ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی

مقالات و آموزش ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی

ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی

مقالات و آموزش ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی

ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی

مشاوره، فروش و تامین تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی

http://yekan-co.ir

تلفن :  88196217-021

همراه و تلگرام: 09197433579

فکس:   89778908-021

info [at] yekan-co.ir

۲ مطلب با کلمه‌ی کلیدی «پایش لرزش» ثبت شده است

پایش لرزش در ماشین آلات دوار (قسمت اول)

| شنبه, ۱۷ مهر ۱۳۹۵، ۱۰:۰۴ ق.ظ

در این مقاله تلاش شده است تا از منظر ابزاردقیق به بررسی مبحث لرزش و روش های اندازه گیری آن پرداخته شود. وجود لرزش با اندازه ی غیرمجاز در ماشین آلات دوار از قبیل پمپ ها، توربین ها، موتورها و غیره باعث ایجاد لطمات جبران ناپذیری به این ماشین آلات  شده و از این رو مسأله ی سنجش، و اندازه گیری آن از اهمیت بسبار بالایی برخوردار است که به صراحت می توان گفت نادیده گرفتن این پدیده و یا عدم توجه کافی به چگونگی انتخاب عوامل مربوطه از جمله حسگرو محل نصب آنها، نحوه ی پیکربندی پایش لرزش و ... باعث عواقب سنگین و گاهی توقف طولانی مدت ماشین آلات و فرآیند تولید می شود. در این مقاله با معرفی انواع حسگرهای لرزش به مقایسه ی اجمالی آن ها پرداخته شده و چگونگی اندازه گیری لرزش و علل پدید آمدن آن بیان شده است.

واژه­های کلیدی

لرزش، اندازه گیری، پایش، ماشین آلات دوار

 

1. مقدمه

مبحث ارتعاش یا لرزش یکی از موضوعات بسیار مهم در ماشین آلات دوار است که در بعضی مواقع  صدمات غیر قابل جبرانی را در پی دارد. به همین دلیل تحلیل، سنجش و بررسی علل لرزش از موضوعاتی است که در صنایع دارای ماشین آلات دوار از قبیل توربین، ژنراتور، موتور، پمپ، کمپرسور و... بسیار به آن اهمیت داده می­شود و نسبت به حفاظت ماشین آلات در مقابل این پدیده تلاش بسیاری به عمل می آید.  این مقاله در حد مقدور به بررسی اجمالی پدیده­ی لرزش پرداخته و چگونگی اندازه گیری آن و انتخاب حسگر، محل نصب مناسب و برخی نکات دیگر در این خصوص را در حد کافی بیان نموده است.

2. تعاریف و اندازه گیری لرزش

در سامانه­ های دینامیک که جسم قابلیت کسب یا از دست دادن انرژی را داراست، نوسان به وجود می آید که به آن ارتعاش می گویند. ارتعاش در ساده ترین شکل بصورت حرکت نوسانی تعریف می شود که به آن لرزش می گویند. [1]

2-1. پارامترهای اندازه گیری لرزش

معمولاً سه پارامتر در ارتباط با لرزش، اندازه گیری می شوند که در ادامه این پارامترها تشریح شده­اند:

الف.  فرکانس: تعداد دفعاتی که ماشین در واحد زمان (دقیقه/ثانیه) می لرزد.

ب. دامنه ی لرزش: این مقدار معمولاً با مقیاس های هزارم اینچ، میکرون، اینچ در ثانیه و g که بستگی به چگونگی اندازه گیری دارد نشان داده می شود.

 

ارتعاشات

شکل 1. شکل یک تناوب سیگنال هارمونیک

                                                

معمولاً اندازه ی جابجایی کامل جرم به عقب و جلو، مقدار لرزش نامیده می شود. واحد اندازه گیری جابجایی در سامانه­ی انگلیسی و متریک در ادامه آمده است و فرمول های تبدیل آن نیز به صورت زیر می باشد:

1mil=0.001 inch

1 micron= 0.001 mm

1 mil= 25.4 micron

1 micron= 0.039 mil

میران جابجایی بر حسب میکرومتر و میل، سرعت بر حسب میلیمتر بر ثانیه یا اینچ بر ثانیه و شتاب بر حسب متر بر مجذور ثانیه یا g یا اینچ بر مجذور ثانیه بیان می شود.

