Haalbaarheidsstudie: Het gebruik van trillingsanalyse in het kader van het predictieve onderhoud

DEPARTEMENT INDUSTRIELE WETENSCHAPPEN EN TECHNOLOGIE A s s o c i a t i e K. U. L e u v e n Basisopleiding van 2 cycli Academiejaar : 2004-2005 Opleiding : ELEKTROMECHANICA Optie : ELEKTROMECHANICA Eindwerk Haalbaarheidsstudie: Het gebruik van trillingsanalyse in het kader van het predictieve onderhoud door Matthieu Vandecaveye onder leiding van ir. M. Hongerloot, KHBO ir. F. De Clercq, DECEUNINCK NV Eindwerk aangeboden tot het behalen van het diploma INDUSTRIEEL INGENIEUR IN ELEKTROMECHANICA Katholieke Hogeschool Brugge - Oostende Zeedijk 101, 8400 Oostende tel +32 59 56 90 00 - fax +32 59 56 90 01

Mededeling Deze eindverhandeling was een examen; de tijdens de verdediging vastgestelde fouten werden niet gecorrigeerd. Gebruik als referentie in publicaties is toegelaten na gunstig advies van de KHBO promotor, vermeld op het titelblad. Trillingsanalyse 2

Woord vooraf Graag wil ik bij deze gelegenheid mijn dank uiten aan allen die mij bijgestaan hebben om dit eindwerk te kunnen realiseren. In het bijzonder gaat mijn dank uit naar ir. Frank De Clercq en ing. Ignace Vanthomme van wie ik ondersteuning heb gekregen. Ook dank aan ing. Peter Desomer. Verder dank ik mijn binnenpromotor ir. M. Hongerloot voor zijn beschikbaarheid en goede raad tijdens de uitwerking van het eindwerk. Ik dank ook alle docenten voor de steun en vertrouwen tijdens de vierjarige opleiding. Tenslotte zou ik mijn ouders willen danken voor hun steun tijdens mijn opleiding en het uitwerken van dit eindwerk. Trillingsanalyse 3

Samenvatting Tot op heden werkt de firma Deceuninck volgens het principe van het preventieve onderhoud. Dit houdt in dat de machine onderdelen vervangen worden voor het einde van hun verwachte levensduur. Dit brengt onnodige kosten met zich mee. Daarnaast kan een vroegtijdige breuk een volledige productielijn stilleggen met alle gevolgen van dien. De bedoeling van dit eindwerk bestaat erin de haalbaarheid na te gaan om over te stappen naar een vorm van predictief onderhoud, en dit met behulp van trillingsanalyse en olieanalyse. In deze vorm van onderhoud wordt de staat van de machine onderdelen onderzocht en waar nodig wordt advies gegeven voor onderhoud. Een extra probleem stelt zich in de analyse van reductiekasten. De lage toerentallen van de uitgaande assen zorgen voor minder duidelijk analyseerbare signalen. In een eerste fase worden er enkel trillingsmetingen uitgevoerd. Dit blijkt bij de waterpompen te volstaan. Echter bij de tandwielkasten van de extruders blijkt de meettijd lang te zijn en is het onmogelijk gebleken alle machines in een bepaald tijdsinterval te gaan opmeten (trending). Daarom is besloten om alleen nog machines op te meten waarvan uit de olieanalyse blijkt dat de machines een teveel aan ijzerdeeltjes hebben in de olie. Dit kan een gevolg zijn van slijtage van lagers of tandwielen. Het blijkt nu dat deze methode werkt. Het verder analyseren van de patronen blijkt niet eenvoudig. Daarom is het ook interessant om een machine in achterwaartse volgorde te analyseren. Hierbij worden metingen uitgevoerd bij een machine met slechte olie, daarna wordt de machine geopend en aan de hand van de defecte lagers die zich erin bevinden worden de fouten gezocht in de patronen. En dit als manier om de trillingsanalyse onder de knie te krijgen. Trillingsanalyse 4

Inhoudsopgave MEDEDELING WOORD VOORAF SAMENVATTING... 4 INHOUDSOPGAVE... 5 LIJST MET ILLUSTRATIES... 7 LIJST MET GEBRUIKTE SYMBOLEN EN AFKORTINGEN... 9 HOOFDSTUK 1. INLEIDING... 11 1.1. MISSION STATEMENT... 11 1.2. PRODUCTIEPROCES... 11 1.3. SITUERING PREDICTIEF ONDERHOUD... 12 1.4. OVERZICHT VAN DIAGNOSETECHNIEKEN... 13 1.5. ENKELE VOOR- EN NADELEN... 15 1.6. TRENDANALYSE... 17 HOOFDSTUK 2. HAALBAARHEIDSSTUDIE... 18 2.1. VERLOOP VAN DE ERVARING... 18 2.2. PROEFSTAND... 19 2.3. POMPINSTALLATIE... 20 2.4. MAALMOLENS... 20 2.5. DE MENGINSTALLATIES... 20 2.6. EXTRUSIEMACHINES... 21 HOOFDSTUK 3. SAMENVATTING / HERHALING... 25 3.1. ALGEMEEN... 25 3.2. OVER DE EENHEDEN... 25 3.3. TYPE SENSOREN... 28 3.4. PLAATSING VAN DE ACCELEROMETERS... 28 3.5. MOGELIJKE FOUTPATRONEN... 29 3.6. MEETDUUR... 34 HOOFDSTUK 4. LAGERFOUTEN... 35 4.1. OPBOUW VAN EEN LAGER... 35 4.2. FOUTFREQUENTIES VAN EEN LAGER... 35 4.3. BUITENRINGSCHADE EN BINNENRINGSCHADE... 37 4.4. SCHADE VAN DE ROLELEMENTEN... 38 4.5. KOOISCHADE... 39 HOOFDSTUK 5. SIGNAALVERWERKING... 40 5.1. ALGEMEEN... 40 5.2. DEMODULATIE... 40 HOOFDSTUK 6. PEAKVUE... 43 6.1. PEAKVUE... 43 6.2. CONCREET VOORBEELD, MET BEHULP VAN EIGEN METINGEN... 46 HOOFDSTUK 7. STARTEN MET METEN... 47 7.1. KENNISMAKING MET DE SOFTWARE... 47 7.2. VOORKEURSINSTELLINGEN... 49 7.3. PARAMETERS INSTELLEN... 50 7.4. KENNISMAKING MET DE DATACOLLECTOR... 51 HOOFDSTUK 8. PROEFSTAND... 52 Trillingsanalyse 5

8.1. OPBOUW EN ONTWERP... 52 8.2. REALISATIE... 53 8.3. PRINCIPE VAN DE BELASTING... 54 8.4. EXPERIMENTEN... 56 HOOFDSTUK 9. POMPENHUIS... 58 9.1. PRINCIPETEKENING... 58 9.2. WAT EN WAAROM?... 59 9.3. IMPACT DOOR SCHOEPEN... 60 9.4. CASES... 61 HOOFDSTUK 10. DE MAALMOLENS... 71 10.1. PRINCIPETEKENING... 71 10.2. ALGEMENE GEGEVENS.... 71 10.3. KORTE HERHALING THEORIE... 72 10.4. STUDIE... 72 HOOFDSTUK 11. OLIEANALYSE... 75 11.1. OLIEANALYSE BINNEN HET KADER VAN PREDICTIEF ONDERHOUD.... 75 11.2. KENNISMAKING.... 75 11.3. DE DOELSTELLING... 76 11.4. COMBINATIE OLIEANALYSE EN TRILLINGSMETINGEN... 77 HOOFDSTUK 12. EXTRUSIEMACHINES, PRINCIPES... 81 12.1. VOORWAARDEN VOOR METINGEN... 81 12.2. HET EXTRUSIEPROCES + PRINCIPETEKENING... 81 12.3. GEGEVENS... 83 12.4. ELEKTROMOTOREN... 83 HOOFDSTUK 13. EXTRUSIEMACHINES, CASES... 84 13.1. DECEUNINCK HOOGLEDE GITS... 84 13.2. DECEUNINCK ROYE... 86 13.3. ELEKTROMOTOREN... 92 EINDBESLUITEN... 93 DE BIJLAGEN... 95 DE LITERATUURLIJST... 105 Trillingsanalyse 6

Lijst met illustraties Figuur 1: Organigram...18 Figuur 2: Sinus in tijds- en frequentiedomein...25 Figuur 3: Verschillende spectra...27 Figuur 4: Meetpunten...29 Figuur 5: Onbalans...30 Figuur 6: Uitlijnfout...31 Figuur 7: Speling...33 Figuur 8: Opbouw lager...35 Figuur 9: Buitenringschade en binnenringschade...37 Figuur 10: Modulatie...38 Figuur 11: Kogelschade...38 Figuur 12: Kooischade...39 Figuur 13: Bewerken van signaal...42 Figuur 14: Bemonsteren tijdsignaal...43 Figuur 15: PeakVue techniek...44 Figuur 16: PeakVue meting, Speed B M1H...46 Figuur 17: Klassieke versnellings meting, Speed B M1H...46 Figuur 18: Machinery Health Manager, openingsvenster...47 Figuur 19: Component Design Studio...48 Figuur 20: DBase...50 Figuur 21: DBase...50 Figuur 22: RBMconsultant Pro...51 Figuur 23: SpeedVue Model 430 Laser Speed Sensor...51 Figuur 24: Frequentieregelaar en elektromotor...52 Figuur 25: Remschijf...52 Figuur 26: Proefstand...53 Figuur 27: Principe belasting...54 Figuur 28: Principe belasting...54 Figuur 29: Faseverschuiving tussen de lagers...55 Figuur 30: Kant koppeling horizontaal, frequentie met zijn zijbanden op 1x RPM...57 Figuur 31: Kant koppeling verticaal, harmonische familie...57 Figuur 32: Axiaal niet koppeling, harmonische familie...57 Figuur 33: Een pomp zoals die teruggevonden kan worden in het pompenhuis...58 Figuur 34: Principetekening...58 Figuur 35: Opstelling van de pompen...59 Figuur 36: Schoepen van de centrifugaalpomp...60 Figuur 37: Spectrum...60 Figuur 38: Binnenringschade, BPFI + harmonischen...61 Figuur 39: Binnenringschade, zijbanden op 1xRPM...62 Figuur 40: Binnenringschade, zijbanden op 1xRPM...62 Figuur 41: PeakVue spectrum en tijdsignaal van laatste meting...63 Figuur 42: Trillingsniveau vergelijking tussen identieke pompen...63 Figuur 43: PeakVue spectrum bij controlemeting...63 Figuur 44: Beschadigde binnenring...64 Figuur 45: Onbalans ten gevolge van een afgebroken stuk...64 Figuur 46: PeakVue meting, pomp outboard, vergelijk verschillende pompen...65 Figuur 47: Horizontale meting, pomp inboard, tijdsverloop...65 Trillingsanalyse 7

Figuur 48: PeakVue Pump Inboard Horz...67 Figuur 49: Fout binnenring lager 6309/C3...67 Figuur 50: Zijbanden op 1xRPM...67 Figuur 51: Tussen twee opeenvolgende pieken zit telkens precies 1x RPM...69 Figuur 52: Frequentiedomein en tijdssignaal...69 Figuur 53: PeakVue, P1P, beginnende lagerschade, modulaties...70 Figuur 54: Enkel nog in het hoogfrequente gebied...70 Figuur 55: Vergelijk onbalans...70 Figuur 56: Principe tekening van een Herbold - maalmolen...71 Figuur 57: Motor Outboard Horz. Impact t.g.v. aandrijving...73 Figuur 58: Motor Outboard Horz. Impact t.g.v. riem...73 Figuur 59: Molen Inboard Horz. Trillingen niet groter aan koppelingszijde...74 Figuur 60: Opstelling olieanalyse - toestel...75 Figuur 61: Trivector...76 Figuur 62: Resultaat olieanalyse...78 Figuur 63: Trendverloop olieanalyse...79 Figuur 64: Resultaat olieanalyse...79 Figuur 65: Resultaat olieanalyse...80 Figuur 66: Principe tekening extrusieproces...82 Figuur 67: Motorsnelheid in frequentiedomein...84 Figuur 68: Snelheid motor (peaks destroyed)...85 Figuur 69: Er zijn geen harmonische families terug te vinden in het patroon....85 Figuur 70: Resultaat olieanalyse...87 Figuur 71: Vergelijk van eenzelfde meetpunt op twee identieke machines...88 Figuur 72: Trilling ten gevolge van ingrijping tussen twee tandwielen...88 Figuur 73: De onderste grafiek geeft een lagerfout afkomstig van het lager 32314...89 Figuur 74: Uitvergroting meting op as 6...89 Figuur 75: (links boven) Beschadigde kogel, lager FAG 32314A...90 Figuur 76: (rechts boven) Beschadigde kogels en buitenring, lager FAG 32314A...90 Figuur 77: (links onder) Beschadigde buitenring, lager FAG 32314A...90 Figuur 78: (links) As om schroef extruder aan te drijven...91 Figuur 79: (rechts) Beschadigd lager, SKF 22213CC...91 Figuur 80: FAG 32310A lager...91 Figuur 81: (links) Beschadigde tanden van koppeling...92 Figuur 82: (rechts) Beschadigd tandwiel...92 Figuur 83: Foutfrequentie binnenring, lager SKF 6309...96 Figuur 84: Foutfrequentie binnenring, lager SKF 6309...97 Figuur 85: Een trilling wordt opgewekt tijdens de ingrijping van tandwiel 1 met 2....98 Figuur 86: De lijnfrequentie...99 Figuur 87: Vergelijk tussen machine van eenzelfde type...100 Figuur 88: Niet toegewezen patroon...101 Trillingsanalyse 8

Lijst met gebruikte symbolen en afkortingen Gebruikte symbolen A amplitude f f 0 F k M N N b p t T T ω frequentie lijnfrequentie kracht veerstijfheid massa aantal spectraallijnen aantal rolelementen in een lager aantal poolparen asynchrone motor tijd periode tijdspanne pulsatie Gebruikte afkortingen BPFI Ball pass frequency inner race BPFO Ball pass frequency outer race BSF Ball spin frequency CPM Cycli per minuut DFRQ Delta Frequency FTF Fundamental Train Frequency g-se Accel. Units of Spike Energy HFD High Frequency Detection RMS Root Mean Square PK Piek PK-PK Piek tot piek SPM Shock Pulse Method Afkortingen foutfrequenties voor SKF lagers d lager binnenring diameter, mm D P lager buitenring diameter, mm diameter kooi, mm Trillingsanalyse 9

D w z α n i n e f i f e f c f r f ip diameter kogel, mm aantal kogels per rij hoek, graden toerental binnenring, tr/min toerental buitenring, tr/min frequentie binnenring, Hz frequentie buitenring, Hz frequentie kooi, Hz frequentie kogels, Hz foutfrequentie bij binnenringschade, Hz (frequentie wanneer een punt in de binnenring is beschadigd) f ep foutfrequentie bij buitenringschade, Hz (frequentie wanneer een punt in de buitenring is beschadigd) f rp foutfrequentie bij kogelschade, Hz (frequentie wanneer een punt van een kogel is beschadigd. De kogel kan gedurende het rollen in de baan zijn as waarrond hij roteert veranderen, waardoor niet altijd het beschadigde punt geëxciteerd wordt) Trillingsanalyse 10

Hoofdstuk 1. Inleiding 1.1. Mission statement De opdracht van de Groep Deceuninck omvat het handelen als één globaal geïntegreerd bedrijf, het aanbieden van een ruim gamma geëxtrudeerde kunststof raam- en deursystemen en bouwproducten met hoge toegevoegde waarde en daarenboven het overtreffen van de verwachtingen van de klanten door onze passie voor uitmuntendheid. Onder uitmuntendheid wordt verstaan zowel de operationele uitmuntendheid, het meest ecologische en economische PVC product aanbieden, als de markt uitmuntendheid, de verwachtingen van de klant overtreffen. En tot slot de financiële uitmuntendheid, door winstgevendheid de continuïteit en de groei van het bedrijf waarborgen, rekening houdende met de belangen van het personeel, het management en de aandeelhouders. 1.2. Productieproces Compound PVC poeder in zuivere vorm is niet geschikt voor extrusie. Hierbij dienen nog een 10 à 15 tal producten te worden toegevoegd. Deceuninck mengt (compoundeert) al deze grondstoffen en houdt zodoende de kennis omtrent één van de belangrijkste productiefactoren, de grondstof, in eigen huis. Zo wordt ook de kwaliteit van het eindproduct nog beter onder controle gehouden. Werktuigen De weg van compound tot profiel kan enkel succesvol worden afgelegd via een uitgekiende zorg voor alle werktuigen. Deceuninck staat in voor het ontwerp en de productie van proces- en vormmatrijzen, wat de zelfstandigheid van de Groep verhoogt. Daarenboven wordt het huidige werktuigenbestand continu onderhouden teneinde een permanente kwaliteit van de profielen te waarborgen. Op dit ogenblik beheert Deceuninck een park van ongeveer 1400 werktuigen. Extrusie Extrusie is een continue verwerkingsmethode voor de productie van kunststof profielen. Via een schroef in een verwarmde cilinder wordt de compound gehomogeniseerd, in plastische toestand gebracht en voortgestuwd naar de spuitmond van de procesmatrijs, waar het profiel zijn gewenste vorm aanneemt. In de vormmatrijs krijgt het profiel ten slotte zijn definitieve vorm. Jaarlijks extrudeert de Groep Deceuninck ongeveer 200.000km profielen. Trillingsanalyse 11

