POMPEN
Maintenance Magazine 155 – maart 2022
Minder maintenance met magneetkoppelingen
Standaardsystemen zijn vatbaar voor uitlijningsproblemen, die op hun beurt leiden tot lagerdefecten en trillingen. (Foto Zytec)
Bij magneetkoppelingen verloopt de overdracht contactloos, waardoor deze verschijnselen een pak minder prominent zijn. (Foto Zytec)
In de opbouw is te zien dat de magneten zich op de lastzijde bevinden. Zij worden aan beide kanten contactloos ingesloten door het koper van de aandrijfzijde. (Foto Zytec)
De asynchrone magneetkoppeling zorgt voor minder onderhoudsnood en minder vervanging van lagers. (Foto Zytec)
In principe kan een magneetkoppeling perfect via retrofit een bestaande koppeling vervangen. (Foto Zytec)
Hoe kan je een koppeling creëren die geen trillingen overzet, lekken van afdichtingen vermindert en regelmatige vervanging van lagers zo goed als overbodig maakt? Innovatie magneetkoppelingen zijn het stadium ‘beloftevol’ al meer dan ontgroeid.
Door Sammy Soetaert
Wie een motor wil koppelen aan een pomp, weet wat het probleem is met vaste koppelingen: zonder perfecte uitlijning van beide assen, krijg je pulserende asbelastingen. Die zorgen voor een amalgaam aan problemen, waarbij lekkages van de afdichting en lagerschade de voornaamste zijn. In meer dan 50% van de situaties blijkt misuitlijning de oorzaak van defecten en stilstand. Dat kan verholpen worden door een periodieke laseruitlijning, maar dat werkt in vele gevallen slechts voor een beperkte periode. Een motor en een pomp hebben een ander thermisch gedrag, waardoor het meteen weer richting misuitlijning gaat. Vreemd genoeg aanvaarden we in de industrie de operationele kosten die hieraan verbonden zijn. De oorzaak wordt slechts weinig aangepakt, eerder kiezen we voor redundantie van de systemen of werken we met preventieve periodieke vervanging van lagers en dergelijke.
Overdimensionering doet efficiëntie dalen
En er is wel meer dat beter kan, want ook de energetische opbouw van onze systemen mogen we gerust eens tegen het licht houden. Standaard-overdimensionering is hier een goed voorbeeld. Systemen worden vandaag ontworpen met een zekere marge voor verdere groei. Voor pompinstallaties betekent dit dat ze vaak zelfs dubbel zo zwaar uitgevoerd als productiegewijs nodig is. Om het vermogen terug te brengen wordt dan vervolgens gebruikgemaakt van een afsluiter voor smoring. Alsof we in onze wagen met de rechtervoet gezwind richting 120 km/u willen tuffen, terwijl de linkervoet continu terugremt naar 90 km/h. Weinig efficiënt dus.
Oplossen met frequentieregeling niet zaligmakend
Om efficiënter te werken wordt vandaag vaak gebruikgemaakt van een variabele snelheidsregeling via frequentiesturing. Door de netspanning elektronisch aan te passen, kan het toerental van de motor afgestemd worden op de gewenste output. Dat is op zich prima, maar deze werkwijze zorgt wel voor netvervuiling door harmonischen en het optreden van wervelstromen. Die zorgen zorgt op hun beurt voor een levensduurbeperking van de lagering. Daarnaast is het in explosiegevoelige omgevingen kostbaar om een frequentieregelaar te plaatsen, waardoor de toestellen vaak een eind buiten de installatie geplaatst worden. Dat heeft dan weer repercussies op de kostprijs van de bekabeling. Veel van de genoemde problemen en hinderpalen kunnen opgelost worden mocht de aandrijfzijde volledig afgescheiden kunnen worden van de lastzijde. En hier komen magneetkoppelingen om de hoek kijken. Zo worden nare gevolgen van misuitlijning, waarvan normaliter sprake is, die tot hoge mate van onderhoudsnood en kosten leiden, voorkomen.