ج.  فاز لرزش: چگونگی وضعیت سیگنال لرزش نسبت به یک نقطه بوده و همیشه نسبت به یک مرجع سنجیده می شود و توالی حرکت (تقدم/ تأخر) را نسبت به آن نقطه ی ثابت نشان می دهد. فاز لرزش معمولاً توسط  فلاش لامپ  یا فتوسل الکترونیکی اندازه گیری شده و واحد آن درجه می باشد. معمولاً مقدار لرزش (دامنه) را به سه روش جابجایی، سرعت و شتاب، اندازه گیری می کنند.

به عنوان مثال در سامانه­ی وزنه و فنر که:

 

ارتعاشات                         

 

 

 

AVG

RMS

PEAK

P-P

 

142/3

828/2

5/0

1

P-P

571/1

414/1

1

5/0

PEAK

5/1

1

0.707

354/0

RMS

1

9/0

636/0

318/0

AVG

 

 

جدول 1. جدول تبدیل واحد های مختلف

 

2-2. اندازه گیری سرعت لرزش

در این سیستم بنا به تعریف، سرعت نوسان جرم را سرعت لرزش می گویند. به عبارت دیگر در سامانه­ی وزنه و فنر، سرعت حرکت وزنه از لحظه ی شروع تا زمانی که به لحظه ی سکون اولیه ی خود می رسد را به عنوان سرعت حرکت (P-0) در نظر می­گیرند و واحد سنجش آن اینچ بر ثانیه و یا میلی متر بر ثانیه می باشد.

         

ارتعاشات

شکل 3 سامانه ی وزنه  و فنر

  

سیگنال ارتعاش در محدوده ی فرکانسی 10 تا 2000 هرتز (600 تا 120000دور در دقیقه) تقریباً وابسته به فرکانس نیست حتی اگر فرکانس تا 300000 دور در دقیقه تولید شود به شرط آن که مقدار Roll Off  بالاتر از 120000 دور در دقیقه در نظر گرفته شود می توان از روش اندازه گیری سرعت استفاده نمود. این روش در طیف وسیع تری از فرکانس نسبت به دو روش جابجایی و شتاب کاربرد دارد. از این رو در فرکانس های کمتر از 120000 دور در دقیقه روش اندازه گیری سرعت بهترین روش جهت اندازه گیری لرزش ماشین آلات دوار می باشد.

حسگرهای سرعت ارتعاشی اولین نوع حسگرهای لرزش سنج بدنه هستند که برای اندازه گیری لرزش بدنه ی ماشین مورد استفاده قرار می­گیرند. این حسگرها سرعت ارتعاشی مطلق بدنه ی ماشین را اندازه گیری می کنند. این حسگرها (سرعت سنج و شتاب سنج) برای اندازه گیری لرزش، خود باید مرتعش گردند به همین لحاظ مسأله ی فرکانس طبیعی خود حسگر اهمیت پیدا می کند. به عبارتی دیگر خروجی حسگر باید نسبت به کلیه ی فرکانس ها یکسان و برابر با حساسیت تعیین شده برای حسگر باشد. بنابراین محدوده ی فرکانسی قابل استفاده برای حسگر محدوده ی خارج از ناحیه ی فرکانس طبیعی حسگر است. در ناحیه ای که پاسخ فرکانسی آن اصطلاحاً مسطح است.

سرعت سنج های لرزشی از یک هسته ی مرتعش حاوی سیم پیچ که توسط فنر وسط یک میدان مغناطیسی معلق شده است تشکیل می گردند. ارتعاش وارد شده به بدنه ی حسگر از طریق فنرها به هسته رسیده و سرعت لرزشی هسته نسبت به بدنه متناسب با سرعت لرزشی بدنه ی حسگر است.

 

                              

شکل 4 .الف: یک حسگر شتاب سنج  ب: شماتیک داخلی یک حسگر شتاب سنج

 

نکته ی مهم در رابطه با این نوع حسگرها این است که کارکرد این حسگر بالای فرکانس طبیعی آن است و محدوده ی بسیار بسته تری نسبت به شتاب سنج ها دارد (به عنوان نمونه بین 10 تا 1000 هرتز). اما ویژگی مهم آن خروجی امپدانس پایین آن است که براحتی می توان آن را نمایش داد. به عبارتی این حسگر مانند یک ژنراتور عمل کرده و نیاز به تغذیه و یا تقویت ندارد و خروجی آن را می توان در سایر دستگاه ها به راحتی استفاده نمود. علاوه بر این سرعت ارتعاشی معیار اصلی ارزیابی شدت ارتعاش ماشین ها است و شاید به همین دلایل است که هنوز از این نوع حسگرها به ویژه برای مقاصد حفاظتی، بسیار استفاده می شود. اما مشکل وجود المان های مرتعش در این نوع حسگر معمولاً باعث کاهش عمر آن شده و باعث خرابی زودتر آن نسبت به سایر حسگرها می گردد. بنابراین در جاهایی که از این نوع حسگرها استفاده می شود بازرسی و کالیبراسیون دوره ای برای آنها، حداقل هر یک سال یک بار الزامی است.

