Hinderlijke trillingen in koelinstallaties veroorzaken schade - GEA ...

Trillingen
RCC Koude & luchtbehandeling
Door ing. Ernst Berends / GEA Grenco BV
Lid van de redactieraad RCC Koude & Luchtbehandeling
Hinderlijke trillingen
in koelinstallaties
veroorzaken schade
Bij de meeste koelinstallaties is nog altijd een compressor nodig. Alleen bij adiabatische koeling, absorptiekoeling
en mini-systeempjes werkend volgens het Peltier-principe niet. Onderscheiden worden zuiger- , schroef- en centrifugaalcompressoren;
allemaal machines met bewegende (en aan slijtage onderhevige) delen, waarbij goed onderhoud
een must is. Maar alleen goed onderhoud aan de compressor is niet voldoende. Schade kan ook ontstaan
doordat vaten, leidingen en componenten langdurig onderhevig zijn aan trillingen, die worden veroorzaakt door een
ondeugdelijke opstelling, een te lichte fundatie of verkeerde beugeling.
Het regelmatig laten beoordelen van
een oliemonster geeft een aardig beeld
van hoe het met het ‘binnenwerk’ van
de compressor gesteld is. De spectrometeranalyse
geeft nauwkeurig het
aantal ppm’s aan van de aangetroffen
metaaldeeltjes en het eventueel aanwezige
water. Uiteraard wordt ook de viscositeit
bepaald om deze te vergelijken
met hetgeen de compressorfabrikant
voorschrijft.
Als dat allemaal in orde is, zit het wel
goed met de compessor op zich, maar
toch kunnen er dan nog problemen
optreden. Soms met flinke schade tot
gevolg. Namelijk vanwege van trillingen.
Als vaten, leidingen, componenten,
daaraan langdurig onderhevig
zijn, kunnen vermoeidheidsscheuren
optreden met lekkage en breuk als gevolg.
Door ‘resonantie’ kunnen enorm
hevige trillingen ontstaan met hetzelfde
gevolg, alleen in een veel korter
tijdsbestek.
De compressor wordt door de klant
bijna altijd - ten onrechte - als schuldige
aangewezen. Immers, als deze
wordt uitgezet, zijn de trillingen
verdwenen. In werkelijkheid ligt het
meestal aan:
● ondeugdelijke opstelling (bijvoorbeeld:
slechte uitlijning, losse
voetbouten);
● te lichte fundatie of slap unitframe;
● verkeerde beugeling/leidingloop.
Bij schroef- en centrifugaalcompressoren
hebben we uiteraard alleen te
maken met roterende delen. Bij een
zuigermachine hebben we te maken
met zowel roterende als translerende
delen. Door een goede balancering zijn
de resterende onbalanskrachten in de
regel erg klein en worden overheerst
door de gas- oftewel compressie-
Degelijke betonfundaties.
Slecht dragend frame.
16 OKTOBER 2011 104e Jaargang

Trillingen
Koude & luchtbehandeling RCC
krachten. Deze veroorzaken pulsaties
die trillingen tot gevolg hebben. De
optredende frequentie daarvan heeft
dus een relatie met het toerental en is
sterk afhankelijk van de drukverhouding
en het type koudemiddel. Het
aandrijfmoment aan de compressoras
is dus nooit constant, door toepassing
van een vliegwiel draait de krukas toch
nagenoeg éénparig. Gevolg is dat het
compressorhuis om zijn as wil gaan
draaien. Dit wordt tegengegaan door
het aanbrengen van een fundatieblok
met een groot masatraagheidsmoment.
De frequentie van de gaspulsaties
is bij een zuigercompressor veel
lager dan bij een schroefcompressor.
● Zuiger: 2 à 4 x n/60 bij 1000 toeren
dus: 33 – 64 Hz
● Schroef: aantal lobben x n/60
bij 3000 toeren en 5 lobben: 250 Hz
Na de olie-afscheider (= volume) zijn
de pulsaties wel gedempt, maar dan
kan het kwaad al geschied zijn.
