Rulman Bakımı İçin En İyi Uygulamalar

Inverter sürücülü motorlara sahip son kullanıcıların kesintisiz calışma süresi (uptime) ve güvenilirlik beklentisi içinde olmalarında çok haklıdırlar. VFD (değişken frekanslı sürücüsü) ile indüklenen rulman hasarını onarabilmenin dışında artık bu tip hasarlar önlenebilmektedir. Rulman arızalarında doğru onarım uygulamaları söz konusu problemi tabi ki ortadan kaldıracaktır; fakat muayene, test ve analiz gibi katma degerli (value-added) hizmetler ilk anda akla gelen onarım ihtiyaclarının önüne gecebilmektedir. Örnegin AEGIS® tarafından da üretilen topraklama bilezikleri motorların onarım periyotlarında veya kurulum aşamasında motor miline monte edilebilmektedir. 

Belki gelecekte bir gün tüm elektromotorların öyle iyi bir sekilde dizayn ve üretimleri gerçekleştirilecek ki, bizler rulman akimi kaynaklı hasarlarla karşı karşıya kalmayacağız. Fakat o gün gelene kadar motor onarım atölyeleri VFD tarafından indüklenen gerilim sonucu aşınan rulmanları değiştirmeye devam edeceklerdir. Ve eğer müşteri ayni motoru altı ay içerisinde rulman değişimi icin tekrar geri yollamak zorunda kaldığında onarım atölyesinin yetkinliği hakkında şüphe duymaya başlayacaktır.

Diğer taraftan söz konusu motorun rulman problemini çözmesi gereken onarım atölyesi bunu bir defada yapmalıdır ve böylelikle müşterisinin güvenini kazanabilecektir. Daha da iyisi, müşterilerine en son ölcüm ve analiz hizmetlerini (titrerim analizi, termografi, mil gerilim ölcümü, …) sunan atölyeler doğru ve zamanında alınan önleyici tedbirlerin elektriksel rulman hasarlarını önleyebileceğini veya başlangıç seviyesindeki hasarların erkenden tespit edilebileceğini göstereceklerdir. Müşterisinin tesisinde kurulum aşamasındaki yeni bir motor veya halihazırda hizmete alınmış bir motor üzerinde çalışan ne yaptığının farkında olan personel, motorun kullanım ömrü boyunca rulmanları koruyabilecektir. “En iyi uygulamalar” ile kastettiğimiz şey budur.

Hasar 

Artık bir çok VFD kontrollü alternatif akim (AC) motorunda indüklenen mil voltajının rulmanlar üzerinden deşarj olduğu büyük ölcüde anlaşılmış durumdadır. (Bakiniz : Sekil-1) Günümüzün VFD’lerinin yüksek anahtarlama frekansları motorun stator ve rotoru arasında parazit kapasitans üretmektedir. Rulmandaki gresin dielektrik özelliklerini asan bir seviyeye ulaşılması durumunda, ortaya çıkan mil gerilimleri en düşük dirençli yol üzerinden boşalmaktadırlar – genellikle rulmanlar üzerinden. (Bakiniz: Sekil-2) Hemen hemen her anahtarlama döngüsü sırasında indüklenen mil voltajı rulman yatağında küçük bir oyuk bırakarak (genellikle 5-10 mikron çapında) motor mili üzerinden rulmanlar vasıtasıyla şasiye deşarj olur.

VFD sürücülü motor rulmanları üç kaynaktan gelen akımlar sonucu hasar görürler : kafasitif indüklenen mil voltajı (A), ortak mod gerilimi (common-mode) tarafından üretilen yüksek frekans akisi (B) ve sinüs formundaki gerilim (C).
VFD sürücülü motorlarda rulmanlar üzerinden gecen gerilim arkları sürtünme ve gürültü seviyesinde artışa sebep olan binlerce oyuk oluştururlar ve rulman gresinin yağlama özelliğini yitirmesine bağlı olarak arizalar ve yüksek maliyetli plansız kesintiler (downtime) arttırmaktadır.

