1
Fosfat Sprey Pompasında Titreşim Esaslı Kestirimci Bakım Uygulaması
H. Taplak* M. Parlak† İ. Sivritaş‡ Erciyes Üniversitesi Erciyes Üniversitesi Kayserigaz
Kayseri Kayseri Kayseri
Özet— Makinelerde meydana gelen beklenmedik arızalar önemli kayıplara yol açmaktadır. Arızaların meydana gelmeden tespit edilmesi ve kontrollü şekilde müdahale edilmesinde kestirimci bakım önemli ve etkin bir yöntemdir. Kestirimci bakım metodunda ana prensip, çalışma esnasında yapılan ölçümlerle makinelerin performansının izlenmesi ve planlı şekilde üretime ara vererek arızayı gidermektir. Eğer gerekli müdahale zamanında yapılmaz ise; arızalar, maliyeti çok daha yüksek farklı arıza ve kayıplara yol açar. Bu çalışmada mobilya üretiminde kullanılmakta olan fosfat sprey pompası referans alınmıştır. Pompa ve motor yataklarında, toplam 3 noktadan yatay ve dikey doğrultularda titreşim ölçümleri yapılmış ve yapılan ölçümler analiz edilmiştir. Pompada gözlemlenen ve analiz sonucunda tespit edilen rulman hasarlarından, kaplin lastiği hasarlarından ve mekanik hasarlardan kaynaklı arızalar giderilmiştir. Bu arızaların giderilmesi için hasarlı olan elemanlar değiştirilmiş ve gerekli ayarlar yapılmıştır. Arızalar giderildikten sonra titreşim ölçümleri tekrar edildiğinde, titreşim genliklerinde büyük oranda azalma olduğu tespit edilmiştir.
Anahtar kelimeler: kestirimci bakım, pompalar, titreşim
Abstract—Unexpected machine failures cause important losses. Predictive maintenance is an effective and important method to diagnose and to interfere failures before they occur. The main principle of the predictive maintenance method is to be monitored the performance of the machine by the measurements carried out during the production and to eliminate the failure in a scheduled interruption of production. In this study the phosphate spray pump used in furniture industry was taken into account. Totally three points that are on the pump and on the motor bearings were measured along vertical and horizontal direction and measurements were analysed. Measurements were replicated, after faults on the pump were resolved and it is determined that large reduction of vibration amplitudes is achieved.
Keywords: predictive maintenance, pumps, vibration1
*htaplak@erciyes.edu.tr
†mehmetparlak@erciyes.edu.tr
‡isivritas@yahoo.com
I. Giriş
Günümüzün rekabetçi iş ortamında ve yükselen enerji maliyetleri karşısında üretici, bir yandan maliyetlerini düşürürken diğer yandan artan üretim talebiyle karşı karşıyadır. Verimliliği düşüren yaygın maliyet kalemlerinden biri plansız duruşlardır [1].
Günümüzde, imalat sektöründeki yöneticilerin büyük bir kısmı halen üretim maliyetlerini düşürebilmek için uzun mesailer harcarken, bakım onarım harcamalarının neredeyse üçte birinin boşa gittiğini görememektedirler.
Bir ürünün maliyetinin ortalama %14’ünün bakım onarım kaynaklı olduğu birçok endüstride maliyetlerin kısılması için bakım onarımda sadece güvende olmak adına yapılan stok harcaması, temel hedef olarak alınabilir.
DuPont’un raporuna göre, günümüzde kontrol edilebilir en büyük harcama kalemi bakım onarım bölümüne aittir ve birçok işletmede bakım onarım bütçesi, yıllık net kârdan daha fazladır [2].
Kobu’ya göre, bakım-onarım faaliyetlerindeki aksaklıkların üretim akışı, verimlilik ve dolayısıyla maliyetler üzerindeki etkileri şöyle özetlenebilir:
- Makinelerin ve onları çalıştıran operatörlerin boş kalması,
- Dolaylı isçilik ve imalat genel masraflarının artması,
- Müşteri taleplerinin karşılanamaması nedeniyle müşteri memnuniyetinin düşmesi,
- Aksaklığın meydana geldiği bölümde ve bu bölümle ilgili diğer bölümlerde gecikme ve boş beklemeler olması,
- Hatalı ürün oranının artması ve beklenen kalitenin yakalanamaması,
- Zamanında teslim edilemeyen siparişler sebebiyle müşteri kaybı oluşması [3].
