پایش وضعیت و عیب یابی

Project Description

نکته آنالیز موتور: نگاه سیستمی در فرآیند عیب یابی

یک روش مهندسی رایج برای عیب یابی تجهیزات و ماشین آلات، تفکیک آنها به اجزاء و قطعات تشکیل دهنده و ارزیابی جداگانه آنهاست. مزیت اصلی این روش، سهولت انجام آن بوده و اشکالی که بر آن وارد می باشد فروگذاری تأثیرات متقابل اجزاء مختلف بر روی یکدیگر است. لذا طبق این روش، قطعه معیوب شناسایی شده و تعویض می گردد، اما ممکن است علت ریشه ای که شاید در جایی بیرون از خود قطعه معیوب باشد، شناسایی نشود.

برای مثال در مورد موتورهای الکتریکی، با استفاده از روش رایج ارزیابی وضعیت عایقی سیم پیچ استاتور (اندازه گیری مقاومت عایقی سیم پیچ نسبت به زمین) اگر چه سلامتی یا خرابی عایق تشخیص داده می شود، اما در بسیاری موارد، زمینه های عمده ای از ریشه عیب فرو گذار می شوند. روش اصولی این است که برای ریشه یابی علت آسیب دیدن عایق، می بایست علل مختلف الکتریکی و یا حتی مکانیکی از نقطه آغازین مدار موتور (برق ورودی) تا نقطه پایانی کاربری موتور (تجهیز دوار متصل به آن) مورد بررسی قرار گیرند. به عنوان نمونه برخی از علل آسیب دیدن عایق سیم پیچ موتور عبارتند از: استارت و استاپ بیش از حد، عمر بالا، اشکالات از ناحیه برق تغذیه، اشکال از ناحیه کنترل موتور، آلودگی عایق به مواد مختلف از جمله گرد و غبار یا رطوبت، بار غیر عادی از ناحیه تجهیز متصل به آن و … . لذا برای ارزیابی کامل موتور، می بایست مجموعه تستهای کاملی (آنالیز مدار موتور) بر روی آن صورت پذیرد تا زمینه های مختلف بروز عیب به شکل یکپارچه بررسی شده و هیچ نکته ای فروگذار نگردد.

 

ارتعاشات چیست؟

ارتعاشات به نوعی از حرکت سیستمهای دینامیکی اطلاق می شود که به صورت نوسانی صورت پذیرفته و حرکت در یک پریود زمانی تکرار شود.

 

این نوع حرکت را در ساده ترین شکل می توان با یک جرم و یک فنر شبیه سازی کرد. با القاء یک تغییر مکان اولیه به جرم متصل به فنر و رها کردن آن، حرکت نوسانی رخ می دهد که می توان دامنه آن را به کمک یک تابع سینوسی بیان نمود.

 

Shahintanzim.com

 

 

 

مفاهيم اوليه ارتعاشات

 

  مشخصه های مهم حرکت ارتعاشی عبارتند از:

  • دامنه، که معیاری از شدت ارتعاش است.
  • فرکانس یا تواتر، که معیاری از نرخ حرکت در واحد زمان است
  • فاز، که توالی حرکت را نسبت به یک مرجع مشخص می سنجد.

 

دامنه ارتعاشات را می توان از طریق سه پارامتر مختلف بیان کرد:

  • جابجایی
  • سرعت 
  • شتاب

 Shahintanzim.com

جابجایی چیست؟

 

پارامتر اولیه دامنه که در مورد سیستم جرم و فنر، موقعیت جرم را در هر لحظه به دست می دهد.

 

واحدهای اندازه گیری جابجایی:

 

در سیستم SI:          μm

در سیستم اینچی:     mils که برابر یک هزارم اینچ است.

 

منظور از سرعت چیست؟

سرعت، از نظر ریاضی مشتق جابجایی است که نرخ تغییرات جابجایی در واحد زمان را نشان می دهد.

 

واحدهای اندازه گیری سرعت:

 

در سیستم متری:    mm/s

در سیستم اینچی:    in/s

  

منظور از شتاب چیست؟

 

شتاب از نظر ریاضی، مشتق سرعت است و نرخ تغییرات سرعت در واحد زمان را نشان می دهد.

