotor in seiner Posi- tion relativ zum Gehäuse, indem es die axialen Rotorkräfte aufnimmt. Für Axiallager gibt es verschiedene Bauformen, z.B. Kippsegment-Axiallager. In allen Fällen befindet sich zwischen den beiden Lagerflächen ein dünner Ölfilm, der über hydrodynamische Kräfte aufrechterhalten wird. Another example is the subsystem thrust bearing. The thrust bearing holds the rotor in position relative to the housing by absorbing the axial rotor forces. For thrust bearings, there are various types, e.g. Tilting pad thrust bearing. In all cases, there is a thin film of oil between the two bearing surfaces, which is maintained by hydrodynamic forces.

Für das Teilmodell Axiallager wurden folgende relevante Prozessparameter festgelegt: The following relevant process parameters have been defined for the axial bearing partial model:

- der Saugdruck und die Saugtemperatur des zu verdichtenden Gasstroms,  the suction pressure and the suction temperature of the gas stream to be compressed,

- der Enddruck und die Endtemperatur des verdichteten Gasstroms,  the final pressure and the end temperature of the compressed gas stream,

- die Gaszusammensetzung,  the gas composition,

- die Ansaugmenge des Gases als Massenstrom,  the amount of intake of the gas as mass flow,

- der Stufendruck und die Stufentemperatur vor und nach jedem einzelnen Laufrad, - die Drehzahl des Rotors,  the step pressure and the step temperature before and after each individual impeller, the speed of the rotor,

- die Axiallagertemperaturen, auch an einzelnen Lagersteinen eines mehrteiligen Segmentlagers sowie  - The axial bearing temperatures, even on individual jewels of a multi-part segment bearing and

- der Axialabstand eines Referenzpunktes des Rotors relativ zum Gehäuse. Sämtliche relevanten Prozessparameter wurden mit bekannten Messgeräten und -methoden online erfasst. Um den Massenstrom des Gases zu bestimmen, kann auch der Volumenstrom des Gases gemessen und als ein Prozessparameter verwendet werden. Der Massenstrom berechnet sich dann aus dem Produkt von Volumenstrom und spezifischer Dichte des Gasstroms. Bei der Erstellung des Modells für das Axiallager wurden im Wesentlichen zwei Modellierungsprinzipien angewandt. Zum einen wurden thermodynamisch begründete Modelle zur Ermittlung der Axialkräfte, der Axiallagerbelastung, der Verdichterleistung und des Wirkungsgrades aus den relevanten Prozessparametern aufgestellt. Zur Ermittlung des Axialabstandes wurden auf der Basis historischer Daten von relevanten Prozessparametern wie Axiallagertemperaturen, Massenstrom oder Volumenstrom, Drehzahl oder Axialschubkraft physikalisch motivierte Korrelationen erstellt, in diesem Fall ein modifiziertes Hooksches Federgesetz, welches die axiale Verschiebung des Rotors relativ zum Gehäuse in Abhängigkeit der berechneten Axialkräfte modelliert. Dieses Modell wurde erweitert um Modellansätze zur Berücksichtigung des Einflusses weitere Prozessparameter, wie Temperatureinflüsse auf die mechanische Steifigkeit des Systems und die Ölfilmdicke im Lagerspalt. Fig. 4 illustriert die Überwachung des Axialabstands anhand der Modellschätzung. Die Abszissenachse repräsentiert die Zeit im Format Monat/Tag, auf der Ordinatenachse ist der Axialabstand aufgetragen. Wenn der Messwert das Konfidenzintervall verlässt, wie dies beispielsweise am 20. September und am 2. Oktober der Fall war, liegt ein Indikator für einen Maschinenzustand vor, der nicht dem modellierten Normalverhalten der Maschine entspricht. Ein Beispielmodell ist nachfolgende Energiebilanz für das Axiallager. Die im Axiallager entstehende Reibungswärme Q lässt sich einerseits aus dem durch das Schmieröl abgeführten Wärmestrom Q = AT - c_p - m (Gl. 1 ) berechnen, wobei AT die Temperaturerhöhung beim Durchströmen des Lagers bezeichnet, m den Ölmengenstrom und c^ die Wärmekapazität. Die Reibungswärme Q lässt sich jedoch auch aus der Reibleistung berechnen durch - The axial distance of a reference point of the rotor relative to the housing. All relevant process parameters were recorded online using known measuring devices and methods. To determine the mass flow of the gas, the volume flow of the gas can also be measured and used as a process parameter. The mass flow is then calculated from the product of volume flow and specific gravity of the gas flow. In the design of the thrust bearing model, essentially two modeling principles were used. On the one hand, thermodynamically based models for the determination of the axial forces, the axial bearing load, the compressor power and the efficiency from the relevant process parameters were set up. To determine the axial distance, physically motivated correlations were created on the basis of historical data of relevant process parameters such as axial bearing temperatures, mass flow or volume flow, rotational speed or axial thrust, in this case a modified Hooke's law governing the axial displacement of the rotor relative to the housing as a function of the calculated axial forces modeled. This model was extended by model approaches to take into account the influence of other process parameters, such as temperature influences on the mechanical rigidity of the system and the oil film thickness in the bearing gap. 4 illustrates the monitoring of the axial distance on the basis of the model estimation. The abscissa axis represents the time in the format month / day, on the ordinate axis the axial distance is plotted. If the reading leaves the confidence interval, as was the case on September 20 and October 2, for example, there is an indicator of a machine condition that does not match the modeled normal behavior of the machine. An example model is the following energy balance for the thrust bearing. The frictional heat Q produced in the thrust bearing can be calculated, on the one hand, from the heat flow Q = AT - c _p -m (equation 1) dissipated by the lubricating oil, where AT denotes the temperature increase when flowing through the bearing, m the oil flow and c ^ the heat capacity. However, the friction heat Q can also be calculated from the friction power