Arıza yapan makinelerin bakım ve onarımı hem zahmetli hem de maliyetlidir. Beklenmeyen arızaların bakım ve onarımı uzun sürer, yedek parça bulmak zorlaşır, bu arada üretim kayıpları ve maliyetler de artar.
Bir makineden en yüksek verimi almak ve bakımdan kaynaklanan üretim kayıplarını en aza indirmek için bugüne kadar değişik yaklaşımlar benimsenmiştir.
Bunlardan biri de, ‘‘Durum izlemeye dayalı bakım’’ ya da ‘‘Kestirimci bakım’’ dediğimiz bakım anlayışıdır. Bu anlayışın benimsendiği uygulamalarda, bakım maliyetlerinde çok önemli azalmalar kaydedilmiştir. Bu azalmaların genel ortalamaları; arıza bakım ve yedek parça maliyetlerinde %27, koruyucu bakım
maliyetlerinde %74, toplam duruş sürelerinde %40’dır [4].
Makineler belli bir hasara maruz kaldıklarında, bu hasarlara yönelik uyarı sinyalleri verirler. En iyi uyarı sinyalini titreşim verir. Titreşim, bir makinenin mekanik aksamlarının iç ve dış kuvvetlere karşı gösterdiği tepki kuvvetidir [5].
İyi tasarlanmış bir makinede bile çok az bir titreşim vardır. Makine çalıştıkça aşınır, bazı parçaları küçük de olsa şekil değişimlerine uğrarlar ve dinamik özelliklerinde değişimler meydana gelir. Parçalar arasındaki boşluklar artar, eksen kaçıklıkları ve dengesizlikler ortaya çıkar. Bütün bu faktörler titreşim genliğinin artmasına yol açar. Bu titreşimlerin analizi ile makine durumu hakkında bilgi edinilebilinir [6].
Titreşim analizi özellikle fanlar, pompalar, motorlar, şanzımanlar gibi dönen makinelerde iyi sonuçlar vermektedir [7].
II. Çalışmanın Amacı
Dönen makinelerde titreşim analizi ile arıza tespiti;
pompa, fan ve kompresörler gibi makinelerde oluşan arızaların, daha başlangıç aşamasında iken titreşim analizi ile belirlenmesi esasına dayanmaktadır. Periyodik olarak alınan titreşim ölçümlerinin, bir yazılım kullanılarak değerlendirilmesi ile makinenin durumu hakkında bir kestirimde bulunulur. Bu sayede makinenin normal çalışma şartlarında ne zaman arıza vereceği tahmin edilerek, olası üretim ve zaman kaybının önüne geçilebilir ve işletmeler ağır maddi zararlardan korunmuş olur.
Bir pompada oluşabilecek ve tanımlanabilecek belli başlı arızalar şunlardır:
-Balans bozukluğu -Kaplin ayarsızlığı
-Şase gevşekliği/Ankraj zayıflığı -Rulman arızaları
-Akış Problemi -Kavitasyon
-Elektrik Motoru Arızaları
Bu çalışmada rulman hasarlanması, kaplin lastik problemi ve mekanik hasarlanma arızalarına müdahale çalışması yapılmış ve titreşim ölçümleri alınarak analiz edilmiştir.
Çalışmanın amacıyla benzerlik gösteren, kestirimci bakım tekniğinin temel unsuru olan titreşim analizi ile makinelerde arıza teşhisi konusunda yapılan, literatürde bulunan araştırmalar ise aşağıdaki şekilde özetlenmiştir.
Orhan, Aktürk ve Çelik, bir petrol rafinerisinde kullanılan makinelerdeki rulman hasarlarını tespit etmek için titreşim analizi uygulamaları üzerine çalışma ve analizler yapmışlardır. Gerçek çalışma şartlarında çalışan, üç farklı vaka çalışması yapmışlardır [8].
Taplak, doğrudan bağlantılı rotor-rulman sisteminin dinamik davranışını araştırmıştır. Sistemin dikey
doğrultusunda deneysel titreşim analizi uygulanmıştır.
Çok sayıda titreşim kaynağını tanımlamak için trend analizi ve spektrum grafiği ile titreşim görüntüleme uygulaması yapılmıştır. Görülmüştür ki dönen makineler bir veya daha fazla titreşim kaynağına sahip olabilirler.
