Kako odabrati elastičnu spojku?

Kod pumpnih agregata starijeg datuma proizvodnje (>30 godina) nekada se dogodi nepovratno oštećenje spojke iz različitih uzroka. Jedino rješenje je tada izabrati novu elastičnu spojku.
Danas ću na praktičnom primjeru pokazati kako se odabire odgovarajuća spojka poput ove na slici 1.

Slika 1. Elastična spojka i dijelovi:
A) vanjski fiksni prsten, B) elastomerni umetak, C) glavčine pogonskog i pogonjenog stroja (s ili bez provrta), D) antikorozivno obrađena vanjska površina (Izvor)

Za jednostupanjsku centrifugalnu pumpu pokretanu elektromotorom, prvi korak prema odabiru spojke je odrediti faktor opterećenja. Svaki proizvođač spojki daje faktore opterećenja ovisno o vrsti pogonskog i pogonjenog stroja koje će spojka spajati. Za našu pumpu pokretanu elektromotorom faktor opterećenja iznosi f=1.00. Servisni faktor je u ovom slučaju jednak faktoru opterećenja. Brzina vrtnje elektromotora je n = 1450 rpm pri čemu stroj ima <25 pokretanja tijekom sat vremena, a snaga elektromotora iznosi P = 65 kW.

Razred spojke se vrši prema formuli:

Razred spojke je R = 45,61 kW/1000 rpm.

Sada s ovom vrijednosti idemo u tablicu spojki određenih po veličini i biramo prvu veću, u našem slučaju to je A03C/S, razred R = 60 kW/1000 rpm, označenu zelenom bojom u tablici:

Sljedeći korak je provjera unutarnjeg promjera glavčina, što ovisi o poprečnom presjeku vratila pumpe i elektromotora. Kada se naručuje nova spojka, proizvođač će vas pitati za dimenzije provrta na glavčinama i tada imate 2 opcije: 1) poslati mu vrijednost koliki je φ u mm (promjer unutarnjeg provrta) ili 2) javiti mu da vam pošalje nove glavčine punog poprečnog presjeka pa tokariti provrte na potreban promjer.

Nakon toga slijedi provjera vrijednosti maksimalnog momenta, što za odabranu spojku i standardni elastomerni umetak u prethodnoj tablici iznosi 569 Nm i u skladu je s vrijednostima momenata u dokumentaciji pumpe i elektromotora. Maksimalna dozvoljena brzina vrtnje je 4400 rpm. Prilikom centriranja pogonskog i pogonjenog stroja, aksijalni pomak može ići do 1.5 mm, paralelni pomak ide do 1.0 mm a kutno odstupanje do 2°. Navedene tolerancije odstupanja spojke prilikom centriranja treba uzeti u obzir ovisno o dozvoljenim odstupanjima za pumpni agregat u cjelini.

Na slici 2 je poprečni presjek spojke s umetkom, pri čemu su u tablici navedene vrijednosti dimenzija za odabrani tip spojke.

Slika 2. Poprečni presjek i glavne dimenzije

Za spojku tipa A03S nam udaljenost između krajeva dvaju vratila DBSE (distance between shaft ends) iznosi od 100 mm do 180 mm, pri čemu su unutarnji promjeri glavčina 85 mm i 112 mm.
Zadnji korak je provjera temperature okoline u kojoj stroj radi. Odabrana spojka je prikladna za uvjete okoline od -40°C do 80°C. S obzirom na to da je naša pumpa smještena vani na otvorenom, navedeni raspon temperatura zadovoljava uvjete za rad spojke. Elastične spojke su jednostavne za ugradnju, nisu zahtjeve za održavanje niti trebaju podmazivanje te se mogu ugrađivati u vertikalnom i u horizontalnom položaju.

Kako odabirete spojke? Podijelite vaša iskustva u komentarima! Javite mi se ako trebate savjet oko odabira spojke!

Utjecaj spojke na centriranost pumpnog agregata

Centriranje rotacijskih strojeva je obavezan dio posla nakon povratka stroja na radnu poziciju. Kod mnogih mehaničarskih radiona u brojnim kompanija se nažalost još uvijek izvodi na principu pokušaja i pogreške. Necentriranost ima popratne efekte poput povećanih vibracija kad strojevi koji rade pri visokim brzinama vrtnje i tijekom vremena dovodi do oštećenja strojnih dijelova. Svi sudionici uključeni  u rad i održavanje rotacijskih strojeva (proizvođači, izvoditelji radova, operateri i djelatnici održavanja) moraju biti svjesni kritične važnosti centriranja u osiguravanju uspješnog pokretanja u rad, kontinuirang rada i dugoročne pouzdanosti strojeva. Kod visokih brzina vrtnje dozvoljene vrijednosti odstupanja centriranosti se smanjuju kako se povećava brzina vrtnje. Periodične provjere centriranost strojeva su obavezna aktivnost preventivnog održavanja.

Danas ćemo vidjeti na koje načine spojka utječe na centriranost pumpnog agregata i što činiti da se prilikom montaže izbjegnu najčešće pogreške.

Spojka spaja vratilo pogonskog i pogonjenog stroja omogućivši prijenos snage. Konstrukcija i tip spojke ovise o snazi pogonskog stroja, radnom opterećenju, promjerima vratila oba stroja te faktoru sigurnosti. Za spajanje rotacijskih strojeva se najčešće koriste su krute ili fleksibilne spojke poput ovih prikazanih na slici 1.

Slika 1.: Kruta spojka (lijevo) i fleksibilna spojka (desno) (izvor)

Krute spojke se koriste kada pogonski stroj stvara veliki okretni moment i kada nema pomaka vratila u aksijalnom smjeru. Krute spojke se često ugrađuju na turbogeneratore i procesne strojeve koji moraju tempirati rad kako bi proizvod bio izrađen prema određenom standardu. Krute spojke su jefitnije od fleksibilnih i zauzimaju manje mjesta. U teoriji moraju biti savršeno precizno centrirane uz 0 mm necentriranosti. U praksi se ipak dogode pomaci. Svako dinamičko opterećenje stroja, promjene zbog termičke dilatacije ili istezanja cijevi mora biti kompenzirano i kontrolirano ili će doći do oštećenja stroja. Ako odrivni ležaj na strani prema elektromotoru aksijalno podupire osovinu, potrebno je koristiti krutu spojku.

Fleksibilne spojke imaju prednost pred krutim spojkama jer dozvoljavaju male pomake te kompenziraju vrlo malu necenriranost, ovisno o konstrukciji spojke i dozvoljenim odstupanjima koje daje proizvođač. Fleksibilne spojke su konstruirane tako da bez oštećenja podnesu određenu necentriranost vratila.  Neki proizvođači spojke idu tako daleko ih da prodaju tvrdeći kako spojke mogu u potpunosti podnijeti svaku necentriranost. Ovakve izjave često zavaravaju jer se stječe dojam da ako spojka podnosi necentriranost isto tako će biti i sa strojevima koje spaja, te da će moći raditi u takvom stanju bez posljedica. Glavčine spojke na vratilu elektromotora i na vratilu pumpe moraju biti savršeno poravnate prije montaže umetka ili međukomada.

Razmak između krajeva vratila pumpe i elektromotora se ponekad poveća da se omogući ugradnja međukomada drugih dimenzija između pogonske i pogonjene polovice spojke. Korištenje međukomada također uklanja potrebu za otvaranjem kućišta pumpe ili elektromotora kako bi se izvršio pregled ugrađenih ležajeva ili brtvenica kod horizontalnih centrifugalnih višestupanjskih pumpi s rotorima između ležajeva. Međutim, uvijek kada strojevi rade sa znatnom necentriranosti dolazi do oštećenja ležajeva i brtvenica. Preporuka je da treba laserski centrirati prema tolerancijama i standardu za vratila, ne prema dozvoljenim odstupanjima za spojke.

Iako fleksibilne spojke mogu kompenzirati male pomake prilikom necentriranosti vratila pumpe i elektromotora tijekom normalnog rada, one ne mogu ispraviti kontinuirani nedostatak pravilne centriranosti. Uz štetan efekt koji nepravilno centriranje ima na spojku, može se dogoditi i prijenos aksijalnog opterećenja i momenata savijanja na vratilo i na ležajeve pumpe, što dovodi do povećanja vibracija.

Najčešći tipovi fleksibilnih spojki su:

Elastične spojke koje imaju elastični umetak ili fleksibilni element što omogućava kretanje dijelova spojke i smanjuje trenje te lagano kompenzira necentriranost do 0.0254 mm pomaka između simetrala pogonskog i pogonjenog stroja uz kutni pomak do 0.2°.  Ako se desi veći pomak, nastale sile će djelovati na ležajeve, brtve, zupčanike i vratila. Većina fleksibilnih spojki će preuzeti na sebe manje pomake necentriranosti. Također, spojka treba omogućiti prijenos okretnog momenta pri svim uvjetima kutnog i paralelnog pomaka.

Drugi tip fleksibilnih spojki su spojke s metalnim umetcima tkz. lamelama i gumenih navlake na vicjima koji ih drže zajedno. Fleksibilnost lamela kompenzira pomak necentričnosti od 0.0254 mm.

