عیب یابی

شرکت مهندسی تواتر سپاهان با بیش از دو دهه تجارب عملی در انجام آنالیز ارتعاشات بخش عمده ای از خدمات خود را به انجام عیب یابی های لرزشی توسط دستگاه های آنالیزر پرتابل و سیستم های آنلاین اختصاص داده است. روشهای متختلفی در عیب یابی های ارتعاشی تحت عنوان آنالیز ارتعاشات وجود دارد که عموماً توسط یک دستگاه پرتابل آنالیز قابل انجام است و برخی از آنها نیاز به دستگاه های ویژه دارند.

دراین قسمت شما با برخی از آنالیز هایی که توسط شرکت تواتر سپاهان برای عیب یابی ماشین های دوار ارائه می گردد آشنا می شوید.

جایگاه و مسئولیت عیب یابی

عیب یابی ماشین های دوار یکی از چالش های مهم بخش نگهداری و تعمیرات کارخانجات تولیدی است.  عیب یابی عموماً بعنوان یکی از ارکان اصلی پایش وضعیت شناخته می شود و عموماً در چارت پایش وضعیت بعد از مرحله تعیین وضعیت ماشین و آشکار سازی عیوب قرار می گیرد، اما در  بسیاری از شرکت ها این وظیفه واحد تعمیرات است تا با استفاده از ابزار آنالیز ارتعاشات و دستگاه های آنالیزر و تکیه بر تجارب عملی و سنتی خود عملیات عیب یابی را انجام دهند.

در فن آوری های امروزی پایش وضعیت یک نوع نگهداری پیش گویانه (Predictive Maintenance- PdM)  است که خود بخشی از برنامه نگهداری پویش گرایانه (Proactive Centered Maintenance – PCM) در برنامه های نگهداری جامع کارخانجات تولیدی است (برای آشنایی بیشتر به صفحه پایش وضعیت مراجعه نمایید). اما در ساده ترین شکل پایش وضعیت عموماً بر عهده بازررسی فنی ماشین های دوار می باشد و شرکت هایی در این زمینه موفق تر هستند که پرسنل پایش وضعیت آنها علاوه بر آشنایی کامل با روش های عیب یابی آنالیز ارتعاشات و سایر آنالیز ها از جمله آنالیز روغن، جریان، ترموگرافی، التراسونیک، صوت و .. مکانیک تعمیراتی خوبی نیز باشند.

در یک برنامه پایش وضعیت، عیب یابی در مرحله بعد از آشکار سازی عیوب قرار دارد (تصویر 1). عموماً در این برنامه کل ماشین های کارخانه تحت مراقبت قرار داشته و بعد از تعیین وضعیت کل ماشین ها، آن دسته از ماشین هایی که تغییر وضعیت نشان داده و یا اعلان هشدار داده است، به مرحله عیب یابی وارد می شوند. این تعداد ماشین ها بسته به کیفیت نگهداری و شرایط تولید درصد های متفاوتی را در کارخانجات مختلف از کل ماشین ها تشکیل می دهد. برای این ماشین ها بستگی به شدت بد بودن وضعیت و پیچیدگی ماشین روش های عیب یابی مختلفی وجود دارد. برخی از آنالیز های عیب یابی در همان مرحله آشکار سازی انجام می گردد مانند اندازه گیری وضعیت بلبرینگ، و طیف فرکانسی اما در برخی دیگر نیاز به انجام آنالیز های مفصل تر است. در مرحله بعد از تعیین عیب، بسته به نوع تشخیص عیب انجام عملیات بالانس، همراستاسازی و تعمیر یا تعویض قطعات صورت می گیرد. عملیات بالانس ممکن است بصورت بالانس محلی یا کارگاهی باشد و بسیاری از آنالیزرهای ارتعاش امروزی قابلیت بالانس در محل را نیز دارند به همین دلیل عموماً در شرکت های کوچکتر انجام بالانس در محل نیز به عهده تیم پایش وضعیت قرار گرفته است. امروزه همراستاسازی نیز توسط تجهیزات لیزری دقیق صورت می گیرد و باز در برخی شرکت های کوچکتر بعلت حساسیت این تجهیزات این عملیات نیز بر عهده تیم پایش وضعیت قرار داده شده است. اما در هر حال در یک برنامه ریزی جامع و اصولی نمی توان انجام عملیات بالانس در محل و همراستاسازی را بر عهده تیم پایش وضعیت گذاشت و جایگاه اصلی آن در بخش تعمیرات است. در برخی شرکت ها نیز این دو وظیفه به همراه کارگاه بالانس به عهده واحد ماشین های حساس گذاشته می شود.

