آناليز ارتعاشات

[faridbensaeed]

آناليز ارتعاشات
12-3-1- ارتعاشات
ارتعاشات به نوعی از حرکت سيستمهای ديناميکی اطلاق می شود که به صورت نوسانی صورت پذيرفته و حرکت در يک پريود زمانی تکرار شود.

اين نوع حرکت را در ساده ترين شکل می توان با يک جرم و يک فنر شبيه سازی کرد. با القاء يک تغيير مکان اوليه به جرم متصل به فنر و رها کردن آن، حرکت نوسانی رخ می دهد که می توان دامنه آن را به کمک يک تابع سينوسی بيان نمود.

شكل 12-5(حركت جرم و فنر

مشخصه های مهم حرکت ارتعاشی عبارتند از:

· دامنه، که معياری از شدت ارتعاش است.

· فرکانس ، که معياری از نرخ حرکت در واحد زمان است.

· فاز، که توالی حرکت را نسبت به يک مرجع مشخص می سنجد.

دامنه ارتعاشات را می توان از طريق سه پارامتر مختلف بيان کرد:

· جابجايی

· سرعت

· شتاب

12-3-2- ارتعاش در ماشين آلات دوار

به طور کلی دو نوع نيروی استاتيکی و ديناميکی در ماشين آلات وجود دارد. نيروهای ارتعاش زا از نوع نيروهای ديناميکی هستند که بر اثر وجود کاستی هايی در ماشين ايجاد می شوند. برخی از زمينه های بروز کاستی (اختلاف از حالت ايده آل) عبارتند از:

- محدوديتهای طراحی
- محدوديتهای ساخت
- اشکال در نصب اوليه
- اشکالات بهره برداری
- بروز اشکالات در حين تعميرات
- و ...

از آنجايي که رسيدن به حالت ايده آل امکان پذير نيست، هميشه تا حدی ارتعاش در ماشين آلات وجود دارد که مجاز شمرده می شود. اما با گذشت زمان و بر اثر بروز اشکالات بعدی، بعضاً ارتعاشات نسبت به حد مجاز افزايش می يابد که با آناليز و انجام اقدام اصلاحی مناسب، می توان وضعيت را به حالت قبل برگرداند.

رابطه زير ميزان ارتعاش ماشين را تعيين می کند:

Vibration = Vibratory Force / Impedance

نيروهای ارتعاش زا در داخل ماشين و معمولاً در سيستم روتور (يعنی بخش در حال دوران) توليد می شوند. امپدانس از مشخصات هر سيستم مکانيکی و از جمله ماشين آلات دوار است و مسير انتقال ارتعاش را توصيف می کند.

ارتعاشاتی که معمولاً از روی بخش ساکن (استاتور) ماشين آلات و به ويژه از روی Housing Bearing اندازه گيری می شود، تحت تأثير دو پارامتر فوق است.
اکنون دو پارامتر فوق (يعنی نيروهای ارتعاش زا و امپدانس) را جداگانه بررسی می کنيم.

12-3-2-1- نيروهای ارتعاش زا (Vibratory Forces):
برخی از عوامل ايجاد نيروهای ارتعاش زا در ماشين آلات، عبارتند از:
- Misalignment
- ناميزانی جرمی
- سايش اجزا و قطعات
- نيروهای آئروديناميکی و هيدروديناميکی
- نيروهای الکترومغناطيسی
- تماس قطعات متحرک و ثابت
- اصطکاک
- . . .
12-3-2-2- امپدانس (Impedance)

امپدانس و يا مقاومت مکانيکی در برابر حرکت، از خصوصيات هر سيستم مکانيکی است که سه مؤلفه دارد:
1- جرم 2- سفتی 3- ميرايی (Damping)

برخی عوامل بدون اينکه از خود نيرويی توليد کنند و تنها از طريق تاثير بر امپدانس، منجر به تشديد ارتعاش می شوند. مهمترين آنها عبارتند از:

- لقی مکانيکی
- تحريک فرکانسهای طبيعی اجزاء (Resonance)
- ضعف در فونداسيون و يا شاسی ماشين آلات
- ضعيف بودن سازه (Structure)
- . . .
12-3-3- ارتعاشات به عنوان مشخص کننده وضعيت تجهيز

ارتعاشات هر تجهيز دوار (چه از نظر مقدار و چه از نظر ساير مشخصات ارتعاشات) ارتباط مستقيمی با وضعيت آن دارد و هرگونه تغيير هر چند جزئی در وضعيت تجهيز (از هر نظر) با تغيير در وضعيت ارتعاشات آن همراه خواهد بود.

منظور از تغيير در وضعيت تجهيز يعني:
- تغيير در شرايط بهره برداری تجهيز
- بروز اشکال (مکانيکی، الکتريکی، . . . ) در تجهيز
- تغيير بار وارد بر تجهيز
- . . .
لذا اندازه گيری و آناليز ارتعاشات يکی از تکنيکهای اصلی برای Monitoring تجهيزات و ماشين آلات دوار به شمار می رود.

شكل 12-7 (برخی از عيوبی که به کمک ارتعاشات شناسايی می شوند

برخی از عيوبی که به کمک ارتعاشات شناسايی می شوند:

1. ناميزانی جرمی

2. Misalignment

3. Resonance

4. لقی مکانيکی

5. خرابی Bearing

6. خرابی چرخ دنده

7. خارج از مرکزی

8. شفت خميده

9. فونداسيون معيوب

10. اشکالات الکتريکی

11. اشکالات آئروديناميکی و هيدروديناميکی

12. خرابی کوپلينگ

13. خرابی تسمه و پولی

14. اشکالات piping

15. اعوجاج پوسته

نکته مهم و کليدی در عيب يابی از طريق آناليز ارتعاشات اين است که:
هر عيبی در تجهيزات دوار، ارتعاشاتی با مشخصات خاص خود (از لحاظ دامنه، فرکانس، فاز و ...) ايجاد می نمايد.

12-4- امکانات مورد نياز برای اجرای CM
حداقل امکاناتی که برای پياده کردن سيستم CM بر مبنای ارتعاش سنجی (به صورت off-line) مورد نياز هستند عبارتند از:
12-4-1- سنسورهای ارتعاش سنج

تصوير زير انواع مختلفی از سنسورهای ارتعاش سنج را نشان می دهد:

شكل 12-8 (تصوير انواع مختلفی از سنسورهای ارتعاش سنجی

سنسور ارتعاش سنجی اولين وسيله مورد نياز برای اندازه گيری ارتعاشات و ابزاری است که حرکت ارتعاشی را حس کرده و آن را به يک سيگنال الکتريکی AC متناسب با حرکت ارتعاشی، تبديل می کند.
با تبديل ارتعاشات به سيگنال الکتريکی، امکان ذخيره سازی، انجام پردازشهای بعدی و نيز مشاهده سيگنال از طريق دستگاه های الکترونيکی (تجهيزات داده برداری) فراهم می شود.

