عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات – مثال واقعی

در این مقاله سعی شده عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات توضیح داده شود.

مثال واقعی که برای شما انتخاب کرده ایم الكترو پمپ 3201-E10 مجتمع پتروشیمی خارگ است.

این الكتروپمپ از نوع عمودی و مربوط به تامین آب شور مجتمع پتروشیمی خارگ می‌باشد.

اشكال ماشین مورد مطالعه ، خرابی رینگ داخلی بیرینگ غلتشی و همچنین خرابی در كوپلینگ پمپ می‌باشد

كه با استفاده از آنالیز ارتعاشات این عیوب شناسایی و برطرف شده‌اند.

در نتیجه از پیشرفت خرابی و آسیب بیشتر به ماشین جلوگیری شده است.

عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات

امروزه با پیشرفت روز افزون علم و تكنولوژی، انجام تعمیرات دوره‌ای از قبل مشخص شده جایگاه خود را از دست داده و

با مراقبت‌های دقیقی كه به طور پیوسته از ماشین آلات به عمل می‌آید،

می‌توان شرایط مناسبی برای ادامه كار ماشین مهیا نمود كه

این مراقبت‌ها با اجرای برنامه پایش وضعیت امكان پذیر می‌باشد.

یكی از مهمترین بخش های برنامه پایش وضعیت ، آنالیز ارتعاشات می‌باشد

كه به عنوان مهمترین تكنیك در كنترل وضعیت ماشین آلات در حین كار شناخته می‌شود.

بنابراین با اندازه‌گیری ارتعاشات و تجزیه و تحلیل نتایج می توان برای ادامه كار ماشین تصمیم گرفت.

تجربه‌های سال های اخیر نشان داده آنالیز ارتعاشات برای عیب یابی بیرینگ‌های غلتشی یكی از مناسب ترین ابزارها می‌باشد

و با استفاده از این علم می‌توان خرابی بیرینگ های غلتشی را قبل از رسیدن به شرایط بحرانی تشخیص داد.

در این مثال واقعی عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات و تشخیص خرابی در بیرینگ غلتشی و كوپلینگ مربوط به الكتروپمپ  3201-E10 واقع در اسكله مجتمع پتروشیمی خارگ بیان شده است.

عیب یابی بیرینگ‌های غلتشی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات

وضعیت بیرینگ‌های غلتشی را می‌توان با بهره گیری از روش‌های عیب یابی ارتعاشی ، اندازه‌گیری و ارزیابی نمود.

با این روش ها می توان برخی از صدمات وارده ، میزان عمر باقیمانده و وقوع خرابی‌های ناخواسته را پیشگویی نموده و

جلوی افت تولید را تا حد زیادی گرفت.

امروزه عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات با روش‌های آنالیز طیف فركانسی و آنالیز Envelope تا حد قابل قبولی توانسته اند ،

تشخیص خرابی بیرینگ‌های غلتشی را در مراحل اولیه امكان پذیر كنند.

در عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات با تجزیه و تحلیل نمودارهای ارتعاشی ثبت شده،

می‌توان خرابی بیرینگ را تشخیص داد.

تشخیص خرابی رینگ داخلی ، رینگ خارجی و یا ساچمه‌های بیرینگ غلتشی با استفاده از این روش ها انجام می‌گیرد.

برای مثال برای تشخیص خرابی بیرینگ ابتدا فركانس خرابی بیرینگ مربوطه با استفاده از روابط زیر محاسبه می‌شود

و سپس با در نظر گرفتن این فركانس‌ها و نمودار فركانسی ، می‌توان در مورد عیب تصمیم گرفت.

ابعاد و پارامترهای كه جهت محاسبه فركانس ها مورد نیاز است در شكل  زیر نشان داده شده است.

همانطور كه در شكل زیر نشان داده شده وجود هارمونیك‌های فركانس خرابی رینگ داخلی همراه با ساید باندها در

نمودار طیف فركانسی نشانه خرابی در رینگ داخلی بیرینگ می‌باشد.

شرح این روش‌ها به صورت مفصل در منابع مختلف بیان شده است

و شرح آنها در این مقاله امكان پذیر نمی‌باشد.

عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات : تاریخچه و مشخصات الكتروپمپ

این الكتروپمپ جهت جایگزینی با یكی از الكتروپمپ های قدیمی اسكله ، توسط یك شركت سازنده داخلی طراحی ،

ساخته و در محل اسكله مجتمع پتروشمی خارگ نصب شد.

