بخشی از مقاله
چکیده
نظارت بر سلامت تجهیزات دوار از اهمیت خاصی برای نگهداری سیستم های مکانیکی مانند موتور جت، موتور خودرو و توربینهای تولید برق برخوردار است. روغنهای روانکار به عنوان یکی از مهمترین اجزا در طول عملکرد موتور دچار تغییراتی در خواص فیزیکی و شیمیایی شان میشوند. ذرات فلزی ساییده شده از اجرای موتور باعث از کار افتادن موتور و خسارت میشود . روغن موتور برای نظارت به ذرات ساییده شده در موتور و در نتیجه ارزیابی سلامت موتور می باشد. روشهای مختلفی برای شناسایی و جداسازی این ذرات وجود دارد که بیشتر این روشها بهصورت برونخطی صورت میگیرند.
در این تحقیق یک حسگر القایی برخط که دارای سه سیمپیچ میباشد، برای تشخیص ذرات آهنی ساییده شده موجود در روغن موتور، طراحی و ساخته شده است که میتواند وضعیت روغن را در لحظه های مختلف گزارش کند. این حسگر دارای دو سیمپیچ ورودی و یک سیمپیچ حسکننده میباشد. متغیرهای ورودی بااستفاده از انجام آزمونهای تجربی و با کمک نرمافزار Minitab بدست آمدند. سیگنالهای خروجی بهوسیلهی یک مدار الکترونیکی تقویت میشود. آزمونها با ذرات با قطرهای مختلف انجام پذیرفت. آزمونها با ذرات با قطرهای مختلف انجام پذیرفت. نتایج حاصل از آزمونها نشانگر حساسیت بالای حسگر میباشد که با نمونههای دیگر همخوانی نیز دارد.
مقدمه
پایش و نظارت برخط پیوسته بر وضعیت موتورهای احتراق داخلی، گیربکسها و یا تجهیزات دوار دیگر مانند کمپرسورها و توربینها از اهمیت بالایی برخوردار است و میتواند در فرایند مدیریت تعمیرات، نگهداری و استفاده بهینه از تجهیز باشد. یکی از حسگرهایی که کاربرد زیادی در این حوزه دارند، حسگر شناسایی ذرات سایشی آهن در روغن موتور است. وجود ذرات فلزی بیش از حد مجاز علامتی بر شروع خرابیهای زیاد از جمله خرالبهای سایشی است. از طرفی ذرات ساییده شده در صورت افزایش بیش از حد مجاز در روغن باعث خرابی موتور و دستگاه میشود. ازینرو شناسایی ذرات ساییده شده از قطعات موتور برای جلوگیری از خرابی که موجب صرف زمان و هزینه زیاد برای تعمیر آنها میشود بسیار مهم و حیاتی است.
شناسایی ذرات ساییده شده آهنی در اکثر فعالیتهای معمول با استفاده از روشهای آفلاین و انجام آزمایش روی نمونههای گرفته شده در آزمایشگاهها صورت میگرفت. امروزه با استفاده از روشهای جدید از جمله: القای مغناطیسی، لیزر، اشعه ایکس، اشعه مادون قرمز و ... میتوان این ذرات را به صورت آنلاین شناسایی کرد. دانشمندان و کارشناسان بهمنظور نظارتؤثّرم بر وضعیت روغن، حسگرها و سیستمهای نظارت بر پارامترهای عملکردی روغن را توسعه دادهاند.
ادموند و همکاران در سال 2000 یک سنسور صوتی برای تشخیص ذرات فلزی طراحی کردند که با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا و تجزیه و تحلیل سیگنالهای منعکس شده از روغن موجود در سیستم، ذرات فلزی را توانستند شناسایی کنند .
لیو و همکاران در سال 2000 با استفاده از تغییرات در ثابت دیالکتریک روغن و خوانش تغییرات در خازن حسگر ساخته شده، ذرات سایشی فلزی را در موتورهای دریایی شناسایی کردند
قاسمی و حسینی در سال 2016 حسگر آزمایشگاهی کیفیت روغن از روش خازنی ساختند که براساس آن امکان اندازه گیری میزان خرابی کلی روغن ازجمله اکسیداسیون و آلایندگیها قابل شناسایی است. عملکرد این حسگر در آزمون دوام بصورت خارج از خط صحه گذاری شد
یان و ژانگ در سال 2002 با استفاده میدان مغناطیسی و میدان الکترونیکی و بررسی القای مغناطیسی، یک حسگر ساختند و پارامترهای مهم آن را به وسیلهی نرم افزار انسیس1 مورد بررسی قرار دادند
آقای شارما و گاندی در سال 2008 با توجه به تحقیقات خود اعلام کردند از روش طیف سنجی برنامه آنالیز روغن سوآپ2 می توان برای شناسایی ذره فلزی تشکیل شده و سطح آنها و ارتباط با منبعشان استفاده کرد.