Normen
Hoe en waar trillingen gemeten dienen
te worden en hoe te beoordelen, is
goed vastgelegd in normen. Het gaat
daarbij om de op de hartlijn gemeten
waarden in [mm/s]. Voorheen werd
meestal VDI 2056 toegepast, daarna
kwam de ISO norm 2372 - 1974. Tegenwoordig
wordt DIN ISO 10816-3
meestal aangehouden. Overigens zijn
er geen grote onderlinge verschillen.
Ze zijn wel afhankelijk van aandrijfvermogen
en te onderscheiden in vaste of
flexibele opstelling.
Voor leidingtrillingen is er helaas geen
echte norm. Vaak werd ‘VDI 2016
Maschinengruppe T’ als criterium aangehouden:
een effectieve trillingssnelheid
(RMS-waarde) > 18 mm/s wordt
dan als ontoelaatbaar beschouwd .
Ondergetekende heeft honderden
metingen uitgevoerd en ondervonden
dat het dan inderdaad ook echt stuk
gaat! Bij GEA Grenco wordt als limiet 10
mm/s aangehouden. Op een recente
TNO–cursus werden globaal dezelfde
waarden genoemd.
Eigenfrequentie & beugelafstand
Elk lichaam heeft een zogeheten
‘eigenfrequentie’, afhankelijk van
afmeting/vorm en materiaaleigenschappen.
Een kort en stijf lichaam
heeft een hoge eigenfrequentie en een
lang slap lichaam een lage. Hiermee
moet rekening worden gehouden bij
ontwerp van unitframe, leidingloop,
beugelafstand etc., anders kunnen er
grote problemen ontstaan ten gevolge
van resonantie.
Wat is resonantie?
Resonantie komt ook voor in compressoropstellingen
en leidingsystemen.
Als er bijvoorbeeld meerdere compressoren
(met nagenoeg hetzelfde toerental)
op een centrale persleiding zijn
aangesloten. Indien er één compressor
draait, is het geen probleem. Maar
als er meerdere bijschakelen, kan het
leidingwerk enorm in trilling komen.
Na uitoefening van een kracht (bijvoorbeeld: een één keer
opspringende zwemmer) trilt de plank nog even wat na,
om dan weer in de beginstand tot rust te komen. Dit wordt
een gedempte trilling genoemd. Stel: de zwemmer springt
op en landt steeds weer op de ingeveerde plank. Nu is
de eigenfrequentie gelijk aan de aanstootfrequentie. De
plankt buigt steeds meer door en kan uiteindelijk breken.
Dit verschijnsel wordt resonantie/opslingering genoemd
en is de reden dat een peloton militairen uit de pas loopt
op bruggen!
Zwiepende leidingen, beugels komen los
van de muur, leidingbreuk kan optreden.
Bij V-riemgedreven units met een vast
toerental kunnen de snaarschijven van
de E-motoren aangepast worden, zodat
de toerentallen wat uit elkaar komen
te liggen. Bij directgedreven units kan
dit niet. Bij toepassing van frequentieregelaars
wel. Dan moet ervoor gezorgd
worden dat er nooit units tegelijkertijd op
104e Jaargang OKTOBER 2011
17

Trillingen
RCC Koude & luchtbehandeling
Geluidsdrukcurve schroefcompressor.
Toelaatbare trillingsniveau's (bron: TNO).
hetzelfde toerental draaien. Je kunt ook
de pech hebben dat de eigenfrequentie
van het frame gelijk is aan de aanstoot/
gaspulsatiefrequentie. Dit komt voor bij
slappe en/of niet dragende frames. Er
moet dus altijd voor gezorgd worden dat
de framebalken overal goede dracht hebben.
Ondergieten met vulcompound doet
soms wonderen. Een slechtcontactmakend
frame gedraagt zich als en veer en
versterkt de trillingen.
