O tym, że brak współosiowości pracujących razem elementów pociąga za sobą wiele negatywnych skutków, wiadomo od dawna, w zasadzie od początku rewolucji przemysłowej. Nowoczesne maszyny są wydajne, energooszczędne, ale stawiają coraz większe wymagania pod względem ich obsługi. Brak współosiowości może powodować zwiększone wibracje i obciążenia części maszyn, do których nie zostały one zaprojektowane. Aby więc zabezpieczyć się przed awariami, konieczne jest przeprowadzenie osiowania i jego systematyczna kontrola.
Jak wynika z wielu badań, niewspółosiowość jest najczęstszą przyczyną awarii. Spowodowane tym przestoje stanowią nawet od 20% do 30% całego czasu przestoju maszyny. Koszty z tym zawiązane to przedwczesne uszkodzenia (koszt części zamiennych i napraw), straty w produkcji i nadmierne zużycie energii. Można je ograniczyć dzięki regularnym kontrolom i ustawianiu osiowości oraz współosiowości maszyn.
Na osiowaniu nie warto oszczędzać. Specjaliści zajmujący się obsługą techniczną powinni rozpoznać objawy nieprawidłowej pracy urządzenia np. na podstawie kontroli poziomu i charakteru wibracji. Warto jednak dodać, że nie ma wyraźnego obrazu wibracji wskazującego na brak osiowości. Trzeba wykluczyć inne źródła nieprawidłowości, np. uszkodzenia łożysk. Do osiągnięcia wyrównania pomiędzy wirującymi elementami mogą być stosowane narzędzia mechaniczne lub optyczne wykorzystujące światło laser (obecnie najpopularniejsze). Systemy wykorzystujące żyroskopy stosowane są tam, gdzie wały przenoszą napęd na duże odległości.
Mówiąc o osiowaniu, Grzegorz Pieniążek z firmy AMC VIBRO zwraca uwagę, że w przemyśle wykorzystywane są różne typy maszyn wirnikowych. Najczęściej występującymi są maszyny poziome – głównie pompy, wentylatory i układy napędowe. Kolejną grupę stanowią maszyny o pionowej osi obrotu oraz maszyny napędzane za pomocą wałów Cardana. Bardzo często stosowane są też maszyny tworzące tzw. ciąg maszyn, np. układ składający się z silnika, przekładni oraz odbiornika. Wykorzystując nowoczesne systemy laserowego osiowania, można wykonać pomiary na wszystkich wspomnianych typach maszyn i, co równie ważne, w prosty sposób przeprowadzić korekty ustawienia.
Usługi osiowania
Czy lepiej własnymi siłami wykonać osiowanie, czy może skorzystać z usług firmy zewnętrznej? Zdaniem Marcina Rechula z firmy Instalcompact-service warto oszacować wszystkie związane z tym koszty. Urządzenia do osiowania nie należą do najtańszych, a co za tym idzie, nie zawsze opłaca się je kupić użytkownikowi, zwłaszcza gdy park maszynowy nie jest szczególnie rozbudowany. Trzeba również brać pod uwagę, jak bardzo dla nas strategiczne są aplikacje, w jakich pracują urządzenia, które powinny być osiowane, a także jak ważna dla zakładu jest ich bezawaryjność. Kolejnym elementem do rozważenia jest wielkość urządzeń i późniejsze koszty związane z przestojem bądź wymianą części, które w wyniku złego wyosiowania ulegają uszkodzeniu.
Grzegorz Pieniążek z firmy AMC VIBRO radzi, by policzyć, kiedy inwestycja w sprzęt i przeszkolenie osób do wykonywania osiowania się zwróci. Jeżeli w zakładzie wykonuje się jedno lub kilka osiowań w roku, zakup sprzętu może się okazać nieopłacalny. Wówczas lepiej będzie powierzyć to zadanie doświadczonemu usługodawcy, dysponującemu przeszkolonymi ludźmi i odpowiednim sprzętem. Jeśli zaś w zakładzie jest wiele maszyn wymagających osiowania, inwestycja w sprzęt i szkolenie pozwoli zagwarantować sobie dostęp do sprzętu oraz przeszkolonego pracownika w dowolnym czasie.
