Nowoczesne metody osiowania wałów

SKF model_31_m

Zdjęcie: SKF

 

Współczesne maszyny to większa wydajność, ale też większe wymagania związane z reżimem ich pracy. Dokładne ustawienie maszyn w tym współosiowości wałów to dziś jeden z warunków optymalnej i bezawaryjnej pracy.

 

Dlaczego obecnie tak ważne jest zapewnienie współosiowości sprzęgniętych ze sobą maszyn? Spotkać się można z opinią, że producenci maszyn dla przemysłu dostarczają produkty gorszej jakości niż kiedyś. Wynika to z tego, że oczekujemy wyższych wydajności (wyższe obroty, większe przenoszone moce) przy ograniczeniu zużycia energii, a to wiąże się z mniejszą masą i mniejszymi rezerwami związanymi z wytrzymałością. Jeśli chodzi o ustawianie współosiowości wałów, to dziś już nikt nie zadaje pytania, czy warto to robić, ale jak zrobić to szybko i dokładnie przy jak najmniejszym zaangażowaniu służb remontowych i UR.

Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje niewspółosiowości: równoległą (linie środkowe wałów są równoległe, ale przesunięte) i kątową. Wymienia się też takie niewspółosiowości jak: korpusów z osią wirnika, zesprzęglonych wałów, osi stojaków łożyskowych z osią wału oraz gdy koła pasowe nie są w jednej płaszczyźnie. Przełomem w ustawianiu osiowości było zastosowanie w latach osiemdziesiątych ubiegłego stulecia przyrządów wykorzystujących światło lasera. Ułatwiło to i zwiększyło dokładność całego procesu.

 

Przyrządy

Jak mówi Piotr Łukaszewski z firmy MOTORMONITOR z Torunia, osiowanie wałów (sprzęgieł) jest niezbędne i nie trzeba tego udowadniać. Niewspółosiowość powoduje, że część energii włożonej w przeniesienie napędu jest tracona. Zmniejsza się żywotność układu i w wyniku powstawania drgań oddziałuje to destrukcyjnie nie tylko na samą maszynę, ale także na otoczenie oraz może pogarszać jakość produktu. Jak dodaje, współczesne przyrządy do osiowania pozwalają na przeprowadzenie całej operacji osobom bez specjalistycznej wiedzy. Grafika wyświetlana na ekranie przyrządu intuicyjnie prowadzi przez proces, informując i podpowiadając kolejne czynności. Natomiast rozpowszechnienie komunikacji radiowej bluetooth uwolniło operatorów od plączących się przewodów (pociągnięcie przewodu może zmienić wynik!). Wystarczy zdawać sobie sprawę z tego, że nadajnik zamontowany na wale pozwala na wyznaczenie jego osi w wyniku wykonania obrotu. Taka informacja dla obu wałów/czopów pozwala na obliczenie odchyłki równoległości (mm) i odchyłki kątowej (mm/100 mm) osi. Resztą zajmuje się oprogramowanie. Natomiast przyrządy umożliwiają obliczenie odchyłek od stanu idealnego nawet po obrocie mniejszym niż 90 stopni (dzięki zastosowaniu inklinometrów), choć oczywiste jest, że najwyższą precyzję uzyskamy, rejestrując odchyłki z obrotów co 90 stopni. Zarówno w płaszczyźnie pionowej, jak i poziomej, dodaje Piotr Łukaszewski.

Na rynku mamy duży wybór przyrządów laserowych wspomagających osiowanie. Cała gamę oferuje na przykład firma SKF. Jest tu m.in. przyrząd do ustawiania współosiowości wałów TKSA 80. Jak podaje firma, pomiar to tylko 5% całego procesu efektywnego wyosiowania maszyny, a użytkownicy często mają z tym problemy spowodowane omijaniem ważnych dla osiowania czynności. System TKSA 80 zawiera bazę wiedzy o procesie osiowania i prowadzi użytkownika od etapu przygotowania i oceny, aż do poprawek oraz raportu z wyników osiowania. Dzięki 7-calowemu wyświetlaczowi może obsługiwać procesy osiowania nawet dużych ciągów maszyn. Zawiera też bazę danych, w której można przechowywać informacje konfiguracyjne maszyny przydatne w przyszłości do inspekcji wizualnych, związanych z wyciekami i poziomem oleju, statusem śrub montażowych oraz danych związanych ze zużyciem części.

