ÚJ IRÁNYZATOK A MŰSZER ÉS MÉRÉSTECHNIKÁBAN

Költségkímélő karbantartás rezgésmérésen alapuló gépállapotfigyeléssel

 

Elsősorban a forgógépeket üzemeltetőknek kívánunk egyszerű áttekintést nyújtani arról, hogy milyen hordozható eszközökön alapuló módszerek léteznek a karbantartás gépállapotfüggő megszervezéséhez. A telepített rezgésmérő berendezésekkel itt nem foglalkozunk. Rávilágítunk az eszközök beruházási költségeire, az alkalmazásuk feltételeire (pénzügyi és emberi erőforrások szempontjából) és a várható eredményekre. Azért csak az állapotfüggő karbantartással foglalkozunk, mert bizonyítottan ez eredményezi a legnagyobb termelési megbízhatóságot, a legkisebb költségek mellett. Az állapotfüggő karbantartás megszervezéséhez szükséges adatokat szolgáltató hordozható mérőeszközök általában a mindennapos javítási munkákra – géphibák feltárására és elvégzett beavatkozások eredményességének minősítésére - is alkalmasak. 

1. Külső cégek által végzett időszakos rezgésmérés, illetve rezgésdiagnosztika 

Kis cégeknek általában sem tőkéjük, sem szakemberük nincs ahhoz, hogy saját erejükből rezgésdiagnosztikát végezzenek. Választani lehet ilyenkor egy külső cég által rendszeres időközönként végzett rezgésmérés és kiértékelés között, vagy a saját erőből kivitelezett egyszerű rezgésmérés-alapú állapotfigyelés között.

Külső cégek rezgésdiagnosztikai szolgáltatásainak igénybevétele esetenként 10…100 ezer Ft gépenkénti szolgáltatási díjjal jár (a díj a szolgáltatótól, a gép típusától ill. attól függ, hogy megismételt vagy egyedi mérésről és analízisről van-e szó). Általában ezek a cégek nagy tapasztalatuk révén sok értékes adatot szolgáltathatnak egy-egy rezgésdiagnosztika eredményeként. De különleges gépek vagy a gépüzemeltetőtől kapott információk hiányossága esetén az analízisek eredményessége igen kicsi is lehet. 

A külső cégek bevonásának legnagyobb hátránya viszont a fizetendő munkadíj összege, ami gyakran gátat szab az időszakos mérések rendszeres (és elég gyakori) megismétlésének. Ez viszont az állapotfüggő karbantartáshoz leginkább szükséges megfigyelést, a gépállapot romlási sebességének, a géprezgésértékek trend-jellegű emelkedési mértékének figyelését nem teszi lehetővé. Ezért legfeljebb az deríthető ki, hogy melyik gépelem meghibásodása kezdődött meg illetve alakult már ki, de egyéb módon szerzett tapasztalatok nélkül nem mondható meg, hogy mennyi ideig lesz még üzemképes a gép.

 

Korszerű gépanalizáló és adatgyűjtő műszerek 

 

2. Egyszerű rezgésszintmérés 

Amennyiben kis cégek saját személyzettel és eszközzel kívánják a karbantartásukat a gépek állapotának megfelelően megszervezni, akkor szükség van egy egyszerűen kezelhető, de egyértelmű eredményt szolgáltató és megbízható mérési eljárásra, amely rezgésdiagnosztikai tapasztalatok és mérnöki képzés nélkül is könnyen elvégezhető, nem kell külön szakembert felvenni a feladat elvégzésére. 

Egy elterjedt módszer a rezgéssebesség-effektívérték mérése. Az erre szolgáló kéziműszerek a rezgéssebesség effektívértékét mérik a 10-től 1000 Hz-ig, illetve 2000 Hz-ig terjedő frekvenciatartományban. Ezek a tartományok felölelik a leggyakoribb frekvenciákat, melyek a forgógépek mechanikus problémáinak többségére jellemzők. Kitűnően észrevehető a kiegyensúlyozatlanság, a mechanikai lazaság, a rezonancia, valamint a tengelyek ill. áttételek beállítási hibáinak jelenléte. Hogy melyik van jelen, illetve melyik a meghatározó, arról viszont nem kapunk információt. 

