ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.08 Állapot-ellenőrzés rezgéselemzéssel Tárgyszavak: állapot-ellenőrzés; rezgésmérés; hengermű; rezgéselemzés; szivattyú; gördülőcsapágy; hengersor. Szivattyútelepek állapotmeghatározása Az ipar óriási számban alkalmaz a legkülönbözőbb teljesítményosztályokba sorolható szivattyútelepeket, amelyek gyakran határozzák meg egész gyártósorok működőképességét. Annál nagyobb gondot okoz, hogy a szivattyúk különféle üzemi eredetű hatások miatt nem töltik ki elméletileg lehetséges élettartamukat, és ha idő előtti kiesésük észrevétlen marad, a termelésben is kiesést okozhatnak, és így üzemképességük helyreállításának költsége tetemesen megnő. Ilyen veszteségek és költségek elkerülhetők a szivattyúk rezgését felügyelő rendszer segítségével. Pl. az i-for-t GmbH efector octavis elnevezésű berendezését centrifugálszivattyúk megengedhetetlen üzemi állapotának és sérülésének korai felismerésére fejlesztette ki. A diagnosztikai rendszer egy mikromechanikai gyorsulásérzékelő testhangjeleinek értékelésével határozza meg többek közt szivattyúk, csapágyak üzemi állapotát. A közvetlenül helyben leolvasható állapotjellemzőket kettős kimenőkapcsolások közvetítik. A kapcsolójel árnyékolatlan vezetéken továbbítható és buszrendszerhez is csatlakoztatható. A diagnosztikai rendszer némelyik típusa, pl. a VB 1001 egyszerre két különböző diagnosztikai objektum, a VE1001 változat öt berendezés vagy 20 frekvencia felügyeletét tudja ellátni. A felügyelete alá vont tartományoknak és paramétereknek megfelelően a berendezés által mért értékekből felépül egy hibafa, amely következtetni enged pl. kavitációra (lyuk, ill. folytonossági hiány képződésére), kiegyenlítetlenségre, valamint a gördülő- vagy csúszócsapágyakban bekövetkezett rendellenességekre. A hibafa további diagnosztikai elemekkel bővíthető, így a szivattyútelep elrendezését is lehet ellenőrizni, de még egy kilazult csavarozás is
kimutatható. A diagnosztikai rendszer alkalmazása előtt azonban alapvető pontokat kell tisztázni: el kell dönteni, hogy mely megengedhetetlen üzemi állapotokra irányuljon a diagnózis, meg kell határozni az egység felszerelésének helyeit és módját, továbbá meg kell határozni az állapotfelügyelet szempontjából olyan fontos paramétereket mint a fordulatszám-beállítás, a kimenő kapcsolások és teach-in-( betanult ) értékek. A rezgésérzékelőt a rezgésforrás közelében kell elhelyezni, a legelőnyösebben a szivattyúházon sugárirányban. Gördülő- és csúszócsapágyak egyidejű megfigyelése esetén, tekintettel a különböző jelerősségekre ajánlatos az érzékelőt a gördülőcsapágy mellé rögzíteni. A jelek értékelése A szivattyú kavitációs folyamatai az efector octavis segítségével, a forgásfrekvencián és annak felharmonikusain alapuló burkológörbeelemzés útján határozhatók meg. Erre a berendezés kiválóan alkalmas, ugyanis nagy áramlási sebesség és csökkent továbbítás esetén széles sávú zörejek képződnek. A mindenkori üzemi állapotra jellemző értéket az egyes forgásfrekvenciák és ezek sokszorosaival egyenlő felharmonikusaik összegzése adja meg. Az érzékelőnek előzőleg egy referenciamenet folyamán meg kell tanulnia a normális állapotot, mivel a diagnózis mindig a viszonyítási ( teach -) értékekre vonatkozik. A kavitációnak kedvező üzemmódban a burkológörbe spektrumában jelentősen megnőnek az amplitudók, amit a szivattyú sokszorosra emelkedett állapotjellemzője tükröz. Amikor a mért rezgésgyorsulás eléri a referenciaérték sokszorosát, ez azt jelenti, hogy a beállított határértékektől, az ún. multiplikátoroktól függően bekövetkezett a sárgán vagy már pirosan jelzett állapot, és nem működnek a kimenő kapcsolások. A határértékek szabadon választhatók lévén, a riasztási küszöb minden géphez és annak sajátos viselkedéséhez alkalmazkodhat a biztos kikapcsolás vagy a figyelmeztető jel kiváltása érdekében. Gördülőcsapágy-hibák korai felismerése Gördülőcsapágy-hibák és -állapotváltozások testhangméréssel végzett meghatározásának nyilvánvalóan az a feltétele, hogy ezek a jelenségek hatással legyenek a testhang egyes összetevőinek frekvenciájára.
