A helyszíni kiegyensúlyozás előnyei és feltételei
A helyszíni kiegyensúlyozás egy hatékony rezgéscsökkentő módszer, amellyel a forgógépek és gépelemeik élettartama meghosszabbítható. Alkalmazását a padi kiegyensúlyozáshoz képest kisebb leállási idő és javítási költség jellemzi, általa kiküszöbölhető a szerelési hibák okozta kiegyensúlyozatlanság. A pontos helyszíni kiegyensúlyozás feltételeinek tisztázásához azonban szükséges megvizsgálni a gép néhány jellemzőjét.
A kiegyensúlyozatlanság forrásai
Egy forgó test kiegyensúlyozatlan, ha forgástengelye egyetlen tehetetlenségi főtengelyével sem esik egybe. E feltétel teljesülése már a tervezőasztalon kezd eltűnni az első reteszhorony berajzolásával, és az eltérés egyre nő a csapágyház pontatlan megmunkálásával, szereléskor a tengelyre excentrikusan felkerülő tengelykapcsolóval, majd üzemeltetéskor a természetes kopások vagy lerakódások egyenetlen eloszlásából fakadóan. Ezek az eltérések üzem közben forgó erőhatás és/vagy nyomaték formájában jelentkeznek a forgórész csapágyazásán. Természetesen e pontatlanságok lehetnek hibahatáron belüliek, ez esetben a gép élettartamát jelentősen nem befolyásolja, a kiegyensúlyozatlanság mértéke még elfogadható, azonban nagy, kontrollálatlan mértéke komoly károsodásokhoz, géptörésekhez vezethet.
A kiegyensúlyozatlanság megállapítása és kiegészítő vizsgálatok
A kiegyensúlyozatlanság a forgógép fordulatszámán jelentkezik, akár kézzel is határozottan érezhető, alacsony frekvenciás erős rezgés. A kiegyensúlyozásra jellemző fordulati frekvencián azonban más hibák is megjelenhetnek, a rezgés pontos okának meghatározásához ezért műszeres rezgésmérés, ezen belül akár több vizsgálati módszer is szükséges.
Rezonancia-teszt
A gépek rezgését befolyásolhatja egy viszonylag gyakori, sokszor azonban elhanyagolt tényező, a rezonancia. Minden mechanikai szerkezet rendelkezik egy vagy több rezonancia frekvenciával és ezen frekvencián jellemző erősítési tényezővel. E jellemzőtől függően akár nagyon csekély gerjesztő erő (például forgórész egyébként elfogadható szintű kiegyensúlyozatlansága) is elegendő nagy, akár a teljes gépegységet is károsító mértékű rezgés létrehozásához. A rezonancia katasztrofális hatásának ilyen jellegzetes, ezért gyakran idézett példája a Tacoma híd szélsőséges mértékű lengése, következményeként leszakadása. A rezonancia veszélyes hatás, ezért meg kell szüntetni, vagy ki kell küszöbölni. Emellett rezonanciában a rezgés fázisa is jelentősen eltolódik, így a kiegyensúlyozáshoz szükséges rezgésmérések sem végezhetők el megfelelően.
1. ábra: A rezonancia hatásának jellegzetes példája: a Tacoma Narrow Bridge, leszakadása előtti pillanatokban. [1] felhasználásával.
Elektromos hiba
Kiegyensúlyozás előtt egy másik viszonylag gyakori tényezőt, az elektromos hibát is érdemes ellenőrizni, ha az értelmezhető a vizsgált gépre. Amennyiben a forgógép fordulata 50 Hz körüli, a villamos hiba jelenlétét is ellenőrizni kell vagy a spektrum egyéb összetevői alapján, vagy például a tranziens rezgés- és villamos vizsgálat elvégzésével, egyszerűbb esetben az ún. kikapcsolási teszt segítségével.
Szerelési hiba, elhasználódás, szennyeződés
A kiegyensúlyozás tényének megállapítását követően fel kell tárni a kiegyensúlyozatlan állapot okát, mely esetenként helytelen szerelésből, torzult geometriából, vagy éppen lerakódott szennyeződésből adódik. A kiegyensúlyozás megkezdése előtt ezeket a tényezőket lehetőség szerint ki kell küszöbölni, legalábbis hatásukat le kell csökkenteni.
2. ábra: Egy nedvespor-elszívó ventilátor rezgésspektrumai a járókerék tisztítása előtt és után. A lerakódott por eltávolításával a rezgés mértéke kevesebb, mint harmadára csökkent.