 

2-3.  اندازه گیری شتاب لرزش

معمولاً در مواردی که فرکانس لرزش زیاد باشد (بیش از KHz 120)  از این روش استفاده می گردد. این روش جهت تحلیل و عیب یابی لرزش ماشین آلات روش بسیار مناسبی است و در سنجش لرزش بدنه ی ماشین آلات دوار مورد استفاده قرار می گیرد. شتاب سنج ها عمومی ترین حسگرهای اندازه گیری لرزش های بدنه هستند. امروزه این نوع حسگرها به صورت گسترده ای جای حسگرهای سرعت سنج را گرفته و علاوه بر این که در تمامی سامانه های قابل حمل از شتاب سنج استفاده می شود، در سامانه های نصب دایم حفاظتی/پایش، این حسگر به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد.

در یک شتاب سنج از عکس العمل یک جرم مشخص به شتاب وارد بر حسگر استفاده شده و نیرویی بر المان پیزوالکتریک وارد می شود. المان پیزوالکتریک متناسب با نیروی وارد برآن، بارهای الکتریکی در دو سطح خود ایجاد می کند. در طرح اولیه ی شتاب سنج ها، این بار الکتریکی که در حد  پیکوکولن می باشد به عنوان خروجی حسگر استفاده می شد. در طرح های امروزی با استفاده از تقویت کننده های درون حسگر، این بار الکتریکی تقویت شده و بصورت mV به عنوان خروجی حسگر استفاده می شود.

2-4.  اندازه گیری جابجایی لرزش

این روش جهت اندازه گیری فاصله  و تغییرات فاصله پروب نسبت به محور گردان ماشین بوده و حسگرهای استفاده شده در این روش از نوع پروب های غیرتماسی می باشند. عمومی ترین حسگری که برای اندازه گیری جابجایی ارتعاشی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد از نوع حسگرهای جریان گردابی غیرتماسی هستند که علاوه بر قابلیت اندازه گیری جابجایی های لرزش (به صورت سیگنال AC) توانایی اندازه گیری جابجایی ثابت (به صورت سیگنال DC) را نیز دارند که معمولاً اندازه گیری جابجایی برای اندازه گیری تغییرات محوری روتور چرخنده ی ماشین آلات استفاده می شود.

 

برای مشاهده بخش دوم مقاله اینجا را کلیک نمایید.

 

منبع:

کاظم امین زاده1، رسول ایرانی2، احمد امین زاده3

 

1کارشناس ارشد ابزار دقیق شرکت بهره برداری نفت و گاز گچساران

2کارشناس ابزار دقیق شرکت بهره برداری نفت و گاز گچساران

3 دانشجوی مهندسی مکانیک دانشگاه سمنان

لرزش سنج، ارتعاش سنج، پایش لرزش

| يكشنبه, ۱۱ مهر ۱۳۹۵، ۱۱:۱۴ ق.ظ

یکی از موارد مهم در صنایع مختلف کنترل لرزش و ارتعاش ابزارها و ماشین های دوار از قبیل توربین ژنراتور، پمپ، یاتاقان، موتور، فن و ... می باشد و در صورت گذر از حد معینی میتواند منجر به بروز حوادث و یا خرابی تجهیز شوند، به همین دلیل اندازه گیری ارتعاش قطعات و ماشین ها در صنایع مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است، اندازه گیری ایننوسانت و لرزش ها بوسیله لرزش سنج و یا ارتعاش سنج انجام می گیرد. لرزش سنج ها کاربرد فراوانی در تعمیر و نگهداری تجهیزات صنعتی متحرک دارند، در مدل های پیشرفته تر لرزش سنج ها امکان انداره گیری سرعت، شتاب، بازه مکانی جابجایی وجود دارد.


لرزش نوسان مکانیکی حول یک نقطه تعادل میباشد .این نوسان میتواند تناوبی نظیر پاندول ساعت یا به صورت تصادفی در فواصل متفاوتی از زمان رخ دهد . لرزش سنج در حقیقت تجیهزی است که این نوسانات و لرزشها را برای ما اندازه گیری می کند . پارامترهائی نظیر تواتر یا فرکانس زمانی ، سرعت ، شتاب ، بازه مکانی جابجائی و در مدلهای پیشرفته تر میتواند حرکات نوسانی پیشرفته را آنالیز کند . استفاده از لرزش سنج یا ویبرومتر در تعمیر و نگهداری بسیاری از تجیهزات صنعتی متحرک کاربرد فراوان خواهد داشت . این نوسانات وقتی از محدوده تعریف شده‌‎ای بیشتر میشوند باعث بروز خسارات جبران ناپذیر به ادوات صنعتی خواهند گردید و بازرسی مدوام لرزش یا vibration موتورها و ادوات دوار امکان جلوگیری از ضایعات ناشی از آنها را خواهد داد.


