Ordet ”tolerans” betecknar som bekant ett intervall inom vilket något accepteras. Vi människor har alla olika begränsningar för hur mycket ansträngning vi tolererar innan kroppen säger ifrån, blir utmattad och till sist havererar. Elitidrottares kroppar är anpassade till den uppgift som de åtar sig. En sak som förenar alla idrottare på elitnivå, oavsett fysisk konstruktion, är all den tid de lägger på att skapa optimala förutsättningar för sin uppgift. Tiden då de förväntas prestera varierar, men är försummande liten i förhållande till tiden de lägger på att optimera sin funktion.
Även maskinernas konstruktion är varierande och anpassade efter den uppgift som ska utföras. Tiden som de förväntas prestera varierar men i många fall är det många tiotusentals driftstimmar. Toleransintervallet för en specifik maskinuppställning betecknar de fysiska förutsättningar som behöver tillgodoses för att maskinerna ska prestera över förväntad tid, och kostnadseffektivt generera/producera det som förväntas av dem.
Energi- och underhållskostnader utgör tillsammans cirka 75 procent av livscykelkostnaden för en maskin. Inköpspriset endast 10%!
Vad kostar en feluppriktning?
En studie framtagen av Pumping Systems Matter & Hydraulic Institute gör gällande att inköpspriset för en korrekt dimensionerad maskin motsvarar ungefär 10 procent av den totala livscykelkostnaden. Energikostnaden motsvarar 40 procent och underhållskostnaderna motsvarar 35 procent. Övriga kostnader uppgår till 15 procent. Liknande undersökningar visar på ungefär samma siffror. Energi- och underhållskostnader utgör då tillsammans cirka 75 procent av livscykelkostnaden och det är här en korrekt eller inte korrekt maskinuppställning ger ordentlig inverkan på hur mycket det finns kvar i plånboken efter maskinens förväntade livstid.
Energikostnaden varierar naturligtvis mellan maskiner men dokumenterade studier visar att det genom korrekt uppriktning går att uppnå besparingar mellan 2-17 procent. Livscykelkostnaden för maskiner baseras på ett kalkylerat underhållsbehov som inte tar höjd för det faktum att närmare 50 procent av maskinhaverier i roterande maskiner orsakas av feluppriktning.
Det totala acceptansintervallet måste ta hänsyn till alla vitala maskinkomponenter.
Vad är det som styr hur noggrant axiellt kopplade maskiner skall riktas?
Man kan inte generalisera toleranser på pumpar, och man kan inte generalisera toleranser på växellådor, eller någon annan maskin heller för den delen. De finns i många olika konstruktioner anpassade till sin specifika uppgift, som vi berörde i inledningen. Varje vital komponent har sin tolerans och det totala acceptansintervallet måste ta hänsyn till alla vitala maskinkomponenter, deras förhållande till varandra och driftförhållanden. Först då kan vi få en uppfattning om det verkliga toleransintervallet.
Det är friktionen i ett lager som avgör hur mycket värme det genererar, vilket i sin tur begränsar driftsvarvtalet. Friktionen beror på flera faktorer; belastning, lagertyp, smörjning, m.m. Förändringar i lagerglapp och/eller snedställning i lager leder oftast till ökad friktion. Högre rotationshastighet ställer högre krav på uppriktningsnoggrannhet för att motverka friktion.
Högre rotationshastighet ställer högre krav på uppriktningsnoggrannhet för att motverka friktion.
Smörjfilmen i ett lager har till syfte att förhindra metallisk kontakt. Uppriktningsfel leder till ökade vibrationer, som påverkar tätningar och dess förmåga att hålla tätt. Otillräckligt med smörjmedel betyder ökad friktion och slitage och reducerad livstid. Dessutom är risken stor att föroreningar tränger in i lagret vilket även det påverkar dess livslängd negativt. Under åren har tillverkare av rullningslager utfört undersökningar på flera miljoner lager i olika inbyggnader. De konstaterade haverierna som är relaterade till typisk materialutmattning i lagrets löpbana är få. Haverierna beror i merpart på onormalt slitage, fukt, korrosion, felaktig montering, passningsfel, skador i tätning eller smörjsystem, mm.
