Przegląd maszyny
Monitorowana maszyna to sprężarka śrubowa wykorzystywana w instalacji chłodniczej w zakładzie produkującym składniki spożywcze. W przemyśle spożywczym i napojów chłodnictwo stanowi kluczowy element procesu produkcyjnego. W związku z tym każda nieplanowana awaria sprężarki mogłaby bezpośrednio zakłócić ciągłość produkcji oraz negatywnie wpłynąć na jakość produktu.
Sprężarka jest napędzana silnikiem elektrycznym o mocy 110 kW z regulacją prędkości obrotowej i maksymalną prędkością 2960 obr./min. Taka konfiguracja pozwala systemowi dostosowywać się do zmiennego zapotrzebowania na chłodzenie przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej efektywności energetycznej. Obecność przemiennika częstotliwości (VFD) może jednak powodować zjawiska elektryczne, które z czasem prowadzą do uszkodzenia łożysk.
Ze względu na kluczową rolę chłodnictwa każda nieplanowana awaria silnika sprężarki mogłaby doprowadzić do przerwania produkcji i zakłócenia ciągłości procesu. Zapewnienie niezawodności tej maszyny ma więc kluczowe znaczenie.
Urządzenia monitorujące i konfiguracja oprogramowania
Inżynierowie niezawodności I-care zainstalowali na maszynie bezprzewodowe czujniki drgań Wi-care™. Konfiguracja obejmowała dwa czujniki na silniku i dwa na sprężarce, umożliwiając ciągłe monitorowanie charakterystyki drgań zarówno silnika, jak i napędzanego urządzenia.
Czujniki te w sposób ciągły rejestrowały dane dotyczące drgań i temperatury.
Analiza drgań została wykorzystana jako podstawowa metoda monitorowania stanu maszyny. Dodatkowo zastosowano technikę przetwarzania I-DNA w celu skuteczniejszego wykrywania charakterystycznych sygnatur uszkodzeń o wysokiej częstotliwości, wskazujących na niewystarczające smarowanie lub wczesne stadium uszkodzenia łożyska.
Wszystkie dane były automatycznie przesyłane do I-see™, opartego na sztucznej inteligencji oprogramowania I-care do predykcyjnego utrzymania ruchu, gdzie analizowano sygnały i generowano alerty w przypadku wykrycia odchyleń od normalnych warunków pracy.
Następnie specjalista I-care ds. diagnostyki drganiowej przeanalizował dane, aby potwierdzić alarm, przeprowadzić szczegółową analizę widmową oraz sformułować zalecenia na podstawie obserwowanego rozwoju uszkodzenia.
Szczegółowa analiza
Etap 1 | Wykrycie problemu
Pierwszy sygnał nieprawidłowości pojawił się 24 grudnia, gdy pulpit I-see™ wykrył nietypowe zachowanie w kilku punktach pomiarowych silnika.
Bardziej szczegółowa analiza danych wykazała wzrost energii drgań związanej z uderzeniami w paśmie wysokich częstotliwości, co wskazywało na obecność miejscowych uszkodzeń wewnątrz monitorowanego komponentu.
To nietypowe zjawisko skłoniło specjalistę I-care ds. diagnostyki drganiowej do przeprowadzenia szczegółowej analizy.
Etap 2 | Analiza
Dane dotyczące drgań poddano bardziej szczegółowej analizie, aby zidentyfikować źródło nieprawidłowości.
Analiza widmowa (FFT) sygnału drgań wykazała wyraźną rodzinę harmonicznych o częstotliwości 3,08 razy większej od prędkości obrotowej.
Ta częstotliwość odpowiadała teoretycznej częstotliwości Ball Pass Frequency Outer Race (BPFO) łożyska silnika (SKF 6314). Obecność szeregu harmonicznych przy tej częstotliwości, w połączeniu ze wzrostem poziomu udarów, jest charakterystyczna dla uszkodzenia bieżni zewnętrznej łożyska. Pozwoliło to analitykowi drgań I-care precyzyjnie zidentyfikować usterkę.
Rozwój trendu w kolejnych tygodniach potwierdził stały wzrost poziomu udarów, wskazując na postępujące uszkodzenie.
Spójność między zgodnością charakterystycznej częstotliwości a obserwowanym rozwojem trendu zapewniła bardzo wysoki poziom wiarygodności diagnozy.
Etap 3 | Zalecenia
Na podstawie zidentyfikowanego uszkodzenia bieżni zewnętrznej łożyska oraz postępu tego uszkodzenia analityk drgań I-care zalecił dodatkowe smarowanie łożyska silnika oraz ścisłe monitorowanie poziomów drgań, ponieważ poprawa warunków smarowania może pomóc ograniczyć tarcie i spowolnić postęp uszkodzenia.
W tym przypadku, choć ostatecznie ustalono, że przyczyną uszkodzenia było elektryczne rowkowanie (fluting), zastosowano dodatkowe smarowanie jako środek ograniczający skutki awarii, aby ustabilizować stan łożyska i kontrolować rozwój uszkodzenia do czasu przeprowadzenia docelowej naprawy.
