Kenttätasapainotus

Kenttätasapainotus on vaikeampaa kuin tasapainotuskoneen käyttö, mutta paikan päällä tehty tasapainotus tuottaa lähes aina paremman toimintatilan /47/. Tietyissä tapauksissa roottori on mahdollista tasapainottaa sen pyöriessä omalla käyttövoimallaan omassa laiterungossaan. Esimerkkinä tällaisista kohteista voi mainita erilaiset tuulettimet ja puhaltimet. Täysin suljetut ja vaarallisessa ympäristössä sijaitsevat koneistot (esim. tietyt pumput, turbiinit, vaihteet, kompressorit) puolestaan eivät sovellu tasapainotettavaksi omassa laiterungossaan.

Kenttätasapainotuksen vahvuudet ja heikkoudet

Kenttätasapainotuksella on saatavissa tiettyjä etuja verrattuna tasapainotuskoneessa tapahtuvaan tasapainotukseen.

• Virheiden minimointi ja kompensointi. Asennuksesta aiheutuvat virheet ja muutokset otetaan huomioon, kun tasapainotus tehdään koko laitteistolle.

• Ajan säästö. Tuotannon yksi työvaihe jää pois kun roottoria ei tarvitse asentaa tasapainotuskoneeseen ja purkaa siitä erikseen tasapainotusta varten. Usein myös huollon yhteydessä tehtävä tasapainotus on nopeampi tehdä käyttökohteessa tasapainotuskoneen sijaan, mikäli tasapainotettavaa laitetta ei voida korvata.

• Todelliset toimintaolosuhteet. Laitteiston ominaisuudet, kuten luennan jäykkyys ja vaimennus, sekä toimintaympäristön vaikutukset, kuten lämpötila ja paine, ovat oikeat ja tulevat otetuksi huomioon. Tasapainotuskoneessa näin ei välttämättä ole.

Erityisesti ajan säästöä mietittäessä tulee huomioida, että oikein valittu tasapainotuskone pystyy suorittamaan roottorin tasapainotuksen kenttälaitteistoa tarkemmin ja sitä myötä myös nopeammin. Mm. paperitehtailla tuotannon seisokin minimoimiseksi telat siirretään tasapainotuskoneeseen ja korvataan varalla olevalla valmiiksi tasapainotetulla telalla. Eri tasapainotusmenetelmien yhteydessä ilmoitetut tarvittavien pyöritysten määrät pätevät optimitapauksissa. Käytännössä koijauspyöritysten määrä on suurempi, johtuen lähinnä pituus-, paino- ja kulmamittojen epätarkkuuksista. Myös esimerkiksi koemassamenetelmän tehokkuus riippuu koemassan sijoituksesta epätasapainoon nähden". Käyttökohteesta riippuu kuinka suuri merkitys pyöritysten määrällä on tasapainotuksen keston kannalta.

Esimerkiksi suurimpien paperikoneiden telojen kiihdytys ja hidastus sekä lämpöjakauman tasaantuminen saattaa kestää useita tunteja, kun taas hissikoneisto voidaan kiihdyttää täyteen nopeuteen ja pysäyttää alle minuutissa.

Kenttätasapainotus toimintaympäristössä tuottaa parempia tuloksia laitteen värähtelytasoon nähden. Toisaalta tasapainotuskoneella päästään yleensä parempaan jäännösepätasapainoon. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että tasapainotuskone pystyy mittaamaan ja korjaamaan vallitsevan epätasapainon tarkemmin erityisesti kahden tai useamman tason dynaamisessa tasapainotuksessa, mutta ei pysty ottamaan huomioon erinäisiä toimintaolosuhteissa ilmeneviä koneen värähtelyyn vaikuttavia tekijöitä. Tällaisia koneen värähtelyyn merkittävästi vaikuttavia tekijöitä ovat mm.

laakeroiden väljyydet, luennan jäykkyys, kokoonpanon linjaus sekä erilaiset kokoonpanossa käytettävät kiinnikkeet. /47/

