X
تبلیغات
TPGMCO - نمونه عيب يابي و رفع عيب به وسيله آناليز ارتعاشات ...
اخبار شركت مديريت توليد برق آذربايجان شرقي
 
نمونه عيب يابي و رفع عيب به وسيله آناليز ارتعاشات
 در فن هاي برج خنك كن نيروگاه تبريز

 

حسن خيري[1] ،  جواد عظيم آبادی2 ، جاويد بابايی3

شرکت مديريت توليد برق آذربايجان شرقی- تبريز کيلومتر 16 جاده آذر شهر، صندوق پستی 151-53415

mhkheiri@yahoo.com

(لازم به توضیح است که متن زیر در سومین کنفرانس پایش وضعیت و عیب یابی ماشین آلات CMFD 2009 که از تاریخ 11 الی 13 اسفند 87 در دانشگاه صنعتی شریف برگزار شد، مورد پذیرش قرار گرفته و ارائه گردید.    ــ اداره روابط عمومی شرکت مدیریت تولید برق آذربایجان شرقی)

چكيده

در اين نوشته به دو مورد از عيوب پيش آمده در تجهيزات برج خنك كن نيروگاه تبريز پرداخته مي شود كه توسط آناليز ارتعاشات به شناسايي عيب اقدام شده و سپس رفع عيب مي شود. آناليز ارتعاشات علت اشكال مورد اول را ناميزاني جرمي در گاردانهاي فن نشان مي دهد كه با سه بار وزنه گذاري مناسب سطح ارتعاشات به حد خوبي پايين مي آيد.  در مورد دوم  آناليز ارتعاش  بر روي جعبه دنده بسيار غير عادي است كه اين امر  تفسير آنرا مشكل مي نمايد. با بررسي فرضيه هاي مختلف، نهايتا شكستگي دندانه ها مطرح مي شود كه با دمونتاژ جعبه دنده، مشخص مي شود كه تعدادي از دندانه هاي پنيون شكسته است.

 

واژه‌هاي كليدي: عيب يابی- آناليز ارتعاشات- طيف فرکانسی- بالانسينگ- شکست چرخدنده

 


مقدمه

    بخش بخار نيروگاه تبريز شامل دو واحد 368 مگاواتي مي باشد كه  حدود 22 سال از عمر كاري آنها مي گذرد.  پايش وضعيت و عيب يابي با استفاده از اندازه گيري و آناليز ارتعاشات بخش عمده اي از فعاليت هاي تعمير و نگهداري اعم از پيشگيرانه و پيش بينانه را در نيروگاه تشكيل مي دهد. در شش ماهه نخست  امسال (1387) تعداد 15 مورد عيب يابی و رفع عيب با استفاده اندازه گيری و آناليز ارتعاشات درتجهيزات بخش برج خنك كن واحدها  انجام گرفته است. در اين نوشته به دو مورد از آنها  اشاره مي گردد.

برج خنك كن واحدها  از نوع تر (Wet Cooling Tower) بوده  و در هر واحد علاوه بر2 دستگاه پمپ 6 kV  سيركوله آب نرم،  18 دستگاه فن به همراه متعلقات آن (الکترو موتور، گاردانها، ياتاقانها  و گيربكس)  در حال کار مي باشد. قطر فن ها 7.3 متر و وزن گيربكس ها حدود Kg 1250 است طول گاردانهای بزرگ و کوچک به ترتيب 2.5 و 1.75 متر و قطر صفحات تصحيح 20 سانتيمتر و قدرت الكتروموتورهاkw   104  مي باشد. دور كاري موتورها 1480 دور در دقيقه (24.6 Hz) بوده كه از طريق گاردانها به گيربكس منتقل مي شود و پس از كاهش دور به 0.1 آن، فنها با دور 148 دور بخارات آب را از پايين مكش مي كنند شكل 1 شماتيک فن و متعلقات آنرا نشان می دهد]1[ .

كنترل ارتعاشات گيربكس توسط يك  عدد سنسور سرعت كه به صورت افقي بر روي گيربكس نصب شده است انجام مي گيرد. خروجي اين سنسور به صورت (mm/s RMS) به اتاق فرمان ارسال مي شود و در دو سطح آلارم و تريپ (خروج فوري اتوماتيك به علت سلامت سيستم) اعمال مي گردد. كنترل ارتعاشات ياتاقانهاي گاردانها (موسوم به اف.آ.گ (FAG) و کوپر ‍ (COOPER) ) توسط ارتعاش سنج پرتابل وبه صورت دوره ای (هفته ای) صورت مي گيرد. و در صورت بالاتر از حد مجاز بودن اقدام مقتضي با توجه به آناليز لرزشها انجام مي پذيرد.

