Conditiebepaling en Conditiebewaking 0. Inleiding Conditiebepaling. Iedere installatie, machine, component of element takelt op den duur af. Ter voorkoming van onverwachte stilstand door een storing kan er periodiek geïnspecteerd worden. De inspectie maakt deel uit van het Preventief Onderhoud. Stappen: 1. Vaststellen conditie machine(onderdeel) 2. Beoordelen van de conditie (goed, voldoende, onvoldoende) 3. Beslissen, plannen - periodiek onderhoud - modificaties / verbeteringen - opheffen onveilige situaties - optimaliseren van het onderhoudsplan. 1. Inspectie tijdens bedrijf. In eerste instantie inspectie door machinebediener. Ieder verdacht verschijnsel (geluid, trilling, stank of afwijkend product) wordt door hem opgemerkt. Actie: zelf bron opzoeken en uitschakelen of onderhoudsdienst inschakelen. In tweede instantie inspectie door onderhoudsmonteur. Actie: storingsbron opsporen en uitschakelen, vervolgens kort verslag in logboek. Welke preventieve inspecties kunnen tijdens bedrijf worden toegepast? (en kunnen tot actie leiden) verloop van productkwaliteit. trillingsmetingen (resultaten in trend uitzetten), metingen van onbalans, meten temperatuursveranderingen, meten materiaalverbruik (procesindustrie) meten energieverbruik (P = U * I) ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.1 van 14
2. Inspectie tijdens productiepauze. Het is oneconomisch om de machine voor een inspectie stop te zetten. Zo mogelijk moet de inspectie tijdens een geplande pauze plaatsvinden. Tijdens stilstand kunnen hoofdzakelijk statische defecten worden ontdekt. (tijdens een testrun ook dynamische defecten) Voorbeelden statische defecten: slijtage / scheurvorming speling oliepeil / olievervuiling 3 Inspectiemethoden. 1. Zintuiglijke inspectie (indien mogelijk m.b.v. checklist) 2. Niet Destructief Onderzoek 3. Destructief onderzoek. (alleen tijdens research) 3.1 Zintuiglijke inspectie Niet alleen kijken (slijtage, oliepeil, etc) maar ook, Luisteren: trillingen, cavitatie, wrijving, gasstroom, Voelen: trillingen, warmte, schokgolven in slangen, Ruiken: gaslekken, bedorven olie, schroeilucht, Proeven: voedingsmiddelen. 3.2 Niet Destructief Onderzoek Deze methoden zijn bekend uit de materiaalkunde en worden vaak n.a.v. een zintuiglijke inspectie uitgevoerd om een duidelijk en objectief beeld van de storing te krijgen. Zie tabel 1 op pag. 40 Trillingsmeting Trillingen en het bijbehorende geluid kunnen belangrijke informatie verschaffen over de conditie van een machine(deel). Meting bij in gebruikname vergelijken Meting na X bedrijfsuren ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.2 van 14
Overall niveaumetingen: Gaat / is er iets stuk? Geven een beeld van machineconditie. Een belangrijke verandering van het trillingsbeeld kan aanleiding geven tot een analysemeting. Voorbeeld: trilling van een lagerhuis. Analysemetingen: Wat gaat / is er precies stuk? Hier wordt het trillingsbeeld verder onderzocht en wordt de veroorzaker opgespoord. Voorbeeld: trilling in een wentellager. Wie is de veroorzaker? De binnenring, de buitenring, de kooi of de wentellichamen? Temperatuurmeting Normale bedrijfstemp. vergelijken Temp. na X bedrijfsuren Uitvoering: periodiek of continu meten. Thermografie Zichtbaar maken van plaatselijke warmte-ontwikkeling m.b.v. infraroodcamera. Toepassing: opsporen energieverliezen in installaties. Endoscopie (kijkoperatie) Inwendige visuele inspectie van een machine / installatie. Magnetisch onderzoek Opsporen van oppervlaktescheuren bij magnetiseerbare materialen. Penetrant Onderzoek Opsporen van haarscheuren in het oppervlak van een product. Stethoscopie Luisteren naar geluiden die in een machine worden voortgebracht. Ontdekken en analyseren van afwijkende geluiden vereist ervaring. ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.3 van 14