Ostali tipovi fleksibilnih spojki su:

• zupčaste spojke, imaju glavčinu sa vanjskih zubima koji ulaze u zahvat sa odgovarajćim unutarnjim zubima okvira (spojka sa zubima na obje glavčine je flex-flex tipa). Ako su zupčanici samo na jednoj glavčini, dok je na suprotnoj glavčini prirubnica, spojka je fleksibilno-krutog tipa.
• spojke s dijafragmom koje imaju jednu ili više membrana, vijcima pričvršćene blizu vanjskog dijela glavčine na pogonskom stroju ili unutarnjeg dijela glavčine na pogonjenom stroju.
• klizne spojke imaju 2 metalne glavčine sa prirubnicama u obliku čeljusti koje su povezane sa središnjim umetkom često izrađenim od elastomera.
• spojke s zaticima i čahurama imaju jednu glavčinu u obliku prirubnice s  zaticima i komplementarnu glavčinu sprovrtima u kojima su čahure. Obje glavčine se spajaju ubacivanjem zatika u čahure.

Proizvođači spojki pri isporuci spojke daju upute za ugradnju u kojima obično bude tablica s vrijednostima maksimalno dozvoljenih odstupanja prilikom centriranja, ovisno o veličini spojke. Navedene vrijednosti se ne odnose na odstupanje koje pritom imaju vratila pogonskog i pogonjenog stroja. Dozvoljena odstupanja obaju vratila se odnose na njihov položaj u odnosu na vertikalnu i horizontalnu ravninu kako bi se omogućio efikasan rad agregata, dok su dozvoljena odstupanja spojke indikacija koliki pomak može podnijeti spojka prije nego dođe do oštećenja.

Dozvoljena odstupanja spojke prilikom centriranja su prevelika u usporedbi s dozvoljenim odstupanjima obaju vratila i ovise o veličini spojke. Ako uzmemo za primjer proizvodno postrojenje s 30 rotacijskih strojeva koje pokreću elektromotori različiti snaga pri različitim brzinama vrtnje (rpm), imat ćemo 30 spojki različitih veličina i 30 različitih vrijednosti dozvoljenih odstupanja za spojke prilikom centriranja. Ako centriranje strojeva temeljimo na vrijednostima dozvoljenih odstupanja za centriranja vratila i na brzini vrtnje, tada ćemo imati puno manji broj dozvoljenih odstupanja.

U tablici su prikazani određeni primjeri dozvoljenih odstupanja preuzeti iz uputa proizvođača za ugradnju elastičnih spojki s umetkom na pumpne agregate, pri čemu elektromotor radi na frekvenciji 50Hz. Odstupanja ovise o promjeru spojke. Horizontalno odstupanje se promatra kao razmak na vanjskom obodu glavčina, što je veći promjer glavčine to će biti veći razmak na obodu.

Koje tipove spojke koristite? Kako centrirate strojeve? Koje probleme ste imali sa spojkama? Podijelite iskustva u komentarima! 

5 razloga pogrešnog centriranja

Pravilno centriranje povećava pouzdanost rotacijskih strojeva. Ipak, koliko god se trudili nakon nekog vremena se neminovno događaju pomaci pogonskog ili pogonjenog stroja i sav trud oko centriranja pada u vodu. Rezultati centriranja mogu varirati od očekivanih zbog različitih razloga, od pripreme do pokretanja stroja u rad. Brojni razlozi se mogu spriječiti već u pripremi jer kvalitetna priprema za centriranje osigurava pravilan rad stroja. Neki od problema koje ćemo danas razmotriti se javljaju dok je centriranje još u tijeku dok se drugi problemi mogu javiti nakon što je stroj dulje vrijeme u radu. Tijekom vremena raste naše iskustvo i znanje o centriranju pa tako unaprijed prepoznajemo i ispravljamo potencijalne uzroke poteškoća prije i tijekom procedure centriranja.

Mogući razlozi zašto dolazi do otklona centriranih strojeva se razlikuju ovisno o specifičnosti stroja pa će vam današnji popis pomoći da pronađete uzrok (ili dati ideju) o nedostacima prilikom centriranja.

1. Procedura centriranja

• Priprema za centriranje odrađena u žurbi, preskočeni koraci i dimenzionalne provjere pomaka,
• Nepravilno centriranje na hladno,
• Soft foot nije uklonjen ili ispravljen
• Pogrešan redoslijed dotezanja vijaka ili primijenjen preveliki moment dotezanja na određenim vijcima
• Nedostatak obuke za djelatnike

2. Podloške

• Prljavština među podloškama
• Savijene ili oštećene podloške
• Podloške naslagane i smještene uz navoj temeljnog vijka
• Stvarna debljina podloški se razlikuje od debljine označene na površini podloške
• Različiti djelatnici stavljaju podloške različite debljine
• Kriva veličina podloški, uvijek koristi podloške koje daju cjelovit i potpun kontakt između nosača i nožice stroja

3. Senzori na uređaju za lasersko centriranje

• Labav nosač senzora predajnika ili prijemnika na uređaju
• Nepravilno montiran senzor na vratilu pogonskog ili pogonjenog stroja
• Prljava leća senzora
• Neodgovarajući način mjerenja otklona
• Nekalibrirani senzori
• Pogrešne vrijednosti unesene prilikom podešavanja uređaja
• Lasersku zraku lomi neka prepreka npr. glavčina na vratilu
• Necentrirano postavljen uređaj uzrokuje da laserska zraka ne dopire do senzora prijemnika
• Necentriranost uzrokuje interferenciju spojke i pomak centralne linije

4. Položaj stroja

• Povećano trošenje ležajeva nije uočeno tijekom popravka pa su postojeći montirani nazad
• Provrti na glavčinama spojke nisu u centru ili su skošeni
• Puknuto ili slomljeno kućište ili nosač
• Soft foot
• Trošenje spojke
• Trošenje umetaka spojke
• Krivi razmak među glavčinama (DBSE)
• Savijene ili oštećene glavčine
• Savijena spojka zbog krivog centriranja na grubo
• Cjevovodi povlače pogonjeni stroj
• Temelji stroja nisu nivelirani
• Puknuća nosača ili savijeni nosači
• Prljavština ispod ili između nožica stroja i nosača
• Zahrđali nosači, zahrđale nožice i/ili pričvrsni vijci i matice
• Završni navoj je savijen pa vijak ne nasjeda pravilno
• Savijene podloške (čvrstoća podloški između vijka i matice trebala bi biti 8.8.)
• Neravno betonirani temelji – provjeriti libelom

5. Radna okolina stroja

• Vibracije uzrokuju pomoćni strojevi i oprema pa se prenose na promatrani stroj
• Tijekom laserskog centriranja na lasersku zraku su utjecali para, čestice prašine, kiša, kondenzat, sve što smanjuje preciznost laserske zrake između predajnika i prijamnika

Redovito čistite i kalibrirajte uređaj za lasersko centriranje, pridržavajte se procedure, provjerite okolinu stroja i čistoću, koristite nove podloške, radite korak po korak i pomalo. Kada nastupe problemi prilikom centriranja, sve ide nizbrdo pa postanemo ljuti i frustrirani. Više ne razmišljamo jasno i želimo čim prije završiti s centriranjem. Ako se nađete u ovakvoj situaciji, stanite, odmaknite se i napravite pauzu pa krenite ispočetka. Često se nakon toga problem centriranja više ne javlja i ubrzo obavite posao, a kasnije vi čak ni ne možete jasno formulirati u čemu je uopće bio početni problem.

Koje pogreške ste otklanjali prilikom centriranja? Podijelite vaša iskustva u komentarima!

8 prednosti laserskog centriranja strojeva

Cilj svake kompanije koja se bavi proizvodnjom je imati strojeve koji rade s minimalnim troškom i visokim razinama produktivnosti. Zato je potrebno redovito održavanje. Primjena laserskog centriranja u kombinaciji s praćenjem pomoću CMMS dodaje vrijednost jer se kontinuirano prati stanje strojeva. Bez redovitog praćenja stanje stroja prolazi nezamijećeno sve dok se ne dogodi kvar. Određene studije bilježe da je do 50% kvarova rotacijske opreme posljedica necentriranosti ispravljanje ovog problema je kritično za proizvodni proces i za budžet.

Strojevi i oprema u funkcionalnom stanju i kontinuiranom radu bez neočekivanih poremećaja su osnovni preduvjet neometanog proizvodnog procesa. Da bi strojevi ostali u optimalnom stanju koriste se napredne tehnologije kao što je lasersko centriranje primjenom digitalnog laserskog uređaja čime se povećava pouzdanost stroja i time proizvodnog procesa. Zaštita rotacijskih strojeva primjenom preciznog laserskog centriranja je potrebna kompanijama ako žele ostati konkurentne na tržištu. Komparatori zadovoljavaju ali njihova preciznost je ograničena, podložni su pogrešnim očitanjima ili oštećenjima.

