زیاد طول کشیده است؟ صفحه بارگذاری را ببندید.

ارتعاشات همنوا چیست؟

0

شناسایی منبع ارتعاش از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. این منبع می­تواند یکی از اجزا ماشین یا اینکه ناشی از انتقال نیروی ایرتعاش از عوامل خارجی باشد.

بخش عمده­ای از ارتعاشات یک ماشین دوار مربوط به وجود عیب در اجزا خود ماشین می­باشد ولی ممکن است که نیروهای خارجی از طریق فونداسیون و دیگر اتصالات به ماشین منتقل و باعث ایجاد ارتعاش گردد. از مهمترین منبع برای این نیروها می­توان ارتعاشات ماشین مجاور را نام برد در بعضی منابع این نوع ارتعاش را به عنوان ارتعاشات همنوا (Sympathetic Vibration) معرفی کرده­اند.

ارتعاشات انتقال یافته از ماشین مجاور (ارتعاشات همنوا)

می­توان ماشینی را تصور کرد که از نظر کارکرد شرایط مناسبی دارد و همچنین اطمینان کامل از عدم خرابی این ماشین وجود دارد. ماشین مورد نظر برای مدت زمان نسبتا طولانی (چند ماه) در سرویس نمی­باشد و در حالت آماده به کار قرار دارد. بعد از این مدت ماشین راه­اندازی و بلافاصله نشانه­هایی از خرابی در بیرینگ­های غلتشی آن دیده می­شود. بنابراین با توجه به فرضیات در نظر گرفته شده آیا عامل خرابی می­تواند یکی از اجزا ماشین باشد؟

پس می­توان گفت شروع و رشد خرابی در مدت زمانی که ماشین در سرویس نبوده اتفاق افتاده است. مهمترین عامل ارتعاش در حالتی که ماشین خاموش است انتقال نیروهای نوسانی از ماشین­های مجاور (روشن) به شاسی و از آن مسیر به هوزینگ بیرینگ ماشین خاموش می­باشد. بنابراین ماشین خاموش هم مانند ماشین روشن ارتعاش می­کند. بدنه ماشین در برابر اینرسی روتور مقاومت می­کند و این نیروهای متناوب به یاتاقان­ها منتقل می­شوند. شکل (۱)

ارتعاشات همنواشکل ۱٫ انتقال ارتعاش از ماشین در حال کار به ماشین آماده به کار از طریق شاسی و فونداسیون

ساچمه­های بیرینگ در حال چرخش نیستند و در یک نقطه ثابت بر روی رینگ­های بیرینگ قرار دارند در نتیجه به دلیل وزن روتور و حرکت جزیی بدنه ماشین، در نیمه پایینی بیرینگ در نقطه تماس ساچمه با رینگ­ها، تمرکز بالای نیرو ایجاد شده و باعث خرابی برینل می­شود . شكل (۲)

ارتعاشات همنواشکل ۲. با گذشت زمان ، لرزش و حرکت ساچمه در جای خود می­تواند گود شدگی ایجاد کند.

در این حال زمانی که ماشین شروع به کار می­کند و با توجه به اینکه بیرینگ­ها در زمان خاموشی خراب شده­اند بلافاصله نشانه­های خرابی مشاهده خواهد شد.

