Monitorowanie drgań w centralach wentylacyjnych

AHU mają różne kształty i wielkości. Typowa jednostka centrali składa się z dużej metalowej obudowy, która zawiera wentylator lub dmuchawę, cewki, przez które płynie ciepła woda do ogrzewania lub zimna do chłodzenia powietrza oraz filtry powietrza. Cały zespół wentylatora i silnika, w tym łożyska, wał, koło pasowe i pasy znajduje się wewnątrz obudowy ze zdejmowanymi panelami umożliwiającymi inżynierom dostęp podczas przeprowadzania inspekcji lub niezbędnych prac serwisowych.

W wielu przypadkach jest niezwykle ważne, aby powietrze wewnątrz obiektu utrzymywało stałe parametry 24/7, a każda ich zmiana może mieć istotny wpływ na bezpieczeństwo, zdrowie, jakość i ciągłość produkcji.

Za przykład może służyć farmaceutyczna linia produkcyjna, gdzie do otrzymania odpowiedniej jakości wyrobu konieczne jest utrzymanie stałego przepływu powietrza o ustalonej temperaturze oraz wilgotności w trakcie całego procesu produkcji, który może trwać nawet do 4 tygodni. Jeżeli w tym czasie wystąpi usterka mechaniczna, zagrożona zostaje cała linia produkcyjna, co w konsekwencji może doprowadzić do olbrzymiej straty finansowej, wynikającej z utraty serii, a także z kar za opóźnienia, oraz do niezadowolenia klientów. Dlatego monitorowanie podzespołów centrali wentylacyjnych jest ekonomicznie opłacalne i umożliwia inżynierom wykrycie wczesnych oznak zużycia elementów oraz zaplanowanie wcześniejszej naprawy w dogodnym czasie przy minimalnych kosztach dodatkowych i przestojach.

Elementy systemu monitorowania

Firma Hansford Sensors ma swoim koncie wiele tego rodzaju instalacji, dostarczała także swoje produkty do zastosowania w centralach wentylacyjnych o różnorodnych konfiguracjach, dopasowanych do konkretnych obiektów.

Typowa centrala zawierająca wentylator nawiewny i wyciągowy może być napędzana bezpośrednio silnikiem (Direct Drive) lub poprzez przekładnie. W przypadku napędu bezpośredniego czujniki drgań są umieszczone na łożyskach silnika po stronie DE (Drive End) oraz NDE (Non-Drive End). Jeżeli została użyta przekładnia, to dodatkowe 2 czujniki zamocowane na łożyskach będą używane do monitorowania stanu przekładni. W zależności od typu wentylatora standardowa instalacja powinna bazować na 6−8 czujnikach.

Wersje systemu

Do prostej, niedrogiej opcji stałego monitorowania w trybie on-line jednostek wentylacyjnych wymagane są czujniki drgań z wyjściem 4–20 mA (seria HS-420), zamontowane na łożyskach i wałach centrali, oraz PLC lub podobny system, który umożliwi monitoring wartości. Jest to dobrze znana technika identyfikacji problemów związanych z niewyważeniem lub rozosiowaniem. Popularne są w tym przypadku czujniki ze złączem M12 i osobnym okablowaniem. Główną zaletą złącza M12 są niewielkie gabaryty − kable mają mniejszy promień zagięcia, a ponadto jest to sprawdzone złącze używane w wielu gałęziach przemysłu.

Kolejna opcja do rozważenia to czujniki o podwójnym wyjściu sygnałowym (seria HS-421), które oprócz wyjścia 4–20 mA mają również wyjście AC umożliwiające przeprowadzenie bardziej zaawansowanej analizy drgań przy użyciu dowolnych dostępnych zbieraczy danych i oprogramowania komputerowego. Taka analiza pozwala na wykrycie m.in. defektów łożysk, luzów oraz na bardziej szczegółowe określenie niewyważenia i rozosiowania.

