מניעת כשל

מניעת כשל

בדיקות אל הרס באמצעות מדידת רעידות לציוד סובב

חיים ליבה, מנכ"ל אלינה טכנולוגיות
כאשר מדחס, משאבה, מנוע או מערכת מיזוג אוויר או קירור מרעישים בזמן פעולה, זהו סימן מובהק שהציוד כבר לא עובד ביעילות האנרגטית ובהספקים הנדרשים מציוד תקין. אחת השיטות המובילות להערכת מצב המכשור היא מדידה וניתוח של הרעידות הנוצרות בזמן פעולתה. זוהי למעשה פעולת מנע המאפשרת לבחון ולהעריך את שיעור הנזק, עוד לפני שהוא מגיע לרמה שמפריעה לפעילות המכונה, ובכך ניתן למנוע נזקים כבדים יותר לציוד. התחזוקה המונעת הינה תהליך מחייב במפעלים וחברות יצרניות העושים שימוש בציוד סובב כדוגמת: מערבלים, משאבות, מנועים ומפוחים, מחייבת הימצאות של מערכת בקרה לקבלת מידע על תפקוד הציוד הסובב.
מהן רעידות ולמה הן מופיעות בציוד סובב
המונחים רעידה, ויברציה, ורטט משמשים לתיאור תנועה מחזורית של מסה ולעתים אף משמשים כשם נרדף לתנודה. כתוצאה מתאוצת המסה לכיוונים שונים, התנודות במערכת מפעילות כוח שמתבטאים כרעידה/רטט.
בכל מכונה עם חלקים וגופים מסתובבים יש רעידות מכניות. באופן טכני רעידה מכנית מתרחשת כאשר מסה זזה או מועברת ממקום למקום. המסות הרועדות הן חלקי המכונה הסובבים או מטלטלים מצד לצד או לעתים נוזלים וגזים הנמצאים במגע עם חלקים קשיחים במכונה. הרעידות המכניות מורגשות וניתנות למדידה על גוף המכונה, בסיס המכונה ויסודות המכונה או לעתים אף מתבטאות כרעש כתוצאה ממבנה המכונה. 
הצורה הבסיסית ביותר של רעידה הינה רעידה הרמונית שגם נקראת רעידת גל סינוס. רעידה הרמונית מתאפיינת על ידי תדר אחד בלבד. רוב הרעידה הנמדדת על ציוד תעשייתי היא בעצם סיכום של רעידות הרמוניות בתדירויות שונות ובעוצמות שונות. לדוגמה רעידה הרמונית יכולה להיגרם מחוסר איזון של חלק סובב: חוסר האיזון גורם להפרעה מחזורית בתדר רעידה הזהה לתדירות הסיבוב של הרוטור.
בתחום בקרה וניטור של ציוד סובב, מוצעים הן פתרונות חומרה והן פתרונות תוכנה, שתפקידם למלא אחר צרכי המדידה באופן מדויק. החומרה יכולה להיות ניידת בעלת תכונות מדידה שונות, או בתצורה של מערכות ניטור קבועות ועצמאיות המבצעות בקרה ודיאגנוסטיקה של הציוד הסובב במפעל ומעבירות למערכות הבקרה של המפעל את המידע ב-On-Line על תפקוד הציוד במפעל. 
 
מכשור נייד למדידת רעידות ,ביצוע אנליזה, ואיזון דינמי לציוד סובב
כדי להבחין בתופעות של רעידות ניתן לבצע מדידה באמצעות ציוד נייד פשוט הנותן  לנו אבחנה ראשונה. באמצעות מכשור נייד זה ניתן גם לבצע ניתוח תדרים על מנת לאתר את מקורות הרעידה, במקרים רבים ובמיוחד כאשר כשל בציוד הסובב יכול לגרום נזקי משנה משמעותיים או לגרום לסכנה בטיחותית, עדיף להשתמש במכשור לניטור עוצמת רעידה בזמן אמת.
 
ניטור רעידות בזמן אמת  למעקב אחר מצב מכונות מסתובבות
ניטור רעידות בזמן אמת (On-Line) נדרש כאשר מכונה נמצאת בסיכון גבוה או כאשר כשל יגרום למפגע בטיחותי. מדובר באיסוף מתמשך של מידע לגבי מצב מכונות המפעל. מערכות הניטור משולבות חומרה וגם תוכנה, יכולות להבטיח למפעל מידע זמין “עם יד על הדופק” על כל פעימה של כל מכונה, כשירותה והערכה של הזמן הנותר עד שיהיה צורך בטיפול. ניתן גם לשלב במערכות התוכנה המפעליות מידע המתקבל ממערכות ה-OnLine יחד עם מידע תקופתי שנאסף במכשירים ניידים.
 חיישן רעידות הכולל משדר אנלוגי מובנה.
 
