B B E E H H E E E E R R E E N N O O N N D D E E R R H H O O U U D D V V A A N N MO M OT TO OR RE EN N EN E N K KO O PP P PE E L L IN I N G G EN E N V V A A N N
A A I I R R F F A A N N S S . .
Eindverslag
Naam: W. Boeije
Studentennummer: 48574
Onderwijsinstelling: Hogeschool Zeeland
Fase: Afstudeerstage
Stagebedrijf: Spie
Stagebegeleiders: C.A. de Schipper (HZ) M. van Oostenbrugge (Spie) H. Meyer (Spie)
Jaar: 2012
Plaats: Terneuzen
Datum: 25-05-2012
Versie: 1.1
B B E E H H E E E E R R E E N N O O N N D D E E R R H H O O U U D D V V A A N N MO M OT TO OR RE EN N EN E N K KO O PP P PE E L L IN I N G G EN E N V V A A N N
A A I I R R F F A A N N S S . .
Eindverslag
Naam: Wouter Boeije
Studentennummer: 48574
Opleiding: Elektrotechniek Onderwijsinstelling: Hogeschool Zeeland
Semester: 2
Studiejaar: 2011/2012
Datum van voltooiing: 25-05-2012
Fase: Afstudeerstage
Stagebedrijf: Spie
Stagebegeleiders: C.A. de Schipper (HZ) M. van Oostenbrugge (Spie) H. Meyer (Spie)
Uitgave
Jaar: 2012
Plaats: Terneuzen
Datum: 25-05-2012
Versie: 1.1
Samenvatting
Dit verslag is het resultaat van mijn afstudeeropdracht met als titel: beheer en onderhoud van motoren en de koppelingen van airfans. De opdracht is uitgevoerd voor het bedrijf Spie.
Spie is gevestigd in Terneuzen en is een dienstverlenend en product leverend bedrijf. De diensten die Spie levert, zijn op het gebied van energievoorzieningen, procesvoorzieningen en beveiligingssystemen.
Airfans (locatie: Dow) zorgen voor de koeling van installaties die vloeistoffen scheiden. De vloeistoffen worden gescheiden door warmte. De eerste vloeistof die verdampt, komt in leidingen terecht die langs de airfans gaan. De airfan wordt voor een deel onderhouden door Spie. De gedeeltes die Spie onderhoudt zijn de motor, de koppeling en de poulies. In de huidige situatie worden deze materialen gebruikt totdat deze kapot zijn, waarna ze worden vervangen.
De doelstelling van deze opdracht is Spie te adviseren. Er zal een controlsysteem geadviseerd worden en daarnaast richt het advies zich op aanpassingen in het huidige werkproces. Hier gaat het om het verzorgen van het beheer en onderhoud aan airfans.
Het controlsysteem berust op het principe van trillingsmetingen en wordt aangevuld met thermografische metingen. Deze twee principes zijn gekozen uit verschillende technieken waarmee condities van een machine bepaald kunnen worden. De keuze voor deze meettechnieken is gemaakt, omdat deze technieken een groot gebied controleren en betrouwbaar zijn. Het meten zal periodiek worden uitgevoerd en het controleren gaat aan de hand van trendanalyse van metingen en onderhoudsbeurten.
Om de gegevens te controleren, is er een C++ programma ontworpen dat helpt de trends te bepalen en bij te houden.
In koudere periodes koelt het proces door het koude weer. Door het ontwerpen van een controlsysteem kan het werk gepland worden. Het werk kan zo gepland worden dat het onderhoud in de koude periodes van het jaar wordt gedaan. De airfans kunnen in warme periodes worden gebruikt, omdat er dan veel koeling nodig is en in de koude periodes kan het onderhoud worden gedaan.
Verder wordt er geadviseerd het ontworpen controlsysteem ook op andere installaties te proberen en dit aan te passen aan de omstandigheden. Ook kunnen op de werkplek een aantal punten veranderd worden. Het werkproces kan beïnvloed worden door het werk te digitaliseren. Zo kunnen testrapporten en uurverantwoording beter worden beheerd.
Het advies en direct ook de conclusie is om het ontworpen controlsysteem te gebruiken om werk te kunnen plannen. Op deze manier zal Spie kwaliteit afleveren aan Dow. Daarnaast is het advies het werk te digitaliseren door de onderhoudsmonteurs hun metingen en urenverantwoording direct op een server te laten zetten en dit te delen met alle personen die deze documenten ter beschikking moeten hebben.
Ook kunnen er nog een aantal aanpassingen worden gedaan door motoren in kasten te plaatsen in plaats van op de grond en door apparatuur die nodig is voor controle in één ruimte te voorzien. Op dit moment moeten de onderhoudsmonteurs veel lopen om een paar accu’s te controleren. Dit zijn een aantal adviezen die worden gegeven in dit verslag.
Summary
This report is the result of my graduation assignment with the title: management and maintenance of engines and the clutches of airfans. It is in commissioned by the company of Spie.
Spie is located in Terneuzen and is a services and production supplying company. The services that Spie delivers lie in the field of energy and process facilities and security systems.
Airfans (located at Dow) provide cooling for installations liquid separation. The liquids will be separated by heat. The first liquid that evaporates, comes in pipes along the airfan. A part of the airfan is maintained by Spie. These parts are the engine, the clutches and the pulleys. In the current situation, the material is used till it is broken and after that it is replaced.
The purpose of this assignment is advising Spie to improve the work process of Spie, with a design of a control system and also by changing the current work process, to take care of the management and maintenance of airfans.
The control system is based on the principle of vibration measurements and is complemented by thermographic measurements. These two principles are chosen from several techniques which can determine the conditions of a machine. The choice for these two measurement techniques is made because these two have a large control area and they are reliable.
The measurements will be carried out periodically and controlling is based on trend analysis of the measurements and the maintenance.
To control the data, a C++ program is designed. This program can help to determine trends and to keep up with the trends.
In colder periods the weather is cooling the process. By using the designed control system, work can be planned in such a way that the maintenance can be done in the cold periods of a year. The airfans can be used in warm periods because they need a lot more cooling and in the cold periods the maintenance can be done.
Another advise of this report is to use the designed control system for other installations by changing a few point of the control system: the environment and the workplace. The work process can also be influenced by digitizing the work. The test reports and the timesheets can in this way be managed better.
The advice and also the conclusion is to use the control system to plan work and hereby deliver some quality from Spie to Dow. In addition, the advice is to digitize the work. This can be done by the maintenance engineers. They can put their measurements directly on the server and hereby share the information with the people who need these documents.
Also, some changes can be done by placing the engines in cabinets instead of the ground and the necessary equipment for control systems can be placed in one room. On this moment the
maintenance engineers have to walk a lot to control some batteries. This are some advises that are given in this report.
Voorwoord
Mijn naam is Wouter Boeije en ik studeer Elektrotechniek aan de Hogeschool Zeeland. Ik heb een major Mechatronica gevolgd. Dit verslag is geschreven naar aanleiding van mijn afstudeeropdracht welke aan moest sluiten op de major. Dit afstudeerverslag is opgesteld in opdracht van Spie en de Hogeschool Zeeland. Het doel van dit rapport is dan ook het behalen van mijn diploma.
In dit voorwoord wil ik diverse personen bedanken voor de hulp die ik gekregen heb om tot dit eindresultaat te komen. Als eerst wil ik Misja van Oostenbrugge bedanken, omdat hij mij de mogelijkheid heeft gegeven om bij het bedrijf Spie af te studeren. Hij probeerde in zijn drukke schema altijd tijd vrij te maken om mij te helpen en adviseren.
Verder wil ik Helmut Meyer en Roger Vonk bedanken voor hun adviezen en voor hun hulp bij het beantwoorden van mijn vragen.
Als laatst wil ik mijn stagebegeleider van school ing. C.A. de Schipper bedanken voor zijn begeleiding. Hij zorgde ervoor dat hij betrokken was bij de afstudeerstage (zo heeft hij meerdere bezoeken gebracht aan het bedrijf) en hij zorgde dat de communicatie met school soepel en duidelijk was.