Ostatnia wersja obejmuje użycie czujników tylko z wyjściem AC (seria HS-100), połączonych ze skrzynką przełącznikową znajdującą się w bezpiecznym, łatwo dostępnym miejscu na zewnątrz centrali wentylacyjnej. Takie usytuowanie skrzynki umożliwia dokonywanie regularnych okresowych pomiarów przy użyciu przenośnych analizatorów. Co prawda dane dostępne są tylko dla okresu czasu, który upłynął od ostatniego odczytu, jednak regularne pomiary i analiza uzyskanych w ten sposób danych pozwalają inżynierom na uzyskanie faktycznego obrazu pracy maszyn i dostatecznie wczesne zaplanowanie niezbędnych napraw.

Dla instalacji z ograniczonym dostępem, np. blisko osłony pasa, używane są czujniki z wyjściem bocznym, tak zwane niskoprofilowe (seria HS-100S). Dodatkowo, do małych jednostek wentylacyjnych, stosowane są kompaktowe czujniki (seria HS-130), których smukła obudowa ułatwia instalację w przypadku ograniczonej ilości miejsca.

Skrzynki przełącznikowe są dostępne w wielu konfiguracjach, zaczynając od budżetowej serii HS-BE o stopniu ochrony IP55 do zastosowania w czystej, zamkniętej przestrzeni, poprzez skrzynki z malowanej stali (stopień ochrony do IP66) lub GRP do zastosowania na zewnątrz, a kończąc na skrzynkach ze stali nierdzewnej, wymaganych w przemyśle farmaceutycznym oraz spożywczym.

Instalacja

Istnieje wiele różnych metod montażu czujników drgań. Akcelerometr musi być przymocowany bezpośrednio do płaskiej, gładkiej, niepomalowanej powierzchni maszyny, większej niż podstawa czujnika. Powierzchnia powinna być oczyszczona ze smarów oraz oleju i znajdować się jak najbliżej źródła drgań. Akcelerometr powinien być zamontowany prostopadle do osi obrotu wału maszyny.

Wymagania montażowe można spełnić na kilka sposobów, przez zamocowanie mechaniczne lub klejone. Preferowana technika montażu, jeżeli pozwalają na to warunki, to wywiercenie otworu i wkręcenie śruby montażowej bezpośrednio w maszynę. Następnie może być wkręcony akcelerometr ze zintegrowaną śrubą 1/4-28UNF, M6, M8 itp. Taka sama metoda jest używana w przypadku osobnych podstawek montażowych. Należy uważać przy dokręcaniu czujnika, żeby nie przekroczyć zalecanej siły. Zbyt mocne dokręcenie czujnika może zniszczyć gwint i spowodować powstanie luzów, które mogą przyczynić się do powstania błędnych odczytów.

Jeżeli nie jest możliwe wiercenie otworów w obudowie urządzenia, np. ze względów gwarancyjnych, dopuszczalny jest montaż za pomocą kleju. Epoksydowy klej wypełniony metalem (HS-AA003) zapewnia odpowiednie wiązanie w temperaturze do 100 ^°C.

Kabel wychodzący z czujnika powinien być przymocowany do jego obudowy, z zachowaniem odpowiedniego luzu. Zapobiega się w ten sposób nadmiernemu ruchowi kabla i tym samym błędnym odczytom.

Zastosowanie

Monitorowanie drgań w centralach wentylacyjnych okazało się bardzo skuteczną i ekonomiczną metodą zapobiegania niespodziewanym awariom, a przy tym inżynierom utrzymania ruchu umożliwia pracę z dala od niebezpiecznych miejsc. Istnieje wiele branż, w których niezawodne systemy wentylacyjne są ważnym, a nawet kluczowym elementem. Dobrym przykładem są szpitale, gdzie dla zapewnienia dobrego samopoczucia i zdrowia pacjenta niezbędne jest kontrolowanie jakości powietrza, często w małym zakresie tolerancji. Laboratoria są kolejnym kluczowym obszarem zastosowania, gdyż gromadzone tu miesiącami dane eksperymentalne mogą stać się bezużyteczne, jeżeli nie będą przechowywane w ściśle określonych warunkach. Podobnie centrale danych w sektorze bankowości, komunikacji, turystyki, które przechowują istotne dane. Warto wspomnieć także o bibliotekach czy muzeach, które są w posiadaniu bezcennych zbiorów, jak i również o miejscach pracy oraz wypoczynku, gdzie ważny jest komfort ludzi, a dobre powietrze jest jego niezbędnym elementem.