False Brinelling در بیرینگهای غلتشی

اگر ماشین خاموشی تحت تاثیر نیروهای ارتعاشات همنوا واقع شود به دلیل وزن روتور و حرکت جزیی بدنه ماشین ، این نیروی نوسانی به بیرینگها منتقل می­شود. در این حالت ساچمه­ها در محل خود در نیمه پایینی بیرینگ در یک نقطه با رینگها در تماس می­باشند و در آنجا حرکت بسیار جزیی میکرومتری دارند و به دلیل این حرکت جزیی در نقطه تماس ساچمه با رینگ، تغيير شكل الاستیک رخ داده و با گذشت زمان باعث خرابی خرابی ساچمه و گود شدگی رینگ در نقاط تماس می­گردد و اصطلاحا خرابی برینل ایجاد می­شود. مقدار گود شدگی بستگی به شدت و فرکانس ارتعاشات، کیفیت روانکاری، کلرنس داخلی بیرینگ و بار وارده دارد. فاصله محل­های گود شدگی بروی رینگ­ها به اندازه فاصله مراکز ساچمه­ها و یا غلتک­ها می­باشد. گود شدگی­ها در بیرینگ­های ساچمه­ای به شکل کره و در بیرینگ­های غلتکی به صورت خط ایجاد می­شوند. در مواردی که بار وارده کم می­باشد، میزان عمق گود ایجاد شده ناچیز می­باشد و به صورت تغییر رنگ در رینگ­ها اتفاق می­افتد. بیرینگ­های غلتکی بیشتر در محرز این نوع خرابی می­باشند. این نوع خرابی در بیرینگ­های که روانکاری آنها با روغن است کمتر دیده می­شود. شکل­های (۵٫۴٫۳) خرابی False Brinelling را در اجزاء مختلف بیرینگ­ها نشان می­دهند.

ارتعاشات همنواشکل ۳. خرابی برینل ناشی از ارتعاشات همنوا در یک بیرینگ ساچمه­ای خود تنظیم

ارتعاشات همنواشکل ۴. خرابی برینل ناشی از ارتعاشات همنوا بر روی غلتک بیرینگ غلتشی

ارتعاشات همنواشكل ۵. گود شدگی­هایی خطی شکل بر روی رینگ خارجی یک بیرینگ غلتشی که برای مدتی در سرویس نبوده است.

آنالیز ارتعاشات همنوا

همانطور که اشاره شد، خرابی­هایی ناشی از ارتعاشات همنوا، عمدتاً در رینگ­های بیرینگ­ها اتفاق می­افتد. با توجه به اینکه در علم ارتعاش سنجی، فرکانس خرابی اجزاء مختلف بیرینگ­ها مشخص است بنابراین آنالیز طیف فرکانسی می­تواند در شناسایی این خرابی­ها مفید باشد. برای مثال اگر خرابی در رینگ خارجی باشد، پس طیف فرکانسی باید این نوع خرابی را نشان دهد. ولی در بعضی موارد مشاهده می­شود که خرابی در تمامی اجزاء بیرینگ وجود دارد و طیف فرکانسی شامل نشانه­های از همه خرابی­ها است.

راههای انتقال ارتعاشات همنوا

عمده­ترین مسیر انتقال ارتعاشات همنوا فونداسیون می­باشد. برای مثال می­توان تجهیزات دوار نصب شده بر بروی شاسی­های مشترک، اسکله­ها، طبقات ساختمان و همچنین ماشینهای با فونداسیون مشترک را نام برد. میزان انتقال ارتعاش در این حالت به میزان سختی فونداسیون بستگی دارد و در فونداسیون­های بزرگ و سنگین این امر کمتر اتفاق می­افتد. همانطور که در شکل (۶) نشان داده شده است، سه عدد پمپ عمودی بر روی یک اسکله و در نزدیکی هم نصب شده­اند. بنابراین با ارتعاش یکی از ماشینها و در نتیجه لرزش فونداسیون ، ماشین خاموش هم شروع به لرزش می­کند.

ارتعاشات همنواشکل ۶. نصب سه دستگاه الکتروپمپ عمودی به فاصله نزدیک از همدیگر بر روی یک اسکله کوچک

در شکل (۷) نمودار طیف فرکانسی مربوط به باکس بیرینگ الکتروپمپ NO1 مربوط به شکل (۶) نشان داده شده است. این الکتروپمپ به مدت سه ماه در سرویس نبوده و سپس با نشانه­های خرابی در سرویس قرار گرفت. طیف فرکانسی ثبت شده مربوط به چهار روز بعد از راه­اندازی می­باشد. خرابی بیرینگ پمپ در شکل (۸) نشان داده شده است. البته ناهم محوری باعث تشدید خرابی در رینگ داخلی شده بود.

