آنالیز ارتعاشات

آنالیز ارتعاشات یا همان تحلیل لرزش که برای اهداف زیر از آن استفاده می‌شود:

1.ارزیابی شرایط ماشین

2.عیب یابی تجهیز

3.انجام تعمیرات

در این روش با استفاده از تجهیزاتی نظیر دستگاه های آنالیز ارتعاشات حرکت لرزشی ماشین تصور شده سپس برای شناسایی عوامل این رویداد تست هایی انجام میشود و در نهایت راهکارهایی برای کاهش این لرزش پیشنهاد می‌شود.

 فرآیند آنالیز ارتعاشات

آنالیز ارتعاشات یک پروسه دو مرحله ای است که مرحله ی اول آن جمع آوری داده های اولیه و مرحله ی دوم آنالیز این داده ها است.

جمع آوری داده های اولیه

اولین کار برای شروع آنالیز ارتعاشات جمع آوری داده ها می باشد.در شرایط مختلف متخصص ارتعاشات می داند به چه داده هایی نیاز دارد.  برای مثال، برای تعیین وضعیت یک الکتروموتور با دور RPM  1400، اطلاعات در مورد سرعت ارتعاشات جمع آوری می‌شود در صورتی که برای یک گیربکس دور بالا،  مثلا RPM  5000 مهم است که اطلاعات مربوط به شتاب و سرعت ارتعاشات با هم جمع آوری شود. ممکن است در طول داده برداری نیاز باشد ماشین در دورهای متفاوت راه اندازی شود یا اندازه گیری در جهات مختلف انجام گیرد.

موارد مهم در جمع آوری داده‌ها برای انجام آنالیز ارتعاشات:

1) تعیین ویژگی های طراحی: دور، نوع یاتاقانها، چرخ‌دنده‌ها، شرایط ظاهری (صدا، وضعیت فونداسیون و … ).

2) تعیین ویژگی های عملیاتی ماشین: تاریخچه تعمیراتی، شرایط کاری از قبیل درجه حرارت، بار و غیره

 3)  تعیین هدف داده برداری: داده برداری دوره ای، عیب یابی، تست های پس از تعمیر و…

 4) تعیین واحد داده ها: جابه جایی، سرعت، شتاب و زاویه ی فاز

 5) تعیین محل و جهت اندازه گیری ارتعاشات: اندازه گیری افقی، عمودی و محوری.

 6)  انتخاب دستگاه اندازه گیری: لرزش سنج، آنالایزر و غیره

 7) تعیین نوع سنسور: سنسور سرعت، شتاب و غیر تماسی

 8) نوع اطلاعات مورد نیاز را مشخص کنید: میزان کلی ارتعاشات، دامنه نسبت به فرکانس، دامنه نسبت به زمان و غیره

 9) اندازه گیری را انجام دهید: روی نتایج غیر منتظره دقت کنید

 

حالا موارد بالا را به تفکیک توضیح میدهیم:

1) تعیین ویژگی های طراحی در آنالیز ارتعاشات

در نظر گرفتن مشخصات ماشین از نظر دور، نوع یاتاقان ها، فرکانس های چرخ دنده ها، فرکانس های آیرودینامیک، هیدرولیک و غیره برای پیش بینی فرکانس های ارتعاشی که می توان انتظار داشت بسیار مفید است. به این صورت متخصص آنالیز ارتعاشات محدوده‌ی فرکانس هایی که قرار است اندازه گیری شوند را می‌داند و با توجه به شرایط این فرکانس ها و مقدار تغییرات در آنها عملکرد ماشین پایش شده یا در صورت خرابی تشخیص داده می‌شود.

