پایش لرزش در ماشین آلات دوار (قسمت سوم)

برای مطالعه قسمت دوم مقاله اینجا را کلیک نمایید.

6. دستگاه های پایش لرزش

همان طور که ذکر شد، وجود لرزش به مقدار زیاد در ماشین آلات می تواند باعث صدمات جدی شده  که به همین دلیل سازندگان معتبر و مشهوری سالیان متمادی است در این زمینه فعال هستند  و دستگاه های متنوعی جهت سنجش و پایش لرزش ساخته اند که در ادامه به برخی از این محصولات اشاره می شود.

از سازنده های معتبر که مدل های مختلفی از سامانه­ های پایش لرزش را تولید و روانه بازار نموده اند می توان به شرکت Bently Nevada اشاره نمود که مدل های 5000، 3300، 3500، 7200 و 1200 را تولید نموده است. البته برخی از این مدل ها از رده ی تولید خارج شده اند.

شکل 9. سامانه­ های مختلف پایش لرزش

 

 

از دیگر سازندگان سامانه های لرزش می توان شرکت های METRIX، STL، VIBROMETER را نام برد که تعدادی از آن ها علاوه بر پیکربندی سخت افزاری، نیاز به برنامه ریزی نرم افزاری دارند. بدین صورت که با استفاده از نرم افزارهای مربوطه می توان هر کانال را به صورت مناسب و با توجه به توصیه های سازنده ی ماشین آلات پیکربندی نمود.

در حال حاضر تقریبا تمام سامانه­ های پایش لرزش ساخته شده قادر هستند که مقادیر لرزش و دیگر پارامترهای مهم را با استفاده از پروتکل های ارتباطی شبکه های صنعتی (به عنوان مثال مدباس) پایش نموده و نمایش دهند.

شکل 10-  نمونه ی نمایش مقادیر لرزش توسط شبکه ی مدباس

 

علاوه بر دستگاه های پایش لرزش قابل نصب روی تابلوهای  کنترل، تحلیلگرهای دستی و جمع آوری کننده­های داده جهت بررسی، تحلیل و اندازه گیری مقدار لرزش از سازندگان مختلف نیز کاربرد زیادی دارند.

 

شکل 11. استفاده از تحلیلگرهای دستی جهت تحلیل لرزش

  

جهت تحلیل و آنالیز ارتعاشات ماشین آلات، تکنیک ها و روش هایی وجود دارند که جهت اطلاعات بیش تر می توان به ISO10816  مراجعه نمود.

 

7. روش آزمایش سامانه ی پایش لرزش

بررسی صحت عملکرد سامانه ی لرزش شامل پروب، کابل، پروکسی میتر، صفحه نمایش و غیره معمولاً توسط دستگاهی لرزش ساز به نام TK3 به صورت زیر انجام می گیرد.

شکل-  دستگاه TK3

  

7-1. لرزش شعاعی

بعد از تکمیل مدار سنجش لرزش و برق دار نمودن سامانه، پروب غیرتماسی را در محل مخصوص بر روی دستگاه TK3 با فاصله ی حدود 50 توزن (0.05 اینچ) نسبت به صفحه ی چرخنده نصب کرده و محکم می کنیم. (در این فاصله  که وسط ناحیه ی خطی پروکسی میتر می باشد معمولاً ولتاژی در حدود 5/7 ولت توسط پروکسیمیتر ایجاد می شود.) پس از روشن نمودن دستگاه و تغییر فاصله با استفاده از چرخاندن نابی که پروب روی آن نصب شده به مقدار معین  (به عنوان مثال 3 یا 5 میلز )، چک می کنیم که دستگاه پایش لرزش نیز همین مقدار را نمایش دهد.

7-2  . لرزش محوری

بعد از تکمیل مدار سنجش لرزش و برق دار نمودن سامانه، پروب غیر تماسی را در محل مخصوص  پروب های محوری بر روی دستگاه TK3 نصب نموده  و پس از حصول اطمینان از تطابق نقطه ی وسط پیچ مدرج و نقطه صفر نمایشگر، با چرخاندن پیچ مدرج در دو سوی موافق و مخالف عقربه های ساعت چک میکنیم که فاصله ی تنظیمی با پیچ مدرج با مقدار نمایش داده شده توسط دستگاه یکی باشد.

8. نحوه تعیین نقاط اخطار و توقف

به منظور حفاظت از ماشین آلات دوار در مقابل لرزش های غیر مجاز، نقاطی را به عنوان نقاط اخطار و توقف تعریف می کنند.