Veredeling Profielen kunnen volledig naar wens van de klant worden veredeld. Deceuninck beschikt over verschillende technieken om het uitgebreid kleurengamma gestalte te geven. De profielen kunnen bekleefd worden met een UV-bestendige folie met houtstructuren. Bedrukking van verschillende motieven en kleuren wordt dan weer voornamelijk toegepast op decoratieve profielen voor binnenhuisinrichting. De meest recente veredelingstechniek is de Decoroc coating die zorgt voor een matte, satijnachtige look. De korrelige structuur voelt prettig aan en is duurzaam en onderhoudsvriendelijk. Een laatste techniek omvat het kleuren in de massa waarbij de kleur van het profiel bepaald wordt door de pigmenten die aan de grondstof worden toegevoegd. Kwaliteitszorg De dagelijkse controles die door de experts van het interne labo worden uitgevoerd, zijn één van de pijlers van het permanente kwaliteitsbeleid waaraan de Deceuninck profielen worden onderworpen. Alle eigenschappen van zowel grondstoffen, geëxtrudeerde profielen als afgewerkte raam- en deursystemen worden er zorgvuldig getest en dit volgens de strengst gangbare normen van diverse binnen- en buitenlandse keuringsinstituten. Recyclage Op regelmatige tijdstippen haalt Deceuninck de overschotten van de diverse extrusieeenheden en van zijn raamfabrikanten op voor recyclage. Met het bekomen regeneraat worden specifieke profielen vervaardigd die al dan niet worden bedrukt of bekleefd. Logistiek Om alle klanten een goede en snelle service te kunnen verlenen, ontwikkelde Deceuninck een eigen computerprogramma. Deplis (Deceuninck Plastics Information System) zorgt voor een optimale orderopvolging en een permanente verbinding met het voorraadbeheer van de andere productiecentra. 1.3. Situering predictief onderhoud In een eerste fase wordt er van curatief onderhoud gesproken. Hierbij draait de machine tot er breuk optreedt. Dit kan worden toegelaten bij niet kritische punten in het bedrijf, gemakkelijk vervangbare stukken en goedkopere machines. In een tweede fase, het preventief onderhoud, wordt breuk vermeden door het vervangen van onderdelen voor het einde van de verwachte levensduur. Hierdoor wordt het aantal pannes gereduceerd. De nadelen van dit systeem zijn echter groot. De te vervangen stukken Trillingsanalyse 12

zijn vaak nog niet versleten. En pannes die ontstaan tengevolge van foutieve montage zijn niet uit te sluiten met deze methode. In een derde fase, het predictief onderhoud, worden machines opgevolgd in verloop van de tijd. Indien slijtage wordt gedetecteerd, worden de desbetreffende onderdelen vervangen. Hierin spelen trillingsanalyse en olieanalyse een grote rol. In een vierde en laatste fase kan er overgestapt worden op het pro-actief onderhoud. Hierbij worden breuken verder geanalyseerd en verbeteringen doorgevoerd aan de machine om onverwachte pannes in de toekomst te vermijden. Tot op heden wordt bij de firma Deceuninck gewerkt volgens de principes van het curatief en preventief onderhoud. Een eenvoudig voorbeeld is de aanwezigheid van een reservepomp in het pomphuis, met een bijhorende overcapaciteit van het pomphuis zodat bij een uitval van een pomp een andere pomp ingeschakeld kan worden en de kapotte pomp onmiddellijk door de reserve pomp vervangen. Zo wordt ervoor gezorgd dat de extrusielijnen niet zonder koelwater zouden vallen. Een doelstelling van het predictief onderhoud bestaat erin om fouten op te sporen en tijdig te melden, zodat het vervangen en herstellen van de pomp kan ingepland worden. Zo kan ze vervangen worden in een rustigere periode. Naast het pomphuis worden ook nog wat andere eenvoudig constructies opgemeten en opgevolgd. Een andere doelstelling is het terugvinden van trillingen op tandwielkasten. Rekening houdend met het feit dat een dergelijke tandwielkast bedoeld is om meerdere jaren probleemloos te draaien. Daarom zal het niet evident zijn mogelijke foutpatronen terug te vinden. Daarom wordt er gemeten op oudere tandwielkasten en tandwielkasten die door Deceuninck zelf onderhouden worden. 1.4. Overzicht van diagnosetechnieken In deze paragraaf wordt een korte opsomming van de meest gebruikte technieken gegeven en hun toepassingsgebied. Trillingsmetingen Monitoring door trillingsmetingen maakt gebruik van de trillingen die in vrijwel elk dynamisch systeem optreden. Individuele onderdelen van het systeem genereren meestal hun eigen karakteristiek trillingspatroon, waarvan het spectrum een indicatie kan zijn van de toestand en/of evolutie van die specifieke onderdelen. Trillingsanalyse 13

Dankzij het feit dat trillingen relatief gemakkelijk en tegen een lage kost kunnen gemeten worden, en dat trillingspatronen kunnen worden gerelateerd aan welbepaalde onderdelen van het systeem, is condition monitoring door trillingsmetingen in vergelijking met andere technieken zeer succesvolle en sterk ontwikkeld bij alle machines met roterende onderdelen. Analysemethoden omvatten zowel analyses op het gemeten signaal zelf (dus in tijdsdomein) als op zijn spectrum (in frequentiedomein). Toepassingsgebieden zijn rollagers, tandwielen, roterende assen en koppelingen, rotoren, pompen, ventilatoren... Detecteerbare defecten zijn bijvoorbeeld onbalans, speling, alligneringsfouten, slechte smering, cavitatie... Olie- en smeringanalyse Analyse van olie en andere smeermiddelen is een effectieve methode voor predictief onderhoud in gevallen waar trillingsmetingen moeilijk of niet uit te voeren zijn, bijvoorbeeld omdat er te veel bewegende onderdelen dicht bij elkaar gemonteerd zijn, of omdat goede meetpunten niet te bereiken zijn. De olie in een systeem kan als taak hebben onderdelen te smeren of onderdelen te koelen. Na verloop van tijd kan de olie degraderen: de olie kan zijn smerende eigenschappen verliezen of vervuild geraken met partikels als gevolg van slijtage van onderdelen. Chemisch onderzoek van dergelijke deeltjes kan dikwijls de precieze onderdelen identificeren die aan de vervuilende slijtage onderhevig zijn. Ook de precieze vorm en grootte van de partikels kan bepalende informatie bevatten. Manuele inspectie Manuele inspecties kunnen worden opgedeeld in twee groepen. Interne inspectie kan worden uitgevoerd door de machine effectief te openen, of door een optische sonde. Bij externe inspectie wordt gelet op gelijk welke sporen van slijtage. Typische problemen die kunnen worden gedetecteerd zijn: overhitting, lekken, verbruik van smeermiddel, abnormaal geluid door trillingen, geur (vb. als gevolg van overhitting). Het voordeel van manuele inspectie is de eenvoud en de lage kost. Anderzijds dient gezegd te worden dat het gebruik sterk beperkt is tot relatief overduidelijke problemen, in een dikwijls reeds ver gevorderd stadium. Stroomsterkte Naast mechanische trillingen kunnen metingen van de elektrische stroomsterkte doorheen de bekabeling van een machine gebruikt worden als diagnosetechniek. Het gemeten signaal kan via Fourieranalyse worden bestudeerd. Onderdelen van elektromotoren en bedrading Trillingsanalyse 14

komen voor deze techniek in aanmerking. Ook mechanische slijtage kan via magnetische velden meetbare effecten veroorzaken in de bedrading van een machine. Performantie Monitoring van de performantie van machines kan gebeuren via parameters als: drukmetingen in hydraulische systemen, verbruik van brandstof, verbruik van stroom. Voordelen zijn de lage kost en het feit dat de monitoring volledig gebeurt tijdens het normale gebruik van de machine. Een nadeel is dat de performantie van een machine mede wordt bepaald door de momentane belasting tijdens de meting. Om opeenvolgende metingen met elkaar te kunnen vergelijken teneinde een evolutie vast te stellen, is een gelijke belasting een eerste vereiste. Thermische technieken Thermische technieken zijn belangrijk voor onderdelen die warmte produceren, opslaan of geleiden. Parameters die voor monitoring in aanmerking komen zijn: thermische isolatie, behuizing van lagers en tandwielen, temperatuur van koelmiddelen, van elektrische circuits, transformatoren en motoren in het algemeen. Oorzaken van thermische problemen kunnen zijn: beschadigde thermische en elektrische isolatie, verkeerde elektrische belasting, problemen met de smering... Meetapparaten zijn in de eerste plaats allerlei thermometers, thermokoppels en infraroodmetingen. Het voordeel van deze laatste is het feit dat ze geen fysisch contact vereisen. 1.5. Enkele voor- en nadelen De belangrijkste voordelen zijn: Verbeterde beschikbaarheid van machinepark Als gevolg van een reductie in het normale geplande onderhoud van het machinepark, maar ook vooral door een gevoelige reductie in ongeplande shut-down. Een betere beschikbaarheid volgt ook uit het feit dat als gevolg van een condition monitoring programma de reparatieduur kan verminderd worden, omdat de diagnose reeds gesteld is en omdat er veel minder secundaire schade is dan bij een onverwacht defect. Verminderde breakdown kost Minder reserve onderdelen zijn vereist wegens het feit dat condition monitoring een nauwkeurige diagnose in tal van mechanische problemen toelaat zodat enkel die onderdelen Trillingsanalyse 15

moeten aangekocht worden die nodig zijn. Ook de verminderde secundaire schade speelt hier een rol. Verbeterde betrouwbaarheid en veiligheid Ten eerste wegens de gevoelige reductie van het aantal onvoorziene breakdown situaties en ten tweede zal condition monitoring ook fouten aan het licht brengen die werden gemaakt tijdens de installatie van een machine, designfouten en fouten gemaakt tijdens de normale geplande onderhoudssessies. Betere productieplanning Dit is een direct gevolg van het eerst punt: reparaties kunnen nu perfect ingepast worden in het voorziene productieschema. Nieuwe onderdelen kunnen op voorhand (just in time) besteld worden. Dit laatste kan in veel gevallen de reparatieduur gevoelig verminderen omdat er niet moet gewacht worden op de levering van noodzakelijke onderdelen die niet in voorraad zijn. En enkele nadelen zijn: De voordelen kunnen in een aantal gevallen slechts marginaal of onbestaande zijn, vooral in het geval van niet-kritische machines of machineonderdelen. Er kan niet verwacht worden dat condition monitoring alle problemen kan voorzien. Een realistische schatting is dat 80% kan voorspeld worden in gebieden waar condition monitoring succesvolle technieken biedt. De kost van meet- en diagnoseapparatuur, het gebruik ervan, de opleiding van personeel kan aanzienlijk zijn. Hetzelfde geldt indien gespecialiseerde externe bedrijven worden ingehuurd om het predictief onderhoud uit te voeren. Uit onderzoek in Groot-Brittannië is gebleken dat de kosten en baten van condition monitoring volgende financiële implicaties hadden: een toename van 1.2% op de winst van het bedrijf waarvan 2/3 wegens de verbeterde beschikbaarheid van de machines waarvan 1/3 wegens een vermindering van onderhoud- en reparatiekosten een afname met 75% van onvoorziene shut-down een afname van 50% in de arbeidskost als gevolg van onvoorziene shut-down het opzetten van een condition monitoring kost 1% van de machinekost, waarvan 2/5 voor apparatuur, waarvan 3/5 voor training Trillingsanalyse 16

de totale kosten van een condition monitoring programma belopen 2/3 van de totale winst die er uitgehaald wordt. 1.6. Trendanalyse Een bron van informatie bij predictief onderhoud, naast de meting op zichzelf, is het vergelijken van de meting met vroeger geregistreerde meting (trendanalyse). Hiervoor zullen er evolutiekaarten worden opsteld waarop alarmdrempels worden aangegeven. Ook kan een plotselinge evolutie in een reeks periodiek opgemeten metingen reeds een aanwijzing zijn van een optredende beschadiging, zelfs nog voor de alarmdrempel overschreden is. Bepaalde defecten bij rollagers kunnen zo voorspeld worden zodat de lagers kunnen gebruikt worden tot enkele maanden voordat ze fataal worden. Dikwijls worden twee niveaus gebruikt om de evolutie van de metingen te evalueren: een waarschuwingsniveau en een alarmniveau. Het waarschuwingsniveau kan bijvoorbeeld worden bepaald door van een aantal normale metingen het gemiddelde te nemen en dan een afwijking van 10% toe te staan. Het alarmniveau wordt bepaald door de maximale aanvaarbare afwijking. In de praktijk is dit niveau dikwijls moeilijk vast te stellen. Voor trillingsniveau kan als vuistregel een alarmniveau gekozen worden dat twee tot vier maal het normale operationele niveau bedraagt. Een andere mogelijkheid is een industriële norm gebruiken. Hierbij dient wel opgemerkt te worden dat dergelijke normen zeer algemeen opgesteld zijn. Ze zijn opgesteld voor grote groepen van machines of onderdelen en een te strikt gebruik kan voor individuele onderdelen leiden tot alarmniveaus die soms veel te tolerant of veel te streng zijn. Wanneer er over een machine voldoende ervaring is opgedaan, is het daarom best de industriële norm te vervangen door een specifiek aangepaste norm. In de praktijk worden twee types van niveaus gebruikt: ofwel wordt een absolute begrenzing vastgelegd waarboven geen enkele Fourierpiek mag uitstijgen. Eventueel kan die begrenzing frequentieafhankelijk zijn. Ofwel wordt gekeken naar de totale energie-inhoud van het spectrum in een zekere bandbreedte, of in meerdere banden. Trillingsanalyse 17

Hoofdstuk 2. Haalbaarheidsstudie In dit hoofdstuk wordt besproken hoe er te werk is gegaan en welke problemen er ondervonden werden tijdens het uitvoeren van de haalbaarheidsstudie. 2.1. Verloop van de ervaring Onderzoeken trillingspatronen (weinig kennis) Voorbeelden uit de cursus van CSI Demostand ontwerpen Theorie achter patronen leren begrijpen INFO verzamelen Onderzoeken van trillingspatronen Figuur 1: Organigram Bovenstaand organigram geeft weer hoe er in eerste instantie tewerk is gegaan. Om een beter inzicht te krijgen in de patronen is het goed om zoveel mogelijk kennis op te doen. Eerst worden er metingen en analyses uitgevoerd. Het eerste doel hiervan is om ervaring te krijgen met het analyseren van patronen. De mogelijkheid om de analyses te controleren kan enkel geschieden door de desbetreffende machine open te gooien en naar de lagers te gaan kijken. Het tweede doel van de metingen is de mogelijkheid om een database op te bouwen waar trending mogelijk wordt. Vinden van fouten, bewijzen haalbaarheid Trending bestaat erin om op regelmatige tijdsbasis de machines op te meten en de nieuwe patronen te vergelijken met eerder opgemeten patronen. Zo kan al zonder een grondige analyse een probleem vastgesteld worden. De uiterste vorm van trending is wanneer er Trillingsanalyse 18

gewerkt wordt met vaste sensoren. Deze volgen de trillingen op, en geven die weer via een monitor of ze geven een alarmsignaal af bij het overschrijden van een bepaald trillingsniveau. Het opbouwen van trending, in eerste instantie door periodieke metingen, blijkt geen goede oplossing voor de tandwielkasten van de extrusielijnen, toch niet om op korte termijn tot resultaat te komen. Hier liggen twee oorzaken aan de basis. De lange tijdsduur om een machine volledig op te meten en de verscheidenheid van de extrusiemachines. Het enige waar eventueel op gewerkt kan worden, is het weglaten van niet relevante meetpunten. Maar omwille van een te beperkte kennis is dit in een beginfase niet mogelijk. Werken met vaste sensoren is ook uitgesloten omdat de grootte van het machinepark dat niet toelaat. Werken met vaste sensoren is wel een mogelijke oplossing voor bijvoorbeeld de ventilatoren van de spuitcabines. Voor deze kan gekozen worden voor sensoren die een alarm genereren wanneer een bepaald niveau overschreden wordt. 2.2. Proefstand De proefstand is in eerste instantie bedoeld om proeven op te doen. Bijvoorbeeld het bewust introduceren van fouten. Om daarna de patronen te gaan analyseren. Het is de omgekeerde manier van werken, maar een goede manier om kennis op te doen. Dit blijkt echter niet zo evident. De moeilijkheden die hierbij optreden zijn de trillingen die ontstaan ten gevolge van de ongunstige constructie. Een dunne as die een relatief grote afstand moet overbruggen, de middelen waarmee het gemaakt wordt, de gebruikte onderdelen, veroorzaken veel trillingen. Door de opstelling wat aan te passen kunnen die trillingen gereduceerd worden maar er zijn nog steeds veel trillingen aanwezig. De rem werkt zoals beoogd, maar door de grote wrijving ontstaat er teveel warmte en een te grote slijtage van de rem. Hierdoor is het niet mogelijk om te meten onder veranderende belasting. Een andere manier om het systeem te belasten is een elektromagnetische rem. De kost om dit te realiseren is te groot tegenover de meerwaarde dat het systeem biedt. Het zou pas interessant zijn mocht de hele constructie opnieuw opgebouwd worden. Het bewust introduceren van lagerfouten is niet mogelijk bij de huidig gemonteerde lagers. De kogels zitten achter een beschermende metaalplaat die niet verwijderbaar is zonder het lager te beschadigen. Trillingsanalyse 19

