قبل از اینکه بخواهیم در خصوص صدای التراسونیک یاتاقان صحبت کنیم اجازه دهید در خصوص امواج صوتی مطالبی را با شما به اشتراک بگذاریم.
دانش وجود امواج صوتی بالاتر از شنوایی انسان به اواخر قرن ۱۸ بر میگردد زمانی که کشف شد خفاشها جهت راهیابی از نوعی شنوایی غیر از دیدن استفاده میکنند. این امواج صوتی که دارای فرکانس بالای ۲۰ کیلوهرتز میباشند به نام امواج التراسونیک شناخته میشوند. در سال ۱۹۱۲ بعد از غرق شدن کشتی تایتانیک، کارشناسان به این فکر افتادند که چگونه وجود کوههای یخی شناور در دریا را شناسایی کنند و از این فاجعههای بزرگ در آینده جلوگیری نمایند. این تفکر منجر به استفاده از هیدروفون (Hydro Phone) که یک میکروفن (Micro phone) زیر آبی میباشد، گردید. این وسیله صداهای منتشر شده در آب را دریافت مینمود و با آنالیز این صداها پی به وجود کوه یخی میبردند. این تکنیک گسترش یافت و در دهه ۶۰ تا ۷۰ جزء یکی از ابزارهای شناسایی عیوب در صنایع مختلف قرار گرفت.
اندازهگیری صدای التراسونیک یاتاقان
صدای التراسونیک تولید شده، توسط سنسورهایی که از نوع سنسورهای پیزوالکتریک (Piezoelectric) میباشند و در دو گروه زیر وجود دارند، دریافت میشود.
١- سنسور دریافت کننده امواج التراسونیک پخش شده در هوا (Air Born ultrasonic)
۲- سنسور دریافت کننده امواج التراسونیک پخش شده در سازه (Structure Born ultrasonic)
خروجی سنسورهای پیزوالکتریک به دستگاه آنالایزر التراسونیک (شکل ۲) ارسال میشود که میتواند امواج دریافتی را به امواج شنوائی که توسط اپراتور قابل شنیدن باشد، تبدیل نماید. همچنین قابلیت فیلتر فرکانسی و یا نمایش فرکانسهای موج دریافتی را جهت عیبیابی فراهم میآورد.
در جهان التراسونیک، اندازهگیری صدای التراسونیک بر اساس واحد dB میباشد و تمام اندازهگیریها با مقدار مرجع 1 مقایسه میشوند. در واقع صدای اندازهگیری شده نسبی بوده و به نوعی اندازهگیری ولتاژ در مقیاس لگاریتمی است.
با توجه به محاسبات زیر افزایش صدای التراسونیک به میزان 6dB به معنی دو برابر شدن دامنه صدای التراسونیک میباشد.
مقاومت یک جسم در مقابل انتشار صوت مقاوت ظاهری یا امپدانس (Impedance) است و با رابطه زیر بیان میشود.
Z مقاومت ظاهری یا امپدانس، چگالی و v سرعت صوت میباشد.
در واقع امپدانس یک جسم نشان دهنده مقاومت جسم در مقابل انتشار صوت از آن است.
همینطور زمانی که صوت به مرز بین دو جسم با امپدانس متفاوت برسد مقداری از انرژی صوتی منعکس شده و بخشی از مرز بین دو جسم عبور میکند. بنابراین داشتن کمترین تغییر جنس از نقطه تولید صدا تا نقطه اندازهگیری، در اندازهگیری صدای التراسونیک مهم میباشد.
انتشار صوت در هوا
زمانی که شما به یک منبع تولید صدایی که در بازه شنوایی انسان است نزدیک میشوید صدا را بلندتر میشنوید در مورد صدای التراسونیک نیز همینطور میباشد، بنابراین در اندازهگیری صدای التراسونیک از طریق سنسورهای هوابرد، برای داشتن دادههای قابل تکرار و مقایسهای داشتن فاصله محل اندازهگیری تا منبع تولید صدا مورد نیاز میباشد.
میزان صدای التراسونیک اندازهگیری شده رابطه معکوس با فاصله محل اندازهگیری تا منبع تولید صدا دارد.
P فشار صدای التراسونیک و r فاصله محل اندازهگیری از منبع تولید صدا میباشد.
بنابراین اگر فاصله محل اندازهگیری از منبع تولید صدا دو برابر شود، شدت صدای التراسونیک نیز نصف میگردد و میزان صدای اندازهگیری شده به میزان dB ۶ کاهش مییابد.