مقادیر مرزی ارتعاش برای ماشین آلات بر اساس استانداردISO- 10816-3  مطابق جدول 3 می باشد.

 

 

جدول 4. استاندارد 10816-3

  

9. استفاده از مقدار لرزش جهت عیب یابی ماشین آلات

سیگنال لرزش حاوی اطلاعاتی راجع به علت لرزش بوده و با تحلیل آن توسط روش های مختلف، اشکالات و عیب های موجود و آینده ی ماشین قابل تشخیص می باشد. این روش در ماشین آلات دوار جهت عیب یابی بسیار پرکاربرد است. ایزو 13373-1و2

 [4, 5]

10.  برخی از علل به وجود آمدن ارتعاش

اگر چه این مقاله بیشتر دارای نگاه ابزاردقیقی بوده و نحوه ی اندازه گیری مقادیر لرزش را مورد بررسی قرار می دهد ولی در این جا به صورت خلاصه، به مهم ترین عواملی که باعث ایجاد لرزش می شوند  نیز اشاره می شود.

1. نامیزانی جرمی (آنبالانسی)
2. ناهم راستایی
3.  تشدید
4. لقی مکانیکی
5. خرابی یاتاقان
6. خرابی چرخ دنده
7. خارج از مرکز بودن
8.  خمیدگی محور
9. فونداسیون معیوب
10. اشکالات الکتریکی
11. اشکالات آیرودینامیکی و هیدرودینامیکی
12. خرابی کوپلینگ
13. خرابی تسمه و پولی
14.  اشکالات پایپینگ
15. اعوجاج پوسته و . . .

نکته ی مهم و کلیدی در عیب یابی از طریق تحلیل ارتعاشات این است که:

• هر عیبی در تجهیزات دوار، لرزش و ارتعاشی با مشخصات خاص خود (از لحاظ دامنه، فرکانس، فاز و ...) ایجاد می نماید. شناسایی تمام موارد ذکر شده و دیگر عوامل ایجاد لرزش به وسیله ی تحلیل سیگنال لرزش انجام می پذیرد.
• معمولاً نیروهای ارتعاش زا در ماشین های دوار نیروهای دینامیکی هستند که بر اثر وجود کاستی هایی در ماشین ایجاد می شوند. برخی از این کاستی ها عبارتند از محدودیت های طراحی، محدودیت های ساخت، اشکال در نصب و بهره برداری، اشکالات تعمیراتی و ...
• از آن جایی که رسیدن به وضعیت ایده آل امکان پذیر نیست وجود لرزش و ارتعاش تا حد معین و مجازی در ماشین آلات طبیعی است، که این مقدار مجاز توسط سازنده مشخص شده و در مانیتورهای لرزش اعمال می شوند.

در ضمن ،اخیراً در سامانه های جدید مبحثی تحت عنوان پایش شرایط  رواج یافته که موقعیت ماشین آلات را از لحاظ لرزش و دمایی در تمام ساعات کارکرد پایش نموده و در صورت تغییر روند لرزش در هر نقطه ای ایجاد اخطار کرده و در برخی سامانه ها اقدامات پیشگیرانه نیز ارایه می دهد.

در زیر نمونه هایی از اشکالات موجود در پره ها و محور توربین و کمپرسور که  در اثر خوردگی، فرسایش وایجاد ناهمواری و حفره پدیدار گشته نمایش داده شده است. این اشکالات نهایتا" باعث ایجاد لرزش  گردیده و مقادیر قرائت شده لرزش را افزایش می دهند.

شکل 12- اشکالات موجود در پره ها و محور توربین نیرو و کمپرسور که  در اثر خوردگی، فرسایش وایجاد ناهمواری و حفره پدیدار گشته است.

 

  

11.  نتیجه گیری

در بحث ماشین آلات صنعتی، اندازه گیری و پایش لرزش از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. اهمیت این موضوع به خاطر تأثیرات بسیار مخرب لرزش بر این گونه ماشین آلات می باشد. این مقاله با رویکردی تجربی به بررسی انواع حسگرهای لرزش موجود در صنعت پرداخته و موارد کاربردی آن ها را بیان نموده است. انتخاب درست نوع حسگر لرزش بنا به نوع کاربرد آن تأثیر مستقیم و زیادی روی دقت و صحت مقدار اندازه گیری شده ی لرزش دارد. از همین رو توصیه می شود علاوه بر استفاده از حسگرهای مناسب و دستگاه های پایش لرزش و پیکربندی مناسب آن ها، نسبت به ایجاد دوره های زمانی بررسی، پایش و کالیبراسیون اقدام لازم صورت گرفته و همچنین اندازه گیری لرزش در نقاطی غیر از نقاط نصب حسگرهای لرزش با استفاده از تحلیلگرهای دستی مناسب انجام گیرد تا در صورت عدم دقت و یا اشکال در پایش لرزش، نسبت به رفع اشکال آن قبل از آسیب، اقدام به عمل آید.

