اختبار الاهتزازات الميكانيكية والكهربائية لمحمل المحرك

مقدمة

تعتمد الغالبية العظمى من المعدات الدوارة على محامل العناصر المتداول (REB) لاستمرار التشغيل الناجح. تحمل محامل العناصر المتداولة وظيفيًا حمولة العمود، وتضع العمود داخليًا وتفصل المكونات الدوارة عن المكونات غير الدوارة.

يعد تحديد أخطاء تحمل العناصر المتداول قبل أن تعطل العمليات أو تؤثر على جودة المنتج هو الأساس لمعظم برامج الصيانة التنبؤية. ومن خلال إجراء المسوحات وتقييم نتائج تشغيل المعدات على فترات دورية، تتم محاولة تحديد أخطاء المحامل قبل أن تصبح كارثية.

لسنوات عديدة، تم إجراء هذه الاستطلاعات بشكل موثوق للغاية باستخدام تحليل الاهتزاز الميكانيكي (MVA). توجد حاليًا عدة طرق متاحة لتحديد الأخطاء في محامل العناصر المتداولة. ستحاول هذه الورقة التعرف على هذه الطرق من تحليل الاهتزازات الميكانيكية إلى تحليل التوقيع الكهربائي (ESA).

مقدمة

تصف هذه الورقة مراحل الفشل الأربع التي تمر بها معظم محامل العناصر المتداول أثناء فشل الكلال النموذجي. ويناقش أيضًا استخدام تحليل الاهتزاز، وتغليف الإشارة، والكشف بالموجات فوق الصوتية، وتحليل التوقيع الكهربائي لتحديد مراحل فشل تحمل العنصر المتداول.

نظرًا للتكلفة المنخفضة نسبيًا والموثوقية العالية لمحامل العناصر المتداول، فهي النوع الأكثر استخدامًا في الصناعة. ومع ذلك، بسبب الخلوصات القريبة والأسطح المصقولة للغاية، تحدث أعطال في المحامل. تكون تصحيحات هذه الإخفاقات دائمًا بمثابة استبدال كامل للمحامل الفاشلة.

توفر الشركات المصنعة للمحامل إجراءات صيانة وتشحيم وتشغيل مفصلة للغاية لزيادة عمر مكونات الماكينة المهمة للغاية. يمكن تحقيق عمر تحمل طويل باتباع هذه الممارسات. بالإضافة إلى ذلك، أثبتت ممارسات “الصيانة الدقيقة” أنه من الممكن إطالة عمر المحمل. تعمل الصيانة الدقيقة على إطالة عمر المحمل بمقدار 5 إلى 10 مرات عما كانت عليه في الماضي، مع القليل من الجهد الإضافي.

ومع ذلك، نظرًا لبيئة التشغيل أو التفاوتات غير الدقيقة أو أخطاء التجميع أو حتى تشغيل المعدات نفسها، فإن هذه المحامل تفشل بالفعل. إذا تم اكتشاف الأعطال قبل حدوث فشل كامل، فإن الضرر الناتج والإصلاح عادة ما يكون في حده الأدنى ويقتصر على استبدال المحمل نفسه.

والنتيجة النهائية هي الفشل بسبب تعب واحد أو أكثر من مكونات المحمل الرئيسية.

أسباب تحمل الفشل

قدرت إحدى الشركات المصنعة للمحامل الكبيرة أن حوالي 16٪ من حالات فشل المحامل هي نتيجة لسوء المعاملة. يحدث هذا بسبب التخزين أو النقل أو التثبيت غير المناسب للمحامل. تم تركيب 84% المتبقية من محامل العناصر المتداول خالية من العيوب. في هذه المرحلة لا توجد مؤشرات على تحمل الأخطاء. في حالة وجود مؤشر خطأ أثناء التشغيل الأولي للمحمل، فعادةً ما يكون ذلك بسبب مشكلة في تركيب المحمل أو تجميعه.

36% من حالات فشل REB هي نتيجة لضعف التشحيم، أو الإفراط في التشحيم، أو التشحيم الناقص، أو مواد التشحيم الخاطئة، أو خلط مواد التشحيم أو رقيقة جدًا من طبقة التشحيم، والتي غالبًا ما تنتج عن حركة العمود المفرطة (الاهتزاز).

34% من استبدالات REB تكون نتيجة التشغيل أو عدم التوازن أو سوء المحاذاة أو في بعض الحالات يتم استبدال المحامل بسبب متطلبات صيانة أخرى، مثل برامج الصيانة الوقائية.

الـ 14% الأخيرة تفشل بسبب التلوث.