در ضمن صدای التراسونیک که توسط سنسور هوابرد دریافت میشود ممکن است به صورت مستقیم از منبع تولید صدا به سنسور رسیده باشد یا حاصل انعکاس توسط اجسام دیگر باشد.
پایش وضعیت روانکاری یاتاقان با استفاده از صدای التراسونیک یاتاقان
روانکاری مناسب در سطح یاتاقان باعث ایجاد یک اثر میرائی در ناحیه سطح تماس یاتاقانهای غلتشی در برابر تنش ایجاد شده در ناحیه تماس میشود و در نتیجه میزان صدای تولید شده کاهش مییابد. زمانی که روانکار از یک حد معینی کمتر میشود ناصافیهای سطح تماس باعث افزایش صدای تولید شده خواهند شد و در ادامه، سایش و ایجاد تغییر شکلهای میکروسکوپی را به همراه دارد که میتواند منجر به شروع خرابی گردد. لذا با اندازهگیری و پایش صدای تولید شده توسط یاتاقان که از نوع صدای التراسونیک میباشد، وضعیت روانکاری یاتاقانهای غلتشی مشخص میگردد.
با توجه به اینکه بیش از ۵۰ درصد خرابیهای یاتاقانهای غلتشی مربوط به مشکلات روانکاری است (شکل ۱)، اهمیت پایش وضعیت روانکار نمایان میگردد.
روش پایش وضعیت روانکاری یاتاقان با استفاده از صدای التراسونیک یاتاقان
با توجه به اینکه اندازهگیری در نقاط مختلف تجهیزات با توجه به امپدانس بین نقطه اندازهگیری تا منبع تولید صدا متفاوت خواهد بود، اندازهگیری صدای التراسونیک با توجه به اصول زیر انجام گرفت.
– اندازهگیری فقط از یک نقطه ثابت در روی یاتاقان.
– داشتن کمترین تغییر جنس از مرکز تولید صدا تا ناحیه اندازهگیری.
– داشتن کمترین امپدانس از مرکز تولید صدا تا ناحیه اندازهگیری
و در یاتاقانهایی که به هر علتی دسترسی به پوسته خارجی یاتاقان ممکن نبود، اندازهگیری روی لوله تزریق گریس انجام شد. سپس بعد از انجام چندین مرحله داده برداری، بررسی روند تغییرات با استناد به دو نکته زیر انجام پذیرفت ( شکل ۳ و ۴).
1- حداقل صدای تولید شده توسط یاتاقان در شرایط نرمال بهرهبرداری بعنوان یک خط مرجع برای دادههای صدای التراسونیک در نظر گرفته شد.
۲- افزایش dB8 صدای التراسونیک نسبت به خط مرجع مشکل روانکاری میباشد.
نتایج پایش صدای التراسونیک یاتاقان ها در مرحله اول
١- با مطالعه و بررسی روند تغییرات صدای التراسونیک یاتاقانهای غلتشی و همینطور کنترل برنامه گریسکاری یاتاقانها مشخص شد که اصولا گریسکاری زمانی انجام میگیرد که میزان افزایش صدای التراسونیک نسبت به مرجع بیش از dB8 میباشد و کاهش فیلم روانکار باعث صدمه دیدن یاتاقان شده است.
۲- در گریسکاری صحیح بعد از گریسکاری یاتاقان، صدای التراسونیک باید به عدد مرجع برگردد در صورتی که داده برداریهای انجام گرفته بلافاصله بعد از تزریق گریس، نشان میداد که صدای بعد از گریسکاری بالاتر از مرجع میباشد.
3- بعد از انجام عملیات تزریق گریس و کاهش صدای التراسونیک در موتورهای کندانسیت پمپ، نرخ افزایش صدا زیاد میباشد و این نشان دهنده این موضوع میباشد که گریس مورد استفاده عملکرد خوبی ندارد.
اقدامات اصلاحی انجام گرفته بر اساس نتایج مرحله اول پایش
1- بازه روانکاری یاتاقانهای غلتشی بر اساس شرایط بهرهبرداری و اطلاعات بدست آمده از پایش صدای التراسونیک یاتاقان های غلتشی اصلاح شد. بعنوان مثال با محاسبات جدید با توجه به بالا بودن دمای یاتاقان و نصب عمودی، ساعت گریسکاری موتور اکستراکشن پمپ از ۱۰۰۰ ساعت به ۲۵۰ ساعت کاهش یافت.