Natomiast zdaniem Arkadiusza Rybaka z firmy I-Care w większości wypadków możliwe jest samodzielne osiowanie ze względu na udogodnienia, w jakie wyposażone są obecne na rynku urządzenia do osiowania laserowego, takie jak: intuicyjne menu, łatwość obsługi, minimalizowanie błędów ludzkich itp., a także oferowanie przez dostawcę przeszkolenia. Szczególnie sprawdza się to do prostych układów silnik-pompa, silnik-wentylator itp. Jego zdaniem tylko w bardzo szczególnych przypadkach – skomplikowana kinematyka, wały Cardana, nieobracające się wały, rozsprzęglony układ, warto skorzystać z usług firm zewnętrznych, by nie popełnić poważnych błędów w osiowaniu.
Adam Celebański z firmy P.P.H.U. AGC Engineering zwraca uwagę, że obowiązkiem firmy, której zlecono usługę osiowania, jest wykonanie wizualnego przeglądu całego układu. Pracownik, który przystępuje do osiowania układu, jeśli nie była prowadzona wibrodiagnostyka, powinien w pierwszej kolejności przejrzeć układ łożyskowania, by mieć pewność, że łożyska są w dobrym stanie. Kolejny krok to przegląd samego sprzęgła, piast, tarcz, połączeń przenoszących napęd oraz sposobu kotwienia. W przypadku stwierdzenia jakichkolwiek nieprawidłowości należy niezwłocznie poinformować o tym usługobiorcę. Jego zdaniem najkorzystniejsze jest dla firmy posiadanie własnego sprzętu oraz wykwalifikowanego pracownika. Jednak trzeba postawić sobie pytanie, czy na pewno firmie się to opłaca. Cena sprzętu, na którym można z powodzeniem pracować, wynosi średnio 45 tys. zł. Do tego należy doliczyć koszt utrzymania pracownika. Nie wystarczy wysłać pracownika na szkolenie. Jeśli jego praca ma być efektywna, musi on zdobyć niezbędne doświadczenie. Jak twierdzi Adam Celebański, jest to opłacalne, jeśli w ciągu miesiąca pracownik będzie miał zagwarantowane minimum osiem układów do sprawdzenia i przeprowadzenia osiowania.
O czym nie należy zapominać – porady ekspertów
Jakub Folaron, kierownik Obszaru Sprzedaży w firmie Pruftechnik Wibrem: Przystępując do osiowania laserowego, najpierw należy zainstalować maszynę napędzaną (np. pompę, przekładnię, wentylator), następnie osiować do niej maszynę napędzającą (silnik). Jeżeli maszyna napędzana jest poprzez przekładnię, wówczas najpierw należy wyosiować przekładnię w stosunku do maszyny napędzanej, a następnie maszynę napędzającą w stosunku do przekładni. Duże znaczenie ma przygotowanie podłoża, na którym stoi maszyna. Powinno być ono przede wszystkim płaskie (zaleca się zmierzenie płaskości, można do tego wykorzystać systemy laserowe). Powierzchnię należy oczyścić, ogratować i usunąć zadziory oraz wióry. Pierwsze zgrubne ustawienie można wykonać na liniał, a dalsze precyzyjne korekty – za pomocą systemu laserowego osiowania. Jeżeli osiujemy maszyny, które już pracowały, trzeba się upewnić, czy są one wyłączone i zabezpieczone.
Należy sprawdzić tzw. kulawą łapę i ją wyeliminować (przy użyciu podkładek). Spotykane są dwa rodzaje tzw. kulawej łapy: równoległa – gdy fundament jest równoległy do łapy – korygujemy to podkładką zwykłą, oraz kątowa – gdy łapa jest pod kątem do fundamentu – korygujemy to specjalnymi podkładkami klejonymi z kilku warstw podkładki i ściany pod odpowiednim kątem.