Uređaj za lasersko centriranje ima široki spektar primjena u proizvodnim postrojenjima različitih industrija. Lasersko centriranje ili poravnavanje strojne linije poravnavanje strojne linije se u petrokemijskoj i naftnoj industriji najčešće koristi za centrifugalne jednostupanjske i višestupanjske pumpe, pumpe za dobavu goriva, vertikalne procesne pumpe, centrifugalne kompresore, puhala zraka, i sl. Najčešći znakovi necentriranosti agregata su: pregrijavanje dijelova i miris nagorjele izolacije, učestali problemi s ležajevima i zvuk “drobljenja” pri radu, povećana potrošnja energije, debalans opterećenja, zaribavanje rotora i povećane vibracije.

Uređaj za lasersko centriranje se sastoji od ručnog ekrana s prikazom pomaka i odstupanja te dva nosača na kojima su digitalni sklopovi koji emitiraju i primaju lasersku zraku, što je prikazano na slici 1. Uređaj je lagan, prenosiv i jednostavan za montažu i korištenje. U ovom videu možete vidjeti kako funkcionira digitalni uređaj.

Slika 1.: Uređaj za lasersko centriranje

Prednosti laserskog centriranja rotacijskih strojeva su:

1. Točnost mjerenja pomaka u vertikalnom i horizontalnom smjeru do 0,0025 mm

2. Rano otkrivanje problema poput soft foot-a, čime se omogućava proaktivan pristup otklanjanju problema

3. Smanjenje vibracija produljuje radni vijek strojeva i podiže kvalitetu proizvoda

4. Manji broj hitnih popravaka i niži troškovi rada

5. Manji broj neplaniranih zastoja doprinosi optimizaciji proizvodnje

6. Smanjeni troškovi održavanja i rezervnih dijelova kao rezultat spriječenih oštećenje brtvenica ležajeva, vratila i spojki zbog pravilno centriranog stroja

7. Smanjenja potrošnja energije jer se poništavaju sile koje uzrokuju naprezanje. Neodgovarajuće centrirani agregati troše više energije tijekom rada da bi postigli iste rezultate kao i dobro centrirani agregati.

8. Preventivno održavanje se podiže na veću razinu. Redovita provjera centriranosti pomoću laserskog uređaja kada stroj nije u radu brzo otkriva potencijalne nedostatke pa se odmah na licu mjesta napravi korekcija precentriranjem. Za strojeve snage do 50 kW čitav posao ne bi trebao trajati više od 30 min.

Lasersko centriranje smanjuje mogućnost pogreške, ima veliku točnost mjerenja te pojednostavljuje čitavu proceduru centriranja. Uređaj ima jednostavan grafički prikaz strojeva s odgovarajućim vrijednostima potrebnim za odraditi korekcije i uživo praćenje kako se vrijednosti mijenjaju dok istovremeno radimo korekciju podlaganjem ili pomicanjem stroja. Izvještaji o izvršenim korekcijama se kreiraju direktno s uređaja, mogu se prebaciti na računalo ili na mrežu jer je softver jednostavan za korištenje.

Kada se koriste komparatori za kompleksna centriranja nema potrebe za ručnim računanjem položaja, nije potrebno demontirati spojku radi poravnavanja, nosači se mogu montirati neovisno o udaljenosti glavčina između pogonskog i pogonjenog stroja i veličini spojke. Moguće je izvršiti neograničeno puno ponavljanja mjerenja pomaka, dozvoljena odstupanja su već pohranjena u softveru i obuka djelatnika za rukovanje uređajem je jednostavna. Nedostataka je relativno malo, najveći nedostatak je veliko početno ulaganje jer je uređaj skup, potrebno je jako pažljivo rukovanje da se spriječi oštećenje i treba određeno vrijeme za savladati programiranje uređaja, čitanje rezultata i stjecanje praktičnog iskustvo u izvršavanju laserskog centriranja. U ovom videu je prikazana primjer čitave procedure centriranja pumpnog agregata pomoću laserskog uređaja i bilježenje pomaka.

Primjenjujete li lasersko centriranje? Što smatrate prednostima i nedostacima? Podijelite mišljenje u komentarima!

 

Dobra praksa za popravak centrifugalne pumpe

Otklanjanje kvarova centrifugalnih pumpi je svakodnevan održavateljski posao. Svaki tehnički nepravilan popravak, svaki popravak odrađen u žurbi ili bez poštivanja pravila struke se pokaže s vremenom u vidu ponavljajućih kvarova i kratkog radnog vijeka pumpe. Za razliku od popravaka električnih strojeva gdje manjkavost popravka brzo izađe na vidjelo čim pokušate pokrenuti stroj u rad (pojave se iskre, ispadnu osigurači ili u najgorem slučaju dođe do požara), greške u mehaničkom popravku su na prvu manje očite.

Npr. zanemarite jednu dimenzionalnu provjeru potrošnih prstena, preskočite jedan korak prilikom centriranja, ignorirajte dozvoljena odstupanja za ležajeve ili nebalansirano vratilo i pumpa će nastaviti raditi, međutim pitanje je koliko dugo vremena. Nekada kontinuirani rad potraje godinu ili dvije prije novog kvara ili havarije u usporedbi s tehnički ispravnom pumpom koja bi radila 5 do 7 godina prije pojave kvara. Nakon godine dana kada se ponovi kvar zbog tehničke neispravnosti pumpe djelatnici postrojenja mogu pomisliti da je jednogodišnji rad pumpe očekivani radni vijek. Takav pristup dovodi do povećanih troškova, manje pouzdanosti u radu postrojenja te gubitku vremena i proizvoda zbog neplaniranog zastoja (uz gubljenje živaca i nepotreban stres svih sudionika).

Kada pumpa doživi veći kvar ili havariju, potreban je generalni servis. Sveobuhvatni servis zahtijeva stručnost, znanje, određeno vrijeme i fokusiranost na detalje. Tada treba napraviti sve tehnički korektne aktivnosti i dobru praksu kako bi se pumpa popravila i bila tehnički ispravna. Danas razmatramo preporuke dobre prakse za popravke centrifugalnih pumpi bez obzira na vrstu radnog medija koju prepumpavaju i tip postrojenja.

Prilikom montaže novih ležajeva potrebna su mjerenja. Ležaj je koncentričan kada se izvadi iz originalnog pakiranja i ima propisane unutarnje tolerancije koje omogućavaju neometano kretanje elemenata prilikom vrtnje vratila. Ako je vratilo predimenzionirano ili pomalo konično na mjestu ugradnje ležajeva (sjedištu) ili ako je ležajno kućište prošireno s unutarnje strane na mjestu ugradnje ležajeva, ležajevi neće zadržati oblik tijekom rada. Mogućnost ležaja da zadrži koncentričan oblik tijekom rada određuje između ostalog radni vijek.

Provjerite dimenzije ležajnog kućišta i sjedišta na vratilu kako bi osigurali pravilnu montažu tijekom servisa. Dozvoljena odstupanja su obično navedena u korisničkom priručniku pumpe ili u priručniku proizvođača ležaja. Po potrebi možete ih oboje konzultirati radi potvrde odgovarajućih dimenzija.

Ako vratilo nije istokareno tehnički ispravno, često će biti malo predimenzionirano na sjedištu ležajeva, dok će ležajno kućište s unutarnje strane biti poddimenzionirano. Takav pristup se primjenjuje zato što je lakše po potrebi dodatno potokariti metal nego ga dodavati, pa je često praksa po radionama da vratilo bude deblje a unutarnja strana kućišta šira, čime se omogućava da ostane dovoljno metala u slučaju potrebe za dodatnim tokarenjem. Ponekad se za svaki slučaj ostavi previše metala s unutarnje strane kućišta pa se ležaj ugradi i tada bude stiješnjen na obodu vanjskog prstena. Druga krajnost je da se ležaj previše proširi na unutarnjem prstenu pod djelovanjem temperature i male zračnosti te brzo otkaže. Ležaj radi samo godinu dana a mogao bi raditi minimalno 5 i više godina da je ostao dimenzionalno nepromijenjen, čime se povisuju troškovi.

Često se rotor skraćuje uklanjanjem materijala na vanjskom obodu (tkz.trimming) kako bi se poboljšale peformanse pumpe, uštedjela energija i da omogućio rad pumpe radi bliže točki maksimalne učinkovitosti Q-h krivulje. Za proračun manjeg promjera rotora se primjenjuju zakoni hidrodinamike kada npr. rotor vanjskog promjera 240 mm treba smanjiti na promjer 225mm kako bi radna krivulja pumpe bila u skladu sa zahtjevima sustava cjevovoda. Kada se uklanja materijal na tokarskom stroju, rotor je u debalansu.

Uklanjanje materijala debljine 2 mm duž čitavog oboda može dovesti do velikog debalansa čitavog rotorskog sklopa kada pumpa ima brzinu vrtnje 1500 rpm ili više. Nakon uklanjanja materijala na tokarskom stroj, rotor treba dinamički balansirati.  Ukoliko radiona nema mogućnost balansiranja rotorskog sklopa, potrebno je poslati rotor na balansiranje da se osigura pravilan rad i spriječe pojačane vibracije. Također treba provjeriti dimenzije potrošnih prstena rotora i kućišta. Kada je pumpa sastavljena i spremna za povratak u postrojenje, tada je kasno razmišljati o balansiranju.