De enige methode om al deze problemen op te lossen is door het maken van een serieuze investering. Een ontwerp van een dergelijke proefstand kan een eindwerk op zich vormen. Dit wordt niet beoogd in dit eindwerk. 2.3. Pompinstallatie De duur van de meting is aanvaardbaar terwijl de analyse betrekkelijk eenvoudig is. Het totale tijdsbeslag om alle pompen te meten in om en bij een uur. Daarom kan de analyse van het station in ongeveer een halve dag gebeuren. Door de snelle werkwijze kan deze controle ingepland worden op basis van een gekozen tijdsinterval. Hierbij wordt voorgesteld om de pompen één keer per maand te meten. Ook zal er na verloop van tijd sneller kunnen tewerk gegaan worden omdat het toepassen van trending hier uiterst voor geschikt is. Omdat PeakVue de werkelijke grootte van de pieken meet kan met behulp van deze PeakVue metingen ingeschat worden wat de ernst van de lagerschade is en hoelang er nog kan gewerkt worden met het beschadigde lager. 2.4. Maalmolens De maalmolens zijn op zich eenvoudige toestellen die net zoals het pompstation gemakkelijk kunnen onderhouden worden. Het verschil met de pompinstallaties zit hem in de aandrijving. De maalmolens zijn riemgedreven, een geschikte kans om ook kennis te maken met riemfrequenties. Uit de metingen die werden uitgevoerd vielen er geen directe fouten op. De metingen zijn echter goed haalbaar. De lagers van de rotor zijn groot en goed bereikbaar voor de meetsensor. Ook hier is de hoeveelheid werk voor het opmeten en het verwerken van de gegevens een aanvaardbare hoeveelheid. Er kan worden begonnen op basis van een tijdsinterval van 1 maand. Dit interval kan aangepast worden bij latere evaluaties. 2.5. De menginstallaties De menginstallaties komen in dit eindwerk niet aan bod. Deze machines zitten zeer complex in elkaar. Er is een grondige kennis nodig om deze installaties te gaan analyseren. Toch is het de moeite om deze machines te gaan opvolgen omdat sommige lagers in deze machines redelijk snel verslijten en breken. Trillingsanalyse 20

2.6. Extrusiemachines 2.6.1. Problemen Aantal machines Het aantal extrusiemachines binnen het machinepark van de firma Deceuninck is groot. Rekening houdend met de duur van de meting, ongeveer 1 uur 20 minuten per machine, kan er besloten worden dat het predictief onderhoud veel meettijd vraagt. Daarom is het van belang dat het tijdsinterval tussen twee metingen kan bepaald worden. Wanneer dit meetinterval te klein wordt zal dit soort onderhoud niet als haalbaar kunnen beschouwd worden. Verscheidenheid machinepark Een ander probleem is de verscheidenheid van de machines, zo zijn er vele types en hebben zelfde type machines verschillende aandrijfmotoren. Nomaal is het zo dat een bepaalde motor altijd op eenzelfde machine staat, maar dat kan bij dringend onderhoud al wel eens veranderen. Daarom zullen naar de toekomst toe ook de elektromotoren een Deceuninck nummer toegewezen krijgen. Het bekomen van lagergegevens van al deze machines is dan ook niet evident. Het gebrek aan deze gegevens bemoeilijkt dan ook de analyse van de patronen. In principe is het niet nodig om de lagergegevens te kennen. Echter wanneer deze niet gekend zijn wordt er meer beroep gedaan op de kennis van de analist. Foutfrequenties Bij het analyseren van de extruders blijft het nog steeds moeilijk om de patronen te ontleden. Moeilijkheden zoals het terug vinden van de foutfrequenties, het intensiteitniveau,. In eerste instantie moeten de lagers in de tandwielkasten teruggevonden worden. Eenmaal dit gerealiseerd moeten de foutfrequenties berekend worden. Dit gebeurt automatisch door de software. CSI stelt echter voor om deze zelf te berekenen en op papier te zetten. Zo moet er in het patroon enkel gezocht worden naar frequenties. Echter is het niet evident deze te vinden. Op de site van skf, www.skf.be, kan via een submenu de foutfrequenties berekend worden. Dit is een heel praktisch tool, maar niet alle lagers zijn terug te vinden. Lagers ondervinden tijdens hun productie soms enkele kleine Trillingsanalyse 21

wijzigingen die ervoor zorgen dat berekende frequenties niet altijd overeenstemmen. Naast de lagers van skf zijn er nog andere merken van lager zoals FAG lagers. Voor deze lagers is het echter moeilijker om de frequenties te bereken, daar de producent geen tool ter beschikking stelt voor het berekenen van foutfrequenties. Intensiteitniveau Door het lage intensiteitniveau van trillingen, veroorzaakt door traag draaiende assen, zijn de trillingen veroorzaakt door lagerschades hier moeilijk waarneembaar. Instellingen Een extra moeilijkheid zit hem in de instellingen van de software. Zo zullen sommige trillingen beter zichtbaar worden wanneer er andere instellingen worden gehanteerd. In dit eindwerk zitten de ideale instellingen (hoofdstuk 7, onderdeel 2). Deze instellingen werden echter pas bekomen in de tweede helft van het academiejaar. De instellingen worden normaal gekozen door de software zelf. Het nadeel dat hierdoor ontstaat is dat er veel te veel verschillende instellingen ontstaan. Zo loopt het aantal op tot meer dan honderd van dergelijke meetinstellingen, ieder met hun eigen frequentiebereik, aantal lijnen,. Internettoegang Tot op heden is er nog geen internettoegang voorzien voor de computer waarop de software draait. Het zou interessant zijn mocht deze naar de toekomst toe voorzien worden van een internet aansluiting. Er kan gemakkelijk mee gezocht worden naar lagers, lagertypes, on-line tools. Er kan makkelijk in contact getreden worden met producenten van zowel machines, lagers,. Het internet kan als extra aanvulling beschouwd worden op de databoeken. Maar het internet is vaak meer up-to-date. 2.6.2. Voorstellen en conclusies Olieanalyse Om aan deze voorgenoemde problemen een mouw te passen wordt er overgeschakeld naar de olieanalyse. Deze is niet in staat om specifieke fouten te gaan detecteren maar kan wel een goede indicator zijn van waar er zich problemen kunnen gaan voordoen. Het blijkt dus Trillingsanalyse 22

interessant te zijn om alle extrusiemachines op te volgen met de olieanalyse en tandwielkasten waar metaaldeeltjes in werden gevonden te gaan onderzoeken met de trillingsmeetapparatuur. Op basis hiervan kan er beter gelet worden op machines waar mogelijks een fout in zit. Het heeft geen zin om te analyseren om te analyseren. Ernst Tot op heden is het niet haalbaar om kleine fouten in de extrusiekasten op te sporen op basis van patronen waarvan weinig gekend is. Echter is het wel mogelijk om beschadigde tandwielkasten te detecteren wanneer deze reeds in een ver gevorderde schade zijn. Deze ver gevorderde schade houdt daarom nog niet onmiddellijke breuk in. Zo kan er toch gewerkt worden volgens het principe van het predictieve onderhoud. De ernst van een fout kan wel beter ingeschat worden aan de hand van een PeakVue meting. Buitenland Door de olieanalyse wordt het mogelijk om machines in het buitenland op te volgen. De olieanalyses worden verduidelijkt aan een verantwoordelijke in de buitenlandse afdeling. Die persoon zorgt dan voor het nemen van de stalen. Deze worden dan opgestuurd en geanalyseerd in de centrale vestiging. Wanneer er een vermoeden is van beschadigde tandwielkasten kan de trillingsmeting uitgevoerd worden door de verantwoordelijke van het predictieve onderhoud. Deze persoon moet hiervoor dan enkele buitenlandse verplaatsingen maken. Wanneer er voldoende kennis is verworven wordt het misschien interessant om te overwegen om meerdere toestellen aan te schaffen. De metingen kunnen dan uitgevoerd worden door een persoon ter plaatse en opgestuurd worden via mail of Cd-rom. PeakVue PeakVue blijkt duidelijker te zijn in de meetresultaten. Fouten zijn er veelal beter zichtbaar dan in het klassieke spectrum. In de tandwielkasten zou het dus ook zijn voordeel moeten kunnen bewijzen. Het blijft echter moeilijk om de traagdraaiende assen te analyseren. Haalbaarheid Besluit: Trillingsanalyse 23

Het predictieve onderhoud is haalbaar voor eenvoudige toestellen, toch zeker wanneer het analyseren van patronen verwezelijkt wordt met behulp van zelfstudie. Het is dan ook bewezen in dit eindwerk, dat het ontdekken van lagerschades in allerhande soorten toestellen mogelijk is, en dit na het opdoen van enige ervaring. Het analyseren van tandwielkasten is en blijft een moeilijke aangelegenheid. De beste methode om de haalbaarheid hiervan te beoordelen is het opvolgen van de brake downs en voorspelde schades. Het is dus van belang om het aantal brake downs in kaart te brengen, vroeger en nu. Een dalende trend moet waargenomen worden. Dit mag dan ook als een volgende stap in het proces beschouwd worden. De haalbaarheid wordt ook sterk verbeterd door de combinatie tussen trillingsmetingen en het analyseren van olie. Hierbij is de olieanalyse een eerste indicatie van lagerslijtage, en dient de trillingsmeting om de exacte oorzaak te gaan opsporen. 2.6.3. Opmerkingen De meetinstellingen die aangegeven worden in hoodstuk 7 (subtitel 2), werden pas gehanteerd na februari. Hierdoor werden bijna alle metingen uitgevoerd met instellingen die niet op punt stonden. Het wijzingen van deze meetinstellingen wordt systematisch opgebouwd. Trillingsanalyse 24

Hoofdstuk 3. Samenvatting / herhaling 3.1. Algemeen Voor er metingen kunnen uitgevoerd worden met de apparatuur, een product van CSI Europe, moeten er enkele basisbegrippen goed beheerst worden. Deze worden hieronder kort vermeld. Een zuiver mechanische trilling levert in het tijdsdomein een zuivere sinus op. Deze sinus levert in het spectrum een lijn op zijn frequentie, grootte overeenstemmend met zijn amplitude. Figuur 2: Sinus in tijds- en frequentiedomein 3.2. Over de eenheden De klassieke grootheden die gemeten worden bij trillingsanalyse zijn: Meetgrootheid Eenheid Uitgedrukt in Opmerking Verplaatsing µm PK-PK Opmeten lage frequenties / glijlagers Snelheid mm/s RMS Opmeten trillingen in het lage frequentiegebied Versnelling g PK Opmeten trillingen in het hoge frequentiegebied Het spectrum wordt door de Fouriertransformatie (concreet berekend met een Fast Fourier algoritme) ontbonden in een reeks van harmonische componenten. Deze zijn gekenmerkt door hun frequentie, hun amplitude en hun fase. Fase-informatie is niet steeds van belang: bij onbalans bijvoorbeeld wel, omdat de fase van de trilling (tegenover een vast gekozen referentiehoek) precies bepaalt waar de onbalans moet gesitueerd worden, dus waar de Trillingsanalyse 25

compenserende massa moet aangebracht worden. Bij trillingen als gevolg van slijtage in rollagers speelt de fase dan weer geen rol. Praktisch worden als frequentie-eenheden gebruikt: 1. Hertz (Hz): aan cycli per seconde 2. CPM: toeren per minuut 3. Order: aantal cycli, met het toerental van de machine als eenheid. Een trilling met een rotatiesnelheid van 5 order, is dus een trilling met een frequentie van vijfmaal het toerental van de rotor. Amplitudes worden uitgedrukt als: 1. Peak to peak: maximum tot minimum 2. Peak: = 0.5 * Peak to peak 3. RMS: = 0.707 * peak Het spectrum zelf kan eveneens in drie fysische grootheden gemeten worden, naargelang de verplaatsing, de snelheid of de versnelling (acceleratie) van de trilling beschouwd wordt: Verplaatsing (Displacement) Laagfrequente componenten zijn het best zichtbaar wordt uitgedrukt in micron (peak to peak) Verplaatsing wordt in de eerste plaats gebruikt om laagfrequente componenten van de trilling te meten. Dit betekent niet dat hoogfrequente componenten niet kunnen gezien worden met verplaatsing, maar de amplitudes worden zeer klein naarmate er hoogfrequente componenten beschouwd worden. Een grote resolutie van de meetapparatuur is dan nodig. Snelheid (Velocity) benadrukt noch de hoge, noch de lage frequenties uitgedrukt in mm/s (RMS) Bij een sinusoïdale trilling is de ogenblikkelijke snelheid het grootst wanneer de ogenblikkelijke verplaatsing nul is. Het snelheidspatroon loopt dus 90 voor op het verplaatsingpatroon. Vergeleken met het verplaatsingspectrum versterkt het snelheidspectrum de harmonischen van het verplaatsingspectrum met een factor 2πf. Het snelheidsspectrum geeft een goed beeld van de frequentie-inhoud, typisch van ongeveer 100 tot 1500Hz. Versnelling (Acceleration) Hoogfrequente componenten zijn het best zichtbaar Trillingsanalyse 26

wordt uitgedrukt in eenheden van g (Peak) meest gebruikte eenheid Bij een sinusoïdaal snelheidsverloop is de versnelling het grootst als de snelheidcurve door de horizontale as gaat, want dan is de afgeleide het sterkst. Het versnellingspectrum loopt dus 90 voor op het snelheidspectrum en bijgevolg 180 op het verplaatsingsspectrum. Het acceleratiespectrum benadrukt het snelheidspectrum met een factor die weer evenredig is met de frequentie. Het acceleratiespectrum wordt gebruikt van 0.1 Hz tot enkele tientallen khz. Figuur 3: Verschillende spectra Trillingsanalyse 27

3.3. Type sensoren Er zijn 3 sensoren: Acceleration probe: Velocity probe: Verplaatsingssensor: Voordelen: Goedkoop Robuust Groot meetbereik Groter temperatuurbereik Nadelen: Maximale werktemperatuur Minder gevoelig Grote massatraagheid!! externe voeding nodig datacollector mag niet voeden Andere typen sensoren worden hier niet verder aangehaald. Bevestigingsmethode: magnetisch Geeft een snelle oplossing voor tijdelijke monteringen op een ondergrond die vlak, vetvrij en natuurlijk magnetisch moet zijn. De bovengrens op de frequentiemeting ligt in de buurt van enkele khz., sterk afhankelijk van de gebruikte magneet en ondergrond. Indien de aanhechting niet sterk of vlak genoeg is gaat de transducer 'hobbelen' en worden valse trillingsignalen geproduceerd. Het gebruik is beperkt tot enkele khz voor accelerometers, en slecht tot enkele honderden Hz voor snelheidsmeters. 3.4. Plaatsing van de accelerometers Belangrijke informatie kan bekomen worden door spectra, gemeten op verschillende meetpunten te vergelijken. De keuze van meetpunten is hiervoor van belang: er zal gemeten worden links en rechts van een koppeling en bijvoorbeeld nagegaan worden of er verschillen in fasegedrag zijn. Er zal in horizontale en verticale richting gemeten worden om ook hier eventuele verschillen in amplitude en fase na te gaan. Er zal zowel radiaal en axiaal gemeten moeten worden. Axiale metingen zijn bij bepaalde types van slijtage onbestaande, maar bij andere juist wel prominent. Volgende vuistregels gelden bij de selectie van meetpunten: Meet zo dicht mogelijk bij de lagers Vermijd metingen boven holtes of op dunne platen, daar deze het werkelijke trillingspatroon kunnen vervormen. Kies, om een volledig beeld te krijgen meerdere meetpunten, zowel horizontaal als verticaal, en per machine ook één axiaal meetpunt. Verschillen tussen horizontale en Trillingsanalyse 28

verticale trillingen laten toe het onderscheid te maken tussen de diverse mogelijke oorzaken van de trilling. Markeer de meetpunten om bij de volgende periodieke meting op exact de juiste plaatsen te kunnen meten. Figuur 4: Meetpunten 3.5. Mogelijke foutpatronen 3.5.1. Onbalans op 1x RPM van machine. Kenmerken van onbalans zijn: 1. Onbalans ontstaat wanneer het massacentrum zich niet precies op de as van rotatie bevindt 2. Het is een mono-frequente trilling wiens amplitude gelijk is in alle radiale richtingen. Betreffende de metingen kan er nog de volgende kenmerken vermeld worden: 3. Het tijdsignaal is zuiver sinusvormig met weinig of geen ruiscomponent; metingen uitgevoerd bij gelijke rotatiesnelheid geven in alle opzichten dezelfde resultaten, zowel in tijd als in frequentiedomein. 4. Het spectrum bestaat dus enkel uit de grondtoon, zonder hogere harmonischen. Problemen met onbalans geven bij trillingsmetingen dus een zeer typisch spectrum: het bestaat uit één duidelijke lijn op precies het toerental van de machine. De trilling als gevolg van de onbalans gebeurt immers met dezelfde frequentie als het toerental van de rotatie, en is een vrijwel perfecte sinus. In het geval van statische onbalans (onderstaande figuur links) zal de rotor als gevolg van de onbalansmassa slingeren. De excentrische kracht in beide meetpunten heeft dezelfde Trillingsanalyse 29