تصویر 1- فرآیند پایش وضعیت

عیوب قابل شناسایی با آنالیز ارتعاشات

می توان ادعا نمود که بیش از 80% از عیوب ماشین های دوار از طریق آنالیز ارتعاش قابل شناسایی هستند. علاوه براین آنالیز ارتعاش قدرت شگرفی در آشکار سازی عیوب در مراحله اولیه پیدایش دارد که در استراتژی های PdM  بسیار حیاتی است. اما در این بخش عمدتاً از دیدگاه عیب یابی، آن دسته از عیب هایی که با استفاده از روش آنالیز ارتعاشات قابل شناسایی هستند را بصورت خلاصه به شرح زیر معرفی می کنیم:

  • نا بالانسی

  • ناهمراستایی

  • خرابی کوپلینگ

  • خمش شافت

  • مالش روتور

  • لقی های مکانیکی (یاتاقان، شافت، تیکیه گاه یاتاقان و سازه …)

  • خرابی یاتاقان ژرنال ( استهلاک، لقی، چرخش روغن، شلاق روغن، تخلیه الکتریکی، مالش،..)

  • خرابی یاتاقان های المان غلطکی (خرابی های رینگ داخلی، خارجی، ساچمه، قفسه، لقی . ..)

  • خرابی چرخ دنده ها ( عدم تنظیم، سایش و استهلاک، خارج از مرکزی، ترک، شکستگی، ..)

  • عیوب پولی و تسمه ( خارج از مرکزی، استهلاک، عدم تنظیم .. .)

  • عیوب الکتروموتورها ( لقی یاتاقان، اتصال کوتاه در سیم پیچ های استاتور یا روتور، شکستگی یا لق بودن میله های روتور، خارج از مرکزی روتور یا استاتور، اتصال کوتاه لامینیشن ها و … )

  • درگیری پره ها و گرفتگی فضای بین پره و محفظه (فن، پمپ، کمپرسور، توربین . …)

  • کاویتاسیون در پمپ و سرج در کمپرسورها

  • استهلاک سیلندر و افتادگی میله کمپرسور رفت و برگشتی

  • رزنانس (سرعت بحرانی روتور، تشدید در بدنه، هیسترزیس روتور، تشدید تکیه گاه ها .. )

  • ترک و شکستگی ها (شافت، روتور، بدنه، تکیه گاه …)

  • انتقال ارتعاش ( انتقال از فونداسیون، لوله ها، تحریک نقاط ضعف ..)

  • ضعف دینامیکی سازه ها (وجود رزنانس، انعطاف پذیری بیش از حد، .. )

  • عیوب ترکیبی (اثر گذاری عیوب بر یکدیگر و تشدید – تا تضعیف!- همدیگر)

  • اثرات فرآیند بر لرزش

  • عیوب ماشین های خاص

کلیه عیوب فوق الذکر را می توان با استفاده از تکنیک های صحیح آنالیز ارتعاش در ماشین های دوار آشکار نمود، اگر چه استفاده از سایر تکنیک ها همچون آنالیز روغن، ترموگرافی، التراسونیک و .. می تواند برای برخی عیوب قوی تر عمل نماید و در یک سیستم جامع نگهداری، این فن آوری ها بصورت مکمل یکدیگر عمل خواهند کرد. برخی عیوب فوق الذکر تنها از طریق پایش وضعیت پیوسته (On-line CM) قابل شناسایی هستند.

اندازه گیری های ارتعاشی

برای عیب یابی نمی توان تنها با یک نوع اندازه گیری به همه عیب یابی های فوق الذکر دست پیدا نمود. به همین منظور سنسورها و اندازه گیری های متنوعی تا کنون ارائه شده که برای اندازه گیری های موقت و دائم مورد استفاده قرار می گیرند. تصویر 2 معمول ترین سنسورهای اندازه گیری را نمایش داده است.

تصویر 2- انواع سنسور لرزش سنج

اندازه گیری هایی که وضعیت ماشین را بیان می کنند

از تمامی اندازه گیری هایی که می توان از ماشین ها بدست آورد، تنها برخی از آنها بیان کننده خوبی از وضعیت ماشین هستند. در عمل برای تعیین استاندارد پایش وضعیت ماشین از این اندازه گیری ها استفاده شده است و لرزش ماشین یک جایگاه مهم در این میان پیدا کرده است.