2) تعیین ویژگی های عملیاتی ماشین در تحلیل ارتعاشات

خصوصیات عملیاتی ماشین می تواند نوع ابزار کار آنالیز را تعیین کند. برای مثال ماشین های ابزار خط تولید با سیکل های کار کرد خیلی کوتاه ممکن است، به دلیل محدودیت زمانی برای کار آنالیز، به آنالیز تفصیلی موج ارتعاشات با زمان نیاز داشته باشند. ماشین آلاتی که دور و یا بار آنها به طور پیوسته با زمان تغییر می کند ممکن است به ابزار آنالیز با فیلتر Tracking  احتیاج داشته باشند. ماشین آلاتی که دارای ارتعاشات بسیار پیچیده و متفاوت هستند، ممکن است به معدل گیری اسپکترام ارتعاشات (Spectrum Averaging) یا تکنیک های خاص دیگری برای آنالیز نیاز داشته باشند. آگاهی از مشخصات ماشین همچنین اطلاعات لازم برای انتخاب بهترین محل و جهت برای نصب سنسور را در اختیار می‌گذارد.

3) تعیین هدف داده برداری

اهداف داده‌برداری ارتعاشات شامل موارد زیر می‌باشد:

الف) اندازه گیری های عادی دوره‌ای

اندازه گیری های دوره ای، به طور روتین سبب می شود که مشکلات ماشین ها به موقع تشخیص داده شوند و در نتیجه بتوان کار تعمیر مورد نیاز را برنامه ریزی کرد.

ب) اندازه گیری شرایط پایه (Baseline Measurement)

به اندازه گیری اطلاق می شود که روی ماشینی انجام شده باشد که به خوبی بالانس شده، به خوبی Align شده، تحت شرایط عملیاتی نرمال کار می کند و در آخرین وضعیت نصب خود می باشد و در وضعیت بهره برداری عادی قرار دارد. حدود نرمال ارتعاشات تحت این شرایط معیاری است که نسبت به آن اندازه گیری های بعدی را می توان مقایسه کرد.

ج) تست های قبل و بعد از تعمیرات

اندازه گیری ارتعاشات پیش از تعمیر کلی می تواند مشخص کند که کدام یک از ماشین آلات نیاز به تعمیر دارند و کدام ندارند. اندازه گیری پس از تعمیر مشخص می کند که آیا عیوب برطرف شده اند و آیا کیفیت کار تعمیر مطلوب بوده است یا خیر.

د) عیب یابی ماشین

از اندازه گیری ارتعاشات غالبا برای تعیین علت ارتعاشات بالای ماشین آلات استفاده میشود. هم چنین روی برخی ماشین آلات، مانند ماشین های ابزار، ارزیابی ارتعاشات می تواند برای تعیین علت افت کیفیت محصول از نظر تلرانس و یا اثرات ناشی از لرزش باشد.

4) انتخاب محل و جهت اندازه گیری

معمولا ارتعاشات را روی یاتاقان ماشین آلات اندازه می گیرند. سنسورها باید روی یاتاقانها. یا در نزدیک ترین نقطه به آنها قرار داده شوند. زیرا ارتعاشات ماشین از طریق یاتاقان ها منتقل می شود. حرکت یاتاقانها نتیجه ی عکس العمل نیروهای درون ماشین است. اندازه گیری ارتعاشات در جهات مختلف می تواند بسیار مفید باشد. این مشخصه اساسی دیگری را در ارتعاشات بیان می کند که آن جهت حرکت است. تجربه نشان داده است که سه جهت مهم برای اندازه گیری وجود دارد: افقی، عمودی و محوری. جهت های افقی و عمودی را جهت های رادیال گویند و این در حالتی است که محور سنسور در جهت عمود بر محور چرخش شافت است انجام می‌شود و جهت محوری در راستای شافت می باشد.

