زیاد طول کشیده است؟ صفحه بارگذاری را ببندید.

ارتعاشات شلاق روغن – مثال واقعی

0

در آنالیز ارتعاشات، فرکانس ارتعاش در دور کارکرد (۱X) از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. زیرا مهمترین و شایع­ترین عیوب شناخته شده مانند آنبالانسی ، ناهم محوری و تشدید در این فرکانس ایجاد می­شوند. با این حال فرکانس بعضی از عیوب در فرکانس­های کمتر از ۱X نمایان می­شود. از مهمترین این عیوب می­توان به لقی ، چرخش روغن (OIL WHIRL) ، شلاق روغن (OIL WHIP) و در بعضی موارد چرخش سیال را نام برد. بنابراین شناسایی و تشخیص این عیوب بر اساس فرکانس­های خرابی کمتر از ۱X ضروری به نظر می­رسد. در علم ارتعاش سنجی این فرکانس­ها به نام SUB-SYNCHRONOUS شناخته می­شوند. در این مقاله ابتدا مقدمه­ای بر پدیده OIL WHIRL بیان می­شود و سپس ماشین مورد مطالعه معرفی می­گردد. در ادامه وضعیت ارتعاشی ماشین و نحوه شناسایی فرکانس­های خرابی ذکر شده است.

 

مشخصات ماشین مورد مطالعه (Turbo Expander)

این ماشین در واحد هوا- ازت مجتمع پتروشیمی خارگ جهت انبساط هوای فشرده به منظور جداسازی و تولید ازت بکار می­رود و با توجه به مصرف ازت در کارخانه متانول و LPG و همچنین حجم مخزن ذخیره ازت، توقف بیشتر از چهار روز این ماشین باعث توقف روند تولید کارخانه می­گردد و از این جهت از اهمیت زیادی برخوردار می­باشد. مشخصات ماشین مورد مطالعه در جدول (۱) آورده شده است.

 

جدول ۱: مشخصات ماشین مورد مطالعه

ارتعاشات شلاق روغن

سیستم کاری توربین به این صورت است که انرژی جنبشی سیال ورودی با استفاده از سیستم ترمز به صورت گرما تلف می­شود. همانطور که در شکل (۱) نشان داده شده است، روغن با فشار معین وارد محفظه ترمز شده و باعث کنترل میزان چرخش توربین می­شود.

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۱: نمای شماتیک از دستگاه توربین اکسپندر

ارتعاش در فرکانس ۰٫۳۷X

با توجه به عدم امکان تهیه قطعات یدکی از شرکت سازنده، بنابراین این قطعات از شرکت­های سازنده داخلی تهیه شدند. در هنگام تعمیرات اساسی ماشین، دو عدد بیرینگ ساخت داخل، بر روی توربین نصب شد و توربین راه­اندازی گردید. بعد از راه اندازی ماشین، اندازه­گیری ارتعاشات صورت گرفت که مشخص شد میزان ارتعاشات نسبت به قبل از تعمیرات، افزایش یافته است. میزان افزایش مقادیر ارتعاشی در جدول (۲) نشان داده شده است.

 

جدول ۲ : مقایسه مقادیر ارتعاشی قبل و بعد از تعمیرات

ارتعاشات شلاق روغن

جهت بررسی وضعیت ارتعاشی و عیب­یابی ماشین، از نقاط مختلف توربین طیف فرکانسی ثبت شد. نمودارهای نشان داده شده در این مقاله مربوط به سمت NDE H می­باشند. همانطور که در شکل (۲) نشان داده شده است، پیک غالب در       ۰٫۳۷X ایجاد شده است. این فرکانس خرابی می­تواند نشانه چرخش سیال ، OIL WHIRL ، لقی و افزایش کلرنس باشد.

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۲: نمودار طیف فرکانسی در زمان شروع خرابی مربوط به بیرینگ سمتNDE [۴]

از آنجایکه بیرینگ­ها نو بودند و دمای خروجی روغن نرمال بود و همچنین طبق منابع مختلف، عموماً پدیده OIL WHIRL ناشی از خرابی بیرینگ­ها در محدوده فرکانسی ۰٫۴۲X تا ۰٫۴۷X اتفاق می­افتد، در نتیجه احتمال کمتری وجود داشت که بیرینگ­ها خراب شده باشند. ولی با توجه به طیف فرکانسی به نظر می­رسید که چرخش سیال روغن با سرعت ۰٫۳۷ دور کارکرد، عامل این ارتعاش باشد شکل (۳).

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۳: نحوه چرخش روغن در محفظه ترمز

بررسی­های بیشتر نشان داد که اگر روغن در محفظه ترمز تحت فشار نباشد، این روغن می­تواند با سرعتی کمتر از سرعت دور کارکرد، حول شافت بچرخد. لازم به ذکر می­باشد موقع بستن توربین میزان کلرنس در قسمت ترمز رعایت شده بود. بعد از باز شدن توربین مشخص شد پلاگی که در شکل (۱) نشان داده شده است، در محل خود نصب نشده است. وظیفه پلاک جلوگیری از تخلیه روغن محفظه ترمز می­باشد و عدم نصب آن مانع از تحت فشار بودن محفظه ترمز شده است. در این حالت روغن با سرعت ۰٫۳۷ سرعت شافت حول آن می­چرخیده و باعث افزایش ارتعاش شده است. در نهایت پلاگ در جای خود نصب شد و توربین راه­اندازی گردید. همانطور که در شکل (۴) نشان داده شده است، میزان ارتعاشات کاهش محسوسی داشتند.