نکاتی که درباره سنسورها حايز اهميت هستند، عبارتند از:
- نوع سنسور

- انتخاب صحيح سنسور، با توجه به مشخصات سنسور (حساسيت، پاسخ فرکانسی، رنج ديناميکی، رنج اندازه گيری، ابعاد، وزن، دمای کاری، نوع کانکتور، جهت اندازه گيری، نوع تغذيه سنسور، ...)
- نصب صحيح سنسور
- وضعيت مناسب اتصالات سنسور و کابل آن

در ادامه موارد فوق را به ترتيب بررسی می کنيم، ابتدا آشنايی با انواع سنسورهای ارتعاش سنجی :

به طور کلی با توجه به مکانيزم کاری و پارامتر اصلی اندازه گيری، سنسورهای ارتعاش سنجی در 3 گروه دسته بندی می شوند:

- شتاب سنج
- سرعت سنج
- جابجايی سنج
سه نوع شتاب سنج رايج وجود دارد که عبارتند از:
- شتاب سنجهای پيزو الکتريک
- شتاب سنجهای پيزو رسيستيو
- شتاب سنجهای خازنی

شتاب سنجهای پيزوالکتريک رايج تر هستند و از نظر نحوه تأثير پذيری از ارتعاش و توليد سيگنال الکتريکی، در 2 نوع دسته بندی می شوند: نوع فشاری (Compression type) و نوع برشی (Shear Type). المان اصلی اين نوع از شتاب سنجها از مواد پيزوالکتريک مثل کوارتز و يا انواع خاصی از سراميک ساخته می شود. اين مواد بر اثر تحريک شدن، سيگنال الکتريکی توليد می کنند. شماتيک ساختمان اين نوع از سنسورها را در شکل زير می بينيد:

شكل 12-9 (شماتيک ساختمانسنسور شتاب سنج

همانطور که در شکل پيداست، اجزاء اصلی عبارتند از: يک وزنه، ماده کريستال (پيزوالکتريک)، يک فنر برای پيش بارگذاری، تقويت کننده و پايه. اين نوع پيکربندی به گونه ای است که نيروی وارد بر ماده پيزوالکتريک و در نتيجه سيگنال الکتريکی توليد شده توسط آن، متناسب با شتابی است که بر پايه (base) وارد می شود. از آنجاييکه سيگنال ايجاد شده معمولاً ضعيف است، از يک مدار داخلی برای تقويت سيگنال استفاده می شود. نهايتاً خروجی سنسور از طريق کابلهای مناسب به ابزارهای پردازش سيگنال هدايت می شود.
12-4-2- تجهيزات داده برداری

دستگاه هاي اندازه گيري لرزش مي توان به سه دسته تقسيم كرد:

دسته اول) Vibration meter
دسته دوم) Vibration meter and data collector
دسته سوم) Vibration meter , data collector and analyzer
به همراه دستگاههاي vibration data collectorمعمولا نرم افزارهايي جهت مديريت داده هاي ارتعاشي ميآيد.
هنگامي تعداد دستگاه هاي اندازه گيري در واحدهاي صنعتي زياد مي شود با گذشت زمان حجم بالايي از اندازه گيري توسط قسمت CM جمع آوري مي گردد. داده ها به دو صورت online و offline توسط دستگاه هاي قابل حمل جمع آوري ارتعاشات و نصب در محل نشان داده مي شوند.در حالت offline هنگامي كه بخواهيم از روشهاي حتي ساده آناليز داده استفاده بكنيم داشتن مديريت داده ها و ترسيم آنها كمك بزرگي به پيشبرد برنامه ي Predictive Maintenance مي كند. به عبارتي ديگر، همراه دستگاه Vibration data collector نرم افزار پشتيباني ارايه مي گردد كه عمل collecting ,trending reporting ، چاپ نتايج، دادن اخطار، اطلاع از عدم دادن داده و مرتب كردن زمان اندازه گيري از جمله وظايف آنهاست.
دستگاه VT60 كه سه عمل Data Collector, Data Analyzerو Field Balancing به همراه نرم افزار XMS وظايف مذكور را انجام مي دهد
تصوير زير يک ديتا کالکتور (ساخت شرکت B&K) را نشان می دهد:

شكل12-10( تصوير يک ديتا کالکتور

12-4-3- نرم افزار پردازش و مديريت اطلاعات
معمولاً به همراه دستگاه های ارتعاش سنجی که برای برنامه CM طراحی و ساخته می شوند، نرم افزارهای تخصصی نيز برای برقراری ارتباط دستگاه با کامپيوتر ارائه می گردد. اين نرم افزارها برای مديريت اطلاعات (ذخيره سازی، پردازش و ...) استفاده می شوند. نرم افزار xmsنرم افزار پشتيبان ومكمل دستگاه اندازه گيري VT60است كه باعث آسانتر شدن تحليل داده ها ،تعميرات ماشين و reporting ميشود.
برنامه xms يك نرم افزار پيشرفته براي CM ،يك كاركرد اطلاعاتي هوشمند كه جمع آوري اطلاعات جامع ماشين با مهارت كامل انجام مي دهد. اين نرم افزار قوي قابليت سفارشي بودن را دارد و كاربر مي تواند به آساني اطلاعات ماشين ، عكس هاي مربوطه و logoها و گزارشات را سازماندهي كند.
از قابليت ديگر اين نرم افزار مي توان به توابع آناليزي قوي، پايگاه داده هاي بسيار وسيع در مورد) Roller bearing element) وگزارش گيري به صورت خودكار با الگوهاي سفارشي نام برد.
اين نرم افزار تخصصي براي برقراري ارتباط دستگاه به كامپيوتر به همراه دستگا هاي ارتعاش سنج VT60طراحي شده و بر مبناي مديريت داده ها مورد استفاده قرار مي گيريد.
جهت استفاده بهينه از نرم افزار XMS ابندا مي بايست Vibration Measurement Planning را با توجه به سياست كلي تعميرات پايه ريزي كرد؛ لذا با دسته بندي دستگاه هاي هر واحد و قرار دادن دستگاه هاي واحدهاي مشابه در يك Route اندازه گيري، نسبت به تعريف بانك اطلاعاتي و ساخت آن اقدام نمود. با اندازه گيري داده ها طبق برنامه ي از پيش تنظيم شده اندازه گيري و تكرار آنها به راحتي ميتوان اعداد اندازه گيري شده را براي هر نقطه از دستگاه در گذر زمان به صورت تاريخچه در آورده و نسبت به تغييرات آن نقطه و فاصله آن با محدوده هاي Alarm و Danger آگاه شد.
اين نرم افزار نه تنها محدوده اخطار، اعداد كلي ارتعاش و داده هاي پروسسي ميتواند تعيين كند ،بلكه با Sepctrum هاي ارتعاشي اين نرم افزار، مي توان گام گسترده اي در تعميرات پيشگيرانه برداشت. در زير نمايی از نرم افزار XMS توليد شرکت B&K را مشاهده می کنيد:

شكل12-11 (نمايی از نرم افزار XMS

12-5- روشها و تکنيکهای آناليز ارتعاشات
برخی از تکنيکهای رايج آناليز ارتعاشات در کاربردهای مختلف عبارتند از:

- تحليل مقدار کلی ارتعاشات
- مشخصه های Bearingهای غلتشی (BCU، BP، Crest factor، k-factor، PeakValue، SEE و ... )
- آناليز طيف فرکانسی (آناليز FFT يا Spectrum)
- آناليز شکل موج
- آناليز Envelope
- آناليز کپستروم
- آناليز زاويه فاز
- آناليز Run up و Coast Down (منحنی بود، منحنی نايکويست، منحنی مرکز شفت، منحنی آبشاری يا Waterfall)
- آناليزOrbit
- و ...

در ادامه ابتدا برخی از تکنيکهای فوق به اختصار معرفی می شوند و سپس موضوع "تشخيص عيوب رايج تجهيزات دوار از طريق تحليل فرکانسی و آناليز زاويه فاز" را با تفصيل بيشتر دنبال خواهيم کرد.
12-5-1- تحليل مقدار کلی ارتعاشات
اين روش به عنوان ساده ترين تکنيک برای ارزيابی وضعيت ماشين آلات دوار بکار می رود. استانداردهای مختلفی نيز برای تعيين مقادير مجاز ارتعاشات وجود دارند که از آن جمله ISO 10816 است که در بخش معرفی منابع به آن پرداخته شد. شايان ذکر است با توجه به الگوی 7-4-2 به ترتيب و از کم به زياد، ميزان ارتعاش نرمال ماشين در جهات محوری، عمودی و افقی رخ می دهد. البته اين يک قاعده سر انگشتی است و ممکن است در برخی موارد صادق نباشد، اما صحت آن در اغلب موارد به اثبات رسيده است. لذا با توجه به چگونگی تغيير اين الگو می توان برخی از اشکالات را حتی بدون در دست داشتن منحنی فرکانسی حدس زد.
12-5-2- آناليز طيف فرکانسی (آناليز FFT يا Spectrum)
اين تکنيک بدون شک يکی از مهم ترين تکنيکهای رايج در آناليز ارتعاشات است. پس از يکسری پردازشهای اوليه بر روی سيگنال ارتعاشات، برای به دست آوردن منحنی طيف فرکانسی از الگوريتم FFT يا تبديل فوريه سريع استفاده می گردد. لذا به منحنی فرکانسی گاهی اوقات منحنی FFT نيز گفته می شود.

