W przypadku maszyny papierniczej stan mechaniczny jest bezpośrednio powiązany z zdolnością do pracy, jakością arkusza oraz ogólną stabilnością produkcji. Gdy walec prasujący zaczyna wibrować lub wentylator suszarki wywołuje drgania konstrukcji maszyny, pierwsze skutki są często widoczne w postaci pęknięć wstęgi, niestabilności rozciągania, zmian profilu wilgotności lub zwiększonego śladu filca i walca. Objawy te pojawiają się zazwyczaj na długo przed wystąpieniem awarii mechanicznej, ale już wtedy mają wpływ na czas pracy i jakość.
Maszyny papiernicze pracują w trybie ciągłym, charakteryzują się dużą zgromadzoną energią i długim czasem ponownego uruchomienia. Nawet stosunkowo niewielkie pogorszenie niezawodności urządzeń obrotowych może zatem szybko przełożyć się na utratę ton i niedotrzymanie terminów dostaw. Z punktu widzenia niezawodności aktywów sprawia to, że monitorowanie stanu drgań jest praktycznym i cennym narzędziem służącym do utrzymania stabilnej pracy całej maszyny.
Nowoczesna maszyna papiernicza łączy w sobie wiele sekcji, takich jak sekcja formowania, prasa, suszarnia, kalander i sekcja nawijania, połączonych za pomocą ściśle sprzężonych układów napędowych i urządzeń pomocniczych. Typowe elementy wyposażenia obejmują napędy sekcyjne, główne układy napędowe, silniki, przekładnie, obwody walców i filców, pompy próżniowe, dmuchawy oraz duże wentylatory wentylacyjne i okapowe. Wiele z tych maszyn pracuje w szerokim zakresie gatunków papieru i prędkości, przy częstych uruchomieniach, operacjach nawlekania i zmianach obciążenia. Ta zmienność pracy jest właśnie powodem, dla którego ciągłe monitorowanie drgań i diagnostyka stanowią wartość dodaną: pozwalają zespołom konserwacyjnym odróżnić normalne zachowanie związane z procesem od wczesnego zużycia mechanicznego.
Wyzwanie: połączone elementy, zmienna praca i przenoszenie drgań
Maszyny papiernicze łączą dużą liczbę elementów obrotowych w jednej długiej, połączonej mechanicznie ramie. To sprawia, że są one podatne na typowe mechanizmy zużycia, takie jak niewyważenie walców, niewyważenie wentylatorów, niewspółosiowość po wymianie walców, luz w obudowach łożysk, problemy ze smarowaniem łożysk, zużycie sprzęgieł oraz uszkodzenia zębów przekładni w napędach sekcyjnych.
Praktyczną komplikacją jest fakt, że drgania nie pozostają lokalne. Drgania pochodzące z jednego źródła mogą przenosić się przez obudowy, ramy, fundamenty i połączone rurociągi, wpływając na pomiary w sąsiednich sekcjach. Bez ciągłej analizy trendów i kontekstu diagnostycznego zespoły konserwacyjne mogą łatwo skończyć reagując na objawy, zamiast zajmować się prawdziwą przyczyną źródłową.
Warunki eksploatacyjne również ulegają ciągłym zmianom. Wzrost prędkości podczas rozruchu, obciążenie zależne od nachylenia, kondycjonowanie filtra, regulacje pary i osłony oraz zmiany poziomu próżni – wszystko to wpływa na poziomy drgań i zawartość spektralną. Kluczowym pytaniem dla zespołów ds. niezawodności nie jest zatem to, czy drgania ulegają zmianom, ale czy zmiana ta odzwierciedla normalną zmienność eksploatacyjną, czy też wskazuje na wczesny rozwój usterki. Udzielenie odpowiedzi na to pytanie wymaga czegoś więcej niż jednej wartości ogólnej; wymaga stabilnych wskaźników i wystarczających danych na poparcie diagnostyki.