 

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

پایش لرزش در ماشین آلات دوار (قسمت دوم)

برای مطالعه بخش اول این مقاله اینجا را کلیک نمایید.

 

3. انواع حسگرهای لرزش و انتخاب پارامتر مناسب

حسگر ارتعاش سنج، ابزاری است که حرکت ارتعاشی را حس کرده و یک سیگنال الکتریکی AC  با فرکانس و دامنه ی متناسب با حرکت ارتعاشی تولید می نماید.

به طور کلی سه نوع حسگر لرزش وجود دارد که عبارتند از:

• شتاب سنج
• سرعت سنج
• جابجایی سنج

به طور کلی برای انتخاب بهترین نوع پارامتر ارتعاشات، نوع  سنسور و یا روش اندازه گیری لرزش، استفاده از جدول زیر پیشنهاد می شود. (وردانی فراهانی)

محدوده فرکانسی		پارامتر مناسب
10 Hz>f	<600 CPM	جابجایی
2000 Hz> f >10	120000 CPM> دور >600	سرعت
2000 Hz< f	120000 CPM<	شتاب

 

جدول 2. جدول انتخاب بهترین نوع پارامتر ارتعاشات، نوع  حسگر و روش اندازه گیری لرزش

 

شکل 4. نمایش نحوه انتخاب انواع حسگرهای لرزش[2]

 

 

4. نقاط قوت و ضعف پارامترهای اندازه گیری لرزش

تصور معمول تاکنون بدین گونه بوده است که روش جابجایی مفیدترین روش اندازه گیری لرزش در فرکانس های پایین می باشد. این به شرطی درست است که فرکانس اندازه گیری در کنار مقدار جابجایی قید شود تا شدت بحرانی لرزش آشکار گردد. به عنوان مثال لرزش برابر Mils(P-P) 2  در فرکانس  CPM 3600 بسیار مخرب تر از همان مقدار لرزش در فرکانس CPM 300 می باشد.

 معمولاً استفاده از روش اندازه گیری شتاب لرزش در مواردی پیشنهاد می شود که منبعی درون ماشین، مولد فرکانس های بالاتر از 2000 هرتز باشد. این منابع می توانند شامل چرخ دنده، فرکانس عبور تیغه، فرکانس های هارمونیک و غیره باشند. این نوع حسگرها را به دلیل محدودیت پاسخ فرکانسی نمی توان برای شناسایی لرزش های فرکانس بالا (چرخ دنده ها و بلبرینگ ها) استفاده نمود. معمولاً این حسگرها برای نصب های دایم و فقط به منظور حفاظت دامنه ی ارتعاشات ناشی از عدم تعادل، لقـی، ناهم محوری و ... در ماشین های بزرگ و یاتاقان های ژرنال مورد استفاده قرار می گیرد.

5. ساختمان حسگرهای شتاب سنج

این حسگرها شتاب گرانش (g) را به صورت مستقیم اندازه گیری می کنند. در این حسگر از المان پیزوالکتریک جهت تبدیل شتاب به سیگنال الکتریکی مناسب استفاده می شود.

 

 

 

شکل 5. الف: یک حسگر شتاب سنج ب: شماتیک داخلی یک حسگر شتاب سنج

 

 

 

 

شتاب سنج هایی که لرزش مطلق را اندازه گیری می نمایند کاربرد بیش تری دارند و اغلب روی ماشین آلاتی که دارای یاتاقان ساچمه ا هستند استفاده می­شوند.

از حسگرهای شتاب سنج می توان برای تعیین موقعیت و آشکارسازی لرزش و ضربه استفاده کرد. شتاب سنج‌های ریزماشین کاری شده با روند رو به افزایشی در لوازم الکترونیکی قابل حمل و کنترل کننده بازی‌های رایانه­ای برای تعیین موقعیت و به عنوان ورودی به کار می روند.

شتاب سنج، مقدار شتابی را که نسبت به جسم در حال سقوط آزاد سنجبده می شوداندازه گیری می کند. معمولاً شتاب را برحسب نیروی گرانش اندازه گیری می کنند. به عبارت دیگر، بر اساس اصل هم ارزی در فیزیک در هر نقطه از فضا یک دستگاه مرجع مانا وجود دارد و شتاب سنج، شتاب نسبت به آن دستگاه شتاب را اندازه می گیرد. به این صورت که فرض می شود که دستگاه مرجع بدون شتاب است و هیچ نیرویی به آن وارد نمی شود و حال نیروهای وارد به خود را اندازه می گیرد و شتابی را که باید داشته باشد حدس می زند.