richting. Op beide meetpunten zal dus een trilling gemeten worden met dezelfde frequentie als de rotatie van de rotor. Beide trillingen zullen ook in fase met elkaar zijn omdat de beweging als gevolg van onbalans in dezelfde richting plaatsgrijpt. Correctie vereist een éénvlaksbalancering. Figuur 5: Onbalans Een ander geval van onbalans is koppelonbalans. Deze onbalans wordt hier gemodelleerd door middel van twee onbalansmassa s op posities zoals aangegeven op de bovenstaande rechter figuur. Wanneer de rotor draait gaan de twee onbalansmassa s een koppel op de rotor uitoefenen. Op de meetpunten zal opnieuw een zuivere sinustrilling te observeren zijn met de frequentie van de rotor. In dit geval zullen beide trillingen echter in tegenfase zijn. De krachten uitgevoerd door de twee onbalansmassa s zijn nu tegengesteld. In praktische situaties is de onbalans een combinatie van beide gevallen en wordt er gesproken van dynamische onbalans. Het faseverschil is in dat geval niet een perfecte tegenfase, maar kan in principe elke waarde aannemen. Correctie bij zuivere koppelonbalans en bij dynamische onbalans vereist tweevlaksbalancering. Een gebruikte techniek bij het vaststellen van onbalans, is na de installatie een meting uit te voeren. De gemeten hoeveelheid onbalans (die normaal gezien zeer klein zal zijn indien de installatie goed is uitgevoerd) kan dan als referentiewaarde voor de toekomst dienen. Waarschuwingsniveau en alarmniveau kunnen op basis van deze referentiewaarde worden gekozen. 3.5.2. Resonantie op 1x RPM. Trillingen als gevolg van resonantie kunnen herkend worden aan het feit dat hun amplitude sterk afhangt van de frequentie die verantwoordelijk is voor de exciterende trilling, evenals aan het feit dat resonantie, in tegenstelling tot onbalans, vrijwel steeds een preferentiële richting heeft. Resonantietrillingen kunnen bijvoorbeeld sterk zijn in horizontale Trillingsanalyse 30

richting, terwijl ze in verticale richting een veel lagere niveau halen. Bij onbalans (in afwezigheid van resonantie) is de kracht uitgeoefend door de onbalans in alle richtingen even groot. In complexe systemen treden meerdere resonantiefrequenties op. Resonantiefrequenties kunnen opgemeten worden door de structuur in rusttoestand te exciteren met een impuls. Er wordt dan een overgangsignaal gemeten dat een superpositie is van de resonantietrillingen. Later kan worden nagegaan of deze frequenties ook aanwezig zijn wanneer de structuur in bedrijf is. Resonantie kan tijdelijk optreden, bijvoorbeeld wanneer het operationele toerental boven de structurele resonantiefrequentie ligt. Tijdens het opstarten en stilleggen moet het toerental dan door het resonantiegebied. De resonantiefrequentie is steeds van de vorm f(res) = C k m Met k een maat voor de stijfheid (bijvoorbeeld de veerconstante van een massa-veer systeem), en m de massa. De resonantiefrequentie kan dus verhoogd worden door ofwel de stijfheid te vermeerderen, ofwel de massa te verlagen. In omgekeerde richting kan de resonantiefrequentie verminderd worden. De resonantiefrequenties kan gemeten worden door een impacttest uit te voeren wanneer de constructie in rust is. Er worden dan een uitdempend trillingssignaal met frequentiepieken op de resonantiefrequenties van de volledige constructie verkregen. 3.5.3. Uitlijnfout op 2x RPM. (kan ook 3 of 4 zijn) Figuur 6: Uitlijnfout Uitlijnfouten zijn een belangrijke bron van trillingen. Er zijn twee types van uitlijnfouten te onderscheiden, die in de praktijk afzonderlijk, maar ook gezamenlijk kunnen voorkomen. Bij een hoekuitlijnfout (rechter figuur) liggen twee aan elkaar gekoppelde assen niet perfect onder een gestrekte hoek. Bij een paralleluitlijnfout (linker figuur) liggen de assen wel in Trillingsanalyse 31

evenwijdig maar niet perfect in elkaars verlengde. Flexibele koppelingen kunnen de gevolgen van uitlijnfouten beperken maar zijn in feite geen oplossing voor ernstige fouten. Een eerste kenmerk van de trillingen als gevolg van een uitlijnfout is de zeer grote herhaalbaarheid in het tijdsignaal. De door de fout opgewekte weerstand in de koppeling is bij elke omwenteling van de as precies dezelfde, waardoor het tijdsignaal een bijna perfecte periodiciteit vertoont. Het spectrum vertoont steeds een sterke lijn op 1x of 2x de rotatiefrequentie, meestal nog vergezeld van enkele harmonischen van hogere orde. Een belangrijk criterium om het onderscheid te maken tussen onbalans en uitlijning is het optreden van axiale trillingen. Deze zijn bij onbalans afwezig of niet belangrijk, maar worden na verloop van tijd juist wel aanzienlijk bij een hoekuitlijnfout. Omdat een probleem met uitlijning meestal een combinatie is van hoeken paralleluitlijning treden axiale trilling vrijwel steeds op bij uitlijnfouten. De axiale trillingen links en rechts van de koppeling zijn in tegenfase (bij 1 RPM). Dit is nog een onderscheid met axiale trillingen bij onbalans: als deze over de koppeling gemeten worden zijn ze in fase. Bij een uitlijnfout zullen de lagers een abnormale slijtage vertonen, die zich na verloop van tijd onder meer kan uiten in speling. Een typische evolutie kan als volgt verlopen: 1. Elk roterend element heeft steeds een minieme hoeveelheid onbalans. 2. Een kleine hoeveelheid onbalans kan worden geabsorbeerd door de toleranties van de rollagers. 3. Wanneer echter ook nog uitlijnfouten optreden kunnen de lagers dit niet meer absorberen, waardoor ze abnormaal gaan verslijten. 4. Als gevolg daarvan gaan de toleranties in de lagers toenemen, zodat de lagers niet meer in staat zijn de minieme trillingen te absorberen. De onbalans krijgt nu meer en meer effect op de constructie. Ook kunnen uitlijnfouten duur zijn op het gebied van elektriciteitsverbruik. Verschillen van 3 tot 4 ampère zijn opgemeten tussen grote motoren die een eenheid moesten aandrijven met of zonder een uitlijnprobleem. Wanneer dit wordt toegepast op bijvoorbeeld een grote raffinaderij met honderden pompen en motoren worden tot bedragen van duizenden euro s per jaar bespaard. 3.5.4. Speling op 3 tot 7 RPM. (kan ook 3 of 4 zijn) Speling (mechanical looseness) toont een spectrum met de rotatiefrequentie als grondtoon maar met een groot aantal harmonischen. De klassieke manier om dit te illustreren is door Trillingsanalyse 32

middel van een rotor, die een onbalans bevat en gevat is in een steun waarin een speling aanwezig is. Door onbalans gaat de rotor slingeren met een frequentie van 1 order. Echter, de normale perfecte sinustrilling als gevolg van onbalans wordt nu verstoord door periodiek contact met de steun. Omdat de trilling nu niet meer perfect sinusvormig is zal haar Fourierspectrum belangrijke hogere harmonischen vertonen. Speling in rollagers kan ook tot ongewenste trillingen leiden met kenmerken die afhangen van de precieze oorzaak van de speling. Figuur 7: Speling Een belangrijk kenmerk van de trilling als gevolg van speling is het gedeeltelijk random aspect: Bepaalde componenten van de trilling zijn niet steeds in dezelfde mate aanwezig zodat het tijdsignaal een gedeeltelijk willekeurige inhoud meekrijgt. Dit is goed zichtbaar in het tijdsignaal dat veel minder perfect periodiek is dan het spectrum van een trilling als gevolg van een uitlijnprobleem. Wegens de laagfrequente inhoud van het spectrum is een snelheidspectrum het best geschikt om speling en uitlijning te meten. Indien speling en onbalans samen voorkomen is het nodig eerst de speling op te lossen, voordat de precieze hoeveelheid onbalans kan bepaald en verholpen worden. 3.5.5. Lagerschade (gedetailleerd besproken in volgend hoofdstuk) Verloopt in vier fasen: 1. Kleine scheur 2. Groter worden van de impact in het spectrum 3. Inpakten komen stilaan voor in het lagerfrequente gebied 4. Ontstaan ruis, sneeuwbergen in het trillingspatroon Trillingsanalyse 33

3.5.6. Samenvatting 3.6. Meetduur In de datacollector worden de signalen in discrete vorm opgeslagen. Het in wezen analoog signaal moet dus worden bemonsterd. Twee belangrijke parameters bij het bemonsteren of samplen van een analoog signaal zijn: f s : de sampling frequentie N: het aantal samples Het opmeten van trillingen zal een bepaalde tijd in beslag nemen. Deze kan berekend worden, zodat de totale tijdsduur om een machine op te meten geschat kan worden. T = 0 0 N samples 2,56xN spectraallijnen = = f 2,56xf sample max 0 N spektraallijnen f max Trillingsanalyse 34

Hoofdstuk 4. Lagerfouten De verklaringen voor de verscheidene foutpatronen bij lagers hoeven niet te worden gezocht in de wiskunde maar is eenvoudig te begrijpen door een inzicht in het lager. Daar het lager een redelijk eenvoudige constructie is kan iedereen dit begrijpen. 4.1. Opbouw van een lager Ieder lager is opgebouwd uit een binnenring, buitenring, kogels en een kooi. De kooi dient om de kogels op een constante afstand te houden. Eén van de ringen staat stil tegenover de andere. Zo kan een as ronddraaien tegenover een vaststaand huis. Wanneer nu een onderdeel van dit lager beschadigd geraakt, door slijtage, foute montage, verkeerde uitlijning, kan het lager breken en een machine tot een stilstand dwingen. Dit kan leiden tot productieverlies en grote kosten voor de firma. Figuur 8: Opbouw lager Verder bestaan lagers nog in vele verschillende uitvoeringen, kegellager, tonlager, kogellager, tweerijig kogellager,. In de analyse moet er toch enigszins rekening gehouden worden, maar de verschillen zijn gering. Zo kan een beschadigd lager, die vooral axiale krachten opvangt een groter trillingsniveau vertonen in de axiale meetrichting. 4.2. Foutfrequenties van een lager De mogelijke foutfrequenties die kunnen optreden bij een beschadigd lager kunnen met volgende formules berekend worden. Foutfrequentie buitenring: BPFO = N 2 b B x 1 P d d x cosθ Foutfrequentie binnenring: BPFI = N 2 b B x 1+ P d d x cosθ Trillingsanalyse 35

Foutfrequentie bij kooischade: FTF = 1 B 1 d x 2 Pd x cosθ Foutfrequentie bij kogelschade: BSF = Waarin: N b het aantal rolelementen P d 2B d B x 1 P d d x cosθ B d de diameter van de kogels of rollen P d de steekdiameter θ de contacthoek tussen de rolelementen en het lager Deze vier getallen zijn kenmerkende getallen voor ieder type van lager. Wanneer deze vermenigvuldigd wordt met het toerental, dan kan er bepaald worden op hoeveel hertz de foutfrequentie kan terug gevonden worden in het patroon. Deze frequentie komt dan samen met zijn veelvouden, harmonischen voor. De kooifrequentie bedraagt voor de meeste lagertypes ongeveer 40% van het toerental (0,4 order). De som van binnenringfrequentie en buitenringfrequentie (uitgedrukt in order) is gelijk aan het aantal rolelementen in het lager. De buitenringfrequentie is gelijk aan het aantal rolemelenten vermenigvuldigd met de kooifrequentie. In het geval waarbij de lagerbinnenring stilstaat en de lagerbuitenring ronddraait verandert enkel de kooifrequentie. Deze wordt in dat geval ongeveer 0,6 Order en wordt berekend als: 2 FTF = 1 B 1+ d x 2 Pd x cosθ Trillingsanalyse 36

4.3. Buitenringschade en binnenringschade Figuur 9: Buitenringschade en binnenringschade Het eenvoudigste is de buitenringschade. De fout veroorzaakt een hoogfrequente trilling telkens wanneer een kogel in en daarna weer uit de fout rolt. De frequentie is het aantal kogels dat per seconde door de fout loopt. Doordat de fout onvolmaakt en dus niet zuiver sinusoidaal, is zullen er harmonischen optreden. Deze zullen terug te vinden zijn op veelvouden van de BPFO ( Ball Pass Frequency Outer Race ). De amplitude is een maat voor de ernst van het probleem. Het geeft de energie inhoud weer, deze is afhankelijk van de lengte van het defect. Het zal echter zo zijn dat in de eerste fasen de lagerschade hoogfrequent en zeer kort zijn. Daarom zullen ze ook gemist worden in klassieke trillingsmetingen. Naarmate de schade groter wordt zal het in- en uitrollen van de kogels langer duren en dus lager van frequentie. Ze zullen waargenomen worden in het klassieke spectrum. Maar in de meeste gevallen is dit te laat. Binnenringschade kan op een gelijke manier verklaard worden als buitenringschade. Echter zullen er naast de binnenringfrequentie en zijn harmonischen ook nog zijbanden op één Trillingsanalyse 37

maal het toerental ontstaan. Dit is te verklaren doordat de binnenring meedraait op 1xRPM en de schade zich periodiek op een andere plaats zal bevinden. Doordat de belasting groter is in één richting zullen er zijbanden ontstaan. Deze zijbanden zijn lx RPM naast de binnenringfrequentie (theorie modulatie). Dit wordt modulatie genoemd. Figuur 10: Modulatie 4.4. Schade van de rolelementen Figuur 11: Kogelschade BSF, of Ball Spin Frequency, komt voor wanneer er een kogel beschadigd is. Hier verschijnen er enkel even harmonischen, dit komt doordat het defect zowel geraakt wordt door de binnen- als buitenring. Ook kunnen er modulaties op de kooifrequentie terug gevonden worden. In vele gevallen zullen BSF frequenties niet aanwezig zijn, wat het spectrum een zeer typisch uitzicht geeft: een aantal groepen pieken op een onderlinge afstand gelijk aan de kooifrequentie. In de meeste gevallen is dit trillingsspectrum het duidelijkst waar te nemen in versnelling. Trillingsanalyse 38

Merk op dat bij kogellagers een defecte kogel niet steeds contact zal maken met het loopvlak van het lager en dat de trillingen bij kogelbeschadiging dus ook niet steeds aanwezig zijn. 4.5. Kooischade Figuur 12: Kooischade FTF of Fundamental Train Frequency doet zich voor bij een beschadigde kooi. Bij de meeste lagers wordt er een piek op 0,4 order terug gevonden. In de praktijk zal dit spectrum zelden opgemeten worden. De reden hiervoor is dat in de meeste gevallen een lager na kooibreuk zal falen. Voor de kooibreuk echter zal in het trillingsspectrum nog geen enkele aanduiding aanwezig zijn van een nakend probleem. Dit maakt de kooibreuk het lagerprobleem waartegen periodieke trillingsmetingen het minste beveiliging bieden. Trillingsanalyse 39

Hoofdstuk 5. Signaalverwerking Een signaal opgenomen door een sensor is niet bruikbaar voor analyse. Het signaal bevat alle trillingen. Zowel laagfrequente als hoogfrequente signalen. Het is nu eenvoudig te begrijpen dat wanneer er een lagerschade aanwezig is, de impact van deze schade klein is tegenover het totale trilniveau van de machine. Het trilniveau van de machine kan aangepakt worden met veren, dempers, etc. Hoewel zijn niveau lager is, is het echter de lagerschade die ervoor zal zorgen dat assen gaan vastlopen en de productie zal stilvallen. Het inkomende signaal zal dus verwerkt worden tot een signaal dat klaar is voor analyse. Dit opzet wordt al lang beoogd in de industrie en wordt tot op heden steeds verbeterd. 5.1. Algemeen Beschouw de eerste fase bij de ontwikkeling van buitenring- of binnenringschade. De resonantiefrequenties van de buiten- of binnenring worden geëxciteerd door de kogels of de tonnen van een lager die over een minuscuul defect rollen. Bij de frequenties waarbij dit overrollen gebeurt (BPFO of FPFI) is het trillingsniveau bijzonder laag of volledig onbestaande, en bijgevolg ook niet meetbaar in een normaal spectrum. Volledig analoge opmerkingen kunnen gemaakt worden over elk verschijnsel dat met een relatief lage frequentie hogere frequenties exciteert. Een ander voorbeeld hiervan is (mogelijk reeds ver gevorderde) lagerschade bij traag draaiende assen (< 200 RPM). Gezien de lage frequenties zal het overrollen van een defect geen noemenswaardige amplitudes veroorzaken en zal een dergelijk defect zeer moeilijk detecteerbaar zijn in een normaal spectrum. Het toestel waarmee gewerkt wordt, RBM Consultant Pro Model 2130, neemt het binnenkomende signaal op en voert er een reeks bewerkingen op uit. 5.2. Demodulatie 5.2.1. Inleiding Het gebruik van demodulatie data of enveloping is een uitstekende aanvulling om een nauw spectra te analyseren ter detectie van fouten in lagers of tandwielkasten. Wat demodulatie is en hoe het in de praktijk gebruikt wordt, zal hierna besproken worden. Trillingsanalyse 40