Q = F - - - d_m - n (Gl. 2), wobei F die auf das Lager wirkende Schubkraft (berechnet aus dem Schubmodell), μ die Reibungszahl, d_m den mittleren Lagerdurchmesser und « die Drehzahl bezeichnen. Bis auf μ und g sind alle Größen in den Gleichungen 1 und 2 messbar. Damit lassen sich μ und Q aus diesen zwei Gleichungen berechnen und für die Überwachung des Reibungszustandes im Axiallager nutzen. Q = F - - - d _m - n, where F is the shear force acting on the bearing (calculated from the push model), μ the coefficient of friction, d _m the mean bearing diameter and "denote the speed (Eq. 2). Except for μ and g, all quantities in equations 1 and 2 are measurable. Thus, μ and Q can be calculated from these two equations and used for monitoring the friction state in the thrust bearing.

Mit Hilfe der Modelle wurden folgende Zustandswerte für das Axiallager ermittelt: The models used the following condition values for the axial bearing:

- die Axialschubkraft inklusive Impulskraft, Druckkraft, Kolbenkraft und Reibkraft,  the axial thrust force including impulse force, compressive force, piston force and frictional force,

- die Axiallagerbelastung als Kraft pro Flächeneinheit,  the axial bearing load as force per unit area,

- der Axialabstand eines Referenzpunktes des Rotors relativ zum Gehäuse, und ferner - The axial distance of a reference point of the rotor relative to the housing, and further

- die Verdichterleistung und der Wirkungsgrad, die sich auf die gesamte Turbomaschine beziehen. - The compressor performance and efficiency, which relate to the entire turbomachine.

Die Zustandswerte werden wie folgt auf unterschiedliche Weise für die Diagnose verwendet. The state values are used in different ways for the diagnosis as follows.