Bu deşarjlar o kadar sık gerçekleşmektedir ki (saatte milyonlarca kez) olusan elektriksel erozyon sonucu milyonlarca füzyon krater veya oyuk meydana gelmektedir. Çok geçmeden rulmanın tüm yatak yüzeyleri donma (frosting) diye adlandırdığımız sayısız çukurcuklarla kaplanmış hale gelecektir. Yivlenme (fluting) diye tabir ettigimiz ve rulman yatağı boyunca olusan buzlanmayı tümsekli yol benzeri sırtlara dönüştüren fenomen de gercekleşebilmektedir (Bakiniz: Sekil-3). Yivlenme gürültü, titreşim, artan sürtünme ve beklenmeyen ağır rulman hasarlarına sebep olabilmektedir.

 

Yivlenme sürecinde rulman iç yüzeyinde baslangıç aşamasında olusan oyuklar, tümsekli yol benzeri sırtlara dönüşürler ve artan titreşim ve gürültü ile rulman hasarını hızlandırırlar.

Rulmanlar özelliklerini yitirdikçe olusan yüksek sıcaklıklar gresin yanmasına, özelliğini yitirmesine ve bozulmasına ve buna bağlı olarakta kısalan rulman ömrü ve erken arizalara sebep olurlar. Arklanma esnasında rulman yatak yüzeylerinden kopan küçük metal parçacıkları gresin kirlenmesine ve aşınmanın hızlanmasına sebep olurlar. Nihai sonuc genellikle yüksek maliyetli plansız kesintidir (downtime).

Arıza oranları birçok faktöre bağlı olarak geniş çapta değişebilir, fakat bulgular göstermektedir ki arızaların önemli bölümü bir sistemin kurulum ve devreye alınmasından (startup) sadece 3 ile 12 ay arasında gerçekleşmektedirler. Elektriksel hasar VFD’ye sahip AC motorlarda rulman arızasına sebep olan en yaygın faktör haline gelmiştir, çünkü günümüz motorlarının büyük bölümü toz ve diğer kirleticileri uzak tutan contalı tipte rulmanlara sahiptirler.

Muayene 

Onarım gerektiren motor rulmanlarını keserek dikkatlice muayene etmek karşılaşılan problemin tekrarlamaması icin gerekli olan bilgiyi bizlere büyük oranda sağlayacaktır. Atölye teknisyeni tarafından belirlenen güvenlik tedbirlerine uyularak:

1. Analiz icin gerekli olan yağ/gres numunesi alınmalı ve rulman yatağı görsel olarak muayene edilmelidir, böylelikle kirleticiler, aşırı ısı belirtileri, yağın katılaşması/kararması veya rulmandan gres sızıntısı gibi problemler tespit edilebilecektir.
2. Dış yüzük kesilerek ikiye ayrılmalıdır.
3. Gres daha yakından muayene edilmeli, tekrardan muhtemel kirletici belirtileri aranmalıdır.
4. Rulmanın parçaları bir çözücü (solvent) ile temizlenmelidir.
5. Bir mikroskop vasıtasıyla iç ve dış yüzük yüzeylerinde elektriksel buzlanma (frosting), yivlenme (fluting) ve oyuklaşma (pitting) belirtileri aranmalıdır.

Topraklama 

Eğer ki muayene edilen rulmanlardan herhangi biri elektriksel hasar belirtisi gösteriyorsa, yeni monte edilecek rulmanları koruyabilmenin en iyi yolu motor miline 360 derecelik tam cevresel olarak temas eden iletken, mikrofiberden imal bir mil topraklama halkasının monte edilmesidir. Bu gibi bir halkası yıkıcı olan mil gerilimlerini rulmanlardan uzak tutarak güvenli bir sekilde topraga iletecektir. Monte edilen halka ile gerilim motor saftından halkanın iletken mikrofiberlerine, buradan kendi gövdesine ve en son olarak ta motor gövdesi üzerinden topraga yönelecektir.

En iyi topraklama halkaları motor milini tamamen cevreleyen esnek ve iletken mikroelyaf ile kaplıdırlar.
Halkanın iletken mikroelyaflarini motor mili etrafında cevreleyen bir kanal sayesinde toz, yağ ve diğer kirleticiler ortamdan uzak tutulur.