استبدال تحمل

السؤال الرئيسي المرتبط بفشل محمل العناصر المتداول هو “متى يجب استبدال المحمل؟”

لا يمكن تحديد ذلك إلا من خلال النبات. هل يؤثر الفشل على جودة المنتج؟ هل يؤثر على تشغيل المصنع؟ ما هو مدى توفر محمل بديل؟ لتقييم حالة المحمل بشكل أكثر دقة والوقت الأمثل لاستبداله، من المهم فهم مراحل فشل المحمل.

تحمل مراحل الفشل

للحصول على فهم أفضل لفشل المحامل، قامت إحدى الشركات المصنعة للمحامل الكبيرة بإجراء بحث لتحديد كيفية فشل المحامل. توصلت أبحاثهم إلى أن محامل العناصر المتداولة تعمل لما يقرب من 80٪ من عمرها الإنتاجي الخالي من العيوب. عندما يحدث الفشل، هناك بشكل عام 4 مراحل مختلفة للفشل.

المرحلة 1: تحدث أعطال محامل العناصر المتداولة عادة تحت السطح. تبدأ عادةً من 4 إلى 5 أجزاء من الألف من البوصة (0.1 إلى 0.125 ملم) تحت سطح مجرى السباق. في هذه المرحلة، تشير التقديرات إلى أن هناك ما بين 10 إلى 20% من عمر التحمل المتبقي.

المرحلة الثانية: مع تقدم الصدع يتم حفر حفر مجهرية (< 40 ميكرون) تحدث على سطح المكون الفاشل. تعتبر هذه المرحلة الثانية ويقدر أن ما بين 5 و 10٪ من عمر التحمل يبقى.

المرحلة 3: يؤدي المزيد من تطور الفشل إلى التقشر الأولي و/أو التشقق و/أو التشظي الذي يرتبط عادةً بفشل محامل العناصر المتداول. يبقى من 1 إلى 5% من عمر التحمل.

المرحلة 4: عند حدوث تشققات متعددة، يحدث تقشر أو تشظي مفرط، وهذه هي المرحلة الرابعة والأخيرة من فشل المحمل. في كثير من الأحيان تبدأ العناصر المتدحرجة في التشوه وقد يتفكك القفص أو ينكسر. تبقى 1% إلى 1 ثورة من عمر التحمل.

اختار معظم موظفي الصيانة استبدال المحمل في المرحلة الثالثة. الخلل واضح بصريا، إلا أن الضرر لا يزال يقتصر على المحمل نفسه. في المرحلة الأولى، يكاد يكون من المستحيل تحديد الخلل لأنه موجود تحت السطح. في المرحلة الثانية، تكون العيوب غير مرئية بالعين المجردة وتتطلب جهازًا مكبرًا، مثل عدسة مكبرة أو ربما حتى مجهرًا لتحديد العيب.

إذا وصل المحمل إلى المرحلة 4، فيجب إخراج الماكينة من الخدمة واستبدال المحمل على الفور. سيؤدي التشغيل المستمر للآلة في النهاية إلى فشل المحمل تمامًا. سيؤدي هذا النوع من الفشل إلى إخراج الجهاز من الخدمة وسيحدث عطل فادح، مما يتسبب عادةً في تلف الجهاز بشكل كبير.

لماذا تعتبر الصيانة التنبؤية ضرورية لفشل محامل العناصر المتداولة

تعتمد برامج الصيانة التنبؤية على دراسات حددت أن 89% من الأعطال تكون عشوائية بطبيعتها و68% منها تحدث مباشرة بعد التركيب أو الإصلاح. بشكل عام، يعني هذا أن احتمالية حدوث عطل تزداد فعليًا عن طريق إجراء عمليات الفحص والمهام الروتينية للصيانة الوقائية.

يستخدم برنامج الصيانة التنبؤية الفعال حالة تشغيل الماكينة لتحديد متى يلزم إجراء الصيانة. تتعرف البرامج الأكثر فعالية على المراحل الثلاث للصيانة التنبؤية؛ الكشف والتحليل والتصحيح.

مرحلة الكشف: تعتبر مرحلة الكشف هي المرحلة الأكثر أهمية، حيث يتم استخدامها لتحديد أعطال الآلات. سيحدد برنامج الصيانة التنبؤية الفعال هذه الأعطال مع بقاء الوقت الكافي لإصلاح المحمل أو استبداله، قبل حدوث الفشل. تتمثل فلسفة مرحلة الكشف في إجراء مسح سريع لأكبر عدد ممكن من الأجهزة. تحدد مرحلة الكشف أي فشل محتمل في المحمل. كلما أمكن إجراء هذه المسوحات بشكل أسرع، أمكن مسح المزيد من الأجهزة، مما أدى إلى برنامج أكثر فعالية.

ملاحظة: تحدد برامج الصيانة التنبؤية الأكثر نضجًا ما بين 1 إلى 2% من المشكلات الجديدة في كل استطلاع. وهذا يعني أنه إذا تم مسح 300 جهاز، فسيتم اكتشاف 3 إلى 6 مشكلات جديدة فقط.

