dr. Péczely György 1998-ban íródott szakcikke
Bevezetés
A villamos motorok után az ipar legelterjedtebb forgógépei a ventilátorok. Viszonylag egyszerű működésük, szabályozhatóságuk, javíthatóságuk miatt a napi üzemelésben viszonylag csekély figyelmet fordítunk e berendezésekre. Leggyakoribb gépészeti hibáik nem járnak feltétlenül és azonnal termeléskieséssel, ez a tény is háttérbe szorulásukat eredményezte.
Napjaink gazdasági eredmény központú gondolkodása esetenként megrögzött nézeteink felülvizsgálatához vezet. Ennek eredményképpen az utóbbi időben talán kissé elhanyagolt berendezések ismét előtérbe kerülhetnek. Könnyen belátható, hogy a ventilátorokkal kapcsolatos helytelen szemlélet ventilátoronként évente 50-500 eFt elpocsékolását eredményezi.
Néhány alapgondolat
A gázt szállító munkagépeknek azt a csoportját, amelyeknél a gáz még összenyomhatatlannak tekinthető, ventilátornak vagy magyarul szellőzőnek nevezzük [1].
Áramlási és szerkezeti szempontból két fő típusukat különböztetjük meg: a radiális- és az axiális átömlésű ventilátort. Radiális ventilátoroknál a gáz a tengellyel párhuzamos irányban lép be, majd arra merőleges síkra terelődik. Az axiális ventilátoroknál az ugyancsak tengelyirányban belépő gáz tengelyirányban is lép ki. A két szélső eset között átmeneti, félaxiális megoldás is lehetséges, amelynél az áramvonalak kúpfelületen vagy ahhoz hasonló forgásfelületeken alakulnak ki [2].
1. ábra Radiális ventilátor elvi vázlata
2. ábra Axiális ventilátor elvi vázlata
3. ábra Félaxiális ventilátor elvi vázlata
A hűtés és klímatechnika területén igen nagy számba fordulnak elő ventilátorok.
A hűtési terület gépei közül ki kell emelnünk a hűtőtornyokat, mivel ezek váratlan leállása súlyos termelési veszteséggel is járhat. A hűtőlevegő mozgatásában, a felmelegedett hűtőközeg lehűtésében szerepet játszó rendszerek tipikusan több ventilátort tartalmaznak, egynek-egynek a leállása így nem okoz jelentős termék károsodást.
A szellőzés-technikában használatos rendszerek megtalálhatók éppúgy a kisebb számú ventilátort alkalmazó összeállítások (pl. pára- és szagelszívás), mint a nagyobb biztonságra épülő, több ventilátoros rendszerek (szennyezett levegő- és pára elszívás).
Felépítés szempontjából a három fő jellemző típus: közvetlenül a motor tengelyére szerelt járókerék, a tengelykapcsolós- és az ékszíjhajtású ventilátor (konzolos vagy közrefogó csapágyazással). Elsősorban a hűtőtornyokban találkozunk függőleges tengelyű - esetleg kardántengelyen és fogaskerék hajtóművön át hajtott - ventilátorral.
Hibakövetkezmények, az üzemeltetők és a karbantartók feladatai
Az üzemeltetés és karbantartás feladatait elsődlegesen az esetlegesen bekövetkező hibák következményei határozzák meg. Befolyásoló tényezők még a hiba elhárításával és felfedezhetőségével kapcsolatos jellemzők.
Következmények alapján a hibákat négy csoportba sorolhatjuk:
- a környezetet és az embert veszélyeztető hibák,
- technológiai és karbantartási következményekkel járó hibák,
- karbantartási következményekkel járó hibák,
- rejtett hibák.
Például egy elszívó ventilátor kényszerleállással járó hibáját másként kell kezelni akkor, ha egy üzemcsarnokból káros anyagot szív el és leállása emberéletet veszélyeztet, mintha a termelés 10 órás leállása és egy 50 eFt-os csapágycsere vagy ha csupán egy 50 eFt-os csapágycsere lenne a következmény. Egy tartalék-berendezés állás közben bekövetkező rejtett hibájának felismerése és elhárítása megint más karbantartási stratégiát kíván.
