Sürekliform Baskı Makinası Fan ArızasınınTitreşim Sinyali Yardımıyla Kestirimci Bakım Analizi

Transkript

1 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 7, No: 2, 21 (81-86) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 7, No: 2, 21 (81-86) TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR e-issn: Teknik Not Sürekliform Baskı Makinası Fan ArızasınınTitreşim Sinyali Yardımıyla Kestirimci Bakım Analizi Serhan AÇIKEL **, Tuncay KARAÇAY *, Nizami AKTÜRK * * Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü ANKARA/TÜRKĐYE serhan@titresimanalizi.com Özet Kritik süreçlerde kullanılan makinaların çalışabilirliğinin ve performansının devamlı aynı seviyede tutulması oldukça önemlidir. Bunu sağlamak için klasik peryodik bakımların yanı sıra olabilecek belirsiz arızaların tespiti için kestirimci bakım teknikleri de kullanılmalıdır. Bu çalışmada matbaacılık sektöründe kullanılan sürekli form baskı makinasına uygulanan kestirimci bakım yöntemi ile ilgili bir örnek verilmiştir. Makina üzerinde belirlenen bir noktada titreşim ölçümleri alınarak zaman ve frekans tanım bölgelerinde incelenerek eğilimler belirlenmiştir. Analiz sonuçları sürekliform baskı makinası ana motor fanında oluşan performans kayıplarının ve arızalarının titreşim ölçümlerinin incelenmesiyle tespit edilebileceğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Titreşim, kestirimci bakım, dengesizlik 1. GĐRĐŞ Üretim maliyetini etkileyen faktörler arasında bakım maliyetleri önemli bir yer tutar. Kontrollü bir bakımla, çalışan makinelerin ve sistemlerin ekonomik ömürleri uzatılabilir ve aynı zamanda üretim sürekliliği de sağlanabilir. Modern işletmelerde üretimin kesintisiz ve ürünlerin istenilen kalitede olması istenmesine rağmen, üretim sırasında ortaya çıkan arızalardan dolayı bu istek yerine getirilemeyebilir. Bundan dolayı, üretim sırasında oluşabilecek arızaların önceden belirlenmesi çok önemlidir. Endüstrisi gelişmiş ülkelerde, işletme ve bakım maliyetinin düşürülmesi amacıyla, onarıcı ve koruyucu bakım yerine kestirimci bakım kavramı yerleşmeye başlamıştır. Kestirimci bakım uygulamanın, bakım işlemlerinin daha rahat programlanabilmesi, tüm makinelerin en yüksek verimle çalıştırılabilmesi, arızalanan elemanların ekonomik ömürlerinin sonuna kadar kullanılabilmesi, en az yedek parça ile stokun tutulması, bakım maliyetlerinin azaltılması gibi faydaları vardır [1]. Kestirimci bakım sayesinde sistem veya makinelerde arızaların önceden belirlenmesi sayesinde, oluşan titreşimlerin daha büyük zararlara yol açmaları önlenmektedir. Kestirimci bakım uygulamasının temeli, makinaların titreşimlerinin ölçülmesi ve hesapla belirlenen arıza frekanslarının ölçülen titreşim cevaplarının frekans içeriklerinde olup olmadığı, varsa şiddetinin kabul edilebilirlik sınırları içinde kalıp kalmadığının analizinden oluşmaktadır [2]. Kestirimci bakım uygulamasının üretimin sürekliliği ve verimliliğine birçok faydası vardır. Bakım giderleri %5-%8 arasında azalabilir. Bakım yönetiminin verimliliği üzerine yapılan son araştırmalar, bakım masraflarının 1/3'ünün gereksizce yapılan veya zamanında yapılmayan bakımlar sonucu israf