Turbomaschinen sind häufig mit mehreren Axialabstandssonden ausgerüstet. Die Axialabstandssonden sind essentiell für die Maschinensicherheit, so dass auf deren Werte Alarm- und Abschaltgrenzen gelegt sind. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass die Axialabstandssonden oft bereits kurz nach der Inbetriebnahme unterschiedliche Werte anzeigen. Die modelltechnische Ermittlung des Axialabstands auf Basis online gemessener relevanter Prozessparameter bietet eine Kontrollmöglichkeit der Messwerte der Axialabstandssonden in Form einer Software- Redundanz. Durch einen Vergleich der Messwerte und des durch das Modell ermittelten Axial- abstands lassen sich Schäden an den Axialabstandssonden beziehungsweise an der Turbomaschine frühzeitig detektieren. Turbo machines are often equipped with several axial distance probes. The axial distance probes are essential for machine safety so that alarm and shutdown limits are set at their values. However, experience shows that the axial distance probes often display different values shortly after commissioning. The model-related determination of the axial distance on the basis of relevant process parameters measured online offers the possibility of checking the measured values of the axial distance probes in the form of software redundancy. By comparing the measured values and the axial distance determined by the model, damage to the axial distance probes or to the turbomachine can be detected at an early stage.

Durch die Zustandswerte wie die Axialschubkraft und die Axiallagerbelastung wurden Einsichten in den Belastungszustand des Axiallagers der Turbomaschine gewonnen, die bislang in dieser Form online im laufenden Betrieb nicht zur Verfügung standen. So können nun beispielsweise Alarmmeldungen generiert werden, sobald die Axialschubkraft oder die Axiallagerbelastung vorgegebene Grenzwerte erreichen. Weitere wichtige Informationen, die aus den Zustandswerten der erfindungsgemäßen Modelle erhalten werden können, sind Aussagen zur Effizienz der Turbomaschine. So kann beispielsweise die Verdichterleistung, der Wirkungsgrad oder deren zeitliche Änderung in Relation ge- setzt werden zu relevanten Prozessparametern wie dem Gasstrom. Die Betrachtung der zeitlichen Verläufe derartiger Relationen lassen Rückschlüsse zu auf Phänomene wie Fouling oder Erosion in der Turbomaschine, die sich beispielsweise in einer Veränderung der Oberflächenrauhigkeit oder der effektiv nutzbaren Geometrien äußern können. Die oben erläuterten Teilmodelle Ölfilter, Sperröldichtung und Axiallager sind unabhängig voneinander und können sowohl gemeinsam in ein Gesamtmodell integriert als auch separat genutzt werden. Soll beispielsweise lediglich das Sperrölsystem überwacht werden, wird das Teilmodell Axiallager dazu nicht benötigt. Je nach Anforderungen an die Überwachung einer Turbomaschine kann ein entsprechendes Modell erstellt werden. Beispiele für weitere Teilmo- delle, die im Rahmen der Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden können, sind in den folgenden Tabellen aufgeführt. The condition values such as the axial thrust force and the thrust bearing load provided insights into the load condition of the turbomachine axial bearing, which was not available in online form during operation. For example, alarm messages can now be generated as soon as the axial thrust load or the axial bearing load reaches specified limit values. Further important information which can be obtained from the state values of the models according to the invention are statements on the efficiency of the turbomachine. Thus, for example, the compressor capacity, the efficiency or its temporal change can be related to relevant process parameters such as the gas flow. The consideration of the temporal courses of such relations allow conclusions to be drawn on phenomena such as fouling or erosion in the turbomachine, which may manifest themselves, for example, in a change in the surface roughness or the effectively usable geometries. The above-mentioned submodels oil filter, sealing oil seal and thrust bearing are independent of each other and can both be integrated into an overall model or used separately. For example, if only the barrier oil system to be monitored, the partial thrust bearing thrust bearing is not needed. Depending on the requirements for monitoring a turbomachine, a corresponding model can be created. Examples of further submodels which can be used advantageously in the context of the invention are listed in the following tables.