مرحلة التحليل: قد تتطلب مرحلة التحليل اختبارات إضافية أو حتى تقنية أخرى لتحديد مدى خطورة الفشل وسببه. عادةً ما يكون هذا هو الجزء الأكثر استهلاكًا للوقت في برنامج الصيانة التنبؤية. إذا تم أخذ بيانات كافية أثناء مرحلة الكشف لإجراء تحليل دقيق، فإن ذلك يضيع وقتًا ثمينًا أثناء عملية الكشف. وهذا يقلل بشكل فعال من عدد الآلات التي يمكن مسحها أو يزيد من القوة البشرية المطلوبة لأداء المهمة. ويؤدي هذا إلى انخفاض في فعالية برنامج PdM. أي أن فلسفة مرحلة الكشف هي إجراء مسح سريع لأكبر عدد ممكن من الأجهزة.

مرحلة التصحيح: مرحلة التصحيح تتطلب استبدال أو إصلاح العطل والتحقق من التصحيح. وهذا أيضًا هو الوقت المثالي لتصحيح سبب الفشل.

أدوات الصيانة التنبؤية

يجب أن تكون أداة PdM الفعالة محمولة وخفيفة الوزن وتؤدي اختبارات متكررة وغير مدمرة. هناك العديد من التقنيات والأدوات المختلفة التي يمكنها تنفيذ هذه العملية المهمة للغاية. ومع ذلك، لا يوجد قياس أو تقنية واحدة توفر نظرة ثاقبة بنسبة 100% حول أعطال محامل العناصر المتداولة. علاوة على ذلك، فإن العديد من التقنيات المتاحة ماهرة جدًا في اكتشاف أعطال العناصر المتدحرجة، ولكنها توفر قدرة محدودة على تحديد الأخطاء الأخرى داخل مجموعة الماكينة.

تحليل التوقيع الكهربائي

أثبت تحليل التوقيع الكهربائي (ESA) أنه أداة فعالة للغاية في تحديد حالات فشل المحامل الأولية في مرحلة الكشف المهمة جدًا لبرنامج الصيانة التنبؤية. تتمتع ESA أيضًا بقدرة إضافية على اكتشاف الأخطاء داخل النظام الحركي والتي لا يمكن اكتشافها باستخدام طرق الكشف الميكانيكية. سيحاول هذا العرض التقديمي تحديد موضع وكالة الفضاء الأوروبية بدقة في عملية تحليل فشل تحمل العنصر المتداول.

تحديد خطورة تحمل العيب

على عكس معظم أخطاء الاهتزاز الميكانيكية الأخرى، فإن سعة الذروة الطيفية عند تردد الخطأ لا تشير بدقة إلى شدة خطأ المحمل. يمكن أن يختلف اتساع الذروة الطيفية بناءً على موقع الخلل أو حالة التوازن أو المحاذاة بالإضافة إلى حجم الخلل ونوعه. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تضخيم الإشارة الميكانيكية عن طريق الرنين. في كثير من الحالات، ستنخفض سعة الذروة الطيفية فعليًا مع تفاقم الخطأ.

لقد تم توثيقه جيدًا أن الطريقة الأكثر فعالية لتحديد خطورة العناصر المتداولة التي تحمل الأخطاء هي تحديد تردد الإشارة التي يتم إنشاؤها بواسطة الخطأ.

ترددات الخطأ التي تحمل العنصر المتداول

كل مجموعة من الدوار والمحمل تخلق نظامًا فريدًا؛ ولذلك، فمن الصعب للغاية تحديد الترددات التي سيتم توليدها بدقة في كل مرحلة من مراحل فشل المحامل. إن تفرد كل نظام محمل دوار لا يرجع فقط إلى هندسة المحمل وخلوصاته، ولكن أيضًا إلى التوافق الميكانيكي بين العمود والمحمل، وكذلك بين غلاف المحمل. قد يؤدي استقامة العمود أو استدقاقه، بالإضافة إلى تركيز العمود والإسكان إلى تغيير ترددات استجابة خطأ المحمل في المراحل المبكرة.

فيما يلي مراجعة للأخطاء في كل مراحل خطأ المحمل ونطاقات التردد التي تولدها الأعطال في كل مرحلة من المراحل. يتم الانتباه إلى تقنيات القياس ومعالجة الإشارات المختلفة المتوفرة حاليًا للمساعدة في تحديد هذه الأخطاء في كل مرحلة من مراحل الخطأ.