5.2.2. Demodulatie Demodulatie is een techniek die het mogelijk maakt dergelijke fenomenen wel zichtbaar te maken in het normale frequentiebereik. Om dit te bekomen worden op het tijdsignaal een aantal voorafgaande bewerkingen gedaan ( pre-processing ), waarna opnieuw het normale spectrum wordt berekend. Deze bewerkingen worden bekomen door analoge schakelingen en omschreven als demodulatie. Een hoge frequentie f wordt gemoduleerd door een lage frequentie f mod. In het spectrum vertaalt zich dit als een piek bij de hoge frequentie f (die draaggolf wordt genoemd), met twee zijbanden op een afstand f mod. Demodulatie betekent dat het modulerende signaal afgezonderd wordt. Deze demodulatie gebeurt in verschillende stappen: 1. In eer eerste fase wordt het gemeten signaal gelijkgericht. 2. In een tweede fase wordt een piekdetectie gedaan zodat de omhullende bekomen wordt van het bestaande signaal. 3. Tenslotte wordt van deze omhullende de DC waarde afgefilterd. Wordt van dit gemoduleerde tijdsignaal opnieuw het spectrum berekend, dan wordt een frequentie piek bij de modulerende frequentie f mod verkregen. Wanneer de demodulatietechniek wordt toegepast bij conditiebewaking wordt het signaal eerst door een hoogdoorlaatfilter gestuurd. Hierdoor worden alle laagfrequente trillingen, bijvoorbeeld gegenereerd door onbalans, uitlijning, speling, enz. afgefilterd en blijft enkel hoogfrequente informatie aanwezig. Dit biedt het voordeel dat ook modulerende frequenties met lage amplitudes zichtbaar kunnen gemaakt worden, die anders in het niet zouden verdwijnen bij de aanwezige laagfrequente trillingen. Demodulatie is geen quantitatieve meting. Er wordt niet gekeken naar amplitudes, maar wel naar het al dan niet aanwezig zijn van bepaalde frequenties. Er wordt bij demodulatiemetingen bijgevolg ook geen gebruik gemaakt van trends. Het belang van demodulatiemetingen ligt vooral in het vroegtijdig detecteren van lagerschade op machines die gedurende lange tijd onafgebroken moeten draaien. Het gebruik van een doorlaatfilter is nodig om bijvoorbeeld een onbalans af te filteren. De onbalans wekt het laagfrequente signaal op, door de grootte van deze trilling zal de trilling ten gevolge van een lagerfout in ruis vervallen. Dit wordt in onderstaande figuur geïlustreerd. Trillingsanalyse 41

Figuur 13: Bewerken van signaal 5.2.3. Enkele kenmerkende eigenschappen van de gedemoduleerde gegeven. Een belangrijke eigenschap van het gedemoduleerde signaal is dat het de hoge frequente frequenties onderstreept. Gebruik makende van een hogeband doorlaat filter, worden de lage frequenties eruit gefilterd en een datacollector is in staat om in te zoomen op de hoogfrequente trillingen die eerder een waarde hebben van een laag niveau. Dit betekent dat sommige pieken die anders verloren zouden gaan in het ruisniveau van het normale smalband spectrum, toch kunnen gedetecteerd worden. Een andere eigenschap van de demodulatietechniek, of van hoog frequente trillingen in het algemeen, is dat het makkelijk gedempt wordt en niet goed doorgegeven wordt in de machinestructuur. Net zoals wanneer iemand weg beweegt van een muziekbron zal deze persoon op een ogenblik enkel nog de bas kunnen horen, daar de midden- en hoge frequenties sneller uitsterven. Dit houdt in dat deze waargenomen trillingen met demodulatie zeer lokale trillingen zijn. In het geval van een motor die een pomp aandrijft via een koppeling, zal de data verzameld op het einde van de pomp veelal de trillingen veroorzaakt daar op het pompeinde voorstellen. Lager frequente signalen zullen door de koppeling overgebracht worden en zullen zelf op het ander eind van de machine trillingen introduceren. Het kan echter zo zijn dat trillingen van een lager waar het intensiteitniveau hoger is niet noodzakelijk het slechte lager hoeft te zijn. Trillingsanalyse 42

Hoofdstuk 6. PeakVue 6.1. PeakVue De PeakVue technologie is een verfijning van de demodulatietechniek en werd ontwikkeld om een aantal tekortkomingen van deze laatste te vermijden. De piekdetectie en het wegfilteren van de DC component in het tijdsignaal zijn beide analoge bewerkingen. Het spectrum dat overeenkomt met dit analoge tijdsignaal wordt echter berekend nadat het tijdsignaal gedigitaliseerd werd. De sample frequentie, hiervoor gebruikt, is functie van het frequentiebereik van het spectrum dat berekend wordt. Het verband wordt gegeven door de formule f sample = 2,56 x f max. Dit leidt tot een aantal potentiële problemen. 1. Indien er metingen worden uitgevoerd op zeer traagdraaiende assen zal het frequentiebereik voor het spectrum ook zeer laag gekozen worden. Veronderstel dat f max gelijk gesteld wordt aan 100Hz, dan wordt de sample frequentie 256Hz. De trillingen ten gevolge van vroegtijdige lagerschade (resonantiefrequentie van binnen of buitenring) zijn hoogfrequent en om die reden ook van korte duur. Welnu, indien het analoge tijdsignaal, bekomen na piekdetectie, bemonsterd wordt met een dergelijke lage frequentie, wordt het risico gelopen de trillingen ten gevolge van de lagerbeschadiging grotendeels te missen. Het spectrum zal dan ook geen duidelijke indicatie van de trillingen geven. Figuur 14: Bemonsteren tijdsignaal Trillingsanalyse 43

2. Naast trillingen bij de resonantiefrequentie van de binnen- of buitenring veroorzaakt vroegtijdige lagerschade ook nog trillingen die veel hoger frequent zijn. Deze hoogfrequente trillingen van bijzonder korte duur worden in het Engels aangeduid met de term stress waves. Deze stress waves worden niet alleen door impacts gegenereerd maar ook wanneer metaal elastisch vervormd wordt (bv. Bij het overrollen van een microscheurtje onder het oppervlak van oppervlak van de lagerbinnenring of buitenring). Omwille van hun kort duur (enkele milliseconden) zal de demodulatietechniek niet in staat zijn deze trillingen te detecteren. Vermits het analoge tijdsignaal, bekomen na piekdetectie, digitaal bemonsterd wordt zullen de trillingen ten gevolge van de stress waves, zelfs na piekdetectie, voor het grootste deel gemist worden. Figuur 15: PeakVue techniek Trillingsanalyse 44

Om deze tekortkomingen op te lossen zal PeakVue techniek het tijdsignaal, bekomen na piekdetectie, niet op de klassieke manier bemonsteren. PeakVue zal voor elke sample de hoogste waarde weerhouden die in het tijdsignaal is voorgekomen sinds het tijdstip van de vorige sample. Om dit te realiseren wordt tussen twee bemonsteringen het tijdsignaal met een frequentie van 100kHz bemonsterd. Deze methode garandeert dat hoogfrequente stress waves steeds gedetecteerd zullen worden, hoe kort hun tijdsduur ook is. De voordelen van de PeakVue techniek ten opzichte van demodulatie zijn meervoudig 1. Bij zeer lage toerentallen kan het frequentiebereik van het PeakVue spectrum laag gekozen worden zonder dat de lage sample frequentie het risico inhoudt hoogfrequente trillingen (bij de resonantiefrequentie van binnen of buitenring) na piekdetectie te missen. 2. Ook stress waves die bij vroegtijdige lagerschade worden gegenereerd kunnen met behulp van de PeakVue techniek gedetecteerd worden. Dit betekent dat ook bij machines met normale toerentallen PeakVue een krachtigere techniek is dan demodulatie. 3. Stress waves kunnen ook tot stand komen bij problemen als tandwielbeschadiging of het loskomen van de bekleding op een wals of cilinder. Het toepassingsdomein voor PeakVue is dus ruimer dan bij demodulatie. 4. Het bemonsteren met 100kHz tussen elke twee samples betekent dat de hoogste waarde in het tijdsignaal weerhouden wordt. Dit betekent echter ook dat die piekwaarde overeenkomt met de werkelijke piekwaarde en dat die dus ook een maat is voor de ernst van het probleem. Het tijdsignaal zal dus nuttige informatie bevatten en, in tegenstelling tot bij demodulatie, ook geanalyseerd worden. Bovendien kan de piekwaarde in de tijd getrend worden en eventueel kan er gebruik gemaakt worden van alarmgrenzen in het tijdsignaal ( maximum peak value ). Trillingsanalyse 45

6.2. Concreet voorbeeld, met behulp van eigen metingen PeakVue blijkt interessant te zijn wanneer er traag draaiende assen bij komen kijken. Dit kan aangetoond worden met een praktijk voorbeeld. Machine H2 204 meetpunt as 3 inboard horizontaal 0.016 0.012 04-302/04/02 H2 204 -G5P Shaft 03 Inboard Horz Peakvue B B B B B B B B B Route Spectrum 12-aug-04 11:05:27 (PkVue-HP 2000 Hz) OVERALL=. 0485 A-DG PK =.0487 LOAD = 100.0 RPM = 40. (.67 Hz) Figuur 16: PeakVue meting, Speed B M1H PK Acceleration in G-s 0.008 >Other Speeds B=M1H Speed: 10.94 0.004 0 0 20 40 60 80 100 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 10.95 16.29.00354 0.003 04-302/04/02 H2 204 -G5H Shaft 03 Inboard Horizontal B B B B Route Spectrum 12-aug-04 11:05:27 (SST-Corrected) OVERALL=.1502 V-DG PK =.0028 LOAD = 100.0 RPM = 40. (.67 Hz) Figuur 17: Klassieke versnellings meting, Speed B M1H PK Acceleration in G-s 0.002 0.001 >Other Speeds B=M1H Speed: 10.94 0 0 10 20 30 40 50 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 10.95 16.29.00049 Beide patronen duiden hetzelfde aan. Het is duidelijk zichtbaar dat de pieken groter zijn in de PeakVue meting dan in het klassieke meetpatroon. Zo is het op te merken dat de derde en vierde piek veel kleinder zijn van waarde dan die van de PeakVue meting. De ernst van het probleem kan dus beter ingeschat worden, daar de grootte van de pieken de maximale waarden zijn. Trillingsanalyse 46

Hoofdstuk 7. Starten met meten 7.1. Kennismaking met de software Figuur 18: Machinery Health Manager, openingsvenster Eerst wordt er een database aangemaakt: Een database bevat alle aangemaakte machines met zijn bijhorende gegevens, zowel technische gegevens als opgemeten trillingsspectra. Aanmaken van een machine: Een machine kan aangemaakt worden, hierbij worden alle gekende gegevens van de machine in de software vastgelegd. Hoe meer informatie er ingegeven kan worden, hoe beter de analyse kan uitgevoerd worden. Een voorstelling van een centrifugaalpomp wordt hieronder gegeven. Belangrijke zaken die de analyse kunnen vergemakkelijken zijn lagergegevens, riemgegevens, tandwielgegevens, toerentallen, Trillingsanalyse 47

Figuur 19: Component Design Studio Aanmaken route: Het aanmaken van een route is eigenlijk het kiezen van de machines die zal opgemeten worden. Deze route wordt dan in het toestel geladen. Deze route wordt dan uitgevoerd. Enkele de aanwijzingen op het scherm hoeven gevolgd te worden. De meetpunten worden dan één voor één overlopen en uitgevoerd doer de operator. Communicatie tussen de computer en datacollector: Er is zowel een dataoverdracht van computer naar datacollector als van datacollector naar computer. Het is eenvoudig te begrijpen dat de opgemeten trillingsspectra naar de computer moeten overgedragen worden voor verdere analyse. Dit gebeurt heel eenvoudig via een USB kabel. De overdracht van computer naar datacollector is voor het overbrengen van een aangemaakte route. Analyse van de meetresultaten: Met behulp van de software kan het trillingspatroon geanalyseerd worden. Het programma geeft zelf mogelijke foutfrequenties aan. De software bekomt deze foutfrequenties aan de hand van de opgegeven lagers, frequentie, aantal schoepen pomp,. Daarom is het zo belangrijk voldoende informatie in te winnen over de op te meten machine. Trillingsanalyse 48

7.2. Voorkeursinstellingen Om duidelijke metingen te bekomen wordt er best gewerkt met onderstaande instellingen. Dit als alternatief aan de meetpunten die de software automatisch aanmaakt maar niet altijd een goede keuze zijn. Nr Type Toerental (f max ) #lijnen #gemid Filter Meetduur (s) (1gemid) 1 Rollager 60 x RPM 1600 3 Toerental onbekend 2 Rollager 5000 Hz 1600 3 0,32 3 Rollager 3000 Hz 1600 3 0,53 4 Rollager 2000 Hz 1600 3 0,80 5 Rollager 1000 Hz 1600 3 1,60 6 Rollager 500 Hz 1600 3 3,20 7 Rollager 200 Hz 1600 2 8,00 8 Rollager 100 Hz 1600 2 16,00 9 Rollager 50 Hz 800 2 16,00 10 Rollager 120 x RPM 1600 3 Toerental onbekend 20 Gearbox 60 x RPM 6400 3 Toerental onbekend 21 Gearbox 60 x RPM 3200 3 Toerental onbekend 22 Gearbox 60 x RPM 1600 3 Toerental onbekend 23 Gearbox 5000 Hz 6400 3 1,28 24 Gearbox 3000 Hz 6400 3 2,13 25 Gearbox 2000 Hz 6400 3 3,20 26 Gearbox 1000 Hz 6400 3 6,40 27 Gearbox 500 Hz 3200 3 6,40 28 Gearbox 200 Hz 3200 3 16,00 29 Gearbox 100 Hz 1600 2 16,00 30 Gearbox 50 Hz 1600 2 32,00 50 PeakVue 40 x RPM 1600 1 500 Hz HP Toerental onbekend 51 PeakVue 40 x RPM 3200 1 500 Hz HP Toerental onbekend 52 PeakVue 40 x RPM 3200 1 1000 Hz HP Toerental onbekend 53 PeakVue 40 x RPM 3200 1 2000 Hz HP Toerental onbekend Trillingsanalyse 49

54 PeakVue 40 x RPM 3200 1 5000 Hz HP Toerental onbekend 60 PeakVue 80 x RPM 1600 1 500 Hz HP Toerental onbekend Voor het berekenen van de tijdsduur verwijs ik naar Hoofdstuk 3, titel 3.7 Meetduur. 7.3. Parameters instellen Kies in het hoofdmenu voor Data base setup. Kies voor Analyses Parameter Set Information. Kies Edit set. Hier kunnen nu alle parameters gewijzigd worden. Ze worden opgeslaan onder een nummer. Figuur 20: DBase Kies in het hoofdmenu nu voor Tree structure, selecteer de machine waarvan de paramters ingesteld moeten worden. Klik op Edit, en kies voor Mod Points, Mod Pt Params. Wijzig de nummers. Figuur 21: DBase Trillingsanalyse 50

7.4. Kennismaking met de datacollector De datacollector waarmee gemeten werd is hier de RBM Consultant Pro Model 2130. Voor een gedetailleerde uitleg verwijs ik naar de handleiding van de datacollector. Figuur 22: RBMconsultant Pro Het menu waar iedere operator van het toestel moet mee kunnen werken is het meunu route. Een route is een serie van meetpunten voor een welbepaalde machine. De datacollector heeft ook enkele bijhorende accessoires. Zoals de SpeedVue Model 430 Laser Speed Sensor. Dit staaltje technologie meet het toerental op van ronddraaiende assen, ventilatoren,. Maar in tegenstelling tot de oudere meettoestellen is er geen referentie markering nodig. Figuur 23: SpeedVue Mod el 430 Laser Speed Sensor Verder bestaat er o ok nog de Headphone Adapter Kit. Hiermee worden trillingen als het ware hoorbaar gemaakt. Het geluid dat geproduceerd wordt kan vergeleken worden met geluid dat verkregen wordt door het schuren over schuurpapier. Zeker voor beginnende analisten is dit een handig tool. Zo kan een binnenringschade duidelijk waargenomen worden met behulp van de koptelefoon. Nu zal het wel niet direct mogelijk zijn om aan te geven om welke fout het precies gaat. Daarvoor moeten de patronen geanalyseerd worden. Trillingsanalyse 51

