Csapágyak üzem közbeni vizsgálata a csavarhúzótól a REBAM 1 -ig 2

Átírás

1 ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.9 Csapágyak üzem közbei vizsgálata a csavarhúzótól a REBAM 1 -ig 2 Gergely Mihály okl. gépészmérök, Acceleratio Bt. Budapest Tóbis Zsolt doktoradusz, Miskolci Egyetem Gépelemek Taszéke Az ipar számos területé a tegelyek ágyazását biztosító gördülőcsapágyak üzem közbei elleőrzését a XX. század közepéig em tartották fotosak. Feltehetőe egyszerű felépítésük és meghibásodásuk eseté, gyors cserélhetőségük tette e gépelemet a csak egy csapágy kategóriába. A mid agyobb követelméyekek való megfeleltetés (élettartam, futáspotosság) azoba magával hozta az előállítási költségek övekedését és egyre ikább igéyelte a csak egy csapágy kategória feloldását. A agy csapágygyártók SKF, FAG sem ismerték fel e gépelem meghibásodásáak hatását a gépre, s az ezzel kapcsolatba lévő egységek, redszerek üzemére. Erre egy egyszerű példa, amikor egy villamos motor bármelyik csapágyáál a meghibásodás kezdeti szakaszáak felismerése elmarad, az köye a villamos motor életébe kerül. 1. Csapágyhibák kezdeti diagosztizálása A beépített gördülőcsapágy üzemi állapotáról sokáig csak a gépmester sejtett valamit, amikor is egy kb.3 mm-es fayelű csavarhúzóval a kritikus potra tapitva a füléhez illesztve a csavarhúzó yelét, modott véleméyt a vizsgált gördülőcsapágy állapotáról. A gépmester azoba em tudta, hogy e módszerrel az egész gép rezgését figyelte. Ezek a vizsgálatok és az első műszeres vizsgálatok is a gép alacsoy frekveciájú rezgéseiek megfigyelésé alapultak, amelyek az egész gép rezgésére, vibrációjára, de legikább kiegyesúlyozatlaságára jellemzők. 1 REBAM (Rollig Elemet Bearig Activity Moitor) 2 Az Országos Karbatartási és Mukabiztosági Kofereciá (OKAMBIK, Pécs, 23. május ) elhagzott előadás szerkesztett változata

2 A kisfrekveciát érzékelő vizsgálatok sorá a gördülőcsapágyak hibái csak agyo előrehaladott állapotukba vehetők észre. E felismerés késztette a rezgésdiagosztikai műszerek gyártásába is már jeletős hagyomáyokkal redelkező BRÜEL&KJAER céget egy olya műszer kifejlesztésére (frekveciatartomáya:,3 Hz 15 khz), amely már lehetővé tette a csapágyhibák detektálását. A 2511 típusú rezgésmérő méréstartomáya mm s -2. Ezzel már a gördülőcsapágyak keltette rezgések széles sávú műszeres figyelése és a rezgésspektrumok elemzése vált lehetővé (a csapágyhibák korai felismerése!), így a beavatkozás már előre tervezhető volt. További jeletős előrelépés volt aak felismerése, hogy egy hibahely kialakulása a gördülőcsapágyba impulzusszerűe lökéshullámokat geerál. Az elvek megfelelőe kifejlesztett méréstechológia és mérőműszer a két egymással ütköző test sebességkülöbségét méri (pl. SPM 21 típusú rezgésmérő). A gördülőcsapágyakba a lökéshullámok a futópályák és a gördülőelemek közötti ütközés révé keletkezek (radiális hézag), amelyek áthaladak a csapágyo és a csapágyházo. A keletkezett lökéshullám csúcsértékét csak az ütközés sebessége határozza meg, s ezt az ütköző testek tömege és alakja em befolyásolja. Azoos elve működött az SKF által kifejlesztett MEPA 1 csapágyvizsgáló műszer is. 2. Műszerfejlesztés és diagosztika Az elektroikus jelfeldolgozás tökéletesedése jeletős lépés volt a műszeripar fejlődésébe is. A agy sebességű jelfeldolgozó, diagosztizáló műszerek régi/új méréstechológiai eljárások bevezetését tették lehetővé. Mithogy a csapágyak hibafrekveciáiak agy része 1 Hz < f h < 1 khz a kis frekveciatartomáyba esik, e korszerű műszerekkel és érzékelőkkel, valamit a hozzá tartozó elemzőprogramok segítségével jól beazoosíthatók. Méréstechikailag és elemzés szempotjából megoldható egy villamos motor csapágyaiak széles sávú vizsgálata (1 2. ábra). A spektrum szerit a vizsgált gördülőcsapágy megemelkedett zajszitjéből kiemelkedő agyobb frekveciás összetevőiek amplitúdója egyértelműe csapágyhibára utal. A csapágycsere utái állapotot a 2. ábra mutatja.