  

واحدهای اندازه گیری شتاب:

 

در سیستم متری:    g  و یا m/s2

در سیستم اینچی:      g   و    یا in/s2

 

 

 

 

  

به طور کلی دامنه هر موج سینوسی را به سه شکل می توان تعیین کرد:

 

 

 

Shahintanzim.com

مقدار 0-p (صفر تا پیک)

مقدار p-p

مقدار rms یا مقدار مؤثر

مقدار میانگین

 

شکل زير را ببینید:

  

 

 

منظور از فرکانس و فاز ارتعاشات چیست؟

پریود زمانی حرکت (T) بازه زمانی است که سیکل ارتعاشی خود راتکرار می کند. فرکانس ارتعاشات در واقع عکس پریود زمانی است.

 

            واحدهای اندازه گیری فرکانس:

                        Hertz = 1 / s

                                   cpm= Cycle per minute 

                                cps    = Cycle per second

 

shahintanzim.com

 

            که داریم:   1Hz = 1 cps = 60 cpm

                        

فاز، همیشه نسبت به یک مرجع سنجیده می شود و توالی حرکت را نسبت به آن نشان می دهد.

واحد اندازه گیری فاز:    0 درجه

 

معرفی روشها و تکنیکهای آنالیز ارتعاشات

برخی از تکنیکهای رایج آنالیز ارتعاشات در کاربردهای مختلف عبارتند از:

 

– تحلیل مقدار کلی ارتعاشات

– مشخصه های بیرینگهای غلتشی (BCU، BP، Crest factor، k-factor، PeakVue،SEE و … )

– آنالیز طیف فرکانسی (آنالیز FFT یا Spectrum)

– آنالیز شکل موج

– آنالیز Envelope

– آنالیز کپستروم

– آنالیز زاویه فاز

– آنالیز Run up و Coast Down (منحنی بود، منحنی نایکویست، منحنی مرکز شفت، منحنی آبشاری یا واتر فال)

– آنالیز اُربیت (لسیژوا)

– و …

 

در ادامه ابتدا برخی از تکنیکهای فوق به اختصار معرفی می شوند و سپس موضوع “تشخیص عیوب رایج تجهیزات دوار از طریق تحلیل فرکانسی و آنالیز زاویه فاز” را با تفصیل بیشتر دنبال خواهیم کرد.

 

 

Shahintanzim.com

تحلیل مقدار کلی ارتعاشات

این روش به عنوان ساده ترین تکنیک برای ارزیابی وضعیت ماشین آلات دوار بکار می رود. استانداردهای مختلفی نیز برای تعیین مقادیر مجاز ارتعاشات وجود دارند که از آن جمله ISO 10816 است که در بخش معرفی منابع به آن پرداخته شد. شایان ذکر است با توجه به الگوی 7-4-2 به ترتیب و از کم به زیاد، میزان ارتعاش نرمال ماشین در جهات محوری، عمودی و افقی رخ می دهد. البته این یک قاعده سر انگشتی است و ممکن است در برخی موارد صادق نباشد، اما صحت آن در اغلب موارد به اثبات رسیده است. لذا با توجه به چگونگی تغییر این الگو می توان برخی از اشکالات را حتی بدون در دست داشتن منحنی فرکانسی حدس زد.

آنالیز طیف فرکانسی (آنالیز FFT یا Spectrum)

این تکنیک بدون شک یکی از مهم ترین تکنیکهای رایج در آنالیز ارتعاشات است. پس از یکسری پردازشهای اولیه بر روی سیگنال ارتعاشات، برای به دست آوردن منحنی طیف فرکانسی از الگوریتم FFT یا تبدیل فوریه سریع استفاده می گردد. لذا به منحنی فرکانسی گاهی اوقات منحنی FFT نیز گفته می شود.

به طور کلی عیوب مختلف، منجر به ایجاد طیفهای فرکانسی خاص خود می شوند که این موضوع در ادامه مباحث عیب یابی دنبال خواهد شد.