ارتعاشات مطلق بدنه

عبارت است از حرکت های لرزشی بدنه ماشین نسبت به یک نقطه ثابت در فضا. این اندازه گیری معمولاً برای ارزیابی روتورهایی که یاتاقان المان غلطکی (بلبرینگ) دارند مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع لرزش توسط پیک آپ سرعت یا شتاب سنج قابل اندازه گیری است. معمول ترین پارامتر اندازه گیری این نوع لرزش سرعت لرزشی مقدار موثر V RMS است.

ارتعاشات نسبی شافت

عبارت است از حرکت های لرزشی شافت روتور نسبت به یاتاقان. در روتورهای حاوی یاتاقان های ژرنال این لرزش مهم ترین شاخص برای نمایش وضعیت ماشین است. این ارتعاشات با استفاده از سنسورهای اندازه گیری جابجایی نسبی که بر روی یاتاقان نصب می شود اندازه گیری می گردد. برای بدست آوردن اوربیت صحیح شافت ( مسیری که مرکز شافت طی می کند) باید از دو سنسور که به فاصله 90 درجه از یکدیگر نصب شده اند استفاده نمود. ارزیابی میزان لرزش یا براساس معیار حداکثر مقدار جابجایی شافت (Smax) حاصل از دو سنسور، و یا براساس معیار پیک تا پیک هر سنسور بصورت مستقل صورت می گیرد.

ارتعاشات مطلق شافت

عبارت است از حرکت های لرزشی شافت روتور نسبت به یک نقطه ثابت در فضا. این نوع ارتعاش در توربین های بخار بزرگ از اهمیت خاصی برخوردار است. عملاً برای بدست آوردن این نوع لرزش، ارتعاش نسبی شافت و ارتعاش مطلق یاتاقان بصورت برداری با یکدیگر جمع می شود.

وضعیت بلبرینگ BC

یکی از اندازه گیری های مهم برای ارزیابی وضعیت بیرینگ های المان غلطکی است. در این روش فرکانس های بالایی که توسط پالس های خرابی المان های بلبرینگ تحریک شده آنالیز و متناسب با آن واحدی بنام BCU یا BC یا SPM یا SE یا .. محاسبه و تحت عنوان وضعیت بلبرینگ توسط دستگاه اعلام می گردد. این اندازه گیری فقط توسط شتاب سنج ها امکان پذیر است.

موقعیت محوری

موقعیت محوری شافت که در مجاورت یاتاقان تراست اندازه گیری می شود. با استفاده از سنسور غیر تماسی جابجایی می توان این اندازه گیری را که نشان دهنده میزان استهلاک یاتاقان تراست و تغییرات بار ماشین است بدست آورد. این اندازه گیری در حقیقت یک اندازه گیری غیر ارتعاشی است اما معمولاً در سیستم های لرزش سنجی بعنوان یک اندازه گیری مهم از وضعیت ماشین مورد استفاده قرار می گیرد.

تکنولوژی های عیب یابی

عیب یابی ماشین های دوار با استفاده از آنالیز ارتعاشات ابتدا با استفاده از آنالیزرهای اولیه که از یک فیلتر 3 باندی (اکتاو) و یک ویبرومتر و سنسور تشکیل شده بود شروع شده و تا امروز که با استفاده از تکنولوژی های مدرن پردازش دیجیتال و استفاده از ریزپردازنده های بسیار پرسرعت کوچک و نمونه بردارهای دیجیتال در آنالیزر ها و همچنین استفاده از کریستالهای پیزوالکتریک و تکنولوژی لیزر در سنسورهای اندازه گیری به شکل های متنوعی برای کاربرد های مختلف توسعه یافته است.

امروزه در شرکت های پیشترفته تر سایر روشهای عیب یابی مانند آنالیز روغن، ترموگرافی، التراسونیک، آنالیز صوت و .. نیز همپای آنالیز ارتعاشات برای تشکیل یک سیستم پویش گرایانه در عیب یابی ماشین های دوار استفاده می شود.

با توجه به اینکه تخصص شرکت مهندسی تواتر سپاهان در زمینه آنالیز ارتعاشات است، ما در این سایت تنها به توضیح روشهای عیب یابی بوسیله آنالیز ارتعاشات می پردازیم و شرح ما بقی تکنولوژی ها را به متخصصین مربوط به همان تکنولوژی ها می سپاریم.

