ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.09 3.10
Merre tovább a rezgésdiagnosztikában?∗ Rahne Eric, okl. villamosmérnök, műszaki–kereskedelmi igazgató, PIM Kft. Tárgyszavak: rezgésdiagnosztika; rezgésmérés; rezgéselemzés; mérőeszköz; mérőműszer.
Az utóbbi években a diagnosztika eszközei óriási fejlődésen mentek keresztül. Sokan még emlékezhetnek rá, amikor a csavarhúzó vagy az élére állított pénzérme jelentette az egyetlen ipari diagnosztikai módszert. Ebben az időben a rezgésmérés még csak egy-egy nagy tudású szakember privilégiuma volt. Aztán egyszer csak megjelentek az iparban az egyszerű rezgésmérő készülékek, majd a hordozható adatgyűjtők, kicsit később a rezgés- és gépanalizáló készülékek, valamint a telepített figyelő és diagnosztizáló rendszerek. Ez a tanulmány a jelenlegi eszközkínálatot próbálja meg bemutatni és a fejlődés várható irányait „körvonalazni”.
A mai eszközkínálat, valamint a diagnosztikai technológiák áttekintése Egyszerű eszközök, kézi rezgésmérők • Sztetoszkópok Az egyik legolcsóbb és legegyszerűbb eszköz az ún. elektronikus sztetoszkóp. Használata azon alapszik, hogy az üzemelő gép hangja alapján nagyon sok gépi meghibásodás felismerhető, a hiba okának (a zajforrásnak) meghatározása viszont már gondot okoz a zajos környezetben. ∗
A tanulmány az OKAMBIK 2004-en (Országos Karbantartási és Munkabiztonsági Konferencia, 2004. június 23–25., Nyíregyháza) elhangzott előadás szerkesztett változata.
A mozgó géprészek járásából keletkező „üzemi” vagy éppen „meghibásodási” hangokat a sztetoszkóp testhangérzékelője közvetlenül a gépen fogja fel, a műszer pedig fölerősíti és a fejhallgatóba vezeti tovább. Amennyiben a sztetoszkóphoz magnetofont is lehet kapcsolni, akkor a rögzített zajok később összehasonlíthatók zajetalonok1. ábra PCB Model 687A01 kal – például egy csapágyhiba (Forrás: PIM) jellegzetes hangjával (1. ábra). Sok – piezoelektromos rezgésérzékelő jeleit feldolgozó – rezgésmérő, ill. -analizáló műszerhez kapható fejhallgató (akár állítható szűrőkkel és erősítővel is), így azok sztetoszkópként is alkalmazhatók. • Digitális rezgésmérők Az egyszerű kéziműszerek a mért paramétereket (pl. a rezgéssebességet) egyetlenegy számmal minősítik. Az ilyen rezgésmérők kisméretűek (zsebben elférnek), kezelésük is rendkívül egyszerű. Leggyakrabban a rezgéssebesség effektív értékét mérik az ISO 10816 által ajánlott 10...1000, ill. 10...3200 Hz frekvenciatartományban. A műszerek révén kitűnően észrevehető a kiegyensúlyozatlanság, a mechanikai lazaság, a rezonancia, valamint a tengelybeállítási hiba jelenléte. Ahhoz, hogy a gördülőcsapágyak állapotáról is kapjunk információt, a csapágy alkatrészei által keltett nagyfrekvenciájú rezgéseket is meg kell mérni. A csapágyak állapotának jelzésére legalkalmasabbnak a 2…20 kHz között rögzített rezgésgyorsulás effektív értéke vagy burkológörbéje (Envelope) bizonyult. Ha tehát a műszer az ISO szerinti rezgéssebesség és a nagyfrekvenciájú rezgésgyorsulás mérésére alkalmas, nemcsak beállítási és kiegyensúlyozási problémák jelenléte, hanem csapágyhibák 2. ábra VMI Viber-A és elégtelen csapágykenés is felderíthetők (Forrás: PIM) vele (2. ábra).
Rezgésfigyelés trendkészítéssel Az állapotfüggő gépkarbantartás megszervezéséhez a legértékesebb információ a gépállapot romlási sebessége, ami alapján megbecsülhető, hogy mikor, milyen beavatkozást kell elvégezni ahhoz, hogy a gép váratlan leállás (és fölösleges javítások) nélkül üzemeljen, de meglévő kezdetleges hibákból eredő nagyobb károkat se szenvedjen el addig. Ehhez a géprezgéseket rendszeresen mérni kell, majd a trendjük emelkedési mértéke ad információt a várható időtartamokról (3. ábra). Sok cégnél a gépek száma miatt már nem ajánlatos „papírral és ceruzával” a rezgésértékeket feljegyezni, majd utána grafikákat készíteni vagy az adatokat egyenként PC-re vinni. Ilyen feladatokra már kaphatók zsebméretű adatgyűjtő műszerek, amelyek a rezgéssebesség és a nagyfrekvenciás rezgésgyorsulás mérésére, több gép rezgésadatainak – akár mérőutas – tárolására, valamint ezeknek PC-re való átküldésére képesek. A hozzájuk kapható PC-szoftverek pedig nemcsak a trendek készítését, hanem a határértékek figyelését, különböző beszámolók készítését és – mint például a PIM ProfiTrend szoftvere – a karbantartási tevékenységek naplózását is képesek elvégezni.