Inhoud
1 INLEIDING ... 1
2 SITUATIE ... 2
2.1 PROCES MET AIRFANS ... 2
2.2 AIRFAN ... 3
2.3 DRIEFASE ASYNCHRONE DRAAISTROOMMOTOR... 5
2.4 WERKINGSPRINCIPE. ... 5
2.5 ATEX ... 6
2.5.1 ATEX bij airfans ... 7
2.6 AANPAKKEN ONDERDELEN ... 7
3 INVLOEDEN OP AIRFAN INSTALLATIE VAN BUITENAF ... 8
3.1 ANALYSEREN OUDE GEGEVENS ... 8
3.2 INVLOEDEN BUITENAF OP PARAMETERS ... 9
3.3 TRILLINGEN OP DE INSTALLATIE ... 11
4 KOSTENOVERZICHT ...12
4.1 VOORBEELD 60 PROCENT REGELING ... FOUT!BLADWIJZER NIET GEDEFINIEERD. 4.2 INVLOED KOSTEN OP CONTROLSYSTEEM... 12
5 BEPALEN SLIJTAGE EN KAPOT GAAN MOTOR ...14
5.1 PARAMETERS MOTOR ... 14
5.2 MEETAPPARATUUR ... 14
5.3 METHODE PROBLEMENANALYSE ... 18
5.4 TOESTAND MOTOR ... 20
5.5 PROJECT ANALYSETECHNIEKEN ... 20
5.6 KEUZE CONTROLESYSTEEM ... 21
6 SNAARSPANNING ...23
6.1 OPTIES SNAREN SPANNEN OP DOW ... 24
6.2 OPTIE SPANNING METEN VAN SNAREN ... 25
6.2.1 Sonische spanning meter 507C ... 25
6.2.2 BTM-400PLUS ... 25
6.2.3 Krikit ... 26
6.3 ADVIES ... 27
6.4 INSTELLEN SPANNINGSWAARDE SNAREN ... 28
6.5 CONTROLEERSYSTEEM VOOR SNAREN ... 29
6.5.1 Nastellen ... 29
6.5.2 Routinecontrole snaarspanning ... 29
6.5.3 Routinecontrole van snaren ... 35
7 HET CONTROLSYSTEEM ...36
7.1 BIRD EYE VIEW (BEV) CONTROLSYSTEEM... 36
7.2 BASIS GEGEVENS INSTALLATIE ... 37
7.3 TRENDANALYSES ... 38
7.4 INFORMATIEVERWERKING ... 41
7.5 WERKPROCES BEHEER EN ONDERHOUD AIRFAN... 43
7.6 DEV C++ PROGRAMMA ... 45
7.7 TEST ... 47
8 WERKPROCES ...48
8.1 HUIDIG WERKPROCES ... 49
9 WERKPROCES VERBETERING ...57
9.1 WERKPROCES VERBETERING DOOR CONTROLSYSTEEM ... 57
10 CONCLUSIE EN ADVIES ...62
10.1 ANTWOORD HOOFDVRAAG ... 62
10.2 VERVOLGTRAJECT ... 62
BIBLIOGRAFIE ...63
BIJLAGE ...65
BIJLAGE 1 ... 65
BIJLAGE 2 ... 69
BIJLAGE 3 ... 81
BIJLAGE 4 ... 85
BIJLAGE 5 ... 88
Lijst met bijschriften
Figuur 2.1: Proces met airfan ... 2
Figuur 2.2: ribbenbuis ... 3
Figuur 2.3: direct online circuit ... 4
Figuur 2.4:airfan ... 4
Figuur 2.5: motor airfan met snaren ... 5
Figuur 2.6: ATEX 137 symbool ... 6
Figuur 3.1: Stroommetingen ... 10
Figuur 5.1: meetpunten motor ... 16
Figuur 5.2: thermografische foto ... 16
Figuur 5.3: kostenvermindering door conditie bewaking ... 22
Figuur 6.1: snaren spannen ... 24
Figuur 6.2: formule spanlengte ... 25
Figuur 6.3: meetpunten ... 26
Figuur 6.4: typische snaar dichtheden ... 26
Figuur 6.5: Krikit ... 27
Figuur 6.6: juiste snaarspanning ... 28
Figuur 6.7: kans op falen ... 29
Figuur 6.8: bepalen levensjaren snaren ... 30
Figuur 6.9: flowchart database invullen ... 31
Figuur 6.10: flowchart melden onderhoud ... 32
Figuur 6.11: flowchart wijzigingen ... 33
Figuur 6.12: flowchart nieuwe airfan installatie ... 34
Figuur 7.1: Bird eye view ... 36
Figuur 7.2: Trend frequentie amplitude ... 38
Figuur 7.3: ISO 10816-3 ... 38
Figuur 7.4: trillingsanalyse ... 39
Figuur 7.5: falen bepalen door onderhoudshistorie ... 40
Figuur 7.6: flowchart motor controle ... 42
Figuur 7.7: werkproces voor controlsysteem ... 44
Figuur 7.8: Use case ... 45
Figuur 7.9: class diagram ... 46
Figuur 7.10: sequence diagram ... 46
Figuur 7.11: test ... 47
Figuur 8.1: schematisch overzicht werkzaamheden Spie ... 49
Figuur 8.2: Plan opstellen ... 50
Figuur 8.3: activiteitenlijst ... 51
Figuur 8.4: werkvoorbereiding ... 52
Figuur 8.5: Detail planning ... 53
Figuur 8.6: uitvoering ... 54
Figuur 8.7: controleren werkzaamheden ... 55
Figuur 8.8: uitlijnen ... 55
Figuur 8.9: Documenteren ... 56
Figuur 9.1: onderhoud plannen ... 57
Figuur 9.2: werkproces verbeterd ... 60
Figuur 9.3: motor opslag Spie ... 61
Tabel 3.1: analyse oude gegevens ... 8
Tabel 4.1: kostenoverzicht Spie ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. Tabel 5.1: kostenoverzicht ... 21
Tabel 6.1:snaarspanning meten Excel bestand ... 30
Tabel 1: project aanpak ... 85
1 Inleiding
Dit verslag is een eindverslag dat gemaakt is tijdens de afstudeerperiode van de hbo-opleiding elektrotechniek aan de Hogeschool Zeeland. De afstudeerperiode is een stage bij een bedrijf. In dit geval is het bedrijf Spie Industrie. Spie is een dienstverlenend en product leverend bedrijf. De diensten die Spie levert, zijn op het gebied van energievoorzieningen, procesvoorzieningen en beveiligingssystemen.
In overleg met Spie en met goedkeuring van de Hogeschool Zeeland is er voor deze periode een afstudeeropdracht geformuleerd. De opdracht resultaten zijn uitgewerkt in dit verslag en de opdracht van dit onderzoek luidt als volgt: beheer en onderhoud van motoren en koppeling met airfans.
Het doel van deze opdracht is dat er een concept komt voor een controlsysteem om onderhoud aan de airfans te kunnen verrichten, voordat de airfan stil komt te staan doordat deze kapot is. In de huidige situatie zit dit allemaal niet in het systeem. De airfan installatie wordt pas onderhouden als er iets kapot is. Met het nieuwe systeem moet bereikt worden dat de airfans efficiënter gaat draaien en dat Spie hiermee een stuk kwaliteitsbeheer aan Dow aanbiedt. Het voordeel dat Spie kan hebben, is dat er werk gecreëerd wordt en dat werkzaamheden gepland kunnen worden.
Voor dit onderzoek moet er dus bepaald worden hoe een controlsysteem kan worden toegepast om de status van de airfan te bepalen en moet er bepaald worden hoe aangegeven kan worden welke werkzaamheden moeten plaatsvinden. Dit moet allemaal plaatsvinden voordat de airfan kapot is.
Doordat werkzaamheden gepland kunnen worden, is het mogelijk om het werkproces aan te passen en te verbeteren. Dit is het tweede gedeelte van de opdracht. Hierbij moet er onderzocht worden wat de voordelen zijn als het controlsysteem in gebruik genomen wordt en daarnaast moet er ook onderzocht worden wat er verder in het huidige werkproces verbeterd kan worden, door bijvoorbeeld veroudering van het huidige werkproces. De hoofdvraag luidt daarom als volgt: “Hoe kan het huidige werkproces van Spie worden verbeterd door het toepassen van een controlsysteem welke aangeeft dat de airfan op zijn einde loopt en door het huidige werkproces te analyseren?”