به طور کلی عيوب مختلف، منجر به ايجاد طيف های فرکانسی خاص خود می شوند که اين موضوع در ادامه مباحث عيب يابی دنبال خواهد شد.
12-5-3- آناليز شکل موج

شکل موج ارتعاشات، در واقع سيگنال ارتعاشات بدون تقريباً هيچگونه پردازشی است و لذا در تحليل ديناميکی ماشين از اهميت خاصی برخوردار است. در واقع برخی عيوب نظير شکستگی چرخ دنده ها، عيوبی که pulse ايجاد می کنند، ارتعاشات ضربانی (beat) و ... از طريق شکل موج آسان تر تشخيص داده می شوند.

12-5-4- آناليز زاويه فاز
از طريق مقايسه مقادير زاويه فاز در نقاط مختلف اندازه گيری بر روی ماشين يا هر سازه ديگری، می توان شمايی از چگونگی حرکت اجزاء مختلف آن نسبت به يکديگر به دست آورد. در برخی موارد، مشخصات فرکانسی ارتعاشات ناشی از عيوب مختلف، مشابه يکديگر می باشد و لذا تمايز بين اين عيوب تنها از طريق منحنی اسپکتروم امکان پذير نخواهد بود. لذا می بايست از ساير مشخصات ارتعاشات مانند زاويه فاز برای تشخيص عيب استفاده کرد، چون علی رغم تشابه منحنی های اسپکتروم، الگوی زاويه فاز در مورد اشکالات مختلف، متمايز می باشد. به طور کلی برخی از کاربردهای زاويه فاز عبارتند از:

- تشخيص ترک در شفت
- بالانس ديناميکی
- تشخيص Resonance و سرعت بحرانی
- به دست آوردن شکل مودها
- تشخيص ناميزانی جرمی، Misalignment و شفت خميده از يکديگر
- و ...
12-6- عيب يابی به کمک آناليز فرکانسی

همانطور که در بخشهای قبلی بيان شد، عيوب مختلفی که برای ماشين آلات دوار رخ می دهند، هرکدام همراه با رفتار ديناميکی خاص خود و به تعبير ديگر با مشخصه های ارتعاشی ويژه ای رخ می دهد. يکی از مشخصه های مهم ارتعاش، فرکانس ارتعاشی است و به ويژه ارتباط آن با فرکانس کاری ماشين (دور ماشين) در بسياری از موارد تعيين کننده نوع عيب و يا حداقل ناحيه آن می باشد.

دقت کنيد که معمولاً ارتعاشات اندازه گيری شده از روی ماشين، يک سيگنال پيچيده و ترکيبی از چندين سيگنال ارتعاشی با فرکانسهای مختلف است. آناليز فرکانسی که به آن آناليز FFT يا اسپکتروم نيز می گويند، يک فرآيند پردازش سيگنال است که به کمک آن محتوای فرکانسی سيگنال ارتعاشی به دست می آيد. در منحنی های FFT، محور افقی فرکانس و محور عمودی دامنه ارتعاش را نشان می دهد. همانطور که گفته شد، در بسياری از عيوب، فرکانس ارتعاشات ايجاد شده با دور ماشين ارتباط دارد و در واقع هارمونيکها و يا به عبارت ديگر مضارب صحيحی از دور ماشين در منحنی FFT ديده می شود. اين مضارب را به شکل 1xRPM، 2xRPM، 3xRPM و . . . نشان می دهند.
جداول زيادی وجود دارد که مشخصات فرکانسی عيوب رايج را بيان نموده که يک نمونه ساده شده از اين جداول را در جدول می بينيد. رديف اول نوع عيب، رديف دوم فرکانسهای مربوطه و رديف سوم جهتی که ارتعاشات در آن بالاتر است را نشان می دهد.

نوع عيب

فرکانس عيب و

ارتباط آن با دور ماشين

جهت غالب و

رفتار دامنه ارتعاشات

ناميزانی جرمی

(Unbalance)

1 x RPM

شعاعی – ارتعاشات با دامنه ثابت

شفت خميده

1 x RPM (and 2 x RPM)

ارتعاشات بالا در جهت محوری

خرابی Bearingهای غلتشی

(Rolling Element Bearing)

فرکانسهای چهارگانه Bearingهای غلتشی

اثر نامحسوس بر روی دامنه کلی ارتعاش

سايش Bearingهای لغزشی

(Journal Bearing)

1 x RPM

شعاعی

ناهمراستايی کوپلينگ

(Misalignment)

1~3 x RPM

ارتعاش Radial بالا برای نا هم محوری offset و ارتعاشات Axial بالا برای ناهم محوری Angular

خرابی تسمه

1~3 x Belt RPM

ارتعاشات بالا در جهت اتصال مرکز دو پولی

Oil Whirl

0.42~0.48 x RPM

ارتعاشات ناپايدار در جهت شعاعی

اشکالات چرخ دنده ها

فرکانس درگيری

چرخ دنده ها (GMF)

با توجه به جهت بار غالب چرخ دنده (شعاعی يا محوری) تعيين می شود.

لقی مکانيکی ساختاری

1 x RPM

تشديد يا Resonance

فرکانسهای خاص

هر سيستم

ارتعاشات با دامنه بسيار بالا

جدول12-2(مشخصات فرکانسی عيوب

12-7- مقدمه ای بر آناليز روغن
آناليز روغن يکی از تکنيکهای اصلی مراقبت وضعيت ماشين آلات به شمار می رود. در اين تکنيک، مقداری از روغن روانکاری تجهيز به عنوان نمونه گرفته شده و پس از ذخيره در ظرفهای ويژه ای، به آزمايشگاه ارسال می شود. سپس با انجام يک سری تستهای از پيش تعيين شده، از وضعيت روانکار و نيز وضعيت ماشين، اطلاعات مفيدی به دست می آيد.
کنترل آلودگی روغن، monitoring وضعيت کيفی روغن و ارزيابی ذرات فرسايشی و کنترل وضعيت داخل ماشين بدينوسيله، از اهداف اجرای CM روغن به شمار می روند. در ادامه مطالب بيشتری در اين زمينه خواهيد خواند.
12-7-1- کاربردهای آناليز روغن در برنامه CM
چهار کاربرد اصلی آناليز روغن در حيطه CM عبارتند از:
الف - پايش وضعيت کيفی (خواص فيزيکی و شيميايی) روغن؛
آيا روغن هنوز خواص لازم برای کارکرد مناسب (روانکاری، انتقال حرارت، عايق الکتريکی، و ...) را دارا هست يا خير؟
ب - پايش و کنترل ميزان آلودگی روغن؛
آيا مقادير آلودگی موجود در روغن در سطح مجاز قرار دارد يا خير؟
ج - پايش و آناليز ذرات فرسايشی موجود در روغن؛
آيا فرسايش غير عادی درون تجهيز وجود دارد يا خير؟
د - پايش و آناليز گازهای موجود در روغن ترانسهای قدرت (گازکروماتوگرافی)؛
آيا اشکال الکتريکی و يا حرارتی درون ترانس وجود دارد؟
12-7-2- دسته بندی تستهای روغن
تستهايی که بر روی نمونه روغن قابل انجام هستند بسيار متنوع است. می توان اين تستها را به شرح ذيل در سه گروه کلی دسته بندی کرد:

عنوان گروه

شرحتستها

آناليز عنصری يا اسپکتروسکوپی

(Elemental Analysis)

تعيين وضعيت مواد افزودنی، ذرات فرسايشی و آلودگی های موجود در روغن

خواص فيزيکی و

شيميايی روغن

رنگ، بو، ويسکوزيته، Pour Point، Flash Point،

عدد اسيديته، عدد بازی، چگالی، خاصيت هوازدايی، RBOT، قابليت جداسازی آب، Rust test

تعيين ميزان آلودگی روغن

شمارش تعداد ذرات موجود در روغن، مقدار آب و ...

