Jednym z ważniejszych problemów związanych z użytkowaniem wszelkiego rodzaju maszyn i urządzeń technicznych jest ich degradacja. Naturalną potrzebą jest prowadzenie napraw elementów i zespołów, które z biegiem czasu nie są już w stanie spełniać stawianych im wymagań technicznych.
Obiekty techniczne wyczerpują swój potencjał eksploatacyjny na skutek kumulujących się i wzajemnie potęgujących procesów zużycia lub nagłych bodźców powodujących przedwczesną utratę przydatności. W stosunku do maszyn, które charakteryzują się znaczną powtarzalnością, można zastosować jeden z wybranych systemów utrzymania ruchu (system remontów planowo-zapobiegawczych lub system inspekcji zapobiegawczych).
Jednak w przypadku linii produkcyjnych, których budowa jest bardzo zróżnicowana, zastosowanie któregoś z tych systemów nie zawsze zapewnia odpowiednią ich niezawodność. Dlatego ważne są badania niezawodności linii produkcyjnych, aby na podstawie uzyskanych wyników wytypować te urządzenia i ich elementy, które stanowią słabe ogniwa i są przyczyną częstych awarii i postojów linii i zwrócić na nie szczególną uwagę w czasie przeglądów. Właściwie zorganizowane przeglądy przyczynią się do usprawnienia działania linii produkcyjnych. Jednak aby przeprowadzić analizę niezawodności, konieczne jest dysponowanie odpowiednią bazą danych.
W badanym browarze wszystkie dane dotyczące eksploatacji urządzeń gromadzone są w komputerowym systemie zarządzania utrzymaniem ruchu. Badaniom niezawodności poddano pompy wirowe, które są zainstalowane w liniach rozlewniczych piwa. Ponadto rozważono uszkodzenia poszczególnych elementów pomp ze szczególnym uwzględnieniem uszczelnienia czołowego.
Celem pracy jest określenie wpływu niezawodności pomp wirowych stosowanych w liniach rozlewniczych piwa na awaryjność tych linii. Jednocześnie starano się zwrócić uwagę na znaczenie gromadzonych w systemie informacji w usprawnianiu pracy służb utrzymania ruchu rozlewni piwa.
Pozyskiwanie wiedzy o obiekcie
W browarze pracuje pięć linii rozlewniczych (rys. 1) charakteryzujących się różną wydajnością, służących do rozlewu piwa do butelek o pojemności 0,5 litra oraz 0,3 litra a także do puszek o pojemności 0,5 litra.
Stosowane w liniach rozlewniczych pompy wirowe są ważnym ogniwem w całym procesie rozlewu piwa. Stanowią około 95% wszystkich pomp pracujących w liniach rozlewniczych oraz znajdują się we wszystkich jej punktach, przetłaczając rozmaite media. Pompy te narażone są często na oddziaływanie zmiennych ciśnień i temperatur, co ma wpływ na czas ich pracy. Pracują one w środowisku takich mediów, jak: piwo (temperatura 2°C – 65°C), gorąca woda (temperatura 80°C), ług sodowy (stężenie 1,8 – 2,2%, temperatura 80°C), para wodna, dodatki chemiczne. Charakteryzując warunki pracy w zakładzie browarniczym, należy zwrócić szczególną uwagę na duże drgania wytwarzane przez maszyny i urządzenia tam pracujące.
Służby UR
Służby utrzymania ruchu zwracają szczególną uwagę w czasie inspekcji na wytypowane pompy, które stanowią słabe ogniwa linii. Zadaniem służb utrzymania ruchu jest bieżące kontrolowanie pracy maszyn i usuwanie ewentualnych awarii oraz działalność przeglądowo-remontowa. Po wystąpieniu każdej awarii mistrz zmianowy odpowiedzialny za produkcję wpisuje do tzw. karty pracy datę, godzinę i czas postoju oraz jego przyczynę. Następnie pracownik, który usuwał usterkę, opisuje jej przyczynę, rodzaj naprawy, czas usuwania awarii, a także własne uwagi dotyczące stanu maszyny.