Thermodynamikmodell des Prozessgasverdichters Thermodynamic model of the process gas compressor

relevante Prozessparameter Zustandswerte  relevant process parameters state values

Maschinengeometrie (z.B. Stufenanzahl, Laufraddurchmesser); Leistung;  Machine geometry (e.g., number of stages, impeller diameter); Power;

Gaseintrittstemperatur und -druck; Strömungsgeschwindig¬ Gas inlet temperature and pressure; Strömungsgeschwindig¬

Gasaustrittstemperatur und -druck; keiten; Gas outlet temperature and pressure; opportunities;

Stufeneintrittstemperatur und -druck; Temperaturen;  Step inlet temperature and pressure; temperatures;

Stufenaustrittstemperatur und -druck; Drücke;  Step outlet temperature and pressure; pressures;

Drehzahl; Wirkungsgrad;  Rotation speed; efficiency;

Gaszusammensetzung; Fouling  Gas composition; fouling

Ansaugmengenstrom (Volumenstrom oder Massenstrom);  Intake flow rate (volume flow or mass flow);

Stellung Pumpschutzregelventil;  Position anti-surge valve;

Vorrotationsstellung (Eintrittsleitapparat-Stellung);  Pre-rotation position (inlet guide position);

Druck, Temperaturen und Mengenströme an Zwischenkühlern  Pressure, temperatures and flow rates at intercoolers

und Flüssigkeitsabscheidern;  and liquid separators;

Mengenstrom, Zusammensetzung und Temperatur von Flüssigkeitseinspritzungen;  Flow rate, composition and temperature of liquid injections;

Kennfelder  maps

Thermodynamikmodell der Dampfturbine Thermodynamic model of the steam turbine

relevante Prozessparameter Zustandswerte  relevant process parameters state values

Maschinengeometrie (z.B. Stufenanzahl, Laufraddurchmesser); Leistung;  Machine geometry (e.g., number of stages, impeller diameter); Power;

Frischdampfdruck, -temperatur, und -menge; Strömungsgeschwindig¬ Live steam pressure, temperature, and quantity; Strömungsgeschwindig¬

Radraumdruck; Entnahmedrücke; keiten; Radraumdruck; Extraction pressures; opportunities;

Abdampfdruck und -temperatur; Temperaturen;  Abdampfdruck and temperature; temperatures;

Überströmdruck; Drücke; Stellung Regelventile, Entnahmeventile, Überströmventile; Wirkungsgrad; Charging pressure; pressures; Position control valves, bleed valves, relief valves; efficiency;

Drehzahl; Fouling  Rotation speed; fouling

Kennfelder  maps

Ausrichtmodell Ausrichtmodell

relevante Prozessparameter Zustandswerterelevant process parameters state values

Geometriedaten der Maschinenaufstellung (u.a. Position der Thermisches WachsDampfturbine relativ zum Fundament und Position des Protum; Geometry data of the machine setup (including position of the thermal wax steam turbine relative to the foundation and position of the protum;

zessgasverdichter relativ zum Fundament); Stutzen kräfte; gas compressor relative to the foundation); Nozzle forces;

Temperaturen der Umgebungsluft, des Fundaments und des Dehnungen Temperatures of the ambient air, the foundation and the strains

Maschinengehäuses; Machine housing;

berechnete Kräfte calculated forces

Wellenabdichtungsmodell  Shaft seal Model

relevante Prozessparameter Zustandswerterelevant process parameters state values

Geometriedaten; Wärmeleistung; Geometry data; Heat output;

Leistung; Drehzahl; Fouling; Power; Rotation speed; fouling;