Vratila pumpi su podložna debalansu, trošenju materijala i djelovanju prevelikog opeterćenja- Sve navedeno su mehanički problemi koji dovode do savijanja vratila. Zato se provjerava stanje vratila na tokarskom stroju. Drugi način provjere je postavljanjem vratila na 2 nosača V oblika uz komparator. Vratilo se oslanja na sjedištima V nosača i komparator se postavlja na središte vratila kao što je prikazano na slici 1.

Slika 1.: Provjera je li vratilo savijeno (izvor)

Kada vrtite vratilo nazivnog promjera 200 mm i manje, odstupanje prikazano na komparatoru ne bi smjelo biti veće od 0,05 mm. Za vratila nazivnog promjera većeg od 300 mm do 600 mm dozvoljeno odstupanje je maksimalno 0,08 mm. Ako je vratilo savijeno, tijekom vrtnje će dodatno pritiskati ležajeve i elemente brtvenice te tako skratiti njihov životni vijek.

Gotovo svi ležajevi imaju zračnosti između unutarnjeg promjera ležaja i sjedišta na vratilu. Unutarnji promjer ležaja (tj. promjer unutarnjeg prstena) je manji od promjera vratila na mjestu montaže ležaja jer se montira sa čvrstim dosjedom, stoga je potrebno ležajeve uprešati ili zagrijati kako bi se povećao promjer unutarnjeg prstena prije montaže. Ako se ležaj pregrije, doći će do nejednolikog širenja i iskrivljenja konstrukcije pa će se skratiti životni vijek.

Mehaničke radione koriste indukcijske grijače ili stožaste grijače kako bi brzo zagrijale unutarnji prsten ležaja radi montaže. Međutim, termostat na grijaču može biti van kalibracije ili ga grijač uopće nema. U tom slučaju treba koristiti infracrveni termometar za praćenje i provjeru temeperatura ležaja. Ležaj se ne bi smio zagrijavati na više od 120°C prije montaže. Pregrijavanje ležajeva također skraćuje njihov životni vijek i dovodi do preranog otkazivanja.

Sva vratila imaju tokareno zaobljenje (r) na mjestu promjene poprečnog presjeka koje određuje mjesto nalijeganja ležaja na vratilo. Lice unutarnjeg prstena ležaja se treba osloniti na zaobljenje vratila po čitavom obodu čime se postiže položaj pod pravim kutem, što je prikazano na slici 2.

Slika 2.: Položaj ležaja na vratilu (izvor)

Nakon montaže se provjera je li prisutan razmak umetanjem mjernih listića debljine od 0,02mm do 0,05mm između unutarnjeg prstena ležaja i zaobljenja vratila u smjeru kazaljke na satu u položaju 3h, 6h, 9h i 12h, dakle po čitavom obodu. Kada se ležaj montira uprešavanjem tada obično nema razmaka ili je manja vjerojatnost da će se pojaviti.

Kada se montira prethodno zagrijan ležaj, tada ga treba “pridržati” pored zaobljenog dijela na sjedištu tako da ne dođe do sužavanja ležaja kada se ohladi. Hlađenje traje barem 3 do 5 min. Ako se ležaj ostavi kraće vrijeme, kasnije će biti posljedica u vidu naprezanja materijala i ubrzanog trošenja ležaja nakon montaže. Ako ležaj nije pravilno postavljen uz zaobljenje vratila, doći će do necentričnosti ležaja pa je provjera pomoću mjernih listića bitna da bi se kasnije vratilo neometano vrtjelo.

Posljednja dobra praksa je provjera centriranost usisne i tlačne cijevi da se izbjegne povlačenje pumpe i poništavanje centriranost agregata tj. uništavanje ležajeva i brtvenica. Postavite komparatore na glavčinu pumpe kada je spojka demontirana. Jedan komparator je postavljen sa prednje strane radi očitanja horizontalnog pomaka. Drugi komparator je postavljen na vrh glavčine radi očitanja vertikalnog pomaka. Na oba komparatora kazaljke moraju u tom položaju pokazivati 0.

Potom lagano otpustite vijeke koji spajaju usisnu i tlačnu prirubnicu na pumpi sa usisnom i tlačnom cijevi. Cijevi ne treba odvojiti, samo odmaknuti za 15mm do 20 mm od prirubnica. Vijek i matice možete ostaviti na mjestu. Ako se pritom na komparatorima pokažu pomaci od 0,02 mm ili više znači da cijevi povlače agregat i potrebno je napraviti korekciju položaja cijevi prije nego što se pumpa vrati na radnu poziciju nakon generalnog servisa. Ovaj korak se često zaboravlja. Velika je vjerojatnost da će se servisirana pumpa vratiti na mjesto s postojećim cijevima i imati kraći radni vijek zbog naprezanja uzrokovanih krutim cijevima.

Koju dobru praksu preporučujete pri servisu pumpe? Što smatrate manjkavim ili suvišnim? Podijelite iskustva u komentarima!

 

Preporuke za održavanje remenskog prijenosa

Remeni su glavni element remenskog prijenosa gibanja kod određenih tipova rotacijske opreme poput ventilatora zračnih hladnjaka ili puhala zraka. Prema istraživanjima, više od 84% klinastih i zupčastih remena prikazanih na slici 1. nikada ne ispuni predviđeni radni vijek zbog nepravilne montaže, neodgovarajućeg tipa ili krivog skladištenja.

Posljedice takvih situacija su neočekivani prekidi u radu rotacijske opreme zbog pucanja ili skliznuća remena, gubitak kapaciteta i povećanje troškova zbog zastoja u proizvodnom procesu ili visoke potrošnje električne energije. Danas razmatramo preporuke dobre prakse za rukovanje, montažu i korektivno održavanje remenskog prijenosa.

Slika 1.: Klinasti i zupčasti remen

Za početak, pridržavajte se svih propisanih sigurnosnih mjera i koristite osobna zaštitna sredstva. Kada uzimate nove remene u skladištu provjerite duljinu remena, odnosno pripazite da ste izabrali jednak set za jedan stroj. Bilo je slučajeva kada je isti (ne baš vrhunski) proizvođač isporučio različite remene za isti stroj.

Prilikom demontaže olabavite temeljne vijke elektromotora pogonskog stroja te ga pomaknite sve dok postojeći remeni ne budu labavo visili i potom ih uklonite bez primjene sile. Nasilno čupanje remena može uzokovati ozljede te oštetiti remenice. Iz istog razloga nemojte odvijačem izbacivati remene iz remenica.

Nakon uklanjanja remena detaljno ga pregledajte po cijeloj dužini s vanjske i unutarnje strane. Nejednolika istrošenost na pojedinom dijelu unutarnje strane ukazuje na problem u konstrukciji remenice ili manjak održavanja. Ako je riječ o manjku održavanja, u ovom članku ćete naći smjernice za preventivno održavanje.

Vizualno kontrolirajte i zamijenite remenicu ako ima tragove jakog trošenja, hrđe, napuknuća, dubinskih pukotina ili savijene strane utora. Utori koji se sjaje ili izgledaju ispolirano također ukazuju na trošenje materijala. Nemojte čistiti remenicu pjeskarenjem ili brušenjem pomoću ručne brusilice jer ćete tako dodatno ukloniti materijal s već istrošene površine remenice, što će kasnije dovesti do bržeg trošenja i pucanja remena ili pojave dubokih pukotina na remenici. Izmjerite dubinu utora na remenici da biste provjerili kolika je istrošenost te ako je potrebna zamjena remenice. Ukupno trošenje materijala u dubini pojedinog utora ne bi trebalo biti veće od 0.8 mm.

Remeni i remenice moraju biti centrirani po mogućnosti korištenjem uređaja za lasersko centriranje. Proizvođači remena preporučuju dopušteno odstupanje prilikom centriranja do max. 0.5°. Također prije centriranja provjerite u korisničkom priručniku stroja kolika odstupanja su dozvoljena. Kada se centriraju remenice, postavite laserski uređaj na manju remenicu i prema njoj centrirajte veću remenicu što je prikazano na slici 2. Laserski uređaj mora pokazati centriranost u sva 3 stupnja slobode – aksijalno, kutno horizontalno i kutno zakrenuto.

Slika 2. Lasersko centriranje remenica

Kada na remenici treba mijenjati 2 ili više remena, tada zamijenite sve remene odjednom novim remenima istog proizvođača. Nikada nemojte mijenjati samo jedan a prestale remene ostaviti postojeće. Takva situacija dovodi do nejednolikog rasporeda opterećenja i preuranjenog trošenja remena ili remenice. Kada montirate novi remen, provjerite da remeni i utor na remenici međusobno odgovaraju. Nemojte na silu nastojati ubaciti remen u utor remenice niti koristiti odvijač u tom postupku jer ćete tako oštetiti remen, remenicu ili oboje.

Kada je remen montiran, krenite pomicati elektromotor sve dok remen ne bude zategnut. Prethodno treba provjeriti nožice elektromotora za prisutnost soft foota. Ako je soft foot prisutan, prvo ga otklonite a potom nastavite s radom na remenima. Očitanje postojećeg otklona elektromotora ne smije biti veće od 0.05 mm.