المرحلة الأولى: (10 – 20% من العمر المتبقي)

يؤدي تشقق السطح الفرعي الذي يحدث خلال المرحلة الأولى من خطأ المحمل إلى توليد موجات إجهاد ذات سعة منخفضة جدًا في نطاق 300 إلى 500 كيلو هرتز. أثبتت أجهزة الاستشعار المتخصصة وتقنيات معالجة الإشارات نجاحها في تحديد الأخطاء في وقت مبكر من المرحلة الأولى. ومع ذلك، في معظم التطبيقات، يعد هذا أمرًا مبكرًا جدًا في عملية الفشل ويكون التحقق المادي من الخطأ داخل المحمل أمرًا صعبًا للغاية.

وهذه أيضًا تقنية متخصصة تتطلب تكنولوجيا متخصصة وذات عائد محدود. من المقدر أنه عند حدوث خطأ في المرحلة الأولى، يتم استنفاد ما يقرب من 80% من العمر الإنتاجي للمحمل.

ملحوظة: بمجرد أن يبدأ التشقق في السطح السفلي، يكون الفشل قد بدأ وتعرض سلامة المحمل للخطر. من هذه النقطة فصاعدا النتيجة الوحيدة هي فشل المحمل الكامل. تذكر محامل “لا تصلحوا أنفسكم” والخطأ يزداد سوءًا دائمًا

المرحلة الثانية: (5 – 10% من العمر المتبقي)

ومع تفاقم الصدع، يبدأ التشقق تحت السطح في الانتقال نحو السطح ويسبب حفرًا مجهرية على سطح المكون المعطل

في المراحل المبكرة جدًا من فشل المرحلة الثانية، يؤدي التأثير الناتج عن الحفر المجهرية إلى اهتزاز مكونات المحمل بتردداتها الطبيعية. تقع هذه الترددات الطبيعية في نطاق 30 إلى 60 كيلو هرتز.

تعتمد تقنيات القياس المتخصصة مثل مراقبة نبض الصدمة وSpike Energy وغيرها من تقنيات الموجات فوق الصوتية على التردد الطبيعي لمستشعر الاهتزاز حتى يتردد صدى. يؤدي تشغيل محول الطاقة عند الرنين إلى تضخيم إشارات الخلل الصغيرة جدًا هذه إلى نطاق قابل للاستخدام.

غالبًا ما يكون الرنين خاصية يساء فهمها في الأنظمة الميكانيكية.

التردد الطبيعي: جميع أنظمة الربيع لها ترددات طبيعية. الترددات الطبيعية للنظام هي الترددات التي سيهتز بها النظام عند تأثره. سيؤدي تأثير واحد إلى تأرجح النظام عند تردده الطبيعي ثم يتحلل. ستؤدي القوة المتأثرة إلى انحراف الكتلة وسيؤدي الزنبرك إلى إعادتها إلى موضعها الأصلي. يتم تحديد التردد الذي يحدث فيه هذا التذبذب من خلال العلاقة بين الكتلة (m) والربيع (k) للنظام الزنبركي.

إذا تم تطبيق قوة متكررة على نظام زنبركي له تردد قريب من التردد الطبيعي لنظام الزنبرك، فسيتم تطبيق القوة في نفس اتجاه الحركة في كل تذبذب. سيؤدي هذا إلى زيادة حركة النظام مع تطبيق كل دورة من القوة على الكتلة.

ويشار إلى هذه الحالة عادة باسم الرنين. نتائج حالة الرنين هي أن الحركة الناتجة سيتم تضخيمها بمقدار 10 إلى 15 مرة أكبر مما يحدث عندما يتم تطبيق قوة ليست قريبة من التردد الطبيعي.

مع تقدم الخطأ، تنخفض صلابة المكون مما يقلل من التردد الطبيعي للمكونات. يؤدي هذا إلى اقتراب تردد الإشارة من التردد الطبيعي للمستشعر (25 كيلو هرتز). ومع اقتراب تردد العطل من التردد الطبيعي، يزداد خرج المستشعر بشكل أكبر. لقد أثبتت هذه الطرق فعاليتها للغاية وسيحدث تغيير في هذه القيم عندما يبدأ المحمل في الفشل، ولكن هناك أخطاء أخرى داخل نظام الماكينة يمكن أن تسبب أيضًا زيادة أو نقصان هذه الترددات.

تم تطوير تقنيات معالجة الإشارة الأخرى مثل تغليف التسريع وESP وPeak Vue لتحديد أخطاء المحمل بشكل أكثر دقة في هذه المرحلة المبكرة. لقد أثبتت هذه الطرق فعاليتها الكبيرة ولكنها أيضًا محدودة في قدرتها على اكتشاف أنواع أخرى من الأخطاء.

عندما تظهر الإشارات في نطاقات التردد من 30 إلى 60 كيلو هرتز، يصبح المحمل الآن عيبًا مبكرًا في المرحلة الثانية.