A mérés alapjait részletesen ismerteti a 3832. sz. új VDI-irányelv, amely értelmezi a testhang keletkezését, a belső és külső gyűrű közti gördülést kísérő súrlódás zaját a terhelési tartományban. A gördülőcsapágyazás hibái és a csapágy alkatrészeinek sérülései változásokat idéznek elő a legördülés folyamatában. A lehetséges hibákat és károsodásokat közlik a berendezésekhez tartozó útmutatások. A legkritikusabbak a futópálya-sérülések, amelyek a legtöbb idő előtti kiesést okozzák. Egyszerű és komplex csapágyazások Az ún. egyszerű, azaz magán a csapágyon kívül más testhangforrást nem tartalmazó gördülőcsapágyazások diagnózisához és felügyeletéhez számos széles sávú eljárást alkalmaznak sikerrel pl. ventilátorokra, szivattyúkra, villamos gépekre, szállítódobokra. Egy állapotváltozás felismerése szempontjából döntő, hogy annak mutatója az üzemidő alatt az értékek bizonyos jól észlelhető trendje szerint változzék, mert ez esetben nem az abszolút csúcsértékekből, csak azok változási irányából lehet levonni a szükséges következtetéseket. A trendértékeket célszerű adattárolóban vagy online rendszerben gyűjtve fel lehet használni, akár hosszú távú értékelésre is. Bonyolultabb a feladat olyan csapágyazásoknál, amelyekben a csapágyon kívüli elemek is kibocsátanak uralkodó testhangokat. Ilyen pl. fogaskerékhajtásokban vagy csavarkompresszorokban a fogkapcsolódás. A komplex gördülő-csapágyazás kategória diagnózisára az irányelv keskeny sávú mutatók elkülönítését írja elő, amelyek egyértelműen rendelhetők a csapágyhoz, mégpedig több gördülőcsapágy-diagnosztikai jelfajta észlelésével és regisztrálásával. Burkológörbe-spektrumok A gördülőtestek sérült futópályán való áthaladásakor keletkező periodikus lökéssorozatok diagnózisának fontos eszköze a burkológörbék spektruma. Ennek az eljárásnak az az alapja, hogy a lökések közti időt a gördülőtestek átgördülésének geometriai távolsága és a gördülési sebesség, vagyis a csapágykosár és vele a tengely fordulatszáma határozza meg. Minthogy pedig az átgördülések távolsága a belső és a külső gyűrűn, valamint a csapágytesten is különböző, az időközökből következtetni lehet arra a részre, amelynek sérülésén a periodikus rezgéseket kiváltó gördülések zajlottak. A gördülőcsapágy geometriájának adataiból
számított átgördülési frekvenciák hozzárendelhetők a burkológörbespektrumhoz. A sérülések fajtáinak és helyének megkülönböztetéséhez további fontos diagnosztikai jellemzőket kell meghatározni. Erre különösen alkalmasak a nagyfrekvenciásan letapogatott időjel, a széles spektrumsávok és az alapspektrum, de a biztos diagnózishoz több jelből származó, elegendő számú jegy meghatározására van szükség. A gyakran alkalmazott és jelentőségében túlhangsúlyozott burkológörbe-eljárásból gyakran születnek hibás diagnózisok. A sérülések egyes fajtái ugyanis nem váltanak ki ismételt lökéseket, vagy a lökések nem ismétlődnek periodiusan, így nem jelennek meg a burkológörbespektrumban. Ez a helyzet pl. akkor, ha a csapágykosárban már előrehaladt a kopás. Ismét másfajta hibák, így a belső és külső gyűrűk geometriai eltérései szintén átgördülő frekvenciákat keltenek a burkológörbék spektrumában, amelyek ott nem különböztethetők meg a futópályahibáktól. Csak további jellemzőkből eredő jelek adnak módot a megfelelő sérüléshez, ill. hibához rendelésre, ugyanakkor együttesen a pályahibák mértékére is következtetni engednek. A VDI-irányelv a pályahibák kiterjedését tapasztalati alapon öt fokozatra osztja fel a felismerhetőségtől a végső szakaszig, amelynek elérésekor ki kell cserélni a csapágyat a bármikor bekövetkező kiesés elkerülésére. Hengersori munkahengerek állapotfelügyelete Az acél iránti kereslet az elmúlt időben jelentősen megnőtt, a világ acéltermelése 2004-ben meghaladta az 1 Mrd t-t. Ennek közel egynegyed részét Kína üzemei állítják elő. Ezzel párhuzamosan az elmúlt években rendkívül megdrágultak a nyersanyagok, egyre nehezebb a beszerzésük. Az acél iránti igény további növekedése várható. Ilyen körülmények között az acélgyártók a termelékenység növelésére, a minőség javítására, és különösen a karbantartás területén a személyzeti létszám csökkentésére kényszerülnek. Ez a hengerművekben rövidebb karbantartási üzemszünetekkel és a berendezések nagyobb rendelkezésre állásával érhető el.