Soveltuvat kaupalliset kenttätasapainotuslaitteistot

Tässä kappaleessa esitellään HRPMXin tasapainotukseen parhaiten soveltuvia kaupallisia kenttätasapainotusratkaisuja. Tasapainotuslaitteistot on valittu suurimmilta tasapainotusta suorittavilta yrityksiltä saatujen tarjousten pohjalta. Tarjouspyynnöt tehtiin kesällä 2006 ja seuraavaksi esiteltävät laitteistot ovat parhaiten ratkaisuksi 11

11 90° kulma koemassan ja epätasapainon välillä on optimaalinen.

soveltuvia mitä Suomesta oli saatavissa. Huomattavasti laaja-alaisempiin mittauksiin ja kunnonvalvontaan kykeneviä laitteita olisi toki saatavilla, mutta näiden, huomattavasti kalliimpien, laitteiden käyttö ei ole tässä tapauksessa KONE Oyj:n intressien mukaista.

Kenttätasapainotus, eli tilanne jossa roottori on asennettuna koneiston sisällä, voidaan suorittaa mm. Vibrobalancer- (Kuva 28), Snapshot- (Kuva 29) tai Smart Balancer (Kuva 30) -kenttätasapainotuslaitteilla. Mikäli päädyttäisiin suorittamaan tasapainotus pelkälle roottorille ennen sen asennusta hissikoneistoon, tasapainotus tehtäisiin esim.

jäykästi tuetulla Schenck HM 4 BU tasapainotuskoneella (Kuva 35).

Kuva 28. Vibrobalancer varusteineen Vibrobalancer

Vibrobalancer on osa Briiel & Kjær Vibron Series 40 mittaus-, diagnoosi- ja kunnossapito laitteiden sarjaa. Vibrobalancer 41 ja 42 ovat sarjan yksinkertaisimmat laitteet ja niillä on mahdollista kenttätasapainotuksen lisäksi suorittaa akselin linjausta ja yksinkertaisimpia koneiston kunnonarviointiin liittyviä mittauksia. Sarjan laitteet ovat ulkoisesti täysin samanlaisia, mutta erot tulevat toiminnot määräävien ohjelmamoduulien määrässä. Saman ohjelmamoduulin (kuten kenttätasapainotuksen) käyttö on laitteesta riippumatta samanlaista. Kenttätasapainotuksen pystyy tekemään kaikilla Series 40-laitteilla. Laite on melko suurikokoinen verrattuna muihin kenttätasapainotuslaitteistoihin. Tämä on kuitenkin ainakin osittain selitettävissä laitteeseen sisäänrakennetulla tulostimella. 1 MB:n muistikapasiteetti tarjoaa koneistotyyppikohtaisten vaikutuskertoimien tallennuksen mahdollistaen samanlaisia koneistoja tasapainotettaessa testipyöritysten poisjättämisen nopeuttaen täten

tasapainotusta. Kaikki Series 40- laitteet on suunniteltu Windows 95/98/NT yhteensopiviksi. Merkittävin ero Vibrobalancer 41:n ja 42:n välillä tasapainotuksen kannalta on mittauskanavien määrä. Vibrobalancer 41 on yksikanavainen ja 42 kaksikanavainen. Vibrobalancer 41:llä on mahdollista suorittaa kahden tason dynaaminen tasapainotus, vaikka laitteessa on referenssisisääntulon lisäksi ainoastaan yksi mittauskanava.

Käytännössä tasapainotus suoritetaan määrittämällä ensiksi toisen mittaustason värähtely ja sitten vaihtamalla anturi toiselle tasolle vastaavaa mittausta varten. Tämä tarkoittaa sitä, että mittauksiin käytetty aika kaksinkertaistuu sekä virheen mahdollisuus kasvaa.

