بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر به بررسی وضعیت ارتعاشات و تشخیص خرابی در بیرینگهای کمپرسور فرآیند مجتمع فولاد احیاء پرداختهشده است. همچنین تلاش گردیده است مکانیسم ایجاد و گسترش خرابی، تشریح و روش پیشبینی زودهنگام خرابی بیرینگ موردمطالعه بر اساس تکنیک آنالیز ارتعاشات معرفی گردد. همچنین در ادامه به ریشهیابی خرابی نیز پرداختهشده است.
مقدمه
بیرینگها از مؤلفههای اساسی و جداناشدنی در بیشتر تجهیزات دوار مورداستفاده در صنایع میباشند. شکست یک بیرینگ منجر به ازکارافتادگی یک تجهیز میگردد که با توجه به میزان اهمیت دستگاه میتواند منجر به توقف تولید یک کارخانه گردد.
این توقفهای ناخواسته و خارج از برنامه برای صنایعی با خط تولید پیوسته بسیار پرهزینه و زیانبار است. ازاینرو یکی از نگرانیهای مهندسین شاغل در برنامههای نگهداری و تعمیرات بالا بردن ضریب اطمینان تجهیزات و ماشینآلات تولیدی است. بهجرئت میتوان ادعا نمود که اطمینان از وضعیت بیرینگهای یک تجهیز اولین مرحله بهسوی عملکرد قابلاعتماد تجهیزات است. به همین علت بیرینگها همواره از سوی سازندگان و مصرفکنندگان مورد تحقیقات و پایش گستردهای قرارگرفتهاند و پیرو آن تکنیکهای متعدد و کارآمد از تکنیکهای پیشرفته تا بسیار ساده و ابتدایی برای تشخیص خرابی بیرینگها توسط سازندگان تجهیزات پایش وضعیت به کاربران ارائهشده است.
دلایل زیادی برای آسیب و شکست یک بیرینگ وجود دارد که از آن جمله میتوان به خستگی، مشکلات روان کاری مشکلات آببند، بارگذاری سنگینتر از حد مجاز، مشکلات نصب، جابجایی و ذخیرهسازی غیراصولی و ... اشاره نمود.
بر اساس دستهبندی ارائهشده از سوی شرکت SKF حدود 16% از خرابیهای زودرس بیرینگ ناشی از نصب نادرست و عدم آگاهی از وجود تجهیزات صحیح نصب است. همچنین 36% از خرابیهای زودهنگام بیرینگ در اثر انتخاب نادرست و یا اعمال مقدار ناکافی روان کار رخ میدهد. حدود 14% از موارد خرابی پیش از موعد بیرینگها نیز ناشی از ورود آلودگی است. بارگذاری بیشازحد و همچنین سرویس نبودن بیرینگها نیز علت 34% از خرابیهای زودهنگام بیرینگها است.
بهمنظور عیبیابی بیرینگها ابتدا لازم است نشانههای عمومی که دلالت بر عملکرد نامناسب بیرینگ دارد؛ مورداشاره قرار گیرد. عمومیترین مشخصههایی که دلالت بر عملکرد نامناسب بیرینگ دارد شامل حرارت بیشازحد، سروصدا، ارتعاشات، حرکت بیشازحد و اصطکاک بیشازحد است. بهطورکلی افزایش غیرمنطقی دمای بیرینگ یکی از علائم کارکرد نامطلوب بیرینگها است که در صورت کارکرد بیرینگ در این شرایط منجر به کاهش عمر بیرینگ خواهد شد.
مهمترین علت افزایش دمای کارکرد بیرینگ ناشی از مشکلات روان کاری - روان کاری بیشازحد یا فقدان روان کار - ، آببندی نامناسب، لقی نامناسب و بارگذاری نامناسب است. یکی دیگر از علائم خرابی بیرینگها افزایش سروصدا در آنها است که از عمدهترین علتهای این مسئله میتوان به تماس فلز با فلز در اثر روان کاری نامناسب و یا لغزش عناصر غلتان در اثر بارگذاری نامناسب، آلودگی، کلیرنس پایین، آسیب سطحی و سایش اشاره نمود.
حرکت بیشازحد شفت نیز در اثر لقی و آزادی، آسیبهای سطحی و لقی داخلی نادرست بیرینگ روی میدهد. اصطکاک بیشازحد موقع چرخش شفت به علت پیش بارگذاری نامناسب، آببندی اشتباه، آسیبهای سطحی و طراحی غلط روی میدهد. هنگامیکه یک بیرینگ تحت بارگذاری میچرخد، ظاهر سطوحعموماً به شکل نقش و طرحهایی بر روی مسیر ساچمه روی کنس داخلی و یا خارجی ظاهر میگردد. این نقشها با توجه به شرایط بارگذاری بیرینگ و نحوه چرخش متفاوت هستند.
بررسی الگوی مسیر در یک بیرینگ دمونتاژ شده سرنخهای خوبی از شرایط حاکم بر کارکرد بیرینگ به تحلیلگر ارائه میدهد. تجربه نشان داده است در اکثر موارد آسیبهای بیرینگ در محدوده الگوی مسیر آغازشده است و بازرسی سطوح بیرینگ میتواند اطلاعات مفیدی درباره شرایط بهرهبرداری بیرینگ ارائه دهد. برای این منظور لازم است الگوی مسیر، سایش و فرسایش کیج، خوردگی فرسایشی بر روی رینگ داخلی و خارجی و تغییر رنگ عناصر غلتان و مسیر ساچمه رو بررسی گردد.