Tüm yüzeyler iletken olmalı, bu yüzden motor üzerinde bulunan boya kaplaması iyice temizlenmelidir. Ayni sekilde motor mili de çıplak metal ortaya çıkana kadar, herhangi bir tabaka kalmayacak sekilde temizlenmelidir (Bakiniz: Sekil-5). Duruma bağlı olarak motor milini zımpara bezi veya benzeri bir malzeme ile temizleme ihtiyacı duyulabilir. Tamamen temizlenmiş gibi görünse bile mili petrol bazlı

olmayan bir çözücü ile silmek görünmeyen kalıntıları ortadan kaldıracaktır. Temizledikten sonra milin iletkenliği ohmmetre ile kontrol edilmelidir. Eğer halka üzerinde bulunan mikroelyaflara temas eden mil kısmının ölcümü 2 ohm’dan daha fazla ise mil tekrardan temizlenmelidir.

Topraklama halkasının montesinden önce motor mili çıplak metal ortaya çıkana kadar ve herhangi boya veya iletken olmayan madde kalmayana dek temizlenmelidir.

Topraklama halkası keskin köselere sahip olan ve bu nedenle iletkenliği azaltacak olan mil kaması üzerine monte edilmemelidir. Bazı motorlarda kamaya teması önlemek icin gerektiğinde montaj plakası ve vidaların boyutları değiştirilebilir veya ayarlanabilir. Bu mümkün degilse, kamanın topraklama halkasının mikroelyaflarina temas edecek kısmı epoksi macun ile doldurulmalıdır.

Milin mikroelyaflara temas ettigi kısımların koloidal (heterojen) gümüş ile hafifçe ve her yüzeye eşitçe gelecek sekilde kaplanması ile iletkenlik daha da artacaktır. Bu ayrıca korozyonun yavaşlamasına yardimci olacaktır. İletken epoksi dışındaki gevşemezlik ürünlerinin (jel veya sıvı) topraklama halkasını motor miline sabitleyecek cıvatalara uygulanması iletkenliği azaltacağından dolayı önerilmemektedir.

Halka, motor mili üzerinde ortalanmalıdır ki mikrofiberleri her yüzeye eşitçe temas edebilsin. Montajdan sonra tekrardan ohmmetre ile bir test uygulanmalıdır. En iyi yöntem, bir ölcüm ucunun halkaya digerini ise motor gövdesine yerleştirmektir. (Motor ve sürücü uygulanan standartlara göre ortak topraklama noktasına topraklanmalıdırlar.) Motorun aşırı miktarda kir, toz veya diğer kirleticilere maruz kaldığı ortamlar icin halka fiberlerini bir o-ring veya conta ile koruma altına almak veya halkayı motor gövdesi icine monte etmek gerekli olabilir. Dairesel topraklama halkasına sahip rulman izolatörleri de piyasada mevcuttur.

Montaj Çeşitliliği 

Su ana kadar belirttiğim önerilerin cogu motor gövdesine vida kullanılmadan iletken epoksi ile monte edilen topraklama halkalarına, devrede olan bir motorun mili cevresinde kayarak hareket etmek icin tasarlanan ayırma halkalarına (split ring), yüksek gerilimle çalışan motor ve jeneratörler icin tasarlanan daha büyük yüzüklere, rulman kafesine veya motor gövdesi içerisindeki özel bir dirseğe pres baskılanan, cıvatalanan veya (iletken epoksi ile) sabitlenen yüzüklere iliskindir.

Motor icine montaj söz konusu ise işlenmiş bir ara parca halkayı rulmanın gres boşluğundan uzak tutacaktır. Metal-metal teması yine söz konusu oldugundan rulman kafesi topraklama halkasına temas edebilecek herhangi bir kaplama veya iletken olmayan maddeden arındırılmış olmalıdır.

100 beygir gücü (75 KW) veya daha düşük güce sahip ve her iki tarafında da tek sıra radyal bilyeli rulmanlara sahip olan dikey veya yatay pozisyondaki motorlarda mil topraklama halkası motorun fan veya kaplin tarafına monte edilebilir. Fakat 100 beygir gücünün üzerinde ve yine tek sıra radyal bilyeli rulmanlara sahip yatay pozisyondaki motorlarda dolaşımda olan akimi ortadan kaldırmak icin motor fani tarafındaki rulman yatağının elektriksel izole edilmesi gerekmektedir.