 

 

 

 

آنالیز شکل موج

شکل موج ارتعاشات، در واقع سیگنال ارتعاشات بدون تقریباً هیچگونه پردازشی است و لذا در تحلیل دینامیکی ماشین از اهمیت خاصی برخوردار است. در واقع برخی عیوب نظیر شکستگی چرخ دنده ها، عیوبی که pulse ایجاد می کنند، ارتعاشات ضربانی (beat) و … از طریق شکل موج آسان تر تشخیص داده می شوند.

آنالیز زاویه فاز

از طریق مقایسه مقادیر زاویه فاز در نقاط مختلف اندازه گیری بر روی ماشین یا هر سازه دیگری، می توان شمایی از چگونگی حرکت اجزاء مختلف آن نسبت به یکدیگر به دست آورد. در برخی موارد، مشخصات فرکانسی ارتعاشات ناشی از عیوب مختلف، مشابه یکدیگر می باشد و لذا تمایز بین این عیوب تنها از طریق منحنی اسپکتروم امکان پذیر نخواهد بود. لذا می بایست از سایر مشخصات ارتعاشات مانند زاویه فاز برای تشخیص عیب استفاده کرد، چون علیرغم تشابه منحنی های

 

اسپکتروم، الگوی زاویه فاز در مورد اشکالات مختلف، متمایز می باشد. به طور کلی برخی از کاربردهای زاویه فاز عبارتند از:

 

– تشخیص ترک در شفت

– بالانس دینامیکی

– تشخیص رزونانس و سرعت بحرانی

– به دست آوردن شکل مودها

– تشخیص نامیزانی جرمی، میس الایمنت و شفت خمیده از یکدیگر

 

عیب یابی به کمک آنالیز فرکانسی

همانطور که در بخشهای قبلی بیان شد، عیوب مختلفی که برای ماشی آلات دوار رخ می دهند، هرکدام همراه با رفتار دینامیکی خاص خود و به تعبیر دیگر با مشخصه های ارتعاشی ویژه ای رخ می دهد. یکی از مشخصه های مهم ارتعاش، فرکانس ارتعاشی است و به ویژه ارتباط آن با فرکانس کاری ماشین (دور ماشین) در بسیاری از موارد تعیین کننده نوع عیب و یا حداقل ناحیه آن می باشد.

 

دقت کنید که معمولاً ارتعاشات اندازه گیری شده از روی ماشین، یک سیگنال پیچیده و ترکیبی از چندین سیگنال ارتعاشی با فرکانسهای مختلف است. آنالیز فرکانسی که به آن آنالیز FFT یا اسپکتروم نیز می گویند، یک فرآیند پردازش سیگنال است که به کمک آن محتوای فرکانسی سیگنال ارتعاشی به دست می آید. در منحنی های FFT، محور افقی فرکانس و محور عمودی دامنه ارتعاش را نشان می دهد. همانطور که گفته شد، در بسیاری از عیوب، فرکانس ارتعاشات ایجاد شده با دور ماشین ارتباط دارد و در واقع هارمونیکها و یا به عبارت دیگر مضارب صحیحی از دور ماشین در منحنی FFT دیده می شود. این مضارب را به شکل 1xRPM، 2xRPM، 3xRPM و . . . نشان می دهند.

 

 

 

چرا ارتعاش در ماشین آلات و تجهیزات دوار وجود دارد؟

به طور کلی دو نوع نیروی استاتیکی و دینامیکی در ماشین آلات وجود دارد. نیروهای ارتعاش زا از نوع نیروهای دینامیکی هستند که بر اثر وجود کاستی هایی در ماشین ایجاد می شوند. برخی از زمینه های بروز کاستی (اختلاف از حالت ایده آل) عبارتند از:

 

– محدودیتهای طراحی

– محدودیتهای ساخت

– اشکال در نصب اولیه

– اشکالات بهره برداری

– بروز اشکالات در حین تعمیرات

– و …

 

از آنجاییکه رسیدن به حالت ایده آل امکان پذیر نیست، همیشه تا حدی ارتعاش در ماشین آلات وجود دارد که مجاز شمرده می شود. اما با گذشت زمان و بر اثر بروز اشکالات بعدی، بعضاً ارتعاشات نسبت به حد مجاز افزایش می یابد که با آنالیز و انجام اقدام اصلاحی مناسب، می توان وضعیت را به حالت قبل برگرداند.