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۴: کاهش چشمگیر ارتعاشات کلی بعد از رفع عیب

طيف فرکانسی نشان داده شده در شکل (۵) نشان می­دهد که رفتار ارتعاشی ماشین به طور کامل تغییر کرده است.

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۵: تغییر رفتار ارتعاشی ماشین بعد از تعمیر

ارتعاش در فرکانس ۰٫۴۳X

بعد از گذشت سه ماه از زمان راه­اندازی، در اندازه­گیری­های دوره­ای مشخص شد که ارتعاش توربین، مجددا افزایش یافته است. بنابراین بررسی وضعیت ارتعاشی ماشین در دستور کار قرار گرفت. میزان افزایش ارتعاش در شکل (۶) نشان داده شده است. در بعضی از نقاط ارتعاش تا هشت برابر افزایش یافته بود.

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۶: افزایش مجدد ارتعاشات

طیف­های فرکانسی ثبت شده یک پیک غالب در ۰٫۴۳X را نشان می­دادند. با توجه به وجود فرکانس خرابی ۰٫۴۳X احتمال خرابی بیرینگ­ها و افزایش کلرنس آنها و ایجاد پدیده OIL WHIRL وجود داشت. شكل (۷).

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۷: نمایان شدن رفتار ارتعاشی متفاوت

جهت اطمینان از کیفیت و همچنین میزان ذرات موجود در روغن، آنالیز روغن انجام شد. روغن آنالیز شده از نظر ذرات ناخالصی شرایط مناسبی نداشت. جدول (۳)

 

جدول ۳ : تست شمارش ذرات در نمونه روغن خروجی بیرینگ

ارتعاشات شلاق روغن

باتوجه به نمودارهای ارتعاشی و جواب آنالیز روغن، خرابی بیرینگ­ها تشخیص داده شد. در نتیجه توربین از سرویس خارج گردید و بعد از باز کردن مشاهده شد که هر دو عدد بیرینگ آسیب جدی دیده­اند. شکل­های (۸),(۹).

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۸: آسیب دیدگی بیرینگ­ها و افزایش کلرنس آنها

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۹: خرابی در سطح بیرینگ تراست

همانطور که در شکل (۱۰) نشان داده شده است، کلرنس بیرینگ­ها اندازه­گیری شد و مشخص شد که میزان آن از حد مجاز خارج شده است. میزان افزایش کلرنس بیرینگ­ها در جدول (۴) نشان داده شده است.

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۱۰: نحوه اندازه­گیری کلرنس بیرینگ­ها

 

جدول ۴: میزان افزایش کلرنس بیرینگ­ها

ارتعاشات شلاق روغن

پس می­توان نتیجه گرفت با خرابی بیرینگ­ها و افزایش کلرنس­ها، پدیده OIL WHIRL اتفاق افتاده و باعث ایجاد پیک ارتعاشی در فرکانس ۰٫۴۳X شده است. بعد از تعویض بیرینگ­ها، توربین راه­اندازی گردید. همانطور که در شکل (۱۱) مشخص است ارتعاشات به میزان چشمگیری کاهش و رفتار ارتعاشی ماشین بهبود یافته است.

ارتعاشات شلاق روغنشکل ۱۱- کاهش میزان ارتعاشات بعد از تعویض بیرینگ­ها

بعد از تعمیر و ثبت طيف فرکانسی، همانطور که در شکل (۱۲) نشان داده شده است پیک غالب که در ۰٫۴۳X وجود داشت برطرف گردید. نمودار خط چین مربوط به قبل از تعمیر می­باشد. تمامی نمودارها مربوط به بیرینگ سمت NDE می­باشد ولی لازم به ذکر می­باشد که ارتعاشات کلی بیرینگ سمت DE هم کاهش محسوسی داشت.

ارتعاشات شلاق روغنشكل ۱۲: بر طرف شدن پیک ارتعاشی در فرکانس ۰٫۴۳X بعد از تعویض بیرینگ­ها

نتیجه­گیری ارتعاشات شلاق روغن

همانطور که در مقاله شرح داده شد، على الرغم اینکه درصد بالایی از پیک­های ارتعاشی در فرکانس­های ۱X و بالاتر ایجاد می­شوند ولی فرکانس بعضی از خرابیها از جمله OIL WHIRL در محدوده کمتر از ۱X می­باشد که با بررسی و تحلیل نمودارهای ارتعاشی و همچنین بکارگیری آنالیز روغن می­توان آنها را مشخص کرد. اگر قطعات یدکی ساخت شرکت سازنده ماشین نباشند نیاز است تا بعد از راه­اندازی، پایش این ماشین آلات با دقت بیشتری صورت گیرد تا از وضعیت این قطعات نصب شده اطمینان حاصل شود.

منبع: سید محسن موسوی ریگی، مرتضی مدبر، مهدی قائمی منش ” ارتعاش در فرکانس‌های کمتر از ۱X (مطالعه موردی توربین اکسپندر مجتمع پتروشیمی خارگ) – هفتمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب یابی ماشین آلات ایران، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، اسفند ۱۳۹۱

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.