Diagnostika kořenových příčin poškození soustavy motor – centrifugální čerpadlo

Diagnostika kořenových příčin poškození soustavy motor – centrifugální čerpadlo

Soustava motor–čerpadlo je nejrozšířenějším zařízením zejména v chemickém a petrochemickém průmyslu. Achillovou patou této soustavy jsou ložiska a mechanické ucpávky. Vůle v ložiscích se pohybuje v desetinách mikrometru, v ucpávce 0,5–1 µm. Extrémní síly, které působí statické tlaky a tepelné deformace od potrubí, dynamické síly od provozu mimo optimální pracovní bod, způsobí předčasné poškození ložisek a ucpávek.

Příčinou předčasných oprav a nákladů na opravy čerpadel je až v sedmdesáti procentech poškození mechanických ucpávek a ložisek. Ve skutečnosti jsou však až v 80 % případů kořenovou příčinou poškození ložisek a mechanických ucpávek nevyhovující konstrukce a uchycení potrubních systémů či chybějící kompenzátory tepelné roztažnosti potrubí.

Dalším konstrukčním a provozním problémem jsou naddimenzovaná čerpadla a systémy, nevhodná regulace, ucpaná síta, která způsobí, že čerpadla jsou provozována mimo optimální pracovní bod. Tímto dochází k ohnutí rotoru oběžného kola, k nadměrnému zatížení ložisek, k přerušení mazacího filmu, dotyku sedla a čela ucpávky, k otevření mezery a výtoku kapaliny. Dalším projevem jsou kavitace a turbulence v čerpadle, které vedou ke zvýšení teploty a k poškození plastových a pryžových částí ucpávky. Hydrodynamické problémy způsobí extrémní vibrace, jež mohou poškodit ucpávku a ložiska.

poškození

Zásadním nedostatkem měření vibrací soustav motor–čerpadlo dle ISO-ČSN je, že nízkofrekvenční vibrace dle těchto norem neposkytují vůbec žádnou informaci o výše uvedených problémech. Deformace statoru od potrubních problémů ani dotyk čela a sedla ucpávky nevyvolají žádné měřitelné vibrace v nízkých frekvencích. Další svízel je, že hydrodynamické problémy způsobí tak vysoké vibrace, že potíže ucpávky a ložisek jsou překryty tímto šumem.

Naše firma během posledních dvou let vyvinula a odzkoušela v průmyslu novou, světově jedinečnou metodu diagnostiky všech těchto kořenových příčin poškození. Nyní je tato metoda, jak zjistit problémy čerpadel a jak prodloužit životnost ze stovek hodin na desítky tisíc, komerčně dostupná. Naše metoda byla ověřena při odhalování desítek problémů na stovkách čerpadel v chemickém průmyslu. Měření a diagnostika byly prověřeny rozborem čerpadel a vyhodnocováním skutečných poškození. Po odstranění příčin poruch tato čerpadla běží již více než rok bez problémů. Během prvního roku provozu bylo na 20 čerpadlech až 64 poškození mechanických ucpávek a ložisek, po odstranění příčin poškození je během druhého roku provozu množství poruch rovno nule. Cena oprav během prvního roku byla 900 000 Kč. Náklady na výměnu čerpadel a opravy potrubí se vyšplhaly na 9 milionů. Výrobní ztráty zapříčiněné odstávkami nebyly vyčísleny, jsou však nejvýznamnější. Přímo v provozu jsme zjistili, že obtíže byly způsobeny dodavatelem, a tudíž veškeré problémy byly uznány a opraveny v rámci záruky na náklady dodavatele.

Zdroje vibrací v soustavě motor–čerpadlo

Nejnovější celosvětová studie z roku 2017 ukazuje, že pouze 15 % systémů zavedené diagnostiky je úspěšných, 60 % uživatelů vyhodnotilo systém jako částečně anebo úplně nedostatečný, 20 % se nevyjádřilo.