Yapılan çalışmada her bir rulmandan elde edilen titreşim değerleri göstermektedir ki sistemde oluşan asıl yüksek titreşim kaynakları, mekanik gevşeklikten ve ayarsızlıktan kaynaklanmaktadır [9].
Tandon, indüksiyon motor rulmanlarındaki hasar tespiti için CM (Condition Based Maintenance, Durum Bazlı Bakım) çalışmaları yapmıştır. Bu çalışmalarda, indüksiyon motor rulmanlarının dış yüzeyinde oluşan bir hasarın tespiti için titreşim, akustik emisyon ve şok puls gibi durum bazlı bakım tekniklerinin karşılaştırması yapılmıştır [10].
Baykara, titreşim analizi ile şanzımanlarda arıza teşhisi ve kestirimci bakım konusunu ele almıştır.
Çalışma sonucunda, şanzıman dişlilerindeki hasarları ve rulman boşluklarını, titreşim verilerini analiz ederek, FFT spektrum grafiklerinde tespit etmiştir [11].
Kalyoncu, makinelerde ve makine elemanlarında meydana gelen arızaların tespitinde titreşim analizinin kullanımı ve faydaları üzerine çalışma yapmıştır. Makine ve teçhizatın sürekli gözlemlenmesi ve işlem görme şartlarının ve bunların zamanla gelişiminin analiz edilmesini içeren ve esas olarak titreşim ölçümü metodu kullanılan kestirimci bakım irdelenmiştir. Örnek uygulama olarak rulmanlarda meydana gelen arızalar incelenmiş ve titreşim analiz sonuçları grafiksel olarak verilmiştir [5].
Arslan, titreşim analizi ile fanlarda arıza teşhisi ve kestirimci bakım konusunu ele almıştır. Çalışmada sistemde çalışmakta olan bir fanın yedeği ile test standı oluşturulmuştur. Muhtemel arızalar, kasıtlı olarak yapılmış, titreşim ölçümleri alınmış ve analiz edilmiştir[12].
Taplak, dönen mekanik sistemlerin dinamik analizini yapmak için, bir ‘‘Düz Bağlantılı Rotor Sistemi’’ imal ederek çeşitli işletme şartları için sistemi titreşim parametreleri yönünden araştırmıştır [13].
SandraVelarde-Sua´rez, Rafael Ballesteros-Tajadura, Juan Pablo Hurtado-Cruz, turbo makinelerde akışkan dinamiği çalışma şartları ile ilgili beklenmedik olayların teşhisinde kestirimci bakım prosedürünün kısmi uygulaması üzerinde çalışma yapmışlardır. Prosedürün santrifüj fan üzerine uygulaması yapılmıştır. Çalışma, fan spektral davranışının deneysel çalışmasını içermekte, değişik olgularla ilgili karakteristik frekansları ortaya çıkarmaktadır [14].
III. Uygulama Çalışması
Uygulama çalışmasında Boytaş-2 A.Ş. sprey boya hattında bulunan fosfat sprey pompası kullanılmıştır.
Pompaya ait teknik özellikler Tablo 1’de verilmiştir.
3 Teknik Özellikler
Marka Standart
Model SNT 125-250
Motor Devri 1450 d/dk
Motor Gücü 15 kW
Debi 1700 m3/h
Çalışma Sıcaklığı -10/+140oC arası Giriş/çıkış Çapı 6"-5"
Basma Yüksekliği 100 mSS
Tablo 1. Pompaya ait teknik özellikler A. Pompada yapılan ölçümler
Ölçüm noktasındaki titreşim, makinanın tüm titreşimini temsil etmelidir. Tipik ölçüm noktaları rulman yataklarıdır. Üç yönde ölçüm yaparak artan titreşimin nedeni anlaşılabilir.
•Yatay doğrultudaki titreşim büyük olasılıkla balans durumunu gösterir
•Düşey doğrultudaki titreşim yapısal zayıflıkları gösterir
•Eksenel doğrultudaki titreşim ise hatalı şaft ayarını ve şaft eğilmelerini gösterir.
Mukayese edebilmek için ölçüm noktaları açık biçimde belirtilmeli ve ölçümler aynı noktadan alınmalıdır.
Çalışmada Şekil 1’de görüldüğü üzere pompanın girişinden, pompanın çıkışından ve motor iç yatağından olmak üzere üç noktadan titreşim ölçümü yapılmıştır.