Systemy pomocnicze często decydują o tym, czy maszyna pracuje stabilnie. Dmuchawy, wentylatory regulacyjne i wentylacyjne, pompy próżniowe, pompy kondensatu, pompy przepływu zasilającego oraz silniki pomocnicze mogą być indywidualnie klasyfikowane jako o średnim stopniu krytyczności, jednak awarie w tych systemach mogą powodować pęknięcia wstęgi, niestabilność wilgotności, zmniejszoną wydajność suszenia lub wymuszone obniżenie prędkości obrotowej. Ze względu na dużą liczbę urządzeń i wiele punktów pomiarowych papiernie potrzebują skalowalnego podejścia do monitorowania stanu, które może obejmować zarówno główne układy napędowe, jak i otaczające je urządzenia pomocnicze, bez złożoności tradycyjnego korporacyjnego systemu monitorowania drgań.
Dlaczego monitorowanie drgań ma znaczenie w przypadku maszyn papierniczych
Monitorowanie drgań jest szczególnie skuteczne w przypadku maszyn papierniczych, ponieważ wiele istotnych mechanizmów awarii rozwija się mechanicznie na długo przed tym, zanim pojawią się one w danych dotyczących jakości lub alarmach procesowych. Zużycie łożysk, niewspółosiowość, niewyważenie, luz oraz wady przekładni powodują charakterystyczne zmiany w zachowaniu drgań, które można wcześnie wykryć w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych.
W przypadku układów napędowych, takich jak napędy powlekarek, sekcji suszarek, pras, nawijarek oraz głównych układów napędowych, monitorowanie drgań umożliwia wczesne wykrycie zużycia łożysk i przekładni, zanim wpłynie to na stabilność prędkości lub rozkład obciążenia. W układach napędowych, w tym w silnikach i przekładniach, trendy drgań dostarczają informacji na temat stanu wyrównania osi, zużycia sprzęgieł oraz rozwijających się uszkodzeń kół zębatych. W przypadku układów pneumatycznych i próżniowych, w tym wentylatorów, dmuchaw i pomp próżniowych, analiza drgań pozwala wykryć niewyważenie, zużycie łożysk, zanieczyszczenia oraz problemy konstrukcyjne, które wpływają na przepływ powietrza, stabilność próżni i efektywność energetyczną.
Dzięki ciągłemu monitorowaniu drgań w tych grupach aktywów zakłady uzyskują obiektywny wgląd w stan maszyn, który uzupełnia pomiary procesowe i wspiera konserwację opartą na stanie oraz konserwację predykcyjną.
Podejście do monitorowania stanu za pomocą systemu VibSys®
VibSys® to kompaktowy system do ciągłego monitorowania stanu drgań i diagnostyki urządzeń obrotowych. W maszynach papierniczych stosuje się go zazwyczaj w napędach sekcyjnych i głównych, skrzyniach przekładniowych, obudowach łożysk związanych z walcami oraz w kluczowych urządzeniach pomocniczych, takich jak wentylatory, dmuchawy, pompy próżniowe i pompy procesowe. Celem jest zapewnienie stabilnych, porównywalnych wskaźników stanu maszyn oraz danych diagnostycznych, które zespoły ds. niezawodności mogą wykorzystać do analizy trendów, wczesnego wykrywania usterek i planowania konserwacji.
VibSys® pozyskuje wysokiej jakości dane dotyczące drgań i przetwarza kluczowe wskaźniki lokalnie na maszynie. Jest to szczególnie ważne w przypadku maszyn papierniczych, gdzie prędkość i obciążenie nie są stałe oraz gdzie potrzebne są wiarygodne trendy w różnych warunkach zmiany gatunku papieru i rozruchu. Dzięki wyodrębnianiu istotnych cech w pobliżu źródła system VibSys® umożliwia spójne monitorowanie stanu łożysk, luzów, niewspółosiowości oraz pojawiających się uszkodzeń przekładni, a jednocześnie pozwala na przeprowadzenie bardziej szczegółowej diagnostyki w przypadku wystąpienia nietypowych trendów.