edildiğini göstermiştir [3]. Kestirimci bakım; titreşim analizi, termografi, triboloji, süreç parametreleri, görsel muayene, ultrasonik analiz gibi tekniklerle yapılır. Bu tekniklerin herhangi birinin uygulanması ile kestirimci bakım programı gerçekleştirilebilir. Makinelerdeki arızaları belirlemede en etkili olanı titreşim analizidir [4]. Dönel makinalardaki titreşim problemlerinin incelenmesindeki en önemli parametre titreşimin frekansıdır. Titreşime neden olan kuvvet, makine parçasının dairesel hareketi esnasında belirli bir frekansla sistemi etkiler. Her mekanik sorun, ayrı bir frekans oluşturur. Frekans değerine karşı gelen Bu makaleye atıf yapmak için Açıkel, S., Karaçay, T., Aktürk, N., Sürekliform Baskı Makinası Fan Arızasının Titreşim Sinyali Yardımıyla Kestirimci Bakım Analizi Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 21,(7) How to cite this article Acikel, S., Karacay, T. Ve Akturk, N., Predictive Maintenance of Continuous Form Printing Machine Motor Fan with Vibration Signal Analysis Electronic Journal of Machine Technologies, 21, (7) 81-86

2 Teknolojik Araştırmalar: MTED 21 (7) Sürekliform Baskı Makinası Fan Arızasının Titreşim titreşim genliği, ayrıca değerlendirilir. Genliğin değerlendirilmesi yer değiştirme, hız ve ivme için ayrı ayrı yapılabilir. Genlik; arızanın seviyesi, frekans ise arızanın kimliği olarak düşünülebilir [5]. Eksenel kaçıklık, yatak ve dişli hataları, dengesizlik, eğik miller, kavrama ve yataklardaki ayarsızlıklar, montajı hatalı yapılmış dönen parçalar, zamanla hassasiyetini kaybetmiş yataklar belli başlı titreşim doğuran etkenler olarak sıralanabilir [6]. Dengesizlik makinelerde görülen en yaygın titreşim şeklidir. Teorik olarak, mükemmel dengelenmiş bir makinede hiç titreşim oluşmaz. Pratikte mükemmel olarak dengelenmiş makine yoktur. Tüm makineler az seviyede de olsa dengesizdirler. Bu dengesizlik spektrum grafiğinde mil dönme hızında bir tepe oluşturur. Dalga formu periyodik, basit, vuruntusuz ve sinüs deseni şeklinde oluşur [7]. Titreşimin genlik değeri dengesizlik arttıkça yükselecektir [8]. Fanlar hava kütlelerini ve havada asılı olarak taşınabilecek malzeme partiküllerini taşımak amacıyla imal edilmiş makinalardır. Motorların içindeki veya etrafındaki tozlar ve kirlilikler çeşitli sorunlara yol açabilir. Rotora ya da soğutma pervanelerine yapışmış tozlar dengelenmemiş kütle oluştururlar ve dengesizliğe yol açabilirler. Bu toz ve kirler aynı zamanda hava akımını engeller ve böylece soğuması gereken bölgelere bir nevi ısı yalıtımı yapar [9]. Bu tip fanlarda, fan rotoru bir tarafında yataklar tarafından desteklenmekte diğer tarafından ise desteklenmemektedir. Motor kaplininden veya tahrik kasnağından sonra iki ayrı yataktan sonra fan rotoru gelmekte, dolayısıyla fan rotoru boşlukta sarkmaktadır. Bu tip fanlarda, özellikle dengesizlik önemlidir. Balans bozukluğu olduğu takdirde, düşey, yatay ve eksenel yönde, şaft dönme devri frekansında bileşenler görülür [1]. Sürekli form baskı makinesinin çalışma prensibi genellikle, rulolar halindeki belirli özelliklere ve ebatlara sahip kâğıtların boşaltma (bobin) ünitesinden alınarak baskı, delme, kesme, katlama ve istifleme esasına dayanır. Bu çalışmada sürekli form baskı makinası ana motor fanı üzerinden peryodik titreşim ölçümleri alınmıştır. Bu ölçümler zaman ve frekans tanım bölgeleri analizleriyle incelenmiş ve fanda oluşan hatalar tespit edilmiştir. Ayrıca titreşim seviyelerinin takibiyle de arızanın büyüklüğü gözlenmiştir. 