Voorbeelden stethoscopie: arts: hart / long onderzoek dierenarts: onderzoek spijsvertering bij een paard, borrelend geluid is goede spijsvertering, piepend geluid duidt op krampen en evt. koliek. Ultrasoon onderzoek Ultrasone geluidsgolven kunnen materiaalfouten in een metaal aan het licht brengen. Voorbeelden: gasinsluitingen in lassen, dubbelingen in walsproducten, slinkholten in gietproducten. Lekdetectie Het detecteren van ontsnapte gevaarlijke gassen in leidingen, m.b.v. testvloeistoffen (zeepsop) of testgas, hoogfrequent apparatuur (geluidsmeting) Smeerolie analyse Onderzoek naar de deugdelijkheid van smeerolie d.m.v.: opsporen slijtagedeeltjes (filteren / microscopisch onderzoek) meten zuurgraad, vaststellen veroudering en bacteriëngroei vaststellen samenstelling (aandeel additieven) Naar aanleiding van het onderzoek kan worden besloten: a. Olie verversen (wordt steeds meer vermeden) of b. Olie regenereren (opknappen) door filtering, water afscheiden en aanvullen van opgebruikte additieven (dopes) ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.4 van 14
Conditiebewaking 1. Inleiding. Conditiebepaling : Het zintuiglijk bepalen van de conditie van een onderdeel. (Inspectie) Is subjectief en is een momentopname. Conditiebewaking : Het meten (natuurkundige grootheden) van het verloop van de conditie over een bepaald tijdvak van een machine / installatie. Meting kan: periodiek bijv. 1 x per maand voorwaarden: - als conditie niet snel achteruit kan gaan - als gevolgschade van falen klein is. Voorbeeld : remtest bij APK permanent 24 u. / dag voorwaarden: - als conditie snel achteruit kan gaan - als gevolgschade van falen groot is. Conditiebewaking is objectief en geeft trend te zien. Voorbeeld : Intensive Care of bewaking krachtcentrale. Waarom Conditiebewaking? (doel) Zich ontwikkelende storing tijdig aan zien komen, om tijdig onderhoudsactie in te kunnen plannen, om onverwachte storing te kunnen voorkomen. (menselijke en materiële schade) Hoe Conditiebewaking? (uitvoering) 1 e. Je meet een grootheid (temp., snelheid, druk) die je informatie geeft over de conditie van de machine. 2 e. De meetwaarden vergelijk je met een norm. (wat is een normale waarde?) 3 e. Je interpreteert de meetwaarden. (normaal of abnormaal) 4 e. Je onderneemt actie. Trend. Meetwaarden van verschillende tijdstippen kunnen in een trend worden uitgezet. Dit geeft een beeld hoe de conditie zich ontwikkelt. Actuele meting vergelijken met nul-meting (conditie optimaal) ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.5 van 14
Badkuip-curve (faalkans als functie van de tijd) Tr optimaal Conditie ingrijpen acceptabel minimaal storingsgrens 1 2 3 4 5 Gebruiksduur Conditie als functie van de tijd Wat kun je meten? Natuurkundige grootheden, zoals: temperatuur, druk, verplaatsing, snelheid, versnelling, energieverbruik, samenstelling olie. Hoe moet je meten? 1 e. betrouwbaar (juiste methode, instrument en omstandigheden) 2 e. reproduceerbaar (zelfde meetresultaat als collega) 2. Trillingen Trillingen en geluid zijn belangrijke graadmeters voor de conditie van een machine / installatie. Trilling: gevolg van periodieke beweging rond evenwichtstoestand. Trilling = kracht x bewegingsmogelijkheid In praktijk: speling, onbalans, uitlijnfouten, resonantie. ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.6 van 14
Geluid : gevolg van trilling (trillend voorwerp drukgolven in de lucht trommelvlies vangt drukgolven op waarnemen van geluid) Trillingsvormen Niet periodiek: willekeurige, onvoorspelbare trilling, die zich niet herhaalt. Is niet te analyseren. Harmonisch : zuivere (theoretische) sinus. Komt in praktijk niet voor. Periodiek : trillingspatroon herhaalt zich om de T seconden. Is vaak samengesteld uit een aantal zuiver harmonische trillingen. Is te analyseren (conditiebewaking) ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.7 van 14
Voorbeeld Ventilator = koppeling + waaier + lager Ontleden van periodieke (samengestelde) trilling in meerdere (enkelvoudige) harmonischen gebeurt met de computer door toepassing van FFT (Fast Fourier Analyses) ofwel Fourier Analyse. ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.8 van 14