A mért rezgésszintek értelmezését különböző szabványok segítik. Egy elterjedt szabvány az ISO2372, amely már több évtizede van használatban forgógépek tovább üzemeltethetőségének eldöntésére. A rezgésszint és a vizsgált gépállapot között megfigyelhető összefüggés alapján maga a felhasználó gyorsan felismerheti az általa megvizsgált gépekre vonatkozó, a gépre jellemző határértéket. 

Mivel a beruházás nagyon csekély (megfelelő digitális műszerek már 150 ezer Ft-tól kaphatók), a megtérülés nagyon rövid időn belül várható: egyetlenegy gépen felfedezett és kijavított kiegyensúlyozatlanság miatt elkerült váratlan leállás, és csapágycsere elkerülése általában több mint 200 ezer Ft megtakarítást jelent. 

 

3. Rezgésszintmérés és csapágyállapotfigyelés 

Ahhoz, hogy a gördülőcsapágyak állapotáról is pontos információt kapjon az üzemeltető, nem elegendő a rezgéssebesség-effektívértékének mérése, a fent említett frekvenciatartományban. A csapágy alkatrészei által keltett nagy frekvenciájú rezgéseket is meg kell mérni. A csapágyak állapotának jelzésére legalkalmasabbnak a 2…20 kHz között rögzített rezgésgyorsulás-effektívérték bizonyult. Ajánlatos tehát olyan műszert beszerezni, melyet a rezgéssebesség és a rezgésgyorsulás effektívértékének mérésére alakítottak ki. 

Digitális rezgésszintmérő és csapágyállapotjelző kéziműszer

Ez a beruházás sem jár nagy költséggel (rezgéssebességet és -gyorsulást mérő digitális műszerek már 200 ezer Ft-ért beszerezhetők), de a gyakorlati hasznuk lényegesen nagyobb az előzőleg említett típusnál: nemcsak beállítási és kiegyensúlyozási problémák jelenlétét, hanem csapágyhibákat is képesek érzékelni. Sőt: használatukkal eldönthető, hogy melyik csapágy szorul cserére és melyik nem, valamint ellenőrizhető, hogy a csapágyszerelés kivitelezése hibátlan volt-e és jó-e a csapágy kenése. 

 

4. Rezgésfigyelés trendkészítéssel 

Az állapotfüggő gépkarbantartás megszervezéséhez a legértékesebb adatokat a gépállapot romlási sebességének megfigyelése adja. Ez alapján megbecsülhető, hogy mikor milyen beavatkozást kell elvégezni ahhoz, hogy a gép váratlan leállás (és fölösleges javítások) nélkül üzemeljen, és a meglévő kezdetleges hibákból eredő nagyobb károkat se szenvedjen el addig. Ehhez a géprezgések értékeinek trendjét kell elkészíteni, az ebből látható változások mértéke ad tájékoztatást a várható időtartamokról. 

A trendkészítés módszere nagyon egyszerű: rendszeres időközönként kell a gépek rezgéseit újramérni (ugyanazokon a helyeken, ugyanabban az irányban és lehetőleg ugyanazzal a mérőeszközzel), és az egyes mérőpontokra vonatkozó adatokat az idő függvényében grafikusan kell ábrázolni. A megfigyelt gépre vonatkozó határértékek figyelembevételével megbecsülhető, hogy változatlan terhelés és egyéb körülmények között gépünk rezgései mikor érik el azt a határt, amikor már be kell avatkozni. 