2. UYGULAMA ÇALIŞMASI Ana motor fan sistemi, ana motor üzerine Şekil 1. de görüldüğü gibi montajlı, 288 d/d dönme devirli bir elektrik motoru ve motor miline direkt bağlı 4 cm çapında çevresel fandan oluşmaktadır. Titreşim analizi ile arızaları belirleyebilmek için öncelikle titreşimlerin sağlıklı ölçülmesi gerekir. Bunun için de ölçüm noktalarının yerinin doğru tespit edilmesi, ardışık ölçümlerde daima aynı noktalardan ölçüm alınması ve titreşim sensörünün ölçüm noktasına sağlıklı tespit edilmesi gerekir. Titreşim ölçümleri, fana en yakın noktalardan Şekil 2 de görüldüğü gibi düşey, yatay ve eksenel olmak üzere üç eksende mıknatıslı titreşim sensörü ile alınmıştır. Ölçüm periyodu olarak makinanın yıllık yaklaşık baskı miktarı ve ölçüm noktasının stratejik önemi esas alınarak çalışma saati yaklaşık olarak hesaplanmış ve ölçüm periyotları da buna göre belirlenmiştir. Ölçümler, 288 d/d fan devrinde gerçekleştirilmiştir. Titreşim ölçümleri için parametre ayarları seçilirken farklı frekans aralıklarında farklı arızalar bulunabileceğinden ölçümler üç farklı frekans aralığında gerçekleştirilmiştir (6 Hz 1 Hz 25 Hz). Titreşim sinüzoidal bir hareket dalgası olarak basitçe tanımlanırsa, y = a(sin ωt) ifadesi ve türevleri, sırasıyla, hız ve ivmeyi verir. Deplasman birimi µm (mikron), hızın birimi mm/s, ivmenin birimi ise mm/s² olarak kullanılmaktadır. Bu ifadeler, ya efektif seviye ya da zirve (pik) seviye olarak ifade edilir [1]. 82

3 Açıkel S., Karaçay T., Aktürk N. Teknolojik Araştırmalar: MTED 21 (7) Şekil 1. Ana motor fan sistemi Şekil 2. Fan ölçüm noktaları Bu noktalarda oluşan titreşimler, Commtest marka titreşim ölçme cihazı (Spektrum Analiz Cihazı) ve titreşim sensörü yardımıyla ölçülerek incelenmiştir. Bu cihazlar titreşim ölçümleri alarak arızanın cinsini ve şiddetini analiz etmede kullanılır. Titreşim ölçümleri alındıktan sonra ölçümler, cihaza ait Ascent 7.41 analiz yazılımının bulunduğu bilgisayar ortamına alınmıştır [11]. Bilgisayar ortamında dalga form (zaman), frekans (spektrum) ve trend (eğilim) analizleri yapılarak incelenmiştir. Titreşimlerin analizi sonucunda en yüksek genlikli titreşimler, yatay eksende olduğu için özellikle yatay ölçümler analiz edilmiştir. 3. BULGULAR, YORUMLAR VE TARTIŞMA Ana motor fanı üzerinde yatay yönde alınan titreşim ölçümlerine ait tipik bir dalga formu Şekil 3 de görülmektedir. Görüldüğü gibi dalga formu harmonik titreşim bileşenlerinden oluşmaktadır. Dönme devri 48 Hz (288 d/d ) olan fanın bir devrinde geçen sürenin yaklaşık 2 ms olduğu ve dalga formun sinüs deseni şeklinde oluştuğu tespit edilmiştir. Daha önce yapılan çalışmalarda [7] da dengesizlikte dalga formunun periyodik, basit, vuruntusuz ve sinüs deseni şeklinde oluştuğu belirtilmiştir A - Yatay - Vel Time 4 ms :35:36 Cursor A: Cursor B: Diff: 3,638 revs 4,613 revs,975 revs 75,781 ms 96,94 ms 2,313 ms 8,541 mm/s 8,449 mm/s O/All 4, revs :35:36 O/All 4, RPM Şekil 3. Fan dalga form (hız zaman) grafiği. 83