Bu tür bir yalıtımı elde edebilmek icin önümüzdeki seçenekler izolasyonlu kovanlar, iletken olmayan kaplamalar, seramik rulmanlar, veya melez (hibrit) rulmanlardır. Topraklama halkası bu durumlarda kaplin tarafına sabitlenmelidir. Her iki rulmanı hali hazırda izole edilmiş durumda olan motorlarda ise motorun diğer tarafında bulunan dişli kutusu, pompa, vantilatör veya enkoder rulmanlarını korumak icin topraklama halkasının sabitleneceği yer olarak kaplin tarafı seçilir. Silindir makaralı rulmanlar ile babbitt veya kaymalı yataklara sahip motorlarda söz konusu rulman/yatakların bulunduğu taraf elektriksel olarak izole edilmeli ve diğer tarafa da topraklama halkası monte edilmelidir.

Test ve Analiz 

VFD sürücülü motorlarda mil voltajının ölçülmesi elektriksel rulman hasar riskinin olup olmadigini belirleyebilmemiz icin çok önemli bir bilgi sunar. Bu ölcümlerin yapılabileceği en uygun zaman yeni veya onarım görmüş motorların devreye alınma evresidir. Her motorun kendine özgü karakteristik özellikleri (parametreleri) mevcuttur.

Titreşim analizi, termografi, veya diğer teşhis yöntemleri ile birlikte elde edilen tüm sonuclar (kaydedilen osiloskop ekran görüntüleri de dahil) bir rapor halinde müşteriye sunulabilir. Bu sonuclar ayrıca önleyici ve kestirimci bakim programları oluştururken de kullanilabilir. Mil gerilimleri, motor devrede iken (gerekli emniyet önlemlerini alarak) osiloskop ölcüm ucunun mile temas ettirilmesi ile kolayca ölçülmektedir. Dönen mil ile kesintisiz temasın saglanabilmesi icin en iyi seçenek ölcüm ucunun (probe) yüksek iletkenlikteki mikrofiber yüzeye sahip olmasıdır. En az 100MHz bant genişliğine sahip olan bir taşınabilir osiloskop dalga bicimi (waveform) ölcümlerini tam olarak sağlayacaktır.

Burada gösterilen altı-adiı (veya kare) osiloskop dalga bicimi motorların tipik tepeden tepeye azami mil gerilimlerini ortaya koymaktadır, fakat rulmanlardan deşarj söz konusu degildir.
Yukarıdaki dalga bicimi, mil voltajının rulman gresinin dielektrik özelliklerini asacak seviyeye ulaşması sonucu motor rulmanları içerisinde ani olarak gerçekleştiğini göstermektedir.
Osiloskop ekranında nispeten düşük gerilimli dalga biçimi olarak beliren kesintisiz boşalma deseni (discharge pattern) rulman gresinin iletken hale gelmesinin sonucudur.
Etkin ve doğru sekilde monte edilmiş topraklama halkasına sahip motorlar tepeden tepeye iki veya üç volt değerinde gerilim boşalmasına sahiptirler ve yukarıdaki sekilde bir dalga formu üretirler.

Mil gerilimini ölçerek hem motor rulmanlarının elektriksel açıdan tehlikede olup olmadigini tespit etmiş hem de mil topraklama halkasının doğru olarak çalışıp çalışmadığı teyit etmiş oluyoruz. Eğer onaylı ve test edilmiş bir halka doğru şekilde monte edilmiş ise anlık gerilim boşalması (peak) genelde 10 volttan düşük olmalıdır.


Adam Willwerth kimdir
Kariyerine Electro Static Technology firmasında satış ve pazarlama müdürü olarak devam eden Adam Willwerth, endüstriyel ürün geliştirmede kapsamlı bir tecrübeye ve bakim müdürü olarak amerikan donanmasında 22 yıllık gecmise sahiptir. İletken mikrofiber mil topraklama teknolojisiyle ilgili 4 patent başvurusunda adı geçmekte ve Avrupa ve Amerika’da gerçekleştirilen konferanslarda rulman akımının önlenmesi konusunda seminerler vermiştir. Willwerth, Southern New Hampshire Üniversitesi İşletme yönetimi yüksek lisansına (MBA) ve Maryland Üniversitesi yönetim dalında lisans diplomasına (B.Sc.) sahiptir.

Yukarıdaki makalede özetlenen uygulamalar ile ilgili 36 sayfalık el kitabi icin Electro Static Technology firması ile irtibata geciniz: 31 Winterbrook Road, Mechanic Falls, ME 04256-5724, Tel: (207) 998-5140, Fax: (207) 998-5143, veya http://www.est-static.com

BearingNews