Temperaturen des Gehäuses und Rotors; Öltemperatur innerhalb Sperrölmenge, -druck und -temperatur; der Dichtung zur ÜberSperrölstoffeigenschaften (Viskosität, Wärmekapazität) wachung von Übersetzung oder Ölkohlebildungsreaktion  Temperatures of the housing and rotor; Oil temperature within barrier oil quantity, pressure and temperature; the seal to Übersperrölstoffeigenschaften (viscosity, heat capacity) monitoring of translation or coal formation reaction

Kupplungsmodell coupling model

relevante Prozessparameter Zustandswerterelevant process parameters state values

Geometriedaten; Wellenverbindung; Reibwert; Geometry data; Shaft connection; friction;

Drehzahl; Axialkraft; Drehmoment; Wärmeentwicklung Oberflächen- und Schmieröltemperatur; Rotation speed; axial force; torque; Heat development surface and lubricating oil temperature;

Schmierölstoffeigenschaften (Viskosität, Wärmekapazität); Lubricating oil properties (viscosity, heat capacity);

Schwingungsdaten; Ölmengenstrom Vibration data; Oil flow rate

Schubmodell push model

relevante Prozessparameter Zustandswerterelevant process parameters state values

Daten des Thermodynamikmodells, des Axial- und RadiallagerKräfte; Data of the thermodynamic model, the axial and radial bearing forces;

modells sowie des Kupplungsmodells Leistung; model as well as the clutch model performance;

Axialabstand  axial distance

Rotormodell rotor model

relevante Prozessparameter Zustandswerterelevant process parameters state values

Geometriedaten (z.B. Rotorabmessungen, Lagerung, WellenKräfte und Dehnung verbindung); Geometric data (e.g., rotor dimensions, bearing, shaft forces, and strain joint);

Drehzahl; Antriebsleistung;  Rotation speed; Drive power;

berechnete oder gemessene Kräfte am Rotor; Dampf- bzw. Gasdrücke, -temperaturen und calculated or measured forces on the rotor; Steam or gas pressures, temperatures and

-Strömungsgeschwindigkeiten; flowrates;

Unwucht; Beschleunigungen unbalance; accelerations

Modell des Hilfssystems Sperröl Model of the auxiliary system Sperröl

relevante Prozessparameter Zustandswerte relevant process parameters state values

Sperröldruck, -temperatur und -mengenstrom vor und hinter der Filterparameter;  Barrier oil pressure, temperature and flow upstream and downstream of the filter parameters;

Turbomaschine sowie vor und hinter den Ölkühlern und -filtern; Wärmeentwicklung; Turbomachinery and in front of and behind the oil coolers and filters; Heat generation;

Stand und Temperatur im Sperröltank; Überwachung der Funk¬Level and temperature in the barrier oil tank; Monitoring the radio

Pumpenschaltungen (Ein/Aus) der Hauptölpumpe und Hilfsöl- tionsfähigkeit der Sen- pumpe; sorik und Aktorik durchPump circuits (on / off) of the main oil pump and auxiliary oil capacity of the pump; sorik and actuators through

Kühlwassertemperatur und Ein- und Austritt der Ölkühler und Ausnutzung der RedunKühlwassermenge; danz und besondererCooling water temperature and inlet and outlet of the oil cooler and utilization of RedunKühlwassermenge; danz and special

Stellung Öltemperaturregelventil und Druckregelventil; Betriebszustände; Abdichtdruck Fouling Position oil temperature control valve and pressure control valve; Operating conditions; Sealing pressure fouling

Modell des Hilfssystems Schmieröl Model of the auxiliary system lubricating oil

relevante Prozessparameter Zustandswerte relevant process parameters state values

Schmieröldruck, -temperatur und -mengenstrom vor und hinter Filterparameter;  Lubricating oil pressure, temperature and flow upstream and downstream of filter parameters;

der Turbomaschine sowie vor und hinter den Ölkühlern und - Wärmeentwicklung; filtern; Überwachung der Funk¬the turbomachinery and in front of and behind the oil coolers and - heat generation; filter; Monitoring the radio