حسگرهای لرزش سنج


حسگر ارتعاش سنج اولین المان مورد نیاز برای اندازه گیری ارتعاشات و ابزاری است که حرکت ارتعاشی را حس و آن را به یک سیگنال الکتریکی متناسب با حرکت ارتعاشی، تبدیل می کند. با تبدیل ارتعاشات به سیگنال الکتریکی، امکان ذخیره سازی، انجام پردازشهای بعدی و نیز مشاهده ی سیگنال از طریق دستگاه های الکترونیکی (تجهیزات داده برداری) فراهم می شود.
حسگرهای لرزش معمولاً به دو گروه تقسیم میشوند:


حسگرهای حرکت (ارتعاش) نسبی: ارتعاش توسط این حسگرها به صورت نسبی و نسبت به یک نقطه ی ثابت مرجع اندازه گیری می شود، مانند حسگرهای جریان گردابی

حسگرهای حرکت (ارتعاش) مطلق: مانند حسگرهای سرعت سنج و شتاب سنج


با توجه به مکانیزم کاری و پارامتر اصلی اندازه گیری، حسگرهای ارتعاش سنجی که امروزه در ماشین آلات دوار مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
1-جابجایی سنج
2- سرعت سنج
3- شتاب سنج

 

 حسگر (ترانسدیوسر) جابجایی

این حسگرها از نوع غیرتماسی هستند. این نوع حسگرها، حسگرهای جریان گردابی نیز نامیده میشوند.
اساس کار این نوع حسگر بر پایه ی تولید میدان مغناطیسی در یک سیم پیچ که در نوک حسگر تعبیه شده است می باشد. این میدان مغناطیسی، در محور دوران (شفت) که یک رسانای الکتریکی است باعث القای جریان گردابی می شود، هر چه رسانای الکتریکی به سیم پیج نزدیک تر باشد میزان جذب انرژی در رسانا بیشتر خواهد بود. سامانه ای که از حسگرهای جریان گردابی استفاده می نماید از یک نوسان ساز ، کابل ارتباطی و حسگر (پراب) تشکیل شده است.
نوسان ساز یک سیگنال فرکانس بالا (فرکانس رادیویی) برای ارسال به حسگر (پراب) تولید می کند و این سیگنال باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی در اطراف حسگر می گردد. از آن جایی که میدان مغناطیسی فقط توسط اجسام هادی تحت تأثیر قرار می گیرد، تا زمانی که جسم هادی مقابل حسگر قرار نگیرد، هیچ تأثیری روی میدان مغناطیسی و به تبع آن هیچ کاهشی در سیگنالRF ایجاد نخواهد شد. با نزدیک شدن یک جسم هادی به ناحیه میدان مغناطیسی، این میدان در جسم هادی نفوذ پیدا کرده و باعث ایجاد جریان های گردابی در سطح آن شده و در نتیجه انرژی برگشتی و دامنه سیگنال RF کاهش مییابد، نوسان ساز و آشکارساز میزان پوش دامنه سیگنال RF را اندازه گیری میکند و متناسب با نقاط پیک آن، یک ولتاژ مستقیم ایجاد می نماید.

 

چگونگی عملکرد یک حسگر ارتعاش از نوع جابجایی سنج

جابجایی سنج


همان طور که در شکل بالا مشاهده میشود با توجه به دوران جسم هادی، دامنه پوش سیگنال RF نیز با توجه به جابجایی سطح هادی تغییر می کند و مانند آن است که یک سیگنال با مدولاسیون دامنه ایجاد شده است که حول یک سیگنال DC دارای نوسان است.
سیگنال DC موقعیت جسم و سیگنال AC میزان لرزش را نشان می دهد.
حسگر لرزش غیرتماسی دارای یک دامنه خطی کارکرد است و در زمان تنظیم و نصب آن و اتصال به سامانه نمایش دهنده باید به این نکته توجه داشت که حسگر در فاصله ای از جسم هادی/شفت قرار گیرد که نقطه کار آن در ناحیه ای قرار داشته باشد که در صورت حداکثر نوسان از محدوده خطی حسگر خارج نشود.
در زمان نصب باید دقت شود که نوک حسگر صدمه نبیند و در محل مورد نظر محکم بسته شده باشد. در ضمن مجموعه طول حسگر، کابل ارتباطی تا نوسانساز/ آشکارکننده توسط سازنده مشخص و کالیبره میشود و اگر به هر دلیلی این طول تغییر کند باید مجددا سامانه را کالیبره نمود.