W sezonie wiosenno-letnim, gdy linie pracują w ruchu ciągłym, każda z nich jest poddawana inspekcji raz w tygodniu. Inspekcja ta obejmuje między innymi: sprawdzenie zgłoszonych usterek, oględziny zewnętrzne, sprawdzenie poziomu olejów, drobne regulacje oraz wymiany szybko zużywających się elementów. Remont kapitalny linii wykonuje się raz w roku i trwa około dwóch tygodni. Wykonywany jest w sezonie jesienno-zimowym, gdy sprzedaż piwa jest mniejsza i bez przeszkód w realizacji planów produkcyjnych można zawsze jedną linię wyłączyć z ruchu.
Wykorzystanie systemu komputerowego
Rys. 1. Schemat linii rozlewniczej (nr 6) piwa do butelek wielokrotnego użytku wraz z liczbą pomp zainstalowanych w jej obiektach; po prawej pompa wirowa przetłaczająca gorącą wodę o temperaturze 71OC, wykorzystywana do pasteryzacji piwa
Wszystkie dane dotyczące przeprowadzonych napraw gromadzone są w systemie komputerowym, który umożliwia analizę wprowadzonych informacji. System ten wspomaga zarządzanie wszystkimi elementami utrzymania ruchu przedsiębiorstwa, a w szczególności środkami trwałymi, planowaniem obsługi remontów, realizacją cykli remontowych oraz gospodarką magazynową.
Korzystając z informacji zgromadzonych w systemie, przeprowadzono analizę wpływu niezawodności pomp wirowych na pracę linii. Z informacji zgromadzonych w systemie wybrano dane dotyczące: typu pompy, miejsca jej pracy, rodzaju i przyczyny uszkodzenia. Dane te umożliwiły wyznaczenie wskaźników niezawodności linii uwarunkowanych awaryjnością stosowanych w liniach pomp, wytypowanie najbardziej zawodnych elementów pomp wirowych oraz określenie przyczyn ich uszkodzeń. Przedstawione dane dotyczą eksploatacji linii w 2003 roku.
Analiza danych
W każdej z pięciu linii rozlewniczych piwa pracuje określona liczba pomp (tablica 1). Niektóre ulegają uszkodzeniom, inne pracują bezawaryjnie przez cały okres użytkowania. Wykorzystując te dane, wyznaczono wskaźniki niezawodności:
-
wskaźnik niezawodności linii uwarunkowany działaniem pompy r:
r = no/No
gdzie: no – liczba pomp, które nie uległy uszkodzeniu podczas okresu międzynaprawczego
No – liczba pomp w linii
-
parametr strumienia uszkodzeń linii w:
w= nu/No
gdzie: nu – liczba wszystkich uszkodzeń pomp w linii
No – liczba pomp w linii
Obliczone wartości wskaźników niezawodności linii rozlewniczych nr 2, 3, 4, 5 i 6 przedstawiono w tablicy 1.
Na podstawie zawartych w tablicy 1 wskaźników niezawodności można stwierdzić, że:
-
najbardziej niezawodne są linie nr 2 i 6; parametr strumienia uszkodzeń jest najmniejszy,
-
najmniej niezawodne są linie nr 4 i 5; w tych liniach pompy ulegały najczęściej uszkodzeniom.
Wpływ niezawodności poszczególnych elementów pomp na awaryjność linii można wyznaczyć na podstawie udziałów liczby uszkodzeń elementów pomp, które najczęściej ulegają uszkodzeniom i są przyczyną najdłuższych postojów (tablica 2).
Z zestawionych danych wynika, że elementami najbardziej zawodnymi są uszczelnienia czołowe pomp oraz łożyska. Ponadto uszkodzeniom ulegają wirniki oraz kadłuby. Postacie i przyczyny uszkodzeń są różnorodne, co wynika z warunków eksploatacji oraz zróżnicowania przetłaczanych mediów.