Sok kis és közepes cégnél sem célszerű a gépek száma miatt ma már "papírral és ceruzával" végigjárni a berendezéseket és egyenként feljegyezni, hogy melyik gép rezgése milyen szinten van és utána minderről külön-külön grafikákat készíteni vagy az adatokat egyenként számítógépre vinni. Érdemes inkább egy olyan mérőeszközt megvásárolni, mely képes a rezgéssebesség és a rezgésgyorsulás effektív értékének mérésére és több gép rezgésadatainak tárolására, valamint ezeknek számítógépre való átküldésére. 

A szükséges műszerek viszonylag kedvező áron beszerezhetők (mindkét rezgésparaméter mérésére, az adatoknak a mérés időpontjával együtt a saját memóriában történő tárolására és számítógépre való átküldésére képes kéziműszer a szükséges trendkészítő PC-szoftverrel együtt már 500 ezer Ft-ért kapható), az alkalmazásukból származó haszon ennek többszöröse, és emellett időben tervezhetővé válik a karbantartás. Mivel tudjuk, hogy mikor kell a beállítás-korrekciót ill. kiegyensúlyozást vagy a csapágycserét elvégeznünk, a felesleges javítások és a váratlan gépleállások egyaránt elkerülhetővé válnak.


Memóriával rendelkező digitális rezgésmérő és csapágyállapotjelző kéziműszer, háttérben a műszerrel rögzített adatok alapján számítógépen elkészített trend-grafikon 

 

5. Spektrumanalízis

A rezgések spektrumanalízise nemcsak divat, hanem a jelenleg a leghatékonyabb gépállapotfelmérő eszköz, feltéve hogy szakértelemmel "olvassák" az általa szolgáltatott adatokat. Ha egy gépüzemeltető ilyen készüléket vásárol, gondoskodnia kell a műszert használó munkatárs megfelelő szakmai képzéséről is! Amíg a 2-4. pont alatt felsorolt rendszerekhez nem kell különlegesen képzett szakember, addig a spektrumanalízis csak megfelelő képzéssel és tapasztalattal rendelkező dolgozó alkalmazhatja eredményesen. 

A spektrumanalízis alapja az, hogy minden gép illetve gépalkatrész (tengely, burkolat, tartóelem, csapágy, tárcsa stb.) mint merev test leginkább egy-egy bizonyos "saját"-frekvencián képes egy adott irányban rezgéseket végezni, tehát ezen a frekvencián "rezonál" a külső gerjesztés (esetünkben a gép forgásából eredő erőkre). A felvett rezgésjel spektrumanalízisével "láthatóvá" válik, hogy milyen frekvenciájú rezgések vannak jelen a rendszerben. A rezgésfrekvenciák az aktuális gépfordulatszám figyelembevétele mellett hozzárendelhetők bizonyos gépalkatrészekhez és a jellemző géphibákhoz.


Rezgésadatok spektruma (grafikusan megjelenített hibafrekvenciákkal) 

A rezgések spektrumanalízise révén az egyes gépelemek hibái pontosan felderíthetők és eldönthető, hogy beállítási vagy kiegyensúlyozási hiba van-e jelen. Ez a módszer pl. csapágyhiba esetén alkalmas arra, hogy külön kimutassa a belső illetve külső gyűrű vagy a kosár sérülését! Villanymotorok elektromos paramétereinek mérésével akár villamos hibák (pl. aszinkron motor forgórészrúdjainak törése) is felderíthetők. A célzott, részletesen előre megtervezett javítások ütemezéséhez a rezgés spektrumanalízisének eredményei ugyanúgy alkalmasak, mint az elvégzett javítások részletes ellenőrzéséhez. 

A rezgés spektrumanalíziséhez szükséges beruházás már nagyobb ráfordítást és emberi erőforrást (egy képzett szakembert) is igényel. A szükséges kéziműszerek ára igen széles skálán változik, és a műszerekhez tartozó adattároló és kiértékelő PC-szoftvert is érdemes megvásárolni. A magyar piacon 2…6 millió Ft.-ért kaphatók ilyen műszerek, PC-szoftverrel együtt. Az érdeklődőnek a beruházás előtt érdemes tájékozódni a választékról: mert nem biztos, hogy egy 4 milliós készülék jobb egy 2 milliós műszernél! Ne vegyen olyan műszert, amelynek legnagyobb spektrumfelbontása 3200 vonalnál kisebb, mivel ez nagyban korlátozza az analizálható géphiba típusait! Ezenkívül érdemes igényelni a műszer és szoftver kezelésére, valamint a rezgésdiagnosztikára vonatkozó oktatást is! 