Dobrze jest też wykonać dwa pomiary, by sprawdzić powtarzalność i ewentualne błędy montażu/pomiaru. Bardzo dobrze do tego nadaje się tabela wyników.
Korektę ustawienia najpierw należy wykonać w płaszczyźnie pionowej, a potem w poziomej.
Warto sprawdzić, czy śruby mocujące i odciskowe są nasmarowane oraz stosować kalibrowane podkładki, które występują w różnych rozmiarach i grubościach, są nacechowane i łatwo rozpoznać ich rodzaj, a także są wykonane z odpowiednio twardej stali i mogą być używane wielokrotnie. Dobrze jest też upewnić się, czy rurociągi podłączone do pomp są odpowiednio wsparte (czy nie występują naprężenia od rurociągów) oraz czy pozwalają na przemieszczanie się maszynie w przypadku występowania rozszerzalności cieplnej. Warto również sprawdzić, czy sprzęgło jest poprawnie zamocowane (luzy, mimośrodowość, elementy elastyczne), a do przesuwania maszyn używać śrub odciskowych, a nie młotka.
Arkadiusz Rybka, wiceprezes zarządu w firmie I-Care: Często zapomina się o oczyszczeniu styku łap silnika i posadowienia (z resztek cementu, opiłków, innych istotnych zabrudzeń), a ma to bezpośredni wpływ na wyniki osiowania. Nie wszyscy sprawdzają tzw. kulawą łapę – tzn. czy wszystkie łapy silnika znajdują się na tej samej płaszczyźnie, czy nie ma efektu „ściągnięcia” jednej z łap bardziej od innych, przez co obudowa jest zwichrowana. Zdarza się również, że przy osiowaniu zapomina się o wpływie czynników zewnętrznych (np. dużych drgań pochodzących od sąsiadujących maszyn), mających znaczący wpływ na wyniki pomiarów.
Sprawdzenie stanu wyosiowania należy powtarzać kilkakrotnie, by uzyskać powtarzalność wyników. W przypadku braku powtarzalności trzeba poszukać przyczyn takiej sytuacji – duże drgania zewnętrzne, zakłócające światło słoneczne, niekontrolowany ruch głowicy/głowic pomiarowych, wybierany zbyt duży luz na sprzęgle itp.
Kolejnym punktem przy osiowaniu jest informacja, z jakim sprzęgłem mamy do czynienia i jakie błędy kątowe oraz przesunięcia może ono przenieść. W przypadku dobrych sprzęgieł elastycznych może to być nawet 0,5 mm kątowo oraz przesunięcia, a przy prędkościach obrotowych 20003000 urządzenia pomiarowe mają zaszyte domyślne tabele tolerancji wskazujące ok. 0,07/0,08 mm błędu. Jest to więc różnica prawie dziesięciokrotna. Wyosiowanie więc na poziomie np. 0,2 mm jest nadal komfortowe dla sprzęgła zgodnie z jego kartą katalogową, ale jest to wynik poza zakresem dla domyślnych tabeli tolerancji z urządzenia. Ma to oczywiście przełożenie na czas poświęcany na osiowanie maszyn (wyosiowanie do 0,2 mm może trwać 45 minut, a wyosiowanie do 0,07 mm nawet do 3–4 godzin w zależności od wielkości urządzenia i konstrukcji posadowienia).
Adam Celebański, właściciel firmy P.P.H.U. AGC Engineering: Najważniejsze przy osiowaniu jest zniwelowanie niewspółosiowości równoległości oraz kątowej równoległości pomiędzy tarczami sprzęgieł. Jest to oczywiście tylko jeden z aspektów tego zagadnienia, ale jeden z najważniejszych. Klasyczne urządzenia, do których wprowadzane są takie dane, jak średnica sprzęgła, liczba obrotów na minutę, rozstaw łap mocujących układ, np. silnik-pompa, zazwyczaj wyznaczają normy. Jednak sugerowanie się tylko normami wyznaczonymi przez samo urządzenie jest największym błędem. Powinno się dążyć do idealnego ustawienia maszyny i zniwelowania odchyłek do wartości maks. 0,05 mm.