E célok elérésének egyik eszköze az állapot- és folyamat-ellenőrzés. A számítógépes felügyelőrendszerek jeleket és adatokat meghatározva automatikusan tájékoztatnak a gyártási folyamat és a berendezések állapotáról. A rezgések figyelése A hideghengerművekben fellépő rezgések megfigyelésével már sok tapasztalatot szereztek. Pl. a FAG Industrial Services GmbH. DTECT X1 típusjelű, intelligens rezgésérzékelői berezgéseket, berregéseket, rezonanciákat, kattogásokat és hasonló jelenségeket érzékelnek, és beavatkozva csökkentik a hengerlés sebességét. A rezgésjelenségekből természetesen a berendezés állapotának változásai, pl. kezdődő csapágyhibák is felismerhetők, és így a megfelelő karbantartási tevékenységek tervezhetők. Meleghengerműben a rezgések, kattogások ugyancsak érzékelhetők, azonban a technológia nem teszi lehetővé a hengerlési sebesség módosítását, legfeljebb például a hengerlési nyomás változtatható. A meleghengerművek hengerállványaiban a munkahengerek gördülőcsapágyai a leggyengébb elemek. A rendkívüli körülmények miatt a csapágyak élettartama gyakran csak néhány óra, és a károsodás gyors kialakulása miatt folyamatos felügyelet szükséges. Mindegyik hengerállvány munkahengereit gyorsulásérzékelők figyelik. Az egyes hengerállványokon egy-egy DTECT X1 egység fogadja és értékeli a gyorsulásérzékelők jeleit. Ennek kimeneti adatai számítógép közvetítésével az irányító munkahelyen vagy a vállalat ellenőrző központjában jelennek meg. Gondoskodni kell arról, hogy az egyes hengerállványok cserélhető csapágyházzal együtt kiszerelt, hibásnak talált csapágyai a jelzések alapján egyértelműen azonosíthatók legyenek. Ezért hengerállványonként külön értékelőegységet kell felszerelni, hogy az esetleg csak néhány órás üzemidő alatt elegendő adatot lehessen gyűjteni. A rendszer szerelésekor gondoskodni kell az érzékelők, csatlakozó vezetékeik és szerelvényeik fokozott védelméről, hogy a hengermű szélsőséges környezeti hatásait elviseljék. A munkahengerek cseréjét az érzékelők bajonettfoglalatos rögzítésével könnyítik meg, a vezetékek védelmét hidraulikatömlőkbe való behúzással valósítják meg. A munkahengerek cseréje után az érzékelők visszahelyezését végálláskapcsolókkal ellenőrzik; a rendszerbe bekapcsolt érzékelők nélkül a hengermű nem indítható.
Kisebb beruházási költségeket igényel az a megoldás, amelyben az érzékelőket a hengerállványon, a csapágyaktól távolabb helyezik el, így ezek nem akadályozzák a munkahengerek cseréjét. Ilyen esetekben 500 mv/g érzékenységű mérőátalakítókat kell használni. Kísérleti mérések során a gördülőcsapágyak károsodását jelző rezgéseket a csapágyházra és a hengerállványra felszerelt érzékelőkkel egyaránt biztonsággal lehetett érzékelni. A kiszerelt csapágy vizsgálata igazolta a rezgésspektrumból levonható következtetéseket. A hengerállványra szerelt érzékelők beruházási költségei adott esetben már néhány csapágyhiba észlelése után amortizálódtak. Az üzemeltető folyamatos és teljes dokumentáció alapján követheti a munkahengerek csapágyainak elhasználódási folyamatát, így a nem tervezett leállások a minimumra csökkenthetők, valamint a csapágyhibák által okozott következményhibák elkerülhetők. Az online felügyelet azonban csak akkor eredményes, ha a vizsgálatokat, az elemzéseket, a karbantartási körülményeket és eredményeket következetesen dokumentálják, kielégítő a munkatársak oktatása, gyakoroltatása, továbbá megfelelő a felügyelő ellenőrző berendezések kezelése és karbantartása. Az érzékelőket gyártó cég a mérési eredmények értékelésében is segítséget nyújt, segít annak eldöntésében, hogy adott rezgésjelek azonnali csapágycserét indokolnak-e, vagy a legközelebbi munkahengercseréig még használható a csapágy. Irodalom Összeállította: Dr. Boros Tiborné és Pálinkás János Wenn die Pumpe nicht mehr rund lauft. = Instandhaltung, 2005. 7. sz. okt. p. 26 27. Franke, D.: Wälzlagerdiagnose durch Körperschallmessung nach der neuen VDI 3832. = Instandhaltung, 2005. 5. sz. júl. p. 22 23. Geropp, B.; Massa, O.: Zustandsüberwachung der Arbeitswalzen an Walzgerüsten in einer Warmbreitbandstraße. = Stahl und Eisen, 125. k. 8. sz. 2005. p. 37 40.