Feilmoder i pumper

Intro til pumper

Pumper er en av de viktigste arbeidshestene i all industri og finnes i alle størrelser og former fra små vannverk til gigantiske papirfabrikker.
Når pumper feiler, har det en kritisk effekt på produksjon og verdiskapingen til bedriften.

Pumper behandler alle slags flytende eller semiflytende materialer samt stoffer som kan være en mellomting mellom gass og væske.

Pumper er bygd opp på mange forskjellige måter avhengig av blant annet mediet, flow, trykk og temperatur. Pumper kan deles inn i flere kategorier avhengig av fysisk oppbygging og virkemåte.

Forskjellige pumpetyper har forskjellige fysiske karakteristikker samt at mediet, temperatur, trykk og flow påvirker hvilken feilmoder de er mest utsatt for. Kombinasjonen av disse parameterne er så utrolig mange at det ikke kan beregnes generelle feilmoder, det må gjerne beregnes individuelt per pumpe.

«Heldigvis» finnes det en hel del feilmoder som er typiske uansett pumpetype:
Eksempelvis lagerfeil, lekkasjer, kavitasjon, feil i drivmotor, skjevhet, blokkeringer, tørrkjøring, trykkustabilitet, resonanser, generell slitasje, strukturell skade, løst fundament og varmgang.

Denne guiden er rettet mot disse typiske feilmoder og kan hjelpe deg med å identifisere hvilke typer sensorer du behøver for å fange opp feilmoder du mener er viktige for din drift og vedlikehold.

Guiden er vektet mot de mest vanlige pumpene i industrien, rotasjonspumper, men er også et godt hjelpemiddel for å begynne å undersøke feilmoder på alle typer pumper.

Om feilmoder

Begrepet «feilmoder» brukes for å forklare hvilke måter et utstyr kan gå i stykker på, eller ende i en tilstand der utstyret ikke leverer etter ønske eller kvalitet.

Feilmode er ofte første steg på veien til FMEA og FMECA hvor man studerer hva som kan gå galt, hvilken effekt det har og hva konsekvensen av feilen er.

Les mer om FMEA her: FMEA – How to use Failure modes and effect analysis

Innhold

Intro til pumper 2

Tabell med oversikt over feilmoder i vanlige pumper 4

Feilmoder 5

Lagerfeil 5

Lekkasjer 5

Kavitasjon 5

Impellerskade 6

Feil i drivmotor 6

Skjevhet 6

Blokkeringer 6

Tørrkjøring 6

Trykkustabilitet 7

Resonanser 7

Løst fundament 7

Defekte dempere 7

Strukturell skade 8

Generell slitasje 8

Tabell med oversikt over feilmoder i vanlige pumper

Feilmoder

Lagerfeil

Feil i lager er den viktigste årsaken til feil i pumper og står for 40-50% av alle havari.
Lager er generelt veldig stabile når de kjører i optimal tilstand, men de blir raskt sårbare når tilstanden er suboptimal, som ved smørefeil, skjev belastning på akselen, smuss/væsker i lageret, høy vibrasjon, eller ekstrem temperatur. Smørefeil er hovedårsaken til problemer, enten lite smøring, mye smøring, feil type smøring eller gammel smøring. Uansett vil smørefeil enten lede til varme eller til vibrasjoner.

Deteksjon av lagerfeil gjøres gjennom vibrasjon og temperaturmåling, f.eks med Neuron Vibration RMS som har både vibrasjonsmåling samt temperaturmåling i samme enhet. Separat temperaturmåling kan også være egnet i enkelte tilfeller, da ved hjelp av Neuron Temperature.

Lekkasjer

Den andre største årsaken til feiltilstander i pumper er lekkasjer som utgjør ca 20-25% av feilene, noe som kanskje burde vært opplagt den tid pumpenes jobb er å flytte ett eller annet flytende media.
Lekkasjer kan oppstå internt mellom pumpekammer, mot lagerhus eller som ekstern lekkasje av media ut til omgivelser via sprekker.