حسگرهای اندازه گیری لرزش از نوع سرعت سنج


این نوع حسگر یا ترانسدیوسر بر روی بدنه جسم نصب میشوند و از این رو به آن حسگر تماسی یا بدنی می گویند. اساس عملکرد این حسگر به این صورت است که پس از نصب بر روی جسم، با توجه به میزان ارتعاش جسم، پوسته خارجی حسگر به ارتعاش در آمده و این حرکت، آهنربایی را که درون ترانسدیوسر تعبیه شده و به یک فنر متصل است به حرکت در آورده و جابجایی آهنربا باعث ایجاد یک ولتاژ در سیم پیچ میشود. با توجه به این که تغییرات ولتاژ با سرعت حرکت آهن ربا متناسب است می توان سرعت مطلق حرکت ارتعاشی جسم را از روی ولتاژ اندازه گیری نمود.
همان طور که در بالا اشاره شد برای اندازه گیری لرزش، حسگر باید مرتعش شود، از این رو لازم است فرکانس طبیعی حسگر مد نظر قرار گیرد، به عبارت دیگر حساسیت حسگر باید نسبت به کلیه فرکانس ها یکسان و برابر با مقدار تعیین شده برای حسگر باشد. بنابراین محدوده فرکانسی قابل استفاده برای حسگر، محدوده خارج از ناحیه فرکانس طبیعی حسگر بوده و در ناحیه ای قرار دارد که پاسخ فرکانسی آن اصطلاحاً مسطح است. 
این حسگرها به منبع تغذیه نیاز ندارند ولی نسبت به میدان های مغناطیسی خارجی حساس هستند.
حسگرهای اندازه گیری لرزش از نوع شتاب سنج
این حسگرها نیز از نوع تماسی هستند و در آنها از یک المان پیزوالکتریک برای تبدیل شتاب به سیگنال الکتریکی استفاده میشود. المان پیزوالکتریک متناسب با نیروی وارد بر آن، بارهای الکتریکی در دو سطح خود ایجاد میکند.
در طرح اولیهی شتاب سنجها، این بار الکتریکی که در حد پیکو کلمب است به عنوان خروجی حسگر استفاده می گردید. در طرح های امروزی با استفاده از تقویت کننده های درون حسگر، این بار الکتریکی تقویت شده و به صورت mv به عنوان خروجی حسگر استفاده میشود.
بطور معمول ترانسدیوسرهای شتاب دارای دو ساختار می باشند، نوع فشاری و نوع برشی. در نوع فشاری، پیزوالکتریک از پایه، جدا بوده و در نتیجه نسبت به حرارت از حساسیت کمتری برخوردار است.
اختلاف دیگری که بین دو نوع حسگر شتاب وجود دارد در استفاده از حالت دهندهی سیگنال است، بدین نحو که بعضی از حسگرهای شتاب مجهز به یک مدار الکترونیکی برای تقویت سیگنال هستند و چون این قسمت درون حسگر تعبیه شده است دمای کارکرد این حسگرها دارای محدودیت میباشد.
شتاب سنجها، لرزش مطلق را اندازه گیری میکنند. همچنین بعضی از سازندگان با قرار دادن یک مدار انتگرالگیر درون حسگر شتاب از آن برای نمایش میزان لرزش از نوع سرعت استفاده میکنند.


روش نصب حسگرهای لرزش
حسگرهای لرزش به روش های مختلف برروی ماشین ها نصب می شوند از جمله:
نصب دایمی: که حسگر با استفاده از پیچ و یا جوش به ماشین متصل میشود.
نصب مغناطیسی: که غالباً در تجهیزات اندازه گیری قابل حمل کاربری دارد.
روش دستی: که در این روش حسگر در هنگام استفاده با دست در محل مورد نظر نگهداشته میشود.


نکات مهم در انتخاب یک لرزش سنج


• قابلیت اندازه گیری لرزش، سرعت ، شتاب و جابجایی 
• محدوده فرکانس
• محدوده حساسیت نسبی
• زمان نمونه گیری
• محدوده دمای عملیاتی
• دقت اندازه گیری 
• دارا بودن پراب مجزا
• کارت حافظه، قابلیت ذخیره اطلاعات و اتصال به کامپیوتر