Uszkodzenie uszczelnień
Uszkodzenia uszczelnień czołowych znalazły się na pierwszym miejscu przyczyn uszkodzeń pomp. Uszczelnienia te są stosowane w browarze, ponieważ charakteryzują się większą szczelnością i trwałością niż inne, pracujące w takich samych warunkach (rys. 2).
Uszczelnienia te w określonych warunkach mogą ulegać natychmiastowym uszkodzeniom. Te formy przedwczesnej utraty przydatności stanowią w badanym zakładzie około 60% awarii uszczelnień czołowych. Utrata funkcji uszczelnienia może nastąpić na skutek błędu popełnionego w czasie montażu lub zmiany stanu w czasie eksploatacji.
Uszkodzenia podczas montażu. Liczba błędów popełnionych podczas montażu może być znaczna. Przykładowo osoba montująca uszczelnienie może zastosować uszkodzony element lub niewłaściwie go zamontować. Montaż uszkodzonego uszczelnienia następuje na skutek braku kontroli jego stanu przed montażem. Do uszkodzenia może dojść również podczas montażu, z powodu niewłaściwego obchodzenia się z uszczelnieniem.
Uszkodzenia w czasie eksploatacji. Na zmianę stanu uszczelnienia w czasie eksploatacji ma wpływ wiele czynników. Są to czynniki wejściowe, takie jak temperatura, ciśnienie, rodzaj przetłaczanego medium lub zakłócenia, np. drgania czy uderzenia hydrauliczne. Widoczna zmiana stanu, jaka może nastąpić w czasie eksploatacji, to przeciek. Nieszczelność może wystąpić między pierścieniami ślizgowymi lub w miejscu pracy uszczelnień pomocniczych, przykładowo między wałem a uszczelnieniem pomocniczym. Podczas eksploatacji uszczelnienia trudno jest jednak jednoznacznie określić, skąd dana nieszczelność pochodzi. Przeciek może być spowodowany niewystarczającą wartością siły docisku pierścieni, zablokowaniem ruchu pierścienia obrotowego czy poluzowaniem pierścienia stałego. Przyczyną niewystarczającej siły docisku może być uszkodzenie, zablokowanie lub zmiana położenia elementu dociskowego lub uszczelnienia pomocniczego. Elementy dociskowe, czyli sprężyny i mieszki metalowe lub gumowe, uszkadzają się najczęściej na skutek drgań, które prowadzą do ich deformacji lub pękania. Przyczyną tego zjawiska jest zastosowanie niewłaściwych uszczelnień pomocniczych, które niedostatecznie tłumią drgania.
Uszkodzenia spowodowane zmianą ciśnień. Częste i nagłe zmiany ciśnienia przepompowywanego piwa przyczyniają się do rozrywania mieszków gumowych. Do zablokowania sprężyny dochodzi na skutek wniknięcia w jej przestrzeń cząstek stałych zawartych w medium lub produktów korozji. Utrata funkcji któregoś z elementów pomocniczych uszczelnienia często przyczynia się do utraty szczelności pierścieni ślizgowych.
Uszkodzenia pierścieni są różnorodne. Ich powierzchnie ulegają przyspieszonemu zużyciu, odkształceniu lub wykruszeniu. Na skutek nagłych zmian temperatury pierścienie mogą pękać. Z kolei pierścienie pomocnicze uszczelnienia ulegają zużyciu ściernemu, które jest spowodowane obecnością cząstek ściernych zawartych w przetłaczanym medium. Przyczyną wnikania cząstek ściernych między uszczelnienie a wał może być brak instalacji płuczącej lub jej nieodpowiedni montaż. Ponadto pierścienie te są rozrywane lub rozcinane w wyniku wypchnięcia ich z rowka pod wpływem oddziaływania wysokich ciśnień.