Etap 4 | Monitorowanie
Po przeprowadzeniu dodatkowego smarowania analiza drgań wykazała stabilizację poziomów udarów. Oznaczało to, że bezpośredni postęp uszkodzenia został tymczasowo ograniczony.
Maszyna pozostawała następnie pod ścisłym nadzorem, aby monitorować rozwój uszkodzenia w czasie. Chociaż uszkodzenie łożyska nadal występowało, stabilizacja poziomów drgań wskazywała, że usterka nie postępowała szybko, co pozwoliło na dalszą eksploatację maszyny w kontrolowanych warunkach.
Na podstawie stabilnego przebiegu uszkodzenia podjęto decyzję o odłożeniu interwencji i zaplanowaniu wymiany łożyska podczas planowanego postoju pod koniec lutego.
Etap 5 | Wymiana łożyska i analiza przyczyny źródłowej
Łożyska silnika zostały wymienione zgodnie z planem podczas zaplanowanego postoju pod koniec lutego.
Po wymianie zdemontowane łożysko po stronie napędowej zostało poddane inspekcji. Wykazała ona charakterystyczne ślady uszkodzeń związanych z elektrycznym rowkowaniem (fluting), które jest częstym rodzajem uszkodzenia w silnikach zasilanych przez falowniki (VFD).
Systemy te mogą powodować powstawanie napięć na wale silnika, co prowadzi do wyładowań elektrycznych przechodzących przez łożyska i w rezultacie do charakterystycznych śladów uszkodzeń spowodowanych elektrycznym rowkowaniem (fluting).
Potwierdziło to, że uszkodzenie wykryte dzięki analizie drgań było spowodowane wyładowaniami elektrycznymi wewnątrz łożyska.
Aby zapobiec ponownemu wystąpieniu problemu, na silniku zamontowano pierścień uziemiający wał. To działanie korygujące miało na celu odprowadzenie błądzących prądów elektrycznych z dala od łożyska, zmniejszając ryzyko przyszłych uszkodzeń spowodowanych wyładowaniami elektrycznymi.
Etap 6 | Skuteczność
Po wymianie łożyska analiza drgań potwierdziła znaczący spadek poziomów udarów, a ich wartości powróciły do poziomów referencyjnych.
Porównanie widm przed i po interwencji wykazało zanik szeregu harmonicznych wcześniej zidentyfikowanych przy częstotliwości 3,08-krotności prędkości obrotowej, odpowiadającej częstotliwości Ball Pass Frequency Outer Race (BPFO) łożyska silnika. Potwierdziło to zniknięcie sygnatury drganiowej związanej z tym uszkodzeniem.
Obserwacje te potwierdziły zarówno trafność wstępnej diagnozy, jak i skuteczność podjętych działań korygujących. Po przeprowadzeniu interwencji nie wykryto żadnych nieprawidłowych wzorców drgań, co potwierdziło zanik sygnatury drganiowej związanej z uszkodzeniem oraz powrót maszyny do prawidłowych warunków pracy pod względem drgań.
Wyniki
Zarządzanie uszkodzeniem łożyska w sprężarce napędzanej falownikiem dzięki wczesnemu wykryciu
Uszkodzenie łożyska zostało wykryte na kilka tygodni przed osiągnięciem krytycznego poziomu ryzyka awarii, co pozwoliło zespołowi monitorować jego rozwój i zarządzać sytuacją w kontrolowanych warunkach.
Po ustabilizowaniu poziomów drgań po dodatkowym smarowaniu sprężarka pracowała bez przerw aż do planowanego postoju, podczas którego zgodnie z harmonogramem wymieniono łożyska silnika. Takie podejście pozwoliło uniknąć nieplanowanej awarii silnika w maszynie o kluczowym znaczeniu dla systemu chłodniczego.
Inspekcja zdemontowanego łożyska potwierdziła, że główną przyczyną uszkodzenia było elektryczne rowkowanie (fluting). Pozwoliło to wdrożyć działanie korygujące polegające na montażu pierścienia uziemiającego wał, aby ograniczyć ryzyko ponownego wystąpienia tego problemu.
Ten przypadek pokazuje, że ciągłe monitorowanie drgań za pomocą bezprzewodowych czujników Wi-care™ do analizy drgań oraz analiza danych w I-see™, opartym na sztucznej inteligencji oprogramowaniu I-care do utrzymania predykcyjnego, umożliwiają nie tylko wczesne wykrywanie uszkodzeń w maszynach napędzanych falownikami, ale także podejmowanie decyzji opartych na danych. Takie podejście pozwala planować i realizować działania konserwacyjne w optymalnych warunkach, podkreślając wartość utrzymania predykcyjnego w branży spożywczej.
Poznaj nasze rozwiązania
Studia przypadków technicznych
Nasze rozwiązania obejmują wszystkie maszyny, w tym również Twoje.
Czy jesteś gotowy, aby zwiększyć swoją efektywność?