۲- میزان دقیق گریس مورد نیاز محاسبه گردید و در حین گریسکاری با استفاده از صدای التراسونیک کنترل شد، بطوریکه در زمان تزریق گریس میبایست صدای یاتاقان تا سطح مرجع کاهش یافته و به محض افزایش صدای التراسونیک، تزریق گریس قطع شود.
۳- اصلاح دستورالعمل تزریق گریس و تاکید به گریسکاری در زمان کار موتور تا در شرایطی که گریس گرم و شلتر است، گریس تزریق شده جایگزین گریس قدیمی شود.
۴- تغییر نوع گریس مورد استفاده براساس شرایط دمایی یاتاقان، با توجه به اینکه دمای یاتاقان غلتشی سمت کوپلینگ به علت افزایش دمای سیم پیچ موتور به حدود ۱۲۰ درجه میرسید و گریس مورد استفاده تحمل چنین دمایی را نداشت.
در این رابطه لازم به توضیح میباشد که گریس توصیه شده توسط سازنده موتور، گریس UNIREX N2 میباشد که تحمل درجه حرارت تا ۱۶۰ درجه را دارد.
گریسی که استفاده میشد گریس Shell stamina EP2 بود که تحمل درجه حرارت تا ۱۵۰ درجه را دارد ولی با توجه به عملکرد گریس به نظر میرسید گریس تهیه شده گریس اصل نبوده و تحمل درجه حرارت بالا را ندارد.
گریس که تهیه شد گریس LGHP2 شرکت SKF بود که برای کاربرد تا درجه حرارت ۱۵۰ درجه میباشد.
۵- رعایت نظافت و ممانعت در ورود ذرات به یاتاقان، در بعضی از موتورها محل گریس خور در وضعیت مناسبی قرار نداشتند که اصلاح گردیدند.
نتایج بعد از انجام اصلاحات
١- نتایج حاصل از داده برداری صدای التراسونیک یاتاقان های غلتشی بعد از انجام اصلاح دستورالعمل و برنامه روانکاری نشان دهنده کاهش سطح صدای التراسونیک یاتاقانها در یک بازه مشخص بود (شکل ۵).
۲- متوسط صدای یاتاقان موتورهای کندانسیت پمپها، مجموعا تعداد ۶ عدد موتور، قبل و بعد از انجام اصلاحات در یک بازه مشخص محاسبه شده و نتایج آن بصورت نمودار ۶ نشان داده شده است و همانطوریکه در این نمودار مشخص است متوسط صدا به میزان dB8.5 کاهش پیدا کرده است که به نوعی صحهگذاری افزایش dB8 بعنوان مشکل روانکاری میباشد. ، که در مرجع مورد استناد قرار گرفته است.
٣- تعداد خرابی بیرینگهای غلتشی موتور کندانسیت پمپ نیروگاه سیکل ترکیبی از تعداد ۶ مورد به تعداد یک مورد کاهش یافته است که خرابی یک مورد هم به علت اثرات قبلی میباشد.
۴- با کنترل میزان تزریق گریس و جلوگیری از تزریق گریس اضافی امکان گریسکاری در زمان کار موتور فراهم شد، مخصوصا در مورد موتورهای دور بالا که تزریق گریس زیاد باعث افزایش دمای یاتاقان و عملکرد حفاظت موتور میشد.
نتیجهگیری:
استفاده موفق از تکنیک آنالیز صدای التراسونیک یاتاقان جهت پایش و کنترل اثربخشی برنامه روانکاری یاتاقانهای غلتشی الکتروموتورها در نیروگاه شهید رجایی توسط واحد پایش وضعیت با موفقیت انجام گرفت و برنامه روانکاری بر اساس این دادهها اصلاح شد که در نهایت کاهش سطح صدای یاتاقانها، تعداد خرابیها، کاهش هزینه و افزایش قابلیت اطمینان الکتروموتورها را به همراه داشت.
منبع: بهروز کشاورز رضائی، محمد جلیلی، حمید رضا منجم، “پایش وضعیت بهبود روانکاری یاتاقان های غلتشی با استفاده از التراسونیک – مطالعه موردی در نیروگاه شهبد رجایی”، هشتمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب یابی ماشین آلات، ایران، دانشگاه صنعتی شریف، اسفند 1392