Vroeger werden compressor en spanslede
vaak met ingegoten ankers direct op
een groot betonblok geplaatst. Door lage
(vaste) toerentallen en stevige muren om
aan te beugelen waren er destijds nagenoeg
nooit trillingsproblemen. Tegenwoordig
wordt vooral gebruik gemaakt
van in de werkplaats geprefabte units,
dus op frames, met hogere toerentallen,
frequentiegeregeld, die geplaatst worden
op verdiepingsvloeren (zonder massa) en
gebeugeld aan systeemwandjes. Daardoor
ontstaan nu meer problemen.
Sinds de toepassing van frequentieregelaars
voor toerenregeling van de compressoren,
pompen en ventilatoren is de
kans op resonantie ook toegenomen.
Immers, bij het doorlopen van het
toerengebied komen de eigen- en
aanstootfrequentie elkaar altijd wel een
keer tegen. In de meeste fequentieregelaars
zijn wel een aantal frequentiegebieden
te ‘skippen’. Ze worden dan
wel doorlopen, maar de machine zal er
niet continu op blijven draaien. Hiermee
kan al veel voorkomen worden.
Op trillingdempers geplaatste frames
dienen voldoende stijfheid te hebben.
Fundatie
GEA Grenco heeft jaren geleden al een
eigen rekenprogramma ontwikkeld
waarmee de grootte van de betonfundatie
wordt bepaald, afhankelijk
van compressortype, koudemiddel,
drukverhouding, toerental, vollast/Dlast,
etc. Deze is getoetst en bijgewerkt
na vele praktijkmetingen en
zeer goed bruikbaar bevonden. Een
Grasso zuigercompressor is van van
oudsher gemaakt van gelast plaatijzer
(licht). Daarom dient er altijd een goede
fundatie onder te zitten. Dit in tegenstelling
tot zware gietijzeren compressoren,
maar die hebben als nadeel dat
er altijd waterkoeling nodig is voor
de cilinderkop- en oliekoeling. Bij de
gelaste Grasso hoeft dat niet. Zo heeft
elk voordeel zijn nadeel.
Ook is te voorspellen waar een beugel
niet geplaatst moet worden. Het ingeklemde
leidingdeel heeft een eigenfrequentie
w 0, die te berekenen is.
De diameter, lengte (afhankelijk plaats
beugel) en het toegepaste materiaal zijn
immers bekend. Bij een vast compressortoerental
is dan precies bekend waar
niet gebeugeld moet worden. Het hangt
er dus ook vanaf of er een zuiger- of
schroefcompressor is toegepast.
Door de beugelafstand te veranderen,
krijgt het bewuste leidingdeel een andere
eigenfrequentie, die dus niet gelijk mag
zijn aan de aanstootfrequentie (en/of
veelvouden daarvan).
Trillingen zouden al op de ‘tekenfafel’
voorkomen dienen te worden en niet
achteraf in het veld!
Trilling > geluid
Geluid is vaak een gevolg van trilling.
Indien een grote olie-afscheider trilt
of een wand (bijvoorbeeld waartegen
gebeugeld is) wordt de lucht in beweging
gebracht (denk aan membraan). Deze
drukwisselingen (met de trilfrequentie)
zorgen voor een hoger geluids(druk)
niveau. Dit is goed te zien in gemeten
geluidsspectrum. Bij een schroef ligt de
piek duidelijk bij de reeds genoemde 250
Hz ( gaspulsaties). Om de bron van de
trillingshinder op te sporen, dienen ook
de dominerende trilfrequenties gemeten
te worden. Het is lang niet altijd de - dan
niet goed opgestelde - koelcompressor.
Het kan ook een in de nabijheidstaande
dieselgenerator, pomp, etc. zijn die een
aanstootfrequentie levert die het leidingwerk
in resonantie brengt.
GEA Grenco beschikt over geavanceerde
trillings- en geluidsmeetapparatuur om
dergelijke problemen te analyseren en
uiteraard op te lossen.
Meer informatie:
Ernst.Berends@geagroup.com
18 OKTOBER 2011 104e Jaargang