Magneetkoppeling: synchroon of asynchroon
Het principe klinkt eenvoudig: via permanentmagneten wordt de overbrenging tussen de as van de elektromotor en de lastas (een pomp of ander toestel) gerealiseerd. Zodra de motor begint te draaien, zorgen magneten voor de contactloze overbrenging van beweging. Een magneetkoppeling kan synchroon of asynchroon werken. Bij een synchrone koppeling zitten er aan beide zijden magneten, die via het bekende noord/zuid-principe elkaar aantrekken. In dit geval is de overbrenging direct en is de snelheid van de lastzijde dezelfde als die van de motorzijde. Dit houdt ook een zeker risico in. Als er een plotse blokkering optreedt aan de lastzijde, dan kunnen de beide polen van de magneten elkaar kwijtraken. In dat geval moet de motor stilgelegd worden om de magneetpolen terug goed tegenover elkaar te positioneren. Pas dan kan de motor geleidelijk heropgestart worden. Bij een asynchrone werking is de opbouw anders, omdat er een inherent klein slipverschil is tussen de motorzijde en de lastzijde. De exacte positionering van de magneten, zoals bij synchrone systemen, is hier niet van toepassing, omdat de magneten enkel op de binnenschijf van de lastzijde zitten. Het magnetisch veld zal inwerken op de koperen schijf aan de motorzijde die zich als het ware rond de binnenschijf bevindt. Als er in dit geval een plotse impact of piekbelasting is, dan slipt de koppeling wel even door, maar de beweging wordt anders dan bij synchrone uitvoeringen onmiddellijk weer opgepakt.
Soorten magneetkoppelingen
De asynchrone magneetkoppelingen vormen een zeer innovatieve oplossing, ze worden op hun beurt onderverdeeld in drie types. Afhankelijk van de problemen waar u mee geconfronteerd wordt, kan u een bestaande vaste koppeling vervangen door één van deze types:
- Is het probleem vooral mechanisch, zoals defecten aan de afdichting, dan kan geopteerd worden voor een koppeling met vaste snelheidsoverbrenging. Ook problemen met uitlijningen worden hier eenvoudig mee verholpen, dat kan makkelijk via een één-op-één vervanging van de oude koppeling. Ook installaties met frequentieregeling kunnen voorzien worden van dit type koppeling, omdat de ‘vaste snelheid’ waarvan sprake, slaat op de snelheid van de motor. Als de motorsnelheid wijzigt, geeft de koppeling die verandering gelijkmatig door aan de lastas. In dit type is de luchtspleet tussen lastas en motorkant altijd vast, bijvoorbeeld 3 mm.
- Wie ook energiebesparing als doel heeft, bijvoorbeeld om de smoring waarvan eerder sprake overbodig te maken, kan werken met een instelbare snelheidsoverbrenging. Hier kan de spacer handmatig uit- of ingedraaid worden, waardoor de luchtspleet tussen magneet- en koperzijde ingesteld kan worden tussen 3 en 15 mm. Dit is dus een geschikte oplossing om een overgedimensioneerde installatie op de ideale snelheid te laten draaien, waardoor er enorm veel energie bespaard wordt.
- De variabele snelheidsoverbrenging tot slot kunnen we omschrijven als een mechanische uitvoering van een frequentieregelaar. In dit geval zorgt een terugkoppeling vanaf de lastzijde via een actuator voor de aanpassing van de luchtspleet. Het grote verschil met de instelbare uitvoering, is dat deze aanpassing continu en traploos verloopt op basis van wat de installatie op dat moment effectief vraagt aan de motor.
Toepassingen
De performante magneetkoppelingen zorgen ondertussen in meerdere applicaties voor een grote energiebesparing en minder onderhoudsnood. In principe zijn er wel wat toepassingen te bedenken waar ze mooie diensten kunnen bewijzen: pompen, ventilatoren, compressoren, generatoren, transportbanden ... Magneetkoppelingen bestaan uit geavanceerde technologie en zijn in niks te vergelijken met standaardkoppelingsoplossingen. Dat heeft ook een weerslag op de aankoopprijs, maar dat wordt teruggewonnen door minder stilstand, minder wisselstukken en minder onderhoudsnood. Enkel in situaties waarin een bepaald gelijk koppel aan de last gegarandeerd moet worden kan de magneetkoppeling in principe niet standaard toegepast worden. In die situatie zal beoordeeld moeten worden of de magneetkoppeling vóór bijvoorbeeld een reductiekast geplaatst kan worden.
