لقی بیرینگ‌های نگه‌دارنده چرخ دنده‌ها (Loose Bearing Fit)

لقی بیرینگ‌های نگه‌دارنده شفت چرخ دنده‌ها نه‌تنها می‌تواند بسیاری از هارمونیک‌های سرعت دوران را تحریک کند، بلکه اغلب باعث دامنه‌های بالای پاسخ ارتعاشی در GMF، 2GMF و یا حتی 3GMF خواهد شد.

این دامنه‌های بالای GMF به علت لقی درون بیرینگ‌ها ایجاد می‌شود.

چنین لقی‌های زیادی می‌تواند به دلیل سایش زیاد بیرینگ یا نصب نادرست یاتاقان ژورنال روی شفت باشد.

بی‌توجهی و عدم اصلاح عیب، سایش زیاد چرخ‌دنده‌ها را به همراه دارد.

شکل 1 لقی بیرینگ‌های نگه‌دارنده

از دیگر تکنیک‌های بسیار سودمند در تشخیص خرابی چرخ‌دنده‌ها در مراحل اولیه، آزمایش روغن گیربکس و ارزیابی ذرات موجود در روغن است.

تکنیک‌های شناسایی ذرات موجود در روغن به سایز ذرات بستگی دارد. شکل 2 معروف‌ترین روش‌های شناسایی و ارزیابی ذرات موجود روغن را نشان داده است.

شکل 2 تکنیک‌های شناسایی ذرات موجود در روغن

در اغلب جعبه‌دنده‌های مورد استفاده در صنعت، بیرینگ‌هاي دو سمت هر يك از شفت‌هاي مياني از يك نوع بوده كه در صورت بروز خرابي در يكي از بیرینگ‌ها،تعيين موقعيت بیرینگ معيوب، به علت يكسان بودن فرکانس‌های خرابی دو بیرینگ دشوار مي‌باشد.

اين موضوع زماني که امکان دسترسي به تجهيز برای جابجایي مکان داده‌برداری ميسر نباشد، حادتر ميگردد. اجازه دهید این مسئله را با بیان یک مثال واقعی پیش ببریم.

مثال واقعی: گیربکس فن برج خنک‌کننده (Cooling Tower) یک پتروشيمي

منبع مثال: هوشمند، پویان و همکاران، ” تعيين موقعيت ياتاقان معيوب در جعبه‌دنده‌هایی با یاتاقان‌های مشابه و دسترسی محدود به کمک استفاده از آناليز ارتعاشي GMF”، چهارمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیبیابی، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، اسفند 1388

مثالی واقعی که برای شما خواننده گرامی انتخاب کرده‌ایم گیربکس فن برج خنک‌کننده (Cooling Tower) یک پتروشيمي بوده کـه در واحـد CF مسـتقر می‌باشد.

الکتروموتور از طريق شفتی به طول تقريبي چهار متـر گشتاور محرک فن را تأمین می‌کند.

بنابراین انتقـال قـدرت بـه جعبه‌دنده انجام می‌پذیرد و خروجي آن باعث چرخش پروانه فن می‌شود.

با توجه به ساختمان برج خنک کن، ارتعـاش برداري از قسمت جعبه‌دنده به‌وسیله ابزارهاي پرتابل ممکن نبوده و تنها از قسمت موتور، امکان داده‌برداری وجود دارد. پس برای ارتعاش برداري قسمت جعبه‌دنده از یک سيستم پايش وضعيت آنلاين (On line Condition Monitoring) استفاده شده است.

بدین منظور و همان‌طور که در شکل 3 مشاهده می‌کنید، دو پراب شتاب سنج در موقعيت H و A به ترتيب در قسمت ورودي و خروجي پوسته جعبه‌دنده نصب شده است.

داده‌هاي برداشت شده توسط اين پراب‌ها، برای پردازش به Local Panel منتقل شده و از ايـن طريق امکان ارزيابي وضعيت جعبه دنده ميسرشده است.

شکل 3 گیربکس فن برج خنک کننده واحد CF پتروشيمي

شماتيک گیربکس فن برج خنک‌کننده به همراه مشخصات دنده‌ها و بیرینگ‌ها و سایر اطلاعات فني در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4 اطلاعات فني گیربکس

همان‌طور كـه در شکل 4 مشـخص شـده است دور ورودي گيـربكس (34.83Hz(1490rpm، دور شـفت ميـاني (7.6Hz(456rpm و دور شفت خروجي (1.67Hz(100rpm مي‌باشد.

تعداد دندانه‌هاي چرخدنده ورودي و خروجي به ترتيب 12 و 78 مي‌باشد.

شماره نشان داده شده بر روي بيرينگ‌ها معـرف نـوع آن‌ها بوده و دو فرکانس درگيري چرخدنده (GMF) نيز طبق روابط زیر محاسبه شده است.

در اجراي برنامه روتين ارتعاش برداري به کمک سيستم آنلاین(Online)، تغييراتي در وضعيت ارتعاشي گیربکس فن مشاهده شد.

وضعيت طیف فرکانسی برداشت شده از موقعیت H گیربکس در زمان کارکرد نرمال و پس از وقوع خرابی به ترتیب در شکل‌های 5 و 6 نشان داده شده است.