3. ábra PIM VibMinderPro (Forrás: PIM)
A spektrumanalízisen alapuló rezgés-, ill. gépanalizátorok A rezgések spektrumanalízise a jelenleg leghatékonyabb gépállapot-felmérő eszköz (feltéve, hogy szakértelemmel „olvassák” a benne rejlő információkat), és abból indul ki, hogy minden gép, ill. gépalkatrész mint „merev” test rezonanciafrekvenciákkal rendelkezik, illetve minden géphiba az aktuális gépfordulatszám alapján pontosan meghatározható frekvenciájú rezgéseket eredményez. A felvett rezgésjel spektrumanalízisével pedig „láthatóvá” válnak a benne szereplő „elemi” rezgések, amelyek frekvenciái a fentiek alapján hozzárendelhetők a gépalkatrészekhez és a géphibákhoz (4. ábra). -HF henger hajtásoldal függőleges
PK sebesség, mm/s
Szh25
frekvencia, Hz
4. ábra A spektrumban látható rezgéskomponensek alapján felderített csapágyhiba (Forrás: PIM) A rezgések spektrumanalízise révén tehát a gépbeállítás, ill. az egyes gépelemek hibái pontosan felderíthetők. Ez a módszer pl. arra is képes, hogy külön kimutassa a csapágy belső, ill. külső gyűrűjének vagy kosarának sérülését! Villanymotorok elektromos paramétereinek mérésével akár villamos hibák (pl. aszinkronmotor forgórészrúdjainak törése) is felderíthetők. Rezgés-, ill. gépdiagnosztikai adatgyűjtő műszerek Természetesen az a legjobb megoldás, ha a spektrumanalízis és a trendkészítés előnyeit ötvözzük. Így nemcsak a pontos géphiba deríthető
fel, hanem az is, hogy meddig kell azt kijavítani, hogy a gép megbízható üzemeltetése ne legyen veszélyeztetve. Az erre alkalmas műszerek az ismételt adatgyűjtések effektív elvégzéséhez mérőút-támogatással rendelkeznek, de többnyire sok egyéb mérési, illetve diagnosztikai eljárás is közvetlenül a kéziműszerbe van beépítve. A kiértékelési lehetőségek bővítése és az adatgyűjtés felgyorsítása érdekében a legtöbb műszer kétcsatornás kivitelben készül, többségük képes háromirányú érzékelők meghajtására és azok jeleinek közvetlen fogadására is. A vonalkódolvasóval végzett mérőpont-azonosítás alkalmazása szintén gyakori (5. ábra).
5. ábra Korszerű rezgésanalizáló–adatgyűjtő műszerek (Forrás: PIM) A legkorszerűbb gépanalizáló–adatgyűjtő műszerek jellemzői Példaként a CSI (Emerson) termékeire hivatkozunk, mivel az egyik legtekintélyesebb amerikai szaklap – a „Plant Service” – olvasói 2004ben igen nagy fölénnyel a legjobbnak választották a CSI cég termékeit az „Adatgyűjtők és rezgésanalízis” kategóriában. A CSI ezen túl harmadik helyet szerzett a „Tengelybeállító eszközök”, másodikat a „Kiegyensúlyozó műszerek”, negyediket a „Villanymotor-analízis” és másodikat az „Olajanalízis” kategóriában. Nincs még egy diagnosztikai eszközöket fejlesztő és gyártó cég, amely ennyire átfogó képességekkel bírna és enynyire élenjáró technológiákat birtokolna egyszerre!!!
Példa magas szintű rezgésdiagnosztikai technológiára (CSi PeakVue® ) Gyakran alkalmazzuk a demodulációt pl. csapágyhibák felderítéséhez, de a nagyon rövid idejű – impulzusszerű rezgések láthatatlanná válhatnak. A CSi PeakVue® módszere e hiányosságot kiküszöbölve kiválóan alkalmas a csapágyak hibáinak korai jelzésére az ilyenkor fellépő ún. stresszhullámok kijelzésével. Figyelemre méltó, hogy ez a módszer kis fordulatszámú gépek és fogaskerékhajtások esetén is alkalmazható, sőt: megbízható trendadatot szolgáltat, így a romlás mértéke és gyorsasága is megbecsülhető. Példa korszerű műszerre (CSI 2130 RBMconsultantPro) Méréstechnikai paraméterek: – valódi kétcsatornás mérés; – felbontás: max. 12 800 vonal + TrueZoom (300 000 vonal); – nagy felbontású színes grafikus kijelző (VGA: 640 x 480 képpont) háttérvilágítással; – megvilágított klaviatúra programfüggő funkciójú gombokkal; – szupergyors adatgyűjtés (matematikai időszükségletnek megfelelően + automatikus tartománybeállítás); – 16 bites felbontás, jeldinamika > 96 dB, ill. analóg integrálással > 120 dB; – frekvenciatartomány: min.0 ... 10 Hz, max. 0 ... 80 kHz; – átlagolás: 1... 10 000 mérés – lineáris, csúcsmegtartás, OrderTracking, negatív vagy időszinkron; – tetszőleges típusú rezgésérzékelő (ICP®, elektrodinamikus, örvényáramú ...) csatlakoztatható hozzá háromtengelyű érzékelők támogatásával; – sokféle folyamatparaméter (feszültség- vagy áramjel) csatlakoztatható; – tetszőleges típusú fordulatszám-érzékelő csatlakoztatható; – kommunikáció modemen, USB-n, Etherneten keresztül. Üzemmódok, mérési technológiák, képességek: – egyedi, állítható paraméterű spektrum- és időjelfelvétel; – megjelenítés: • lineáris, logaritmikus, egyszeres és kétszeres integrálással (analóg vagy digitális), • egyszerű, többszörös, mozgó többszörös és oldalsávos kurzorokkal,
– mérőutas adatgyűjtés (többcsatornás, akár végtelen kapacitással, cserélhető PCMCIA-kártyával); • azonnali jelanalízis: 12 programozható paraméter (szöveges riasztással), • azonnali határérték- és trendfigyelés (szöveges riasztással), • vonalkódolvasóval történő mérőpont-azonosítás, • szöveges és „kézi megadású” adatok rögzítése, – Bode/Nyuqist; – tranziensanalízis (pl. ütésteszt); – orbitábrázolás; – demoduláció; – 1/3 oktávanalízis (A-súlyozással is); – keresztkorreláció; – vízesésspektrum; – mérésismétlés automatikus paraméterállítással. Különleges technológiák: – SST – kis fordulatszámú gépekhez: 0,2 Hz-ig valós spektrumok; – PeakVue – hatékony és megbízható eszköz korai csapágy- és fogaskerékhibák felderítésére; – magas szintű tranziensanalízis – a felvétel bármely időpontjáról megtekinthető a spektruma is! Egyéb képességek: – ultrahangmérések; – referenciajel nélküli fordulatszámmérés; – lézeres tengelybeállítás; – adatátvétel MotorStatus (intelligens villanymotor-figyelő) infravörös pontjáról; – villanymotor-analízis; – négysíkú dinamikus kiegyensúlyozás; – rádiófrekvenciás érzékelők jeleinek fogadása. Mechanikai kivitel, hordozhatóság: – ellenálló alumíniumtokozás, összsúly csak 2,04 kg akkumulátorral; – gumivédelem ütés ellen, IP65-ös ipari védettségű kivitel; – –10°C ... +45°C üzemi hőmérséklet-tartomány;
– akkumulátor: • min. 8– 12 óra folyamatos üzem, újratöltés max. 3 óra, töltőről üzemeltethető; • nincs adatvesztés lemerülő akkumulátor esetén.