In het onderzoek zijn verschillende deelvragen beantwoord om tot het uiteindelijke resultaat te komen. De aanpak van het probleem is te vinden in de bijlage 4. Aan de hand van het verslag is ook te zien hoe het werk is uitgevoerd, omdat de volgorde van werken terug te vinden is in de volgorde van de hoofdstukken. De hoofdstukken in dit verslag zijn als volgt:
H2 Situatie: Hierin wordt de vraag beantwoord over hoe de huidige situatie is van de airfans, welke onderdelen de airfan bevat en welke onderdelen van toepassing zijn voor dit verslag.
H3 Invloeden van buitenaf: Hierin wordt de situatie dieper beschreven door niet alleen naar de airfan installatie te kijken. Ook wordt in dit hoofdstuk bepaald of de invloeden van buitenaf worden meegenomen in dit onderzoek.
H4 Kostenoverzicht: Kosten kunnen invloed hebben op de keuze tussen repareren of vervangen. Er is dus bepaald of dit invloed heeft op het controlsysteem.
H5 Bepalen slijtage en kapot gaan motor: In dit hoofdstuk wordt de volgende vraag beantwoord:
welke opties zijn er om de condities van een motor te kunnen bepalen en wat kan er mee bereikt worden?
H6 Snaarspanning: Zoals uit hoofdstuk 2 zal blijken, wordt er gebruik gemaakt van V-snaren voor de koppeling. Hiervoor moet een systeem worden bedacht om aan de opdracht te voldoen. In dit hoofdstuk wordt eerst bepaald welke mogelijkheden er zijn, daarna wordt de voorkeur aangegeven en ook wordt een systeem bedacht om dit toe te kunnen passen in het controlsysteem.
H7 Het controlsysteem: Alle gegevens die in de voorgaande hoofdstukken zijn bepaald en relevant zijn, komen terug in dit hoofdstuk. In dit hoofdstuk is het controlsysteem ontworpen. Er is een Bird Eye View te vinden van de situatie die bedacht is en er is een programma ontworpen die melding geeft van wat er moet gebeuren en wanneer. Dit houdt in wanneer er gemeten moet worden of wanneer er onderhoud gepleegd moet worden. Daarnaast is er een stappenplan te vinden voor het personeel hoe er gewerkt moet worden met het concept. Het controlsysteem is dan af.
H8 Werkproces: Het werkproces van Spie staat hierin beschreven. Dit werkproces is nodig om verbeteringen te kunnen doorvoeren. De verbeteringen komen voort door gebruik van het controlsysteem, maar ook door het analyseren van het werkproces en de situatie bij Spie.
2 Situatie
In dit hoofdstuk is informatie te vinden over het proces waar de airfan in gebruikt wordt en hoe het koelen wordt toegepast. Voor het aansturen van de airfans maakt Dow gebruik van driefase asynchrone draaistroommotoren. Er worden algemene gegevens over de motor verteld. Daarna zal er uitleg zijn over welke onderdelen verder worden behandeld in dit verslag om het kapot gaan van de airfan te voorspellen en waarom voor deze onderdelen is gekozen.
2.1 Proces met airfans
Het proces, waar de airfans in worden gebruikt, is voor het scheiden van twee vloeistoffen. Een schematisch weergave is te vinden in Figuur 2.1: Proces met airfan.
Figuur 2.1: Proces met airfan
Hier volgt een uitleg per onderdeel.
1. Vloeistofscheider: In deze tank worden twee vloeistoffen van elkaar gescheiden. Dit wordt gedaan door opwarming. De vloeistoffen worden verwarmd en doordat de ene vloeistof een ander kookpunt heeft dan de andere vloeistof, zal één van de vloeistoffen eerder gaan verdampen. Met als gevolg dat boven in de tank de damp komt te hangen en onderin de vloeistof die niet verdampt is, achterblijft. Vervolgens wordt de damp richting de luchtkoelerbatterij geleid.
2. luchtkoelerbatterij: In de luchtkoelerbatterij wordt de damp terug omgezet naar vloeistof.
Dit gebeurt doordat er gebruik wordt gemaakt van ribbenbuizen (Figuur 2.2: ribbenbuis) in de luchtkoelerbatterij die boven of onder (afhankelijk van keuze van het ontwerp) de airfan is geplaatst. De ribbenbuizen worden gebruikt om meer oppervlakte te creëren dan buizen zonder ribben waardoor er meer warmte overgedragen wordt.
Figuur 2.2: ribbenbuis
3. Airfan: De airfan trekt of blaast lucht. Dit hangt af van de constructie waarvoor gekozen is.
De airfan bestaat uit een motor die door poulies en v-snaren de rotor van de airfan laat draaien. Hierdoor gaan de airfan bladen draaien en zo wordt voor een luchtstroom gezorgd.
4. Reflux drum: De reflux drum is een opvangbak. De vloeistof die uit de luchtkoelerbatterij komt, wordt hierin opgevangen.
5. Na koeling: De temperatuur van de vloeistof is op dit moment nog te hoog om in een vat op te slaan. Daarom moet de temperatuur naar beneden worden gebracht. Dit wordt in de na koeling gedaan.
6. Opslagtank: Hierin wordt de vloeistof opgeslagen.
Na de reflux drum is er een splitsing te zien. Dit is om een deel van de vloeistof terug te transporteren naar de vloeistofscheider. De vloeistof wordt gecombineerd met de damp. Op deze manier wordt de kwaliteit van de damp verbeterd. In theorie heeft de damp 100 procent de eigenschappen die de damp moet hebben, maar in praktijk zal dit niet het geval zijn. Dit is wel het doel en met de terugkoppeling komen de eigenschappen beter overeen.
2.2 Airfan
Voor het aandrijven van de airfan wordt gebruik gemaakt van een asynchrone driefase motor. De koppeling gaat via poulies waar snaren op liggen gespannen. In Figuur 2.4:airfan zijn de airfanbladen te zien. Met daaronder de poulie waar de snaren op liggen gespannen. In Figuur 2.5:
motor airfan met snaren is de motor met snaren te zien. De airfan zorgt voor het blazen of trekken van lucht, waardoor een luchtstroom ontstaat. Voor het koelen van een proces zijn er meerdere airfans samen nodig. Om aan het gewenste vermogen te voldoen, worden er airfans aan en uit geschakeld. Om het preciezer te regelen is er één airfan waar een frequentiedrive de snelheid van de motor bepaald. Het aan- en uitschakelen van de airfans gaat automatisch. De druk in de airfan wordt gemeten en deze druk wordt vergeleken met een gewenste waarde. Aan de hand van het verschil worden airfans aan of uitgeschakeld. Omdat er altijd controle is, zal er altijd maar één airfan aan of uit gaan. Op het moment dat er bijvoorbeeld één uit wordt gezet, zal de airfan met frequentiedrive naar 100 procent regelen en vanaf daar naar beneden verder regelen.
Het starten van de motoren van de airfans gaat direct-on-line (DOL). Dit betekent dat het starten niet geregeld wordt en dat de voeding de (start)stroom moet kunnen voorzien. Het circuit is te zien in Figuur 2.3: direct online circuit. Het is hierbij belangrijk dat de spanningsdrop niet schadelijk is voor de voeding en dat de mechanische belasting niet nadelig wordt beïnvloed door een hoog startkoppel en acceleratie.
Figuur 2.3: direct online circuit
Aan periodiek onderhoud van de airfans wordt momenteel niets gedaan. Onderhoud wordt pas gepleegd als de airfan kapot is. Ook al wordt er geconstateerd dat bijvoorbeeld een airfan veel lawaai maakt, dan zal daar niets aan gedaan worden.
Figuur 2.4:airfan
Figuur 2.5: motor airfan met snaren
Verder adviseren bedrijven om voor de zomer en de winter de stand van de bladen te veranderen.
Dit heeft te maken met de relatieve vochtigheid van lucht. De hoek van de bladen zal in de winter kleiner zijn dan in de zomer en hiermee wordt de luchtstroom beïnvloed. Dow volgt dit advies niet op en laat de bladen altijd in dezelfde stand staan.