4 Teknolojik Araştırmalar: MTED 21 (7) Sürekliform Baskı Makinası Fan Arızasının Titreşim Makinaya uygulanan kestirimci bakım çalışmalarının başlangıcı olan tarihinde alınan ilk ölçümün spektrumu Şekil 4 de verilmiştir. Spektrum incelendiğinde en büyük frekans bileşeni fan dönme devri 1X katı olan 48 Hz (288 d/d ) dedir. Ayrıca daha önceki çalışmalarda [7] da ifade edildiği gibi bu frekans bileşeni fandaki dengesizlikten kaynaklanmaktadır. Spektrumda görülen 11,828 olan genlik değeri ISO 2372 Titreşim şiddet standardında belirtilen kabul edilemez genlik değeri alt sınırı olan 4,5 değerinden büyük olduğu için makinanın ilk duruşunda fanın sökülmesi kararlaştırılmıştır. Power () 11,61 Danger: BALANS 1.5X - 2.X RPM 2.5X - 3.X RPM 11 - A - Yatay - Vel Freq 6 Hz :38:7 Fundamental Bearing Defect Frequencies Cursor A: 1 orders 48 Hz Lower Harmonic Bearing Frequencies 11,32 mm/s O/All 11, orders :38:7 O/All 11, RPM Şekil 4. Fan referans spektrum grafiği Makine üretimi durduğunda fan sökülmüş ve incelenmiştir. Fanın incelenmesi sonucunda, kanatlar ve gövdenin, dağılımı homojen olmayan, kabuklaşmış, tortu ve toz tabakasıyla kaplı olduğu görülmüştür. Bu durumun fanın dengesine etki edeceği düşünülerek temizlik, tesviye ve filtre değişiminden sonra tekrar yerine takılmış ve ardışık titreşim ölçümleri devam etmiştir. Fana yapılan bu işlemlerden sonra alınan tarihli ilk ölçümün spektrumu Şekil 5 de görülmektedir. Bu spektrum incelendiğinde dengesizlikten kaynaklanan titreşim genliğinde büyük bir düşüş tespit edilmiştir (1,121 mm/sn rms). Bu düşüşün, fanda oluşmuş kabuklaşmış tabakanın temizlenerek dengesizliğin giderilmiş olmasından kaynaklandığı belirlenmiştir. Bu bakım işleminden sonra periyodik ölçümler devam etmiştir. Alınan periyodik ölçümlerde, dengesizlikten kaynaklanan titreşim genliğinin seviyesinde zamanla tekrar artış görüldüğü spektrum analizlerinde tespit edilmiştir A - Yatay - Vel Freq 6 Hz :29:34 7,54 Fundamental Bearing Defect Frequencies 1,4 Cursor A: 48 Hz 1 orders,958 mm/s O/All 1,121 Power () BALANS 1.5X - 2.X RPM 2.5X - 3.X RPM Lower Harmonic Bearing Frequencies 1,2 1,8,6,4, Hz :29:34 O/All 1, RPM Şekil 5. Fan spektrum ölçümü (1 4 24) 84

5 Açıkel S., Karaçay T., Aktürk N. Teknolojik Araştırmalar: MTED 21 (7) Ayrıca Şekil 6 da görülen çoklu spektrum grafiği incelendiğinde, tarihli ölçüm sonucunda dengesizlikteki artışın tekrar 5,752 seviyelerine kadar geliştiği tespit edilerek makina üretiminin durduğunda tekrar aynı bakım işleminin yapılması kararlaştırılmıştır. Danger: BALANS 1.5X - 2.X RPM 2.5X - 3.X RPM 11 - A - Yatay O/All 11, Hz Vel Freq 1 Hz :32:19 O/All 5, RPM Vel Freq 1 Hz :3:2 O/All 2, RPM Vel Freq 6 Hz :34:58 O/All 1, RPM Vel Freq 6 Hz :18:56 O/All 1,7 288 RPM Vel Freq 6 Hz :29:34 O/All 1, RPM Vel Freq 6 Hz :38:7 O/All 11, RPM Şekil 6. Fan çoklu spektrum grafiği Fan dengesine ait titreşim genliklerinin eğilimleri incelenmiş, hız cinsinden titreşim genliğindeki değişimler Sekil 7 deki eğilim