ارتعاشات همنواشكل ۷. طیف فرکانسی ثبت شده از روی باکس بیرینگ الکترو پمپ N01 نشان داده در شکل (۶)

 

ارتعاشات همنواشکل ۸٫ نشانه­ های از خرابی در رینگ خارجی بیرینگ

در شکل (۹) یک فن دمنده نشان داده شده است که همراه با محرک­های خود بروی یک شاسی نصب شده­اند. همچنین پایه­های آنها در بعضی نقاط به همدیگر متصل شده­اند. در این حالت وجود ارتعاش در یکی از ماشین­ها می­تواند تاثیرات مخربی بر بیرینگ­های دیگر ماشین­ها داشته باشد.

ارتعاشات همنواشکل ۹. نصب سه ماشین دوار بروی یک شاسی با پایه­های متصل به همدیگر (مطالعه موردی این مقاله)

–         انتقال ارتعاش از طریق اتصالات مشترک نظیر پایپینگ­ها نیز به وفور در صنعت دیده می­شود که تقریبا شامل بیشتر ماشینها که به صورت جفت در کنار هم می­باشند می­شود. شکل (۱۰)

ارتعاشات همنواشکل ۱۰. انتقال ارتعاشات از اتصالات و مسیرهای مشترک

–         حمل ونقل ماشین آلات از موارد دیگری است که باعث انتقال ارتعاش به ماشین خاموش می­شود. برای مثال حمل طولانی مدت یک الکتروموتور با یک وسیله نقلیه می­تواند باعث خرابی در بیرینگهای غلتشی آن شود.

–         اگر نگهداری ماشین آلات در انبار برای مدت طولانی تحت لرزش­های محیطی باشد، زمین باعث انتقال ارتعاش به ماشین و بیرینگ­های آن شده و شروع خرابی را به همراه خواهد داشت. شكل (۱۱)

ارتعاشات همنواشکل ۱۱. نگهداری نامناسب ماشین آلات در انبار می­تواند باعث خرابی شود.

راههای جلوگیری از تاثیرات نامطلوب ارتعاشات همنوا

۱- کاهش ارتعاشات کلی

با توجه به اینکه شدت خرابی به میزان ارتعاشات بستگی دارد بنابراین اولین گام کاهش ارتعاش کلیه تجهیزات و حذف منبع ارتعاش تا حد امکان می­باشد. به طور مثال با رفع ناهم محوری، نابالانسی و دیگر عیوب ماشین آلات می­توان شدت عیوب آنها را کاهش داده و در نتیجه میزان نیروی ارتعاشی منتقل شده به ماشین مجاور را نیز کاهش داد و خرابی حاصل از آن را به حداقل رساند.

۲- افزایش سختی فونداسیون

 در مواردی که ماشین­ها روی یک فونداسیون مشترک نصب می­شوند می­بایست سختی فونداسیون را افزایش داده و در نتیجه این کار میزان نیروهای منتقل شده به دیگر ماشین­ها کاهش می­یابد.

۳- راه­اندازی با چرخاندن روتور ماشین خاموش

 با انجام این کار در فواصل زمانی مشخص، می­توان ساچمه­ها را از محل خود تغییر داده و با کاهش شدت خرابی وقوع پدیده برینل در بیرینگ­ها را برای مدتی به تعویق انداخت.

۴-جدا کردن شاسی­ها

 نصب دو ماشین بر روی یک شاسی مشترک اصولا طراحی صحیحی نمی­باشد به ویژه اگر یکی از این ماشین­ها در حالت آماده به کار قرار داشته باشد. در این حالت مهمترین و اساسی­ترین راه­حل قطع کردن مسیر انتقال نیروها می­باشد. براحتی می­توان شاسی­ها را از هم جدا و از منتقل شدن ارتعاشات جلوگیری کرد. ولی ممکن است تغییرات در شاسی باعث تغییر در میزان سختی شاسی شود و مشکلات ارتعاشی دیگری به وجود آید، در نتیجه موضوع مربوط به یک برش ساده نمی­باشد و شاید نیاز به تغییرات دیگر نظیر تقویت شاسی­های جدا شده دیده شود.

