Dugattyús gépek védeleme – új technológiájú kopogásfigyelőkkel
A dugattyús gépek egyes hibái meglehetősen gyorsan fejlődhetnek ki, bekövetkezésük további, súlyosabb károsodásokhoz vezethet. A dugattyús gépek olyan elemeinek védelmére mint a keresztfej, dugattyúrúd, valamint az ütésszerű igénybevételnek kitett szelepek, a hagyományos rezgéskapcsolók, rezgésérzékelők helyett kopogás-detektorokat célszerű alkalmazni.
Dugattyús gép működése és jelei
A dugattyús gépek védelme egy olyan területet jelent, ahol a hagyományos forgógépes rezgéselemzés és gépvédelem módszerei, eszközei többnyire elégtelen, bizonytalan eredményt nyújtanak. A bizonytalanság forrása forgógépekhez képest eltérő, ciklikus működésből, ebből származó fizikai jellegzetességekből, kialakuló jelekből adódik, melyek feldolgozásához is más jellegű eszközökre van szükség.
A dugattyús berendezések számos elemének működése, illetve azok hibái ütés jellegű rezgésjelenségekkel állnak összefüggésben. Ezek az ütések általában igen magas amplitúdóval viszont nagyon kis szélességgel rendelkeznek.
1. ábra: Egy dugattyús gép szelepeinek impulzusos jelalakja egy fordulat alatt
Rezgéskapcsoló, távadó, kopogás-detektor
A dugattyúsgépek olyan elemei, mint a hajtókar, keresztfej, valamint szelepek működésük során jellegzetes mintázatú, ciklusszámú és amplitúdójú impulzusokat keltenek. A hiba jelenlétét és mértékét nem feltétlenül a rezgések amplitúdója, hanem a nagyobb impulzusok száma, illetve lecsengésük jellege határozza meg.
Ezen jellegzetességek alapján a dugattyús gépek védelemének kialakítására a hagyományos mechanikus rezgéskapcsolók alkalmazása már elavultnak tekinthető, működésüket – érzékenységi jellemzőjük révén – hamarabb válthatják ki az alacsonyabb frekvenciájú lengések.
A korszerűbb elektronikus rezgéskapcsolók ugyan számos előnnyel rendelkeznek a mechanikus rezgéskapcsolókkal szemben, azonban értékelési módszerük miatt dugattyús gépek védelmére ezek sem adnak ideális megoldást. Az elektronikus rezgéskapcsolók többnyire egy-két rezgésszint elérése esetén képesek riasztási (figyelmeztetés, veszély) jelzést kiadni, azonban ez a jelzés egy átlagos rezgésszint mérésén alapul, amely viszont kevésbé jellemzi az említett gépelemek állapotát, a hibák mértékét.
A telepített rezgésérzékelőkkel és frekvenciaelemzéssel kiegészített rezgésfigyelő eszközök kifinomultabb jelfeldolgozási technológiájuk mellett sem jelentenek kielégítő megoldást dugattyús gépek hibáinak detektálására. A forgógépek rezgésvizsgálatánál általánosan alkalmazott frekvencia-elemzés több, elvi megfontolásból adódó hátránnyal is rendelkezik az impulzusos rezgésjelek elemzése esetén, emiatt korlátozásokkal alkalmazható. Ráadásul a keletkező impulzusok egy nem körültekintően kiválasztott rezgésérzékelőt könnyen rezonanciába, túltelítésbe vihetik, emiatt állandó hamis riasztást adhat.
Az általános forgógép elemzési eljáráshoz képest tehát más érzékelőre, jeltartalomra, sőt, a megfelelő kiértékeléshez is hatékonyabb eljárásra van szükség.
A szenzortechnika és mikroelektronika fejlődésével jöttek létre elsőként analóg, majd digitális jelfeldolgozású kopogás detektorok. A digitális, integrált mikroprocesszoros adatfeldolgozás biztosabb adatfelvételt és előzetes adatfeldolgozást biztosít a dugattyúsgépek megbízhatóbb állapotfigyeléséhez és védelméhez, továbbá rugalmasabb funkcionális kialakítást tesz lehetővé.