A jövő: korszerű gépszakértő–adatgyűjtő műszerek Az említett gépanalizáló–adatgyűjtő és a gépszakértő műszerek között elsősorban a szemléletváltás tűnik fel: míg a fejlett gépanalizáló– adatgyűjtők kettős funkciót láttak el (szakértő kezekben magas szintű diagnosztikai műszer, képzetlen munkás kezében gyors és megbízható adatgyűjtő), a korszerű gépszakértő műszerek inkább az azonnali gyors analízisre helyezik a hangsúlyt. Ezek a műszerek ugyanolyan gyors adatgyűjtést kínálnak, mint a gépanalizáló–adatgyűjtő műszerek, de a képességeik kihasználásához mindenképpen megfelelően képzett diagnoszta szükséges. (Itt már nem a képzetlen munkaerő által gyorsan elvégzett adatgyűjtés és utána a diagnoszta kényelmes irodai íróasztalnál elvégzett analízismunkája a cél.) A gépszakértői műszerek mindazokat a tulajdonságokat és képességeket magukban foglalják, amelyeket a gépanalizáló-adatgyűjtő műszerek esetén láttunk, de rendelkeznek még magasabb szintű képességekkel is. Mindennek alapja az, hogy ezek a műszerek már szinte egy teljes számítógépet tartalmaznak – többnyire Windows alapú operációs rendszer fut rajtuk és nagy méretű, nagy felbontású képernyővel rendelkeznek. Ez a környezet lehetővé teszi, hogy magán a mérőműszeren fusson az – egyébként minden adatgyűjtőhöz szükséges – kiértékelő– adattároló, ill. szakértő (automatikus diagnosztizáló) PC-program (ill. ehhez hasonló szoftver). A mérést végző szakember tehát már a mérés pillanatában rendelkezik a teljes adatbázissal (megtekintheti a mérendő gép múltját, paramétereit), továbbá a PC-program adta teljes kiértékelési funkcionalitással és minden kényelmi szolgáltatással. Amennyiben a program szakértői rendszerrel is kiegészül, a gép mérése után azonnal szövegesen is kijelzésre kerülhetnek a felfedezett hibák ! (Természetesen azonnal készülhetnek beszámolók, statisztikák, munka- és alkatrész-megrendelések stb., lehet nyomtatni és hálózaton kommunikálni is.)
Korszerű értékelőszoftverek Már több évtizedes hagyományra tekinthetnek vissza a gépek és berendezések állapotának felmérésére és a hibák előrejelzésére megva-
lósított különféle – egymástól függetlenül is eredményes – vizsgálati és értékelési (diagnosztikai) eljárások, valamint a hozzájuk kifejlesztett PCszoftverek. Napjainkban már léteznek olyan fejlett diagnosztikai rendszerek, amelyek átfogják a különböző eljárásokat úgy, hogy minden egyes technológia professzionális szinten legyen alkalmazható. A CSi RBMware szoftvercsomag példaként szolgál a következőkben arra, hogy a legmodernebb diagnosztikai eszközök egyesítése milyen hatékony analizáló– előrejelző és szervező–tájékoztató rendszert és milyen sokoldalú diagnosztikai lehetőségeket eredményez. Különféle gépállapot-felmérő technológiák professzionális támogatása A szoftvercsomag szolgálja ki a hordozható és telepített (online) rezgésanalízist (annak minden eljárásával együtt), a termográfiát, az olajvizsgálatot, az ultrahang-analízist, valamint a villanymotordiagnosztikát. További eszközöket tartalmaz a lézeres tengelybeállítás és dinamikus kiegyensúlyozás nyomon követéséhez és dokumentálásához, a több technológiát átfogó diagnosztikai beszámolókészítéshez, a karbantartás költségeinek analíziséhez és esettanulmányok elkészítéséhez. Ezen túl olyan funkciókkal rendelkezik, amelyek révén az alkalmazó cég műszaki és gazdasági vezetése, valamint a legkülönbözőbb karbantartás-szervezési, üzemviteli, vállalatirányítási és vállalatinformációs szoftverrendszerek is elláthatók a szükséges – naprakész – információkkal. A program felismeri a berendezések állapotát, megszervezi és naplózza a karbantartási folyamatot a legelső problémától a szervizigényen, a javítási–karbantartási munkák megrendelésén és kivitelezésén keresztül egészen a költséganalízisig. Minden lépésről és minden egyes kiértékelésről információk továbbíthatók a vállalatinformációs és vállalatirányítási, valamint CMMS-rendszerekhez, de kommunikál a FisherRosemount (Emerson) cég AMS rendszerével is. Varázslóval percek alatt felépíthető adatbázis Mindig is igényes feladatnak számított egy adatbank létrehozása és felépítése. Jelen esetben pedig többféle állapotfelismerő technológia kerül akalmazásra, így tehát mindegyik módszerre vonatkozóan egyéni előírásokat és megkötéseket kell egyszerre betartani. Az RBMwizard™
interaktív adatbázisépítő varázsló ezt a problémát megoldja – az adatbázis felépítését könnyen és pontosan elvégzi, lépésről lépésre vezetve a felhasználót a felépítés fázisain keresztül (6. ábra).