شکل 5 طيف ارتعاشي دستگاه در راستای H قبل از بروز خرابی

شکل 6 طيف ارتعاشي دستگاه در راستای H بعد از بروز خرابی

با مقايسه وضعيت طیف فرکانسی تغييراتي به‌صورت زير در وضعيت ارتعاشي مشاهده می‌شود:

افزایش دامنه کلی ارتعاش (Overall) از مقدار 6.1mm/s به 8.5mm/s
ايجاد فرکانس‌هایی با دامنه پائين در قسمت‌هایی از طيف با اختلاف 7.6Hz
رشد فرکانس 64Hz با مجاورهایی با اختلاف 7.6Hz
رشد مجاورهایی 7.6Hz در کنار

مراحل عیب یابی

به کمک مشخصه‌های ذکر شده برای شناسایی عيب و موقعيت آن مراحل زير دنبال گرديد:

١- فرکانس‌های ایجادشده با اختلاف 7.6Hz می‌تواند ما را در جهت بررسي بيشتر بر روي متعلقات شفت ميـاني هـدايت کند، چون فركانس ياد شده مربوط به دور شفت مياني بوده كه قبلاً به آن اشاره شد.

٢ – برای شناسایی قطعه معيوب فرکانس‌های مربوط به قطعات شفت مياني کـه شـامل دو بيرينـگ از نـوع 22320-SKF و همچنين دو چرخدنده می‌باشد را مشخص می‌کنیم:

مقادیر فرکانس‌های FTF، BSF، BPFI و BPFO بيرينـگ 22320-SKF در سرعت چرخش شـفت ميـاني (7.6Hz)، به‌قرار زیر محاسبه میشود:

BSF = 20.2Hz

BPFI = 64.1Hz

BPFO = 49.4Hz

FTF = 3.1Hz

طيف فركانسي، فركانس Hz 64 بـا مجاورهای بـه اخـتلاف Hz 6/7 احاطه‌شده است.

طبق محاسبات فركانسي صورت گرفته، فرکانس 64Hz بر BPFI منطبق می‌باشد كـه وجـود مجاورها با دور شفت مياني در كنار اين فركانس و همچنين دسته‌های فركانسي به اختلاف 7.6Hz در نـواحي مختلـف طيـف، نشان‌دهنده خرابي در كنس داخلي بيرينگ می‌باشد.

٣ – با بررسي‌هاي انجام‌شده، خرابي در كنس داخلي بيرينگ 22320-SKF مربوط به شفت مياني، شناسایي شد.

حـال بايـد موقعيت بيرينگ معيوب را مشخص كرد، چون از اين نوع بيرينگ در سمت بالا و پائين شفت میانی استفاده شده است.

به‌منظور شناسایی بيرينگ معيوب باید از تغييرات ایجادشده درGMF استفاده كرد.

به اين دليل كه پيشرفت خرابي بيرينگ در نحوه درگيري دندانه‌ها و همچنين بکلش چرخ‌دنده‌ها تأثیر می‌گذارد، فركانس درگيري چرخ‌دنده‌ها، تغيير می‌کند.

شکل 7 طيف ارتعاشي دستگاه در راستای A قبل از بروز خرابی

شکل 8 طيف ارتعاشي دستگاه در راستای A بعد از بروز خرابی

درباره تأثیرپذیری GMF از خرابي بيرينـگ مـيتـوان گفـت کـه موقعيـت محـور و متعاقباً چرخدنده نصب شده بر روي آن از موقعيت مرکز بيرينگ تبعيت ميکند.

خرابي در بيرينگ باعث ميشود که اجزاي دوار بيرينگ و به خصوص رينگ داخلي نوسان داشته باشد.

نوسان در رينگ داخلـي باعـث تغييـر در موقعيـت محـور بيرينـگ و در نتيجه تغيير در موقعيت شفت و چرخ‌دنده متصل به آن می‌شود.

تغييرات حتي به‌صورت جزيي در موقعيت محور چرخدنـده باعث نوساناتي در GMF شده و مجاورهاي متناسب بـا دور چـرخش چرخدنده در کنار GMF نمايان می‌شود.

در مقايسه شکل‌های 5 و 6 به اين نکته اشاره شده بود که در کنار فرکانس‌هایی با اختلاف 7.6Hz ايجاد شده است.

اين وضعيت در بررسي شکل‌های 7 و 8 نيز به وضوح مشاهده ميشود.

با در نظر گرفتن اين موضوع مي‌توان گفت كه پس از وقوع خرابي بيرينگ، بيشترين تغييرات در محدوده فركانسي و مجاورهای اطراف اين فركانس رخ داده و تغييرات چنداني در محدوده فركانسي ايجاد نشده است.

لذا با توجه به نزديكي بيرينگ سمت بالاي شفت مياني به چرخ‌دنده درگير با چرخدنده شفت ورودي كه را ايجاد می‌کند، مي‌توان پیش‌بینی كرد كه خرابي در بيرينگ بالایی (Upper Bearing) شفت مياني ايجاد شده است.

با مشخص شدن نوع خرابي و موقعيت آن، گیربکس به كارگاه منتقل و پس از باز شدن قطعات آن، مشاهده شد كه خرابي کنس داخلي بيرينگ و همچنين موقعيت بيرينگ معيوب به صورت صحيح پیش‌بینی شده و وضعيت ساير قطعات گيربكس مناسب بوده است.

شکل 9 وضعيت کنس داخلي بيرینگ را نشان مي‌دهد.