בקר לניטור רציף של רעידות וטמפרטורה
 
סימני תקלה כלליים
תקלות במכונה עם גופים סובבים יכולות לבוא לידי ביטוי במספר סימפטומים כגון: עליה או ירידה בטמפרטורת המיסב, רטט מכני או אקוסטי, ירידה בביצועים, עליה בפליטת חומרים  וכיוצא בזה. 
במקרה של מספר תקלות שונות ניתן לאבחן עלייה ברטט מכני לפני הופעת הסימפטומים אחרים. כל רכיב מסתובב משפיע על תמונת הרטט הכוללת. ניתן לזהות את הרכיבים השונים במדויק על ידי פירוק של אות הרעידה למרכיביה השונים, על מנת ליצור תמונה יותר ברורה ולהעלות את הסיבות להיווצרות רעידות מעל לפני השטח. השיטה הנפוצה ביותר להשגת מידע זה קרויה ניתוח טווח תדירות המכונה - FFT (Fast Fourier Transformation). עם זאת, חלק מהתקלות ניתנות לזיהוי בצורה פשוטה יותר, באמצעות ניתוח תדירות אחת בלבד, כגון תקלת רוטור לא מאוזן. לזיהוי תקלות אחרות כגון תקלות בהתקנת הציוד ,בתשתיות, נדרש אות המידע המקורי המתקבל ממדידת עוצמת הרעידה או זיהוי ניתוח ספקטרום. יחד עם זאת, מטלת אבחון תקלות הינה מורכבת ודורשת התמקצעות אינטנסיבית, ניסיון בניתוח של אותות רעידות ומידע טכני מפורט על המכונה.
 
זיהוי תקלות
כדי למדוד רעידה\רטט ניתן להשתמש בטכניקות רבות, אך לא כל הטכניקות מתאימות לכל הצרכים השונים. האתגר המרכזי בתחזוקת מכונות טמון בבקרת מצב המכונה. האם המכונה  תקינה או האם המסבים בתהליך שחיקה? ואם כן מהו הזמן המשוער לכישלון המכונה? מהי מהות התקלה הנוצרת? 
המטרה העיקרית היא איתור תקלות. לכן, מייעלים טכניקות שבקלות מגלות אם קיימות תקלות בציוד הסובב או מהות ומקור התקלות. 
הוכח כי ספקטרום ה-CPB ביחד עם טווח תדירות גבוה ורזולוציה טובה הנו הכלי הטוב ביותר לזיהוי תקלות. 
בחירת הטכניקה הנכונה לזיהוי תקלות במכונות מסתובבת מאפשרת איתור התקלות לפני קריסת המכונה, וכתוצאה נוצר חסכון בעלויות כגון ציוד פגום והשבתת ייצור.
מסבים מהווים את הנקודה העיקרית להופעת כשלים בציוד סובב. לכל סוג מסבים ישנם מאפיינים עיקריים לרעידות שיעברו לבית המיסב וגוף המכונה, שהן הרעידות שבסופו של דבר נמדדות באמצעות ציוד המדידה.
 
מיסבים כדוריים וגליליים
תקלות במיסבים בעלי אלמנטים מתגלגלים (כדוריים, גליליים,חרוטים, וכדומה) גורמות לסדרה של השפעות בתדירוית שנקבעות ישירות ממיקומה של התקלה, למשל במסילה  החיצונית, במסילה פנימית, או באלמנט המתגלגל.
בשלבים הראשונים, כשהתקלה עדיין מיקרוסקופית, הרעידות מאוד קצרות. כלומר התדירויות יכולות להתעצם עד לקצב של 300 קילו-הרץ. תדירויות כאלה מעוררות תהודות מבניות או אחרות ויוצרות סדרה של התפרצויות, קרי רעידות ברמות שונות.
אות הרעידה הנוצר מהמיסב נבלע ברטט הרקע של המכונה והקושי המרכזי הוא מציאת טווח תדירות שבו אות הרעידה מהמיסב יופיע בצורה ברורה יותר מכל שאר אותות הרעידות במכונה. 
דרך טובה יותר מאשר הסתכלות על הזמן הגלום החתום היא לבדוק את “קצב ההחזרה” על ידי ניתוח הרעידות המתפרצות. ניתן לחשב את קצב החזרה של ההתפרצויות בעזרת מידע  על מאפייני המיסב  ושימוש בטכניקות קלאסיות פשוטות. אולם, חישוב זה יוצא מנקודת הנחה שתנועת המיסב היא מתגלגלת בלבד, כשבפועל קיימת גם תנועה של גלישה/ החלקה.  לכן, יש  להתייחס למשוואה זו כהערכה בלבד. כמו כן, קיימים מצבים של התפתחות רעידות צד אותן החישוב איננו מביא בחשבון.
בתוכנות תחזוקה מודרניות קיימים מאגרי מידע שלפיהם נקבעת רמת הרעידות המותרת במסבים מיצרנים שונים, במטרה לפשט את החישובים הללו. תנודות המסב יכולות לסייע בניתוח רעידות במסבים. מאגרי המידע מכילים בדרך כלל מידע על מספר רב של סוגי מסבים בהתאם ליצרן המסבים.
 
