Monitorowanie stanu maszyn czujnikami drgań – jak zacząć

Po co monitorować stan maszyn?

Większość maszyn obsługuje się albo wtedy, gdy się zepsują, albo według stałego harmonogramu. Pierwsze oznacza nieplanowane postoje, drugie – wymianę części, które posłużyłyby jeszcze długo. W utrzymaniu ruchu opartym na stanie technicznym mierzy się stan maszyny i działa wtedy, gdy jest to potrzebne.

Uszkodzenie łożyska rozwija się etapami. Najpierw pojawiają się drobne, powtarzające się uderzenia, które wykrywają tylko czułe metody. Potem rosną drgania, następnie hałas, a na końcu temperatura – często tuż przed awarią. Im wcześniej usterka zostanie zauważona, tym więcej czasu na zaplanowanie postoju i zamówienie części.

W turbinie wiatrowej awaria łożyska głównego lub przekładni może wymagać dużego dźwigu i tygodni przestoju. W przepompowni lub zakładzie produkcyjnym jedna pompa, wentylator lub przenośnik może zatrzymać cały przepływ.

Co należy mierzyć?

Analiza częstotliwościowa (FFT) rozkłada sygnał na częstotliwości. Szczyt przy częstotliwości obrotowej często wskazuje na niewyważenie, przy jej dwukrotności – na niewspółosiowość, a przy częstotliwościach charakterystycznych łożysk – na uszkodzenie łożyska. Widać więc nie tylko, że coś jest nie tak, ale też co.

Pomiar wykonuje się na obudowach łożysk, jak najbliżej łożyska, promieniowo, a najlepiej także osiowo. Czujnik trójosiowy mierzy we wszystkich kierunkach jednocześnie.

ISO 20816 – kiedy drgania są za duże?

Seria ISO 20816 zastępuje starsze normy ISO 10816 i ISO 7919 i obejmuje pomiary zarówno na obudowach łożysk, jak i na wałach. ISO 20816-3:2022 dotyczy maszyn przemysłowych powyżej 15 kW pracujących z prędkością od 120 do 30 000 obr./min i dzieli poziom drgań na cztery strefy.

Strefy to dobry punkt wyjścia, ale najważniejszym sygnałem jest zmiana. Maszyna, która zawsze pracowała przy 1,5 mm/s, a nagle pokazuje 2,5 mm/s, ma problem, nawet jeśli poziom jest wciąż dopuszczalny.

Czujniki bezprzewodowe czy przewodowe?

Wiele zakładów łączy oba rozwiązania: czujniki przewodowe tam, gdzie postój kosztuje najwięcej, bezprzewodowe na pozostałych maszynach. Czujniki z wbudowaną analizą FFT i alarmami wysyłają tylko kluczowe wartości i alarmy, dzięki czemu system sterowania nie jest zalewany surowymi danymi.

Jak zacząć

1. Wybór maszyn. Ocenić koszt postoju, czas dostawy części zamiennych i wpływ na bezpieczeństwo. Zacząć od najbardziej krytycznych.
2. Wybór punktów pomiarowych. Obudowy łożysk silnika i maszyny napędzanej. Prędkość drgań do oceny ogólnego stanu, obwiednia do łożysk tocznych.
3. Pomiar odniesienia. Zmierzyć drgania w normalnej pracy, najlepiej przy różnych obciążeniach i prędkościach, i zapisać stan pracy.
4. Progi alarmowe. Wyjść od stref ISO i dopasować je do pomiaru odniesienia. Stosować dwa poziomy: ostrzeżenie i alarm.
5. Integracja z istniejącymi systemami. Wysyłać kluczowe wartości i alarmy do PLC, SCADA lub systemu utrzymania ruchu, na które personel już patrzy.
6. Weryfikacja. Gdy alarm doprowadził do interwencji, sprawdzić, co znaleziono, i skorygować progi.

1. Luźno lub źle zamocowany czujnik. Podstawa magnetyczna lub cienka osłona z blachy tłumią wysokie częstotliwości. Czujnik należy przykręcić lub przykleić do obudowy łożyska.
2. Porównywanie różnych stanów pracy. Drgania zależą od prędkości i obciążenia. Porównuje się je przy tym samym stanie pracy, zwłaszcza w turbinach wiatrowych, gdzie prędkość zależy od wiatru.
3. Zbyt wiele alarmów. Zbyt ciasne progi sprawiają, że alarmy są ignorowane. Lepiej zacząć ostrożnie i z czasem je korygować.
4. Tylko temperatura. Gdy łożysko zaczyna się grzać, na zaplanowanie postoju jest często za późno.

Przykłady z różnych branż

• Energetyka wiatrowa – łożysko główne, przekładnia i generator. Wał główny obraca się powoli, więc czujnik musi obsługiwać niskie częstotliwości. Ruchy wieży mierzy się czujnikami ruchu i nachylenia.
• Energetyka wodna – łożyska turbin i generatorów, często uzupełnione czujnikami ruchu wału.
• Przepompownie – pompy i mieszadła w odległych lokalizacjach, gdzie podłączone czujniki oszczędzają dojazdów.
• Zakłady produkcyjne – wentylatory, sprężarki, przenośniki i młyny.
• Ciepłownictwo i elektrociepłownie – pompy obiegowe, wentylatory spalin i podawanie paliwa.
• Przemysł morski – silniki, pompy i urządzenia pomocnicze na statkach.

Czujniki do monitorowania stanu maszyn w ofercie SCN

Oferujemy czujniki drgań KP Sensors z wbudowaną analizą częstotliwościową i alarmami, z łącznością Modbus lub bezprzewodową, a także czujniki temperatury, wilgotności i nachylenia do tych samych środowisk. Wystarczy podać, które maszyny mają być monitorowane i dokąd mają trafiać dane, a pomożemy zacząć.

Przykłady z naszej oferty

Najczęściej zadawane pytania

Czym różni się ISO 10816 od ISO 20816?

ISO 20816 to nowsza seria, która zastępuje ISO 10816 i ISO 7919. Na przykład ISO 20816-3:2022 zastąpiła ISO 10816-3:2009. Niektóre starsze części, takie jak ISO 10816-7 dla pomp, nadal obowiązują.

Jaki poziom drgań jest normalny?

To zależy od wielkości maszyny i fundamentu. Dla maszyn 15–300 kW na sztywnym fundamencie ISO 20816-3 wyznacza granicę między strefami B i C na 2,8 mm/s RMS. Najlepszym odniesieniem jest często własny pomiar odniesienia maszyny.

Czy czujniki drgań wykrywają uszkodzenia łożysk?

Tak. Wczesne uszkodzenia najlepiej widać w analizie obwiedni, która wychwytuje powtarzające się uderzenia, gdy elementy toczne przechodzą przez defekt. Później są widoczne także w prędkości drgań i temperaturze.

Jak często należy mierzyć?

Maszyny krytyczne, w których usterki mogą rozwijać się szybko, powinny być monitorowane w sposób ciągły. Dla pozostałych wystarczą pomiary w regularnych odstępach, dopasowanych do tempa rozwoju usterek.

Co oznacza RMS?

Root mean square, czyli wartość skuteczna, która odzwierciedla energię drgań. Prędkość drgań podaje się zwykle w mm/s RMS.