3 6, 5, 4, 3, 2, 15 ford/mi terhelés: 1% rezgéssebesség: 9,3315 1,, ábra Vetilátormotor hibás csapágyáak spektruma,35,3,25,2,15 15 ford/mi terhelés: 1% rezgéssebesség:,7813,1,5, ábra Vetilátormotor új csapágyáak spektruma A fet bemutatott vizsgálati mód egy egyszerűek modott hajtás (ékszíjhajtás) esetébe eredméyese megoldható, de egy többfokozatú fogaskerék-hajtómű esetébe már em lesz célravezető.

4 Egy új méréstechikai eljárás bevezetésével, amelyet az SKF dolgozott ki, már lehetőség yílik az összetettebb gépegységek alaposabb vizsgálatára. Az új eljárás ENVELOPE [3] léyege, hogy a csapágyhibák által gerjesztett agy amplitúdóbeli változásokat méri. A leggyakrabba haszált burkológörbe módszer a gyorsulásjel kétszeres szűrésével érhető el. Ez az eergia széles frekveciasávba jeleik meg, amelyből a 1 3 khz közötti tartomáy kiemelésre kerül, s a csapágyba, a helyi hibáko törtéő átgördüléskor keletkező amplitúdóváltozások megfigyelhetők (hasoló elve működik a Spike-Eergie mérési módszer is). A 3. ábrá bemutatott spektrumképet egy ötfokozatú fogaskerékhajtómű csapágyáak köryezetébe vették fel. A hajtóművekre jellemző hagyomáyos mérési beállítással (rezgéssebesség, RMS) a fogkapcsolódási frekveciák megtalálhatók, de a csapágyak hibafrekveciái em mutathatók ki.,12,1,96,84,72,6,48,36,24, ábra Hajtómű tegelyköryezetéek spektrumképe Az ENVELOPE eljárás léyegét bemutató 4. ábrá a vizsgált ötfokozatú egyees, homlokfogazású hajtómű ugyaeze csapágyáak spektrumá a külső gyűrű kezdeti meghibásodása (4,8 Hz és harmoikusai) látható. E méréstechológiai eljárás alkalmazásakor elegedő az érzékelők mágeses rögzítése, ugyaakkor a csapágyhibák detektálása mellett a céliráyos szűrő megválasztásával fogaskerekek jellemző frekveciái[2], fogazati hibák kimutatása is lehetséges. A 4. ábra szeriti spektrumképe a vizsgált csapágyo kívül a tegelye lévő z = 13 fogszámú fo-

5 gaskerék kapcsolódási frekveciája (11,4 Hz) alacsoy itezitású jelszittel megtalálható, de a vizsgálat célja em ez volt.,5,45,4,35,3,25,2,15,1 z = 13,5, 4. ábra Hajtómű tegelyköryezetéek spektrumképe (ENVELOPE) A 5. ábra egy szerelési illesztési vizsgálat eredméyét szemlélteti, ahol egy külső fogazatú fogaskerék-kapcsolatál, a em teljes fogszélességbe való kapcsolódásukra utaló meghibásodás tapasztalható. E hiba a kapcsolódó kerekek tegelyeiek párhuzamossági eltéréséből adódhat (ez lehet szerelési hiba is!) A 6. ábrá egy csigaházas szivattyú lapátáthaladási spektruma látható, amelyet szité ENVELOPE méréstechológiával vettek fel. A mérés célja az áramló közeg okozta kavitációs rezgések kiszűrésével csak a lapátozás (z = 6) állapotáak megítélése volt. Az 198 as évek közepére sikerült (ismét) az SKF kutatóiak olya eljárást kidolgoziuk, amely kimodotta a gördülőcsapágyak vizsgálatára alkalmas. E méréstechológiai eljárás SEE (Spectral Emitted Eergy) éve vált közismertté, s kizárólag a agy frekveciatartomáyba (25 35 khz) eső csapágyjelek vizsgálatára alkalmas. E frekveciatartomáyba emcsak azok a lökéshullámok vaak jele, amelyeket a sérült futófelülete átgördülő gördülőtest gerjeszt, haem, azok is, amelyek a pillaatszerű fém fém éritkezés következtébe alakulak ki. A keőolaj viszkozitásáak csökkeése, a felületi sérü-

6 lésekből leváló paráyi szemcsék a súrlódást övelve, helyi túlhevülést idézek elő. Eek hatására e két éritkező pot összeheged, de amit a csapágy elfordul, ez az ideiglees varrat el is szakad. Ez a jeleség pillaatszerűe, potyi felülete játszódik le.,24,216,192,168,144,12,96,72,48, ábra Homlokfogazatú kerékkapcsolat párhuzamossági hibája,5,45,4,35,3,25,2,15,1,5 fo (z = 6) 27,8 fo (z = 6) 166,5 lapátáthaladás 35, , ,8 499,4 527,2 638,3 666,1 693,7 6. ábra Csigaházas szivattyú lapátfrekveciája és harmoikusai Az eljárás ma még em tartozik a épszerű vizsgálati módok közé, mert méréstechikailag szigorú kötöttségei vaak. Ilye például, hogy az érzékelőket oldható kötéssel kell rögzítei. Ez általába em biztosított.

7 3. Napjaik vizsgálati techológiája A vizsgálati techológiák további fejlődésébe jeletős szerepet játszott a folyadékfilmes csapágyakba járó tegelyek vizsgálata. Ige fotos gépekről, géprészekről lévé szó agy fordulatszámú, siklócsapágy ágyazású turbiategelyek, kompresszortegelyek a gyakorlati tapasztalatok is igazolták, hogy a siklócsapágyak olajfilmjéek erőhatásai bizoyos körülméyek között a tegely ögerjesztett legéseit idézhetik elő. Ha ez a jeleség mit olajcsapkodásos járás beidul, széles fordulatszám-tartomáyo belül hat. A legfőbb veszélyt az jeletheti, hogy ez az ögerjesztett rezgési frekvecia megegyezhet a redszer egyik kritikus fordulatszámával és így a rezoaciába törtéő üzemelés tegelytöréshez is vezethet. Eze ögerjesztett rezgések detektálására, a 7. ábra szeriti mérési elredezéssel a tegelycsap relatív elmozdulásáak, rezgéséek mérésére örvéyáramú érzékelőket fejlesztettek ki, amelyeket a csapágyházba építeek be [4]. Az eljárás Eddy Probe éve vált ismertté. hajtómű jelkimeet Eddy Probe eljárás hajtómű 7. ábra Tegely relatív elmozdulásáak mérési elve A feti méréstechológiai eljárás továbbfejlesztése és alkalmazása a gördülőcsapágy-vizsgálatokba újat eredméyezett (Betly Rotor Dyamics kutatásai). Az előző potok vizsgálati techológiái a gördülőcsapágyak üzem közbei hibáiak kimutatási lehetőségeit, jeletősebb módszereit, foglalták össze, amelyekél mide esetbe az érzékelők elhelyezése a csapágyházo, a csapágy köryezetébe törtéik. Az új eljárás emcsak az érzékelők típusába és elhelyezésébe külöbözik az eddigi eljárásoktól, haem a vizsgálatok elvi megfotolásába is.

8 A vett jeleket (az érzékelők elhelyezése miatt) em torzítják egyéb összetevők, amelyek a gépegység más elemeitől, vagy a gép alapozási miőségétől idulak ki. A REBAM (Rollig Elemet Bearig Activity Moitor) [5] méréstechológia elvéek léyege, hogy a csapágyház csapágy terhelési zóájába e célra készített átmeő furatokba kell rögzítei a REBAM örvéyáramú szodákat, amelyek csúcsa a csapágy külső gyűrűjétől l távolságra va. A terhelés alatt álló elemek haladásuk közbe a külső gördülőpályá sugáriráyú (az érzékelő iráyába) l 1 rugalmas elmozdulást okozak a hibahelye. Az ayagleválásos meghibásodások esetébe az ayag vagy a gördülőpályákról, vagy a gördülőelem felületéről távolodik el. Ez a meghibásodás a csapágyba egy meg em egedett radiális hézagövekedést, vagy -csökkeést okoz. A hézagcsökkeésből következőe, ha H r = értékű, a gördülőelem megcsúszása áll elő. E változások együttese is létrejöhetek, de mideképpe a külső gyűrű sugáriráyú elmozdulását eredméyezik (8. ábra). 1,25 amplitúdó, µm ,2,15,1,5 amlitúdó, µm ,,8 harmoikus,25,2 amplitúdó, µm,6,4,2,15,1,5 amlitúdó, µm ábra Külső gyűrű meghibásodási spektrumkép REBAM vizsgálati eljárással [5]

9 A gördülőpályá idikált hiba és a hibahely az időtartomáyba felvett spektrumcsúcsok ( + vagy iráyba) és az érzékelők potos helyzete alapjá határozhatók meg (9. ábra) ,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 idő, s,5,25,25,5,75 1, 1,25,5 amplitúdó, µm ,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 idő, s,5,25,25,5,75 1, 1,25,5 9. ábra Belső gyűrű meghibásodási időspektruma [5] A 1. ábrá egy gördülőelem meghibásodási spektruma látható. A spektrum zoomolt részé az f k [Hz] =(i k )ν kosárfrekvecia harmoikusai törvéyszerűek, hisze a kosárszerkezet a gördülőelemekkel közvetle kapcsolatba va: megvezetésre, távolságtartásra szolgál. A vizsgálat sorá kimutatták továbbá, hogy az amplitúdócsúcsok (sebesség A v,és elmozdulás A l ) értékeiek aráya a fordulatszám és a terhelésváltozások elleére álladó, s ezzel e viszoy ismeretébe a hiba agysága, súlyossága meghatározható. 4. Összefoglalás Az eddigiekből következőe a gépipar e területé is ugrásszerű fejlődés törtét, amelyek agy vesztese a csavarhúzó lett. Számos vizsgálóműszert és eljárást fejlesztettek ki a gördülőcsapágyak hibáiak üzem közbei, korai felismerhetőségére. E mérési eljárásokhoz, kezelésükhöz agy tudású feldolgozói programok tartozak (PRISM 4 PRO, ODYSSEY), amelyekről terjedelmük miatt e cikkbe em eshetett szó. A mérési eljárások közül is csak éháy szerepelt. Ezek megítélésük szerit köye kezelhetők, s em utolsó sorba, a csapágy meghibásodásáak mechaizmusa hűe követhető. Így a megfelelő iformáció segítségével döthetük a szükséges beavatkozás mértékéről, idejéről.

10 7,175 6,15 amplitúdó, µhüvelyk 5,125 4,1 3,75 2,5 1, frekvecia, kcpm,12,3,1,25 amplitúdó, µhüvelyk,8,2,6,15,4,1,2, frekvecia, kcpm IRODALOM: 1. ábra Gördülőelem meghibásodási spektruma [5] [1] Lipovszky Gy.; Sólyomvári K.; Varga L.: Gépek rezgésvizsgálata és a karbatartás. Budapest, Műszaki Köyvkiadó. [2] Gergely M.; Kováts A.; Szabó Z.: Táyérmozgató mechaizmusok megbízhatóságáak értékelése. Géptervezők és Termékfejlesztők XVI. Országos Szemiáriuma, Miskolc 2. [3] Gergely M.: Csapágyállapot, csapágyalkalmasság gyakorlati diagosztikája. DIAGNOSZTIKA 21, XI. Nemzetközi Diagosztikai Koferecia és Szakkiállítás, Hajdúszoboszló, 21. [4] SKF: Coditio Moitorig Catalog. [5] Betly; Goldma; Yu: Rollig elemet bearig defect detectio ad diagostics usig REBAM Probes, 22.

11 AZ ÜZEMFENNTARTÁS TÉMAKÖRÉT ÉRINTŐ KÖZLEMÉNYEK EGYÉB KIADVÁNYAINKBAN Termékélettartam-ciklus bevezetése és iráyítása. = BME OMIKK Vállalati szervezés, kotrollig, sz. p Az ügyfélszolgálat átalakítása. = BME OMIKK Vállalati szervezés, kotrollig, sz. p Elhaszálódás és karbatartási stratégia összefüggése a köryezeti kockázatokkal. = BME OMIKK Köryezetvédelmi Füzetek, sz. (szakirodalmi taulmáy) 66 p. A beredezések, üzemegységek átépítés utái haszálatát szabályozó émet üzembiztosági redelet. = BME OMIKK Mukavédelem ergoómia, sz. p Az ifravörös termográfia alkalmazása az építőiparba. = BME OMIKK Miőségiráyítás műszaki elleőrzés, sz. p A mágeses térerő mérése rocsolásmetes hibavizsgálat céljából. = BME OMIKK Miőségiráyítás műszaki elleőrzés, sz. p A korszerű mechaikai ayagvizsgálat fejlesztési eredméyei. = BME OMIKK Miőségiráyítás műszaki elleőrzés, sz. p Az üzemi mérések emberi téyezői és eszközei. = BME OMIKK Miőségiráyítás műszaki elleőrzés, sz. p A rocsolásmetes vizsgálatot végzők teljesítméyképességéek taulmáyozása. = BME OMIKK Miőségiráyítás műszaki elleőrzés, sz. p Ipari ayagok rocsolásmetes vizsgálata modulációs termográfiával. = BME OMIKK Miőségiráyítás műszaki elleőrzés, sz. p Weibull-eloszlás paramétereiek becslése ormálistól eltérő körülméyek között végzett megszakításos élettartam-vizsgálatokba. = BME OMIKK Miőségiráyítás műszaki elleőrzés, sz Vékoy szelvéyek hegesztett varrataiak radiográfiai vizsgálata. = BME OMIKK Miőségiráyítás műszaki elleőrzés, sz. p Az új émet üzembiztosági redelet a karbatartás új megközelítése. = BME OMIKK Mukavédelem ergoómia, sz. p