2.3 Driefase asynchrone draaistroommotor.
Het woord driefase zegt het al. Dit is een motor die aangestuurd wordt door een drie fase net. De motor wordt veel gebruikt omdat er weinig onderhoud aan zit en het heeft een compacte constructie.
Dit komt doordat deze motor geen koolborstels en geen commutator heeft.
2.4 Werkingsprincipe.
De asynchrone motor bestaat uit twee delen. Dit zijn de stator en de rotor. De stator is het gedeelte dat stil staat en de rotor zal in bedrijf draaien. De stator bevat wikkelingen; deze worden polen genoemd. Als de wikkelingen worden aangesloten op het driefase net zal er een draaiveld ontstaan.
De rotor zal proberen dit veld te volgen en de motor gaat daardoor draaien. Het draaiveld zal sneller draaien dan de snelheid van de motor. Dit is nodig om een spanning te houden in de geleider die zorgt voor de Lorentzkracht. Als dit niet zo zou zijn, zal er geen kracht zijn om de motor te laten draaien. Het verschil tussen het draaiveld en de snelheid van de motor wordt slip genoemd en wordt uitgedrukt in procenten.
Door het draaiveld lager te maken dan de snelheid van de motor, zal de motor remmen door remkoppel (Lorentzkracht in de motor zal omdraaien). Op deze manier wordt de motor gestopt.
De motoren op Dow moeten zorgen dat de motoren explosieproef zijn. Dit wordt gerealiseerd met de ATEX norm. De airfan motoren waarover het in dit verslag gaat vallen onder zone 1.
2.5 ATEX
ATEX staat voor ATmosphères EXplosibles. Het is een synoniem dat gebruikt wordt voor twee Europese richtlijnen. Zoals de benaming al aangeeft zijn het richtlijnen voor explosiegevaarlijke atmosferische omstandigheden. De eerste richtlijn is ATEX 95 en de tweede is ATEX 137.
ATEX 95
Onder de ATEX 95 vallen zowel elektrische- als niet elektrische- beveiligequipement. Hierin zijn groepen en categorieën opgesteld. Deze zijn gedefinieerd en gerelateerd naar het niveau waarop de groepen en categorieën beveiligd moeten worden. De richtlijn is gebaseerd op essentiële gezondheid en veiligheid vereisten.
Onder de equipement worden machines, apparaten, vaste of verplaatsbare toestellen, besturings-, instrumentatie- en detectie componenten verstaan. Deze equipement zijn instaat, hebben de mogelijkheid, zijn geschikt voor, kunnen overdragen, genereren, opslaan, meten, controleren, besturen en omzetten van energie en / of het verwerken van grondstoffen. Deze zijn instaat om een ontsteking te produceren door middel van hun eigen potentiaal hoeveelheid.
Er zijn twee groepen. De ene groep is voor de mijnbouw en de tweede is voor algemene industrie.
De groep van algemene industrie bestaat uit drie categorieën.
1. Erge hoge vorm van beveiliging 2. Hoge vorm van beveiliging 3. Normale vorm van beveiliging ATEX 137
ATEX 137 is voor het stimuleren van de veiligheid en gezondheid van de arbeiders op de werklocatie. In deze richtlijn komen het verbeteren van het werkmilieu van de arbeiders en de werkconditie door het versterken van informatie en training aan arbeiders aan de orde.
De werkgever wordt verplicht een inventarisatie te doen die gaat over explosie gevaren en deze te omschrijven in een gevaren- en risico beschrijving. Hierin moet vermeld worden welke maatregelen er genomen zijn om het explosiegevaar in zijn geheel zo laag mogelijk te maken totdat het aanvaardbaar is.
Een aantal maatregelen die genomen moeten worden om aan de ATEX 137 te voldoen zijn:
Werkorder systeem voor potentieel gevaarlijke werkzaamheden.
Het trainen van arbeiders met betrekking op explosie preventie.
Een procedure voor nood evacuatie.
Een onderhoudsplanning en onderhoudsproces.
Als een persoon een gebied binnentreedt waar de ATEX richtlijn geldt, moet deze persoon zich er bewust van worden gemaakt. Dit wordt gedaan met het symbool dat te vinden is in Figuur 2.6:
ATEX 137 symbool.
Figuur 2.6: ATEX 137 symbool
Een onderdeel van ATEX 137 is het uitvoeren van een risico-inventarisatie. Hierin moet de gevarenzone van het explosiegevaarlijke gebied worden vastgesteld. Er zijn meerdere zones.
Zone 0: Een explosief gasmengsel steeds of voor een lange periode aanwezig. Dit houdt in meer dan 1000 uur per jaar.
Zone 1: De kans op explosief gasmengsel is onder normaal bedrijf is groot. Dit houdt in dat het mengsel tussen de 10 en 1000 uur per jaar aanwezig is.
Zone 2: De kans op explosief gasmengsel is gering en gedurende korte tijd mogelijk aanwezig. Dit houdt in dat het minder is dan 10 uur per jaar.
Zone 20: Er is een explosiegevaarlijke stofwolk continue of voor een lange periode aanwezig. Dit is meer dan 1000 uur per jaar.
Zone 21: De kans dat er een explosiegevaarlijke stofwolk onder normaal bedrijf aanwezig is, is groot. Dit houdt in dat er per jaar 10 tot 1000 uur een explosiegevaarlijke stofwolk aanwezig is.
Zone 22: De kans dat een explosiegevaarlijke stofwolk aanwezig is, is gering en voor een korte tijd. Dit houdt in dat een dergelijke stofwolk minder dan 10 uur per jaar aanwezig is.
De apparatuur en beveiligingssystemen moeten worden gekozen aan de hand van de zone. Voor zone 0 en 20 geldt dat er minimaal categorie 1 van bescherming moet worden gebruikt. Voor zone 1 en 21 geldt dat er minimaal categorie 1 of 2 moet worden gebruikt en voor zone 2 en 22 geldt dat er minimaal categorie 1, 2 of 3 gebruikt moet worden.
Waar de categorieën voor staan, is terug te vinden bij ATEX 95. Op de equipement moet aangegeven worden dat deze explosieveilig is en waartegen deze beschermd is.
2.5.1 ATEX bij airfans
De airfans bevinden zich, op Dow, in zone 1. Dit houdt in dat machines gebruikt mogen worden uit de categorie 1 en 2. Dit betekent dat er gebruik gemaakt moet worden van hoge en erg hoge vorm van beveiliging. Het kan zijn dat bijvoorbeeld de motor een drukvast omhulsel moet krijgen of thermisch beveilig moet worden. Toch is dit geen probleem voor het bepalen van de conditie van de motor. Het bepalen gaat aan de hand van de metingen. Aangezien het om een motor gaat (waarschijnlijk extra beveiligd), is er nog altijd de mogelijkheid om de conditie van de motor te bepalen. Aangezien dat ATEX geen invloed heeft op het meten en daarom ook niet op het controlsysteem zal dit buiten beschouwing worden gelaten voor de rest van dit advies.
2.6 Aanpakken onderdelen
Een motor kan om verschillende redenen kapot gaan. Een voorbeeld kan waterschade zijn. Alleen het voorspellen wanneer een motor waterschade gaat hebben, is geen standaard probleem. Dit kan dan ook zeer lastig voorspeld worden.
Spie doet onderhoud aan de motor en de koppeling (snaren en poulies) van de airfan installatie. De ventilatiebladen worden niet door Spie onderhouden. Dit zal dus niet terug te vinden zijn in dit verslag.
Er zijn wel een aantal onderdelen die regelmatig moeten worden vervangen of gerepareerd moeten worden. Dit komt vooral door de draaiuren die de airfan moet maken. De onderdelen die vaak vervangen moeten worden en die daarom door het controlesysteem moeten worden gecontroleerd, zijn:
Poulies Motor V-snaren
3 Invloeden op airfan installatie van buitenaf
Voor het bepalen van de parameters van de motor moeten de invloeden van buitenaf bepaald worden. Dit kan op verschillende manieren gebeuren. In dit hoofdstuk worden oude gegevens geanalyseerd en er wordt een analyse van de invloeden, van buitenaf, op de parameters gedaan.