با توجه به اینكه این پمپ آب شور مورد نیاز كارخانه LPG را تامین می‌كند ،

از اهمیت ویژه ای برخوردار است و كاركرد مناسب و مطمن آن بسیار حیاتی می‌باشد.

مدت زمان كاركرد ماشین تا زمان خرابی بیرینگ تقریبا سه ماه بود.

مشخصات این الکتروپمپ به صورت زیر می‌باشد:

PUPM TYPE: VERTICAL TURBINE TYPE

LIQUID: SEA WATER

CAPACITY (m3/h): 908

HEAD (m): 150

SPEED (RPM): 1450

POWER RATED (KW): 451

PUMP LENGTH (m): 8.6

ISO.10816-3; CLASS 1; ALARM: 4.5 (mm/s RMS); TRIP: 7.5 (mm/s RMS)

شرح عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات

بعد از نصب و راه اندازی الكتروپمپ، با توجه به عدم وجود تاریخچه ارتعاشی برای ماشین، بنابراین در یك ماه اول راه‌اندازی،

اندازه‌گیری ارتعاشات در ابتدا به صورت روزانه و سپس هفتگی انجام می‌گرفت.

بعد از اطمینان از شرایط پایدار ماشین، دوره اندازه‌گیری ارتعاشات به صورت 14 روز تعیین گردید

و طبق این برنامه در مدت زمان سه ماه وضعیت ارتعاشی الكتروپمپ پایش می‌شد.

بعد از گذشت تقریبا سه ماه، تغییراتی در مقادیر و نمودارهای ارتعاشی ثبت شده مشاهده شد

كه می‌توانست نشانه شروع خرابی ماشین باشد.

در نتیجه به منظور عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات، الکتروپمپ تحت داده برداری ارتعاشاتی قرار گرفت.

نقاط اندازه گیری و مقادیر آنها در شكل و جدول زیر نشان داده است.

همانطور كه از جدول  زیر مشخص است بیشتر تغییرات مربوط به نقطه BOX.BRG.H می‌باشد كه بروی باكس بیرینگ پمپ قرار دارد.

با تحلیل نمودار فركانسی و وجود پیک‌های ارتعاشی در فركانس‌های بالا،

بنابراین خرابی بیرینگ پمپ اولین و محتمل‌ترین عامل در نظر گرفته شد.

در جدول زیر نوع بیرینگ‌ها و فركانس خرابی آنها ذكر شده است.

با توجه به طیف فرکانسی و همچنین وجود هارمونیک‌های فركانس خرابی رینگ داخلی بیرینگ به همراه ساید باندهای برابر با 1X،

می‌توان نتیجه گرفت كه خرابی رینگ داخلی عامل اصلی این رفتار ارتعاشی می‌باشد.

جهت جلوگیری از پیشرفت خرابی، الكتروپمپ از سرویس خارج گردید

و بعد از بازكردن همانطور كه در شكل زیر نشان داده است، رینگ داخلی دچار آسیب شده است.

بعد از تعویض بیرینگ، میزان ارتعاشات باكس بیرینگ به 0.6mm/s رسید.

اگرچه این مقدار ارتعاش در محدوده مجاز بود ولی به دلیل وجود عیب در كوپلینگ مجددا ارتعاشات افزایش می‌یافت.

که روند عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات در بخش بعدی شرح داده شده است.

خرابی كوپلینگ

بعد از تعویض بیرینگ پمپ، ماشین آماده راه اندازی شد.

ولی به دلیل فرسودگی لاستیک‌های كوپلینگ، این لاستیک‌ها تعویض شدند

و ماشین در سرویس قرار گرفت.

بعد از راه اندازی، میزان ارتعاشات ثبت شده در محدوده مجاز بودند.

ولی با گذشت زمان مقادیر ارتعاشی به صورت تدریجی افزایش یافته و در مدت زمان دو ساعت به محدوده آلارم رسیدند.

بنابراین ماشین از سرویس خارج گردید. مجددا لاستیک‌های كوپلینگ با لاستیک‌هایی با جنس مرغوب تر تعویض شدند و ماشین در سرویس قرار گرفت.

رفتار ارتعاشی ماشین مانند راه‌اندازی قبلی بود و با گذشت زمان ارتعاش افزایش یافت.

روند افزایشی ارتعاشات در شكل زیر نشان داده شده است.

پدیدار شدن هارمونیک‌های 1X در نمودار ارتعاشی موتور با گذشت زمان در شکل زیر نشان داده است.