Egy elszívó ventilátor kiegyensúlyozása
A következő példa egy kerámia gyártó üzem egyik porelszívó ventilátorának kiegyensúlyozását mutatja be. A ventilátor a gyártás során keletkező nedves por elszívásáért felelős. A nedves por viszonylag gyorsan lerakódik a ventilátor járókerekén, felhalmozódása mellett időnként nagyobb darabok leválnak a forgórészről. A levált darabok miatt a kiegyensúlyozatlanság hirtelen megnő, akár több 10 mm/s-os rezgést okozva. Ilyen mértékű rezgéssel üzemelő gép a környezetére is veszélyes, valamint a gép élettartamára nézve fokozottan káros.
A gyártó üzem a korábbi rezgésvizsgálatok által feltárt hibák megszüntetésére megrendelte néhány kritikus állapotú ventilátor kiegyensúlyozását. Az egyik, nedves por elszívását végző kb. 1100 mm átmérőjű, 30 kW-os, 2930 1/min fordulatú, direkt hajtású ventilátoron a kiegyensúlyozás előtt elvégzett ellenőrző mérés során nagy mértékű, 41 mm/s-os (effektív) rezgésszint volt mérhető. Ez a rezgésszint igazolta a karbantartók által panaszolt alig pár hetes csapágycseréket és megmagyarázta a szembeötlő, hegesztett motortalp látványát.
A rutin rezonancia ellenőrzés alapján a ventilátor üzemi fordulatán rezonancia jelenségét ki lehetett zárni. A járókerék szemrevételezése során a nedves por lerakódása egyértelműen megállapítható volt, mely helyenként közel centiméteres rétegvastagságot ért el. A járókerék tisztítása után a rezgésszint lényegesen csökkent (41 mm/s-ról 6,6 mm/s-ra), azonban sem a tapasztalat, sem a vonatkozó szabvány ajánlása szerint ez nem volt elegendően alacsony szintű. A takarítást ezért fázisméréses kiegyensúlyozás követte, mellyel végül 1 mm/s-ra sikerült lecsökkenteni a kiegyensúlyozatlanságra jellemző rezgés szintjét. Ez a rezgésszint új ventilátor esetén is meglehetősen jó értéknek számítana. A kiegyensúlyozást - a súlyok hegesztéses rögzítése mellett is - alig pár óra el lehetett végezni. A ventilátor a javítási dőhöz képest nagyságrendekkel több időt állt a rendszeres csapágyazások, valamint a motortalp javítása, hegesztése miatt.
3. ábra: Ventilátor rezgése kiegyensúlyozás előtt (alsó ábra), a lapátok tisztítása után (középső ábra) és a végleges kiegyensúlyozással (felső ábra).
Ellenőrzés, karbantartás, fejlesztés
Fenti, rövid példa összegzése: a nagy mértékű kiegyensúlyozatlanság a gépelemek, csapágyak tönkremeneteléhez, sőt a gép vagy a tartószerkezet gyors károsodásához vezethet. Mindez többszörös költséget jelent a sűrűbb karbantartások, a javítás során kényszerűen kicserélt alkatrészek, valamint a termelés biztonságának és minőségének csökkenése miatt. Ezen problémák elhanyagolása összességében a termelés üzemét és biztonságát veszélyezteti.
Fent leírt eset nem csak a helyszíni kiegyensúlyozás alkalmazási példája, hanem egyben üzemeltetési és karbantartás-szervezési esettanulmány is. A korszerű - RCM, TPM, Lean - karbantartási elvek szellemében a kiegyensúlyozás tüneti kezelésén túl át kell tekinteni a teljes termelési és karbantartási folyamatot, melynek tükrében a hiba megelőzésére meghatározhatók a megfelelő intézkedések, időszakos ápolási, karbantartási tevékenységek, tisztítások, beállítások. E tevékenységekkel egyszeri kiegyensúlyozás, beállítás után a ventilátorok élettartama a legnagyobb mértékben megőrizhető.
Ezen ismeretek tükrében különösen érvényes a megállapítás, mely szerint a forgórészek kiegyensúlyozása az egyik leghatásosabb eszköz a karbantartási költségek csökkentésére.
Irodalom
- http://www.cabrillo.edu/~jmccullough/Videos/Car_Tacoma_Narrows.avi