Dit kunnen gegevens zijn die door de oude gegevens niet bekend waren.
3.1 Analyseren oude gegevens
Met het analyseren van de oude gegevens kan er bekeken worden wanneer er een onderdeel is geplaatst, onderhouden en vervangen. Aangezien er op Dow veel airfan installaties zijn, is ervoor gekozen om één koelerbank te analyseren (meerder airfans bij elkaar). De manier van aanpak zal ook uitgelegd worden zodat Spie de mogelijkheid heeft deze aanpak verder te gaan gebruiken. Bij het analyseren moet van de ideale situatie worden uitgegaan. Zo is er vanuit gegaan dat de gegevens goed zijn bijgewerkt en bijgehouden en dat de airfans evenveel gedraaid hebben.
Met deze analyse moet de motor, de plaats en de reparaties en/of vervangingen worden onderzocht. De motor moet van hetzelfde type zijn. Spanning, stroom, vermogen en cos φ moeten dezelfde waarde hebben als de motor waarmee vergeleken wordt. Doordat de airfans op één koelerbank zitten, zou er gezegd kunnen worden dat de plaats er niets toe doet, maar dit doet het wel. Zo kan het zijn dat één airfan installatie aan de buitenkant zit en deze bijvoorbeeld meer wind opvangt dan een andere airfan installatie. Door het analyseren van de reparaties en vervangingen kan de verstrekte tijd tussen twee onderhoudsbeurten worden bepaald. Vervolgens moeten er conclusies worden getrokken bij dezelfde type motoren. In Tabel 3.1: analyse oude gegevens zijn de overgebleven airfans naast elkaar gezet. De tabel met alle airfans is te vinden in bijlage 1. De airfan installatie met “onderhoud na (dagen)” in het groen zijn de installatie die met elkaar vergeleken zijn. Dit houdt dus in dat B, D, E, K, N, P en Q met elkaar vergeleken zijn. Deze zijn op dezelfde datum geïnstalleerd, hebben dezelfde v-snaren en dezelfde motor gegevens.
Tabel 3.1: analyse oude gegevens
ECM182B ECM182D ECM182E ECM182K ECM182N ECM182P ECM182Q
onderhoud aan:
onderhoud na (dagen)
onderhoud na (dagen)
onderhoud na (dagen)
onderhoud na (dagen)
onderhoud na (dagen)
onderhoud na (dagen)
onderhoud na (dagen)
v-snaar: 2089 2090 4550 2098 2099 2101 2102
3578 2460 873 3025 3287 3319 2448
#WAARDE! / #WAARDE! #WAARDE! #WAARDE! #WAARDE! /
771
poulie: 2089 2090 4550 2098 2099 2101 2102
3578 2460 #WAARDE! 3025 3287 3319 2448
832
lagers: 2098 2366 2317 2102
onderdeel minimaal maximaal gemiddeld
V-snaar 873 4550 2580
Poulie 832 4550 2577
Lager 2098 2366 2221
Uit de overgebleven waardes is af te lezen dat de snaren en poulies gemiddeld iets langer mee gaan dan 2500 dagen. Waarbij de meeste onderhoud acties na 2000 dagen of langer is uitgevoerd.
Het zou mogelijk kunnen zijn om deze waardes te gebruiken voor het controlsysteem. Aangezien dit over twee waardes gaat per airfan installatie is het nog niet heel betrouwbaar. Uit nieuwe gegevens in de toekomst moet blijken of dit betrouwbaar is. De waardes moeten daarom bijgehouden worden en aangepast kunnen worden. Voor de lager van deze airfans geldt in dit opzicht hetzelfde aantal
dagen als voor de snaren en poulies. Ook hiervoor geldt dat de waarde mogelijk gebruikt kan worden voor het controlsysteem en dat het aantal dagen in de toekomst gewijzigd kunnen worden.
Uit de tabel is af te lezen dat de poulie en v-snaar tegelijkertijd zijn vervangen. Dit wordt gedaan omdat het niet de bedoeling is om twee keer kort achter elkaar onderhoud te moeten plegen. Dus mocht uit gegevens blijken dat de snaren moeten worden vervangen, kan er ook direct onderhoud worden gepleegd aan de poulie en andersom geldt dit ook.
Verder lijkt de positie van een airfan installatie geen probleem te zijn. Dit wordt verder onderzocht en beschreven in 3.2 Invloeden buitenaf op parameters.
3.2 Invloeden buitenaf op parameters
Bij het meten van de parameters moet rekening worden gehouden met mogelijke invloeden op het systeem. Het systeem wordt beïnvloed door belasting, product- en weersomstandigheden. De belasting van de airfan is het verzorgen van een luchtstroom in de airfan.
Product (doel)
Het product van de airfan installatie is luchtstroom. De lucht komt vanuit of gaat in de airfan en de te verwerken hoeveelheid lucht hangt af van hoeveel er geproduceerd wordt of nodig is. De hoeveelheid warmte die verwerkt kan worden op een bepaalde tijd, kan geregeld worden door de airfan bladen onder bepaalde hoeken te zetten, dit wordt eenmalig gedaan.
Belasting
Doordat de belasting (airfan) een gevarieerd vermogen vraagt, moet dit geleverd worden. Dit heeft invloed op de draaiuren van de motor.
Weersomstandigheden
De weersomstandigheden kunnen invloed hebben op de airfan installatie. Alleen al bij het voorstellen dat de airfan wind opvangt met verschillende windsnelheden, kan bedacht worden dat, het gevraagde vermogen verandert. Ook de relatieve vochtigheid heeft invloed op het gevraagde vermogen. De luchtvochtigheid in de winter is lager dan in de zomer. Dit zorgt ervoor dat de motoren in de winter moeilijker gaan draaien dan in de zomer. Dit is te zien in Figuur 3.1:
Stroommetingen. Hierin is te zien dat de gemiddelde stroom boven de 30A ligt in het begin van de meting. Drie maanden later is de temperatuur omhoog gegaan en de stroom ligt gemiddeld onder de 30A.
Invloeden op luchtdoorstroming
In de lucht zit stof. De stof gaat ook door de airfan. Door de constructie van ribbenbuizen blijft er stof achter op de buizen. Dit zorgt ervoor dat de doorstroming van lucht slechter wordt. Over een lange periode kan dit zorgen voor veel weerstand voor de luchtdoorstroming. Door de airfans schoon te maken, kan dit probleem worden tegengehouden.
Doordat de invloeden van buitenaf vaak invloed hebben op het gevraagde vermogen is er gekozen voor het analyseren van stroommetingen. In Figuur 3.1: Stroommetingen zijn de resultaten van een stroommeting te vinden die Dow uitgevoerd heeft op airfans. Dit zijn allemaal dezelfde airfan constructies (zelfde motor, snaren, poulies, airfanbladen end.). Het gaat om een periode van drie maanden. Door goed naar de lijnen te kijken, is te zien dat de stroom zakt. De metingen zijn gedaan in de periode van februari tot eind april. Het wordt dus warmer. Verder blijkt dat de airfans soms uitgaan. Dit zijn de momenten dat de lijnen naar nul gaan. Dit zijn korte periodes. Opstartprocedures voor lang stilstaan heeft Dow daarom ook niet. Verder blijkt dat de stroom heel veel kan variëren in waarde en hieruit zijn moeilijk analyses te halen.
De invloeden van buitenaf zullen verder buiten beschouwing worden gelaten.
Weersomstandigheden en luchtdoorstroming zijn situatie waar niets aan kan gedaan worden (het is er en het heeft invloed op het systeem) en doordat een lange periode ongeveer dezelfde trend zal
hebben als een andere periode met dezelfde lengte zal er weinig verschil zijn voor het bepalen van trends.
Verder heeft de vraag naar product invloed op de draaiuren. Aangezien Dow geen gegevens heeft over de uren dat de airfans draait, zal dit voor het controlsysteem wel bijgehouden moeten worden.
Dit is een taak voor Dow om dit te realiseren.