grafiğinde verilmiştir. Eğilim grafiği incelendiğinde, dengesizliğin kabul edilebilir seviyelerde kalma süresi yaklaşık olarak on dört ay olarak görülmektedir. Bu sürede makina üretimi yaklaşık sekiz milyon baskı adedine ulaşmaktadır. Buradan yola çıkarak, fanda meydana gelen dengesizlik arızasının aynı çalışma şartlarında bu sürede oluştuğu kestirimi yapılmış ve makinaya uygulanan klasik peryodik bakım süresinin on dört ay olarak belirlenmesi uygun görülmüştür. Ayrıca, fan arızasına ait titreşim genliklerinin eğilimi sürekli takip edilmek suretiyle de bakıma karar verilebileceği anlaşılmıştır A - Yatay - Overall Trend Velocity :38: :29: :18: :34: :3: :32:19 Velocity Şekil 7. Fan eğilim grafiği 85

6 Teknolojik Araştırmalar: MTED 21 (7) Sürekliform Baskı Makinası Fan Arızasının Titreşim 4. SONUÇ Bu çalışmada, matbaacılık sektörünün önemli makinalarından sürekli form baskı makinasına ait ana motor soğutma fanına ait titreşimler incelenmiştir. Alınan referans titreşimlerin analiz edilmesiyle fan dönme devrinde zirveler tespit edilmiştir. Bu zirvelerin dengesizlikten kaynaklandığı ve titreşim seviyeleri kabul edilebilir sınırların üzerinde olduğundan fan sökülerek bakıma alınmıştır. Fana, temizlik, tesviye ve bakım işlemleri yapıldıktan sonra fan tekrar yerine takılmış ve alınan ölçümlerin analizi sonucunda titreşim genliklerinin düşük seviyelere indiği görülmüştür. Fanda meydana gelen dengesizliğin, zamanla kanatlarda birikerek ortamda bulunan baskı kimyasallarının da etkisiyle kabuklaşan tozlardan kaynaklandığı belirlenmiştir. Yatay, düşey ve eksenel titreşim spektrumlarına göre dengesizliğin her üç yönde de dönme devrinde, ancak farklı seviyelerde oluştuğu görülmüştür. Ayrıca titreşim genliklerinin eğilim grafiklerinin de arızanın gelişim takibinde kullanılabileceği örnek uygulamalarla gösterilmiştir. TEŞEKKÜR Sürekli form baskı makinasının, ölçüm cihazının ve ölçüm sonuçlarının kullanılmasına müsaade eden M.E. B. Eğitim Teknolojileri Genel Müdürlüğüne teşekkür ederiz. 6. KAYNAKLAR 1. Baron, R., Engineering Condition Monitoring, Longman, UK, Orhan, S. Ve Aktürk, N., Aktarma Organları Dişlilerinde oluşan Fiziksel Hataların Titreşim Analizi Đle Belirlenmesi Gazi Üniv.Müh. Mim. Fak.Der. Cilt 18,No 3,97-16,23 3. Orhan, S. Arslan, H. ve Aktürk, N., Titreşim Analiziyle Rulman Arızalarının Belirlenmesi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisi, Cilt 18, No: 2, 39-48, Belek, H. T. ve Toprak, T., Endüstriyel Tesislerde Makina Performansına Dayalı Bakım Planlaması, Đ.T.Ü. Mak. Fak. Sürekli Eğitim Kurs Notu, 2-22 Mayıs Çağlayan, H.Đ., Değişik Tip Pompalarda Titreşim Ölçüm ve Analizi ile Arıza Tanımı VibraTek Teknik Bülten25 VibraTek Ltd Şti 6. Feyzullahoğlu, E., Bilgisayar Destekli Kestirimci Bakım Uygulamaları, Mühendis ve Makina Dergisi, Cilt 42, Sayı: 53, 3-37, R. Keith Mobley, Vibration Fundamentals, Newnes Yayınevi, USA, Köse, K., Proaktif Bakım Elemanları Lazerli Kaplin Ayarı ve Yerinde Balans Makine Tek Sayı 77, Mart Titreşim Mühendisliği Ansiklopedik Sözlük, VibraTek Ltd. Şti. 1. Teknik Doküman, Broşür ve Katologlar, VibraTek Ltd. Şti. 11. Ascent 7.41 kullanım kılavuzu. 86