6. ábra Adatbázisépítő varázsló (CSI RBMware, forrás: PIM) A gépek, komplett gépcsoportok, ill. berendezésláncok megalkotásához egyszerűen összeilleszthető grafikus „Fogd és vidd” elemeket kínál a „sablon”-készlet (benne: több mint 30 ezer csapágy, több száz villanymotor, áttétel és hajtás típus és gyártó szerint, hibafrekvenciákkal együtt). Minden elemhez előre definiált beállítások választhatók és a varázsló automatikusan generálja a mérőpontokat, az analízisbeállításokat, a riasztási határokat és a hibafrekvenciákat, javasolja a különböző állapotfelmérő technológiák alkalmazását, és előkészíti az adatbankot a szakértői rendszer alkalmazására is. Áttekintés „egy pillantás alatt”, eseménykövetéssel A program által készített csoportosított faszerkezet rögtön – „ránézésre” – áttekintést nyújt az összes berendezésről az ikonjainak színe alapján. Az ikonnal jelzett elemek kattintással kinyihatók és további –
részletesebb – információk (pl. jelenlegi gépállapot, géptörténet, folyamatban lévő munkálatok, határidős tevékenységek) válnak láthatóvá. Ezen túl elindíthatók a beépített magas szintű analíziseszközök, a grafikus megjelenítő és beszámolókészítő programmodulok. Utóbbiak lehetővé teszik bármilyen gépállapot-felmérő technológia analíziseredményeinek megjelenítését a rendszerben szereplő valamennyi berendezésről egy-egy átfogó beszámolóban. Továbbá dokumentálható pl. a költségmegtakarítás, valamint a problémák statisztikai gyakorisága is. Effektív és gyors rezgésdiagnosztika – 3 lépésben A szoftver egyesíti a legkülönbözőbb rezgésfigyelő rendszerek adatait (beleértve a telepített rendszerek, a hordozható adatgyűjtők és gépanalizálók, valamint a rádiós és infravörös jelátvitelű érzékelők adatait is). Mindezeket egyetlenegy adatbázisban rendezi el (7. ábra).
1. lépés: felfedezés a piros oszlop jelzi a diagnosztikának a G3H pontban lévő csapágy hibaellenőrzésének szükségességét 2. lépés: diagnózis a spektrumra vetített hibafrekvenciák mutatják a csapágy külső gyűrűjének hibáját
3. lépés: prognózis a csapágy hibafrekvenciáinak trendjéből kiderül, hogy a helyzet egyre gyorsabban válik kritikussá
7. ábra Korszerű gépanalízis-szoftver által támogatott diagnosztikai lépések (CSI RBMware, forrás: PIM) E sokféle adat egy állapotáttekintő (többszintű oszlopdiagram formájú) ábrán kerül megjelenítésre, amely több előre definiált frekvenciasávon jelzi a mérőpontok rezgésszintjeit, így egyetlenegy képernyőn át-
tekintést nyújt egy (vagy akár több) gépcsoportról. (1. lépés: hol van probléma?) Ezek alapján másodpercek alatt megtalálhatók a kritikus helyek, amelyekre rákattintva azonnal előhívhatók a megfelelő rezgésspektrumok és a csatolt hibafrekvenciák (vagy az időjelek, orbit-ábrák stb.) a hiba természetének kiderítése céljából. (2. lépés: mi a probléma jellege?) Átlépve a trendábrázolásba, megvizsgálható a romlás gyorsulásának mértéke, és ez alapján megtervezhető a szükséges beavatkozások időpontja. Befejezésül dokumentálhatók az analíziseredmények és a javítási javaslatok. (3. lépés: milyen sürgős a beavatkozás?) Beépített különleges rezgésanalizáló eszközök Változó üzemi fordulatszámú gépek esetén egy különleges eljárásnak köszönhetően a szoftver képes a gépek fordulatszám-változásainak detektálására és a mérési eredmények ennek megfelelő kompenzálására. A diagnoszta úgy kezelheti az adatokat, mintha állandó fordulatszámú géptől származnának ! Lehetőség van gépspecifikus határértékek generálására a mérési adatok statisztikai értékelése alapján. Tehát a kezdeti beállítások hozzáigazíthatók a valódi körülményekhez – ezzel kizárva a valóságtól eltérő határértékek miatt fellépő téves riasztásokat és a hiányzó figyelmeztetéseket egyaránt. A kétcsatornás mérések adatainak mélyebb tranziens- és keresztkorrelációs analízisére, a jelfázis keresztkorrelációjának kiszámítására és ábrázolására, valamint a koherencia és az átviteli funkció meghatározására is van mód. Sőt, a fel-, ill. lefutás alatt rögzített hosszú idejű tranziensadatok (időjelek) minden egyes pillanathoz tartozó spektrumai is megjeleníthetők (8. ábra). Mozgásanimáció és modálanalízis Gépstruktúrák mozgásainak (deformációinak) modellezésére is van mód: a háromdimenziós gépmodellen animált rezgésadatok alapján a gépszerkezet gyengeségei, ill. hibái láthatóvá válnak és látványosan dokumentálhatók is (9. ábra). A mélyebb struktúraanalízist egy modálanalízis-szoftvermodul szolgálja, amellyel a gépstruktúra virtuális modifikációi is tesztelhetők és az eredmények digitalizált videóként összeállíthatók.