Z kolei model TKSA 31 to przystępniejsze cenowo rozwiązanie SKF do laserowego osiowania wałów. Obsługę ułatwia wyświetlacz z ekranem dotykowym. Wbudowana biblioteka umożliwia przechowywanie raportów z osiowania wielu maszyn. Natomiast duże detektory laserowe głowic pomiarowych ograniczają potrzebę osiowania wstępnego. Wbudowano w nie narzędzie do korygowania zjawiska miękkiej stopy. Dodatkowe funkcje to wizualizacja w czasie rzeczywistym i automatyczny raport pomiarowy. Jak podaje firma, przystępną cenę urządzenia uzyskano dzięki skoncentrowaniu na standardowych procesach osiowania wałów i zasadniczych funkcjach. Funkcja pomiaru automatycznego umożliwia pomiar bez użycia rąk, polegający na wykryciu rozmieszczenia głowic i dokonywaniu pomiaru z chwilą przekręcenia głowicy do właściwej pozycji. Wizualizacja w czasie rzeczywistym wspomaga pomiar i ułatwia regulowanie ustawienia maszyn w poziomie i w pionie. Oczywiście na rynku nie tylko są dostępne przyrządy laserowe. SKF oferuje też przyrząd TKSA 11, który, jak podaje firma, jest pierwszym dostępnym przyrządem, który wykorzystuje indukcyjne czujniki zbliżeniowe. Również ten przyrząd prowadzi użytkownika przez proces osiowania. TKSA 11 jest dedykowany szczególnie do osiowania wałów na poziomie podstawowym. Nie ma własnego wyświetlacza (wykorzystuje się smartfon lub tablet), a wszystko obsługuje aplikacja TKSA 11 dostępna bezpłatnie w App Store firmy Apple oraz w Google Play Store.

Firma EC Systems z Krakowa jest przedstawicielem szwedzkiej firmy Damalini – producenta rozwiązań do osiowania wałów i laserowych pomiarów geometrycznych Easy-Laser. W ofercie ma takie modele urządzeń jak Easy-Laser: E710, E540, E530, E420 i D550 Extreme (z certyfikatem ATEX/Ex). Wśród wymienionych Easy-Laser E710 to rozwiązanie z najwyższej półki do laserowego osiowania wałów, przeznaczone dla najbardziej wymagających użytkowników. Pozwala nie tylko na osiowanie prostych dwuelementowych maszyn. Ma zaawansowane programy do osiowania ciągów maszyn (do 10 elementów) i do laserowego pomiaru prostoliniowości. System E710 można rozszerzyć o funkcjonalność zaawansowanych laserowych pomiarów geometrycznych dostępnych w urządzeniach Easy-Laser serii E9xx poprzez dokupienie odpowiednich akcesoriów. Nie trzeba kupować osobnego zestawu do osiowania i do pomiarów geometrycznych. W zestawie są bezprzewodowe jednostki pomiarowe, co daje dużą swobodę. Zastosowana przez producenta technologia EasyTurn pozwala na wyosiowanie maszyny za pomocą tylko trzech pomiarów, z odległością tylko 20° pomiędzy nimi. Raporty generowane są automatycznie w postaci plików PDF po zapisaniu pomiarów. Natomiast Easy-Laser D550 Extreme jest, jak podaje firma, jednym z najodporniejszych systemów do laserowych pomiarów i osiowania maszyn dostępnych na rynku, przeznaczonym do pracy w środowisku zagrożonym wystąpieniem wybuchu. Spełnia standardy iskrobezpieczeństwa zawarte w dyrektywie ATEX. Jest równocześnie wytrzymałe i odporne na działanie warunków zewnętrznych (wstrząsy, korozja, woda, inne płyny) i spełnia warunki stopni ochrony IP66 i IP67. Ma długi czas pracy na bateriach, bo od 20 do 40 godzin. Producent udziela na nie 4 lata gwarancji.

