Voorspellend onderhoud aan zuigermachines

Om de conditie van zuigermotoren, ook wel zuigercompressoren genoemd, te controleren, werden lange tijd traditionele trillingsmeetmethoden toegepast. Het werd echter duidelijk dat deze metingen niet betrouwbaar zijn om de conditie van dergelijke machines te bewaken. Daarom zijn er technieken ontwikkeld die specifiek geschikt zijn voor het monitoren van zuigercompressoren. Een van deze technieken is stangdalingmonitoring, waarbij de daling van de zuigerstang als gevolg van slijtage aan de zuigerstangbanden wordt gemonitord. Een zuigerstang is het onderdeel dat ervoor zorgt dat de zuiger door de cilinderkamer glijdt zonder de cilinderwand te beschadigen. Na verloop van tijd slijten deze zuigerstangen. Door de zuigerstangdaling te bewaken, kan bepaald worden wanneer de zuigerstang vervangen moet worden voordat er schade optreedt. Bewaking van de zuigerstangdaling draagt bij aan een CBM-strategie (Condition Based Maintenance) of voorspellend onderhoud.

Stangval metingen

Stangvalbewaking wordt toegepast op zuigermachines die gebruikmaken van ruiterbanden om de zuiger in de cilinder te ondersteunen. Het doel van stangvalbewaking is het bepalen van de slijtage van de banden. Slijtage van deze banden kan leiden tot contact (wrijving) tussen de zuiger en de cilinderwand, wat tot schade kan leiden. Door de slijtage van de banden te bewaken, kunnen operators de vervanging van deze banden efficiënt plannen tijdens een turnaround/standstill die al gepland was. Bovendien geeft een vroegtijdige detectie van slijtage van de buitenband de machinist de tijd om de machine uit te schakelen voordat er buitensporige schade en (gevaarlijke) machinestoringen optreden.

Om slijtage aan de ruiterbanden te detecteren moet de positie (ten opzichte van het referentiepunt) van de zuiger worden bewaakt. Het meten van de werkelijke druppel van de zuiger is echter erg moeilijk vanwege de hoge druk in de drukkamer. In plaats van de werkelijke zuigeruitslag te meten, wordt de zuigerstanguitslag gemeten, die veel toegankelijker is. De stangdaling bewaken geeft informatie over de toestand van de zuigerbanden door veranderingen in de positie van de zuigerstang te bewaken.

Methoden

Over het algemeen worden er twee primaire methoden onderscheiden voor het bewaken van de staafval:

Nabijheidssondemetingen

Bij proximity sondemetingen wordt de sonde verticaal boven of onder de zuigerstang gemonteerd. Een proximiteitssonde werkt met eddy current technologie, die de afstand meet tussen de sensor en een metalen voorwerp. In het geval van een staafvalmeting meet hij de afstand tussen de sensor en de zuigerstang. Wanneer de zuigerstang beweegt ten opzichte van de sensor, wordt de verandering in afstand (positie van de zuigerstang) gedetecteerd. Deze metingen maken het mogelijk om de positie van de zuigerstang te bepalen, waarna de metingen worden gebruikt voor een trend. Deze trend wordt vervolgens gebruikt om te voorspellen wanneer de berijderbanden bijna versleten zijn en vervangen moeten worden.

Mechanische metingen

Over het algemeen worden er twee mechanische methoden onderscheiden voor het controleren van de staafdaling. De eerste methode maakt gebruik van een blok schurend materiaal met een ruimte binnenin die stikstof bevat. Dit blok wordt direct onder de zuigerstang geplaatst. Wanneer de zuigerstang daalt als gevolg van slijtage van de ruiterband, zal het blok afslijten tot een punt waarop stikstof ontsnapt. Dit stikstoflek veroorzaakt een daling in de druktoevoer, wat leidt tot een alarm of het uitschakelen van de machine.

De tweede mechanische methode voor het controleren van de zuigerstangdaling bestaat uit een soort rol die onder de zuigerstang is gemonteerd. Wanneer de zuigerstang slijt, zakt de zuigerstang geleidelijk tot het punt waar hij de rol raakt. Bij contact tussen de zuigerstang en de rol begint de rol te draaien, wat betekent dat er, net als bij de andere mechanische methode, stikstof ontsnapt. Dit stikstoflek zal ook een daling van de druktoevoer veroorzaken, wat leidt tot een alarm of het uitschakelen van de machine.

Het grootste nadeel van mechanische stangafzetsystemen is de onmogelijkheid om metingen uit te voeren en deze metingen te gebruiken voor trends. Het enige dat deze mechanische systemen bieden is een alarm dat afgaat als de riderband versleten is. Er is geen indicatie van de mate waarin de band versleten is. Een proximity meet de werkelijke daling van de zuigerstang en daarmee de mate waarin de band versleten is. Met behulp van de metingen van de proximity kan een trend worden opgebouwd, wat een betere onderhoudsplanning (CBM) mogelijk maakt.