ارتعاشات کل

لرزش در حقیقت جابجایی نوسانی یک جسم حول یک مرجع مشخص است که می تواند یک شکل سینوسی ساده با یک فرکانس مشخص داشته باشد و یا از ترکیب چندین نوسان سینوسی ساده با فرکانس های مختلف تشکیل شده باشد. اصل لرزش جابجایی است، اما سرعت لرزشی با مشتق جابجایی و همچنین شتاب لرزشی با مشتق سرعت نیز قابل دستیابی است، و از طرفی با توجه به اینکه جابجایی لرزشی در نهایت بصورت مجموعه ای از سینوسی ها با فرکانس های مختلف بیان می شود سرعت و شتاب نیز به شکل سینوسی اما با اختلاف فاز خواهد بود. سنسورهای مختلف می توانند جابجایی یا سرعت و یا شتاب لرزشی را اندازه گیری نمایند و در تمامی حالت ها برای اندازه گیری ارتعاش کل دامنه تغییرات این سینوسی ها اندازه گیری می شود.

دامنه های قابل اندازه گیری عموماً بصورت اندازه گیری پیک تا پیک Peak to Peal (P-P) بصورت فاصله بین حداقل مقدار تا حد اکثر مقدار دامنه یک حرکت است و یا بصورت مقدار موثر Root Mean Squir (RMS) که دامنه انرژی سیگنال است مورد استفاده قرار می گیرد.

P-P  عموماً برای جابجایی برحسب Micron و یا Mils  استفاده می شود:

  • جابجایی نسبی شافت نسبت به یاتاقان در یاتاقان های ژرنال که مستقیماً با سنسورهای پروکسی میتی قابل اندازه گیری است.

  • جابجایی مطلق یاتاقان که پس از اندازه گیری سرعت ارتعاشی توسط پیک آپ سرعت و سپس انتگرال گیری از سیگنال سرعت و یا پس از اندازه گیری شتاب ارتعاشی توسط شتاب سنج و سپس دوبار انتگرال گیری بدست می آید. این معیار اندازه گیری قدیمی شده و اندازه گیری مقدار موثر سرعت جای آن را گرفته است. اگر چه در لرزش های فرکانس پایین هنوز بعنوان یک پارامتر قابل قبول مورد استفاده قرار می گیرد.

RMS  عموماً برای اندازه گیری انرژی سرعت بر حسب mm/s یا in/s  و شتاب ارتعاشی عموماً  برحسب g استفاده می شود:

  • سرعت RMS بهترین معیار ارزیابی شدت انرژی ارتعاش است و بسیاری از استاندارد ها آن را بعنوان معیار ارزیابی شدت ارتعاش پذیرفته اند و عموماً در اندازه گیری های بدنه ماشین بصورت ارتعاش مطلق بدنه استفاده می شود. علاوه براین این پارامتر بهترین اندازه گیری محدوده فرکانس متوسط است. این دامنه یا مستقیماً توسط پیک آپ سرعت اندازه گیری می شود و یا پس از اندازه گیری شتاب توسط شتاب سنج و سپس انتگرال گیری از آن بدست می آید.

  • شتاب RMS برای اندازه گیری لرزش های فرکانس بالا در توربین ها و جعبه دنده های پر سرعت و عموماً در هر ماشینی که لرزش فرکانس بالا وجود دارد مورد استفاده قرار می گیرد. این سیگنال فقط توسط شتاب سنج قابل اندازه گیری است.

  • وضعیت بیرینگ RMS (BCU) واحدی است که معمولاً برای ارزیابی میزان سلامت یاتاقان های المان غلطکی مورد استفاده قرار می گیرد. این سیگنال فقط توسط شتاب سنج قابل اندازه گیری است.

با توجه به توضیحات بالا می توان نتیجه گرفت که معمولاً از سنسورها پروکسی برای اندازه گیری های جابجایی نسبی P-P در یاتاقان و از سنسور شتاب سنج می توان برای اندازه گیری لرزش بدنه ماشین یا یاتاقان برحسب شتاب یا سرعت ارتعاشی RMS  استفاده نمود.

دستگاه های اندازه گیری ارتعاش کل که تحت عنوان ویبرومتر شناخته می شود بسته به سادگی و یا پیشرفته بودن می توانند از یک ویبرومتر ساده تا یک آنالیزر کامل قابلیت های مختلف را در بر داشته باشند.

ویبرومتر ساده:

یک ویبرومتر ساده معمولاً از یک سنسور شتاب سنج استفاده کرده و با اندازه گیری سیگنال شتاب با عبور از فیلترهای بالا گذر (1 Hz) و پایین گذر (10 Khz) و انتگرال گیری و نهایتاً استفاده ز یک RMS Detector مقدار سرعت RMS را بعنوان ارتعاش کل نمایش می دهد. در ویبرومتر های ساده امروزی معمولاً اندازه گیری BCU  نیز بعنوان پارامتر ارزیابی سلامت بلبرینگ ها استفاده می شود.

فهرست