Koristite tenziometar i provjerite je li napetost remena u skladu sa specifikacijama. Postoje drugi, moderniji i skuplji uređaji za provjeru nategnutosti remena, ali neki od njih nisu dozvoljeni za rad u zoni opasnosti od eksplozije. Po potrebi provjerite kod proizvođača remena koje su dozvoljene vrijednosti napetosti remena ovisno o radnom opterećenju stroja. Odgovarajuća napetost remena je minimalno potrebna vrijednost da bi se spriječilo skliznuće remena s remenice pri maksimalnom radnom opterećenju.

Ako nemate dostupne podatke, možete koristiti tenziometar na način da ga zakačite na sredinu duljine remena i onda potegnete prema dolje, što je prikazano na slici 3. Pritom pratite koliki je progib i zabilježite ga kao što je prikazano na slici 4. Remeni moraju biti napeti toliko koliko je potrebno da sila potrebna za povlačenje remena bude jednaka maksimalno dozvoljenoj sili koju propisuje proizvođač za montirani remen.

Slika 3. Djelovanje sile na remen radi provjere napetosti i nastalog progiba

Rukom okrenite remenicu nekoliko puta u smjeru vrtnje elektromotora i po potrebi podesite nategnutost remena. Još jednom provjerite nalijeganje remena u utorima remenice i po potrebi ga podesite. Sada treba dotegnuti temeljne vijke elektromotora prema specificiranom momentu, pogledajte u dokumentaciji stroja koja je propisana vrijednost momenta.

Na kraju treba montirati zaštitni poklopac preko remenskog prijenosa. Tek sada se elektromotor može spojiti na izvor napona i stroj pokrenuti u rad. Nakon toga poslušajte i prekontrolirajte je li prisutna neuobičajena buka, povećane vibracije ili pregrijavanje. Možda će biti potrebno podmazivanje, ponovno dotezanje ili popuštanje remena te provjera centriranja da bi se osigurao pravilan rad.

Zapišite u dokumentaciju stroja datum zamjene remena, tip i broj remena, opišite ukratko stanje starih remena, navedite razlog zamjene (npr. redovna zamjena, preventivno održavanje i sl.). Nakon svakog centriranja popunjava se protokol o obavljenom poslu, za kritične strojeve je protokol obavezan dok se za nekritične strojeve ispunjava nakon generalnog servisa. Na slici 4. je primjer protokola o centriranju gdje se upisuju vrijednosti centriranja, sila i izmjeren progib.

Slika 4. Protokol o centriranju i izmjeren progib

Proizvođači remena na svojim web stranicama imaju aplikaciju za provjeru. Na linku vam je jednostavan kalkulator za izračun napetosti remena, samo ćete morati preračunavati mjerne jedinice iz imperijalnih u SI jer se radi o američkom proizvođaču.

Remeni ne bi trebali proizvoditi iritirajući zvuk cviljenja kada se stroj pokrene u rad ako su odgovarajuće dotegnuti. Zvuk cviljenja je znak da remeni ne odgovaraju, nisu odgovarajuće postavljeni u utore remenica ili nisu odgovarajuće dotegnuti a ponekad je u pitanju kombinacija svega navedenog.

Kod nekih remena potrebna je razrada ili uhodavanje tijekom određenog vremena kako bi remen u potpunosti nalegao u utor remenice i radi postizanja pouzdanog rada. Tada se preporučuje zaustaviti stroj te provjeriti i dotegnuti remen nakon što je stroj radio pri punom radnom opterećenju 30 min, 24h i 48h. Svakako provjerite u dokumentaciji stroja ili konzultirajte proizvođača remena ako imate ovakav slučaj.

Proračun za provjeru napetosti remena

Napetost remena ili dotegnutost se provjerava djelovanjem sile i mjerenjem ili računanjem progiba remena prikazanog na slici 3.

Sila potrebna za dotezanje remena se računa po formuli:

F = (P X 50) / v

pri čemu je

F – sila, N

P – snaga pogonskog stroja, kW

v –  brzina klizanja remena po remenici, m/s

Brzinu računamo na način

v = (S X N X n) / 60000

S – udaljenost između središta dviju remenica prikazana na slici 3, mm

N – broj utora u remenici

n – brzina vrtnje pogonskog stroja, rpm

Minimalna sila dotezanja remena se računa po formuli

F = (P X 25) / v  

Dozvoljeni progib remena d se računa po formuli:

d = S / 50

Uzmimo za primjer elektromotor snage 60 kW, brzine vrtnje 2500 rpm, koji pokreće ventilator. Remenice oba stroja imaju 3 utora, tj. pogonski i pogonjeni stroj su povezani remenskim prijenosom koji čine 3 remena. Udaljenost središta dviju remenica će biti 1750 mm.

Brzina klizanja remena će biti:

v = (S X N X n) / 60000

v = ( 1750 X 3 X 2500) / 60000 = 2187,5 mm/s = 2,2 m/s

Minimalna sila dotezanja iznosi:

F = (P X 25) / v 

F = (60 X 25) / 2,2 =  682 N

Sila dotezanja iznosi:

F = (P X 50) / v = (60 X 50) / 2,2 = 1363,6 N

Dozvoljeni progib remena za navedene parametre će biti:

d = S / 50 = 1750 / 50 = 35 mm

Kako provjeravate dotegnutost remena? Koje probleme ste imali s remenskim prijenosom? Podijelite vaša iskustva u komentarima!

6 najčešćih tipova oštećenja vratila

Potaknuta vašim pitanjima i komentarima koje ste mi slali za članak Zašto se lomi vratilo pumpe? , danas donosim kratak pregled 6 osnovnih tipova oštećenja vratila te uzroka i posljedica za pumpu. Ovaj pregled vam može poslužiti kao podsjetnik ili šalabahter kada trebate obaviti osnovu detekciju što se dogodilo s vratilom rotacijskog stroja i pritom nemate previše vremena na raspolaganju.

Za detaljnije istraživanje uzroka koji su doveli do oštećenja vratila potrebno je primijeniti odgovarajuća ispitivanja te ponekad zatražiti dodatno mišljenje stručnjaka koji se bave materijalima i konstrukcijom strojnih dijelova. Za spriječavanje posljedica potreban vam je plan održavanja koji se dosljedno primjenjuje i obuhvaća preventivne i prediktivne tehnike.

Slika 1.: Djelovanje sila na vratilo centrifugalne pumpe

Krenimo redom:

1) Savijeno vratilo uzrokuje pretjerano radno opterećenje, djelovanje prevelikog momenta, kratko djelovanje udarnog opterećenja, te otkazivanje ležaja. Kažemo da je vratilo postalo kiflasto kada ga provjeravamo na stroju za balansiranje jer se tijekom balansiranja provjerava tkz. bacanje vratila odnosno njegov otklon nastao radi debalansa mase kada poprimi savijeni oblik.

Posljedice su uočljive kada tijekom rada rotacijski stroj ima povećane vibracije. Kada rastavimo pumpu vidjet ćemo oštećene ležajeve, rotor, potrošne prstene, oštećene elemente mehaničke brtvenice i reduktora.

2) Zamor materijala i nastanak pukotine na vratilu je uzrokovalo povećano naprezanje na skošenjima i zaobljenjima, koncentracija naprezanja na utoru za klin, nagle promjene dimenzija poprečnog presjeka, prevelika brzina vrtnje ili veliko torzijsko opterećenje. U ovom slučaju oštećenje ležajeva je najveća posljedica za pumpu.

3) Rupičasta korozija na površini vratila nastaje kada dođe do gibanja dijelova koji se montiraju s malim dosjednim tolerancijama. Započinje u obliku sitnih mikroskopskih udubljenja na površini materijala i s vremenom se povećava. Koroziji doprinose i kemijska svojstva radnog medija. Posljedica je oštećenje ležajeva, uljnog prstena, ponekad spojke i rotora na mjestu montaže na vratilo.

4) Necentriranost vratila pumpe se dogodi kada pumpa nije tehnički ispravno sastavljena tijekom servisa ili kada tijekom rada dođe do trošenja ležajeva a ponekad i zbog prevelikog opterećenja u radu. Posljedica se javlja u vidu povećanih vibracija kada je pumpa u radu te oštećenja ležajeva, rotora, potrošnih prstena, mehaničke brtvenice i reduktora.

5) Oštećena površina vratila nastaje djelovanjem korozije, onečišćenog radnog medija ili kada kemijska svojstva radnog medija nisu kompatibilna s metalom od kojeg je vratilo izrađeno. Oštećenja mogu nastati i prilikom izrade i djelovanje temperature veće od maksimalno dopuštene pri radu. Ovaj slučaj za posljedicu također ima oštećenje ležajeva u velikom broju slučajeva.

6) Izvijanje vratila se događa kada na vratilo djeluje povećano dinamičko opterećenje, nejednoliko opterećenje ili opterećenja u suprotnom smjeru od smjera vrtnje stroja. Ponekad se izvijanje dogodi i kada se prekorači kritična brzine vrtnje. Posljedica je oštećena kristalna struktura metala, oštećenje ležajeva, rotora, potrošnih prstena i dijelova mehaničke brtvenice.

