Endüstride Kestirimci Bakım Uygulaması ve Önemi

Enerji verimliliği ve işletmelerin bakım maliyetlerinin azaltılması açısından Kestirimci Bakım (Predictive Maintenance) konusu endüstride önemli bir yere sahiptir. Kestirimci Bakım kısaca, çeşitli analizler sonucu arıza yaşanmadan sistem için önlemler alınmasıdır. Bu yazımızda Kestirimci Bakım'ın endüstrideki uygulamalarını ve önemini inceleyeceğiz.

A- A+

15.11.2013 tarihli yazı 36904 kez okunmuştur.

Birçok endüstriyel tesiste her tip ve boyutta çok sayıda elektrik motoru kullanılır. Bu motorlar işletimleri sırasında elektriksel, mekaniksel, termal ve çevresel birçok zorlanmalara maruz kalarak beklenmedik bir şekilde bozulurlar ve sistem arızasına yol açarlar. Sistemde ani kesilmelerin önlenmesi ve güvenirliği arttırmak amacıyla işletmelerde bakım planlaması yapılır. Bu planlamada arıza sonrası bakım ve periyodik bakımın yanı sıra, bu motorların durumunun izlenmesi sonucunda referans duruma göre olabilecek değişiklikler gözlenir ve gerekli önlemler alınır. Bu amaçla son senelerde Kestirimci Bakım (Predictive Maintenance) programları geliştirilmiştir.

Endüstriyel süreçlerde uygulanan iyi bir bakım teknolojisinin getireceği en önemli avantajlardan birisi süreç güvenilirliğidir. Bu anlamda işletmeler üretimlerini kesintiye uğratmadan sürdürebilirler ve üretim ekonomisine de bu yolla önemli katkılar sağlayabilirler. Çünkü ürün rekabeti, güvenilirlik, güvenlik ve maliyet optimizasyonu gibi kavramlar endüstriyel oluşumları, bakım bölümlerini ve bakım aktivitelerindeki mühendislik uygulamalarını yeniden gözden geçirme yönünde etkilemiştir. Endüstriyel bakım masrafları toplam üretim masrafının %4-25'ini oluşturmakta olduğundan, büyük işletmelerde teknik bakım bölümleri önemli bir iş kolunu oluşturmaya başlamıştır. Ayrıca bakım teknolojilerinin diğer önemli bir uygulama alanı ise Kritik Sistem uygulamalarıdır. Bu sistemler daha çok askeri amaçlı, kesintiye uğramaması gereken sistemler olup uzay ve havacılık sektöründe de buna benzer alanlarda uygulamalar mevcuttur.

► Şekil 1: Amerikan Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Departmanı'na göre, Kestirimci Bakım işletmeye en çok katkı sağlayan bakım türüdür. Tüm bakım çeşitlerindeki payı ise %12'dir.

Elektrik motorları güvenilirliği ve üretimdeki kolaylıklarından dolayı endüstride çok tercih edilen elemanlar haline gelmişlerdir. Asenkron motorlar; basit ve dayanıklı yapıları, son derece ucuz maliyetleri ve çeşitli güçlerde kolaylıkla üretilebilmeleri gibi nedenlerden dolayı endüstride kullanılan motorların % 90'ını oluşturmaktadır. Bundan dolayı, asenkron motorlar; birçok endüstriyel proseste kritik öneme sahip bileşenlerin en önemlilerinden biridir. Bu nedenle, asenkron motorların arızalanmadan uzun süre çalışması veya meydana gelebilecek arızaların önceden tespiti önem kazanmaktadır. Belli başlı arıza tipleri vardır. Karşılaşılan arızalar kendine has nedenlerden veya çalışma şartlarına bağlı oluşan arızalardır. Motorun kendine has arızaları olarak nitelendirdiğimiz arızaların nedenleri mekanik ve elektriksel kuvvetlerin motor içindeki davranışlarına bağlıdır. Araştırmacılar;

► Bobin arızaları,

► Dengesiz rotor ve stator parametreleri,

► Kırık rotor barları,

► Eksen kaçıklığı,

► Rulman arızaları,

gibi çeşitli motor arızaları üstünde çalışmışlardır.

Çalışmalar göstermiştir ki; asenkron motorlardaki hatalar ve bunların oluşum sıklıkları şöyledir:

► Stator Sargılarından Kaynaklanan Hatalar (%16)

► Rotor Kaynaklı Hatalar (%5)

► Rulman Hataları (%51)

► Mil Kaynaklı hatalar (%2)

► Harici Hatalar (Çevresel, gerilim beslemesi, yük) (%16)

► Diğer hatalar (%10)

► Şekil 2: Asenkron motorlarda en sık karşılaşan hatalar ve yüzde oranları.