Kuva 29. Snapshot™ for Windows CE Snapshot

Snapshot™ kannettava tiedonkeruu- ja analysointilaite on tarkoitettu ajoittaiseen manuaaliseen tiedonkeruuseen ennakoivassa kunnossapidossa ja muodostaa yhdessä Snapshot™ Balance -ohjelmiston kanssa Bently-Nevadan kenttätasapainotus- ratkaisun. Snapshot™ toimii Windows CE käyttöjärjestelmällä ja siinä on 32 MB:n muistikapasiteetti ja kosketusnäyttö. Ohjelmiston mukana tuleva Balance Wizard avustaa yksityiskohtaisesti operaattoria tasapainotustyössä. Liittämällä laite ulkoiseen tulostimeen on mahdollista tulostaa tasapainotusraportteja ilman tietokonetta. Kaksi mittauskanavaa referenssikanavan lisäksi mahdollistavat yhtäaikaiset mittaukset kahden tason tasapainotuksessa. Snapshot™ on suojattu lialta ja vedeltä luokkaan IP54 asti. Useat erilaiset lisävarustepaketit tarjoavat monipuoliset mittausmahdollisuudet. Laitteessa on RS-232-liittimen lisäksi liitäntä ulkoiselle

näppäimistölle sekä Ethemet-liitäntä. Snapshot™ on suunniteltu yhteensopivaksi Bently-Nevadan laajempien kunnonvalvontaohjelmien kanssa.

Kuva 30. Smart Balancer Smart Balancer

Schenckin Smart Balancer on pienikokoisin näistä kolmesta kenttätasapainotuslaitteistosta. Dynaamisen kenttätasapainotuksen lisäksi Smart Balancerilla pystytään tekemään erilaisia yksinkertaisimpia värähtelymittauksia koneiden kunnonvalvonnassa. Referenssikanavan lisäksi kahdella mittauskanavalla voidaan mitata antureista riippuen värähtelyamplitudia joko siirtymänä ( /urn , mils ), nopeutena {mmls, inch!s) tai kiihtyvyytenä (m/s2, g). Roottorin pyörimis- nopeusalue tasapainotuksessa on 120-20 000 rpm. Laitteen oskilloskooppi-ominaisuus mahdollistaa värähtelysignaalin tallentamisen myös ajan funktiona. Smart Balancerissa on 2 MB:n EEPROM-muisti ja 14 bitin AD-muunnin. Magneettijalka ja taipuisa kiinnitysvarsi yhdessä optisen anturin pitkän toimintaetäisyyden (jopa 0,5 m) mahdollistavat helpon ja turvallisen referenssianturin asennuksen.

Alla olevaan taulukkoon (Taulukko 2) on koottu kenttätasapainotuslaitteiden merkittävimmät ominaisuudet vertailun helpottamiseksi.

Taulukko 2. Kenttätasapainotuslaitteistojen vertailutaulukko

Vibrobalancer 41/42 Smart Balancer Snapshot

koko [mm]

[kg]

240 x 305 x 135 220x 110x38 250 x 163x60

3,6 1,2 V

näyttö [pikseliä] LCD, 256 x 128 LCD, 128 x 128 LCD, 320 x 240

sisäisen muistin koko [MB] ^{1 2 32}

kielivaihtoehdot englanti, saksa, ranska englanti, saksa englanti

liitännät ^{RS-232 RS-232} RS-232, Ethernet

mittauskanavia ^{1/2 2 2}

min akun kesto käytössä [h] 2,5 6 10

nopeusalue [rpm] 20 - 1 200 000 120- 20 000 10-100 000

suojaustaso ^{IP20* IP54 IP54}

suhteellinen hinta ^{1,2a/1,5a a 1,7a}

* virtalähteen suojaustason mukaan

Huomioitavaa laitteiden muistiin tallennettujen vaikutuskertoimien käytössä on se, että anturit tulee asentaa samaan kohtaan eri mittauskerroilla.

Lisäksi kaikissa laitteissa on mahdollisuus jakaa laskettu korjausmassa erikseen määriteltäviin vaihekulmiin.

hihna-käyttö

nivelakseli-käyttö

Kuva 31. Joustavasti tuettu tasapainotuskone a) nivelakselikäytöllä b) hihnakäytöllä. /26/