جدول 12-3 (دسته بندی تستهای روغن

12-7-3- مراحل طراحی برنامه CM از طريق آناليز روغن
برای طراحی CM بر مبنای آناليز روغن، مراحل زير می بايست طی شود:

· تعيين اهداف برنامه
· انتخاب ماشين آلات مشمول در برنامه
· انتخاب محل های نمونه گيری و تدوين دستور العمل نمونه گيری استاندارد
· تعيين تستهای مورد نياز و بازه زمانی نمونه گيری
· تدوين دستورالعملهای کاری و فرمت های گزارش دهی
· اجرای برنامه مطابق با سيکل CM

هنگام طرح ريزی و اجرای برنامه، نکات زير را مد نظر داشته باشيد؛
12-7-3-1- هدف گذاری:
دقت داشته باشيد که بايد از ابتدای کار مشخص شود که هدف از اجرای برنامه آناليز روغن چيست؟ برخی اهداف مد نظر عبارتند از: تشخيص به موقع فرسايش غيرعادی در داخل ماشين، کنترل آلودگی روغن به عنوان يک علت مهم خرابی ماشين آلات، کنترل خواص روانکاری روغن، طراحی برنامه تعويض روغن بر اساس وضعيت آن، طراحی برنامه جامع روانکاری و ... .
12-7-3-2- انتخاب ماشين آلات؛
ماشين آلاتی که آناليز روغن تکنيک اصلی برای Monitoring آنهاست، عبارتند از:
موتورهای احتراق داخلی (به ويژه موتورهای ديزلی)
گيربکس ها
کمپرسورهای رفت و برگشتی
بيرينگ های تجهيزات دوار
سيستم های هيدروليکی
ترانس های قدرت
و ...
12-7-3-3- تعيين محلهای نمونه گيری روغن:
نمونه گيری از محل مناسب و به روش صحيح، يکی از المانهای اساسی و بسيار مهم برنامه است. نمونه روغن در واقع حامل اطلاعات ارزشمند درباره وضعيت روانکار و وضعيت داخلی ماشين به حساب می آيد. در بخشهای بعدی مطالب بيشتری در اين زمينه ارائه خواهد شد.
12-7-3-4- روش نمونه گيری:
درباره اهميت نمونه روغن به عنوان حامل اطلاعات، پيش از اين بحث شد. لذا چنانچه نمونه به شکل صحيح و از محل مناسبی أخذ نشود، اعتبار کل برنامه زير سؤال خواهد بود.
12-7-3-5- تعيين تستهای مورد نياز:
درباره انواع مختلف تستهايی که بر روی نمونه روغن قابل انجام هستند، قبلاً مطالبی ارائه گرديد. شايان ذکر است برای انتخاب تستهای مورد نياز برای هر تجهيز يا ماشين تحت مراقبت، می توان از استانداردهای موجود و يا توصيه های ارائه شده توسط آزمايشگاه های معتبر روغن بهره برد. ضمن اينکه اين موضوع به هدفهای تعيين شده برای برنامه آناليز روغن نيز بستگی دارد.
12-7-3-6- تعيين بازه زمانی نمونه برداری:
اين أمر با لحاظ کردن فاکتورهايی همچون: اهميت و حساسيت ماشين از نقطه نظر توليد، سرعت کاری و ميزان بار وارد به آن، هزينه های خرابی و تعمير ماشين و ... بستگی دارد. در اين مورد نيز استفاده از استانداردها و توصيه های آزمايشگاه های معتبر پیشنهاد می گردد.
12-8- آناليز کارآيی
آناليز کارآيی (Performance Monitoring) يکی از تکنيکهای CM است که برای انواع مختلف ماشين آلات و به ويژه تجهيزاتي که در واحدهای فرآيندی به کار می روند، کاربرد دارد.
جمع آوری اطلاعات اوليه (مانند دبی، دما، فشار و ...) به کمک انواع گيج ها، نشانگرها، سنسورها و ترانسميترها صورت می پذيرد. برخی از اين وسايل اندازه گيری دارای نشان دهنده در محل هستند و اطلاعات برخی ديگر از طريق سيستم کنترل مرکزی قابل دستيابی است.
پارامترهای بيان کننده کارآيی ماشين (نظير راندمان، هد توليدی و . . .) به کمک فرمولها و روابط رياضی و بر اساس اطلاعات اوليه محاسبه می شوند.
با trend کردن مقادير پارامترهای بيان کننده کارآيی ماشين در طول عمر آن، هرگونه انحراف از وضعيت نرمال مشخص شده و می توان با انجام اقدام اصلاحی، وضعيت را نرمال نمود.
اين تکنيک به ويژه برای توربين ها، پمپ ها، فن ها، مبدل های حرارتی، بويلرها و . . . از اهميت خاصی برخوردار است.










13- موردهاي مطالعاتي
در اين مورد مطالعاتي سعي شده است علاوه بر شرح مختصري از پديده رزونانس و خواص و ديناميك سازه ها كه در پديده رزونانس نقش ايفا مي كنند، به برخي از روشهاي موجود و معمول تحليل ديناميكي سازه ها هم اشاره شود.
از ميان همه منابع ارتعاشي ، نزديک به 90% مشكلات مربوط به مواردی چون نابالانسی, ناهمراستايی و رزونانس ميگردد كه رزونانس به تنهايی سهم 20 درصدی را به خود اختصاص مي دهد. طبق آمار اين درصد ها به شرح زير ميباشند.
1. نا بالانسی 40%
2. نا همراستايی 30%
3. تشديد يا رزونانس 20%