 

Pruftechnik_Rotalign_UltraIMG_2943_m

Zdjęcie: Pruftechnik

 

W tego rodzaju urządzeniach specjalizuje się firma Pruftechnik Wibrem. To systemy modułowe, które można łatwo przystosować do potrzeb. W ofercie firmy są wersje urządzeń przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Obecnie w sprzedaży dostępne są: Rotalign Ultra (ekspercki laserowy system pomiarowy o budowie modułowej), Rotalign smart Ex, Optalign smart / Optalign smart EX, Shaftalign i Rotalign Ultra iS. Ostatni z wymienionych, Rotalign Ultra iS to inteligentny system osiowania, w którym zastosowano technologię inteligentnych czujników. Cechuje się m.in. dużą dokładnością i powtarzalnością pomiarów, wykrywaniem i wyświetlaniem błędów operatora, eliminuje wpływ niepożądanych zjawisk zewnętrznych takich jak drgania urządzenia. Pozwala na dokładny pomiar nawet po obrocie wału tylko o 90° oraz na bezprzewodowe przesyłanie danych pomiarów do komputera bez użycia dodatkowych akcesoriów. Zastosowano w nim tryb inteligentnego pomiaru intelliSWEEP, w którym system automatycznie eliminuje błędy. Firma podkreśla, że nieograniczona wielkość pola pomiarowego umożliwia osiowanie urządzeń o dużym rozosiowaniu lub urządzeń z długimi wałami pośrednimi. Natomiast funkcja pomiaru drgań dostępna w czujniku umożliwia szybką analizę drgań przed i po osiowaniu. Jak podano, w czasie obrotu wałów, setki odczytów są wykonywane automatyczne i w sposób ciągły, dlatego pomiary są dokładniejsze niż w przypadku metod wykorzystujących trzy pozycje. Inteligentny tryb pomiaru intelliSWEEP wspomaga użytkownika, wykrywając i eliminując wpływ błędów, takich jak luz obwodowy sprzęgła, kąt obrotowy i drgania. Natomiast model Shaftalign to między innymi takie funkcje standardowe jak: tryb pomiarowy active clock; inteligentne i precyzyjne osiowanie z wykorzystaniem elektronicznej poziomicy zabudowanej w czujniku (pozycja czujnika jest automatycznie sprawdzana i uwzględniana w trakcie obrotu wału, pomiar może być rozpoczęty z dowolnego położenia i kontynuowany w dowolnym kierunku obrotu wału na kącie co najmniej 70°), UniBeam (jedna wiązka laserowa co ułatwia przygotowanie pomiaru), automatyczna ocena wyosiowania dzięki tabeli tolerancji TolCheck, kontrola korekt pionowych i poziomych w czasie rzeczywistym na ekranie, osiowanie rozsprzęglonych i nieobracających się wałów, statyczny tryb pomiarowy (od 3 do 8 punktów pomiarowych na kątach 45°), zapis raportu z pomiaru w formacie PDF do pamięci przenośnej i przechowywanie w pamięci 50 plików pomiarowych oraz automatyczny zapis danych przy wyłączeniu urządzenia lub braku zasilania. Dodatkowo zaimplementowano sprawdzanie kulawej łapy (pomiar, korekta, wydruk raportu), dołączone oprogramowanie Alignment Reporter do wydruku raportów i archiwizacji danych oraz odporność na działanie: wody, pyłu i smarów (IP 65, IP 67).

 

Popełniane błędy

Piotr Łukaszewski przypomina o tym, że „kulawa łapa” („miękka stopa”) musi być koniecznie wyeliminowana (niestety ta niesprawność występuje nawet w nowych konstrukcjach), jakość osadzenia półsprzęgieł na czopach musi być odpowiednia (szczególnie gdy detektor mocowany jest na nim, a nie na wale), również silne oświetlenie słoneczne lub jarzeniowe może „zmylić elektronikę” (podobnie jak w przypadku niesprawności uziemienia korpusów). Powinniśmy także wyrzucać pogięte, zardzewiałe podkładki i inne „dziwne” elementy, jakie można zaleźć pod stopą maszyny, a stosujemy czyste, ze stali nierdzewnej i nie więcej niż trzy, by nie stworzyć „sprężyny”. Jak twierdzi Piotr Łukaszewski, lekkie i małe napędy bywają zazwyczaj bardziej pracochłonne (szczególnie dla sztywno łączonych z rurociągami pomp). Radzi też przed zakupem przyrządu przeczytać instrukcję obsługi, bo tam dopiero poznamy możliwości i ograniczenia przyrządu, o których nie wspomina się w ulotkach. Trzeba spróbować „zrozumieć maszynę”, bo są przypadki, gdy zachowanie dopuszczalnej odchyłki, ale „na plus” a nie „na minus” może istotnie zmienić warunki pracy łożyska na gorsze Kolejne rady, jakie daje, to sprawdzenie w dokumentacji lub zapytanie użytkownika o to, czy są wymagane poprawki termiczne albo trzeba wyznaczyć je samemu, a po dokręceniu wszystkich śrub wykonać osiowanie sprawdzające.