W przypadku dużych maszyn z wieloma punktami pomiarowymi kluczowa jest skalowalność. System VibSys® jest zaprojektowany do instalacji przy maszynie, co pozwala na praktyczne poprowadzenie okablowania i infrastruktury w pobliżu sekcji pras i suszarek. Otwarte interfejsy danych umożliwiają integrację wskaźników drgań oraz, w razie potrzeby, pełnych danych sygnałów czasowych z istniejącymi systemami konserwacji, rejestratorami danych historycznych lub platformami analitycznymi. System VibSys® służy wyłącznie do monitorowania stanu i diagnostyki w celu wsparcia procesu podejmowania decyzji dotyczących konserwacji i nie jest przeznaczony do funkcji zabezpieczających ani wyłączających.
- Ciągłe monitorowanie stanu drgań wałków, łożysk i układów napędowych
- Wczesne wykrywanie usterek związanych ze zużyciem łożysk, niewspółosiowością, niewyważeniem i luzem
- Wskaźniki stabilnego stanu w zmieniających się warunkach produkcyjnych i eksploatacyjnych
- Rozproszona instalacja po stronie maszyny z minimalnymi wymaganiami okablowania
- Nadaje się do wymagających środowisk produkcji papieru oraz zastosowań w wysokich temperaturach
- Otwarta integracja z platformami PLC, MES, systemami archiwizacji danych oraz platformami konserwacji predykcyjnej
- Skalowalna architektura monitorowania dla długich i złożonych linii produkcyjnych maszyn papierniczych
Wpływ na czas sprawności, jakość i planowanie konserwacji
Zastosowanie monitorowania stanu drgań za pomocą systemu VibSys® na maszynie papierniczej wspiera przejście od konserwacji reaktywnej do konserwacji opartej na stanie technicznym i konserwacji predykcyjnej. Zamiast wykrywać problemy podczas awarii lub po zgłoszeniach dotyczących jakości, zespoły ds. niezawodności zyskują wczesny wgląd w wzorce pogorszenia stanu i mogą planować interwencje z uwzględnieniem ograniczeń produkcyjnych.
Ciągły wgląd w stan maszyn pomaga ustalać priorytety działań, takich jak wymiana łożysk przed uszkodzeniem obudów łożyskowych, korygowanie niewspółosiowości po wymianie walców, zanim drgania staną się powtarzalne, lub eliminowanie niewyważenia wentylatorów i pomp, zanim nadmierne obciążenia zostaną przeniesione na konstrukcję maszyny. Zmniejsza to liczbę nieplanowanych przestojów, pozwala uniknąć szkód wtórnych oraz ułatwia bardziej przewidywalne planowanie zakresu przestojów i części zamiennych.
Analizując trendy zachowań drgań zarówno w krytycznych układach napędowych, jak i w szerszym zestawie urządzeń pomocniczych, papiernie wzmacniają niezawodność urządzeń obrotowych oraz długoterminową kontrolę stanu maszyn. Efektem jest mniejsza liczba pęknięć wstęgi spowodowanych niestabilnością mechaniczną, bardziej stabilne okna robocze oraz poprawa spójności jakości i energooszczędnej pracy całej maszyny papierniczej.
Bezpłatne szkolenie online dotyczące drgań
Jeśli Twój zespół odpowiada za konserwację i niezawodność urządzeń wirujących w przemyśle celulozowo-papierniczym, podstawowa wiedza na temat drgań ułatwia podejmowanie działań w oparciu o wyniki monitorowania stanu technicznego. Istec zapewnia bezpłatne szkolenie online z zakresu drgań kategorii 1 za pośrednictwem Istec Academy dla specjalistów, którzy chcą uzyskać praktyczne wprowadzenie do podstaw drgań i typowych wzorców usterek maszyn.
Dowiedz się więcej »