Hoofdstuk 8. Proefstand Eén van de denkpistes om ervaring op te doen is het bouwen van een proefstand. De bedoeling hiervan bestaat erin enkele proeven te doen om dan het resultaat hiervan te verwerken. En zo met de opgedane kennis, praktijk ervaring, een beter inzicht te krijgen in de spectra. 8.1. Opbouw en ontwerp Figuur 24: Frequentieregelaar en elektromotor Hierboven wordt de motor samen met zijn toerentalregeling afgebeeld. Deze motor drijft een as aan waarop zich enkele lagers bevinden. Daarop kunnen metingen uitgevoerd worden. Het voordeel hiervan is dat alle gegevens van de lagers gekend zijn en eventueel bewust fouten kunnen worden ingevoerd. Hiernaast is de remschijf afgebeeld die gebruikt wordt. Hiermee kunnen de lagers en de motor belast worden en de invloed hiervan op het spectrum gaan controleren. Dit kan extra informatie geven, daar de extrusiemachines ook vaak op een ander percentage van belasting draaien, afhankelijk van het geproduceerde profiel. Figuur 25: Remschijf Echter is de keuze van een dergelijke rem niet zo goed geschikt omdat door de grote wrijving er een snelle slijtage optreedt en er veel warmte geproduceerd wordt. Trillingsanalyse 52

8.2. Realisatie Figuur 26: Proefstand De stand bevat een frequentiegestuurde motor. Daarmee kan het toerental geregeld worden tussen 30 en 100% van zijn maximaal toerental. Onder de 30% valt de motor uit. De motor drijft een as aan via een flexibele koppeling. De as bevat drie lagers waarop metingen uitgevoerd kunnen worden. De lagers worden van links naar rechts genummerd, respectievelijk 1 tot en met 3. Lager 2 werd weggelaten omdat de onnatuurlijke lagering voor een te hoog trillingsniveau zorgde. Tussen de lagers is er een rem gemonteerd. Daarmee kan een belasting gesimuleerd worden. Op het einde van de as zit opnieuw een flexibele koppeling die een reductiekast aandrijft. De reductiekast zorgt voor een overbrengingsverhouding van ongeveer 1 op 20. Deze drijft dan een riem aan die voor nog een extra reductie zorgt. Uiteindelijk word met de riem een as aangedreven die de traagdraaiende as genoemd wordt. Dit om de traagdraaiende as te kunnen simuleren van de extruders in het machinepark van firma Deceuninck. Trillingsanalyse 53

8.3. Principe van de belasting Figuur 27: Principe belasting Door de rem te klemmen zal er in de rem een wrijvingskracht ontstaan. Deze zal een kracht in de spie veroorzaken. Dit is eenvoudig te begrijpen want de spie zou weggelaten worden, zou de rem niet meedraaien met de as. Zowel de wrijvingskracht als de kracht in de spie veroorzaken reactiekrachten in de lagers. Let wel op, deze krachten zijn beschouwd op een tijdstip t en dus variabel in de tijd. In bovenstaande tekening is dus een momentopname, er zal dus gesproken worden van een krachtenverloop in de lagers. Ook zullen de krachten pas optreden bij rotatie van de as. Figuur 28: Principe belasting Trillingsanalyse 54

In een tweede momentopname t kan waargenomen worden dat er een ander krachtenevenwicht optreedt. De bovenstaande tekeningen zijn niet op schaal en de grootte van de krachten is dus niet representatief voor de werkelijke grootte van de krachten. In verdere experimenten wordt er enkel gesproken over een zwaardere of lagere belasting. Omdat de uitgeoefende kracht niet exact kan bepaald worden. Wel kan het krachtenverloop uitgewerkt worden aan de hand van een cijfer voorbeeld. De waarden zullen niet overeenstemmen maar wel het verloop. Het is precies dit verloop dat eventueel in onze metingen zou kunnen terug gevonden worden. Het verloop van de reactiekrachten in de lagers verloopt sinusoïdaal. Waarbij er een absolute hoekverschuiving van 90 bestaat tussen de horizontale meting en de verticale meting. De bovenste grafiek van de hiernaast getekende figuur is het verloop van de horizontale reactiekrachten in de lagers. Als de belasting zich niet in het midden situeert tussen de lagers zullen de amplitudes in de lagers niet gelijk zijn. De onderste grafiek van de hiernaast getekende figuur is het verloop van de verticale reactiekrachten. Figuur 29: Faseverschuiving tussen de lagers Trillingsanalyse 55

8.4. Experimenten Uit eerste metingen en proeven blijkt dat de frequentieregelaar het best gebruikt wordt tussen 50% en 100% van zijn maximaal toerental, bij een lager toerental zou er overhitting an de motor optreden. Verder blijkt dat de as gelagerd op drie punten niet gunstig is. Er treedt een hoog trillingsniveau op. Daarom wordt het lagerhuis in het midden van de as verwijderd. 8.4.1. Eerste meting Uit de eerste metingen blijkt dat er een heel hoog trillingsniveau waarneembaar is. Wat de metingen minder duidelijk maakt. Deze worden veroorzaakt door onbalans en uitlijnfouten. Deze fouten kunnen inderdaad aanwezig zijn omdat er een grote afstand overbrugd wordt met een dunnes as. Dergelijke constructie zal trillingsgevoelig zijn. 8.4.2. Reductie In de reductiekast is er een lagerfout waarneembaar. Daarom zou deze reductiekast eens geïnspecteerd moeten worden. Het is echter twijfelachtig daar het mogelijk is dat de reductie mogelijk niet gelagerd is, maar voorzien is van glijbussen. Om dit te controleren is het nodig om het reductiekastje te demonteren. Omdat bij het openen van het reductiekastje de dichtingen eventueel beschadigd zouden kunnen worden, wordt deze controle niet uitgevoerd. 8.4.3. Besluit De proefstand kan enkel gebruikt worden voor het visuele. Het bekomen van interessante patronen is een bijna onmogelijke opgave. Het volledige besluit is terug te vinden in het tweede hoofdstuk. Trillingsanalyse 56

Een samenvatting van de waarnemingen: Machine Proefstand / Reductiekast Probleem Laatste meting 6 maart 2005 RMS Acceleration in G-s 0.15 0.12 0.09 0.06 1 - Proefstand 1 -G1H Shaft 01 Inboard Horizontal Route Spectrum* 06-mrt-05 15:20:37 OVERALL= 27.23 V-DG RMS =.5450 LOAD = 100.0 RPM = 3094. (51.57 Hz) Figuur 30: Kant koppeling horizontaal, frequentie met zijn zijbanden op 1x RPM 0.03 0 0 800 1600 2400 3200 Frequency in Hz 1 - Proefstand 1 -G1V Shaft 01 Inboard Vertical 0.04 Freq: 2568.8 Ordr: 49.81 Spec:.07959 Dfrq: 51.57 Route Spectrum* 06-mrt-05 15:28:06 Figuur 31: Kant koppeling verticaal, harmonische familie 0.03 OVERALL= 9.58 V-DG RMS =.1677 LOAD = 100.0 RPM = 1684. (28.06 Hz) RMS Acceleration in G-s 0.02 0.01 0 0 300 600 900 1200 1500 1800 Frequency in Hz Freq: 137.01 Ordr: 4.882 Spec:.00148 0.12 0.09 1 - Proefstand 1 -G2A Shaft 01 Outboard Axial Route Spectrum* 06-mrt-05 15:29:02 OVERALL= 5.96 V-DG RMS =.2451 LOAD = 100.0 RPM = 1684. (28.07 Hz) Figuur 32: Axiaal niet koppeling, harmonische familie RMS Acceleration in G-s 0.06 0.03 0 0 300 600 900 1200 1500 1800 Frequency in Hz Freq: 137.01 Ordr: 4.882 Spec:.00214 Trillingsanalyse 57

Hoofdstuk 9. Pompenhuis 9.1. Principetekening Figuur 33: Een pomp zoals die teruggevonden kan worden in het pompenhuis Figuur 34: Principetekening Trillingsanalyse 58

9.2. Wat en waarom? De functie van de pompen is groot belang binnen het bedrijf. Ze dienen voor de circulatie van het koelwater in het bedrijf. De functie van het koelwater is van groot belang. Wanneer profielen geëxtrudeerd wordt er verlangd dat de vorm behouden wordt. Dit wordt gerealiseerd door het profiel door een waterbad te laten lopen en zo te laten afkoelen tot de gewenste temperatuur. Bij de pompen staat de koelinstallatie die het water terug op temperatuur brengt. Opstelling pompen. Figuur 35: Opstelling van de pompen Groep 2 is voorzien van pomp type NOWA 15050 Groep 3 en 4 is voorzien van pomp type NOWA 15040 Trillingsanalyse 59

9.3. Impact door schoepen Type 15050 is voorzien van 6 schoepen Figuur 36: Schoepen van de centrifugaalpomp Hierdoor ontstaat er een piek in het trillingspatroon op 6 order. 0.08 G2 P2 04-50/01/02/002 -P1H Pump Inboard Horizontal Route Spectrum 08-jul-04 14:47:07 0.07 0.06 OVERALL= 2.88 V-DG RMS =.1158 LOAD = 100.0 RPM = 1377. (22.95 Hz) RMS Acceleration in G-s 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0 300 600 900 1200 1500 1800 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 137.73 6.001.06128 Figuur 37: Spectrum Op bovenstaande figuur, pomp 2 van groep 2, is de piek tengevolge van de schoepfrequentie duidelijk terug te vinden. Trillingsanalyse 60

9.4. Cases 9.4.1. Case 1: Binnenringschade op centrifugaalpomp voor koelwater Tijdens de metingen op pomp vier van groep twee, werd er een vermoedelijke lagerschade waargenomen. Met behulp van de koptelefoon (luisteren naar lagers) kon er duidelijk een abnormaal geluid waargenomen worden. Na analyse van het patroon wordt er beslist een werkopdracht te laten maken. De pomp werd dan ook in de verlofperiode aan een onderhoudsbeurt onderworpen. Na de onderhoudsbeurt kan er worden opgemerkt dat de pomp niet voorzien is van tweemaal hetzelfde lager, zoals eerst gedacht werd. De werkopdracht werd gemaakt op basis van de analyse die hieronder wordt verduidelijkt. De lagers zijn nu: Inboard: SKF 6313/C3 Outboard: NSK 3313 BTNG/C3 0.9 0.8 0.7 04-50/01/02/004 G2 P4 -P1H Pump Inboard Horizontal H H H H H H H H H H H H H H Route Spectrum* 14-jul-04 10:09:15 OVERALL= 3.42 V-DG PK = 1.37 LOAD = 100.0 RPM = 1360. (22.67 Hz) PK Acceleration in G-s 0.6 0.5 0.4 0.3 >SKF 6313 H=BPFI -IB: 111.7 0.2 0.1 0 0 400 800 1200 1600 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 111.44 4.91648.00360 Figuur 38: Binnenringschade, BPFI + harmonischen In dit beeld is de BPFI (binnenringfrequentie) duidelijk merkbaar, samen met zijn harmonischen. Nu kan er op zoek gegaan worden naar de zijbanden op 1x RPM. Wat ook opgemerkt kan worden is dat de zijbanden zeer groot zijn! Trillingsanalyse 61

PK Acceleration in G-s 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 04-50/01/02/004 G2 P4 -P1H Pump Inboard Horizontal H H H H H H H H H H H H H H Route Spectrum 14-jul-04 10:09:15 OVERALL= 3.42 V-DG PK = 1.47 LOAD = 100.0 RPM = 1359. (22.64 Hz) >SKF 6313 H=BPFI -IB 0.2 0.1 0 0 400 800 1200 1600 Frequency in Hz Figuur 39: Binnenringschade, zijbanden op 1xRPM Freq: Ordr: Spec: Dfrq: 914.21 40.37.650 22.64 PK Acceleration in G-s 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 04-50/01/02/004 G2 P4 -P1H Pump Inboard Horizontal H H H H H H H H H H H H H H Route Spectrum 14-jul-04 10:09:15 OVERALL= 3.42 V-DG PK = 1.47 LOAD = 100.0 RPM = 1359. (22.64 Hz) >SKF 6313 H=BPFI -IB 0.2 0.1 0 0 400 800 1200 1600 Frequency in Hz Figuur 40: Binnenringschade, zijbanden op 1xRPM Freq: Ordr: Spec: Dfrq: Op bovenstaande figuren is de harmonische familie die de lagerfout aangeeft aangeduid met een kruisje, telkens is er een harmonische gekozen (rode lijn), en van deze harmonische zijn de zijbanden aangeduid (vierkantje). De zijbanden liggen telkens duidelijk op 1x RPM (Dfrq: 22,66Hz en RPM 22,64Hz) 691.32 30.53.556 22.66 Trillingsanalyse 62

Een samenvatting van de waarnemingen: Machine Centrifugaalpomp Probleem Binnenringschade Laatste meting 14 juli 2004 Controle meting 2 augustus 2004 PK Acceleration in G-s 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 G2 P4 04-50/01/02/004 -P1P Pump Inboard Horz Peakvue Route Spectrum 14-jul-04 10:09:15 (PkVue-HP 2000 Hz) OVERALL= 1.96 A-DG PK = 2.12 LOAD = 100.0 RPM = 1360. (22.67 Hz) >SKF 6313 H=BPFI -IB: 111.7 H H H H H H H H Figuur 41: PeakVue spectrum en tijdsignaal van laatste meting. Acceleration in G-s 0 12 0 200 400 600 800 1000 Frequency in Hz 9 6 3 FAULT ALERT Route Waveform 14-jul-04 10:09:15 (PkVue-HP 2000 Hz) PK = 5.01 PK(+) = 10.30 CRESTF= 2.91 DCoff =.8118 PK Acceleration in G-s Max Amp.88 Plot Scale 0.9 0 0 0 0.4 0.8 1.2 1.6 Time in Seconds 04-50/01/02/004 G2 P4 -P1H Pump Inboard Horizontal 02-aug-04 09:44:44 14-jul-04 10:09:15 Figuur 42: Trillingsniveau vergelijking tussen identieke pompen. 0 300 600 900 1200 1500 1800 Frequency in Hz 08-jul-04 14:52:30 PK Acceleration in G-s Acceleration in G-s 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 G2 P4 04-50/01/02/004 -P1P Pump Inboard Horz Peakvue 0 200 400 600 800 1000 Frequency in Hz 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 FAULT ALERT 0 0.4 0.8 1.2 1.6 Time in Seconds Route Spectrum 02-aug-04 09:44:44 (PkVue-HP 2000 Hz) OVERALL=.2040 A-DG PK =.2275 LOAD = 100.0 RPM = 1244. (20.74 Hz) Route Waveform 02-aug-04 09:44:44 (PkVue-HP 2000 Hz) PK =.5197 PK(+) = 1.67 CRESTF= 4.55 DCoff =.0682 Figuur 43: PeakVue spectrum bij controlemeting. Trillingsanalyse 63

Figuur 44: Beschadigde binnenring Na de controle werd nog een ander probleem vastgesteld. Er was namelijk binnen de pomp iets afgebroken en dit onderdeel zat tussen de schoepbladen. Figuur 45: Onbalans ten gevolge van een afgebroken stuk Dit zou moeten waarneembaar zijn als een onbalans, met andere woorden, een grotere piekwaarde op één maal de omwentelingssnelheid. Deze onbalans zal dan ook de verklaring zijn waarom de zijbanden zo een hoog niveau hebben. Trillingsanalyse 64

Uit volgende twee spectra blijkt inderdaad dat er hier kan gesproken worden over een fout tengevolge van een onbalans. Gits POINT: P2P - MORE THAN ONE EQUIPMENT PK Acceleration in G-s Max Amp.51 Plot Scale 0.6 0 G2 P4-P2P 14-jul-04 G2 P3-P2P 14-jul-04 G2 P2-P2P 08-jul-04 0 200 400 600 800 1000 Frequency in Hz G2 P1-P2P 14-jul-04 Freq: Ordr: Sp 4: 22.6490.99919.53010 Figuur 46: PeakVue meting, pomp outboard, vergelijk verschillende pompen De meting afgebeeld hierboven toont dat pomp 4 de grootste piek vertoont op 1x RPM. G2 P4 04-50/01/02/004 -P1H Pump Inboard Horizontal.17 -.18 02-aug-04 09:44 Acceleration in G-s 4.21-4.38 14-jul-04 10:09 0 1 2 3 4 5 6 Revolution Number Figuur 47: Horizontale meting, pomp inboard, tijdsverloop In het signaal van 14 juli is het duidelijk merkbaar dat er herhaling in het signaal zit en dit iedere keer 1 omwenteling verder, 1x RPM. Hieruit kan ook onbalans afgeleid worden. Trillingsanalyse 65