Az első csoportba tartozó hibák semmiképp sem engedhetők meg és eliminálásuk a mindenkori vállalati vezetés, a termelés és a karbantartás kötelezettsége. A második és a harmadik csoport hibái egyszerű kalkulálással rangsorolhatók. A harmadik csoport kezelése túllép az összeállított anyag tervezett keretein.
A leggyakoribb hibák
Ha egy üzemeltetőt megkérdezünk a leggyakrabban leállást okozó "ventilátor hibákról", akkor valószínűleg a gördülőcsapágyak tönkremenetelét említi.
Való igaz az, hogy a kényszerleállás közvetlen oka leggyakrabban a gördülőcsapágy elhasználódása, de érdemes a hiba kiváltó okairól is elgondolkozni. Egy folyamatos üzemben levő minőségi gördülőcsapágy várható élettartama 20 és 50 ezer óra közé kellene essen. A valóságban ennek a töredékét élik meg a csapágyak.
A rövidebb csapágy élettartam legfőbb kiváltó okai a szerelési hiba, a kenési elégtelenség, hibásan beállított tengelykapcsoló vagy ékszíjhajtás és az egyensúlyozatlanság. A csapágyak, amelyek a fenti okok ellenére is képesek lennének a tervezett élettartamot megközelíteni, azok a hibás karbantartási politika áldozatai lesznek.
A helytelen megközelítés eredménye az üzemelés megbízhatatlansága, a csapágyfogyasztás és a járulékos karbantartási költségek magas szintje. Ahhoz, hogy ezen a helyzeten változtatni tudjunk, érdemes a legfontosabb hibákat átgondolni:
Szerelési hiba: Igen gyakori a gördülőcsapágyak szennyezett körülmények közötti, célszerszámok és megfelelően kiképzett személyzet nélküli beépítése. E területtel számos kiváló mű foglalkozik [3]. A helyes csapágyszerelés az ipari szakmunkásképzők tudásanyagánál és színvonalánál általában magasabb szintű ismereteket kíván. Tapasztalataink szerint már a beépítés után 15-20 %-ban tartalmaznak a gördülőcsapágyak hibát. E hibák az esetek többségében természetesen nem okoznak azonnali kényszerleállást, viszont jelentősen lecsökkentik a várható élettartamot.
Kenési elégtelenség: Négy alapvető fajtájával találkozunk: kevés (40%)-, sok (5%)-, hibásan megválasztott (15%)- és szennyezett (40%) kenőanyag. Mind a négy eset káros a csapágy működésére. Bármiféle mérőeszköz nélkül is, mindössze a kenési rendszer racionalizálásával jelentős előrelépés érhető el ezen a területen.
Hibásan beállított tengelykapcsoló vagy szíjáttétel: Igen gyakran, a vizsgált esetek 44%-ában találkozunk hibásan beállított tengelykapcsolókkal. A szakirodalom szerint gépenként változóan néhány század mm lehet egy-egy tengelykapcsolatnál a hiba [4], ezzel szemben számos iparvállalatunknál a szemmércét vagy kicsit jobb esetben az élvonalzót alkalmazzák. A hibás tengelykapcsolat drasztikusan csökkenti a gördülőcsapágyak élettartamát, növeli a káros teljesítményt, a felvett energiát, csökkenti a fordulatszámot és a hasznos technológiai teljesítményt.
A szíjáttételek nagyobb hibatűrést engednek meg, a durva hibák száma is kisebb náluk (15-18%). A túlfeszített szíjak vagy a nem egy síkban levő tárcsák hatása szintén igen káros.
A kiegyensúlyozatlanság hatását tekintve talán a legsúlyosabb gépkárosító. A nem egyenletes tömegeloszlás eredménye a csapágyakat, a gép teljes szerkezetét és a környezetet érő megnövekedett dinamikus terhelés és a magasabb zaj. Az egyensúlyozatlanság kialakulhat gyártáskor, a gép installálásakor, üzemelés vagy karbantartás közben. Több ezer hazai és szlovákiai ventilátor vizsgálata alapján elmondhatjuk, hogy kb. 1/3-ad részük súlyosan egyensúlyhibás.