Şekil 1: Uygulamada kullanılan pompa ve ölçüm noktaları B. Bakım işlemleri ve ölçümler
Periyodik alınan ölçümler sonrası pompa kısmında 1.aydan itibaren FFT ve SPM grafiklerinde sürekli bir artış tespit edilmiştir. Titreşimler tehlike noktasına geldiği için uygun zaman belirlenip üretim akışını aksatmayacak şekilde 19.05.2012 tarihinde pompa bakıma alınmıştır.
Bakımda Şekil 2’de görülen makine elemanlarına ilişkin arızaların olduğu tespit edilerek, ilgili elemanlar
değiştirilmek suretiyle bakım işlemi gerçekleştirilmiştir.
Şekil 2a’da görülen rulmana ek olarak milin de aşınmış olduğu tespit edilerek değiştirilmiştir. Şekil 2b-2c’de görülen kaplin ve lastiğin kasıntılı çalıştığı ve bunun neticesinde lastiğin içten aşındığı ve içe doğru çukurlaştığı görülmüştür. Bu oyuktan da anlaşılacağı üzere kaplin ayarsızlığı mevcuttur ve dengesiz çalışmaya sebebiyet vermektedir. Şekil 4d’de rulmana ek olarak, milde de aşınmalar olduğu için değiştirimiştir. Son olarak mekanik parçalardaki kasıntılı çalışma neticesinde kırılma ve aşınmalar meydana gelmiştir ve bakımıyla ilgili gerekli işlemler yapılmıştır (Şekil 2e).
Şekil 2: (a) Pompa giriş rulmanı, (b) Hasarlı kaplin lastiği, (c) Hasarlı kaplin lastiği, (d) Pompa çıkış rulmanı, (e) Pompa gövdesindeki kırık ve
aşınma
Yukarıda bahsedilen bakım işlemlerinden sonra titreşim seyri takip edilmek üzere periyodik olarak ölçümlere devam edilmiştir. Trend grafiklerinde de görüleceği üzere bakım sonrası titreşim genliği bakım öncesine göre büyük oranda azalmıştır (Şekil 3).
Motor İç Pompa Giriş Pompa Çıkış
KIRILMA
AŞINMA
(c) (d)
(e)
(a) (b)
IV. Sonuç ve Öneriler
Uygulama yapılan sprey pompasında üç farklı ölçüm yapılarak ölçüm sonuçları analiz edilmiştir. Yapılan analizler yorumlanmış ve titreşim değerleri minimize edilmeye çalışılmıştır.
Şekil 4a’da görüldüğü gibi pompa giriş rulmanında yatay eksende yapılan ölçüm sonucu elde edilen titreşim değeri 5 mm/sn’dir. Yapılan bakım sonrasında ise Şekil 4b’de görüldüğü gibi 0,5 mm/sn değerine düşmüştür.
(a)
(b)
Şekil 4. Pompa giriş rulmanı yatay doğrultudaki spektrum grafikleri (a) Bakım öncesi (b) Bakım sonrası
Şekil 5a ve 5b’de görüldüğü gibi giriş rulmanı bakım öncesinde 4,5 mm/s olan titreşim değeri bakım sonrasında 0,2 mm/sn değerine düşmüştür ve yatay ölçüm sonuçlarını doğrulamaktadır.
(a)
(b)
Şekil 5. Pompa giriş rulmanı dikey doğrultudaki spektrum grafikleri (a) Bakım öncesi (b) Bakım sonrası
Pompa giriş rulman yataklarında bakım öncesi ve sonrası yapılan yatay ve dikey ölçüm grafiklerine bakıldığında açıkça görülmektedir ki bakımda yapılan
(a) (b)
(c) (d)
Şekil 3. İvme trend grafikleri (a) Giriş rulmanı yatay doğrultu, (b) Giriş rulmanı dikey doğrultu (c) Çıkış rulmanı yatay doğrultu, (d) Motor iç yatay doğrultu
Bakım Bakım
Bakım Bakım
5 değişim ve onarımlar sonucu titreşim değerleri çok önemli miktarda düşüş göstermiştir.
Şekil 6’da görüldüğü gibi pompa çıkış rulmanında bakım öncesi yapılan ölçümde titreşim değeri 2,1 mm/s iken bakım yapıldıktan sonra bu değer 0,3 mm/s değerine düşmüştür.