9.4.2. Case 2: Binnenringschade op centrifugaalpomp voor koelwater (afdeling Calne UK) Calne is een afdeling van de firma Deceuninck in het Verenigd Koninkrijk. Dhr. P. Desomer voert ook in deze afdelingen metingen uit. Op één van de pompen werd een lagerschade vastgesteld. Een binnenringschade. Een probleem dat zich stelt is de verificatie van de fout. Doordat de machine zich in het buitenland bevindt is het moeilijk om het lager te zien krijgen, het onderhoud geschiedt daar door een externe firma. De zekerheid van de fout is hier groot omdat er al een identiek voorval hierboven besproken is. De analyse gebeurt in dit geval in de PeakVue meting, omdat het in de PeakVue meting veel duidelijker is dat er mogelijks een binnenringschade terug te vinden is. In het gewone patroon is de fout nog niet zo duidelijk, omdat het hier misschien gaat om een kleine schade. Dus de machine kan nog enige tijd draaien, opgevolgd worden en in een latere fase onderhouden worden. Er werd reeds door P. Desomer geadviseerd om de machine te onderhouden. Of dit advies correct is kan nu nog enkel nagegaan worden door het uitvoeren van een controle meting. Trillingsanalyse 66

Een samenvatting van de waarnemingen: Machine Centrifugaalpomp Probleem Binnenringschade Laatste meting 30 september 2004 Controle meting Figuur 48: Peak Vue Pump Inboard Horz. PK Acceleration in G-s 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6?? - 50/01/01/010 Calne P2 -P1P Pump Inboard Horz Peakvue G G G G G G G G Route Spectrum 30-sep-04 14:16:47 (PkVue-HP 1000 Hz) OVERALL= 2.24 A-DG PK = 2.35 LOAD = 100.0 RPM = 1488. (24.81 Hz) >SKF 6309 G=BPFI -IO Figuur 49: binnenring 6309/C3 Fout lager 0.4 0.2 1.4 1.2 1.0 0 0 200 400 600 800 1000 Frequency in Hz?? - 50/01/01/010 reserve -P1P Pump Inboard Horz Peakvue G G G G G G G G Freq: Ordr: Spec: 123.50 4.978.733 Route Spectrum 30-sep-04 14:16:47 (PkVue-HP 1000 Hz) OVERALL= 2.24 A-DG PK = 2.35 LOAD = 100.0 RPM = 1488. (24.81 Hz) Figuur 50: Zijbanden op 1xRPM PK Acceleration in G-s 0.8 0.6 >SKF 6309 G=BPFI -IO 0.4 0.2 0 0 200 400 600 800 1000 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: Dfrq: 271.88 10.96.258 24.86 Trillingsanalyse 67

9.4.3. Case 3: Binnen- / buitenringschade op centrifugaalpomp voor koelwater (afdeling Calne UK) Het betreft hier een meting op pomp 3 van het pompstation in Calne. Hier zou er eventueel een buitenringschade kunnen zijn die samen met een onbalans zorgt voor een modulatie in het patroon. Op de hiernaast staande tekening wordt verduidelijkt dat een buitenringschade in combinatie met een onbalans een patroon oplevert dat vergelijkbaar is met dat van een binnenringschade. Bij een binnenring zal de ring ronddraaien tegenover de kracht ten gevolge van het gewicht van de gelagerde as, die altijd dezelfde richting en zin zal hebben. In het geval van een buitenringschade in combinatie met een onbalans wordt een identieke situatie verkregen, maar hier zal de kracht ronddraaien en de ring staat stil. Nu kan de pomp vergeleken worden met de andere pompen om te gaan kijken als er effectief van modulatie ten gevolge van de onbalans kan sprake kan. De piek op 1xRPM Snelheid (RMS) Verplaatsing (pk-pk) Pomp 4 3,508 63,65 Pomp 3 2,638 48,08 Pomp 2 2,099 38,03 Uit bovenstaande tabel blijkt dat er effectief op pomp 4 een grotere onbalans is. Daarom kan er dus niet met zekerheid aangenomen worden of het nu om buiten- of binnenringschade gaat. Doordat het model niet gekend is en dus de foutfrequenties niet gekend zijn, kan er niet met zekerheid bepaald worden of het hier om binnen- of buitenringschade gaat. De modulatie veroorzaakt voor een buitenringschade ook zijbanden op één keer het toerental. Trillingsanalyse 68

30 25?? - 50/01/04/001 Calne P3 -P1P Pump Inboard Horz Peakvue Route Waveform 30-sep-04 14:24:22 (PkVue-HP 1000 Hz) PK = 9.47 LOAD = 100.0 RPM = 1476. (24.60 Hz) Acceleration in G-s 20 15 10 PK(+) = 26.97 CRESTF= 4.03 DCoff = 1.26 FAULT 5 ALERT 0 0 0.4 0.8 1.2 1.6 Time in Seconds Time: Ampl: Dtim: Freq:.918 26.97.447 2.236 Figuur 51: Tussen twee opeenvolgende pieken zit telkens precies 1x RPM PK Acceleration in G-s 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5?? - 50/01/04/001 Calne 1.2 -P1P Pump Inboard Horz Peakvue Route Spectrum 30-sep-04 14:24:22 (PkVue-HP 1000 Hz) OVERALL= 4.61 A-DG PK = 4.95 LOAD = 100.0 RPM = 1476. (24.60 Hz) 0 Acceleration in G-s 30 25 20 15 10 0 200 400 600 800 1000 Frequency in Hz 5 0 FAULT ALERT 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Revolution Number Route Waveform 30-sep-04 14:24:22 (PkVue-HP 1000 Hz) PK = 9.47 PK(+) = 26.97 CRESTF= 4.03 DCoff = 1.26 Freq: Ordr: Spec: Dfrq: 749.15 30.45.159 24.66 Figuur 52: Frequentiedomein en tijdssignaal Het lager zou moeten gekend zijn om uitsluitsel te geven. Hier kan een onderhoud voorgesteld worden. Zo kan het type lager achterhaald worden. Trillingsanalyse 69

Een samenvatting van de waarnemingen: Machine Centrifugaalpomp Probleem Laatste meting 30 september 2004 Controle meting PK Acceleration in G-s 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 PK Acceleration in G-s Acceleration in G-s 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 30 25 20 15 10?? - 50/01/04/001 Calne P3 -P1P Pump Inboard Horz Peakvue 0 200 400 600 800 1000 Frequency in Hz 5 0 FAULT ALERT Route Spectrum 30-sep-04 14:24:22 (PkVue-HP 1000 Hz) OVERALL= 4.61 A-DG PK = 4.95 LOAD = 100.0 RPM = 1476. (24.60 Hz) Route Waveform 30-sep-04 14:24:22 (PkVue-HP 1000 Hz) PK = 9.47 PK(+) = 26.97 CRESTF= 4.03 DCoff = 1.26 0 0.4 0.8 1.2 1.6?? - 50/01/04/001 Time in Seconds Calne P3 -P1H Pump Inboard Horizontal Route Spectrum 30-sep-04 14:24:22 OVERALL= 2.82 V-DG PK =.5420 LOAD = 100.0 RPM = 1496. (24.93 Hz) Figuur 53: PeakVue, P1P, beginnende lagerschade, modulaties Figuur 54: Enkel nog in het hoogfrequente gebied 0.05 0 0 300 600 900 1200 1500 1800 Frequency in Hz Calne, UK POINT: P1H - MORE THAN ONE EQUIPMENT (30-sep-04) Figuur 55: Verge lijk onbalans Max Amp 56.7 P-P Displacement in Microns Plot Scale 60 0 Calne P4 Calne P3 0 40 80 120 160 200 240 Frequency in Hz Calne P2 Freq: Ordr: Sp 1: 24.83 1.000 38.03 Trillingsanalyse 70

Hoofdstuk 10. De maalmolens 10.1. Principetekening Figuur 56: Principe tekening van een Herbold - maalmolen 10.2. Algemene gegevens. Maalmolen is van het merk Herbold type SMP 45/60 Lagers in de motoren zijn niet gekend. Lagers in de maalmolen zijn vermoedelijk van het type SKF NU313E SKF 6312 De overbrenging wordt verzorgd door 5 riemen van het type P2/3550SPC Maalmolen Toerental molen Toerental motor Overbrengingsreductie 221/007/001 650,65 1498,6 2,30 221/007/002 639,62 1494,01 2,34 221/007/003 666,38 1499,04 2,25 (overbrengingsreductie nodig in software) Technische gegevens (Bron: Betriebsanweisung Herbold schneidmühle SMP 45/60 nr. 2125) Molen: 5x SPC 560 mm Motor: 5x SPC 250 DIN 2211 Riemen: 5x SPC 3550 LW Aantal rotormessen: 9 Trillingsanalyse 71

Aantal motormessen: 2 De overbrengingsreductie bedraagt 2,24 10.3. Korte herhaling theorie 10.3.1. Problemen met de riemen Riemfrequentie (Hz) = πxø xrpm Lriemx60 riemschijf riemschijf De trillingen ten gevolge van een riemprobleem zullen zich hoofdzakelijk voordoen bij het dubbele van de riemfrequentie en veelvouden ervan. 10.3.2. Foutieve riemspanning of riemuitlijning Te hoge riemspanning of een foutieve riemuitlijning zal hoge trillingen genereren bij het toerental van de motor en/of het toerental van de gedreven eenheid. Enkele typische fenomenen die aanduiding geven van een dergelijke fout: 1. Sterk doorgeven van trillingen van de motor op de gedreven eenheid en omgekeerd. 2. Hogere trillingsniveaus aan de kant van de riem 3. Hogere trillingsniveaus in de richting van de riemen 4. Relatief hoge axiale trillingsniveaus 10.4. Studie 10.4.1. Machine 221/007/001 Riemfrequentie van deze machine Riemfrequentie (Hz) = 3,14x25x1500 355x60 = 5,53 Hz Riemfrequenties 1x 2x 3x 4x (Hz) 5,54 11,07 16,61 22,14 Trillingsanalyse 72

PK Acceleration in G-s 0.032 0.024 0.016 04-221/007/001 11 -M1H Motor Outboard Horizontal A A A A Route Spectrum 04-aug-04 10:29:12 OVERALL= 1.69 V-DG PK =.0427 LOAD = 100.0 RPM = 1499. (24.99 Hz) >This Shaft Speed A=M1H Sp eed : 24.99 Figuur 57: Motor Outboard Horz. Impact t.g.v. aandrijving. 0.008 0 PK Acceleration in G-s 0 30 60 90 120 Frequency in Hz 0.016 0.012 0.008 04-221/007/001 11 -M1H Motor Outboard Horizontal C C C C C C C C C C Freq: Ordr: Spec: 24.99 1.000.02365 Route Spectrum* 04-aug-04 10:29:12 OVERALL= 1.69 V-DG PK =.0120 LOAD = 100.0 RPM = 1499. (24.99 Hz) >Belt Freqs C=Belt 1 Freq: 5.53 Figuur 58: Motor Outboard Horz. Impact t.g.v. riem. 0.004 0 0 10 20 30 40 50 60 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 5.547.222.00006 Met bovenstaande figuur kan de riemfrequentie aan de motor teruggevonden worden. Zolang deze impacten geen al te grote waarden aannemen kan er verondersteld worden dat er geen probleem is met de riemen. Deze vaststelling geldt voor de meting daterende van 4 augustus. Trillingsanalyse 73

Analyse gegevens meting 4 augustus Zoeken naar een foutieve riemspanning of riemuitlijning RMS Acceleration in G-s Max Amp.0166 Plot Scale 0.018 0 04-221/007/001 11 - Multiple Points (04-aug-04) 11-C2V 11-C1V Figuur 59: Molen Inboard Horz. Trillingen niet groter aan koppelingszijde 11-C2H 0 300 600 900 1200 1500 1800 Frequency in Hz 11-C1H Om van een uitlijnfout te spreken moet aan volgende voorwaarden voldaan worden: 1. Sterk doorgeven van trillingen van de motor op de gedreven eenheid en omgekeerd. NIET voldaan 2. Hogere trillingsniveaus aan de kant van de riem NIET voldaan 3. Hogere trillingsniveaus in de richting van de riemen, in dit geval, hoger niveau in horizontale richting voldaan, maar niet in grote mate 4. Relatief hoge axiale trillingsniveaus voldaan Trillingsanalyse 74

Hoofdstuk 11. Olieanalyse 11.1. Olieanalyse binnen het kader van predictief onderhoud. Binnen dit kader kan de olieanalyse gebruikt worden in samenwerking met de trillingsmetingen. Het is een perfecte manier om te toetsen of opgemerkte schade van de machine ook effectief aanwezig zal zijn. Zo zal bijvoorbeeld bij tandwielschade de hoeveelheid grotere metaaldeeltjes moeten toegenomen zijn. 11.2. Kennismaking. Figuur 60: Opstelling olieanalyse - toestel Een centraal station, beschouwd als een soort black box, verwerkt de olie die volgens een strikte volgorde wordt verwerkt in het toestel. Eerst wordt de viscositeit van de olie bepaald. Daarna wordt een hoeveelheid van het monster ingespoten met een plastic spuit in de opening voor proef 1. Daarna wordt de olie met potje gewogen, vervolgens aangelengd met lampenolie en opnieuw gewogen. Dan wordt er een hoeveelheid in potje voor proef 2 Trillingsanalyse 75

gegoten. Met de rest wordt een grote plastic spuit van 30ml gevuld en vacuüm getrokken om vervolgens in het station ingespoten te worden. In proef 1 wordt beoogd om de chemische samenstelling, kwaliteit van de olie, te bekomen. Proef 2 geeft weer of er metaaldeeltjes aanwezig zijn in de olie. Ten slotte bekijkt proef 3 de verontreiniging. 11.3. De doelstelling Dit apparaat analyseert de olie en probeert op een eenvoudige en ondubbelzinnige manier de kwaliteit van de olie aan te geven. Dit gebeurt met behulp van een trivector. Figuur 61: Trivector In iedere richting wordt via een kleurenpatroon aangegeven hoe het met de olie gesteld is. Het is belangrijk om de software te vertellen waarvan de olie afkomstig is, in ons geval is deze afkomstig van een gearbox. Achter ieder item zit een ISO-norm. Daaruit haalt de software dan hoe vervuild de olie is op zijn schaal. Het is best begrijpbaar dat olie van een tandwielkast en van een verbrandingsmotor, die beide met hetzelfde toestel kunnen gemeten worden, niet een zelfde niveau zullen hebben van afkeur. Voor de aanvang van de stage in de firma Deceuninck was er al gewerkt met het olieanalyse toestel, hierdoor waren er reeds metingen beschikbaar. Na het controleren van de instellingen, kon er uit de bestaande database vastgesteld worden dat er bij de meeste gemeten stalen enkel wat een teveel aan vervuiling was. Trillingsanalyse 76

Naast de trivector bestaat er ook nog een mogelijkheid om te zien welke en hoeveel er van een bepaalde stof gevonden werd. Zo kan er gezien worden of er een bepaalde hoeveelheid water gevonden werd in de olie. Zo kunnen er lekken opgespoord worden van water in de olie, etc. 11.4. Combinatie olieanalyse en trillingsmetingen Een combinatie van olieanalyse met trillingsmetingen kan helpen bij het selecteren van de machines die moeten worden opgemeten. Daar het machinepark van Deceuninck uitgebreid is en het onmogelijk is alle machines voortdurend te meten. 11.4.1. Hoe bepalen van te onderzoeken machines? Zeker in het begin van de analyse is het moeilijk fouten te vinden in de spectra. De olieanalyse kan er eventueel op wijzen dat er in een tandwielkast technische problemen zijn. Het is echter fout om daar volledig op te focussen, omdat het verleden van de machine niet gekend is. Zo kan het zijn dat er reeds een herstelling werd uitgevoerd en dat er van die vorige breuk nog metaalresten in de olie terug te vinden zijn. Uitgaande van document: Report Gits 12-04, auteur; ing. Peter Desomer Er werd in november van alle tandwielkasten van de extruders oliestalen genomen en geanalyseerd. Er zijn 5 extruders teruggevonden die nauwgezet zullen worden opgevolgd met frequentere olieanalyses en eventuele trillingsmetingen om de oorzaak op te zoeken. Deze extruders bevinden zich op de lijnen: 104, 107, 206, 217 & 252. Hal 1 Op volgende pagina wordt een grafiek afgebeeld met de gegevens van alle tandwielkasten van Hal 1, behalve lijn 8 en 9. Drie van de vier balken geven een index weer die overeen komt met een alarm niveau (van 1 tot 100). De rode balk staat voor vervuiling door ijzerhoudende (magnetische) deeltjes. Dit is de belangrijkste parameter die kan wijzen op abnormale slijtage. De groene balken geven een waarde voor vervuiling door vaste deeltjes (niet magnetisch). De meeste stalen hebben een waarde van 16 tot 41. Stalen genomen uit de vaten (verse olie) Trillingsanalyse 77

hebben een contaminatie index van 13. Eens boven de 41 is het aangewezen deze tandwielkast van nabij op te volgen. De blauwe balk heeft het percentage water aan die in de olie aanwezig is. Wanneer de balk tot boven komt is er 0,01 % water aanwezig in de olie. 0,5 % is alarmerend. De cyan-kleurige balk heeft de chemische staat van de olie weer (bv spontaan kraken van ketens door te hoge temperatuur of ouderdom). Dit is zoals de rode en groene balk eveneens een index van 0 tot 100. Chemische veroudering komt niet zoveel voor in de metingen, dit wijst er op dat mits geregelde analyses, de frequentie van verversen van olie een flink stuk kan verlaagd worden. Wanneer de frequentie van staalname verlaagd wordt, wordt de belangrijkheid en de frequentie van staalname echter belangrijker omdat de kans voor onverwachtse externe vervuilingen (water, pvc-poeder) en interne vervuiling door slijtage (lagers, tandwielen,.) vergroot en ook het effect van deze vervuilingen groter wordt (lawine-effect). In Hal 1 kan er opgemerkt worden dat er in de verdeelkast van lijn 107 veel ijzerdeeltjes aanwezig zijn. Deze extruder zal van nabij worden gevolgd met olie- en trillingsanalyses en moet bij onderhoud met zorg gecontroleerd worden. Lijn 104 heeft ook een laag ijzeralarm, dit niveau is al tijdje aanwezig en blijft constant. Deze lijn zal ook van nabij worden gevolgd. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Wear Contamination Water Chemical 101R 101V 102R 102V 103R 103V 104 106R 106V 107R 107V 108 109 110 111 113 114 116 117 118 123 124 125 126 R 126 V 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 Figuur 62: Resultaat olieanalyse Hal 2 Trillingsanalyse 78