13-1- تشديد يا رزونانس:
هنگامی که به هر جزء فيزيکی ضربه می زنيم، در فرکانس معينی شروع به توليد صدا می کند. بر روي فلزات اين عمل به خوبي قابل اجرا است. صداهاي توليد شده به سختی ماده, شکل و جرم و ديگر خواص فيزيكي و شرايط تكيه گاهي آنها بستگی دارند. به عنوان مثال ديگر، اگر به يک دياپازن ضربه وارد شود, شروع به ارتعاش می کند و سپس به تدريج ميرا می گردد. اگر به اين وسيله با همان فرکانس ضربه وارد شود, دامنه ارتعاش آن افزايش پيدا می کند که اين در اصل همان تشديد يا رزونانس است.
براي هر سيستم مكانيكي، تشديد در فركانسهاي معيني اتفاق مي افتد كه بيشتر به شرايط فيزيكي و تكيه گاهي آن مربوط مي شود. برای مثال در مورد يک سيستم جرم و فنر ساده، فرکانس تشديد برابر است با ريشه دوم کسر ثابت فنر به جرم در حال ارتعاش.
براي اين سيستم ساده، كه تقريبي نسبتا مناسب براي اكثر سيستم هاي سازه اي ماشين آلات مي باشد، با تغيير مناسب در هر كدام از دو كميت يعني جرم و سختي مي توان فركانس طبيعي را تغيير داد. با افزايش جرم سيستم، فرکانس طبيعي کاهش و همچنين با افزايش سختی بر ميزان فركانس طبيعي افزوده مي شود. رزونانس هنگامی پيش مي آيد که فرکانس نيروی محرک وارده به سيستم به فرکانس طبيعی ارتعاش سيستم نزديک باشد.
اين نکته هم جالب است در نظر داشته باشيم که هميشه فرکانس طبيعی مضر نيست. موارد گوناگوني وجود دارند كه ما از آن بهره مي بريم برای مثال می توان به هل دادن يک کودک در يك تاب اشاره کنيم. با استفاده از کمترين نيرو بهترين جابجائی را به تاب خواهيم داد، البته اگر عمل وارد كردن نيرو به تاب هم زمان با لحظاتي باشد كه جابجايي صفر گردد.
در اينجا لازم به ذكر است كه، يافتن فركانس طبيعي، چه به صورت تجربي و چه به صورت تحليلي، در مورد مسايل پيچيده يكي از كارهاي بزرگ و هزينه بر است و يک کار مهندسی قلمداد می شود. فرمولهايی برای محاسبه فرکانس طبيعی سيستم های ساده نظير تيرها, صفحات و غيره در هندبوکهای ارتعاشات وجود دارند که بيشتر برای محاسبه تقريبی فرکانس طبيعی سازه ها کاربرد دارند.
اين فرمولها تجربی هستند و ممکن است همه موارد را پوشش ندهند. کسانی که می خواهند از اين فرمولها استفاده کنند، بايستی شرايط تکيه گاهی و ميرايی را در کار خود در نظر داشته باشند. از آنجايی که محاسبات فرکانس طبيعی مطابقت کاملی با فرکانس طبيعی بعد از ساخت ندارد, معمولا اين محاسبات با خطای 20% صحيح می باشند.
برای سازه ها و قطعات ماشين آلات فرکانس طبيعی را مي توان با آزمايشهای ساده ای که ارائه خواهد شد, محاسبه نمائيم.
13-2- پاسخ مکانيکی سيستم
هر سيستم مکانيکی در برابر بارهاي اعمالی ورودي، پاسخهای متفاوتی را از خود نشان می دهد. در مورد سازه ها، پاسخ مكانيكي يك طيف ارتعاشي است كه به واسطه اعمال طيف ارتعاشي بار ورودي شكل گرفته است. براي رسيدن به پاسخ ارتعاشي يك سيستم مكانيكي، بايستي طيف هاي نيروي ورودي و پاسخ ارتعاش را اندازه گيري كرد. اين عمل به راحتي با استفاده از يك دستگاه اندازه گيري لرزش دو كاناله قابل انجام است. اين نكته هم قابل ذكر است كه اندازه گيري تابع پاسخ فركانسي، يكي از اندازه گيري هاي مهم در آناليز مدال مي باشد.( در اين مقاله اشاره مختصري به آناليز مودال هم شده است )
پاسخ فركانسي در اصل تابعي است با سه بعد شامل دامنه ارتعاش بر حسب فاز و فركانس. بدليل اينكه رسم اين نمودار نياز به سه بعد دارد و ترسيم آن بر روي يك نمودار مشكل است، اين نمودار معمولا به دو نمودار شكسته مي شود. دامنه بر حسب فركانس و فاز بر حسب فركانس كه به آن نمودار بود گفته مي شود.
يك روش ديگر جهت نمايش نمودار پاسخ فركانسي، نمايش قطبي دامنه و فاز است كه به آن نمودار نايكويست گفته مي شود.
با در دست داشتن اين پاسخ، مي توان از فركانسهاي طبيعي محدوده كاري ماشين مطلع شده و براي جلوگيري از عواقب ناشي از آن چاره انديشي كرد.
در ادامه پس از پرداختن به عوامل موثر بر پاسخ مكانيكي به روشهاي موجود در رسيدن به اين نمودارها اشاره اي خواهد شد.
پاسخ مكانيكي سيستم به خواص فيزيكي ماشين، سازه آن، ميرايي، شرايط تكيه گاهي، فونداسيون و ... بستگي دارد كه بد نيست به اين عوامل و همچنين منابع ارتعاشي روي سازه ها اشاره مختصري شود. در شكل 13-1 ، منحني پاسخ فركانسي يك صفحه با شكلهاي مودي آن آورده شده است.

شکل 13-1(منحني پاسخ فركانسي يك صفحه

13-3- منابع ارتعاشی در سازه ها
سازه ها به عنوان رابط بين دستگاه و زمين همواره تحت تاثير بارهای ديناميکی و استاتيکی گوناگونی قرار ميگيرند, که برخی از منابع بارهاي ديناميكي به شرح زيراست.
13-3-1- زلزله
منبعي كه فرکانس لرزش آن تقريبا يك هرتز مي باشد و در واقع حركت افقي زمين است و روشهای مقابله با آن علاوه بر مقاوم سازی سازه ها, مهار تجهيزات به زمين, نصب نگه دارنده, کابل مهار کننده و تجهيزات قفل کننده مي باشد.
13-3-2- باد
منبعي كه معمولا ارتعاشات تصادفی بوجود می آورد و مي تواند باعث تحريک سازه ها و ارتعاش آنها در فرکانس طبيعيشان مي گردد. معمولا سازه ها در مقابل باد گردابه هايی در پايين دست ايجاد می کنند, که اين گردابه ها مي توانند سبب حرکت نوسانی خود و يا سازه های مجاور گردد.

13-3-3- ماشين آلات نصب شده
منبعي كه در صورت دارا بودن هر گونه مشکل, نظير نامناسب بودن طراحی, وجود نابالانسی, نا هم محوری, انتخاب نا مناسب دور کاری, فرسودگی قطعات و غيره باعث ايجاد ارتعاش ميگردد، که يكي از منابع ارتعاشي بسيار معمول در ميان منابع ارتعاشي است. در اين مقاله اثر ماشين آلات نصب شده بر روي چند سازه ها مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.
لازم به ذكر است كه محدوده فرکانس برای لرزشهای سازه ای از کمتر از يک هرتزشروع مي شود و تا فرکانسهای فرا صوت ادامه مي يابد. دامنه اين لرزشها هم مي تواند از چندين اينچ ( يا حتی چندين فوت ) تا حدود ميکرو اينچ برسد.
در اينجا منظور از سازه فقط ساختمانها نيستند بلکه پلها, برجها و سازه های متحرک مانند هواپيماها, فضاپيماها, قطارها و کشتی ها را هم شامل مي شود و به طور خاص در اينجا سازه دستگاههاي دوار مورد بحث قرار مي گيرند.
لازم به ذكر است كه ارتعاشات با فرکانسهای پايين معمولا بدليل حرکات زمين و فرکانسهای طبيعی سازه ها است كه قسمتي از فرکانسهای طبيعی سازه ها هم معمولا در محدوده يك تا ده هرتز قرار می گيرند.

13-4- ميرايی
عاملي است که انرژی جنبشی را به گرما تبديل می کند. يا به عبارتي عاملي كه باعث كاهش دامنه ارتعاش بر حسب زمان مي گردد. تمامی مواد حتی فلزات هم ميرايی دارند. موادی که دارای ميرايی نسبتا زيادی هستند، جهت کنترل ارتعاشات استفاده می شوند. در شكل زير نموداري از يك موج سينوسي ميرا شده بر حسب زمان آورده شده است . هر چه ميرايي كمتر باشد اين مدت زمان بيشتر خواهد شد.