ومع تقدم خطأ المرحلة الثانية، تزداد قوة الإشارة. ستعمل هذه الإشارة الأقوى على إثارة التردد الطبيعي للنظام. يتضمن التردد الطبيعي للنظام نظام العمود والمحمل. النظام والترددات الطبيعية للمحمل مستقلة عن سرعة الماكينة، ولكنها تتأثر بكتلة دعم الدوار والمحمل والصلابة. تؤدي الكتلة المتزايدة إلى أن يكون التردد الطبيعي للنظام أقل من الترددات الطبيعية للمكونات الحاملة. يتراوح التردد الطبيعي للنظام عمومًا بين 500 إلى 2000 هرتز. تعتمد قوة الإشارة على حالة التوازن أو المحاذاة للعمود الدوار بالإضافة إلى موقع الخلل بالنسبة للمستشعر. في كثير من الحالات، يتم دفن هذه الإشارات في اهتزازات الخلفية للآلة.

يحدد تحليل التوقيع الكهربائي (ESA) عادةً فشل المحمل في هذه المرحلة؛ وفي بعض الحالات، ستحدد وكالة الفضاء الأوروبية الخلل حتى قبل بعض التقنيات الميكانيكية المتخصصة.

تحدد وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) عادةً أخطاء المحامل المحتملة في وقت مبكر من المرحلة الثانية. تحدد وكالة الفضاء الأوروبية أخطاء الماكينات عن طريق تحديد القمم الطيفية المتباعدة عند ترددات الخط (عادة 50 أو 60 هرتز) حول التردد المركزي. تشير النطاقات الجانبية لتردد الخط الموجودة في الطيف الحالي، ولكنها غير موجودة في طيف الجهد، إلى أن الخطأ قادم من الجهاز أو العملية. في بعض الحالات، كانت هذه الإشارات موجودة في التوقيع الكهربائي قبل أن تظهر معظم طرق المراقبة الميكانيكية القياسية مشكلة.

يعرض هذا الطيف تردد خطأ محمل يحدث حوالي 2500 هرتز. تشير حقيقة وجودها في الطيف الحالي ولكن ليس في طيف الجهد إلى أن الطاقة تضاف من النظام الحركي أو الآلة المدفوعة.

عندما تظهر الإشارات في نطاق 500 إلى 2000 هرتز، يصبح المحمل الآن عيبًا متأخرًا في المرحلة الثانية.

المرحلة 3: (1- 5% من العمر المتبقي)

مع تفاقم خطأ المحمل، تحدث شقوق وتقشير وثقوب أو عيوب أخرى على سطح المكون المعطل. هذه هي العيوب التي يعرفها معظم موظفي الصيانة. هذه هي الحالة التي يمكن فيها ملاحظة الخلل بصريًا لأول مرة، عند فحص المحمل بصريًا. هذه هي المرحلة التي يمكن فيها سماع الضوضاء القادمة من المحمل.

تتسبب هذه الأخطاء في أن تكون قوة الإشارة قوية بما يكفي لتوليد إشارات في طيف الاهتزاز عند ما يشار إليه عادةً بترددات عيب المحمل (BDF). هذه هي النقطة في نطاق الفشل حيث يمكن لقياسات السرعة القياسية أو التسارع للاهتزاز أن تحدد بشكل إيجابي عيب المحمل أولاً. وكما ذكرنا سابقًا “إذا كانت هذه الإشارات موجودة، فهذا يعني أن المحمل به عيب”.

تعتمد ترددات عيب المحمل على هندسة المحمل BPFO هو التكرار. حيث سيولد الخلل إشارة إذا كانت المشكلة في السباق الخارجي BPFI من السباق الداخلي BSF هو تردد العنصر المتداول FTF هو تردد القطار الأساسي؛ هذه هي سرعة دوران مجموعة القفص.

توليد ترددات عيب تحمل

أثناء دوران العمود، يؤدي ذلك إلى دوران السباق الداخلي مع العمود، وتدور مجموعة القفص (FTF) حول العمود بسرعة أقل من سرعة دوران العمود.

عندما يحدث خطأ في السباق الخارجي، سيحدث تأثير في كل مرة يتدحرج فيها أحد العناصر المتدحرجة فوق العيب. سيؤدي التأثير الناتج عن الخلل إلى اهتزاز المحمل عند التردد الطبيعي لمكون المحمل (30 إلى 60 كيلو هرتز) أو التردد الطبيعي لأنظمة المحمل (500 إلى 2000 هرتز).