Vad gäller vid olika typer av kopplingar?
Kopplingar slits och det finns flera faktorer som spelar in. Kopplingar med gummielement påverkas av omgivande miljö och en bågtandkoppling är beroende av rätt smörjmedel i rätt mängd i förhållande till dess omgivande miljö. Förslitningen på kopplingar ökar vid uppriktningsfel. En kopplingstyp kan beroende på sin konstruktion vara mer förebyggande än en annan när det gäller att reducera sin egen påverkan av uppriktningsfel. Ofta används flexibla kopplingar för att överföra moment mellan maskinerna. Kopplingar ska då dimensioneras för att reducera de skadliga krafter som ofta uppstår när en maskin går från stillestånd till drifttillstånd och sedan även kunna hantera processrörelser. Men för att maskinerna ska kunna prestera över förväntad tid måste acceptansintervall i drifttillstånd tillgodoses för alla kritiska komponenter. Ofta kan kopplingstillverkaren uppge maximalt tillåten gräns för den aktuella kopplingen, men om det följs orsakar det för höga krafter i maskinernas lagringar.
Generellt kan sägas att om maskinernas toleransintervall tillgodoses så tillgodoses även kopplingens tolerans. Vid byte av kopplingstyp rekommenderas att konsultera inte bara leverantör av koppling. Kontakta även maskinleverantören då det främst är maskinkonstruktion som avgör med vilken noggrannhet maskinerna ska riktas. Vid ett eventuellt garantiärende föranlett av maskinhaveri så kommer med stor sannolikhet tillverkaren av maskinen inte godkänna en tredjeparts inverkan.
Exempel på hur axelkrafterna påverkar lagringarna i en maskin.
Mår maskinerna bättre av ett litet uppriktningsfel?
Kort sagt, nej. Men samtidigt teoretiskt sett ”ja”, maskinerna kan i drift må bättre av att inte vara helt perfekt uppriktade. Föreställ dig att axlarna i de sammankopplade maskinkomponenterna under drift är riktade utan något offsetfel och utan något vinkelfel. Då skulle lagerglappet kunna verka negativt då rotationen på axeln i en viss rotationshastighet skulle kunna göra den flytande och då orsaka självsvängningar på axeln som i sin tur med största sannolikhet skulle orsaka vibrationer.
På båtar och vid installation av propelleraxlar tas detta i beaktande. Här finns det inget stumt betongfundament som absorberar vibrationer/rörelser. Lagerhusen är monterade i skrovet vilket betyder att vibrationer/rörelser från lagerhusen med stor sannolikhet kommer att orsaka svängningar i skrovet. Detta är en installation som skiljer sig mycket från installation av till exempel pump/motor. I båda fallen ges mycket tid till beräkningar och tester hos tillverkare som sedan ligger till grund för installation. Men oavsett om det är en propelleraxel eller pump/motor som riktas så är det konstruktionen av maskinelementen som ger de förutsättningar vi behöver tillgodose för prestation över förväntad tid.
Generellt är det inte troligt att man lyckas rikta maskiner så precist så att de i drift och med de krafter de utsätts för inte har det minsta offset- eller vinkelfel. Men det finns fall där man misstänker att just detta inträffat, så det är bra att känna till.
Nya standarder på gång
När man köper ett axeluppriktningsinstrument så kan detta inkludera toleranstabeller. Tabellerna tar då hänsyn till de mest generellt förekommande maskintyperna, dess varvtal och i vissa fall även kopplingstyp. I USA hos ANSI (American National Standards Institute) pågår sedan en tid arbete med att standardisera uppriktningstoleranser för axiellt kopplade maskiner. Detta är ett omfattande arbete som inte bara fokuserar på pekriktningen av axlarna utan även ställer krav på faktorer i hela maskinuppställningen, vilka alla har påverkan på maskinernas positionering. Många stora maskintillverkare ingår i gruppen och med stor sannolikhet kommer arbetet som nu genomförs ligga till grund för uppriktningstoleranser inte bara i Nordamerika, utan även i resten av världen. För ja, du behöver uppriktningstoleranser som vägleder dig vid maskinuppställning! Allt annat är ren gissningslek. Oftast en alltför kostsam sådan.