شکل 13-2(يك موج سينوسي ميرا شده

اعمال نيرو با فرکانسی برابر يا خيلی نزديک به فرکانس طبيعی باعث افزايش دامنه ارتعاشات نسبت به حالتهای بالاتر و پايين تر از فرکانس طبيعی مي شود.از نظر تئوری اين نسبت نامحدود است. ولی ميرائی اين نسبت را محدود می کند. اين نسبت بستگی به ميرايي و نوع اتصالات هم دارد. لازم به ذكر است در فلزات به سبب ميرايي کم اين افزايش می تواند از 10 تا 100 برابر هم برسد. برای مقايسه، در زير نسبت ميرائی برای چند ماده آورده شده است.

نسبت ميرائی( C/CC)

ماده
0.001
فولاد
0.01
بتون
0.02
سرب
0.05
لاستيک طبيعی

جدول 13-1)نسبت ميرايي براي چند ماده

در مورد اثر ميرايي بر پديده رزونانس و منحني پاسخ فركانسي، اين نكته فابل ذكر است كه، رزونانس علاوه بر اينكه وابستگي زيادي به سرعت كاري دارد، تا اندازه ای به ميرايی هم وابسته است. در حالت رزونانس ميرايی نه تنها دامنه بيشينه ارتعاش را افزايش می دهد بلکه پهنای منحنی پاسخ را نيز زياد می کند.
در مورد فولاد که ميرايی آن کم است نمودار تشديد نوک تيز است که کمک می کند با تغيير کوچکی در سرعت كاري ميزان ارتعاش را به ميزان قابل توجهی کاهش دهد. با افزايش ميرايی, قله منحنی پاسخ فركانسي به سمت چپ منتقل می شود. معمولا ميرايی باعث جابجايی فرکانس می شود, اما در مورد ماشين آلات ساخته شده از آهن و فولاد, ميرايی آنچنان کم است که اين ميزان جابجايی ناچيز است. اين مطلب بسيار جالبی است, چون ثابت می کند ارتعاشی که در مرکز نيرو (ياتاقانها) اتفاق می افتد, گر چه ممکن است ضمن گذشتن از اتصالات دامنه شان تغيير کند ولی تغيير فرکانس آن ناچيز است.

13-5- فونداسيون ها
فونداسيون سازه ای است که بارهاي استاتيكي و ديناميكي بوجود آمده در حين كار يک سيستم مکانيکی را تحمل مي كند. معمولا هر ماشين بايد به جايی محکم شود تا هنگام کار حركت نكند. بسته به نوع ماشين، فونداسيون ها با هم متفاوتند. بسياری از ماشينها علاوه بر فونداسيون به صفحات صلبی نياز دارند که در هنگام کار از حالت همراستايی خارج نشوند. اين صفحه همچنين هر گونه بار ديناميکی را جذب کرده و آنرا به فونداسيون و زمين منتقل می کند. اگر زمينی در کار نباشد، بار ديناميکی بايستی به محلی که اينرسی قابل توجهی وجود دارد انتقال داده شود ( مانند وسايل نقليه).
فونداسيون در اصل عضوی است، در مسير انتقال بار از ماشين به زمين که دارای صلبيت بالايی است. ازآنجا که ماشين به فونداسيون محکم می شود، اين مجموعه به عنوان يک واحد جهت بررسی ها در نظر گرفته می شود. هر ارتعاشی که در ماشين توليد می شود، فونداسيون اثر آنرا به صورت ضربه دريافت می کند. فونداسيون مانند هر عضو ديگری در مسير انتقال بارهاي ديناميکی بخشی از آنرا منتقل, قسمتی را جذب و باقيمانده را بر می گرداند.
نکته آخر اينکه در ماشينهای بزرگ فونداسيون به منظور کنترل کننده رفتار ديناميکی دستگاه بسيار مهم است. از اين روست كه مونيتورينگ دوره اي ويا در برخي موارد دائمي رفتار فونداسيونها را براي آنها در نظر مي گيرند.
دو نوع فونداسيون از نظر رفتار ديناميکی در مورد سازه ها وجود دارد:
1. صلب: فونداسيونهايی که به واسطه بارهای ديناميکی و استاتيکی تغيير شکل اندکی دارد .
2. انعطاف پذير: فونداسيونهايی که به واسطه بارهای ديناميکی و استاتيکی تغيير شکل قابل توجهی داشته باشد (برخی منابع تغيير شکل زير دستگاه بيشتراز0.01 اينچ را مبنا قرار داده اند.) .

13-6- روشهاي بررسي رفتار ديناميكي يک سيستم سازه اي

جهت بررسي و تعيين رفتار ديناميكي سازه ها روشهاي رايج به قرار زير است . كه با اين روشها نهايتا مي توان به منحني پاسخ فركانسي براي سازه رسيد .

شكل 13-3) روشهاي رايج براي تحليل رفتار ديناميكي سازه

در اينجا به دو روش از روشهاي معرفي شده ، يعني تست ضربه و تحريك موج سينوسي اشاره اي خواهيم كرد.

13-6-1- آزمايش ضربه
آزمايش ضربه جهت تعيين فرکانس طبيعی اجسام ثابت مانند سازه ها، سيستم های لوله ای و قطعات ماشينی کاربرد دارد.
در اين روش از اين اصل استفاده مي شود كه ، هر گاه به جسمي ضربه ای مناسب وارد شود، جسم در فرکانس طبيعی خود نوسان خواهد كرد. طبق اين روش برای تعيين نقطه تشديد با چکش ضربه زده اي به جسم زده می شود و در همان حال فرکانس طبيعی اندازه گيری می شود. چکش معمولا يک پتک چوبی يا پلاستيكي است. در بيشتر موارد می توان از دست و يا هر چيز مناسبی که بتوان با آن به سازه ضربه زد, استفاده کرد.
مقدار نيروی ضربه بستگی به اندازه سازه ای دارد که می خواهيم به آن ضربه وارد کنيم. برای سازه های بزرگ که به مقدار زيادی انرژی ورودی جهت برانگيخته شدن در فرکانس تشديد نياز دارند, روش بهتر اين است که آنها را با طناب بکشيم و سپس طناب را ببريم تا برانگيخته شود.
در برخی از موارد می توان از انرژی باد , در شرايطی که باد قوی بوزد، جهت برانگيخته شدن سازه در فرکانس طبيعی استفاده كرد.
و در آخر ذکر اين نکته ضروری است که در مورد سازه های بزرگ, به خاطر دارا بودن فرکانسهای طبيعی پايين ( از0.1 تا 10 هرتز) بايستی از مبدل ارتعاشی فرکانس پايين استفاده کرد.

شكل زير انجام تست ضربه بر روی يک پمپ عمودی نشان داده شده است.
شكل 13-4)انجام تست ضربه بر روي يك پمپ عمودي


13-6-1-1- روش انجام کار در مورد تست ضربه
در اين روش، تحريک در شرايطی انجام مي شود که سازه خاموش است. برای انجام اين آزمايش روشی خاص را بايستی برای اندازه گيری و ثبت فرکانس ها بکار برد.
اين عمل را می توان با استفاده از يک فيلتر تحليلگر تنظيم پذير انجام داد. اما مناسب تر اين است که, از تابع ميانگين گير برای نقاط ماکزيمم استفاده گردد. روش يافتن نقاط تشديد به اين صورت است که پيکاپ را بر روی قطعه مورد مطالعه چسبانيده و ميانگين گيری از ماکزيمم ها را شروع می کنيم . سپس توسط يک پتک به قطعه مورد نظر ضربه ای تند و سريع وارد می کنيم . تکرار ضربات ملايم ، فرکانس تشديد را بدون اينکه ابزار اندازه گيری دچار Over Load شود ، تقويت می کند . با اين كار فرکانسهای تشديد در نقاط ماکزيمم ثبت می شود بعد به سراغ نقاط ديگر می رويم.
لازم به ذكر است كه براي تمامي سازه هاي ماشين آلات دواري كه در اين مجتمع پس از بررسي به مشكل زرونانس در مورد آنها مشكوك شديم ، از روش آزمايش ضربه استفاده شده است.