gépkifutás adatai
RBMwizard által javasolt riasztási i t
AutoStart révén a valósághoz igazított határ
generágenerált lt rezgéssperezgésspektrum ktrum
8. ábra Beépített rezgésanalizáló eszközök
Szerkesszen animációs modellt a komponensek könyvtárából!
9. ábra Deformációk modellezése Olajanalízisből karbantartási információ Az RBMware OilView® programja a helyszíni (fizikai), a laboratóriumi (vegyi) és a kopástermék alapú (vizuális) olajanalízist támogatja, és képes az olajanalízis adatainak a karbantartás-szervezés szempontjából
extrém riasztás
Trivector kopás
készenlét normál feletti normál
szennyezés
kémia
10. ábra Olajminősítő adatok egy ábrában
végzett analízisére, megjelenítésére, trendkészítésre és dokumentálásra. Mindehhez átfogó automatikus tanácsadó (szakértői) modult is kínál. A szabadalmaztatott TrivectorSM megjelenítő kategorizálja és komprimálja a sokféle olajminősítő adatot egyetlenegy látványos ábrába, amely három vektorból (kémia, szenynyezés, kopás) áll össze. A riasztási szintek a vizsgált géptípus és a működési körülmények alapján állíthatók be (10. ábra).
Villanymotor-felügyelet és -diagnosztika Az RBMware MotorView támogatja a villanymotorok üzem közbeni roncsolás- és szerelésmentes állapotfelmérésére alkalmas hordozható diagnosztikai eszközök (például a lakatfogóval, fluxusmérő tekerccsel, hőérzékelővel, ill. tengelyáram/ tengelyfeszültség-érzékelővel felszerelt CSi műszerek) alkalmazását, valamint az aszinkron motorokra szerelendő MotorSTATUS® nevű intelligens érzékelővel rögzített fluxus-, hőmérséklet- és rezgésadatok kiértékelését. A szoftver a villanymotor áram-, ill. fluxusspektrumát analizálja, amiből törött forgórészrudak, rossz villamos kötések, alumínium forgórészekben lévő üregek és törött összekötőgyűrűk meglétét (és számát) képes felfedezni. Továbbá vizsgálni lehet az állórész hibáit, feszültségaszimmetriákat, kúszóáramokat és indukált tengelyfeszültségeket (az utóbbiak pl. erős csapágyroncsolást okozhatnak a csapágyon belüli „mikrohegesztések” miatt). A program egy szabadalmaztatott szakértői analízisrendszer révén automatikus analízist végez és részletes szöveges javaslatot ad a szükséges tevékenységekre vonatkozóan (11. ábra).
áramspektrum nagyfrekvenciás fluxusspektrum
kisfrekvenciás fluxusspektrum
kisfrekvenciás rezgésspektrum
… és a kiértékelés szöveges végeredménye a törött forgórészrudak számának becslésével
11. ábra Villanymotor áram-, ill. fluxusspektruma Karbantartás-szervezés termográfiával Az effektív termográfiai vizsgálatokhoz az adatok rendezését, kiértékelését és dokumentálását végző szoftver éppolyan fontos, mint a megfelelő hőkamera. Fontos, hogy a hőképeket semmiképp se digitális képként kezelje a szoftver (ez durva információvesztést jelentene), hanem pontonként hőmérséklet-információt hordozó mátrixot tartalmazó fájlként. Az RBMware beintegrálja a vizsgálati eredményeket a többi állapotfelmérő technológia adatait is tartalmazó adatbázisba, kiértékelésükhöz pedig egy átfogó tudásbázist nyújt. Ezen túl az anomáliákról, a gépállapotokról és a költségekről automatizált beszámolók készíthetők. Profeszszionális hőképanalízis végezhető trendek, hisztogramok, hőprofilok és izotermák felhasználásával.
12. ábra Hőképanalízis Ultrahangmérésen alapuló vizsgálatok A nagy teljesítményű, de egyszerűen használható szoftvereszközöket kínál a gőzcsapok, a sűrített levegős rendszerek, a szelepek és kenések ellenőrzésére és az adatok gyors és pontos kiértékelésére. Lehetőség van hang- és hőmérsékletadatokról történő trendkészítésre, valamint az ultrahangmérésekre vonatkozó mérőutak generálására, naplózására és a vizsgálati eredmények kiértékelésére felhasználóspecifikus analízisparaméterek és riasztási szintek alapján (13. ábra). 13. ábra Ultrahangmérésen alapuló vizsgálat Szakértői rendszer (automatikus diagnosztizálás) A rezgésadatok automatikus analíziséhez egy szakértői rendszer kínálja kimagasló képességeit: automatikusan megjeleníti a kiértékelésbe bevont és feldolgozott adatokat, valamint számszerű és részletes szöveges információkkal segíti a gépproblémák diagnosztikáját. Utolérhetetlen képességekkel rendelkezik többelemes gépszerkezetek összefüggő analízisében és a problémák természetének, súlyosságának fel-
mérésében. Szükség esetén utasítja a diagnosztát kiegészítő mérések és vizsgálatok elvégzésére, sőt más vizsgálati technológiákból származó információkat is képes felhasználni (14. ábra).