نکته قابلتوجه آنکهحتماً شرایط کارکرد عادی نیز میتواند منجر به تشکیل الگوی مسیر شود. بنابراین لازم است ضمن آشنایی با انواع الگوی مسیر، تفاوت بین الگوهای عادی و غیرعادی نیز تشخیص داد شود.
با فرض بارگذاری ثابت و تک جهتی بر روی سطوح یک بیرینگ، بار اعمالی از طریق کنس داخلی تحمل شده و از طریق عناصر غلتان به کنس خارجی منتقل و تقسیم میگردد. با توجه به چرخش کنس داخلی، همهی نقاط کنس مذکور به داخل منطقه بارگذاری واردشده و درنتیجه یک نوار با عرض یکسان در سطح کنس ایجاد خواهد شد. از سوی دیگر و با توجه به ثابت بودن کنس خارجی، منطقه بارگذاری کنس خارجی تنها به ناحیهی بارگذاری محدود میگردد. این مسئله منجر به ایجاد الگوی مسیر با عرض متغیر در محدوده بارگذاری خواهد شد.
در صورت انطباق نرمال بین شفت، کنس داخلی و هوزینگ با کنس خارجی و وجود لقی داخلی نرمال در بیرینگ، الگوی مسیر کمتر از نصف محیط دایره از مسیر ساچمه رو گسترش خواهد یافت. وجود بارمحوری نیز موجب ایجاد الگوی مسیر در یکطرف مسیر ساچمه رو در کنس داخلی و خارجی خواهد شد. بر اساس استاندارد ISO15243 حالات مختلف آسیبهای بیرینگ در شش گروه اصلی دستهبندی میگردد. این طبقهبندی باهدف شناخت علت آسیب بیرینگها و پیشگیری از وقوع مجدد خرابی ارائهشده است. لازم به ذکر است که دستهبندی مذکور مربوط به بعد از تولید آسیبهای پایدار است.
یک دستهبندی دیگر آسیبهای بیرینگ را به دودسته کلی پیش عملیاتی و عملیاتی تقسیم میکند. آسیبهای پیش عملیاتی پیش و یا در زمان نصب بیرینگ رخ میدهند درحالیکه آسیبهای عملیاتی آن دسته از خرابیها را شامل میشود که در زمان بهرهبرداری از بیرینگ رخ میدهند.
در پژوهش جاری ضمن تشریح رفتار ارتعاشی کمپرسور فرآیند مرحله دوم فولاد احیا، به چگونگی تشخیص و تبیین علل خرابی بیرینگهای کمپرسور موردمطالعه پرداختهشده است. در این کمپرسور با گردش یک جفت لوب در داخل یک محفظه جریان سیال را به حرکت میاندازد و ایجاد فلوی بالا و فشار پایین از مشخصات این نوع کمپرسور است. لوبهای کمپرسور بافاصلهی معینی در داخل یک محفظه خلاف جهت یکدیگر میچرخند که این محفظه دارای یک ورودی جهت مکش گاز و یک خروجی جهت انتقال گاز است. دو لوب مذکور بهصورت موازی با یکدیگر قرار داشته و حرکت یکی از آنها توسط تایمینگ گیر - Timing Gear - به دیگری منتقل میشود.
کمپرسورها دارای سه محفظه بوده که محفظه نخست جهت لوبها، محفظه دوم محلی جهت قرار گرفتن بیرینگها و مکانیکال سیلها و محفظه سوم جهت تایمینگ گیر است. نمای شما تیک اجزای داخلی در شکل - 1 - و چیدمان بیرینگهای کمپرسور در شکل - 2 - ارائهشده است.
شکل - 1 شما تیک چیدمان اجزای داخلی کمپرسور
وضعیت بیرینگها را میتوان با بهرهگیری از روشهای عیبیابی ارتعاشی اندازهگیری و ارزیابی نمود. عیوب در بیرینگها ناشی از جدایش موضعی مواد، ظهور ترک در سطوح بیرینگ و یا اجزای غلتشی است. تماس سطوح آسیبدیده با سایر سطوح موجب ایجاد ضربه یا شوک پالس میشود که حاصل آن تولید امواج ارتعاشی است. به ازای هر حرکت در بیرینگها یک فرکانس در طیف فرکانسی تحریک خواهد شد.
درنتیجه فرکانس دور شفت، فرکانس چرخش کیج، فرکانس گذر ساچمه از کنس داخلی، فرکانس گذر ساچمه از کنس خارجی و فرکانس چرخش ساچمه در طیف فرکانسی قابلمشاهده است. وجود عیب در بیرینگ موجب تحریک برخی از فرکانسهای مذکور خواهد شد. بهعبارتدیگر هر یک از فرکانسها بیانگر نرخ ضربه ایجادشده در اثر عیب مربوطه است و با رشد عیب، ضربات ناشی از عیب، فرکانسهای رزونانس مجموعه را نیز تحریک میکند. نخستین علامت سایش در بیرینگها، شوک پالس ناشی از ضربه فلز با فلز است که در حوزه زمان قابلمشاهده است.