في تحليل محامل العناصر المتداولة، يُشار إلى تكرار التأثيرات باسم معدل تكرار المحمل، أو يُطلق عليه بشكل أكثر شيوعًا تردد عيب المحمل BDF. غالبًا ما يُطلق على تردد السباق الخارجي اسم BPFO، السباق الخارجي لتردد تمرير الكرة. ستختلف سعة الإشارة ليس فقط اعتمادًا على حجم الخلل ولكن أيضًا على موقع الخلل فيما يتعلق بوضع المستشعر، ومدى إحكام ملاءمة المحمل بالإضافة إلى حالة التوازن و/أو المحاذاة الخاصة بالجهاز . بمعنى آخر، الآلة التي بها قدر كبير من عدم الاتزان ستحدث تأثيرًا أكبر من الآلة التي تتمتع بحالة توازن أفضل.

إذا كان الخلل في المسار الداخلي فسوف يتدحرج داخل وخارج منطقة التحميل أثناء دوران العمود. عندما يحدث التأثير في منطقة التحميل، ستكون قوة الإشارة أكبر مما كانت عليه عندما يحدث العطل مقابل منطقة التحميل. لاحظ أن تردد الاستجابة سيكون الترددات الطبيعية الحاملة وستكون ترددات التأثير هي السباق الداخلي لتردد تمرير الكرة BPFI.

التأثير مقابل الاهتزاز القسري:

يحدث الاهتزاز القسري عندما يتم تطبيق القوة أولاً في اتجاه واحد ثم مباشرة في الاتجاه المعاكس. ثم تتكرر الدورة بشكل مستمر. استجابة النظام للاهتزاز القسري هي الحركة التي تحدث بنفس تردد القوة المطبقة. من خلال تحديد تردد القوة المطبقة يمكن تحديد مصدر القوة. على سبيل المثال، إذا كانت الآلة تهتز بنفس سرعة دوران العمود، فمن السهل تحديد أن مصدر قوة الاهتزاز هو من العمود.

يحدث الاهتزاز الناتج عن التأثير عندما يتم تطبيق قوة، مثل التأثير، ثم يحدث فاصل زمني قبل التأثير التالي. تؤدي الاستجابة الاهتزازية للقوة المؤثرة إلى اهتزاز الكتلة عند ترددها الطبيعي. في نوع التأثير على قوى الاهتزاز، لا يحدد تردد الحركة المصدر، لأنه يهتز بتردده الطبيعي. لتحديد مصدر التأثيرات، من الضروري تحديد تكرار التأثيرات. سيعرض طيف التردد تردد الاستجابة، وليس تكرار التأثيرات.

فهم تحمل ترددات العيوب

تعتمد ترددات عيوب المحمل على هندسة المحمل: Pd هو قطر الملعب. يتم تحديد ذلك عن طريق القياس من الخط المركزي لعنصر متدحرج إلى الخط المركزي للعنصر المتداول المقابل مباشرة.

Bd يمثل قطر الكرة

يمثل Nb عدد العناصر المتداولة

زاوية الاتصال (Ø) هي علاقة العرق الداخلي بالسباق الخارجي. في محمل كروي ذو أخدود عميق، ستكون هذه الزاوية دائمًا 0 درجة، وسيكون لمحمل الدفع المحوري زاوية 90 درجة، وسيختلف الاتصال الزاوي والمحامل الكروية وزوايا تلامس المحامل من النوع المماثل اعتمادًا على تصميم المحمل.

تعتمد الترددات التي تولدها هذه الإشارات على هندسة المحمل وسرعة العمود. ينشر مصنعو المحامل والأدوات جداول تسرد هذه الترددات المتوقعة أو (المحسوبة). هذه الترددات دقيقة جدًا، وعادةً ما يتم إدراجها حتى 1/100 من دوران العمود. أي BPFO = 4.68X، سرعة التشغيل BPFI 7.32X.

1) عادة ما تكون مضاعفات غير صحيحة لسرعة الدوران. يعد هذا أمرًا مهمًا للغاية في فصلها عن أعطال الآلات الأخرى التي تكون دائمًا مضاعفة لسرعة التشغيل.

2) ترددات العيوب المحسوبة ليست دقيقة بشكل عام. وسوف تختلف اعتمادًا على خلوص المحمل والظروف الأخرى للماكينة، وتستند الصيغ المحسوبة إلى حقيقة أن العناصر المتداول تدور 360 درجة حول العمود. ومع ذلك، فقد أظهرت التجربة أن العناصر المتدحرجة تتدحرج عبر منطقة التحميل ولكنها غالبًا ما تنزلق خارج منطقة التحميل. ولذلك، فإن التردد المحسوب عادة ما يختلف عن الترددات المقاسة. تكون هذه الفروق في ترددات الخلل الفعلية بشكل عام ضمن 5 إلى 10% من الترددات المحسوبة.

3) إذا تمت إضافة ترددات BPFO وBPFI معًا، فسوف يكون دائمًا عدد العناصر المتداولة متساويًا. أي BPFO 4.68X، BPFI 7.32X Nb سوف يساوي 12. وكقاعدة عامة، فإن BPFO يساوي تقريبًا Nb X 0.4، وسيكون BPFI هو Nb X 0.6.