Veronderstellingen

Er moet aan een aantal aannames worden voldaan om een betrouwbare staafvalmeting te verkrijgen. De basisaanname voor het meten van de zuigerstangdaling is dat de zuiger door de zwaartekracht op de bodem van de cilinder leunt. Er kan dus worden aangenomen dat een verandering in de positie van de zuigerstang evenredig is met de verandering in de positie van de zuiger, als gevolg van de slijtage van de zuigerband. Er moet ook worden aangenomen dat de positie van de zuigerstang alleen verandert door het effect van de versleten zuigerband.

De aanname dat de verandering van de positie van de zuigerstang evenredig is met de verandering van de positie van de zuiger, komt voort uit het principe van gelijksoortige driehoeken. Dit principe is schematisch weergegeven in onderstaande figuur.

Wanneer een proximity sonde wordt gebruikt voor controle van de zuigerstangdaling, kan de meting worden gecorrigeerd met behulp van een bepaalde correctiefactor. Deze correctiefactor is gebaseerd op de verhouding die volgt uit het verschil tussen de gemeten zuigerstangdaling (B1) en de werkelijke zuigerstangdaling (B2). Door deze correctiefactor toe te passen op de meting van de zuigerstangdaling, wordt de werkelijke slijtage van de zuigerband zichtbaar. Het toepassen van een dergelijke correctiefactor kan echter problemen veroorzaken. Wanneer er een meetfout optreedt, wordt deze onjuiste meetwaarde gecorrigeerd met de correctiefactor, wat resulteert in een verkeerd beeld van de werkelijke slijtage van de zuigerstang. Het is daarom erg belangrijk dat er betrouwbare metingen worden gedaan. Achtereenvolgens worden een aantal factoren besproken die van invloed zijn op de betrouwbaarheid van stangafname metingen.

Installatie en toepassing; aandachtspunten

De installatie van de sensor is cruciaal voor een betrouwbare meting. We hebben de 5 belangrijkste aandachtspunten op een rijtje gezet:

Het is cruciaal dat de sensor zo dicht mogelijk bij de cilinder wordt gemonteerd. Dit geldt zowel voor proximity als voor mechanische sensoren. Dit minimaliseert het effect dat optreedt wanneer de eerder genoemde correctiefactor op een meetfout wordt toegepast. Hoe dichter de sensor bij de zuiger is gemonteerd, hoe minder invloed meetfouten zullen hebben.

Voor grotere zuigers kan de thermische uitzetting, in de periode tussen een koude stilstand en een actief proces, aanzienlijk verschillen. Daarom wordt aanbevolen om de cilinderuitlijning laag op de kruiskop te plaatsen, zodat er ruimte is voor thermische expansie. Zodra de zuiger door warmte radiaal uitzet, wordt de zuigerstang opgetild ten opzichte van de stangafzetsensor. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het installeren en bepalen van de positie van het stangaflaatsysteem.

De aanname dat de zuiger door de zwaartekracht op de bodem van de cilinder leunt is geen realistische aanname voor zuigers met een kleine diameter. Bij zuigers met een kleine diameter (kleiner dan 150 mm) bevindt een groot deel van de zuigerstang zich in het cilinderhuis. Onjuiste uitlijning of effecten op het cilinderhuis kunnen leiden tot een zwevende zuiger. De radiale krachten laten de zuiger niet zakken, maar een combinatie van krachten duwt de zuiger omhoog of opzij. Als dit gebeurt, kunt u ervoor kiezen om twee proximity tasters te plaatsen, waarbij de ene horizontaal meet en de andere verticaal (X-Y tasters).

De lengte van de zuigerstang kan de meting ook beïnvloeden. Hoe langer de zuigerstang is, hoe groter de kans dat hij enigszins flexibel is. Dit is vooral het geval bij zuigers met een grote diameter. Flexibiliteit van de zuigerstang kan van invloed zijn op de meting van de zuigerstangdaling. Om het effect van zuigerstangflexibiliteit op de stangvalmeting te verminderen, kan het signaal van de probe proximity op een vast punt tijdens de omwenteling van de krukas gemeten worden. Dit staat bekend als fasegestuurd; er wordt een fasereferentie ingesteld waarop de meting wordt getriggerd.

Het is belangrijk dat de sonde zodanig wordt gemonteerd dat deze niet onderhevig is aan warmte-uitzetting of vibratie. Als de sonde beweegt ten opzichte van de zuigerstang, wordt de meting onbetrouwbaar. Daarnaast is het bij zuigers met een grote diameter belangrijk om een sonde met een groter bereik te plaatsen. Bij thermische uitzetting zal de zuigerstang niet buiten het bereik van de proximity sonde bewegen.

Geactiveerde stangvalmodule - RecipSys 200

De 2-kanaals getriggerde stangvalmodule (RecipSys 200) is ontwikkeld door Istec International en is geschikt voor het bewaken van de conditie van de zuigerbanden van een heen-en-weergaande machine. "Getriggerd" betekent dat de stangvalmeting op een vast punt tijdens de omwenteling van de krukas plaatsvindt. Hierdoor kan te zijner tijd een betrouwbare trend worden gemaakt. Veel bestaande stangvalsystemen maken deel uit van een groter systeem dat geschikt is voor grote toepassingen en vergen daarom een kostenintensieve investering. De RecipSys 200 daarentegen is zeer kostenefficiënt en daarom toepasbaar voor kleine, middelgrote en grote toepassingen.

Lees meer over de RecipSys 200 »