Şekil 2'den görüldüğü üzere rulman hataları en sık karşılaşılan sorunken, bunu stator sargılarından kaynaklanan sorunlar takip ediyor.

Arıza Tanısı Yöntemleri

Elektrik motorlarındaki durum izleme çalışmalarına ilişkin işaret tabanlı analizler bakımından göz önüne alınacak temel teknikler istatistiksel analiz, spektral analiz ve zaman-frekans analizi gibi tekniklerdir. Bu teknikler vasıtasıyla makineden alınacak olan titreşim, akım, gerilim, sıcaklık ve ses gürültü seviyesi gibi test işaretleri kolayca analiz edilerek arızaya ilişkin özellik çıkarımları yapılabilir.

Gelişmekte olan bir arıza, yapılacak durum izleme ile elemanların arıza başlamadan önce hangi karakteristik özellikleri gösterdiğine bakılarak teşhis edilebilir. Araştırmalar göstermiştir ki; arızaya neden olan hata mekanizmaları aşırı ısınma, yalıtımda bozulmalar, mekanik arızalar ve motor devresi hatalarıdır. Bazı durumlarda motordaki normal dışı durumların nedeni güç kaynağındaki harmonikler de olabilir.

► Rulman arızaları: Dönme elemanları, iç ve dış bilezik ve dönme elemanlarını tutan kafeste olabilecek arızalardır.

► Stator arızaları: Stator gövdesi, stator çekirdeği ve stator sargılarında meydana gelebilecek arızalardır.

► Rotor arızaları: Rotor çubukları, mil ve rotor gövdesinde olabilecek arızalardır.

► Diğer arızalar: Faz empedanslarındaki dengesizlikler nedeniyle gerilim dengesizliğinin oluşması gibi elektriksel hatalar, aşırı yükleme, kötü kavramalar ve motorun iyi yataklanmaması gibi hatalardır.

Asenkron Motorda Meydana Gelen Arızaların Belirtileri

Asenkron motorda bir arıza meydana geldiğinde, stator sargılarında dengesizlik ve/veya stator hava aralığında değişimler oluşur. Bunun neticesinde motorun uzay harmonik dağılımında değişimler oluşacaktır. Araştırmalara göre asenkron motorlarda meydana gelen mekanik arızalar, aşağıdaki belirtilerden teşhis edilebilir ki bunlar:

1. Dengesiz hava aralığı gerilimi ve hat akımı,

2. Ortalama momentte azalma ve moment dalgalılığında artış,

3. Motor kayıplarında artış ve aşırı ısınma, verimde azalma,

4. Hat akımında belirli harmoniklerin artışı,

5. Eksenel yönde kaçak endüktans artışıdır.

Asenkron motorda meydana gelen arızalar ile stator akımı harmonik spektrumu arasında bir ilişki vardır. Araştırmalar göstermiştir ki, belirli arıza durumlarında motorun şebekeden çektiği faz akımının belirli harmonikleri değişim göstermektedir. Rotorda meydana gelen arızalar, asenkron motorlarda meydana gelen arızaların büyük bir çoğunluğunu oluşturur. Rotor çubuklarındaki ya da kısa devre halkalarındaki kırıklar ise, aşağıda belirtilen streslerin neticesinde meydana gelmektedir ki bunlar;

1. Motordaki aşırı kayıplar ya da motorun nominal yükünün üzerindeki bir yükle yüklenmesi neticesinde meydana gelen termal stresler,

2. Elektromanyetik gürültüler, elektromanyetik kuvvetler, dengesiz elektromanyetik çekim kuvveti (UMP) ve titreşim nedeniyle meydana gelen manyetik stresler,

3. Üretim hataları nedeniyle meydana gelen yerleşik stresler,

4. Mildeki ani moment değişimleri ve merkezkaç kuvveti nedeniyle meydana gelen stresler,

5. Kimyasal ya da fiziksel kirlenme veya aşınma gibi çevresel stresler,

6. Yataklama problemleri nedeniyle meydana gelen streslerdir.

Durum İzleme Yöntemiyle Tespit Edilen Motor Arızaları

Asenkron motorlar sağlamlıkları ve hata toleransı bakımından endüstriyel uygulamalarda tercih edilmektedir. Motor arızaya girerken ve girdiğinde yapılan ölçümler durum izleme sistemlerinde teşhis açısından son derece önemlidir. Dönen elektrik motorlarında arızaların altında yatan nedenler;

► Dizayndan kaynaklanan arızalar,

► Üretim toleransından kaynaklanan arızalar,

► Montajdan kaynaklanan arızalar,

► Tertibattan kaynaklanan arızalar,

► Çalışmakta olduğu ortamdan dolayı oluşan arızalar,

► Yükün doğasından oluşan arızalar,

► Bakım programındaki eksikliklerden dolayı oluşan arızalar.