5) انتخاب دستگاه آنالیز ارتعاشات

قاعدتاً برای انجام اندازه‌گیری درست باید آشنایی کافی با دستگاه اندازه گیری ارتعاشات داشته باشیم. با توجه به اهداف اندازه‌گیری و مشخصات ماشین، دستگاه اندازه‌گیری انتخاب می شود. در این مبحث مشخصات برخی از دستگاههای لرزش سنج و آنالایزر و دستگاههای دیگر تشریح می گردد:

 الف) لرزش سنج ها (Vibration Meters)

لرزش سنج ها دستگاههای پرتابلی هستند که با باتری کار می کند و برای اندازه گیری سریع میزان ارتعاشات به کار می روند. لرزش سنجها معمولا دارای یک سویچ برای انتخاب محدوده و سویچ دیگری برای انتخاب واحد اندازه گیری و تست باتری می‌باشند. برخی از لرزش سنج ها ممکن است امکانات اضافه ای مانند امکان اندازه گیری صدا و اسیلوسکوپ و انتخاب فیلترداشته باشند. خانواده ی دیگری از لرزش سنج ها دستگاه های میکروپروسسوری Data Collector می باشند. این دستگاه می تواند برای انجام یک سری اندازه گیری ها برنامه ریزی شده و مقادیر اندازه گیری را برای انتقال نهایی به یک رایانه ذخیره کند. لرزش سنج ها را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:

 Meter ساده: مشخصه ی این دستگاه این است که با یک یا دو واحد مانند جابه جایی و یا سرعت اندازه گیری ارتعاشات را انجام میدهد.

Meter پیشرفته: اندازه گیری های ارتعاشات در واحد های سرعت، جابه جایی، شتاب و انرژی اسپایک را اندازه می گیرد. ممکن است فیلترهای ساده High – Pass یا Low – Pass داشته باشد.

 Meter مرکب: امکان اندازه گیری واحدهای دیگری مانند صدا ، علاوه بر سرعت، جابه جایی و شتاب را هم دارد.

 Data Collector: لرزش سنج با توانایی برنامه کردن میکروپروسسوری، می تواند برای اندازه‌گیری انواع واحدها از قبیل درجه حرارت و مشخصات عملیاتی دیگر برنامه شود و مقادیر زیادی از اطلاعات را در خود ثبت کند این دستگاه میتواند آنالایزر هم باشد.

 

ب) آنالایزرهای ارتعاشات  (Vibration Analyzers)

آنالایزرها را می توان به دو گروه تقسیم کرد: 

A) آنالایزر برای تست های پیشرفته وخاص

B) آنالایزر با امکانات کامل پایش وضعیت.

مطابق با سفارش کاربر آنالایزرهای BK توانایی ارتقاع دارند و امکان طراحی گرافهای خاص وجود دارد

امکانات آنالایزر پیشرفته محدود به اندازه گیری دامنه و فرکانس ارتعاشات میباشد. آنالایزر کامل امکانات  اضافه علاوه بر داده های فوق را شامل می شود.

امکانات آنالایزرها:

کار با برق متناوب و باتری

انتخاب واحد اندازه گیری

ورودی های سنسور

بسیاری از آنالایزرها می توانند از سنسور مختلف ورودی بگیرند، مانند شتاب سنج، سنسور سرعت و غیر تماسی. در آنالایزرهایی که دارای دو ورودی سنسور مشابه باشند، می توان دو سنسور را در یک لحظه به آنها متصل کرد که برای بالانس کردن در دو صفحه و برخی موارد دیگر مانند انجام آنالیز فاز از آنها استفاده می‌شود.

اندازه گیری دامنه

دامنه ی ارتعاشات روی دامنه سنج آنالایزر خوانده می شود. اندازه گیری دامنه می تواند به صورت آنالوگ یا دیجیتال باشد. دامنه سنج دیجیتال برای اندازه گیری دقیق دامنه سنج های آنالوگ به خصوص در مواردی که دامنه متغیر است مناسب می باشند.

انتخاب بازه‌ی دامنه

معمولا بهترین خواندن در حالتی است که میزان ارتعاشات حدود دو سوم () حد انتخاب شده روی سویچ باشد.