Kopogásdetektorok működése
A dugattyús gépek hajtókar, keresztfej, valamint szelepek kopogásos hibáinak biztosabb figyelésére a rezgéseik időjelét feldolgozó kopogás-detektorokat fejlesztettek ki. Ezen eszközök nem egyszerű átlagos rezgésszintet mérnek, hanem egy adott időtartamon belül, az előre beállított határértéke(ke)t meghaladó impulzusok számát mérik. Egy jó állapotban üzemelő kompresszor esetén, a keresztfejen, szelepen mérhető rezgésimpulzusok száma – és általában alakja – hűen tükrözi a gép működési ciklusait. Amennyiben valamilyen beállítási hiba, kopás, lazaság alakul, illetve fejlődik ki a gépen, az impulzusok amplitúdója többnyire emelkedik, a hiba kiterjedésével viszont már inkább számuk, szabálytalan ciklusuk lesz jellemző. A kopogásdetektorok működése és alkalmazásuk ezen jellegzetességek megfigyelésén alapszik.
2. ábra: A detektor kimeneti értéke a határérték feletti impulzusok számával arányos
A korszerű kopogásdetektorok az impulzusok pontos detektálására nagyfrekvenciás piezoelektromos rezgésérzékelőt alkalmaznak, míg beépített szűrővel az alacsonyfrekvenciás zavaró rezgéseket digitalizálás előtt kiszűrik. Az ütések, fellazulások, kopogások figyelését, számlálását mikroprocesszoros feldolgozással végzik, így bonyolultabb számítások és egyedi beállítások is könnyebben megvalósíthatók.
3. ábra: Kopogásdetektor egyszerű, helyszíni, csavarhúzós beállítási lehetőséggel – Metrix
A Metrix egyszerűbb kialakítású kopogásdetektora mintavételezi a rezgésjelet, és meghatározza, hogy a pillanatnyi rezgésszint hányszor lépi át a beállított határértéket az előre beállított időtartam alatt. A detektor kimenete a meghatározott csúcsok számával lesz arányos. A különböző fordulatú kompresszorokhoz az ún. mintavételi ablak szélessége állítható és természetesen a rezgés határértéke is külön szabályozható. [1]
4. ábra: Számítógépes programozású kopogásdetektor – PCB
A PCB 649A kopogásfigyelő távadó – az egyszerű helyszíni beállítás feláldozásával – kifinomultabb paraméterezést tesz lehetővé, USB porton keresztül, számítógépes programból. A detektorban például két határérték egy-egy súlyozó tényezővel együtt állítható be, így a döntési kritérium pontosabbá tehető. Távadóként kimeneti funkciója is beállítható: akár vegyes üzemben is, vagy a határértékek alatti rezgésimpulzusok csúcsértékével, vagy a határértékek feletti, a hibára utaló impulzusok számával súlyozottan arányos, elterjedt 4-20 mA-es kimenő jel adására képes. [2]
5. ábra: Kopogásfigyelés összetettebb határérték-programozással és állítható kimeneti funkcióval
Kopogásfigyelő detektorok beállítása
A kopogásfigyelő detektorok paraméterezése egyszerű feladat, a megfelelő paraméter megállapítása viszont már nem minden esetben egyértelmű. A csavarhúzós határérték-állítás a figyelő áramkör megbontása nélkül végezhető, eredménye megfelelő mérőműszerrel azonnal ellenőrizhető. A számítógépes programozás a széleskörű beállítási lehetőségéből szükségszerűen következik, ugyanakkor némi hátrányt jelenthet, amennyiben a gépvédelmi rendszer a beállítás idejére nem tiltható.
A detektorok paramétereinek beállítása mellett fontosabb tényező, hogy a paramétereket megfelelő rezgéselemzés, értékelés alapján kell meghatározni a megbízható gépvédelem kialakításához.
Irodalom
1. Model IT6810 impact transmitter – Installation manual, Metrix
2. PCB 649A Reciprocating Machine Protector – Instruction Manual, PCB.