13-6-2- آزمايش با لرزاننده دور متغير (SHAKER)
اين روش هم معمولا زماني مورد استفاده قرار مي گيرد كه ماشين خاموش باشد شکل زير يک شيکر الكترومغناطيسي به همراه شكل برش خورده آنرا نشان مي دهد.
شيکر ها با استفاده از ساختار داخلي خود نيرو توليد مي كنند. شيكر نشان داده شده از اثر الكترومغناطيسي استفاده مي كند و نيرو ايجاد مي نمايد. با شيكرها مي توان انواع مختلف نيرو، ضربه اي، تصادفي، گذرا با اشكال مختلف نظير سينوسي و غيره را توليد نمود.
با استفاده از اين محدوده وسيع نيرويي مي توان مدلهاي مختلفي از ارتعاشات تصادفي نظير اغتشاش سيال، كاويتاسيون، زلزله، باد و ارتعاشات سينوسي و غيره را مدل كرده و به سازه تحميل نمود.

شکل 13-5)شيکر مغناطيسي مدل VR540

13-6-2-1- روش انجام کار با لرزاننده دور متغير
روش انجام کار به اين شکل است که قطعه مورد نظر توسط شيکر تحريک شده و ارتعاشات آن هم زمان بر روی صفحه نمايشگر ترسيم می شود. فرکانس شيکر را آنچنان تغيير می دهند تا ارتعاش به بدترين حالت برسد. تغيير فرکانس از يک نقطه بيشينه به نقطه ای ديگر معمولا منجر به يافتن فرکانسهای تشديد خواهد شد.
فرکانسهای تشديد بدست آمده از هر دو روش گفته شده يکسان هستند. اين فرکانسها بايستی در طيف فرکانسی مربوط به شرايط در حال کار ماشينی که به عيب تشديد مشکوک هستيم وجود داشته باشند.
معمولا سازه ها با کمی سفت کردن(آچارکشی) فرکانس طبيعيشان بالاتر می رود. می توان جهت هر گونه اقدامی مبنی بر انجام تغييرات روی سازه، اين كار را ابتدا انجام داد. آچار کشی روی قسمتی از سازه که در حال تشديد است می تواند تا 90% ارتعاش را کم کند در حالی که بر روی قطعات ديگر حد اکثر تا 30% اين فابليت را دارد. معمولا قبل از انجام اقدامات دائمی در تغييرات سازه, سفت کاری موقتی با استفاده از نبشی, گيره ها, سيم, کابل, گوه و جکهای هيدروليکی انجام می شود، تا اثر آنها روی سازه ديده شود. بهتر است در اين حالت هم فرکانس طبيعی جديد با استفاده از روشهای موجود دوباره اندازه گيری شود.
درپايان مباحث تئوري بهتر است اشاره اي به آناليز مدال شود كه به كمك آن تمامي پارامترهاي مربوط به آناليز سازه اي قابل برآورد است.
13-7- آناليز مودال
هر سيستم سازه اي متشكل ازمجموعه اي از جرم و فنر مي باشد كه در برابر اعمال انواع بارهاي خارجي از خود عكس العملهايي متفاوت نشان مي دهد. اين عكس العملها بستگي به شكل سازه، نوع تكيه گاه ها، جنس، انواع بارهاي اعمال شده و ... دارند. آناليز مدال در واقع فرايندي است كه با كمك آن خواص ديناميكي يك سازه نظير فركانسهاي تحريك، مقادير ميرايي و اشكال تغيير شكل يافته سازه كه به آن شكلهاي مودي گفته مي شود استخراج مي گردد.
اين بررسي هنگامي انجام مي شود كه سازه مورد نظر در حال تاثير بارهاي شرايط كاري نباشد. در اين فرايند يك دسته از توابع پاسخ فركانسي در تعدادي از نقاط از پيش تعيين شده كه به كمك چكش و يا شيكر الكتروديناميكي توسط نيروي ورودي تحريك شده است، در جهات سه گانه اندازه گيري ميشوند.
اين مقادير توسط سنسورهاي ارتعاشي كه معمولا از نوع شتاب سنج مي باشند، در سه جهت اندازه گيري مي شوند. در پايان نرم افزار آناليز مودال، اين داده ها را به ماتريسي انتقال مي دهد كه نتيجه كار شكل مودي واحد براي هر وضعيت رزونانس مي باشد. اين اشكال جهت نمايش برروي صفحه كامپيوتر فرستاده مي شوند.
13-8- فنها
از نظر ارتعاشی فنها نسبت به ساير ماشين آلات مشکل سازترند. يکی از دلايل اصلی اين مشکلات وجود نابالانسی است، مخصوصا در مورد فنهائی که در محيطهای آلوده کار می کنند. دليل ديگری که سبب مشکل می شود, ساختمان بی دوام فنهاست. اين به معنای کيفيت ساخت نيست بلکه بدليل وجود واقعيتهای فيزيکی و اقتصادی ساخت آنهاست. مسلما اگر فنی بخواهد حجم عظيمی از هوا را بدون مشکل در سر راه خود جابجا کند، نياز به محفظه و فضاي حجيمی پيدا می کند كه از نظر اقتصادي به صرفه نيست. برای اينکه سازه آن کمتر با فرکانسهای محرک تطبيق پيدا کند، سازه های بتنی با ميرائی بالاتر از فولاد مناسب تر خواهد بود ولی هزينه بالاتر خواهد رفت.
در مورد فنها پديده اغتشاش سيال، در گذر از پره ها، پديده اي است كه موجبات ايجاد يك سري از ارتعاشات تصادفي و گسترده را فراهم مي آورد. هنگامی که سيال(گاز يا مايع) در اطراف يک جسم جريان پيدا می کند, در پائين دست جريان گردابه هائی ايجاد می شود که در سرعت های بالاي برای سيال در حال جريان, اين گردابه ها اغتشاش توليد می کنند. اغتشاش مانند جريان باد حول سازه ها يک ارتعاش تصادفی با پهنای باند وسيع است. ارتعاش تصادفی می تواند ايجاد تشديد نمايد. تشديد به شکل يک قله نوک تيز يا يک تن خالص در طول دامنه وسيع اغتشاش نمايان می شود.

13-9- نمونه هاي موارد مطالعاتي (Case Studies)
موارد گوناگوني در مورد فنهاي هوايي و دستگاههاي عمودي نظير ، پمپها و فنها در مجتمع گاز پارس جنوبي مورد مطالعه قرار گرفته اند كه عيب رزونانس براي آنها تشخيص داده شده است. در حدود 95 % از آنها پس از انجام تغييرات سازه اي كه بيشتر آنها، تغييراتي بسيار كم هزينه و ساده بودند عيب مربوطه به طور كامل بر طرف گرديدند.
در اينجا از هر كدام از مورد هاي مطالعاتي ( فنها و دستگاههاي عمودي ) يك مورد آورده شده است كه انجام اين تغييرات بر روي هر كدام از آنها بيش از چهار سال هم بيشتر مي گذرد.