3. Kenmerken van een periodieke harmonische trilling. Amplitude d = displacement intensiteit v.d. trilling Periodetijd T = time Frequentie f = frequency opsporen storingsbron Met onze apparatuur kunnen we meten: d, f, v en a. Hiermee hebben we de hele trillingsgolf in beeld. We hebben nl. onze natuurkundige formules. 1 f = T v = d x 2 x x f a = v x 2 x x f F = m x a Welke relatie hebben deze grootheden tot elkaar? kracht versnelling snelheid relatieve amplitude verplaatsing Frequentie [Hz] Al deze (gemeten of berekende) grootheden geven informatie. 4. Trillingsoorzaken Een trilling ontstaat door een kracht en een mogelijkheid tot bewegen. Met trillingsmetingen kan de trillingsbron worden opgespoord en de oorzaak worden weggenomen. ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.9 van 14
Welke oorzaken komen we in de praktijk tegen en kunnen we met trillingsmetingen achterhalen? 1. Fouten in de machine-opstelling 2. Onbalans 3. Resonantie 4. Uitlijnfouten 5. Problemen met koppelingen, lagers, tandwielen, riemen. 6. Drukpulsen 5. Trillingsmeters Menselijk : gehoor Technisch : elektrische opnemer signaal 5.1 Verplaatsingsopnemers Worden o.a. gebruikt bij de veiligheidsbewaking van kritische glijlagers. De opnemers controleren of de astap in het hart van de lagerboring blijft. Hierbij is de smeerfilm tussen lager en astap rondom van gelijke dikte. 5.2 Snelheidsopnemers Dit zijn inductieve opnemers. Worden nauwelijks voor trillingsanalyses gebruikt. 5.3 Versnellingsopnemers Dit type opnemer gebruiken we bij trillingsanalyse. De gemeten versnelling wordt in de computer omgerekend (integreren) naar snelheid en verplaatsing. ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.10 van 14
6. Het meten van mechanische trillingen Meten van relatieve astrillingen: meten van kleine bewegingen van de as t.o.v. het lagerhuis. 2 opnemers onder 90º nemen synchroon verplaatsing op. Resultaat is een Orbit. Dit geeft aan hoe de as in het lager rondzweeft. (Onbalans, doorbreking oliefilm) Meten van absolute lagertrillingen: meten van bewegingen van wentellagers of lagerhuis t.o.v. vast punt. Men meet m.b.v. de versnellingsopnemer (piëzo) de waarde a. (Snelheidsopnemers worden nauwelijks meer gebruikt i.v.m. het beperkte frequentie-bereik.) Met de versnellingsopnemer op een lagerhuis worden alle trillingen uit de gehele installatie opgenomen. Door analyse kan men het falende onderdeel ontmaskeren. - lager: binnenring, buitenring of wentellichamen? - as in onbalans?, - tandwiel stuk?, - slag in het snaarwiel?, etc. Meten van absolute astrillingen: meten van bewegingen van de as t.o.v. vast punt (in speciale gevallen) ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.11 van 14
7. Trillingssterkte Richtlijn ISO 10816-3 (2009) is louter ter indicatie. In deze richtlijnen wordt uitgegaan van: grootte / vermogen opstelling en type Met een eenvoudige trillingsmeter kan een snelle overall-waarde worden gemeten. [mm/s] Is er iets mis? N.a.v. het meetresultaat wordt besloten om de trilling verder te analyseren. Wat is er mis? Tabel ISO 10816-3 (2009) ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.12 van 14
8. Frequentiemetingen Een gemeten trillingsbeeld is de som van een aantal losse sinusvormige trillingen, die ieder van een bepaalde bron (onderdeel) afkomstig zijn. De computer kan het totale trillingsbeeld ontleden (FFT). Het vereist wel ervaring om een bepaalde sinus aan het juiste onderdeel toe te wijzen. Je moet de frequentie weten waarop het onderdeel trilt. Hoe kun je trillingen grafisch zichtbaar maken? 1. Het amplitude-tijd-diagram. Het totale trillingsbeeld is zichtbaar gemaakt. Amplitude (uitwijking) als functie van de tijd. Dit diagram geeft ons echter niet de benodigde informatie. Door de Fast Fourier Transformatie) ontstaat het Frequentieamplitude-diagram 2. Frequentie-amplitude-diagram. (spectrum) Hier is de amplitude uitgezet als functie van de verschillende frequenties. Iedere frequentie hoort bij een bepaald onderdeel (bron). Wordt de amplitude op een bepaalde frequentie te hoog, dan is de storingsbron vindbaar. ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.13 van 14
ROC van Twente, Hengelo (Ov.) M & O Pag.14 van 14