Den andre største årsaken til feiltilstander i pumper er lekkasjer som utgjør ca 20-25% av feilene, noe som kanskje burde vært opplagt den tid pumpenes jobb er å flytte ett eller annet flytende media.
Lekkasjer kan oppstå internt mellom pumpekammer, mot lagerhus eller som ekstern lekkasje av media ut til omgivelser via sprekker.

Typiske årsaker er pakningsproblemer som følge av feilmontering, overlast av pumpens kapasitet eller ekstreme temperaturer over pumpens tåleevne.

Interne lekkasjer er ofte vanskelig å detektere, men kan ha utslag i vibrasjon eller unormalt trykk, dette kan måles med Neuron Vibration RMS  og Neuron Gauge Pressure sensor. 

Eksterne Lekkasjer kan fanges opp og måles som væske under pumpe, f.eks i catch-tank ved hjelp av Neuron Water detector

Kavitasjon

Kavitasjon er en tilstand som oppstår inne i pumpehuset under suboptimal drift og består av små luftbobler som oppstår og kollapser i væskestrømmen på grunn av vakuum. Disse feilene forårsaker 10-15% av havariene på pumper.

Dette vil slipe på pumpehus og impeller samt andre deler i kontakt med kavitasjonen. Over tid vil kavitasjonen kunne slipe hull på pumpehus eller slite i stykker impelleren slik at den mister pumpefunksjonen.

Kavitasjon kan oppdages ved måling av vibrasjon i området 1000 – 1500Hz og Neuron Vibration RMS er godt egnet for dette formålet.

Impellerskade

Ofte er kavitasjon en medvirkende årsak til impellerskader, men også erosjon, korrosjon, belegg og sammenstøt med objekter i væskestrømmen er typiske årsaker til impellerskader, som er estimert til å bidra med 5 – 10% av havariene på pumper.

Impellere som skades vil påvirke ytelsen til pumpen og kan oppdages gjennom ubalanse i akselen eller generelt ytelsestap gjennom trykkfall, Neuron Vibration RMS og Neuron Gauge Pressure er egnet for å fange opp denne type feiltilstander.

Feil i drivmotor

Pumper drives mekanisk av en eller annen energiomvandler, i de fleste tilfeller er dette en elektrisk motor. Disse er også underlagt fysiske lover innenfor vedlikehold og vil over tid få sine egne feiltilstander som bør håndteres for å sikre god oppetid og optimalt vedlikehold, faktisk er 5 – 10% av pumpeproblemer relatert til drivmotor eller dens energitilførsel.

Les mer om hvilke feiltilstander du kan oppleve i elektriske motorer her: Failure modes for electric motors

Skjevhet

Når roterende aksler ikke er helt på linje kalles det skjevhet, dette er ekstra utfordrende for pumper fordi det kan skade pakninger og føre til lekkasjer. Estimert 5 – 8% av pumpeproblemene har sin rotårsak i skjevhet mellom drivmotor og pumpe. Skjevhet kan også skade lageret og drivmotorens lager eller komponenter.

Skjevhet oppstår som følge av feil under installasjon, løse fester, varmgang eller materialtretthet. 

Deteksjon av skjevhet skjer først og fremst ved hjelp av vibrasjonssensorer som er sensitive for frekvenser i området 20 – 500Hz og bør måles i alle tre akser, som Neuron Vibration RMS

Blokkeringer

Pumpens oppgave er å flytte et media ved hjelp av fysisk påvirkning og noen ganger vil ting sette seg fast, enten i pumpen eller i tilhørende filter, som da bremser eller stopper flow. 

Blokkering vil ha utslag i vibrasjon, trykk, temperatur og laststrøm, her er det altså mange indikatorer som vil flagge feiltilstanden og den er dermed ganske lett å fange opp.