Hibás karbantartási politika: A legtöbb üzem kapcsolódva valamilyen termelési tényezőhöz, évente egyszer nagyjavítást tart. A nagyjavítás során a kisebb számú nem üzemelő és a nagyobb számú üzemelő berendezést megbontják és fontosabb alkatrészeit kicserélik, közöttük a csapágyakat is. Megbontják a stabilan és jól üzemelő berendezéseket, ezeknek egy részét éppen ekkor hozzák instabil, váratlan hibára hajlamos állapotba. Nagyjavításkor a berendezések 2/3-ad részét gépészeti okok alapján nem kellene megbontani, a csapágyak 82 %-a tovább üzemelhetne [5]. Természetesen a gépek meg nem bontása veszéllyel jár, amit becsléses alapon igen kockázatos felvállalni.
A hibák felismerése mérés segítségével
Az iparban léteznek olyan mérési módszerek, amelyekkel a felsorolt hibák a működő gép leállítása, a technológia megzavarása nélkül felismerhetők. A legelterjedtebb forgógép vizsgálati eljárás a működő berendezés rezgéseinek mérése és elemzése a hibás gépelem azonosítása, a hiba mértékének megállapítása és a hátralévő maradék élettartam megbecslése céljából. Az eljárás alapján konkrét karbantartási (pl. ékszíjcsere) vagy üzemeltetési javaslat (pl. munkapont eltolása) is tehető.
A mérések nyers eredménye az ún. rezgési spektrum, amelyen a rezgés frekvenciája ("szaporasága") függvényében ábrázoljuk a rezgés "erősségét". Leegyszerűsítve azt mondhatjuk, hogy a frekvencia rámutat a gépelemre, a nagyság az állapotra enged következtetni. Egy rezgésösszetevő megjelenése a spektrumban természetes jelenség, nem utal feltétlenül hibára.
A 4. ábra egy tipikus rezgési spektrumot mutat.
A rezgésfelvételeket általában a gépek csapágyházain végezzük az 5. - 8. ábrán látható mérési helyeken.
4. ábra Örvénygép rezgési spektruma
5. ábra 6. ábra
7. ábra 8. ábra
5.-8. ábra Rezgésmérési pontok ventilátorokon
Néhány példa a mérések alkalmazására
1. Hűtőalagút ventilátorok: egy hazai élelmiszeripari cégnél a fő hűtőalagútban 55, egyéb területeken kb. újabb 50 ventilátor működik. Korábban rendszeres problémát okozott számukra a váratlan gépleállás. Úgy döntöttek ezért, hogy egy közeli gépjavítóval az évi leálláskor kicseréltetik a csapágyakat és kiegyensúlyozatják a járókerekeket. Ehhez a beavatkozáshoz valamennyi egységet el kellett szállítani a gépjavító telephelyére, ez tetemes többlet költséget okozott.
Az elért műszaki sikert tovább fokozták azzal, hogy külső szolgáltatatót bíztak meg, aki rezgésvizsgálatokat végzett a működő technológiai berendezéseken. A mérések kimutatták, hogy a gépek kb. egy negyed részénél szükséges bármiféle beavatkozás - elsősorban egyensúlyozás. A külső szolgáltató az egyensúlyozást a gépek beépítési helyén elvégezte.
Az élelmiszeripari cég két lépésben töredékére csökkentette a ventilátorokhoz kapcsolódó karbantartási költségét és jelentősen növelte a termelési megbízhatóságot.
2. Beruházás átvétel: Számos hazai és külföldi gyártó egyensúlyozás nélkül vagy kezdetleges technológiával egyensúlyozza járókerekeit. Mivel a szokásos hazai gépátvételi eljárásnak a rezgésellenőrzés nem része, ezért ezeket a forgórészeket a vevő rendszerint át is veszi. A berendezés üzemeltetése során felmerülő magas többletköltség azonban jelentős kárára van.
Egy nem-budapesti ventilátorgyárunk esetében cégünk 14 éves fennállása során nem sikerült olyan járókereket találni, amelyet megfelelően egyensúlyoztak volna ki. Az eddig beruházás-átvételkor vizsgált több mint félszáz járókerék utólagos egyensúlyozását a gyártó megfizette, de a technológiáján még nem változtatott.