Grzegorz Pieniążek, inżynier sprzedaży w firmie EC Systems, do najczęstszych problemów powodującymi skrócenie czasu pracy (życia) maszyny zalicza problemy związane z posadowieniem (ramą) maszyny, a dokładnie płaskością pod wszystkimi podporami pod maszyną. Problem ten można bardzo łatwo wykryć wykorzystując program SoftFoot (kulawa łapa) w laserowych systemach osiowania Easy laser serii E, niestety wielu operatorów nie wykonuje pomiaru tzw. kulawej łapy przed przystąpieniem do procedury osiowania, a należy to zrobić dla wszystkich podpór i elementów maszyny. Wielu operatorów pokłada zbyt duże zaufanie do prawidłowości fundamentowania serwisowanych maszyn. Kolejne usterki – według niego – to niewłaściwa wielkość podkładek pod nakrętkami, co powoduje problemy w prawidłowym dokręceniu elementów konstrukcji maszyny i znacząco utrudnia precyzyjne ustawienie współosiowości w zakresie tolerancji. Wspomina również wymieniony już wcześniej efekt sprężynowania spowodowany zbyt dużą liczbą podkładek i o wprowadzeniu prawidłowych wartości kompensacji termicznej. Jak dodaje Grzegorz Pieniążek, powodem błędów w ustawianiu współosiowości jest pośpiech oraz roztargnienie podczas wykonywania pomiaru i ustawienia. Osiowanie to precyzyjna operacja, wykonywana niejednokrotnie przy dużych maszynach, a brak wystarczającego okna czasowego na wykonanie prawidłowo całej procedury powoduje, że akceptowane są wyniki nie sprawdzone przez ponowny pomiar. Również, jego zdaniem, powodem błędów może być niedokładność w wykonaniu podstawowego montażu maszyny. Po wykonaniu pomiarów często okazuje się, że brak dokładności przy montażu skutkuje koniecznością przemontowania całego urządzenia od nowa, bo prawidłowe wyosiowanie nie jest możliwe.

 

TKSA31_1_m

Zdjęcie: SKF

 

Także oszczędność energii

Nieprawidłowe ustawienie zespołu maszynowego to w efekcie wzrost drgań maszyn, szybsze zużycie łożysk, sprzęgieł, uszczelnień. To również (a nie zawsze bierze się to pod uwagę) wzrost zużycia energii. Według niektórych danych, brak współosiowości może być powodem zwiększonego zużycia energii od 2% do nawet 17%. W niektórych przypadkach brak współosiowości ma również wpływ na zachowanie odpowiedniej jakości produkowanych wyrobów. Choć osiowanie prowadzono również wtedy, gdy nie było jeszcze dostępnych przyrządów laserowych, to dokładność stosowanych metod mechanicznych (np. czujniki zegarowe) była stosunkowo niska. Sam proces był pracochłonny i wymagał od pracownika wprawy i doświadczenia. Na pomiar znacznie większy wpływ miały warunki, w jakich były one wykonywane. Często przecież wykonuje się je w miejscach o ograniczonym dostępie w ciasnych przestrzeniach w hałasie i w zanieczyszczonym środowisku. Dlatego też wprowadzenie osiowania z wykorzystaniem światła lasera stanowiło prawdziwy przełom.

Dziś technologie informatyczne dodatkowo wspierają takie pomiary. Przy dużej dostępności narzędzi i usługodawców trudno się wytłumaczyć, jeśli się tego nie robi. Potencjalne straty spowodowane przez awarie i nieplanowane przestoje są z reguły dużo większe niż związane z prawidłowym przeprowadzeniem osiowania i kontrolą współosiowości. Jak mówi Piotr Łukaszewski, „lasery” trzeba mieć choćby dlatego, że współczesne przyrządy do osiowania mogą być też bardzo „ładne” jednak po osiowaniu najlepiej uruchomić maszynę i przeprowadzić analizę drgań – wtedy mamy pewność czy nasz czas (krótki dzięki „laserom”) nie został zmarnowany.

 

Źródło: Bohdan Szafrański

 

Artykuł pochodzi z czasopisma Główny Mechanik 5/2015

GM 5_2015 Okladka 400x565_a

Authors

Related posts

Góra
English