Asenkron motorlarda diğer dönen elektrik motorları gibi elektromanyetik ve mekanik güçlerin etkisiyle çalışır. Motorun tasarımı bu güçlerin etkileşimi göz önünde bulundurularak normal koşullar altında en az seviyede ses ve titreşim ile dengeli olacak şekilde yapılır. Herhangi bir arıza meydana geldiğinde bu kuvvetler arasındaki denge bozulur ve bu da hatanın artmasına neden olur. Motor arızalarını iki ana başlık altında toplamamız mümkündür:

► Mekanik arızalar

► Elektriksel arızalar

Rotorda oluşan mekanik arızalar statik veya dinamik eksen kaçıklığı ve aynı eksene oturtamama olarak tanımlanır. Statordaki mekanik arızalar statorda meydana gelen eksen kaçıklığı ve nüve gevşekliğidir. Ayrıca rulman arızaları oldukça sık karşılaşılan asenkron motor mekanik arızalardandır. Rulman arızaları aynı zamanda rotor kaçıklığı arızalarına da sebep olmaktadır. Diğer mekanik arızalar rotor sürtünmesi, stator ve rotor yorulması gibi hatalar sonucunda oluşmaktadır.

► Şekil3: Rulman Arızaları elektrik motorlarında plansız duruşların en önemli sebeplerindendir.

Bobinlerden kaynaklanan bobinden bobine (turn to turn), faz faz, bobin toprak arızaları bilezikli asenkron motorların rotorlarında oluşan elektriksel arızaların ana sebepleridir. Sincap kafesli motorların rotorlarında meydana gelen elektriksel arızaların sebepleri barların çatlaması, gevşemesi, (end-ring) sağlıklı bağlantı yapılmasıdır. Rotor nüve saçının kısa devre olması iki tip motor içinde sık görülen bir arıza türüdür. Statorda görülen arızaları bobin ve nüve arızaları olarak sınıflandırabiliriz. Sargı arızaları bobinden bobine, faz faz ve faz toprak arızalarını kapsar; nüve arızaları ise nüve gevşekliği, nüve saçı kısa devre ve rotor vurma arızalarını kapsar.

Kestirimci Bakım ve Yararları

Bu yöntem makine veya teçhizatın sürekli gözlenmesi ve işlem görme şartlarının ve bunların zamanla gelişiminin analiz edilmesini içerir. Motorların durumu periyodik olarak veya sürekli ölçüm alınarak tespit edilir. Ölçüm ve kontrollerin sonucuna göre üretimi etkileyecek arızanın oluşabileceği zaman önceden tahmin edilir. Buna göre uygun zamanlarda motorlar bakıma alınır. Toplanan veriler üzerinde yapılan analizler ile arızaların kaynağı ve gelişimleri öğrenilir. Böylece motorların en yüksek verimde kullanılması ve beklenmeyen arıza duruşlarının önlenmesi sağlanır. Kestirimci bakımın uygulama basamakları sırasıyla; ölçüm, analiz ve onarımdır. Kestirimci bakımın bazı yararları aşağıdaki gibidir.

► Arıza duruşlarını minimuma indirir veya tamamen ortadan kaldırır ve faydalı çalışma süresini arttırır.

► Planlanmamış bakımı azaltır, tamirler üretimi en az etkileyecek şekilde yapılabilir ve bakım maliyetini düşürür.

► Verimsiz motor performansından kaynaklanan aşırı elektrik tüketimini önler, enerji ihtiyacındaki maliyeti düşürür.

► Motor performansını optimize eder, makinaların her zaman tanımlandığı şekilde çalışmasını sağlar.

► Düşük performanslı makinanın sebep olacağı düşük ürün kalitesinden dolayı garanti süresi ile ilgili şikayetleri azaltır.

Sonuç olarak, Türkiye'de toplam net elektrik tüketiminin yaklaşık %36'sı, sanayi elektrik tüketiminin ise yaklaşık %70'i üç fazlı AC indüksiyon elektrik motor sistemlerinde kullanıldığını düşünürsek, bu durum mutlak süretle bizi bu motorlar üzerinde çalışmaya zorlamaktadır. Yanan motorların tekrar sardırılması ile veriminin %1-4 arasında düşeceği, yanlış motor-yük seçiminden dolayı verimin %18'lere varan oranlarda azalabileceği, yüksek verimli kayış seçimi ile kayıpların azaltılabileceği vb. birçok önemli kriter asla göz ardı edilmemelidir ve yukarıda önemli özelliklerinden sadece birkaçını verdiğim kestirimci bakım sistemlerinin yaygınlaşması oldukça önemlidir.