Stand und Temperatur im Schmieröltank; tionsfähigkeit der Sen- Pumpenschaltungen (Ein/Aus) der Hauptölpumpe und Hilfsöl- sorik und Aktorik durch pumpe; Ausnutzung der Redun¬Level and temperature in the lubricating oil tank; ability of the pump circuits (on / off) of the main oil pump and auxiliary oil sor- tik and actuator by pump; Utilization of the Redun¬

Kühlwassertemperatur und Ein- und Austritt der Ölkühler und danz und besonderer Kühlwassermenge; Betriebszustände;Cooling water temperature and inlet and outlet of the oil cooler and danz and special cooling water quantity; Operating conditions;

Stellung Öltemperaturregelventil und Druckregelventil Fouling Position oil temperature control valve and pressure control valve fouling

Axial- und Radlagermodell Axial and wheel bearing model

relevante Prozessparameter Zustandswerte relevant process parameters state values

Geometriedaten und Bauweise; Axialabstand;  Geometry data and design; axial distance;

Öldruck, -temperatur und -Viskosität; Lagerbelastung Oil pressure, temperature and viscosity; bearing load

Axialkraft; Axialabstand; (Flächenpressung) Lagertemperaturen; Lagermaterial axial force; axial distance; (Surface pressure) storage temperatures; bearing material

Gehäusemodell housing model

relevante Prozessparameter Zustandswerte relevant process parameters state values

Geometriedaten; Bauteilspiele; Stutzen kräfte;  Geometry data; Component games; Nozzle forces;

berechnete Kräfte und Dehnungen in der Turbomaschine Dehnungen; calculated forces and strains in the turbo machine strains;

Schwingungsmodell vibration model

relevante Prozessparameter Zustandswerte Schwingungsmessungen (Relativschwingung, AbsolutschwinAbweichung der gung, Phasenlage, Orbit, Frequenzen); SchwingungsmessunAuswuchtdaten; gen von Prozesspara- berechnete Kräfte und Drücke in der Turbomaschine; meterabhängigem Leistung; Kennfeld relevant process parameters state values Vibration measurements (relative vibration, absolute oscillation deviation, phase position, orbit, frequencies); SchwingungsmessunAuswuchtdaten; conditions of process-calculated forces and pressures in the turbomachine; meter-dependent power; map

Gehäusedehnung  housing expansion

Modell des Hilfssystems Sperrgas Model of the auxiliary system sealing gas

relevante Prozessparameter Zustandswerte relevant process parameters state values

Sperrgasdifferenzdruck und -temperatur; Abdichtdruck, FilterdifFilterparameter;  Barrier gas differential pressure and temperature; Sealing pressure, filter filter parameters;

ferenzdrücke; Wärmeentwicklung; conference press; Heat generation;

Sperrgasdruck Überwachung der Funk¬ Sealing gas pressure monitoring of the radio

(Bezeichnung für Gase, die in die Gasdichtung eintreten / tionsfähigkeit der Sen- bei Tandemdichtungen in die Primärdichtung) sorik und Aktorik durch Buffergasdruck Ausnutzung der Redun¬(Designation for gases that enter the gas seal / ability of the Sen- with tandem seals in the primary seal) sorik and actuators by Buffergasdruck utilization of Redun¬

(Bezeichnung für Gase die in die Dichtung zur Öltrennung danz und besonderer eintreten) Betriebszustände;(Designation for gases that enter the seal for oil separation and more specifically) Operating conditions;

Spülgasdruck Fouling Purge gas pressure fouling

(Bezeichnung für Gase, die in die Dichtung zur Prozesstrennung eintreten)  (Name for gases that enter the gasket for process separation)

Fackelgasdruck  Flare gas pressure

(Bezeichnung für Leckagegase der Primärdichtung einer  (Designation for leakage gases of the primary seal of a