Figuur 3.1: Stroommetingen
3.3 Trillingen op de installatie
Trillingen die ontstaan buiten het systeem zullen geen invloed hebben op dit systeem. De motor moet worden geplaatst op een trillingsloze plaats. De roterende delen van de airfan installatie zorgen voor trillingen op de installatie. De trillingen die niet worden veroorzaakt door de installatie zullen minimaal zijn en daarom worden verwaarloosd.
4 Kostenoverzicht
Vertrouwelijke informatie.
4.1 Invloed kosten op controlsysteem
Vertrouwelijke informatie.
5 Bepalen slijtage en kapot gaan motor
In dit hoofdstuk wordt uitleg gegeven over hoe het slijten en kapot gaan van de motor bepaald kan worden. Hiervoor worden de parameters, de apparatuur die deze parameters kunnen meten (met algemene uitleg over het werken met de apparaten) en methodes om de motorgegevens te analyseren weergegeven.
5.1 Parameters motor
Er zijn een aantal parameters waarmee de status van de motor kan worden bepaald. Voor onderzoek zijn er methodes bedacht die indicaties kunnen geven van de motor.
De eerste parameter is de trilling van de motor. Deze kan worden gemeten en door dit te analyseren is er een grote kans het probleem te vinden. Dit is omdat veel storingen hun eigen soort trilling hebben en dit geanalyseerd kan worden.
De tweede parameter is het stroomverbruik. Hiermee kan de ernst van beschadigde of gebroken rotorstaven worden bepaald. Het stroomverbruik hangt af van de situatie. Dit ligt aan het gevraagde vermogen, maar ook de omstandigheden die invloed hebben op de installatie.
De derde parameter is infraroodstraling (thermografische meting). Elk object zendt infraroodstraling uit. Dit kan zichtbaar worden gemaakt. Hiermee kan wrijving in de lagers gedetecteerd worden en de elektrische componenten kunnen worden gecontroleerd. Het is dus handig om de motoren te controleren.
De vierde parameter is geluid in decibel (dB). Deze heeft veel gemeen met het meten van trillingen en maakt gebruik van ultrasound geluidgolven.
De laatste manier om de conditie van de motor te bepalen is door het analyseren van olie, wat als smeermiddel wordt gebruikt.
Bij olie analyse wordt er onderzoek gedaan naar de status van olie. Olie is in goede staat als het helder is. Als het wazig wordt, kan dit duiden op water, was of koelmiddel of op een incompatibel smeermiddel. Voor verder analyses moet er een monster worden genomen en dit moet op een lab worden onderzocht. Hierbij wordt onderzocht wat voor materialen er aanwezig zijn en wat de oorzaak hiervan kan zijn. Er moet worden bijgehouden bij wat voor machine het onderzoek wordt gedaan en van welk onderdeel. Zo kan er een olie rapport worden opgesteld en een beeld worden gecreëerd van wat het probleem kan zijn.
Door vervolgens de trends te bepalen, is het mogelijk om hieruit conclusies te trekken en de olie analyse te verbeteren.
Bij het nemen van monsters moet ervoor gezorgd worden dat het op een vaste plaats en op een regelmatig tijdstip gebeurt. Dit zorgt voor een betrouwbaar resultaat.
Het uitvoeren van olie analyses zal bij airfan installaties moeilijk zijn. Hiervoor zal de installatie stil moeten worden gelegd en moet deze deels uit elkaar worden gehaald om bij de olie te kunnen. Om deze reden zal deze analyse techniek niet verder worden onderzocht.
5.2 Meetapparatuur
Trillingsmetingen
De Fluke 810 is gemaakt om diagnoses te stellen over onbalans, loszitten, verkeerde uitlijning en lagerproblemen en is ook bedoeld voor het analyseren van motoren, ventilatoren en riem- kettingaandrijvingen. Dit is waar dit project over gaat en in combinatie met de kwaliteit die dit apparaat levert, wordt de Fluke 810 aangeraden. De kosten van dit apparaat zijn €8235,- en het is te verkrijgen bij distributies van Fluke. Voor het meten van trillingen zijn er trillingsmeters. Voor het meten moeten er trillingsopnemers worden geplaatst op of in de buurt van de lagers van de motor.
De trillingsmetingen kunnen worden uitgevoerd door spectrumanalyse (frequentiedomein) en het gemeten signaal zelf (tijdsdomein). De trillingsmeter zal machine paramaters opvragen. Deze parameters zijn type motor (AC of DC), variabele frequentie (in geval AC motor dus ook voor de airfan installaties), rotatiesnelheid (RPM), nominaal vermogen, horizon of verticaal geplaatste motor, het type lagers en is de motor vrijstaand. Als de motor niet vrijstaand is zal er gevraagd worden waaraan de motor gekoppeld is en hoe. Daarna kan er op “measure” worden gedrukt om te meten.
Om conclusies te trekken die de waarheid boven water halen, moet er veel kennis zijn opgedaan om de spectrums en grafieken te kunnen lezen. Hiervoor zijn opleidingen die gevolgd kunnen worden.
Er zijn twee niveaus en de totale kosten bedragen €5400,-. Voor niveau één wordt €2400,- betaald.
Als niveau twee ook behaald moet worden, moet er €3000,- betaald worden.
De trillingsmetingen kunnen voor verschillende situaties worden gebruikt. Zo kan het voor één maal gebruikt worden, om de condities te bepalen, bij het bepalen van een probleem welke dan aanwezig is en het periodiek bewaken, zodat de machine in een zo goed mogelijke conditie verkeert.
Een voordeel van dit apparaat is dat er een cd is toegevoegd. Deze bevat een programma voor de computer waarin de trillingsanalyse kan worden uitgevoerd en ook de infrarood foto kan worden toegevoegd.
Andere mogelijke meters zijn (deze zijn vergeleken met de Fluke 810, maar zijn niet gekozen):
Svan 956: Het meten wordt op dezelfde manier uitgevoerd. Kan machineconditie bewaking uitvoeren, maar is hier niet specifiek op gericht. Kan ook gebruikt worden voor algemene trillingen. Kosten voor dit apparaat zijn €3140,-. Voor het analyseren zal in dit geval nog een programma moeten worden aangeschaft.
VibChecker: is een simpele trillingsmeter die minder functies heeft. Heeft één sensor die tegen het object (motor) worden aangedrukt. Er zal dan een stuk kwaliteit worden ingeleverd, maar de prijs is aantrekkelijker, namelijk €995,-.
Trillingsmetingen kunnen ook continu worden uitgevoerd. Dit wordt gedaan door proximity sensoren (contactloos) op de motor, op de lagers te plaatsen. Deze staan 90° uit elkaar en 45° vanuit de top.
Het meten wordt ten opzichte van de as gedaan. Met de gebruikte sensoren kan het toerental ook bepaald worden. Door het aantal tanden, het tellen van de tanden die voorbij komen en het opmeten van de tijd kan het toerental worden bepaald.
Verder is er nog een sensor die meet onder wat voor hoek de motor op een bepaald moment zit. Er is een kuil gemaakt in de rotor. Dit is 0°. Een sensor staat gericht op de lager en als de kuil voorbij komt is het 0°.
Er zijn twee verschillende continu metingen. Er is een simpele (huisbewaking) en een complexe. Bij de simpele worden de trillingen in de gaten gehouden. Als er op een bepaald moment te veel wordt afgeweken van deze trillingen zal er een signaal worden gegeven. Dit signaal geeft aan dat het systeem te veel gaat trillen. Een medewerker zal moeten reageren en ter plekke metingen gaan doen en uitzoeken wat de oorzaak is. Deze meting wordt gebruikt voor veiligheid.
Het complexe systeem zorgt voor veel meer informatie dan alleen een melding. In dit systeem worden alle gemeten gegevens naar een computer gestuurd en kunnen de gegevens direct worden geanalyseerd. In het programma waarin de analyses uitgevoerd worden, zijn grafieken gemaakt. De tijd dat een nieuw punt wordt vastgelegd, hangt af van de trillingen. Als er geen of minimale veranderingen zijn, zullen er geen nieuwe punten worden getekend in de grafiek. Als de waardes veranderen, wordt het punt vanzelf getekend. De maximale en minimale verandering, zonder dat er een nieuw punt wordt getekend in de grafiek, kunnen worden ingesteld. Verder kan de analist ook nog aangeven wanneer er een persoonlijke melding komt naar de computer. De enige die het dan ziet, is de analist zelf. Dit kan dus in een heel vroeg stadium zijn. Mocht er dan een melding zijn, kan de waarde nog een keer verlegd worden en zo kan de trend van de installatie worden bijgehouden.