فرکانس سنج

فرکانس سنج هم می تواند آنالوگ و هم دیجیتال باشد. معمولا فرکانس سنج مادام که دامنه سنج حداقل به ۱۰ درصد حداکثر Scale انتخاب شده روی سویچ بازه ی دامنه نرسیده باشد حرکت نمی کند. بنابراین باید سویچ دامنه را ابتدا در مقیاسی قرار دهید که حداقل  به آن را روی دامنه سنج بخوانید و سپس با فرکانس سنج و سویچ بازه ی فرکانسی کار کنید.

انتخاب بازه ی فرکانسی

فیلتر آنالایزر

اگر شما بخواهید با یک دوربین شکاری فاصله ای نزدیک را ببینید باید عدسی های آن را تنظیم کنید در غیر این صورت تصویر تار خواهد بود. در صورتی که دوباره بخواهید دوردست را ببینید باید دوباره دوربین را تنظیم کنید. شما باید طیف مشخصی از نور را ببینید و آن را برای چشم خود واضح نشان بدهید. داده های ارتعاشی دریایی از اطلاعات عددی هستند که شما برای هر عیب و در شرایط مختلف باید طیف خاصی از آنها را برای مشاهده انتخاب کنید.

ماشین آلات غالبأ دارای بیش از یک فرکانس ارتعاشی هستند. از آن جا که ما برای تعیین عیب ماشین باید فرکانس های ارتعاشات آن را شناسایی کنیم، به وسیله ای نیاز داریم که بتواند امکان اندازه گیری ارتعاشات در فرکانس های به خصوصی را فراهم آورد. این کار را فیلتر آنالایزر انجام میدهد و فیلتر بسیار شبیه Tuner در رادیو است، که برای رد کردن ایستگاه هایی که تمایل به دریافت آن نیست و خواهان ایستگاه ی که تمایل به گوش دادن آن است استفاده می شود.
فیلترها انواع مختلفی دارند که میتوانند با دست تنظیم شوند و یا از نوع اتوماتیک باشند. برای استفاده صحیح از آنها بایستی برخی موارد را بشناسیم. در درجه اول مهم است که بدانید که فیلتر تنها ارتعاشات در فرکانسی که روی آن تنظیم شده از خود عبور میدهد، یعنی فرکانس های درون باند را می پذیرد و خارج از باند را دفع می کند.

اسیلاتور داخلی (Internal Oscillator)

یکی از امکانات مهم بسیاری از آنالایزرها اسیلاتور یا نوسان ساز داخلی است. اسیلاتور، چراغ استروپ  (Strobe Light) آنالایزر را با فرکانس ثابتی که توسط پیچ کنترل فرکانس آسیلاتور انتخاب می شود، روشن و خاموش می کند. این فرکانس مستقل از سیگنال ارتعاش میباشد. از این خاصیت برای مطالعات به خصوصی استفاده می شود مانند مطالعات حرکت آهسته (Slow Motion) اندازه گیری دور و تنظیم کردن دقیق فیلتر آنالایزر

چراغ استروب (Strobe Light)

بیشتر آنالایزرها دارای چراغ استروب هستند. سرعت چشمک زدن یا فلاش زدن چراغ استروب بستگی به موقعیت کلید انتخاب (Function Switch) دارد. در صورتی که کلید روی موقعیت Oscillator باشد، فلاش زدن چراغ از طرف اسیلاتور داخلی آنالایزر، Trigger میشود. سرعت فلاش زدن را در این حالت به میزان دلخواه به طور مثال ۱۵۰۰۰ فلاش در دقیقه می توان تنظیم کرد. در حالت دوم می توان چراغ استروب را با فرکانس ارتعاشات تریگر کرد. اگر کلید انتخاب روی یکی از فیلترهای Sharp یا Broad باشد، ارتعاشات سنسور چراغ استروب را | تریگر کرده و چراغ تحت فرکانس ارتعاشات فلاش خواهد زد. فرکانس فلاش زدن را فرکانس سنج آنالایزر نمایش خواهد داد.
تریگر کردن چراغ استروب از طریق ارتعاشات واقعی ماشین امکان تعیین زوایای فاز نسبی ارتعاشات بین دو و یا نقاط بیشتری از ماشین را فراهم می آورد. چراغ استروب علامت Reference روی هر قطعه ای که با فرکانس ارتعاشات دوران یا نوسان می کند را ثابت (Freeze) خواهد کرد. مقایسه موقعیت زاویه ای علائم Reference روی دو نقطه از ماشین امکان تعیین زاویه ی فاز نسبی را می دهد. داشتن امکان اندازه گیری زوایای فاز قادر می سازد که عملیات بالانس و کارهای آنالیز متنوعی را انجام داد مانند موارد زیر:
۱– تعیین محل نصب وزنه های تصحیح برای بالانس کردن

 ۲– چک کردن عکس العمل ارتعاشی به شرایط  Misalignment
٣– و …. –

ابزارهای دیگر مورد استفاده در آنالیز ارتعاشات

علاوه بر لرزش سنجها و آنالایزرها، ابزارهای دیگری هستند که می توانند در آنالیز ارتعاشات بسیار مفید واقع شوند که برخی از در زیر معرفی می شوند:

 اسیلوسکوپ

در آنالایزرهای کامل، محلی برای اتصال اسیلوسکوپ در نظر گرفته شده است. از این محل اتصال یک سیگنال AC که دقیقا از تبدیل ارتعاشات به دست آمده به اسپلکوسکوپ ارسال می شود و در نتیجه می توان موج ارتعاشی را ری اسیلوسکوپ مشاهده کرد. تقریبا هر اسیلوسکوپی که مورد استفاده عمومی داشته باشد. برای این کار مناسب است. بسیاری از مشکلات ماشین آلات را می توان از روی موج ارتعاشی آن ها شناسایی کرد.

استفاده دیگر از اسیلوسکوپ اندازه گیری Impact یا ارتعاشات گذراست. هم چنین اسیلوسکوپ کمک با ارزشی در ارزیابی اطلاعاتی است که توسط سنسور های غیر تماسی به دست می آید دارد. برای مثال خش های موجود روی شافت گاهی اطلاعات ارتعاشی گمراه کننده ای به وجود می آورد که در صورت استفاده از اسیلوسکوپ به سادگی وجود این خشها تشخیص داده می شود.

گوشی

از محل اتصال اسیلوسکوپ به آنالایزر می توان برای موارد دیگری نیز استفاده کرد. برای مثال می توان یک گوشی به این محل متصل نمود، در این صورت می توان فرکانس های مختلف ارتعاشی را شنید

ثبات سرعت بالا  (High Speed Recorders)

می توان یک ثبات سرعت بالا را به محل اتصال اسیلوسکوپ آنالایزر وصل نمود تا امواج ارتعاشی را ثبت نماید. ثبت اطلاعات از این راه برای مطالعه ارتعاشاتی که در زمان راه اندازی یا در طول زمان توقف ماشین، تغییرات سریع دارد به کار می رود

ثبات DC (دی سی رکوردرز)

برخی از لرزش سنجها و آنالایزرها دارای امکاناتی هستند که می توان یک ثبات DC را به آنها متصل نمود. ولتاژ DC دستگاه اندازه گیری ارتعاشات متناسب است با دامنهی ارتعاشاتی که روی دامنه سنج قرائت می شود، به این ترتیب می توان دامنهی ارتعاشات را در طول زمان طولانی ثبت نمود. برخی از آنالایزرها خود دارای ثبات های DC هستند.

ثبت دامنه ارتعاشات می تواند برای تشخیص عيوب ماشین آلات نیز مؤثر باشد. برای مثال در یک کارخانه کاغذسازی خرابی های مکرر روی یاتاقانهای قسمت خشک کن اتفاق می افتاد. و هیچ دلیل روشنی برای آن به نظر نمی رسید و اندازه گیری ارتعاشات هم مشکلی را نشان نمی داد. در نهایت یک ثبات DC به آنالایزر وصل شد تا ارتعاشات را در طول چند روز ثبت کند. بررسی منحنی ثبت شده چندین دوره زمانی کوتاه مدت با ارتعاشات زیاد را نشان داد، که با داشتن زمان آغاز ثبت اطلاعات و سرعت ثبات، زمان دقیق بروز تغییرات کوتاه مدت به دست آمد و روشن شد که این زمانها مصادف است با راه اندازی خط مجاور این خشک کن. با تقویت سازه ی خشک کن، مشکل خرابی های مکرریاتاقان ها حل شد.

6) تعیین نوع اطلاعات مورد نیاز

پیش از اندازه گیری بررسی مسئله برای تعیین نوع اطلاعات مورد نیاز برای آنالیز مفید خواهد بود. برنامه ریزی دقیق می تواند وقت زیادی را برای اندازه گیری ها صرفه جویی کند و جمع آوری مفیدترین اطلاعات را سبب گردد. اندازه گیری های مختلفی که می توان انجام داد، می تواند به یکی از اشکال زیر باشد:

• میزان کلی ارتعاشات (Overall Vibration) : که یک تست کلی و سریع از وضعیت ماشین است.

دامنه نسبت به فرکانس:
این اندازه گیری اسپکترام ارتعاشات است که به کمک آن می توان عیوب را از روی فرکانس آنها تشخیص داد.

دامنه نسبت به زمان:
این اندازه گیری را برای تعیین ارتعاشاتی که از روی منحنی دامنه نسبت به فرکانس قابل تشخیص نباشند می توان انجام داد. اندازه گیری دامنه نسبت به زمان برای ارتعاشات گذرای سریع و یا ارتعاشاتی که به آهستگی تغییر می کنند مناسب است. برای ارتعاشات گذرا. از اسیلوسکوپ که محور افقی آن به میلی ثانیه مقیاس بندی شده. و برای ارتعاشات با تغییرات آهسته از یانی که محور افقی آن به ثانیه مقیاس بندی شده می توان استفاده کرد.

اندازه گیری زاویه ی فاز:
برای عملیات بالانس، ارزیابی وضعیت هم خطی، لقی و مسائل فونداسیون استفاده نمود.

انرژی اسپایک:
برای تعیین وضعیت یاتاقان های غلتکی، چرخ دنده ها و عيوب فرکانس بالا استفاده می شود

7) انجام اندازه گیری

آخرین مرحله در جمع آوری اطلاعات انجام اندازه گیری است. که اهمیت فوق العاده در کار تالیز دارد، بنابراین پاره ای از مسائلی که باید در این مرحله باید در نظر داشت عبارت اند از:

ترتیب اندازه گیری ها را از پیش معین کنید تا مطمئن شوید اطلاعات دقیق در کوتاه ترین زمان جمع آوری خواهد شد.

دستگاه اندازه گیری را برای صحت کار آزمایش کنید.

از نصب صحیح سنسور مطمئن شوید.

با مسؤولین تعمیراتی و اپراتورها صحبت کنید تا در مورد تاریخچه ماشین اطلاعاتی به دست آورید.

علاوه بر ارتعاشات هرگونه مشاهدات عینی خود از بررسی محل مانند صدا، روغن ریزی، بو و غیره را که بتواند در تعیین وضعیت ماشین مفید باشد را یادداشت کنید.

اندازه گیری ها را از نظر مقادیر دور از انتظار بررسی کنید. و در صورت لزوم برای تعیین علت، اندازه گیری های بیشتری انجام دهید.

اندازه گیری ها را از نظر صحت و اعتبار بررسی کنید

اطلاعات کافی جمع آوری کنید

در صورت امکان، با وضعیت ماشین های مشابه مقایسه کنید.