általános ellenőrzés gyakorisága
diagnosztikai belépés: gépcsoport
többféle diagnózis ellenőrzési gyakoriság
biztonsági gyakoriság
14. ábra Automatikus diagnosztizálás
Folyamatos működésű telepített rendszerek A technológiai vagy gazdasági szempontok alapján kritikusnak minősített vagy nagy egyedi értékű gépi berendezések esetén bizonyítható, hogy gazdaságos a telepített figyelőrendszerek alkalmazása. Ezek az eszközök feladatuk alapján két főcsoportra bonthatók: – közvetlen gépvédelem, – folyamatos, diagnosztikai célú állapotfelügyelet. A védelmi feladat az állapotjelző paraméterek határértékeinek figyelésével, figyelmeztető jelzésekkel, esetleg a folyamatba történő beavatkozással valósítható meg. Például egy erőművi gőzturbina esetén ilyen lehet az állórész abszolút hőtágulásának, az álló és forgórész relatív hőtágulásának, a fordulatszámnak, a szelephelyzetnek és természetesen a rotordinamikai jellemzőknek (pl. a rezgéseknek) a folyamatos figyelése. A diagnosztikai célú állapotfelügyelet rendeltetése a paraméterek adatsorából való trend készítése, a naplózás révén követhető változások figyelése és értékelése, ill. a veszély küszöbértékek elérésé-
nek kijelzése. Részletekbe menő analízis akkor készíthető, ha a rendszer mind hardver-, mind pedig szoftveroldalról alkalmas a spektrumanalízisre. Rezgésvédelmi rendszerek A rezgésvédelmi rendszereket leginkább az erőművekben, kritikus üzemeltetésű vagy távfelügyelt gépek és berendezések esetén alkalmazzák. Ehhez minden csatolt jel egy vagy két határértékét figyelik előre meghatározott frekvenciatartományban. Az olykor géptípusonként és gyártónként eltérő határértékek túllépése esetén riasztják az operátort vagy automatikusan leállítják a berendezést. A fő berendezések, azaz turbinák és generátorok figyelésére nemcsak rezgésszintfigyelést alkalmaznak, hanem figyelik például a ház és a tengely hőtágulását, a forgórész tengelyirányú pozícióját is. Kisebb (egyedülálló) gépek esetén egyedi rezgésvédelmet érdemes alkalmazni. • Egyedi géprezgésvédelem meglévő PLC-, DCS- (15. ábra), ill. SCADA-rendszerek „kihasználásával” 4...20 mA rezgésjeltávadók (PCB): – 4 ... 20 mA szabványos jel: effektív rezgésgyorsulás vagy rezgéssebesség; – ipari kivitel: ütésálló, hermetikusan zárt, földfüggetlen; – szabványos frekvenciatartományok (pl. ISO). Érzékelőtápláló, rezgésjel-feldolgozó távadóegység – beépített táplálás ICP-érzékelő részére; – szabványos frekvenciatartományok (pl. ISO); – jelkimenet: 4…20 mA és 0…5/10 V DC rezgésgyorsulás, rezgéssebesség, ill. elmozdulás; – választható jelskálázás: csúcs-, ill. effektív érték; – hőmérséklet-jelkimenet PCB TO-érzékelők esetén; – beépített táplálás ICP-érzékelő részére; – 4–20 mA rezgéssebesség-jelkimenet (ISO); – 4–20 mA rezgésgyorsulás-jelkimenet (csapágy) – egy-, ill. kétcsatornás kivitel; – LED-jelzés mérőkörszakadás esetén; – kis méret, szabványos DIN-sínre pattintható.
PCB távadók
PCB 682A
PIM Vib Loop
15. ábra Távadóegységek PCB 683A programozható rezgésfigyelő táblaműszer: – beépített érzékelőtáplálás és -csatolás; – jól látható, nagyméretű LED-kijelző; – szabadon skálázható kijelzéstartomány; – négy programozható relékimenet; – programozható időkésleltetés; – opció: 4…20 mA kimenet (skálázható); – műszertáblába beépíthető.
VMI VM42 egy-, ill. kétcsatornás rezgésfigyelő: – egy-, ill. kétcsatornás kivitel; – beépített érzékelőtáplálás és -csatolás; – csatornánkénti folyamatos digitális kijelzés; – különféle rezgés-, valamint örvényáramú elmozdulásérzékelők is csatlakoztathatók; – csatornánként két beállítható riasztási határérték; – két változtatható működtetésű relékimenet; – állítható időkésleltetés (reléműködtetésre); – 0/4…20mA és 0…10V jelkimenetek minden egyes csatornához. PIM VibOnline készülékcsalád folyamatos trendrögzítő rezgésfigyelő egység (Black-Box): – egy-, ill. kétcsatornás kivitel rezgésérzékelőkhöz; – beépített érzékelőtáplálással és –csatolással; – 2 (max. 4) riasztási relékimenet programozható logikával és működtetéssel; – tetszőlegesen beállítható jelzés-és riasztáshatárok a gépállapotra (széles sávú rezgésszintre) és csapágyállapotra (nagyfrekvenciás rezgésgyorsulásra); – belső memóriába történő trendrögzítés mindkét fenti rezgésparaméterről; – opció: 4…20mA vagy/és 0…10V DC kimenetek; – jól látható, háttérvilágításos LCD-kijelző; – PC-ről, ill. klaviatúráról is programozható; – sorosvonali adatátvitel számítógépre; – kisméretű, DIN-sínre szerelhető egység (16. ábra). • Sokcsatornás géprezgésfigyelő–gépvédelmi rendszerek Sensonics AEGIS géprezgés- és turbinavédelmi rendszer Az AEGIS gépvédelmi rendszer alkalmazható minden típusú forgógéphez: villanymotorokhoz, szivattyúkhoz, ventilátorokhoz, turbinákhoz, generátorokhoz, kompresszorokhoz, malmokhoz, darálókhoz, keverőkhöz stb. A rendszer a biztonság érdekében folyamatosan önellenőrzést hajt végre minden csatornán és a mérőkörökön is, működése és gyorsasága megfelel az API 670-es szabványnak. A rendszerhez léteznek csatornamodulok rezgés, elmozdulás, hőmérséklet, fordulatszám és más folyamatparaméterek fogadására.