Tandemdichtung bzw. einer Tandemdichtung mit Zwischenlabyrinth)  Tandem seal or a tandem seal with intermediate labyrinth)

Primärgasdruck  Primary gas pressure

(Bezeichnung für das Sperrgas der prozessseitigen Dichtung einer Tandemdichtung bzw. einer Tandemdichtung mit  (Designation for the sealing gas of the process-side seal of a tandem seal or a tandem seal with

Zwischenlabyrinth)  Between Labyrinth)

Sekundärgasdruck  Secondary gas pressure

(Stickstoff, welcher auf die Sicherheitsdichtung einer Tandemdichtung mit Zwischenlabyrinth geschaltet wird)  (Nitrogen, which is switched to the safety seal of a tandem seal with an intermediate labyrinth)

Sperrgas-, Buffergas-, Spülgas-, Primärgas-und Sekundärgasmenge  Barrier gas, buffer gas, purge gas, primary gas and secondary gas

Modell des Regelölsystems Model of the control oil system

relevante Prozessparameter Zustandswerte relevant process parameters state values

Regelöldruck; Diagnose Reibungswerte, Lose, Usually oil pressure; Diagnosis friction values, lots,

Differenzdruck Regelölfilter; und Festsitzen an Ventilen; Anfahröldruck für Schnellschlussventil; Überwachung der FunktionsfäSchnellschlussöldruck; higkeit der Sensorik und AktorikDifferential pressure control oil filter; and stuck to valves; Starting oil pressure for quick-acting valve; Monitoring the functional quick-closing oil pressure; ability of sensors and actuators

Prüföldruck für Teilhubprüfung Schnellschlussventil durch Ausnutzung der Redundanz und besonderer Betriebs-

Test oil pressure for partial stroke test Quick-action valve by utilizing the redundancy and special operating

Ein weiterer Vorteil des modularen Modellaufbaus ist in der einfachen Übertragbarkeit eines bereits erstellten Modells auf eine andere Turbomaschine zu sehen. Zum einen brauchen nur die Teilmodelle ausgewählt zu werden, die für das neue Modell benötigt werden. Zum anderen können je nach Aufbau der Turbomaschine identische oder ähnliche Teilmodelle mit geringem Anpassungsbedarf übernommen werden, sodass lediglich für deutlich unterschiedliche Teilsysteme neue Modelle erstellt oder aufwändige Anpassungen vorgenommen werden müssen. Diese Vorgehensweise spart Zeit und Kosten und erhöht die Verlässlichkeit der Modelle, wenn auf bewährte, getestete Teilmodelle zurückgegriffen werden kann. Another advantage of modular modeling is the ease of portability of an already created model to another turbomachine. On the one hand, only the submodels needed for the new model need to be selected. On the other hand, identical or similar submodels with little need for adaptation can be adopted, depending on the structure of the turbomachinery, so that new models or elaborate adjustments need only be made for significantly different subsystems. This approach saves time and money and increases the reliability of the models when using proven, tested submodels.