4) لا يشير سعة الإشارة إلى مدى خطورة خطأ المحمل، بل الأهم من ذلك هو تكرار الخلل.

ترددات BDF المتولدة في طيف ESA هي بشكل عام نفس الترددات الموجودة في الطيف الميكانيكي. ومع ذلك، فإن الترددات تظهر غالبًا في طيف وكالة الفضاء الأوروبية مبكرًا عن الطيف الميكانيكي. يحدث هذا لأنه حتى التغييرات الصغيرة جدًا في موضع الجزء الدوار للمحرك يمكن أن تسبب تغييرًا في تيار المحرك. نفس هذه التغييرات الصغيرة في موضع الدوار قد لا تتسبب في اهتزاز نظام دعم المحمل. يعد هذا الاهتزاز أحد متطلبات نظام قياس الاهتزاز لاكتشاف هذه الحالة.

عندما تظهر الإشارات عند BDF أو مضاعفات 2X BDF، أو 3X BDF، وما إلى ذلك، أصبح المحمل الآن عيبًا مبكرًا في المرحلة 3.

في المرحلة 3، مع استمرار الخلل في التدهور، ستبدأ سعة ترددات الخلل في التعديل أو الاقتطاع. سيؤدي هذا إلى تطوير الطيف لنطاقات جانبية حول BDF أو توافقيات BDF

عندما تظهر النطاقات الجانبية حول BDF أو توجد سلسلة من التوافقيات، يصبح المحمل الآن عيبًا متأخرًا في المرحلة الثالثة. يوصى بإجراء إزالة المحمل.

قواعد اكتشاف عيوب محامل العناصر المتداولة في المرحلة 3 باستخدام ESA هي نفسها المستخدمة في تحليل الاهتزاز. الأهم من ذلك هو أن نلاحظ أنها ترددات معيبة وإذا كانت الترددات المعيبة موجودة، فإن المحمل به عيب.

المرحلة الرابعة: (1% – 1 ثورة من الحياة المتبقية)

ومع تفاقم العيب، تظهر شقوق متعددة أو ثقوب متقشرة أو شظايا. قد يتشوه العنصر المتداول وقد يتفكك القفص. في هذه المرحلة، تختفي معظم مؤشرات فشل المحمل، إن لم يكن كلها: القمم الطيفية لـ BDF، والنطاقات الجانبية والتوافقيات.

ومع ذلك، فإن قوى سرعة التشغيل (1X) ستزداد نظرًا لأن العمود يتمتع بحرية أكبر في التحرك داخل المحمل. بالإضافة إلى ذلك، قد تزداد أرضية الضوضاء للطيف بأكمله لأن الترددات المولدة لن تحدث في نفس الفاصل الزمني بالضبط.

عندما تختفي الترددات السابقة وتزداد أرضية ضوضاء الطيف أو الإشارة عند سرعة تشغيل 1X، يوصى بإخراج الآلة من الخدمة على الفور، حيث أن المحمل معرض للفشل الكامل في أي وقت.

دور تحليل التوقيع الكهربائي في الكشف عن أعطال محامل العناصر المتداولة

يمكن اكتشاف معظم أخطاء محامل العناصر المتداول في المرحلة الثانية باستخدام تحليل التوقيع الكهربائي.

تستخدم وكالة الفضاء الأوروبية تغيرات التدفق المغناطيسي في فجوة الهواء للمحرك كمحول للطاقة. في كثير من الحالات، حددت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) أخطاء تحمل العناصر المتداولة في وقت مبكر من المرحلة الثانية. تم تأكيد هذه الأخطاء باستخدام Acceleration Enveloping. كانت الترددات في طيف وكالة الفضاء الأوروبية هي نفسها التي كانت تستخدم فيها تقنية Acceleration Enveloping.

تحدد وكالة الفضاء الأوروبية أخطاء الماكينات عن طريق تحديد القمم الطيفية المتباعدة عند ترددات الخط (عادة 50 أو 60 هرتز) حول التردد المركزي. تشير النطاقات الجانبية لتردد الخط الموجودة في الطيف الحالي ولكنها غير موجودة في طيف الجهد إلى أن الخطأ قادم من الجهاز أو العملية.

ستكون القمم الطيفية لترددات عيب المحمل التي تظهر في طيف وكالة الفضاء الأوروبية هي نفس الترددات الموجودة في طيف الاهتزاز. بالإضافة إلى ذلك، ستظهر إشارات BDF في الطيف الكهربائي في نفس الوقت تقريبًا كما ستظهر في طيف الاهتزاز. في كلتا الحالتين، يشير هذا إلى أن المحمل قد حقق خطأ المرحلة الثالثة.