VMI VM 42
PCB 683A
PIM
Vib
16. ábra Rezgésfigyelő műszerek Főbb tulajdonságai: – moduláris, konfigurálható, rugalmas rendszerstruktúra; – minden típusú és kialakítású forgógéphez alkalmazható; – rezgés, hőmérséklet és egyéb paraméterek megjelenítése; – előjelzés és riasztáskijelzés csatornánként LED-del; – két állítható késleltetésű jelzősrelé minden csatornán; – egymástól független (galvanikusan leválasztott) csatornák; – folyamatos modul- és érzékelő-ellenőrzés csatornánként; – távvezérelhető funkciók, például külső riasztásnyugtázás; – analóg kimenetek analízishez és archiváláshoz csatornánként (17. ábra).
17. ábra Sensonics AEGIS gépvédelmi rendszer
• Sensonics SENTRY mikroprocesszoros géprezgés- és turbinavédelemi rendszer A SENTRY gépvédelmi rendszert a legnagyobb üzembiztonság és legrugalmasabb feladatspecifikus konfigurálhatóság szempontjai alapján fejlesztették ki. A telepítés során az intelligens (mikroprocesszoros) modulok sokoldalúságának köszönhetően szinte a legkülönlegesebb feladatnak megfelelően is beállítható a rendszer, amely képes kimagaslóan nagy megbízhatósággal a gépek teljes védelmét ellátni. A rendszer folyamatosan önellenőrzést hajt végre a csatornákon és a mérőkörökön is. A SENTRY bármilyen forgógéphez alkalmazható. A SENTRY rendszer minden egyes csatornamodulja teljesen független a többitől, galvanikusan leválasztott, rendelkezik saját tápegységgel és Intel mikroprocesszorral, a csatolt érzékelőnek vagy jelnek megfelelő előerősítővel, érzékelőtáplálással vagy jelkondicionálóval, analóg- és relékimenetekkel, valamint frontoldali oszlopkijelzővel, jelző-LED-ekkel, digitális kijelzővel és kezelőgombokkal. Léteznek csatornamodulok rezgés, elmozdulás, hőmérséklet, fordulatszám és más jelek fogadására, valamint – összetett műveletek végrehajtására képes – több bemenetes mérő/kiértékelő modulok is. Főbb tulajdonságai: – moduláris, konfigurálható, rugalmas rendszerstruktúra; – minden típusú és kialakítású forgógéphez alkalmazható; – API 670 és GDCD96 szabványnak megfelelő védelmi rendszer; – rezgés, hőmérséklet és egyéb paraméterek megjelenítése; – mikroprocesszoros, egymástól független csatornamodulok; – konfigurálható számítógépről vagy az előlap klaviatúrájáról; – adatkijelzés csatornánként oszlopkijelzővel és digitális értékekkel;
– – – – – –
előjelzés, riasztás és állapotjelzések csatornánként LED-del; két darab állítható késleltetésű jelzőrelé minden csatornán; folyamatos modul- és érzékelő-ellenőrzés csatornánként; távvezérelhető funkciók, például külső riasztás nyugtázása; analóg kimenetek analízishez és archiváláshoz csatornánként; hálózatba köthető soros (RS232-típusú) interfész modulonként (18. ábra).
18. ábra Sensonics SENTRY gépvédelmi rendszer forgógépekhez
Folyamatos rezgésdiagnosztikai rendszerek A diagnosztikai célú állapotfelügyeleti rendszerek elsősorban a paraméterek folyamatos mérésére, archiválására és trendmegjelenítésre szolgálnak. A hosszú idejű naplózás révén kiválóan követhetők és értékelhetők a változások (akár különböző üzemállapotok mellett). Képesek a veszélyküszöbértékek elérésének kijelzésére és a kezelő figyelmeztetésére is (viszont nem valós idejű védelmi rendszerként!). Részletekbe menő analízis akkor készíthető, ha a rendszer hardvere és szoftvere alkalmas a spektrumanalízisre. Kétcsatornás mérések alapján orbitgörbéket és keresztkorrelációs kiértékeléseket is szokás készíteni. Egyedi diagnosztikai rendszerek CSi MotorStatus folyamatos villanymotor-felügyelet A villanymotorok állapotának felmérésére és figyelésére hatékonynak bizonyult az elektromágneses tér mérése, mivel ezzel a módszerrel az aszinkronmotorok forgórészének és állórészének állapotát is analizálni lehet. Főleg az elektromágneses térben mutatkozó zavarok terhelésfüggő figyelése és ezek trendbeli feldolgozása nyújt kiértékelhető adatokat.
A StatusReport PC-szoftverrel elvégezhető a MotorStatus-szal rögzített adatokról történő trendkészítés és az adatanalízis. A villanymotor élettartamára ható tényezők – villamos és mechanikus paraméterek, hőmérsékletadatok és üzemi körülmények – kiértékelése teljesen automatikusan történik, amelynek végeredményeként a hiba jellegéről részletes beszámoló készül. Főbb tulajdonságai: – kábelezés nélkül telepíthető, intelligens érzékelő; – ellenálló, zárt tokozású ipari kivitel; – villamos és mechanikus adatok folyamatos rögzítése: • rezgésszint, fordulatszám, fluxuserősség, • környezeti és motorhőmérséklet, • fel- és lefutások jellege és száma, – adatátvitel adatgyűjtő kéziműszerre vagy PC-re; – trendek, kiértékelések és konkrét javaslatok a javításhoz és üzemeltetéshez szakértői szoftverrel.