מיסבי החלקה
מיסבי החלקה משומנים, בלחץ גבוה או נמוך, שימושיים ביישומים מסויימים ובעלי יתרונות על פני מיסבים בעלי אלמנט מתגלגל: עלות נמוכה יחסית, חיכוך נמוך יותר, קיבולת טעינה גדולה יותר, קטנים יותר באופן יחסי, בעלי ריסון תמיכה גדול לאור המרחקים שבין פני השטח של המיסב לציר ההחלקה.
כדי לבדוק את רמת הרעידות במיסב זה יש  להשתמש  בחיישנים ללא מגע על מנת לספק מידע על רעידת הציר ביחס למיסב. תצורות שונות של מיסבי החלקה יכולות לצמצם את השפעותיו של לחץ שמן לא מאוזן במרווחי המיסבים.
לאור נוקשות המיסב בצירים הניצבים, החיישנים ממוקמים בזווית של 90 מעלות זה מזה במישור מחוגי, במטרה לקבוע את התנוחה הסטטית של המוט והתזוזה הדינמית שלו בזמן הסיבוב. 
תצורה זו מאפשרת ניתוח של תנועת הציר במהלך הסיבוב כדי לספק מידע לאיתור מקור הבעיות. הצורה המעגלית של התנועה מסייעת לגילוי כיוון המסה, חוסר איזון, מוט עקום, קו לא מאוזן, חיכוך גבוה, רטט כתוצאה משימון ובעיות נוספות.
 
בקרת בטיחות 
מכונות מודרניות תעשייתיות הן נכס ייצור חשוב הממונע על ידי מערכות בקרה ממוחשבות. תקלות מכניות כתוצאה משימוש יתר, לחץ, שחיקה או הפעלה מוטעית יכולות לגרום למכונות אלו לקרוס באופן פתאומי. כתוצאה מכך, הנזק הנגרם עלול להתבטא לא רק בעלויות תיקון המכונה ואובדן ייצור, אלא גם בתוצאות הבאות:
  • פציעה אנושית  - בטיחות
  • נזק סביבתי
  • נזק משני למכונות אחרות
על מנת למזער נזקים בעתיד, חובה לכבות את המכונה לפני שכישלון חמור מתרחש. מערכת בקרת בטיחות מאתרת באופן אוטומטי שינויים במדידות רטט פס רחב ופס צר, משווה אותם לגבולות שהוגדרו קודם לכן, ומיד מכבה את המכונה כאשר הרטט עובר את הגבול שהוגדר. לצורך כך, מערכת בקרת בטיחות חייבת להיות מדויקת, ואמינה. 
 
בקרת ביצועים 
על מנת ליצור היסטוריה של עבודת המכונות , פעולת בקרת מצב מבצעת רישום ומעקב אחר הרטט ואחר ביצועי המכונה. בבקרת ביצועים נלקח המידע הגולמי ונבחן מעבר למידות עצמן על מנת: 
  • לעקוב אחר תקלות במאפייני עבודת המכונה  כדי למזער עלויות 
  • לשפר יעילות על ידי בקרת ירידה בביצוע של הרכיבים השונים
  • להבין את התנהגות המכונה בצורה הטובה ביותר 
  • לקבלת החלטות תחזוקה טובות יותר  
הטמעה של בקרת ביצוע ובקרת רטט הופכת את כל המידע הרלוונטי מהעבר, לזמין בהווה. בנוסף , הטעמה זו מספקת מבט כולל שמאפשר מתן מענה לדרישות התקנים , ולמשתמשים שונים.
 










פי.סי.חץ