Claims

Patentansprüche claims

Verfahren zur modellbasierten Überwachung einer Turbomaschine mittels einer Uberwa- chungseinheit, die relevante Prozessparameter der Turbomaschine empfängt, auf Basis dieser Parameter Berechnungen durchführt und als Ergebnis einen oder mehrere Zu- standswerte ermittelt, anhand derer der Zustand der Turbomaschine bewertet werden kann, wobei die Berechnungen der Zustandswerte auf der Grundlage eines oder mehrerer physikalischer Modelle mindestens eines Teilsystems der Turbomaschine durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Teilsystem um ein Axiallager der Turbomaschine handelt, und der eine Zustandswert oder die mehreren Zustandswerte ausgewählt sind aus der Axialschubkraft, der Axiallagerbelastung und dem axialen Wellenstand. A method for model-based monitoring of a turbomachine by means of a monitoring unit that receives relevant process parameters of the turbomachine, performs calculations on the basis of these parameters and, as a result, determines one or more state values with which the state of the turbomachine can be evaluated, the calculations of the turbomachinery being evaluated Condition values are performed on the basis of one or more physical models of at least one subsystem of the turbomachine, characterized in that the at least one subsystem is an axial bearing of the turbomachine and one or more state values are selected from the axial thrust force Thrust bearing load and the axial shaft position.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Modelle auf Erhaltungsgleichungen für Energie, Masse, Impuls und/oder Kräfte basieren. A method according to claim 1, characterized in that the physical models based on conservation equations for energy, mass, momentum and / or forces.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren online während des Betriebs der Turbomaschine auf der Basis von kontinuierlich und/oder diskontinuierlich ermittelten relevanten Prozessparametern durchgeführt wird. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the method is carried out online during operation of the turbomachine on the basis of continuously and / or discontinuously determined relevant process parameters.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Turbomaschine um einen Turboverdichter, insbesondere einen mehrstufigen Turboverdichter handelt. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is in the turbo machine to a turbo compressor, in particular a multi-stage turbocompressor.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von mindestens einem berechneten Zustandswert eine Schutzeinrichtung der Turbomaschine überprüft wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that based on at least one calculated state value, a protective device of the turbomachine is checked.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnungen zusätzlich historische relevante Prozessparameter verwendet werden, die in der Vergangenheit erfasst und in einem Datenspeichersystem abgelegt sind. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that additionally relevant historical process parameters are used for the calculations, which are recorded in the past and stored in a data storage system.

Vorrichtung zur modellbasierten Überwachung einer Turbomaschine umfassend eine Überwachungseinheit mit einer Berechnungseinheit und einer Bewertungseinheit, wobei die Überwachungseinheit für den Empfang relevanter Prozessparameter von der Turbomaschine vorbereitet ist, in der Berechnungseinheit auf Basis dieser Parameter Berechnungen durchgeführt und als Ergebnis ein oder mehrere Zustandswerte ermittelt werden können, und in der Bewertungseinheit anhand der Zustandswerte der Zustand der Turbomaschine bewertet werden kann, wobei die Überwachungseinheit derart eingerichtet ist, dass die Berechnungen auf der Grundlage eines oder mehrerer physikalischer Modelle mindestens eines Teilsystems der Turbomaschine durchführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Teilsystem um ein Axiallager der Tur- bomaschine handelt. Device for model-based monitoring of a turbomachine comprising a monitoring unit with a calculation unit and a valuation unit, wherein the monitoring unit is prepared for receiving relevant process parameters from the turbomachine, calculations can be carried out in the calculation unit on the basis of these parameters and, as a result, one or more state values can be determined and in the evaluation unit based on the state values, the state of the turbomachine can be evaluated, wherein the monitoring unit is arranged such that the calculations based on one or more physical models of at least one subsystem of the turbomachine feasible, characterized in that it is at least a subsystem around a thrust bearing of the tur- bomaschine acts.

Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit ganz oder teilweise auf einer Computeranlage implementiert ist, und die Vorrichtung weiterhin Mittel zur Übertragung der relevanten Prozessparameter von der Turbomaschine an die Überwachungseinheit umfasst. Apparatus according to claim 7, characterized in that the monitoring unit is wholly or partly implemented on a computer system, and the apparatus further comprises means for transmitting the relevant process parameters from the turbomachine to the monitoring unit.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein System zur Speicherung und Verarbeitung der relevanten Prozessparameter, insbesondere ein Betriebsdateninformationssystem umfassen. Apparatus according to claim 8, characterized in that the means comprise a system for storing and processing the relevant process parameters, in particular an operating data information system.

0. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit ganz oder teilweise in Form von Funktionsblöcken in einem Prozessleitsystem implementiert ist. 0. Device according to claim 7, characterized in that the monitoring unit is completely or partially implemented in the form of function blocks in a process control system.