مورالی در سال 2008 یک دستگاه میکروسیالی برای تشخیص ذرات سایشی فلزی در روغن ساخت که براساس اصل شمارش خازنی عمل میکرد و تغییر در ظرفیت خازنی نشان دهنده ی وجود ذرات فلزی در روغن بود
فان و ژانگ در سال 2009 به بررسی ویژگیهای مغناطیسی ذرات ساییده شده فرومغناطیسی در حسگر القایی پرداختند
فان و ژانگ در سال 2010 اثر پارامترهای مختلف از جمله سرعت و فرکانس تحریک و... را در حسگر القایی مورد مطالعه قرار دادند .
شرکت آلمانی پروفتکنیک در سال 2011 توانست نمونهی تجاری حسگر تشخیص ذرات که از روش مغناطیسی، ذرات را شناسایی میکرد وارد بازار کند
دو و ژه در سال 2012 با استفاده از یک حسگر که دارای چند کانال موازی بود توانستند ذرات فلزی را در روغن شناسایی کنند، ویژگی این حسگر به دلیل داشتن تعداد کانالهای متعدد، پردازش مقدار زیادی از روغن بدون آنکه در حساسیت شناسایی تغییری ایجاد کند، میباشد . شرکتهای متعددی از جمله گستاپس3، اسکایری4 درسال 2013 نمونههای صنعتی که با استفاده از روشهای مختلف کار میکردند را ارائه دادند
هویکین و همکاران در سال 2014 براساس اصل القای مغناطیسی حسگری طراحی کردند که شامل سه سیمپیچ است که در آن یک سیمپیچ تشخیص دهنده در میان دو سیمپیچ تحریک کننده قرار میگیرد. این حسگر را با نرم افزار أنسافت ماکسول5 شبیهسازی نمودهاند و وضعیت ولتاژ خروجی را با استفاده از روابط ریاضی تشریح کردند .[13] در سال 2016 توسط ژیانگ و همکاران یک حسگر مغناطیسی در نرمافزار کامسول6 شبیهسازی شد و پارامترهای مهم آن ازجمله سرعت ذرات، قطر کانال روغن، ولتاژ ورودی، تعداد دور سیم-پیچها و ... مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت
این مطالعه به طراحی و ساخت یک حسگر آزمایشگاهی میپردازد که قابلیت شناسایی ذرات ریز تا 100 میکرومتر7 باشد. در این راستا جهت رسیدن به حداکثر قابلیت شناسایی، از روش بهینه سازی طراحی تجربی آزمون استفاده شده است که در ادامه به ارائه شده است.
روش تحقیق
-1 طراحی و ساخت حسگر و مدارآزمون
-1-1 طراحی و ساخت حسگر
با توجه به مطالعات انجام شده و بررسی مقالات و نتابج آنها طرح اولیه برای ساخت حسگر ارائه گردید شماتیک حسگر در شکل 1 نمایش داده شده است.
شکل :1 شماتیک طرح پیشنهادی حسگر
جنس حسگر از تفلون1 انتخاب شده است. حسگر دارای سه سیمپیچ میباشد که دو سیمپیچ خارجی، سیمپیچهای اولیه و سیمپیچ داخلی، سیمپیچ ثانویه میباشد.
برای سیمپیچهای خارجی از سیم مسی روکشدار با قطر 0/2 میلیمتر با تعداد دور 500 استفاده شده است.
همچنین برای سیمپیچ داخلی از سیم مسی روکشدار با قطر 0/1 میلیمتر با تعداد دور 500 استفاده شده است. نمونهی ساخته شده در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل :2 حسگر ساخته شده
با توجه به طراحی حسگر یک کانکتور برای اتصال سیمها بر روی پوسته خارجی حسگر قرار میدهیم و سیمها را به آن وصل میکنیم. حسگر پس از متصل کردن سیمها در شکل 3 نشان داده شده است. جهت قرار گرفتن سریع در مدارروغن از اتصالات سریع در دو سر حسگر استفاده شده است.
شکل :3 حسگر پس از متصل کردن سیمها
براساس شکل 3 روغن از درون حسگر عبور میکند و در صورت وجود ذرات آهن تقویت میدان مغناطیسی در حسگر اتفاق خواهد افتاد.
-2-1 طراحی و ساخت مدارالکترونیکی
پس از تحقیقات انجام شده، به منظور تقویت سیگنالهای خروجی و تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب و همچنین محافظت از حسگر، یک مدارالکترونیکی طراحی و ساخته شد، که این مدارمیتواند خطای ناشی از دستگاهها را نیز تا حدودی خنثی کند. شماتیک طراحی مدار در شکل 4 و تصویر طرح ساخت شده در شکل 5 نمایش داده شدهاند.
شکل -4 شماتیک مدار طراحی شده