Příčiny neúspěchu současných metod měření vibrací jsou odhalovány na základě ISO 13373-1–4. Od roku 2017 je pro hydraulické stroje/čerpadla platná část 7, pro elektromotory platí část 9. Tyto normy předepisují měření jenom nízkofrekvenčních vibrací, nezmiňují se však o diagnostice raných stadií poškození ložisek, mazání a mechanických ucpávek. Většina diagnostických měření je založena na absolutně nedostatečném měření celkových efektivních hodnot a špičky vibrací. Početná skupina diagnostiků neměří vibrace ve středních a vysokých kmitočtech. Procesní měření nejsou anebo jsou založena jen na měření tlaku a teplot ložisek, což je nedostatečné z hlediska odhalení výše uvedených problémů.

spektrum

Vibrace mohou být způsobeny:

  • dynamickými silami (nevyváženost, nesouosost, elektromagnetické problémy, uvolnění atd.);
  • rázy (spojka, zuby převodovky, poškození ložisek atd.);
  • náhodným šumem (kavitace, turbulence, únik, mazací problémy atd.);
  • buzením vlastních frekvencí části soustrojí statickými anebo dynamickými silami (odírání, běh nasucho, dotyk mezi rotorem a statorem v ložisku a v ucpávce, spojce, zubech převodu atd.).

Současná praxe diagnostiky hodnotí jen první tři z uvedených problémů, není možné diagnostikovat a řešit 95 % problémů způsobených statickými silami z potrubních systémů a dynamickými silami z provozu mimo optimální pracovní bod, poškození ucpávky a ložisek, nedostatečné mazání.

Řešení od Valent CMMS

cerpadlo

Současný stav diagnostiky je založen jen na zjištění poškození. Náš systém je schopen spolehlivě odhalit kořenové příčiny poruch (a samozřejmě i poruchy) a tak prodloužit životnost motorů či čerpadel na roky oproti současným měsícům.

Náš přístup je jiný, my řešíme veškeré problémy ve všech čtyřech bodech. Vlastní buzená frekvence nám řekne, co vibruje, a frekvence budicích sil prozradí, který komponent způsobuje vibrace. Jednoduše rozlišíme rozdíly od rotorových problémů, elektromagnetických sil a závad ložisek. Můžeme velmi přesně identifikovat statické síly pocházející z potrubí, křivých základů, dotyků částí ucpávek a ložisek, ohnutí rotorů od hydrodynamických sil a extrémní zatížení ložisek způsobené provozem mimo optimální pracovní bod čerpadla.

Je nutno zdůraznit, že většina poškození elektromotorů je způsobena přenosem sil z rotoru čerpadla. A právě náš systém je schopen tyto problémy odhalit a zabránit tak poškození ložisek elektromotorů; tím se prodlouží jejich životnost na více než 10 let.

Průmysl 4.0 v závodech znamená, že automatizované linky budou řízeny počítačovými systémy. Takovýto přístup vyžaduje neustálou znalost stavu zařízení. Nespolehlivé současné diagnostické metody to neumožňují. Již jsme podotkli, že pouze 15 % systémů diagnostiky je úspěšných; příčinou je většinou lidský faktor, konkrétně nedostatečné odborné znalosti, a nevhodný systém měření.

Valent CMMS vyvíjí automatický diagnostický systém strojů, který je založen na spolehlivém měření stavu, automatickém vyhodnocení dat na místě, přenosu koncentrovaných dat do cloudu a konečné analýze expertními systémy.

schema

Systém dává uživateli okamžitou informaci o stavu 24/7/365. Zákazník nemusí investovat do pořízení systému, může si ho pronajmout i jako službu. Data pro zákazníka jsou znázorněna ve vizualizačních systémech SCADA/HMI a pro údržbu jsou dána jasná doporučení. Náš systém umožní prodloužit dobu mezi opravami až 10krát ve srovnání se současným stavem, čímž přináší obrovské úspory. 

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz