بخشی از مقاله
چکیده
مقاله حاضر به مبحث ارتعاش سنجی از مجموعه روش های پایش وضعیت در پیش بینی عیوب محتمل در آسیای نیمه خود شکن مربوط می شود و به طور خاص به عیب یابی چرخ دنده های سیستم محرکه این تجهیز پرداخته شده است.
وجود ضربات ناشی از برخورد سنگ با بدنه آسیا باعث بروز نویز های زیاد در نمودارهای ارتعاشی در حوزه زمان گردیده ولی با انتقال اطلاعات به حوزه فرکانس مشخص گردید که فرکانس های ظاهر شده به هارمونیک های اجزای مختلف از جمله الکتروموتور، چرخ دنده ها و یاتاقان ها مربوط می شوند. با استفاده از نمودار ترند دامنه ارتعاشات به همراه تفسیر طیف فرکانس ها، وجود سایش در یکی از دنده ها پیش بینی گردید.
بازرسی عینی این پیش بینی را تایید نمود و با توجه به شدت سایش برای جلوگیری از صدمه به سایر اجزا دنده معیوب تعویض گردید. با این وجود، داده های ارتعاشی وجود نقص در سیستم را مجدد پیش بینی نموده هر چند نوع آن متفاوت است. با تفسیر این اطلاعات عدم نصب صحیح و همچنین عدم سازگاری دنده جدید با دنده مقابل به عنوان دلایل احتمالی علائم معرفی می شوند. با رفع مشکلات نصب، ترند دامنه و همچنین طیف فرکانس ها به وضعیت طبیعی بر می گردند.
1. مقدمه
ثبت و تحلیل ضربان نبض و قلب از روش های قدیمی و بسیار مهم در تشخیص بیماری های انسان ها بوده و البته امروزه نیز اهمیت خود را حفظ کرده است. بطور معمول، اندازه گیری این پارامتر نوسانی از اولین اقدامات تشخیصی بر روی یک بیمار می باشد. با توجه به مفید بودن این روش، با پیشرفت تکنولوژی ابزارهای جدیدی نیز برای ثبت این پارامتر حیاتی ابداع و ساخته شده اند.
در کنار این کمیت، پارامترهای دیگری از جمله فشار، آنالیز عنصری خون و ... در تشخیص بیماری موثر هستند. در واقع یک پزشک متخصص با کنار هم قرار دادن این اطلاعات در مورد دلایل احتمالی بروز بیماری نتیجه گیری کرده و راه حل های مناسب را پیشنهاد می نماید. واحد پایش وضعیت - Condition Monitoring-CM - در یک واحد صنعتی نقشی مشابه آزمایشگاه تشخیصی و کارکنان این واحد نیز نقش متخصصین اندازه گیری و مفسر و به دنبال آن ارائه دهنده راه حل را ایفا می نمایند.
همانگونه که در تشخیص بیماری یک موجود زنده آزمایشات مختلفی انجام می شود در تشخیص عیوب یک ماشین نیز اندازه گیری های مختلفی همچون ثبت ضربان ارتعاشات، اندازه گیری میزان صدا، ثبت دما، ثبت فشار روغن، آنالیز عنصری روغن و ... قابل انجام است. البته استفاده از این روش فقط بعد از بروز عیب موفقیت کمتری دارد و در حقیقت باید ثبت این اطلاعات بصورت دوره ای و منظم انجام شود که در این جا پایش وضعیت پیوسته نامیده می شود.
در حقیقت، با این نوع پایش، امکان رصد نمودن تغییرات کمیات مورد اندازه گیری وجود دارد چرا که برخی اوقات مقدار مرجع مشخصی برای کمیات اندازه گیری شده قابل بیان نیست بلکه تغییرات آن تعیین کننده وضعیت تجهیز است. مزیت دیگر پایش وضعیت پیوسته، تشخیص سریع عیوب و پیشگیری از گسترش آن می باشد که بطور خلاصه می توان گفت نقش پیش بینانه دارد که ابزار مناسب برای پیش گیری محسوب می شود.
تاکنون از روش ارتعاش سنجی، تجهیزات مختلفی مورد مطالعه و پایش قرار گرفته اند و قابلیت این روش اثبات شده است. بعنوان نمونه، بهزاد و همکاران از این روش برای پیش بینی وضعیت پمپ ها استفاده نمودند.[2 ,1] خیری و همکاران از آنالیز ارتعاشات در تحلیل عیوب پیش آمده در طی کارکرد فن های نیروگاه استفاده نمودند.[3] در تحقیقی دیگر، کندی و دیلمی از ارتعاش سنجی در تحلیل وضعیت پمپ های مورد استفاده در نیروگاه استفاده نمودند
جعفری و همکاران، از روش ارتعاش سنجی برای عیب یابی و همچنین اصلاح نصب پمپ های کارخانه گندله سازی آهن استفاده نمودند.[5] وزیری سرشک از آنالیز ارتعاشات به همراه تحلیل نظری برای اصلاح هندسه پره های فن استفاده نمود.[6] یکی از کاربردهای عینی ارتعاش سنجی تشخیص اشکالات حین کارکرد گیربکس ها می باشد که در برخی موارد بدون باز کردن آن می توان عیوب را پیش بینی نمود.
با این مقدمه، در جهت بهبود عملکرد تجهیزات و کاهش صدمات ناشی از خرابی و توقفات مربوطه، در مجتمع معدنی صنعتی گل گهر از ابزارهای مختلفی برای پایش وضعیت تجهیزات استفاده می شود. مقاله حاضر به قسمتی از تحقیق مربوط به چرخ دنده های موجود در آسیای هوایی - - Aerofall Mills کارخانه فرآوری مجتمع به ویژه با رویکرد ارتعاش سنجی اختصاص دارد.
2. تشریح سیستم
خردایش مواد در هر فرآیند فرآوری اولین مرحله عملیاتی است و البته از لحاظ هزینه سرمایه گذاری اولیه و نیز هزینه جاری در ردیف پرهزینه ترین بخش در فرآیند های فرآوری محسوب می شود. معمولا دست یابی به درجه آزادی مناسب با استفاده از روش های سنگ شکنی مقدور نبوده و نیاز است تا خردایش مواد معدنی در آسیاهای چرخان انجام شود. در آسیای خودشکن، خردایش ماده معدنی در اثر برخورد مستقیم بین ذرات با اندازه های مختلف موجود در خوراک و نیز دیواره داخلی آسیا انجام می شود. از طرفی دیگر در آسیاهای نیمه خودشکن برای افزایش نرخ کاهش ابعاد ذرات، گلوله های اضافی با جنس سخت نیز به داخل آسیا اضافه می شود و خردایش صرفا ناشی از کنش و واکنش ذرات بر روی هم نیست.
در شکل - 1 - نمای شماتیک قسمت مولد قدرت آسیای مورد تحقیق جاری نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه می شود حرکت دورانی پینیون که از طریق اتصال به یک الکتروموتور تامین می گردد باعث چرخش چرخ دنده حلقوی یا گرث گیر - Girth - gear شده که به محفظه آسیا متصل است. در واقع محفظه آسیا به همراه چرخ دنده آن بر روی یاتاقان های کفشکی - قطاعی - قرار داشته و محور آن معلق می باشد.
این دستگاه به دلیل شرایط کاری سخت ممکن است دچار مشکلات پیش بینی نشده و جدی گردیده که باعث توقفات طولانی دستگاه و کاهش تولید و هزینه های سنگین تعمیرات خواهد شد لذا باید با روش های مختلف مورد پایش وضعیت قرار گیرد. پیشتر ستوده بحرینی و همکاران با استفاده از آنالیز روغن به پایش وضعیت یاتاقان های قطاعی این تجهیز پرداخته اند.
یکی دیگر از قسمت های حساس این تجهیز مجموعه پینیون و گرث گیر آسیا می باشد که حرکت دورانی تجهیز را فراهم می نمایند. به علت بزرگ بودن چرخ دنده - قطر بیش از یازده متر - این مجموعه یک گیربکس باز را تشکیل می دهد که شرایط کاری و همچنین تنظیمات آن به مراتب پیچیده تر از گیربکس های بسته می باشد.
در این تحقیق سعی می گردد با آنالیز ارتعاشات، این چرخ دنده ها عیب یابی شوند. در واقع این سوال مطرح می شود که آیا آنالیز ارتعاشات می تواند در چنین مجموعه ای که در شرایط نسبتاً پیچیده کار می کند راهکار مناسبی برای عیب یابی باشد.
دلیل استفاده از واژه پیچیده به این علت است که تعداد زیادی متغیر تاثیرگذار بر عملکرد وجود داشته و همچنین منشا های متنوعی از جمله الکتروموتور، گیربکس واسطه، یاتاقان های مختلف، کوپلینگ ها و البته حرکات ضربه ای خردایش برای بروز سیگنال های ارتعاشی وجود دارند که می توانند بر روی هم اثر متقابل داشته باشند.
شکل.1 شماتیک قرارگیری موتور، گیربکس و پینیون آسیا
اطلاعات فنی قسمت های مختلف این مجموعه به شرح زیر می باشد.
- چرخدنده های پینیون و گرث گیر از نوع هلیکال با مدول نرمال 30 mm ، تعداد دندانه 23 و 372 و زاویه مارپیچ 12 درجه و پهنای دنده 508 mm می باشد.
- موتور الکتریکی با توان نامی3000 KW و سرعت دورانی990 RPM
- گیربکس با یک مرحله تغییر دور با توان نامی3000 KW ، سرعت دورانی شفت ورودی 990 RPM و شفت خروجی 195.93 RPM و به بیانی دیگر نسبت انتقال 1:5.0582
- چرخدنده های گیربکس از نوع هلیکال دارای تعداد دنده 96 و 19 می باشد.
- بیرینگ های دو سمت پینیون، از نوع غلتشی با شماره 23264 CAK
3. آنالیز ارتعاشات
برای استفاده موثر و مفید از روش آنالیز ارتعاشات بایستی اطلاعات کافی در مورد عوامل مختلف بروز ارتعاش و نویز در سیستم فراهم گردد. در سیستم مورد مطالعه جاری، اجزای مختلفی شامل الکتروموتور، گیربکس متشکل از یک جفت دنده، جفت دنده پینیون-گرث گیر، هشت یاتاقان غلتشی و تایرهای تکیه گاهی بدنه آسیا می توانند منشا سیگنال های ارتعاشی باشند.
بعلاوه، ضربه های ناشی از برخورد سنگ های داخل آسیا و خردایش نیز می توانند باعث بروز سیگنال ازتعاشی شوند. حال آیا در چنین وضعیتی می توان داده های ارتعاشی را ملاک تشخیص عیوب ممکن در سیستم قرار داد؟ در هر صورت در اینجا هشت نقطه مختلف مطابق با نام گذاری شکل - 1 - بر روی مجموعه تعریف گردید و به صورت دوره ای و پیوسته داده برداری ارتعاشی انجام گردید. در واقع در هر نقطه معرفی شده در سه راستای عمودی - - Vertical، افقی - - Horizontal و محوری - - Axial اندازه گیری ها انجام شد.
برای برداشت اطلاعات از سنسور سرعت سنج - پیکاپ زمین لرزه ای یا - seismic استفاده گردید. از نقطه نظر بازه فرکانس های ثبت شده، در ابتدا تاریخچه اطلاعات ثبت شده مورد بازبینی قرار گرفت تا محدوده فرکانس هایی که به طور معمول در آنها ظاهر شده مشخص گردد.
بر اساس نتایج این بررسی بازه فرکانسی 10 تا 1000 هرتز برای ثبت انتخاب گردید. البته در مواردی برای اطمینان از عدم گم شدن فرکانس های احتمالی بازه های بزرگتری نیز برای ثبت تنظیم گردید. سخت افزار اجرای این تحقیق، دستگاه ارتعاش سنجی RoZh مدل V4 بوده و اطلاعات برداشت شده برای پردازش به نرم افزار واسطه تحلیل ارتعاشی MRS3000 منتقل گردید.
سیگنال ارتعاشی به دست آمده در زمان های مختلف در حافظه دستگاه و همچنین نرم افزار ذخیره می شود تا در نهایت بتوان تمامی نتایج ارتعاشی را با یک دیگر مقایسه نمود و آنها را تفسیر نمود. در هر بار داده برداری طی حدود 50 ثانیه اطلاعات ارتعاشی ثبت و با استفاده از تحلیل فوریه سریع به حوزه فرکانس منتقل شد. در واقع اطلاعات در دو حوزه زمان و فرکانس در اختیار می باشند.
با توجه به اینکه مدیریت تعمیر و نگهداری برای مدت طولانی در مجتمع مستقر می باشد، در کنار اطلاعات پایش وضعیت، پرونده سابقه رخدادهای مختلف در بازه زمانی طولانی از کارکرد تجهیز نیز در اینجا بازبینی و رصد گردید.