۵- مهار روتور در حمل و نقل

 برای جلوگیری از وقوع خرابی از بیرینگ­های غلتشی ماشین­ها، در هنگام حمل ونقل بایستی حرکت نسبی بین روتور و بیرینگ را محدود کرد. برای این منظور از بستهای مناسبی جهت مهار روتور استفاده می­شود. با این کار موقعیت روتور نسبت به هوزینگ بیرینگ­ها ثابت شده و حرکت جزیی ساچمه­ها بر روی رینگ­ها از بین می­رود.

۶- استفاده از پایه مناسب در انبار

 استفاده از کف پوش­های لاستیکی می­تواند مانع از انتقال ارتعاش به ماشین آلات نگهداری شده در انبار گردد. بعضی از لاستیک­های صنعتی به خوبی می­توانند ارتعاشات زمین را مهار کنند.

 

مطالعه موردی ارتعشات همنوا

این ماشین شامل یک توربین بخار، فن دمنده هوا و موتور الکتریکی است که وظیفه تامین هوای بویلر در نیروگاه یک پتروشیمی را بر عهده دارد. در این ماشین توربین به عنوان محرک اصلی فن و الکتروموتور در حالت STANDBY قرار دارد و به ندرت در سرویس قرار می­گیرد. ترکیب­بندی سه ماشین در شکل (۱۲) نشان داده شده است. مشخصات الکترو موتور به شرح زیر می­باشد:

POWER: 180 KW

RPM: 1500 RPM

BRG DE: 6219, NU219 ECP

BRG NDE: 6219

ارتعاشات همنواشکل ۱۲. ترکیب کوپل شدن توربین و موتور با فن دمنده

شرح کار

بعد از مدت زمان دو ماه که موتور به صورت آماده به کار قرار داشت، در سرویس قرار گرفت و با ثبت ارتعاش و آنالیز رفتار آن ، خرابی بیرینگ الکتروموتور مشاهده گردید که در شکل (۱۱) فرکانس­های خرابی نمایش داده شده است. همانطور که در شکل مشخص است، خرابی­هایی در رینگ­های داخلی و خارجی وجود دارد. البته با توجه به اندازه­گیری­های قبلی که بر روی موتور خاموش انجام گرفته بود، احتمال خرابی ناشی از انتقال ارتعاشات وجود داشت. ولی به دلیل شرایط فرایندی، تغییرات و اصلاحات صورت نگرفته بود. ارتعاش اندازه­گیری شده روی فن در حدود ۸mm/s و ارتعاش موتور خاموش برابر با ۳٫۵mm/s بود. در نتیجه موتور جهت بازرسی و تعمیرات باز شد.

ارتعاشات همنواشكل ۱۳.خرابی در فرکانس­های خرابی رینگ­های داخلی و خارجی

بیرینگ معیوب را شستشو داده و اجزا آن را جدا کرده تا نوع خرابی اجزا مشخص گردد. خرابی در رینگ داخلی و رینگ خارجی به صورت خطوط گودی به فواصل مراکز ساچمه­ها ایجاد شده بود که در آنالیز تحلیل خرابی این نوع خرابی بیانگر وقوع پدیده بريتل بود. شکلهای (۱۶٫۱۵٫۱۴) خرابی FALSE BRINELLING در بیرینگ این ماشین نمایش داده است.