في هذا الطيف الحالي لوكالة الفضاء الأوروبية، يظهر عيب المرحلة 3 في BPFI البالغ 35374 مع نطاقات جانبية تبلغ 3000 CPM (50 هرتز). ويظهر أيضًا عند 2 X BPFI كنطاقات جانبية لتردد الخط (50 هرتز) حول النظام 70748 CPM ≈1179.13 هرتز.

تحتوي النطاقات الجانبية 50 هرتز أيضًا على نطاقات جانبية متزامنة فرعية تشير إلى خطأ المرحلة الثالثة المتأخرة.

لاحظ أيضًا القواعد العريضة للقمم الطيفية التي تشير إلى أن التردد المقاس ليس هو نفسه تمامًا لكل عينة، وهو أيضًا مؤشر على خطأ المرحلة الثالثة المتأخرة. تم التحقق من هذا الخطأ باستخدام قياس سرعة الاهتزاز. وكانت الترددات هي نفسها في طيف الاهتزاز كما كانت في طيف التيار الكهربائي.

لاحظ القمم الطيفية في الطيف الحالي على الطيف العلوي؛ تلك القمم غير موجودة في طيف الجهد أدناه. يشير هذا إلى أن الخطأ يأتي من المحرك أو الحمل.

ومع تقدم الخلل، سيظهر كنطاقات جانبية لتردد الخط حول BPFO أو BPFI.

استنتاج

يعد تحديد أخطاء محامل العناصر المتداول عملية أساسية للغاية في التشغيل الناجح لأي مصنع يحتوي على معدات دوارة. يوفر تحليل التوقيع الكهربائي للمحطات أدوات إضافية للتعرف بسرعة ليس فقط على أخطاء المحرك الداخلي، ولكن بالإضافة إلى ذلك يمكن أن يوفر اكتشافًا مبكرًا لفشل محامل العناصر المتداول.

تحليل التوقيع الكهربائي (نظرة عامة)

تحليل التوقيع الكهربائي (ESA) هو طريقة اختبار عبر الإنترنت حيث يتم التقاط أشكال الطول الموجي للجهد والتيار أثناء تشغيل نظام المحرك، ومن ثم، عبر تحويل فورييه السريع (FFT)، يتم إجراء تحليل طيفي بواسطة البرنامج المقدم. من هذا FFT، يتم اكتشاف الأخطاء المتعلقة بالطاقة الواردة، ودائرة التحكم، والمحرك نفسه، والحمل المدفوع، ويمكن بعد ذلك توجيهها لأغراض الصيانة القائمة على الحالة/الصيانة التنبؤية.

سيوفر اختبار وكالة الفضاء الأوروبية معلومات قيمة عن محركات التيار المتردد ومحركات التيار المستمر، والمولدات، والمحركات الدوارة، والمحركات المتزامنة، ومحركات الأدوات الآلية، وما إلى ذلك. نظرًا لأن ESA جديد بالنسبة للعديد من الأشخاص، فإن الرسم البياني أدناه يوضح تقييم ESA للمكونات الرئيسية داخل نظام المحرك التعريفي AC.

سيرة شخصية

شارك ويليام كروجر في الصيانة التنبؤية منذ ما يقرب من 40 عامًا. وهو خريج مدرسة الطاقة النووية البحرية الأمريكية وحصل على درجة البكالوريوس من جامعة ولاية سان دييغو. جاءت مقدمته الأولى للصيانة التنبؤية من خلال تشغيل برنامج الاهتزاز على متن غواصة SSBN. وقد أمضى 10 سنوات في شركة San Diego Gas & Electric حيث بدأ برنامج الصيانة التنبؤية الخاص بهم. ثم عمل كمهندس تطبيقات في قسم DYMAC التابع لشركة Spectral Dynamics.

على مدار العشرين عامًا الماضية، ركز السيد كروجر على التدريب في مجال الصيانة التنبؤية. كان أحد كبار المدربين في Update International. أجرى السيد كروجر دورات تدريبية في 6 قارات وهو معروف في جميع أنحاء العالم بأسلوبه العملي في تحليل الآلات وقدرته على تقديم مواد تقنية معقدة في مبادئ وعروض توضيحية يسهل فهمها.

يشغل السيد كروجر حاليًا منصب مدير الدعم الفني والتدريب لشركة ALL-TEST Pro. وقد قام بتأليف العديد من الأوراق الفنية وقدم عروضًا تقديمية في اجتماعات مختلفة، بما في ذلك معهد الاهتزاز، ومعهد EPRI، ومعرض اللب والورق الكندي، ومؤتمر الصيانة الدولي. وقد حصل على عضوية في ASME، ومعهد الاهتزاز، وANST، وIEEE والعديد من المنظمات المهنية الأخرى.