از شتاب سنج‌ها برای پایش سلامت دستگاه‌های چرخشی مانند پمپ ها، پنکه ها، غلتک ها، کمپرسورها و برج‌های خنک کننده استفاده می شود. از لحاظ تجربی ثابت شده است که پایش لرزش، هزینه‌ها و همچنین زمان از کارافتادگی دستگاه‌ها را کاهش می دهد و ایمنی کارخانه را افزایش می دهد. این امر به وسیله ی تشخیص موقعیت هایی مانند غیر هم محوری شافت‌ها (محورها)، عدم تعادل موتورها و خرابی چرخ دنده ها یا خطا در نیرو که منجر به تعمیرات پرهزینه می شود، صورت می گیرد. اطلاعات لرزشی شتاب سنج‌ها به کاربر اجازه پایش ماشین‌ها و پیدا کردن این خطاها را پیش از این که دستگاه چرخنده از کار بیفتد می دهد. پایش لرزش در صنایعی مانند تولید خودرو، دارو، تولید انرژی و نیروگاه ها، خمیر کاغذ ، غذا و آشامیدنی، آب و فاضلاب، نفت و گازو پتروشیمی و تولید فولاد به کار می روند.

5-2. ساختمان حسگرهای سرعت لرزش

این حسگرها که پیش تر با نام Velocity Pickup شناخته می شدند دارای دو نوع کلی مغناطیسی و وزنه ای هستند.

حساسیت ابن سرعت سنج ها بین  100 تا 1000 میلی ولت بر اینچ ثانیه  بوده و در رنج فرکانسی 10 تا 1000 هرتز کارایی دارند. از مزایای این حسگرها عدم نیاز به منبع تغذیه ی خارجی  و همچنین اندازه گیری مستقیم مقدار لرزش بدون نیاز به انتگرال گیر می باشد.[3]

5-3. سرعت سنج نوع پیزوالکتریک

درساختمان این حسگر از تراشه ی پیزوالکتریک استفاده گردیده است که نیازمند استفاده از یک منبع تغذیه ی ثابت و همچنین یک انتگرال گیر داخلی بوده تا سیگنال الکتریکی (میلی ولت) خروجی متناسب با مقدار لرزش باشد.

کاربرد این نوع حسگرها در اندازه گیری لرزش موتورهای الکتریکی است و دارای حساسیت بین 100 تا 1000 میلی ولت بر اینچ برثانیه در فرکانس 1 تا 4000 هرتز می باشند.

 

5-4. ساختمان حسگر اندازه گیری جابجایی

این گونه حسگرها از نوع پروب های غیرتماسی موسوم به پروب غیر تماسی جریان ادی می باشند که در حقیقت وظیفه ی تبدیل فاصله بین پروب و شافت به ولتاژ الکتریکی را بر عهده دارند. این پروب به همراه یک مجموعه مدار الکترونیکی که وظیفه ی تولید، آشکارسازی و تقویت  سیگنال را بر عهده دارند و به نام های کانورتر، دی مدولاتور، اسیلاتور یا پروکسی میتر معروف هستند قابل استفاده می باشند.

شکل 6. طرز کار یک پروکسی میتر

 

شکل 7. نمونه های پروکسی میتر

 

شکل 8-  پروب های تماسی و غیر تماسی

 

 

 

 

در مورد این روش مواردی از فبیل فلز روبروی پروب، ولتاز تغذیه پروکسی میترها و قطر و طول کابل آن ها ممکن است باعث ایجاد محدودیت هایی  شده که عدم دقت در انتخاب هر یک از اجزای ذکر شده احتمال ایجاد خطا در مقدار لرزش قرائت شده را افزایش می دهد.

کاربرد این روش ها، اندازه گیری جابجایی محوری، افقی و عمودی اجزای دوار ماشین آلات (مانند روتور یا شافت) و تجهیزاتی که دارای یاتاقان از نوع ژورنال (بابیتی) بوده و نسبت جرم  روتور به استاتور آن ها کم باشد مورد استفاده قرار می گیرد.

جهت جلوگیری از اطاله سخن، روش های کالیبره و انتخاب صحیح اجزا ی فوق را میتوان از کاتالوگ های سازندگان سیستم های لرزش بدست آورد.

 

برای مطالعه قسمت سوم 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