W pompach pracujących w myjkach butelek odłamki szkła wnikają w przestrzeń rowka uszczelnienia i doprowadzają do jego uszkodzenia. Zbyt mała średnica pierścienia w stosunku do rowka przyczynia się do gromadzenia odłamków szkła lub innych zanieczyszczeń w wolnej przestrzeni.
Rys. 2. Uszczelnienie czołowe typu wewnętrznego, pracujące w pompach wirowych w pasteryzatorze, w liniach nr 2 i 3; 1 — oporowy pierścień ślizgowy, 2 — uszczelnienie pomocnicze pierścienia oporowego, 3 — pierścień ślizgowy osiowo-przesuwny (o-p), 4 — uszczelnienie pomocnicze pierścienia ślizgowego (o-p), 5 — sprężynaUszkodzenie łożyska
Do uszkodzenia łożyska wału dochodzi najczęściej wskutek zatarcia spowodowanego brakiem środka smarnego lub zużycia korozyjnego powstałego w wyniku długotrwałego działania atmosfery utleniającej, wilgoci, kwasów i innych substancji agresywnych. Zjawisko to jest charakterystyczne zwłaszcza dla pomp pracujących na pasteryzatorze. Przyczyną uszkodzenia są również nadmierne luzy spowodowane przyspieszonym zużyciem czopów wałów. Przy zastosowaniu nieodpowiednich uszczelnień do łożysk pomp wnikają zanieczyszczenia znajdujące się w środowisku otaczającym węzeł łożyskowy. Są one przyczyną przyspieszonego zużycia lub zatarcia łożyska.
Uszkodzenie wirnika i korpusu
Uszkodzenia wirnika i korpusu spowodowane są oddziaływaniem dużych i nagłych zmian prędkości przepompowywanej cieczy, prowadzące do zjawiska kawitacji lub nadmiernego wzrostu drgań pomp. Przyczyną uszkodzenia wirnika i kadłuba jest także korozja, która może doprowadzić do niewyważenia wirnika, czego skutkiem jest generowanie drgań wału o dużej amplitudzie, jego zgięcie oraz awarie łożysk i uszczelnień. W jednym przypadku element pękniętego wirnika doprowadził do zablokowania całej pompy i pęknięcia kadłuba.
Podsumowanie
Przeprowadzona analiza, oparta na danych pochodzących z systemu komputerowego, stanowi podstawę do wnioskowania o wpływie niezawodności pomp stosowanych w liniach rozlewniczych piwa na awaryjność tych linii.
Największą zawodnością ze względu na uszkodzenia pomp cechują się linie numer 4 i 5. Elementy pomp, które najczęściej ulegają uszkodzeniom, to uszczelnienia czołowe oraz łożyska. Uzyskane informacje sugerują, na które pompy służby utrzymania ruchu powinny zwrócić szczególną uwagę.
Praca brygad powinna być tak zorganizowana, aby wykonać w wyżej wymienionych liniach wszystkie prace związane z oględzinami i diagnostyką, przeprowadzić konieczne regulacje i wymiany oraz zaopatrzyć się w odpowiednią liczbę części zamiennych. Taka inspekcja będzie miała wpływ na zmniejszenie liczby awarii powstałych w trakcie użytkowania, czyli na poprawę niezawodności linii rozlewniczych, a czas przeznaczony na inspekcje będzie właściwie wykorzystany.
Autorka jest doktorantką Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu na Politechnice Poznańskiej. Zajmuje się zagadnieniami dotyczącymi eksploatacji maszyn i urządzeń przemysłu spożywczego, a przede wszystkim problemami związanymi z ich utrzymaniem w ruchu. Zgromadziła dane dotyczące pracy linii rozlewniczych piwa; między innymi sposobów zbierania danych, ich wykorzystania, przyczyn i rodzajów uszkodzeń pomp pracujących w liniach itp. Opublikowała kilka artykułów dotyczących problemów związanych z utrzymaniem w ruchu tych linii.
Autor: Aleksandra Langner