(a)
(b)
Şekil 6. Pompa çıkış rulmanı yatay doğrultudaki spektrum grafikleri (a) Bakım öncesi (b) Bakım sonrası
Şekil 7’de görüldüğü gibi motor iç noktasından bakım öncesinde yapılan ölçüm sonunda titreşim değeri 1,4 mm/s’dir. Bakım yapıldıktan sonra ise titreşim değeri 0,3 mm/s’ye düşmüştür.
(a)
(b)
Şekil 7. Motor iç yatay doğrultudaki spektrum grafikleri (a) Bakım öncesi (b) Bakım sonrası
Tablo 2’de görülmektedir ki yapılan ölçüm, analiz ve iyileştirmelerden sonra bütün noktalardaki titreşim değerleri önemli şekilde azalmıştır.
Ölçüm Noktası Bakım öncesi
değer Bakım sonrası değer Pompa giriş rulmanı yatay 5 mm/sn 0,5 mm/sn Pompa giriş rulmanı dikey 4,5 mm/sn 0,2 mm/sn Pompa çıkış rulmanı yatay 2,1 mm/sn 0,3 mm/sn Motor iç rulmanı yatay 1,4 mm/sn 0,3 mm/sn
Tablo 2. Bakım öncesi ve sonrası titreşim değerleri
Beklenmedik arızaların giderilme süreci hem yedek parçanın stokta olmama ihtimali hem de planlanan iş akışının aksamasından dolayı istenmeyen kayıp ve maliyetlere yol açabilir. Arızaların önceden belirlenmesi ve makinelerin uygun zamanda durdurularak gerekli müdahalenin yapılması önemlidir. Titreşim analizi ile oluşabilecek arızalar önceden tespit edilebildiğinden üretim kayıpları ve gereksiz maliyet artışları önlenebilir.
Kaynakça
[1] Duyar,A.,Merril ,W.C. FaultDiagnosisForthe Space Shuttle Main Engine. AIAA Journal of Guidance , Control and Dynamics , vol.
15,no.2,pp.384-389, 1992.
[2] Understanding Maintenance Strategies, http://www.plantweb.emersonprocess.com erişim tarihi:05.07.2012.
[3] Kobu, B., “Üretim Yönetimi” Avcıol basım yayın, İstanbul, 712 s.
2003.
[4] URL-1 (2004) http://www.resonans.com.tr/dökümanlar, Kestirimci Bakım, erişim tarihi: 01.09.2012
[5] Kalyoncu, M. Titreşim analizi ile makine elemanları arızalarının belirlenmesi. Mühendis ve Makine47 (552): 28-35, 2006.
[6] Arslan, S. Titreşim Analizi İle Fanlarda Arıza Teşhisi ve Kestirimci Bakım. Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak, 124 s, 2010.
[7] Vibratek. Titreşim Mühendisliği 1 ve 2 Seminer Notları. Vibratek Mühendislik ve Mümessillik Ltd, Ankara, 2000.
[8] Orhan, S., Akturk, N., Celik, V. Vibration monitoring for defect diagnosis of rolling element bearings as a predictive maintenance tool: Comprehensive case studies. NDT&E International, 39:293–
298, 2006.
[9] H. Taplak et al. Experimental analysis on fault detection for a direct coupled rotor-bearing system, Measurement, 2012.
[10] Tandon, N., Yadava, G. S., Ramakrishna, K. M. A comparison of some condition monitoring techniques for the detection of defect in induction motor ballbearings. Mechanical Systems and Signal Processing, 21:244–256, 2007.
[11] Baykara, V. İ. Titreşim Analizi İle Şanzımanlarda Arıza Teşhisi ve Kestirimci Bakım, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak, 102 s, 2009.
[12] Arslan, S. Titreşim Analizi İle Fanlarda Arıza Teşhisi ve Kestirimci Bakım, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak, 124 s, 2010.
[13] Taplak, H. Titreşim Parametrelerinin Dönen Mekanik Sistem Dinamiğine Etkilerinin Araştırılması. Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Kayseri, 138s, 2002.
[14] SandraVelarde-Sua´rez, RafaelBallesteros-Tajadura, Juan Pablo Hurtado-Cruz. A predictive maintenance procedure using pressure and acceleration signals from a centrifugal fan, AppliedAcoustics 67:49–61, 2006.