Grzegorz Pieniążek, Key Account Manager w firmie AMC VIBRO: Różne typy sprzęgieł w zależności od ich budowy lepiej lub gorzej znoszą rozosiowanie. Jednak nawet jeśli sprzęgło dobrze znosi związane siły, należy pamiętać, że przenoszą się one na inne elementy maszyny, takie jak łożyska i uszczelnienia, co powoduje ich degradację oraz straty energii.
Na rynku dostępne są systemy pozwalające na kontrolę fundamentu m.in. dzięki programowi do pomiaru tzw. kulawej łapy, który wylicza konieczne korekty pod poszczególnymi łapami, o ile są konieczne.
Ważny jest też prawidłowy dobór podkładek korygujących. Podkładki, aby dobrze spełniały swoją funkcję, muszą być odpowiedniej wielkości, a ich liczba nie powinna przekraczać 4 sztuk pod jedną łapą. Ponadto należy bezwzględnie wymieniać na nowe wszelkie podkładki uszkodzone mechanicznie.
Niezależnie od stosowanego systemu pomiarowego należy zawsze zwracać uwagę na warunki, w jakich wykonuje się pomiar (temperatura, ruch powietrza, kurz, wibracje i odległości pomiarowe). Osoba, która wykonuje pomiar, powinna być świadoma wpływu tych czynników na jego wyniki.
Marcin Rechul, kierownik serwisu w firmie Instalcompact-service: Z oszczędności często we własnym zakresie wykonuje się ramę, podstawę np. pod zespół pompowy, nie zachowując przy tym odpowiedniej sztywności konstrukcji i zaleceń producenta zestawu pompowego. W takim wypadku osiowanie bywa mocno utrudnione lub wręcz niemożliwe. Fundament musi być sztywny.
Kolejna sprawa to cykliczność osiowania. Powinna być ona elementem prewencji przed uszkodzeniem i wykonywana przynajmniej co rok. Spotykam się z tym, że użytkownicy maszyn są często przekonani, iż po raz przeprowadzonym osiowaniu urządzenia pozostaną dobrze wyosiowane przez cały okres eksploatacji. To błędny pogląd.
Sprzęt
Obecnie najpopularniejsze w zastosowaniach przemysłowych są laserowe systemy osiowania. Należy tu wspomnieć o firmie Pruftechnik Wibrem, wynalazcy laserowej metody osiowania, która ma
kilkaset patentów na rozwiązania wykorzystane w swoich systemach pomiarowych. Jakub Folaron z firmy Pruftechnik Wibrem wśród nowości firmy wymienia: „tab@lign” – zestaw do osiowania współpracujący z urządzeniami przenośnymi typu tablet/smartfon, z systemami Android i iOS, „Optalign smart RS5 BT” – system pozwalający kontrolować korekty położenia maszyn w obu płaszczyznach równocześnie (pionie i poziomie), ze zintegrowanym w czujniku modułem Bluetooth i tabelą wyników oraz „Rotalign touch” – przyrząd z dotykowym/przemysłowym ekranem, obsługą głosem, pracą w chmurze oraz z zabudowanym aparatem do dokumentowania wykonanych centrówek. Przyrząd wyposażony jest w inteligentne czujniki minimalizujące błąd użytkownika. Pozwala on zmierzyć zmiany centrówki podczas pracy urządzeń – w celu określenia np. rozszerzalności cieplnej umożliwia kontrolę obu płaszczyzn równocześnie.