Zasigurno ste primijetili kako se neki kvarovi ponavljaju za različite tipove oštećenja vratila. Zato treba više prakse prilikom zaključivanja o kojoj vrsti oštećenja se radi uz istovremeno promatranje tragova na vratilu i na ostalim dijelovima pumpe kada je rastavljena. Nadalje, treba provjeriti radne uvjete pumpe, pratećih cjevovoda i armature, kemijska i fizikalna svojstva radnog medija pomoću laboratorijske analize te revidirati plan preventivnog održavanja.

Koje tipove oštećenja vratila ste susretali? Kako ste otkrili uzroke? Podijelite iskustva u komentarima!

 

Osnove održavanja fleksibilne elastične spojke

Spojka je strojni element koji spaja pogonski i pogonjeni stroj, npr. elektromotor i pumpu, elektromotor i kompresor. Kod rotacijske opreme najčešće se koriste fleksibilne ili krute spojke. Danas ćemo vidjeti koji su osnovni koraci u održavanju fleksibilnih elastičnih spojki poput ovih prikazanih na slici 1.

Slika 1. Elastična spojka s gumenim umetkom

Standardi API 671, API 610 i ISO 10441 specificiraju fleksibilne spojke za kritične strojeve koji rade dulje periode bez zaustavljanje, pri visokom broju okretaja i okretnom momentu te nemaju rezervnu poziciju u slučaju ispada. Brzina vrtnje i moment su primarni čimbenici za određivanje modela fleksibilne spojke, preostali elementi su način balansiranja, način sastavljanja i montaže te označavanje. Primjena standarda prilikom izrade, nabave i upotrebe fleksibilne spojke osigurava ispunjavanje zahtjeva kvalitete.

Korektivno održavanje elastičnih spojki se svodi na zamjenu oštećenih gumenih umetaka ili lamela. Započinje pregledom dijelova u skladištu u potrazi za oštećenjima umetaka ili lamela, navoja i provrta te glavčina ako se mijenja čitava spojka. Ako spojka ne ide odmah u montažu, potrebno ju je čuvati u originalnom pakiranju u horizontalnom položaju, na suhom mjestu i temperaturi okoline sve do montaže. Uz spojku obično dolazi i dokumentacija proizvođača koju treba čuvati za buduću upotrebu s dokumentacijom stroja na koji se ugrađuje.

Izmjerite i dimenzije spojke, posebno provrte glavčina, koncentričnost i paralelnost s licem prirubnica. Prilikom montaže često je potrebno grijati glavčine, međutim ne preporučuje se temperatura veća od 175°C jer će dovesti do dilatacija materijala. Treba provjeriti i nacrte vratila na koje se glavčine montiraju jer se dimenzije provrta i rukavca razlikuju. U slučaju da imate razliku u dimenzijama, tokari se na potrebnu mjeru i balansira nakon toga. DBSE (distance between shaft ends, udaljenost između krajeva vratila) se mjeri od lica glavčine do drugog lica glavčine što je prikazano na slici 2., a ne od kraja vratila pogonskog stroja do kraja vratila pogonjenog stroja.

Slika 2. Mjerenje udaljenosti DBSE

Potom se okretanjem na ruku provjeri vrtnja obaju vratila s montiranim glavčinama. Nakon toga se montiraju umeci ili lamele i međumost, ponovno se provjeri centriranje i rukom okrene montirana spojka 4 do 5 puta radi kontrole neometane vrtnje u smjeru kazaljke na satu i u suprotnom smjeru. Treba voditi računa i o tolerancijama dozvoljenih odstupanja za pomake u vertikalnom i horizontalnom smjeru. Svaki proizvođač spojke u dokumentaciji daje dozvoljene tolerancije, međutim te vrijednosti treba uzeti s oprezom jer se spojka kao takva ne centrira već se centriraju vratila pogonskog i pogonjenog stroja. Na kraju se montira zaštitna mreža ili pokrov.

Preventivno održavanje elastične spojke obuhvaća okretanje spojke rukom kada je stroj u mirovanju. Tako provjeravamo prohodnost. Potom treba kontrolirati stanje vijaka i njihovu dotegnutost te vizualno provjeriti stanje umetka ili lamela. Spojku treba periodički pregledavati u potrazi za znakovima trošenja, početne korozije, oštećenja ili zamora materijala. Kada se zamijeti i najmanja pukotina, obavezno zamijeniti umetak ili lamele. Isti postupak treba primijeniti prilikom periodičke provjere centriranja kada se spojka demontira.

Kvarovi elastične spojke su uglavnom lom radi većeg torzijskog preopterećenja ili necentriranosti, pucanje lamela ili gumenog umetka. Kada se određeni tip loma ponavlja, prvo treba provjeriti je li izabrana i montirana odgovarajuća spojka ovisno o snazi pogonskog stroja i radnom broju okretaja. Nakon učestale pojave ponavljajućeg loma međumosta ili umetaka napravi se zakašnjela provjera pa se otkrije da je ugrađen jači elektromotor i tada postojeća spojka više nije adekvatna. Prilikom zamjene pogonskog stroja jačim potrebno je voditi računa zadovoljava li postojeća spojka novonastale uvjete i ako ne zadovoljava, tada treba istovremeno zamijeniti i spojku.

Jedan primjer loše prakse je zamjena samo polomljenih lamela, dok se preostale postojeće lamele zadržavaju i montiraju nazad. Kada se mijenjaju lamele, treba zamijeniti sve lamele novima čak i kada pri vizualnom pregledu nisu oštećene jer su već bile komprimirane prilikom prethodnog dotezanja i došlo je do izvijanja i deformiranja metala pa nisu više upotrebljive.

Kako preventivno održavate fleksibilne spojke? Koje kvarove ste otklanjali? Podijelite vaša iskustva u komentarima!

Zašto se lomi vratilo pumpe?

Lom vratila je nešto rjeđa vrsta kvara kod rotacijskih strojeva u procesnim postrojenjima i predstavlja veliki trošak. Često se za lom okrivljuje škart materijal, nemar prilikom konstruiranja, fuš u izradi vratila ili nepažnja prilikom montaže. Na koji god uzrok u ljutnji svalite krivnju zato što je stroj doživio iznenadnu havariju i zaustavio se a vas čeka popravak i neprekinuti rad do povratka stroja u rad, stanite se na trenutak i dobro pogledajte polomljeno vratilo, posebno pogledajte površine poprečnog presjeka na mjestu loma i smjer širenja pukotine.

Danas ćemo vidjeti na koji način nam ovi tragovi kazuju što se zaista s vratilom događalo prije loma i kako to spriječiti. Za arhivu dokumentacije stroja obavezno fotografirajte lom vratila i njegove površine.

Generalno, izgled oštećenih strojnih dijelova ukazuje na uzrok i na način nastanka oštećenja. Postoje 4 osnovna uzroka oštećenja: zamor materijala, preopterećenje, trošenje i korozija. Trošenje materijala i korozija su prema istraživanjima uzrok loma vratila u manje od 5% slučajeva i ostavljaju jasne tragove. Zamor materijala je puno češći uzrok u usporedbi s preopterećenjem. Ponekad korozija djeluje u kombinaciji sa zamorom materijala pa tada treba jasno razlučiti koji uzrok je imao veći utjecaj.
Izgled vratila na mjestu loma nastalog kao posljedica preopterećenja ovisi o tome je li materijal vratila krt ili elastičan.

Bilo da se radi o vratilu elektromotora, pumpe ili nekog drugog rotacijskog stroja, detaljna analiza loma vratila se u praksi rijetko izvodi jer je kompleksna i zahtijeva vremena. Međutim, ako dobro poznajete stroj i njegov rad te se desi lom vratila, analiza loma bi trebala biti prilično jednostavna zato što sam izgled materijala na mjestu loma daje indikaciju o smjeru djelovanja i jačini sila koje su djelovale na vratilo. Hrapavost površine na mjestu loma ukazuje na lom zbog preopterećenja kada je površina jednoliko gruba dok je površina na mjestu pukotine zbog zamora materijala glatka u korijenu pukotine i vrlo gruba na kraju pukotine, što prikazuje slika 1.

Slika 1. Zamor materijala

Preopterećenje uzrokuju sile koje su jače od čvrstoće materijala za izradu vratila. Niti jedno vratilo nije 100% čvrsto niti 100% elastično. Vratila ugrađena u ventilatore, većinu elektromotora i u reduktore su najčešće izrađena od čelika s niskim do srednjim udjelom ugljika i relativno su savitljiva. Kada na takva vratila djeluje opterećenje, dolazi do savijanja i distorzije. Preopterećenje uzrokuje sila koja djeluje samo jednom, dok zamor materijala uzrokuje ciklički ponovljeno opterećenje. Ako je vratilo puklo zbog preopterećenja tada je sila djelovala jednokratno i dovela do loma. Ako je zamor materijala doveo do loma, tada je sila mogla djelovati u ciklusima i do nekoliko tisuća puta prije nego se puknuće konačno dogodilo. Na slici 2. vidimo smjerove djelovanja sila na vratilo jednostupanjske centrifugalne pumpe.