3. Élelmiszeripari gyorsfagyasztó: A közelmúlt élelmiszeripari sikercégeinek az egyike olyan félkész termékkel jelent meg a piacon, amely gyártási technológiájához egy gyorsfagyasztási lépés is hozzátartozott. A banki kölcsönből vásárolt igen drága fagyasztót csak nagy nehézségek árán tudták üzemeltetni, mivel a berendezés részét képző ventilátor járókereke egyensúlyozatlan volt. A cég gazdasági stabilitását veszélyeztető probléma egy délelőtt munkájával, egy helyszíni egyensúlyozással megszüntethető volt. A felmerülő költségeket ráadásul a gép szállítója fizette.
4. Gyógyszeripari cég: Egyik hazai gyógyszergyárunk 10 milliós nagyságrendű karbantartási anyag és munka megtakarítást ért el berendezései negyedévenkénti állapotvizsgálatával. Nagyságrenddel jelentősebb azonban az a megtakarítás, amit a technológiai veszteségek elkerülésében sikerült elérni. Az ultratiszta légtér minimális beszennyeződése ugyanis a termékvonalon levő anyagok elvesztését eredményezi. Az egészségre ártalmas anyagok eltávolításához kötődő kiszolgáló berendezések leállása miatti balesetveszély nagyságrenddel lecsökkent.
Gazdaságosság
Az olyan ritka és kirívó példákon kívül is, mint amilyen a 3. és 4. ismertetett eset, jelentős és gyorsan megmutatkozó gazdasági haszon származik a ventilátorok megfelelő üzemeltetéséből és karbantartásából.
Vegyünk egy átlagos ventilátort. Egy 10 kW-os motorral ellátott ventilátor csapágycseréje munkadíjjal együtt 1998 elején 140 eFt költség. Fogadjuk el azt a becslést, hogy minden harmadik ventilátor egyensúlyozatlan. Ismerve a gördülőcsapágyak élettartam számítását tudjuk azt is, hogy egy kiegyensúlyozással (amikor az egyensúlyozatlanság mértékét 1/8-ára csökkentjük) a várható élettartam kb. 3-szoros lesz. Hasonló javulás érhető el a tengelykapcsolat helyes beállításával.
Három átlagos gép közül várhatóan legalább kettőnél fordul elő egyensúlyozatlanság, tengelykapcsolat vagy szíjáttétel hiba, géprögzítési elégtelenség. Amennyiben ezeket a könnyen javítható problémákat kiküszöböljük akkor kiszámítható, hogy kb. 60%-os csapágyfogyás és karbantartási munkamegtakarítás érhető el. A gépenként elérhető átlagos karbantartási munka- és anyag-megtakarítás tehát évente 84 eFt. Az összeg önmagában egészen addig csekélynek tűnik, amíg be nem szorozzuk az általunk üzemeltetett ventilátorok számával.
Abban az esetben, amikor a gépleállásnak technológiai következményei is előállnak, az elérhető megtakarítás ennek az összegnek sokszorosa.
Összefoglaló
A gépállapot vizsgálat olyan gazdasági lehetőségeket nyit meg az egyes üzemek előtt, amelyet egyébként csak jelentős beruházással lehetne elérni.
A ventilátoroknál fellépő jelentős gazdasági veszteség gyorsan, egyszerűen és nagy mértékben csökkenthető legyen szó akár élelmiszeripari vállalatról, akár az ipar más területéről.
Felhasznált irodalom
[1] Fűzy Olivér: Áramlástechnikai gépek. Tankönyvkiadó, Budapest, 1978
[2] Grúber József és szerzőtársai: Ventilátorok. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1978
[3] FAG: Mounting and Dismounting of Bearings, Publ. No. WL 80 100/3 EA
[4] J. Piotrowski: Shaft Alignment Handbook, Marcel Dekker, Inc. 1995
[5] Péczely György: Vibration analysis and the possibilities of maintenance management, COMADEM konferencia, New Delhi, 1994