سه نكته قابل تامل در عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات

با بررسی دقیق تر سه نكته قابل تامل در عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات وجود داشت:

• عامل افزایش ارتعاش می‌توانست به افزایش دما وابسته باشد.
• روند صعودی ارتعاشات در موتور شدیدتر می‌باشد.
• با گذشت زمان در نمودار فركانسی موتور، هارمونیك های 1X پدیدار می‌شدند.

با توجه به بیشتر بودن مقادیر ارتعاشی در سمت NDE موتور نسبت به سایر نقاط اندازه‌گیری و نكات فوق الذكر،

بنابر پیشنهاد واحد ارتعاش سنجی موتور به صورت بی بار در سرویس قرار گرفت.

مقادیر ارتعاشی آن در در مدت دو ساعت پایش شد.

با انجام این تست مشخص شد كه در این حالت مقادیر ارتعاشات موتور ثابت بوده و در محدوده مجاز قرار دارند.

از آنجا كه هیچ تغییری به جز تعویض بیرینگ در سیستم ایجاد نشده بود

و همچنین عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات، وضعیت بیرینگ‌های جدید را مناسب نشان می‌داد.

منشاء ارتعاشات

در نتیجه تنها عاملی كه می‌توانست به عنوان منشاء ارتعاشات تحت بررسی قرار گیرد،

كوپلینگ بود كه لاستیک‌های آن تعویض گردیده بودند.

در بررسی دقیق‌تر مشخص شد كه لاستیک‌های جدیدی كه شركت سازنده تهیه كرده بود،

دارای قطر بزرگتری نسبت به لاستیک‌های قبلی بوده

و هنگام نصب، میزان لقی بین سوارخ هاب كوپلینگ و لاستیک كاهش یافته است.

همین مسئله باعث ایجاد یك كوپلینگ صلب شده است.

در نتیجه پس از شروع به كار الكتروپمپ، دما به تدریج افزایش یافته و لاستیک‌ها در سوراخ‌ها تحت تنش قرار گرفته

و سبب ایجاد لنگی دوران و ناهم محوری در رفتار ارتعاشی الكتروپمپ می‌گردیده است.

كه نتیجه آن افزایش تدریجی ارتعاشات بوده است.

همانطور كه در شكل زیر شان داده شده است،

جهت باز و بسته كردن پین‌ه، بر روی آنها یك مهره جوشكاری شده بود

كه به دلیل انجام جوشكاری این پین‌ها تغییر شكل داده بودند.

بنابراین این تغییر شكل و همچنین قطر بزرگ لاستیک‌ها عواملی بودند تا یك كوپلینگ صلب را ایجاد كنند.

با ایجاد لقی مناسب بین لاستیک‌ها و سوارخ‌های هاب كوپلینگ، ماشین مجددا در سرویس قرار گرفت

كه میزان ارتعاشات آن در محدوده مجاز و پایدار بود.

این مقادیر در جدول زیر نشان داده شده است.

همچنین مقایسه میزان ارتعاشات بیرینگ پمپ نسبت به مقادیر قبل از اصلاحات در شكل های زیر نشان داده شده است.

نتیجه گیری

همانطور كه در مقاله شرح داده شد با پایش مناسب شرایط ماشین و عیب یابی الکتروموتور به کمک آنالیز ارتعاشات،

خرابی بیرینگ غلتشی پمپ به موقع شناسایی شد

و قبل از آسیب رساندن به دیگر قسمت‌های ماشین ، این خرابی برطرف شد.

بنابراین از صرف هزینه‌های اضافی جهت تعمیر یا تعویض قطعات دیگر جلوگیری به عمل آمد.

اگر میزان ارتعاشات ماشین بعد از راه اندازی ماشین به مدت چند ساعت پایش نمی‌شد ،

ممكن بودكه افزایش ارتعاشات باعث ایجاد آسیب‌های جدی در سیستم می‌شد.

در نتیجه بعد از هر راه‌اندازی، اطمینان از پایدار بودن شرایط ماشین از اهمیت ویژه ای برخودار می‌باشد.

منبع: سید محسن موسوی ریگی، مرتضی مدبر، مهدی قائمی منش،” عیب یابی الکتروپمپ E10-3201 مجتمع پتروشیمی خارگ با استفاده از انالیز ارتعاشات”، ششمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب ­یابی، تهران، دانشگاه صنعتی شریف اسفند 1390