Slika 2. Djelovanje sila na vratilo centrifugalne pumpe

Krti lom vratila je poprilično rijedak, nastaje kada veliko torziono naprezanje iznenada djeluje na vratilo. Zbog elastičnosti materijala lom nije nastao pod karakterističnim kutem 45°. Kada su elastični materijali preopterećeni počinju se ponašati kao krti. Krte lomove obilježava jednoliko gruba površina jer se pukotina stvara konstantnom brzinom. Vratilima rotacijskih strojeva se čvršćuju površine da se smanji brzina trošenja materijala.

Zamor materijala vratila uzrokuju sile koje su intenzitetom značajno slabije od sila što uzrokuju plastičnu deformaciju, pri čemu korozija smanjuje otpornost materijala na zamor. Pukotine nastale zbog zamora materijala se šire okomito na ravninu maksimalnog naprezanja. S obzirom na to da se materijal mijenja na mjestu nastanka pukotine, potrebno je dobro pogledati mjesto nastanka pukotine kako bi utvrdili smjer djelovanja sile.

Npr. zamor nastao djelovanjem torzijskih sila će stvoriti pukotinu koja napreduje u smjeru djelovanja naprezanja zato što je vratilo oslabljeno i zbog promjene rezonantne frekvencije. Da bi nastalo lom zbog zamora materijala, na njega mora djelovati cikličko opterećenje i do 1,000,000 ciklusa. Ako pukotina raste ravno duž vratila sila je djelovala uzrokujući savijanje u jednoj ravnini. Zamor materijala zbog djelovanja torzijske sile često prolazi neprimijećen jer masu puta nismo sigurni što gledamo na polomljenom vratilu pogotovo kada imamo istovremeno prisutne tragove korozije i lom pod kutem 45°, međutim ako je površina prelazi postepeno iz glatke u hrapavu znači da je uzrok loma savijanje.

Izvijanje vratila potiče zamor materijala jer hidrauličke sile djeluju na vratilo pumpe kada je ona u radu pa njihov intenzitet određuje koliko će biti izvijanje vratila. Promjer vratila na poprečnom presjeku, čvrstoća materijala, radijusi zaobljenja i kutevi skošenja te udaljenost između 2 ležaja također utječu na izvijanje. Kada promatramo radne uvjete, rad pumpe pri vrlo niskim ili vrlo visokim kapacitetima prepumpavanja u odnosu na radnu točku povećava izvijanje vratila. Hidraulička sila ne djeluje jednolikim intenzitetom duž čitavog vratila kada se ono vrti, doći će do savijanja i zamora materijala ako konstrukcija vratila ima defekata, što je prikazano na slici 3.

Slika 3. Lom vratila zbog zamora materijala i savijanja

Lomovi vratila nastali djelovanjem torzijske sile su bili rijetki sve do pojave elektromotora s frekventnim regulatorima (VFD) koji omogućavaju rad pri različitim brzinama, što je dovelo do jedne loše posljedice – brojnih kvarova nastalih radi zbog torzijskog loma vratila. Pukotine pritom nastaju na jednom kraju vratila radi koncentracije naprezanja na dnu utora za klin kada je spojka nepravilno bila montirana. Jedan pokazatelj je dijagonalna pukotina po poprečnom presjeku, pod kutem 45° , što je prikazano na slici 4.

Slika 4. Lom vratila djelovanjem torzijske sile

Faktor sigurnosti prilikom konstruiranja vratila može biti zanemariv ili ozbiljno preračunat te utječe na naprezanje vratila. Ako na svoju ruku idete raditi konstrukcijska poboljšanja vratila povećanjem ili smanjenjem faktora sigurnosti, obavezno sve zabilježite u dokumentaciji pumpe da se ne bi začudili kada idući put za 2 godine ugrađujete tvornički obrađeno vratilo a ono ne odgovara jer ste „malo potokarili rotor na području utora za klin povećavši mu dimenzije“ ili ugradili drugačiji tip ležaja ili nešto treće.

Način na koji se rotor pričvršćuje na vratilo također ima utjecaj. Svaki proizvođač pumpe ima svoj način montaže rotora i osiguravanja fiksnog položaja na vratilo. Rotor može biti pričvršćen standardnom maticom, klinom ili kombinacijom matice s podloškom i rascjepkom, kombinacijom matice i klina i sl. Utor za klin predstavlja mjesto koncentracije naprezanja i potencijalnog nastanka pukotine ako zaobljenja, kutevi i skošenja nisu pravilno tokarena. Kada je rotor učvršćen klinom može doći do labavljenja između ostalog radi nepravilno montiranog klina ili neodgovarajućih dosjednih površina. Rotor mora biti osiguran i pričvršćen na takav način da se neće olabaviti bez obzira u kojem smjeru se vrtjelo vratilo, što je prikazano na slici 5.

Slika 5. Osiguranje rotora podloškom i maticom

Prilikom naručivanja i kupnje novog pumpnog agregata trebate unaprijed tražiti nacrte vratila i pumpe od dobavljača ili proizvođača i provjeriti na koji način se montira rotor na vratilo i kako se pričvršćuje. Vratila kojima je utor za klin tokaren s većim radijusom zaobljenja na mjestima utora te na mjestima nalijeganja ležaja na vratilo su konstrukcijski bolja varijanta. Takva vratila su nešto skuplja ali sprječavaju labavljenje rotora u slučaju nefunkcionalnog ventila ili zamjene faza kod elektromotora koje će dovesti do vrtnje vratila u suprotnom smjeru.

Izvedba navoja (lijevovojni u odnosu na desnovojni) na mjestu montaže rotora kod jednostupanjskih centrifugalnih pumpi je takva da se zračnost rotora u odnosu na vratilo smanjuje ako vratilo rotira u smjeru kako je konstrukcijski predviđeno. Rotor se olabavi („klepeće“ na vratilu) ako vratilo rotira u suprotnom smjeru u odnosu na smjer predviđen specifikacijama. Rotori montirani s perom u čvrstom dosjedu se neće olabaviti ako dođe do suprotnog smjera vrtnje gledano iz smjera elektromotora prema pumpi.

Kod nekih elektromotora je okretni moment prilikom pokretanja u rad do 7 puta veći u odnosu na okretni moment u normalnom režimu rada. Automatsko pokretanje pumpnog agregata iz stanja mirovanja je najrizičniji trenutak jer može doći do savijanja i loma vratila na pogonskom ili pogonjenom stroju. Nekad se dogodi da se nakon montaže pumpe na radnu poziciju i spajanja elektromotora te uklopa u trafo stanici ide provjeravati smjer vrtnje elektromotora kada je spojka montirana i agregat centriran.

Ovakav postupak je također rizičan i može za posljedicu imati lom vratila jednog od strojeva ili spojke. Nekad se radi uštede vremena čitav isporučen agregat odmah montira u postrojenje skupa sa postoljem bez ikakvih prethodnih provjera smjera vrtnje pogonskog stroja pa onda imamo 50% vjerojatnosti da će se vrtjeti u suprotnom smjeru. To za posljedicu često ima odvrtanje matice i labavljenja rotora pumpe ili lom spojke i/ili vratila. Konstrukcijski utjecaj je kada vratilo ima mali promjer poprečnog presjeka u odnosu na duljinu jer će tada doći do savijanja. Ostali direktni uzročnici lomova se javljaju ako na vratilo djeluje velika sila savijanja ili okretni moment veći od dozvoljenog, ako je izrađeno od materijala koji ne odgovara radnom mediju ili ako je rotacijski stroj u kontinuiranom radu predugo vremena od propisanog te konstantno radi na temperaturi većoj od dozvoljene.

Za kraj, provjerite što se događa na tlačnoj strani cjevovoda pumpi. Pumpe imaju nepovratni ventil na tlačnoj strani koji često propušta radi kvarova poput deformacije metala, erozije sjedišta i puknuća klapne koji se dogode tijekom vremena. Kada je ventil pokvaren, dolazi do povrata radnog medija natrag prema pumpi i porasta opterećenja na rotor i vratilo. U preventivno održavanje treba biti uključen pregled ventila cijevi i ostalih elemenata strojnog sustava jer svi imaju utjecaj na rad pumpe a time i na naprezanje vratila.

Je li vam se dogodio lom vratila? Koji je bio uzrok loma? Na koji način ste otkrili uzrok loma? Podijelite iskustva u komentarima!

 

12 Najčešćih znakova oštećenja odrivnih ležajeva

U prethodnom članku upoznali smo se s elementima pravilnog podmazivanja i osnovama konstrukcije aksijalnih odrivnih ležajeva sa samopodesivih segmenata, koji uz pravilno održavanje mogu imati dugi životni vijek. Međutim, svi su elementi strojeva podložni trošenju i habanju kada se poremete njihovi radni uvjeti tijekom duljeg vremenskog perioda. Danas ćemo vidjeti koja su najčešća oštećenja odrivnih ležajeva, znakove po kojima ćemo ih prepoznati te koje korektivne radnje primjeniti kako bismo spriječili da dođe do oštećenja ili sanirali oštećenja nakon što se dogode.