Op onderstaande grafiek zijn de resultaten terug te vinden voor Hal 2. Deze resultaten worden analoog als hiervoor geïnterpreteerd, de schalen zijn identiek en kunnen dus worden vergeleken. Er zijn nog geen stalen voor de lijnen 215 en 223. Er is een hoge alarmwaarde voor de reductiekast van lijn 206 waar te nemen. Dit moet dus van dichtbij opgevolgd worden. Eind november wordt de olie vervangen in deze machine, na dit onderhoud kan deze machine opnieuw getest worden. Lijn 217 heeft een relatief laag alarmgehalte voor ijzerhoudende vervuiling in zowel reductie- en verdeelkast. Er is te zien op de onderstaande figuur dat dit probleem al aanwezig was in augustus en in mindere mate in november 2003. Het probleem wordt dus langzaam groter, en deze trend zal zich hoogstwaarschijnlijk in de toekomst verder zetten als de oorzaak hiervan niet wordt gevonden. Figuur 63: Trendverloop olieanalyse Bovenstaande figuur: Verloop ijzergehalte november 2003 tot november 2004 (217) Bij de andere alarmparameters is er niets merkwaardigs op te merken. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Wear Contamination Water Chemical 201 202R 202V 203R 203V 204R 204V 205R 205V 206R 206V 207 208 209R 209V 210 211R 211V 212 213 214R 214V 215R 215V 216 217R 217V 218 219 220 221 222 223 224R 224V Figuur 64: Resultaat olieanalyse Trillingsanalyse 79

Hal 2A en Technicum Op volgende pagina zijn de resultaten te zien van de olie analyses voor het technicum en hal 2A, enkel de extruder op lijn 252 toont een kleine ijzerhoudende vervuiling en zal in de toekomst beter opgevolgd worden. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Wear Contamination Water Chemical TE04 TE03R TE03V TE01R TE01V HAL 2A 251 252R 252V 255 256R 256V Figuur 65: Resultaat olieanalyse Trillingsanalyse 80

Hoofdstuk 12. Extrusiemachines, principes 12.1. Voorwaarden voor metingen Bij het opmeten van tandwielkasten is het nodig volgende zaken na te gaan: De belasting. De stand van uurmeter. De uitstoot in kg/u 12.2. Het extrusieproces + principetekening De basis van extrusie bestaat uit een plastische stof die onder druk wordt gebracht (en eventueel extra wordt opgewarmd) zodanig dat de stof gaat vloeien en door een filiere wordt geperst. De vorm van de opening van de filiere bepaald de vorm van het te bekomen stuk. Dit wordt dan nog nagevormd door een vacuüm toe te passen in nakomende kalibers die dan ook nog worden gekoeld om zo snel mogelijk een hard, niet vervormbaar halffabrikaat te bekomen Belangrijk voor de extrusie en voor de hoeveelheid warmte hierbij vrijkomt in de schroeven en de cilinders is de viscositeit van de smelt. Viscositeit of inwendige wrijving is de wrijvingskracht die bij een stromende stof optreedt. De viscositeit is de mate van vloeien en zal dus invloed hebben op de vrij te komen warmte door frictie. Een dik vloeibare stof heeft een hoge viscositeit. Een veelvuldige toepassing van het extruderen is het extruderen van kunststof profielen. Kunststoffen zijn kunstmatig samengestelde stoffen met een macromoleculaire structuur. Hieruit afgeleid worden dat kunststoffen niet vrij voorkomen in de natuur, De hoofdbestanddelen ontstaan als nevenproduct bij de raffinage van aardolie. In bovenstaande definitie kan er ook afgeleid worden dat kunststoffen opgebouwd zijn uit grote molecuul ketens. Kunststoffen bestaan uit lange lintvormige molecuulketens die in elkaar verstrengeld liggen. Als zo een kluwen verwarmd wordt zet de stof uit en kunnen de ketens ten opzicht van elkaar beter bewegen. De moleculen komen verder van elkaar af te liggen, ten slotte zal de kunststof beginnen vloeien en smelten. Kunststoffen die onder invloed van warmte plastisch worden, worden thermoplasten genoemd. De lange moleculen van deze thermoplasten hebben zeer weinig zijvertakkingen. Trillingsanalyse 81

Wanneer er echter veel zijvertakkingen zijn zullen de ketens veel meer door elkaar gaan zitten, denk maar aan de amorfe structuur en wordt een ander gedrag bij verwarming bekomen. Dit zijn de thermoharders, deze kunnen niet opnieuw plastisch gemaakt worden en dus niet mogelijk bij het extruderen. Enkele Thermoplasten: Polyetheen PE, Polypropeen PP, Polyvinylchloride PVC, Polystyreen PS, ABS. Wij zullen vooraal van PVC gebruik maken. De extruder heeft 3 belangrijke taken. - Het transporteren van de kunststof, die meestal uit korrels of poeder bestaat, het smelten en verdichten van de kunststof en het ontgassen. - Het maken van een homogene kunststofsmelt - Het verpompen van deze homogenen smelt door de filiere. Hiervoor moet er dus voor de filiere een druk opgebouwd worden omdat de opening in de filiere sterk verminderd. Figuur 66: Principe tekening extrusieproces De trillingsmetingen worden uitgevoerd op de motor, de reductiekast en de verdeelkast. Hierboven staat een principeschets van het extrusieproces. Er wordt dus gemeten op de gehele aandrijving van de machine. Het mechanisme van aandrijving kan variëren van producent tot producent. Op het frame bevindt zich de volledige machine. De andere onderdelen zijn gescheiden van de machine. Motor De motor verzorgt de aandrijving van de machine, hierdoor ontstaat er een continu extrusieproces. Bij uitval van de motor kan er niet meer geëxtrudeerd worden. De motor is hier van het DC-type. Hierdoor wordt een makkelijke regeling van het toerental bekomen. Daar tegenover staat de duurdere kost van de motor. Reductiekast Trillingsanalyse 82

Deze reductiekast zorgt ervoor dat het hoge motortoerental omgezet wordt naar een lagertoerental zodat er op de gepaste snelheid kan geëxtrudeerd worden. De overbrengingsverhouding van de reductiekast is vast. De ingangssnelheid is regelbaar. (DCmotor) Verdeelkast Deze zorgt ervoor dat de twee extrusie schroeven dezelfde snelheid draaien maar in tegengestelde zin. Verwarmingselementen Hierdoor wordt de kunststof in plastische fase gebracht en kan de kuststof tot een welbepaald profiel gevormd worden. Koelen profiel Omdat het profiel nu zijn vorm zo bewaren wordt het gekoeld. Eerst gaat het door een droog kaliber om daarna door het natte kaliber te gaan waar het extra gekoeld wordt met koelwater. De trekbank De trekbank zorgt ervoor dat het profiel aan een constante snelheid door de filiere wordt geleid. 12.3. Gegevens Hoe meer informatie er kan ingewonnen worden over de extrusiemachines hoe beter. De reductiekast en de verdeelkast bevatten tandwielen en lagers. Er kan dus naast lagerschade ook tandwielschade optreden. De frequentie waarmee de tanden van twee tandwielen met elkaar ingrijpen wordt de tandwielingrijpfrequentie genoemd. Tandwielingrijpfrequentie (GMF) = Toerentalfrequentie x Aantal tanden 12.4. Elektromotoren Iedere extrusiemachine heeft een aandrijving nodig. Deze geschied door middel van elektromotoren. De motoren worden gevoed door een gelijkspanning. Ook deze motoren proberen worden geanalyseerd. Echter moet er wel rekening mee gehouden worden dat de motoren eventueel van machine kunnen verhuizen. Daarom worden de motoren in de toekomst genummerd. Trillingsanalyse 83

Hoofdstuk 13. Extrusiemachines, cases 13.1. Deceuninck Hooglede Gits 13.1.1. Eerste beschouwing In deze eerste beschouwing wordt er gewerkt met de meetresultaten genomen gedurende de stage. Hierbij werd er willekeurig gemeten en niet gekeken naar mogelijk beschadigde machines. Om later over te stappen op nieuwe meetbeschouwingen, hieronder wordt verstaan, met betere instellingen en op basis van de olieanalyses. CMT 65 Het is interessant om dit model te onderzoeken. Deze werden reeds in het verleden hersteld door de mecaniciens van de firma zelf. De gekende problemen hier zijn lagerschades. Het extra voordeel van het onderzoeken van deze machines is wanneer er een lagerschade ontdekt wordt, deze binnen de firma kan gecontroleerd worden. De tandwielkast wordt dus niet naar de producent opgestuurd. H2 203 Daar is het enige dat opvalt in de meeste spectra, de rotatiesnelheid van de motor, hier in dit geval bedroeg deze 11Hz. 0.0024 04-302/04/06 H2 203 -G5H Shaft 03 Inboard Horizontal B B B B Route Spectrum 03-aug-04 13:50:55 (SST-Corrected) OVERALL=.2111 V-DG PK =.0023 LOAD = 100.0 RPM = 41. (.68 Hz) PK Acceleration in G-s 0.0016 0.0008 >Other Speeds B=M1H Speed: 11.00 0 0 10 20 30 40 50 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 11.01 16.31.00185 Figuur 67: Motorsnelheid in frequentiedomein Trillingsanalyse 84

H2 204 Een voorbeeld analyse van as 3 koppeling horizontaal. 0.003 04-302/04/02 H2 204 -G5H Shaft 03 Inboard Horizontal B B B B Route Spectrum 12-aug-04 11:05:27 (SST-Corrected) Figuur 68: motor (peaks destroyed) Snelheid PK Acceleration in G-s 0.002 0.001 OVERALL=.1502 V-DG PK =.0028 LOAD = 100.0 RPM = 40. (.67 Hz) >Other Speeds B=M1H Speed: 10.94 0 0 10 20 30 40 50 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 10.95 16.29.00049 0.0012 0.0009 04-302/04/02 H2 204 -G5H Shaft 03 Inboard Horizontal C C C C C C C C C C C C C C C C Route Spectrum* 12-aug-04 11:05:27 (SST-Corrected) OVERALL=.1502 V-DG PK =.0014 LOAD = 100.0 RPM = 40. (.67 Hz) Figuur 69: Er zijn geen harmonische families terug te vinden in het patroon. PK Acceleration in G-s 0.0006 >Other Speeds C=G3H Speed: 2.90 0.0003 0 0 10 20 30 40 50 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 2.897 4.312.00002 Trillingsanalyse 85

13.1.2. Metingen op basis van olieanalyse Voor de uitgevoerde metingen verwijs ik naar hoofdstuk 10, daar ik de resultaten van de olie analyse daar gebruikt heb voor de uitleg van de olieanalyse. Toch kort eens de te onderzoeken machines aanhalen: 104, 107, 206, 217 & 252 13.1.3. Trillingsanalyse De olieanalyse geeft aan dat de verdeelkast mogelijke defecten bevat. Maar er werden geen dringende herstellingen geadviseerd. 13.2. Deceuninck Roye Er wordt opnieuw uitgegaan van de olieanalyse resultaten om te bepalen welke machines moeten opgemeten worden. 13.2.1. Samenvatting Alle oliestalen van de extruders werden getest. In de verdeelkast van de extruder op lijn 316 werd een grote hoeveelheid metaaldeeltjes gevonden. Ook in de verdeelkast en in de reductiekast van 317 zijn grote hoeveelheden metaaldeeltjes gevonden. Hierop volgend kan de grafiek teruggevonden worden met de oliemetingen van zowel 316 als 317. Op basis van de meetresultaten van de olieanalyse is de machine gedemonteerd. Trillingsanalyse 86

13.2.2. Olieanalyse 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Wear Contamination 0 301 302 303R 303V 304 305 306 307R 307V 308R 308V 309 310 311 312 313 314 315R 315V 316R 316V 317R 317V 318R 318V 319 320 321R 321V 322 323 Water Chemical Chemical Wear Figuur 70: Resultaat olieanalyse Op de grafiek is duidelijk te zien dat zowel de verdeelkast als de reductiekast van lijn 317 in sterke mate verontreinigd zijn met zowel metaal als niet metaal deeltjes. De chemische samenstelling van de olie is nog goed. Trillingsanalyse 87

Line 317 13.2.3. Trillingsanalyse Op de onderstaande grafieken worden twee machines van hetzelfde type vergeleken, en dit van meetpunt op as twee aan niet koppelingszijde. Het is duidelijk te merken dat er iets gaande is in de kast van lijn 317. Er kan geadviseerd worden om deze open te gooien. Daarna kan aan de hand van de patronen gezocht worden naar verschillende fouten. 03-302/04/16 317 03-302/04/18 321 Max Amp.0708 Plot Scale 0.040 PK Acceleration in G-s 321-G4V 22-sep-04 0 0 300 600 900 1200 Frequency in Hz 317-G4V 23-sep-04 Freq: Ordr: Sp 1: 3.000.880.00006 Figuur 71: Vergelijk van eenzelfde meetpunt op twee identieke machines Op het volgende patroon is een detail te zien van de foutfrequentie die zich voordoet bij het ingrijpen tussen de twee aangegeven tandwielen. 0.05 0.04 03-302/04/16 317 -G4V Shaft 02 Outboard Vertical J J J J J J J J J J Route Spectrum 23-sep-04 08:48:42 OVERALL=.7299 V-DG PK =.0867 LOAD = 100.0 RPM = 204. (3.41 Hz) PK Acceleration in G-s 0.03 0.02 J=Gm(1>2)-S1 0.01 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: Dfrq: 245.08 71.93.03765 12.58 Figuur 72: Trilling ten gevolge van ingrijping tussen twee tandwielen Trillingsanalyse 88

0.0010 03-302/04/16 317 -G7A Shaft 04 Inboard Axial M M Route Spectrum 23-sep-04 09:04:19 (SST-Corrected) 0.0008 OVERALL=.1312 V-DG PK =.0013 LOAD = 100.0 RPM = 13. (.21 Hz) PK Acceleration in G-s 0.0006 0.0004 >>SKF 32314 M=BPFO SHFT 3-IO: 5.19 0.0002 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 7.280 34.22.00000 Figuur 73: De onderste grafiek geeft een lagerfout afkomstig van het lager 32314. Line 316 Op de as 6 kunnen er zijbanden worden opgemerkt op een tussenafstand van 1 order (voor uitleg verwijs ik naar hoofdstuk 4). De oorsprong van de fout is moeilijk te definiëren, omdat de exacte gegevens van de lagers niet gekend zijn. 0.00012 03-302/04/09 316-051 Shaft 06 Inboard Vertical Route Spectrum 22-sep-04 14:49:36 (SST-Corrected) OVERALL=.0393 V-DG PK =.0001 LOAD = 100.0 RPM = 13. (.22 Hz) PK Acceleration in G-s 0.00008 0.00004 11.29 0 10.0 10.4 10.8 11.2 11.6 12.0 12.4 Frequency in Hz Freq: Ordr: Spec: 11.76 54.39.00001 Figuur 74: Uitvergroting meting op as 6 Trillingsanalyse 89

13.2.4. Analyse van patronen dmv gekende schades Aan de hand van voorgaande bevindingen werden de machines van lijn 316 en 317 gedemonteerd en werden de lagers ter beschikking gesteld. CMT 65, Case lagerschade Aanwezige lagers 317: SKF 29418, FAG 33020, FAG 33209, FAG 33210, FAG 32314A, FAG 32310A, SKF 22213CC Beschadigde lagers FAG 32314 A Reductiekast as 3 Buitenring + kogels + binnenring SKF 22213 CC Verdeelkast as 1 en 2 Buitenring + kogels + binnenring (zowel 316 als 317) FAG 32310 A Reductiekast as 2 Ongelijkmatige slijtage Figuur 75: (links boven) Beschadigde kogel, lager FAG 32314A Figuur 76: (rechts boven) Beschadigde kogels en buitenring, lager FAG 32314A Figuur 77: (links onder) Beschadigde buitenring, lager FAG 32314A Het is duidelijk op te zien dat de ene kant van de buitenring schade vertoont. En ook de schade die de rolelementen hebben opgelopen is duidelijk zichtbaar. Trillingsanalyse 90