Door het gebruik van dit complexe systeem is het mogelijk om machines die een hoge efficiëntie moeten halen continue te voorzien van controle en er kan dan direct worden ingegrepen. Bij deze techniek zal er bepaald moeten worden hoeveel airfans er onder controle moeten blijven. Aan de hand van dit in combinatie met hoeveel plekken er gecontroleerd moeten worden op één installatie kunnen de kosten bepaald worden.
Het meten van trillingen van een machine moet op een aantal plaatsen worden gedaan om een totaal beeld te krijgen. Zo moet er vanaf een punt, 45 graden links en recht gemeten worden. Dit wordt op de koppen van de motor gedaan. Daarnaast moet er nog een axiale meting (loodrecht op de lengterichting van de as) worden uitgevoerd. In Figuur 5.1: meetpunten motor wordt aangewezen waar de meetpunten zijn.
Figuur 5.1: meetpunten motor
Een aantal eisen aan het meten zijn.
Zo dicht mogelijk bij de lagers de trillingen meten.
Zorg ervoor dat er niet gemeten wordt boven holtes of op een dunne plaat. Dit kan zorgen voor vervorming van het signaal.
Voer op de hierboven aangegeven punten metingen uit. Dit kan een duidelijker beeld geven wat de oorzaak is van de trillingen.
Markeer de punten waar er gemeten is. Zo kan voor de volgende meting op dezelfde plaats worden gemeten.
Stroommeting
Door stroommetingen te doen, kunnen er trends worden bepaald die betrekking hebben op de gevraagde stroom. Hierbij moet er rekening worden gehouden met de windsnelheid en de windrichting. Dit is van belang omdat de airfans wind kunnen opvangen en dus meer of minder stroom gaan vragen.
Het meten van de stroom kan worden gedaan met een ampèretang. Deze moet om één van de drie fasen van de motor worden geplaatst.
Thermografische meting
Het meten van de temperatuur zorgt ervoor dat de warmteverschillen worden getoond. Hierbij kan bijvoorbeeld geconcludeerd worden dat er een elektrische aansluiting niet goed is aangesloten of dat de lagers te warm worden door wrijving. Een voorbeeld hiervan is te vinden in Figuur 5.2:
thermografische foto.
Figuur 5.2: thermografische foto
Toepassingen kunnen zijn oververhitting van de motor, slijtage in lagers, onbalans in v-snaren, contact tussen rotor en afscherming en een slecht contact bij elektrische aansluitingen van de motor. Van de hiervoor genoemde problemen kunnen foto’s worden gemaakt.
Voor het meten van de temperaturen is er een meter. Het werkprincipe is, van verschillende types, hetzelfde. Onzichtbare stralen (infraroodstraling) worden door een camera gefotografeerd. Het beeld wordt weergegeven op het apparaat zelf. Aangezien er weinig verschillen tussen de apparaten zit en de kosten bepaald worden door de mogelijkheden die het apparaat bevat is hier een overzicht gegeven van een aantal thermografische meters. De Fluke TI32 is de duurste, maar is gericht op het werk in fabrieken en wordt in dit verslag aanbevolen.
Fluke TI32: €8495,- getest op vallen op twee meter hoogte.
Fluke TI9:€2995,-
Nieaf-Smitt NI IR 6010: €3285,-
Ook voor het professioneel aflezen van een thermografische foto is er een opleiding elektrische thermografie. Hierbij wordt geleerd hoe de foto geanalyseerd moet worden en welke inspecties er uit gevoerd kunnen worden. De kosten van deze cursus zijn €625,-.
Het voordeel van deze meting is dat het contactloos kan worden uitgevoerd. Zo kunnen moeilijk bereikbare plekken en spanningsvoerende objecten toch gemeten en geanalyseerd worden.
Geluidsmeting
Door het meten van geluidstrillingen kunnen vroegtijdig lagerschade en smeerproblemen worden gedetecteerd. Een smeerprobleem kan zijn dat er te weinig of te veel olie gesmeerd wordt.
Voor geluidsmetingen worden ultrasound geluidgolven gemeten. Ultrasound is een korte geluidsgolf met een hoge frequentie. Door deze eigenschappen is het mogelijk om alleen de geluiden te meten die er gemeten moeten worden. Achtergrondgeluiden kunnen er dus worden uitgefilterd.
Er zijn twee soorten meters. Analoge en digitale meters. De analoge meters meten het geluid op en
“luisteren” naar de kwaliteit van het geluid. De digitale doet dit ook, maar heeft als optie om geluid en data analyses uit te voeren. In dit geval zal de digitale meter gebruikt moeten worden om trends te kunnen bepalen.
Schade kan bepaald worden aan de hand van het aantal decibel (dB) die gemeten worden. Zo is er een basis waarde als er geen schade is. Als er 8dB boven de basiswaarde wordt gemeten zal dit wijzen op smeerproblemen. Vanaf 12dB boven de basiswaarde wordt lagerschade gedetecteerd. Dit is het begin van lagerschade. Als de waarde omhoog gaat, zal lagerschade erger zijn. Tussen de 35 en 50dB boven de basiswaarde geeft aan dat de lagers ernstig beschadigd zijn.
Mogelijke meters voor het meten van geluid zijn:
Ultraprobe 10.000
SDT ultrasone geluidsmeter
De SDT ultrasone geluidsmeter is een digitale meter, maar heeft geen optie om spectrums af te lezen. Daarom is het advies om voor geluidsmetingen de Ultraprobe 10.000 te gebruiken. Deze meter heeft een spectra analyse software waarmee analyses kunnen worden uitgevoerd. De Ultraprobe 10.000 kost $13995 (ongeveer € 9700,-). Ook in dit geval is er een cursus waarvoor
€3605,- betaald moet worden.
Bij het meten is het de bedoeling dat er begonnen wordt met maximale gevoeligheid. Als de meting is uitgevoerd, moet er gezocht worden naar het luidste punt. Als het geluidniveau stijgt, is het moeilijk om te volgen. Door de gevoeligheid te verlagen, is het mogelijk om het geluid weer duidelijk op het beeld te krijgen en zo is het signaal weer te volgen.
Voordelen van het gebruik van geluidsmetingen is dat lagerschade en smeerproblemen eerder kunnen worden gedetecteerd dan bij andere meettechnieken. Het nadeel is dat het heel specifiek is en andere meettechnieken kunnen deze techniek vervangen. Naast deze techniek moeten er dan nog andere technieken worden toegepast om een totaal analyse te kunnen uitvoeren.
5.3 Methode problemenanalyse
Er zijn meerder analyses die kunnen worden uitgevoerd om het probleem op te sporen. Het is logisch dat het gebruiken van meerdere analyses een beter beeld zal geven van het probleem en van wat de oorzaak is.
Verschillende analyses die gedaan kunnen worden zijn:
Spectrumanalyse en signaalanalyse Machine condities bepalen (trendanalyse) Transiëntmeting
Trackingsanalyse Excitatiemetingen
ODS-metingen (Operational Deflection Shape) Fundatie-/resonantieonderzoek
Stroomonderzoek Thermografie
Lagerschade-analyse
Van Transiëntmeting tot Lagerschade-analyse wordt Trouble shooting genoemd. Het probleem is hierbij al aanwezig. Het probleem heeft dus niet voorkomen kunnen worden en op deze manier kan de oorzaak van de storing achterhaald worden. Deze technieken worden dus ook niet gebruikt voor het controlsysteem, maar worden wel uitgelegd als extra informatie voor het geval er wel een probleem ontstaat.
De keuze welke techniek gebruikt wordt, hangt sterk af van de omschrijving van de storing. De omschrijving wordt erbij gepakt en er wordt bekeken welke techniek de bron zou kunnen detecteren.