Az effektív érték méréshez képest nagyobb ráfordítással arányos a várható haszon is: nemcsak a gép illetve csapágy jó vagy rossz állapota dönthető el, hanem a hibás elemek vagy beállítások is megtalálhatók. Ezért a javítások előtt már pontosan tudni lehet, hogy mit kell tenni. Alkatrészekben és munkaidőben sokat lehet így megtakarítani, a javítás során a már meglévő – de hibajelenséget még nem okozó – alkatelemek kijavítása is elvégzésre kerül. Az így javított és ellenőrzött gépek megbízhatósága nagymértékben nő csökkenő karbantartási költségek mellett. A rezgésdiagnosztikai beruházás így általában 1-2 éven belül visszatérül. Ha olyan műszert vesz a felhasználó, amely még többsíkú dinamikus kiegyensúlyozásra is képes, a visszatérülés ennek a műszerszolgáltatásnak az igénybevétele esetén még hamarabb következik be. 

 

6. Spektrumanalízis trendkészítéssel 

Ez a legjobb megoldás, mivel ez ötvözi a spektrumanalízis és a trendkészítés előnyeit. Nemcsak a pontos géphiba deríthető fel, hanem az is, hogy mikor kell ezt kijavítani, hogy a gép megbízható üzemeltetése ne legyen veszélyeztetve. Az igényes gépek és technológiák esetén ezt javasoljuk alkalmazni. 

Az ehhez szükséges beruházás már csak csekély mértékben igényel nagyobb ráfordítást az egyszerű spektrumanalízishez képest. Ez a módszer is legalább egy képzett szakembert követel. A szükséges műszer (lehetőleg mérőút-támogatással) és a hozzávaló adatgyűjtő és kiértékelő PC-szoftver ára itt is igen széles skálán mozog. A magyar piacon 2,5-10 millió Ft.-ért kaphatók ilyen műszerek PC-szoftverrel együtt. Az érdeklődő csak olyan műszert és szoftvert vegyen, amely a diagnosztikai szükségleteit kielégíti – se többet, se kevesebbet. Nem biztos, hogy a készülék árával arányosan nő az adott feladathoz való alkalmazhatósága, ezért ne vegyen műszert helyszíni bemutató és hozzátartozó diagnosztikai oktatás nélkül! 

Az egyszerű spektrumanalízishez képesti csekély ráfordítástöbblettel viszont ugrásszerűen emelkedik a várható haszon: a gép hibás elemeinek vagy beállításainak pontos felderítésén túl a javítások határidői is megbecsülhetők lesznek. Alkatrész-készletben, munkaidőben nagyon sokat lehet így megtakarítani, a javításokhoz szükséges leállások előre összehangolhatók és megszervezhetők. A termelési folyamat megbízhatósága nagyságrendekkel nő rövidebb leállások és kisebb karbantartási költségek mellett. A rezgésdiagnosztikai beruházás ebben az esetben is akár már 1-2 éven belül visszatérül.


A korszerű gépdiagnosztika lépései

Összefoglalva megállapíthatjuk, hogy szinte minden üzemeltetési körülményhez, pénzügyi és emberi erőforráshoz megtalálható a magyar piacon a feladathoz illő gépdiagnosztikai eszköz. Akármelyiket alkalmazza, a fenti szempontok figyelembevételével biztosan nemcsak a beruházásának gyors visszatérülésére, hanem hosszú távú haszonra is számíthat a termelés feltételeinek javulásával.

 

Rahne Eric*    
*PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Bt.    

A laprendszer készítője: UFE