Neka od opisanih oštećenja se javljaju pojedinačno, a ponekad dolazi do kombinacije dvaju ili više tipova oštećenja zbog sličnih uzroka, npr. trošenja, dubokih ogrebotina i abrazije, gubitka uljnog filma uz djelovanje preopterećenja i sl. Brzina vrtnje na obodu odrivnog ležaja se kreće od 30 m/s do 100 m/s pri čemu tlak na površini ležaja iznosi 0,1 bar do 30 bar i ove radne uvjete treba uzeti u obzir pri analizi nastalih oštećenja.
Krenimo redom:

1. Trošenje metala se odražava na površinama koje su bile u međusobnom kontaktu, mijenja se boja na površini i nastaju udubljenja. Trošenje je posljedica povećanih (prevelikih vibracija) kroz dulje vrijeme, djelovanja prevelikog opterećenja na segmente te smanjenja kontaktne površine koja nosi opterećenje. Nastala oštećenja se otklanjaju prelijevanjem odrivnih segmenata novim slojem bijelog metala i strojnom obradom na potrebnu debljinu, ustanoviti gdje dolazi do preopterećenja i zašto te nastojati smanjiti preopterećenje te ponovno centrirati stroj i otkloniti uzrok povećanih vibracija.

2. Erozija se prepoznaje po nastalim urezima na površini bijelog metala koji se protežu u smjeru rotacije ležaja ili po tragovima trošenja. Eroziju uzrokuje djelovanje čestica metala ili prljavštine koje se zateknu u uljnom filmu i stružu po površini bijelog metala te velika brzina strujanja fluida čime se drastično smanji debljina uljnog filma i posljedično, nosivost opterećenja.

Eroziju možemo spriječiti filtriranjem i ispiranjem sustava podmazivanja prije nego se stroj pokrene u rad, redovitom zamjenom mrežice/uloška filtera te saniranjem odrivnih segmentata na način da se preliju bijelim metalom i potom strojno obrade na potrebnu debljinu.

3. Duboke ogrebotine ili risevi na površini nastaju u vrlo kratkom vremenu kao posljedica struganja krupnijih metalnih čestica ili prljavštine po bijelom metalu. Vratila izrađena od legura koje u svom sastavu sadrže krom ili mangan u udjelu od 2% do 14% nisu kompatibilni sa bijelim metalom, dok će uljna emulzija zbog prisustva vode dovesti do nastanak tankog sloja oksida na površini. Provjerite od kojeg su materijala načinjeni vratilo, odrivni prsten i odrivni segmenti, danas je to moguće primjenom PMI metode ili laboratorijskom analizom strugotine materijala. Ako analiza pokaže nekompatibilnost, zamijenite vratilo ili odrivni ležaj sa drugima izrađenim od odgovarajućih materijala.

4. Abrazija se javlja u obliku paralelnih ogrebotina uz obod odrivnog segmenta koje se pogoršavaju tijekom vremena. Uzrokuju je čestice metala ili prljavštine koje imaju veći promjer nego što je debljina uljnog filma. Kroz nastale ogrebotine ulje „bježi“ pa se smanjuje debljina uljnog filma. Obavezno redovito kontrolirajte čistoću ulja, redovito mijenjajte uloške filtera te izmijenite cjelokupnu količinu ulja pri svakom servisu stroja uz ispiranje sustava podmazivanja.

Slika 1.: Oštećenja segmenata odrivnog ležaja 1. – 4.

5. Zamor materijala odrivnog ležaja uzrokuje preveliko dinamičko opterećenje, pregrijavanje tijekom rada, necentričnost, visoke vibracije ili pogrešna montaža. Prepoznaje se po sitnim uzdužnim pukotinama na površinama bijelog metala odrivnih segmenata na mjestu gdje je djelovalo opterećenje. Pukotine se ne šire u dubinu. Spriječavanje zamora materijala je zapravo spriječavanje djelovanja prevelikog dinamičkog opterećenja, pravilna montaža ležaja, izbor ležaja koji podnosi veće radno opterećenje te pravilno centriranje stroja.

6. Točkasta elektro korozija (pitting) se primjećuje u obliku velikog broja malih jednoliko raspoređenih rupica (udubljenja) koncentriranih na određenom dijelu površine bijelog metala odrivnog ležaja te na vratilu stroja, najčešće tamo gdje je uljni film bio pretanak da stvori izolaciju. Dolazi do pojave elektrostatičkog naboja između vratila i ležaja te stvaranja elektromagnetskih struja zbog vrtnje vratila. Potrebno je provjeriti uzemljenje stroja, kvalitetu ulja za podmazivanje i pregledati ležajno kućište za slučaj da se u njemu kondenzira vlaga te stvara emulziju koja narušava kvalitetu ulja smanjujući sposobnost uljnog filma da stvori dovoljno debeo sloj izolacije.

7. Mjehuri na površini bijelog metala su posljedica izdvajanja vodika iz kristalne rešetke i njihovo gomilanje na granicama kristalnih zrna, pri čemu dolazi do mehaničkog pucanja veze. Površina bijelog metala se mora prebrusiti, preliti novim slojem bijelog metala i strojno obraditi na potrebnu debljinu.Potrebno je provjeriti sastav materijala od kojeg je odrivni ležaj izrađen.

8. Necentričnost ležaja je uzrokovana koncentracijom radnog opterećenja na samo jednoj strani odrivnog ležaja, aksijalnim pomakom između centralne osi ležaja i vratila, necentrično ugrađenim kućištem ili necentrično postavljenim vratilom. Posljedice se primjećuju na odrivnim segmentima koji budu istrošeni samo s jedne strane, one na kojoj je radno opterećenje djelovalo većim intenzitetom, lokaliziranog trošenja bijelog metala, povećane temperature ležaja i zamora materijala na dijagonalno suprotnim strana od onih na kojima je djelovalo povećano opterećenje.

Necentričnost spriječavamo tako da demontiramo ležaj i ponovno ga montiramo pazeći i provjeravajući više puta centriranost pomoću komparatora. Ako se problem i dalje ponavlja, potrebno je razmotriti ugradnju drugačijeg tipa ležaja koji će biti otporniji na pojavu necentričnosti, npr. samopodešavajući klizni ležaj.

Slika 2.: Oštećenja segmenata odrivnog ležaja 5. – 8.

9. Pregrijavanje se primjećuje po naslagama smeđe boje nalik na lak na površinama gdje je djelovala visoka temperatura, promjenama boje čelika i lokaliziranih sitnih pukotina. Uzroci pregrijavanja odrivnog ležaja su prevelika brina vrtnje ili preveliko radno opterećenje, nestanak uljnog filma, previsoka temperatura ulja, nedovoljna zračnost i nedostatak hlađenja. Pregrijavanje ćemo spriječiti redovitim čišćenjem hladnjaka ulja, povećanjem protoka ulja te povećanjem nosivosti ležaja.

10. Cikličko grijanje/hlađenje ostavlja na površinama odrivnih segmenata reljefni uzorak, pri čemu dolazi do pukotina na granicama metalnih zrna. Uzroci su ponavljajuća izloženost naglim promjenama temperature koja uzrokuju ekspanziju kristalnih rešetki u bijelom metalu ili povećana koncentracija kositra u bijelom metalu, s obzirom da kositar nema dobru termičku stabilnost. Preporučuje se izbjeći izlaganje odrivnog ležaja naglim promjenama temperature tijekom rada te preliti segmente novim slojem bijelog metala poznatog kemijskog sastava (ovo rješenje je relativno brzo, cjenovno pristupačno u usporedbi sa kupovinom novih segmenata i kao što ćete primjetiti kroz ovaj članak, pomaže u brojnim situacijama).

Slika 3.: Oštećenja segmenata odrivnog ležaja 9. – 12.

 11. Djelovanje preopterećenja je vidljivo po dubokim risevima na površni ležaja, udubljenjima i kružnim tragovima na obodu odrivnih segmenata. Preopterećenje je posljedica rada pri uvjetima izvan konstrukcijski dozvoljenih, nedostatka odgovarajuće debljine uljnog filma, previsoke temperature ulja, neodgovarajuće viskoznosti ulja ili pogrešne zračnosti. Preopterećenje odrivnog ležaja ćemo spriječiti tako da provjerimo postojeću nosivost i radne uvjete, ugradimo ležaj koji je konstrukcijski odgovarajući da može podnijeti radno opterećenje ili povećamo kapacitet nošenja radnog opterećenja.

12.  Gubitak uljnog filma uzrokuje nedovoljna količina ulja za podmazivanje ili ulje neodgovarajućeg viskoziteta, distorzija odrivnih segmenata ili naglo povećanje radnog opterećenja prilikom pokretanja stroja. Posljedice gubitka uljnog filma se vide u obliku polirane površine ležaja, posebno bijelog metala te nedostatka pukotina. Osnovni način spriječavanja oštećenja je osigurati dovoljnu količinu ulja za podmazivanje odgovarajućeg viskoziteta te prije montaže provjeriti geometriju odrivnih segmenata jesu li površine ravne i pravokutne.

Koja oštećenja odrivnih ležajeva ste susretali? Koji su bili uzroci oštećenja? Podijelite iskustva u komentarima!