رابطه زیر میزان ارتعاش ماشین را تعیین می کند:

  

    Vibration = Vibratory Force / Impedance

 

نیروهای ارتعاش زا در داخل ماشین و معمولاً در سیستم روتور (یعنی بخش در حال دوران) تولید می شوند. امپدانس از مشخصات هر سیستم مکانیکی و از جمله ماشین آلات دوار است و مسیر انتقال ارتعاش را توصیف می کند.

ارتعاشاتی که معمولاً از روی بخش ساکن (استاتور) ماشین آلات و به ویژه از روی هوزینگ بیرینگ اندازه گیری می شود، تحت تأثیر دو پارامتر فوق است.

اکنون دو پارامتر فوق (یعنی نیروهای ارتعاش زا و امپدانس) را جداگانه بررسی می کنیم.

 

 

نیروهای ارتعاش زا (Vibratory Forces)

 

برخی از عوامل ایجاد نیروهای ارتعاش زا در ماشین آلات، عبارتند از:

 

– میس الایمنت

– نامیزانی جرمی

– سایش اجزا و قطعات

– نیروهای آئرودینامیکی و هیدرودینامیکی

– نیروهای الکترومغناطیسی

– تماس قطعات متحرک و ثابت

– اصطکاک

– . . .

 

امپدانس (Impedance)

امپدانس و یا مقاومت مکانیکی در برابر حرکت، از خصوصیات هر سیستم مکانیکی است که سه مؤلفه دارد:

            1- جرم     2- سفتی     3- میرایی (دمپینگ)

 

Shahintanzim.com

 

 

 

 برخی عوامل بدون اینکه از خود نیرویی تولید کنند و تنها از طریق تاثیر بر امپدانس، منجر به تشدید ارتعاش می شوند. مهمترین آنها عبارتند از:

 

– لقی مکانیکی

– تحریک فرکانسهای طبیعی اجزاء (رزونانس)

– ضعف در فونداسیون و یا شاسی ماشین آلات

– ضعیف بودن سازه (استراکچر)

– . . .

 

ارتعاشات به عنوان مشخص کننده وضعیت تجهیز

ارتعاشات هر تجهیز دوار (چه از نظر مقدار و چه از نظر سایر مشخصات ارتعاشات) ارتباط مستقیمی با وضعیت آن دارد و هرگونه تغییر هر چند جزئی در وضعیت تجهیز (از هر نظر) با تغییر در وضعیت ارتعاشات آن همراه خواهد بود.

 

 

منظور از تغییر در وضعیت تجهیز چیست؟

 

– تغییر در شرایط بهره برداری تجهیز

– بروز اشکال (مکانیکی، الکتریکی، . . . ) در تجهیز

– تغییر بار وارد بر تجهیز

– . . .

 

لذا اندازه گیری و آنالیز ارتعاشات یکی از تکنیکهای اصلی برای مانیتورینگ تجهیزات و ماشین آلات دوار به شمار می رود.

 

 

 

 

برخي عیوب قابل شناسایی از طریق ارتعاشات

 

Shahintanzim.com

 

 

 

برخی از عیوبی که به کمک ارتعاشات شناسایی می شوند:

  1. نامیزانی جرمی
  2. میس الایمنت
  3. رزونانس
  4. لقی مکانیکی
  5. خرابی بیرینگ
  6. خرابی چرخ دنده
  7. خارج از مرکزی
  8. شفت خمیده
  9. فونداسیون معیوب
  10. اشکالات الکتریکی
  11. اشکالات آئرودینامیکی و هیدرودینامیکی
  12. خرابی کوپلینگ
  13. خرابی تسمه و پولی
  14. اشکالات پایپینگ
  15. اعوجاج پوسته
  16. و . . .

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

 

هر عیبی در تجهیزات دوار، ارتعاشاتی با مشخصات خاص خود (از لحاظ دامنه، فرکانس، فاز و …) ایجاد می نماید

 

Site :

Portablebalancing.ir

Shahintanzim.com

Stsgroupco.com

Email:

portableshahiintanzim@gmail.com

stsshahin487@yahoo.com

tel : 02636100701-3   fax no : 02636102817

cell phone : 09120299300