Arkadiusz Rybka zwraca uwagę na właśnie wprowadzone na rynek rozwiązanie – Fixturlaser ECO. Jest to bardzo proste w użytkowaniu urządzenie, kierowane do tych, którzy chcą szybko i łatwo wykonywać podstawowe sprawdzenia i osiowania maszyn poziomych.
Firma Easy Laser, reprezentowana na polskim rynku przez AMC VIBRO, wprowadza obecnie do oferty nową wieloplatformową generację systemów osiowania wałów – Generacja XT. Do wyświetlania danych z pomiarów wykonanych systemami serii XT może posłużyć smartfon z systemem iOS lub Android, tablet lub wodoszczelny, odporny na uderzenia dedykowany tablet z oferty Easy-Laser model XT11. Całkowitą nowością jest możliwość doposażenia tabletu XT11 w kamerę termowizyjną firmy FLIR.
Jak mówi Adam Celebański, jego firma używa do osiowania sprzęgieł urządzenia Shaftaligen firmy Pruftechnik Wibrem. Jest to klasyczny sprzęt, który według niego spisuje się najlepiej w ciężkich warunkach, takich jak wysokie temperatury, wilgotne środowisko czy temperatury poniżej 15°C, które zdarzają się podczas świadczenia usług.
Obecnie na rynku jest duży wybór urządzeń przeznaczonych do wykonywania pomiarów współosiowości. Wśród najtańszych urządzeń można wymienić smartfon z odpowiednią aplikacją pobraną z Internetu. Po jej zainstalowaniu wystarczy kupić czujniki laserowe z łączem Bluetooth i można przystąpić do pierwszego pomiaru. Najdroższe urządzenia są bardzo rozbudowane, mają po kilkadziesiąt opcjonalnych trybów pracy typu „kulawa łapa”, możliwość ustawiania sprzęgieł Cardana itp. Zdaniem Adama Celebańskiego przy zakupie takiego sprzętu warto zwrócić uwagę na to, do czego i jak często będzie on używany.
Warto wspomnieć także o firmie SKF, która oferuje gamę urządzeń do osiowania – modele TKSA: 11, 31, 41, 51 i 71. Spośród wymienionych najbardziej zaawansowany jest model TKSA 71, przeznaczony do osiowania również w trudnych warunkach przemysłowych. Wraz z nim oferowane są jednostki pomiarowe do użytku w ciasnych miejscach, całkowicie uszczelnione (IP 67). Urządzenie działa przy wsparciu sześciu aplikacji programowych przeznaczonych do wykonywania różnych zadań w ramach ustawiania współosiowości. Programy dostępne są w wersjach przeznaczonych na urządzenia przenośne (tablety, smartfony) z systemami operacyjnymi Android i iOS.
Wybór usługodawcy – kilka uwag
Przy wyborze zewnętrznej firmy usługowej warto zwrócić uwagę na doświadczenie i wiedzę usługodawcy w wykonywaniu usług osiowania, jakie mają być zlecone, oraz jakość używanego sprzętu, np. czy ma on możliwość zastosowania w danej aplikacji. Przy wyborze nie można kierować się jedynie ceną, bo nawet jedna godzina awaryjnego postoju maszyny, spowodowana złym wyosiowaniem układu, generuje bardzo duże koszty. Często dostawcy takich usług mają jeszcze w portfolio wiele innych usług, których celem jest określenie stanu technicznego maszyn.
Podsumowanie
Nie trzeba dziś nikogo przekonywać, jak ważne jest właściwe wyosiowanie maszyn. Niestety, nie zawsze pamięta się o systematycznym okresowym kontrolowaniu współosiowości. Nowoczesne urządzenia do osiowania wspierają użytkownika, ale nadal przyda się wiedza teoretyczna i doświadczenie, choć nie są wymagane jakieś szczególne kwalifikacje. Jak zawsze, rzetelnie przeprowadzony rachunek ekonomiczny pomoże odpowiedzieć na pytanie, kiedy lepiej skorzystać z usług firmy zewnętrznej.
Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do odbiorców z branży automatyki przemysłowej.