13-9-1- مورد تحقيقاتي شماره 1
نوع دستگاه: دمنده هوای ديگ بخار
دور دمنده:RPM 1486
مشخصات محرك: موتور برقي- سه فاز- 650KW
پيشينه تعميراتي:فاز 2و3 مجتمع پالايش گاز پارس جنوبی با بهره برداری از چهار ديگ بخار که هر کدام دارای يک دمنده هوا 900 کيلو واتی می باشد , کار توليد 500 تن بخار در ساعت را در واحد توليد بخار انجام می دهد. ميزان هوای ورودی متناسب با توليد بخار هر ديگ بوده که با تيغه های راهنمای ورودی دمنده ها و با PLC کنترل می شود. نمايی از اين دمنده در شکل 13-6 آمده است. مشکل کنونی , محدوديت بهره برداری در شرايطی است که عمليات به بخار بيش از 450 تن بر ساعت نياز دارد.که اين مشکل افزايش ارتعاش در جهت محوری بدليل اختلال سيال در ورودی و خروجی پروانه , در فلوی بالاتر از محدوده می باشد. در نمودار13-1 تاريخچه 300 ثانيه ای ارتعاش در جهت محوری بر روی Trust Bearing در دو وضعيت مختلف با هوادهی متفاوت آورده شده است.

شکل 13-6 )نمائی از دمنده هوای ديگ بخار

نمودار13-1)Trend ارتعاش 300 ثانيه ای دمنده در وضعيت خوب و وضعيت نامناسب

لازم به ذکر است که ,
- هر دو اندازه گيری مربوط به يکی از دمنده ها و در يک روز و به مدت 300 ثانيه گرفته شده است.
- درصد باز بودن دريچه ورودی دمنده در سمت راست 35 درصد و تغييرات ارتعاش از 2 تا 7 ميليمتر بر ثانيه rms
- درصد باز بودن دريچه ورودی دمنده در سمت راست 45 درصد و تغييرات ارتعاش از 2 تا 14 ميليمتر بر ثانيه rms

مسئله مورد بررسی قرار گرفته است و مشکل که همان اغتشاش سيال می باشد علت اصلی شناخته شده است , در اين مورد علاوه بر تغييرات شديد ارتعاش در جهت محوری , سطح صدا هم از خروجی در اين شرايط افزايش چشمگيری می يابد. حاصل اين بررسی ها ما را با تحقيقاتی که شرکت SKF انجام داده هم صدا کرده است. که آن هم استفاده از بيرينگی خاص به نام CARB و نصب آن به جای Non-Locating Bearing (بيرينگ دمنده در قسمت سمت کوپلينگ – به شكل13-7 مراجعه شود) می باشد. در شکل 13-7تاريخچه ارتعاشی در جهت محوری يک دمنده مشابه با بيرينگ معمولی و بيرينگ CARB آورده شده است. براحتی کاهش تغييرات ارتعاش را می توان مشاهده کرد.
نکته ای هم که می بايستی به آن اشاره کنيم اينکه , با اندازه گيری معمولی نمی توان تغييرات ارتعاش را به اين شدت ثبت کرد. برای اين کار دستگاه اندازه گيری ارتعاش بايستی قابليت Overall Trending با فاصله اندازه گيری کم حدود دو دهم ثانيه داشته باشد.

شكل13-7)Trend ارتعاش دمنده ای با بيرينگ Carb و بيرينگ معمولی

13-9-2- مورد تحقيقاتي شماره يك
نوع دستگاه : فن هوايي كمپرسور تبريد گاز
دور فن : 250 دور بر دقيقه
مشخصات محرك : موتور برقي – 30 كيلو وات – 1480 دور بر دقيقه – سه فاز – 380 ولت
مشخصات كاهنده : تسمه دندانه دار – با ضريب كاهش يك به 8/5
با توجه به شكل شماره 13-8 ، بر روي حدود چهارده نقطه در راستاي عمودي ارتعاش اندازه گيري شد، بيشترين لرزش از وسط يعني نزديكيهاي نقطه شماره 7 به ميزان حدود mm/s rms 14خوانده شد. چون توزيع مقادير لرزش به صورت افزايشي از كناره ها تا وسط مشاهده شد ، حدس زديم كه تيري كه بيرينگهاي فن روي آن سوار بود در مورد اول ارتعاشي خود نوسان مي كند . لذا نيازي به اندازه گيري فاز ارتعاش احساس نشد . براي اثبات مشكل رزونانس، تست ضربه در مورد اين مسئله به منظور پيدا كردن فركانسهاي رزونانس انجام گرديد .

شکل 13-8)نقشه فن هوايي ، نمايش اجزا و نقاط اندازه گيري و همچنين محل نصب Support

نتيجه تست ضربه نشان داد كه فن در فركانس 5/17 هرتز داراي رزونانس است . اين فركانس مربوط بود به تعداد پره هاي فن ضربدر دور فن يا همان فركانس گذر پره ها.
براي اطلاعات بيشتر به نمودارها ي زير مراجعه شود.

نمودار 13-2)تست ضربه – نتيجه تاييد رزونانس در فركانس 5/17 هرتز

نمودار13-3)طيف ارتعاش در محلي با بيشترين مقدار ، در فركانس 5/17 هرتز پيك غالب مشاهده گرديد كه همان فركانس گذر پره است

نمودار 13-4)طيف ارتعاش پس از گذشت سه سال از انجام تغييرات سازه اي – ارتعاش كل همچنان در حد قابل قبول مي باشد . تنها كار تعميراتي روي اين فن فقط تعويض تسمه بوده است .

شکل13-9)محل نصب Support

محل نصب Support ، توضيح اينكه بعد از نصب مقدار فركانس طبيعي به حدود 8/18 هرتز افزايش يافت.

لازم به ذكر است كه بر روي حدود دوازده مورد از 52 فن مشابه كه مشكل رزونانس داشتند، اين تغييرات سازه اي انجام شد كه نتيجه تغييرات كاملا رضايت بخش بوده است.
و مطلب ديگر اينكه در حدود 20 فن از 48 فن مشابه ديگر هم در راستاي افقي داراي مشكل رزونانس بودند كه مانند شكل زير برخي از سازه هاي آنها تقويت شدند . در اين سازه ها فركانس تشديد 8/24 هرتز مي باشد كه با دور موتور الكتريكي انطباق دارد .

شکل 13-10

توجه : محل نصب Support ها بسيار مهم است ، همواره بايستي محلهايي كه بيشينه ارتعاش را داريم به محلهايي كه كمترين ارتعاش و بيشترينStiffness دارند اتصال داده شوند.
در شكل 13-11 موردي از تغييرات سازه اي آورده شده است كه اثر چنداني بر كاهش ارتعاش از آن حاصل نشد.

پايه Support

در جايي است كه

Stiffness

كمي دارد.

شکل 13-11

گر چه سازه مورد نظر داراي مشكل تشديد در جهت افقي مي باشد ، ولي تغييرات سازه اي كار ساز نبود . پايه Support در جايي نصب شده است كه داراي Stiffness كمي است


13-9-3- نتيجه گيري:
هميشه در تحليل ارتعاشات بايستي خيلي ساده با مسايل برخورد كرد. مشكلات در برخي موارد زياد بزرگ و غير قابل حل به نظر مي رسند. در برخي موارد با تغييرات بسيار ساده مي توان مشكلات بزرگي را حل كرد . البته اگر مسيرمان را درست اختيار كنيم. در مورد مقابله با مشكل رزونانس در ابتدا اگر ممكن است، عامل پديدآورنده تشديد را از ميان ببريم بعد برويم به سراغ تغييرات سازه اي و بدانيم كجا را بايستي تقويت كنيم.

[hmd79k]

با سلام و تشكر از شما
من به تازگي وارد مباحث كاري در مورد ارتعاشات cm , ... شده ام اگر راهنمايي ديگري داريد نظير كتاب يا جزوه و يا ... لطفا راهنمايي فرماييد ضمن هيچكدام از شكله و نمودارهايي كه داخل متن بيان كرديد وجود ندارد با تشكر كرمي hmd79k@yahoo.com

[r_sarkaoto_b]

سلام . در مورد پیشنه و تاریخچه آنالیز ارتعاشات منبعی میشناسین ؟
یا چگونگی بکار کیری ارتعاشات برای عیب یابی دستگاههای دوار ؟