19. ábra MotorStatus villanymotor-felügyeletre Sokcsatornás telepített diagnosztikai rendszerek VMI VM100 decentralizált gépfigyelő–rezgésanalizáló és adatgyűjtő rendszer A VM100 folyamatos gépfigyelő–rezgésanalizáló és adatgyűjtő rendszer elsősorban decentralizált gyártóberendezések és gépcsoportok folyamatos felügyeletének megvalósításához lett kifejlesztve. Az egység gyors adatlekérdezést hajt végre, az adatrögzítés pedig a felprogramozás által definiált módon történik. Ezen túl a VM100 többféle analízisfunkcióval is rendelkezik, így a felhasználó nemcsak egy-egy probléma keletkezéséről szerez tudomást, hanem lehetősége is van a problémás berendezés élő, ill. tárolt adatai alapján gépdiagnosztikát végezni. Ehhez nagy felbontású spektrumok, időjelek, kétcsatornás mérések (pl. orbitgörbék), valamint rezgésvektorok jeleníthetők meg (20. ábra).
Orbitgörbe
20. ábra VM100 gépfigyelő–rezgésanalizáló rendszer, valamint a folyamatáttekintő és diagnosztikai képernyői (Forrás: VMI, PIM) Főbb tulajdonságai: – Kisméretű folyamatos figyelőrendszer; – 16 programozható érzékelőcsatorna (beépített érzékelőtáplálással); – 4 fordulatszám-érzékelő csatorna; – Kommunikáció RS485-ön keresztül; – Gyors csatornalekérdezés; – Kétcsatornás szimultán mérések; – 6400 vonalas spektrumfelbontás; – Sokoldalú analízisfunkciók; – 85…265 V AC táplálás; – 16 db egység fűzhető össze → 256 érzékelőcsatorna.
CSI 4500R folyamatos gépfigyelő–rezgésanalizáló és adatgyűjtő rendszer A CSI 4500R folyamatos gépfigyelő–rezgésanalizáló és adatgyűjtő rendszert többcsatornás gyors- és folyamatos figyelést, valamint eseményvezérelt adatgyűjtést és magas szintű analízist igénylő alkalmazások megvalósítására fejlesztették ki. A rendszer szupergyors adatlekérdezést hajt végre (szinte másodpercenként kérdezi le az összes csatornát). Az adatrögzítés eseményvezérelten történik – semmi nem kerülheti el a rendszer és a felhasználó figyelmét. Ezen túl a CSI 4500R többféle analízisfunkcióval is rendelkezik, így a felhasználó nemcsak egy-egy probléma keletkezéséről értesül, hanem felvilágosítást is kap annak természetéről (21. ábra).
21. ábra CSI 4500R folyamatos gépfigyelő–rezgésanalizáló rendszer Főbb tulajdonságai: – Gyors, folyamatos figyelőrendszer; – 32 programozható érzékelőcsatorna; – 16 csatorna fordulatszám-jeladóhoz; – 16 programozható be/kimeneti csatorna; – 110/220 VAC vagy 24 VDC táplálás; – Kommunikáció Etherneten keresztül; – Gyors csatornalekérdezés (32 csatorna/másodperc); – Kétcsatornás szimultán spektrummérések; – 6400 vonalas spektrumfelbontás; – Eseményvezérelt automatikus adatrögzítés;
– Nagy felbontású (16 bit) digitalizálás; – Nagy teljesítményű analízisfunkciók; – Magas szintű csapágy- és fogaskerék-analízis PeakVue™-technológiával; – 16 egység összekapcsolható (= 512 érzékelőcsatorna).
Várható trendek, fejlesztések Kéziműszerek – érzékelőtípusok fogadása (rezgés, hőmérséklet, fordulatszám, villamos jelek mérése egyben); – méretcsökkenés (mobiltelefon); – vízálló, hőálló, robbanásbiztos kivitel; – többoldalú funkcionalitás (rezgésmérés, egyensúlyozás, speciális analízisek – pl. villanymotor); – szakértői képességek beintegrálása (lásd gépszakértői adatgyűjtő kéziműszerek). Telepített eszközök – kisebb, olcsóbb egyedi védelmek; – rezgésvédelem beintegrálása a gépekbe már a gyártónál; – védelmi rendszerek analízisképességgel; – folyamatos diagnosztikai rendszerek védelmi képességgel (megbízhatóság, gyorsaság). Szoftverek – távdiagnosztika (interneten keresztül); – több technológiát átfogó szakértői rendszerek. Irodalomjegyzék 1. Dr. Dömötör Ferenc: Gondolatok a magyarországi rezgésdiagnosztika fejlődéséről (a GTE X. Országos Karbantartási Konferenciáján, Nyíregyházán 2000 júniusában elhangzott előadás rövidített szövege) In: Műszaki Információ – Üzemfenntartás, karbantartás OMIKK Kiadvány, 2000/8. 2. CSI, Knoxville, Tennesse, U.S.A., prospektusok, termékleírások, kézikönyvek. 3. Sensonics Ltd, Hertfordshire, England, prospektusok, termékleírások, kézikönyvek. 4. VMI AB, Norrköpping, Sweden, prospektusok, termékleírások, kézikönyvek. 5. PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft., Budapest, prospektusok, termékleírások. 6. PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft., Budapest, Rezgésdiagnosztikai alaptanfolyam (oktatási jegyzet), 4. kiadás, 2004.