Neuron Vibration RMS, Neuron Gauge Pressure, Neuron Temperature, Neuron Ampere

Tørrkjøring 

Hvis pumpen ikke har tilstrekkelig fyllingsgrad av mediet kalles det tørrkjøring, dette er ofte en veldig kritisk tilstand for en del pumpetyper da de krever media for å holde impeller i riktig posisjon eller mediet er en del av kjølingen av lageret.

Tørrkjøring detekteres ved hjelp av trykksensorer, vibrasjonssensorer, temperatursensorer eller strømtrekk på drivmotor. Her er det altså mange måter man kan fange opp feiltilstanden på. 

Neuron Vibration RMS, Neuron Gauge Pressure, Neuron Temperature, Neuron Ampere

Trykkustabilitet

I et trykksatt system kan det under visse forutsetninger oppstå uheldige trykksvingninger som kan sette anlegget under stress ved at trykk-støt forplanter seg i pumpen eller i anlegget. Trykkustabiliteten kan gi grunnlag for lekkasjer eller varierende pumpetrykk som øker sjansen for pumpehavari.

Trykkustabilitet kan oppdages ved at trykket måles og at det fanges opp spissverdier som er unormalt høye, eller de kan skape lavfrekvens vibrasjoner som gir utslag på vibrasjonssensorer som Neuron Vibration RMS

Resonanser 

Alt roterende utstyr har en eller flere rotasjonshastigheter som fremprovoserer selvforsterkende svingninger, også kjent som resonanser. Disse rotasjonshastighetene prøver man å unngå for å beskytte pumpen mot unødvendig stress som kan lede til lagerhavari eller materialtretthet i pumpehus. Vibrasjoner som opptår i resonanser kan også forplante seg videre i det hydrauliske systemet og påvirke prosessene, samt at det kan slå tilbake til drivmotoren og dens lager.

Resonanser oppdages ved hjelp av vibrasjonssensorer som er følsomme for et bredt frekvensspekter, som for eksempel neuron Vibration RMS eller Neuron Vibration RMS High temperature.

Løst fundament

Pumper og tilhørende drivmotorer produserer ofte kraftige vibrasjoner som skal forankres i fundamentet. Hvis forankringen svikter så vil pumpen vibrere voldsomt og kan i tilfeller kastes ut av posisjon med katastrofal svikt som resultat. Pumper som havner på avveie vil i de fleste tilfeller lede til store lekkasjer eller fare for liv og helse.

Løst fundament fanges opp ved å måle lave frekvenser i vibrasjonsspekteret, normalt vil hele pumpen og drivmotoren (riggen) riste når dette oppstår. Neuron Vibration RMS er egnet for å fange opp feilmoder med løst fundament. 

Defekte dempere

I mange tilfeller er pumpenes vibrasjon frakoplet fundamentet ved hjelp av dempere som har som jobb å redusere vibrasjonsoverføringen mellom pumpen og fundamentet, men samtidig holde pumpen i rett posisjon. Vibrasjonsdempere skal beskytte omkringliggende komponenter mot de sterke vibrasjonene som pumpen kan produsere.

Feil i vibrasjonsdemperne vil gjøre at pumpen får en uønsket posisjon eller at vibrasjonene forplanter seg inn i ømfintlige komponenter, som ventiler, frekvensomformere eller annen elektronikk. Problemer med vibrasjonsdempere oppdages ved hjelp av vibrasjonssensorer som Neuron Vibration RMS.

Strukturell skade

Alle pumper er bygd opp av mekaniske deler som kan oppleve strukturelle skader fra støt, korrosive væsker, utmattelse og lignende. Strukturelle skader kan utarte seg i mange retninger, som f.eks lekkasjer eller ytelsesproblemer, og kan være svært vanskelig avdekke før de har ledet til mer spesifikke feilmoder.

Generell slitasje

De fleste pumper vil fungere etter spesifikasjon og yter godt i mange år. Men alt har en beregnet levetid, selv under gunstige forhold. For å ligge litt foran kan man installere timetellere (Neuron Hour Meter) som teller eksakt antall timer pumpen har gått. Da kan man i større grad beregne restlevetid og planlegge utskifting i god tid.