Daarnaast kan de meettechniek ook worden bepaald door de standaard uitgevoerde trillingsmetingen te bekijken. De mogelijkheid bestaat dat er voor één storing meerdere meettechnieken nodig zijn om de bron te vinden.
Hieronder worden de verschillende technieken uitgelegd. Voor thermografie is de informatie terug te vinden in hoofdstuk 5.2 Meetapparatuur. De stroommeting die hier te vinden is, is een andere metingen dan het stroomonderzoek. Het stroomonderzoek wordt hieronder uitgelegd.
Spectrumanalyse en signaalanalyse
Zoals al eerder in dit hoofdstuk is aangegeven, moeten de gegevens van de trillingsmetingen, die in een spectrum en grafieken staan, geanalyseerd worden en hiervoor is een opleiding voor nodig.
Mogelijke fouten die achterhaald kunnen worden door het spectrum en de grafieken te kunnen lezen zijn onbalans, lagerbeschadigingen, tandwielbeschadigingen, uitlijnfouten, spelingen, losheid, resonantie, riemproblemen en elektrische problemen. Doordat het mogelijk is om zo veel verschillende problemen te vinden, is dit één van de meest doeltreffende manieren om problemen op te lossen bij roterende machines.
Een aantal problemen die geconstateerd worden door trillingsmetingen zijn:
Trillingen met een frequentie boven dat van het toerental (trillingen door rotatie) geeft aan dat er uitlijnproblemen zijn.
Als er pieken zijn in het spectrum zal er lagerschade zijn. De piek is de plaats waar de schade het meetpunt passeert. Ten opzichte van het nul punt (dat aangeduid wordt met een gleuf) kan de exacte positie worden bepaald.
Trillingen die hoger zijn als 100 Hz zullen ontstaan door elektrische problemen.
Machine condities bepalen (Trendanalyse)
Bij deze manier van analyseren worden er periodiek metingen uitgevoerd waarbij de toestand van de machine wordt bijgehouden. Door de condities van de machine periodiek bij te houden, kan slijtage vroegtijdig worden gedetecteerd en het verloop van de slijtage kan daarna worden bijgehouden. Door deze gegevens kan er gericht en gepland onderhoud worden gepleegd. Van deze manier van meten mag niet alleen uitgegaan worden, omdat de totaal waarden bij een
lagerbeschadiging niet of nauwelijks zullen veranderen. De trend wordt bepaald door de totaal waarden. Daarom moeten, bij machine condities bepaling, de trends worden geanalyseerd. De periode die ligt tussen de metingen is niet direct een bepaalde tijd. Er zijn een aantal factoren die hierbij een rol spelen. Denk hierbij aan belasting, draaiuren, vervuiling en hoe belangrijk het is dat de motor door schade niet uitvalt.
Vanaf hier worden in de rest van dit deelhoofdstuk de technieken uitgelegd die gebruikt kunnen worden om de bron van een storing op te sporen. Dit is extra informatie en zal niet worden toegepast in het controlesysteem.
Transiëntmeting
Bij transiëntmetingen wordt er een trillingssignaal met een hoge frequentie gemeten. Bij een bepaalde schade hoort een bepaalde frequentie. Elke schade heeft zijn eigen frequentie. Door deze frequenties te analyseren, kan er aangegeven worden wanneer welke verandering plaats vindt. De meting wordt uitgevoerd bij trillingsniveaus die niet constant zijn. Zo wordt het gedaan bij het opstarten, opvoeren en tijdens het doorverwarmen van een machine om te bepalen of er direct al fouten aanwezig zijn. Ook wordt dit gedaan bij variaties van de temperatuur, belasting en producten.
Trackingsanalyse
Bij deze manier van analyseren worden gefilterde onbalans trillingen en een fase referentie, voor vergelijking, gemeten. Dit wordt bij het opstarten of uitlopen van de motor gedaan om het werkgebied geheel te bestrijken. Zo kunnen er verschillende niveaus worden bepaald van de onbalans. Met deze analyse techniek kunnen ook resonantie- en fundatieproblemen voorkomen worden. Hierbij wordt er bekeken wat het trillingsniveau doet bij verschillende toerentallen en of er enige eigenfrequentie het trillingsniveau versterkt. Door deze techniek kan er rekening worden gehouden met de kritische gebieden en deze zo veel mogelijk te ontwijken.
Excitatiemetingen
Voor deze meting moet de machine stil worden gezet. Met een excitatiehamer wordt de machine aangeslagen en de trilling kunnen dan weer worden gemeten met de trillingsmeter. Hieruit kan weer een spectrum en signaalgrafieken worden gehaald. Hieruit kunnen de eigenfrequenties, versterkingsfactoren en faseverschuivingen worden gehaald. Met deze meting kan er bekeken worden hoe gevoelig de opstelling is voor trillingen.
ODS-metingen
Met ODS analyse wordt de machine nagebouwd in een driedimensionale animatie. Hierbij worden de trillingen zichtbaar gemaakt. Als er trillingsproblemen zijn, kunnen er zwakke plekken zijn. Deze komen in de animatie naar voor. Als deze bekend zijn, is het mogelijk het probleem op te lossen.
Fundatie-/resonantie onderzoek
Met deze analyse wordt er bepaald of er fouten zijn gemaakt in het ontwerpen of aanpassen van de constructie of toerental. Hierdoor kunnen resonantieproblemen ontstaan. Als er geen problemen zijn, dan vallen de resonantie- en eigenfrequenties niet samen. Dit onderzoek wordt ook gedaan aan de hand van trillingen en het bepalen van kritische frequenties.
Stroomonderzoek
Voor eens stroommeting is een aanvulling op trillingsmetingen. Er wordt eerst een trillingsmeting uitgevoerd waar een trillingsspectrum uitkomt met een hoge resolutie. Dit is een probleem en in dit geval is het lastig te bepalen hoe ernstig het probleem is. Door een stroomonderzoek uit te voeren, kan de ernst bepaald worden. Doordat er schade is, zal het koppel van de motor lager zijn.
Waardoor de opgenomen stroom ook zal afnemen. De stator stroom is hierdoor gemoduleerd met de slipfrequentie. Ook zal het tijdsignaal van de opgenomen stroom ((zuivere) sinus bij 50Hz) van de drie fases worden opgenomen. Dit zal ook een modulatie hebben met twee maal de slipfrequentie.
De elektrische stroom wordt door één fase gemeten met een stroomtang en met dezelfde stroomtang wordt deze omgezet naar een spanningssignaal. Door het spectrum te analyseren, zal de werkelijke mate van het probleem worden achterhaald.
Lagerschade-analyse
Als een lager sneller uitvalt, geeft dat aan dat de lager zich niet in een optimale situatie bevindt. In dit geval is er een reden om een onderzoek te doen naar wat de reden is dat de lagers sneller uitvallen. Een aantal redenen zijn ontwerpfouten, hogere toerentallen, hogere belasting, montagefouten en onjuist gebruik.
5.4 Toestand motor
Om de motor te analyseren, is het de bedoeling dat het zo min mogelijk invloed heeft op het proces.
Als er bij een controle de motor kan blijven draaien, zal dit de voorkeur hebben. In de bovenstaande analysetechnieken kunnen de meeste metingen worden gedaan bij een draaiend systeem. Veel analysetechnieken maken gebruik van de trilling van de motor en hiervoor moet de motor draaien.
Er is, zoals aangegeven, één techniek waarbij de motor stil moet staan om de meting te kunnen verrichten. Dit is bij de excitatiemetingen waar de werknemer zelf de trilling moet veroorzaken met een excitatiehamer.
5.5 Project analysetechnieken
Voor dit project moet er een systeem worden bedacht dat het kapot gaan of verslijten van de installatie kan voorspellen. Zoals aangeven is er bij Trouble Shooting een probleem met de installatie. Doordat dit geen invloed heeft op het te ontwerpen systeem zal hierover verder geen informatie worden verstrekt. Als het systeem wordt toegepast, is het een advies om deze analysetechnieken verder te onderzoek en te gebruiken om de oorzaak van het probleem vast te stellen.
Voor het te ontwerpen systeem zal er gebruik worden gemaakt van een trillingsmeting, een thermografische meting en een stroommeting.