ارتعاشات همنواشکل ۱۴. گود شدگی خطی شکل روی رینگ داخلی

ارتعاشات همنواشکل ۱۵. گود شدگی خطی شکل روی رینگ داخلی از نمای نزدیک

ارتعاشات همنواشکل ۱۶. گود شدگی خطی شکل روی رینگ خارجی

اقدامات اصلاحی ارتعشات همنوا

جهت جلوگیری از تکرار این مشکل می­بایست با بهبود شرایط شاسی مسیر انتقال ارتعاشات قطع می­شد. که این امر مستلزم داشتن زمان کافی بود که باید در زمان تعمیرات اساسی انجام می­شد. بنابراین با توجه به ارتعاشات بالای فن در گام نخست باید ارتعاش کلی ماشین کاهش می­یافت. بررسی­ها نشان داد که با توجه به شرایط فرایندی میزان هوای مورد نیاز بویلر می­بایست با تغییر در زاویه دمپر ورودی و مقدار دور توربین تنظیم گردد. اما برای کاهش هوای مورد نیاز، فقط زاویه دمپر ورودی فن تا ۱۸ درجه کاهش می­یافت که این موضوع باعث افزایش ارتعاش فن و در نتیجه آن افزایش ارتعاش الکتروموتور خاموش می­شد. طیف فرکانسی مربوط به بیرینگ فن در شکل (۱۷) نشان داده شده است.

ارتعاشات همنواشكل ۱۷. طیف فرکانسی ثبت شده از بیرینگ فن

دور توربین در محدوده ۱۵۲۰RPM  بود که از دور نامی بالاتر بود. برای رفع این مشکل دور توربین تا ۱۴۲۰RPM کاهش و همزمان زاویه دمپر ورودی فن تا ۳۰ درجه افزایش داده شد. در این حالت مقادیر ارتعاش فن به میزان قابل ملاحظه­ای کاهش یافت و به ۲٫۵mm/s رسید. همچنین میزان ارتعاش موتور در حالت خاموش به ۰٫۹mm/s کاهش یافت که در نمودار شکل (۱۸) نشان داده شده است.

ارتعاشات همنواشکل ۱۸. کاهش ارتعاشات موتور خاموش بعد از کاهش ارتعاشات کلی فن

با این کار میزان نیروی منتقل شده کاهش یافته و مدت زمان مورد نیاز جهت وقوع خرابی False Brinelling به تعویق می­افتد اما رفع دائمی این مشکل نیاز به اصلاحات در شاسی دارد. راه حل دیگری که جهت به تعویق انداختن خرابی پیشنهاد شد این بود که روتور موتور خاموش در فواصل زمانی معین چرخانده شود. این کار با یک استارت قابل انجام شدن می­باشد و سبب جا به جایی محل تماس ساچمه و رینگ گردیده و وقوع خرابی را حدی به تعویق می­اندازد.

نتیجه­ گیری

بررسی ارتعاشی ماشین­های خاموش می­تواند از خرابی آنها در هنگام خاموشی جلوگیری کند. اگر تصور شود که فقط ماشین در حال کار ممکن است دچار خرابی گردد و از بررسی ماشین­های آماده به کار غافل شد، تضمینی جهت استفاده از یک ماشین بی­عیب در هنگام راه­اندازی وجود ندارد. در نتیجه پایش ماشین­های آماده به کار می­تواند باعث تضمین سلامتی آنها در هنگام استفاده گردد. بنابراین ارتعاشات ماشین­های مجاور، دقت در هنگام حمل و نقل، انبار و نگهداری، شاسی و فوانداسیون ماشین آلات باید مورد توجه قرار گیرد. همچنین با ریشه­یابی علت خرابی بعد از وقوع خرابی و شناسایی عیوب، می­توان از تکرار خرابی جلوگیری به عمل آورد.

منبع: سید محسن موسوی ریگی ، مرتضی مدبر ” ارتعاشات انتقال یافته از ماشین مجاور(SYMPATHIC VIBRATION) ” هشتمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب یابی ماشین آلات ایران، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، اسفند ۱۳۹۲

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.