اندازه گيري ها و آناليزهاي انجام گرفته در اين گزارش توسط دستگاه آنالايزر شنک ويبروپورت 41 (VIBROPORT 41      SCHENCK) و با سنسور هاي سرعت (VS 080) و شتاب (AS 020) ساخت همان شركت انجام گرفته است.

 

شكل1- شماتيك فن هاي برج خنك كن ، گاردانها و صفحات تصحيح

 

شرح مورد اول:بالانس فن 1 سل 8 - واحد 2

گزارش داده شد كه پس از مونتاژ فن 1 سل 8  واحد 2 سطح ارتعاشات در ياتاقان هاي آن خصوصا ياتاقان  کوپر(COOPER) بسيار بالاست و در ضمن سطح ارتعاشات در گيربكس در حد مجاز بود و به محدوده آلارم نرسيده بود .  ارتعاش اندازه گيري شده اوليه  در 2 ياتاقان اف.آ.گ (FAG ) و کوپر(Cooper) به شرح زير بود:

 

جدول1- ارتعاشات  اوليه ياتاقانهاي فن 1 سل 8  واحد 2

اندازه ارتعاش : ميكرومتر پيك تو پيك(µm P-P)

ياتاقان

110<88º

اف.آ.گ (FAG)

210<67º

کوپر(Cooper)

 

اندازه گيری ها حاکی از آن است که لرزش در هر دو ياتاقان بالاتر از حد مجاز (80 µm P-P) است لذا در مرحله بعد اقدام به آناليز ارتعاشات در ياتاقانها گرديد، نمودار طيف فركانسي ياتاقان کوپر(COOPER) به صورت شکل 2 بود:

 

 

شكل2-  نمودار طيف فركانسي ارتعاشات ياتاقان کوپر(COOPER) (سل 8 فن1 واحد2):

 

 پيك ليست آناليز فركانسي  ياتاقانها به شرح جدول زير(جدول 2) بود:

 

جدول2- پيك ليست طيف فركانسي ارتعاشات ياتاقانهاي فن 1 سل 8  واحد 2

 

µm P-P

 

≈ × RPM

ياتاقان کوپر(COOPER)

ياتاقان اف.آ.گ (FAG)

Hz

1 RPM

205

100

24.6

2 RPM

37

46.2

49.2

3 RPM

55

13.1

75.5

4 RPM

54

15.2

98.5

 

تحليل مورد اول:

 چنانكه نمودار و جدول آناليز  فركانسي ارتعاشات نشان مي دهد پيك ارتعاشات در هر دو ياتاقان  در يك برابر دور كاري (1RPM) مي باشد.  و پيك هايي نيز در 2، 3 و 4 برابر دور كاري مشاهده مي شود. اين نوع نتيجه ها معمولا علامت غالب آنبالانسي جرمي مي باشد.   ابتدا براي اطمينان، هم محوري كوپلينگ ياتاقانها كنترل گرديد و وقتي از صحت آنها اطمينان حاصل شد  اقدام به بالانس گاردانها گرديد.

نكته اي در مورد بالانس گاردانها: ابتدا  عمليات بالانس گاردانها به صورت دو صفحه اي انجام مي گرفت كه بعدا تجربه نشان داد بالانس تك صفحه اي بهتر  از بالانس دو صفحه اي جواب مي دهد . به طور تئوری، اثر متقابل وزنه گذاری در صفحات به يکديگر (Cross-Effect) هنگامی که نسبت طول روتور به قطر آن (L/D) کاهش يابد و فاصله صفحات تصحيح تا نزديکترين ياتاقان افزايش يابد خيلی شديد خواهد بود . در روتورهای با طول بلند و قطر کم (مانند گاردانهای مورد بحث ) اثر متقابل حداقل خواهد شد ]2[.

خلاصه عمليات بالانس به شرح زير مي باشد:

حل اندازه گيري ارتعاش: ياتاقان COOPER  

محل وزنه گذاري : صفحه شماره C

 

210<67º    µm P-P

Initial Run:

155 gr <80º

Trial Weight:

152<64º   µm P-P

Test Run:

450gr <65º

Correction Weight 1

98<300º   µm P-P

Check Run:

100gr <300º

Correction Weight 2:

63<15º      µm P-P    

 

Check Run:

 

50<147º      µm P-P    

 

  (بعد از وزنه گذاري در صفحه A)

 

 

ابتدا اقدام به بالانس گاردان بزرگ (جهت كاهش ويبره ياتاقان کوپرCOOPER) )) گرديد كه همزمان ويبره ياتاقان اف.آ.گ (FAG)   نيز كنترل مي گرديد.

 


محل اندازه گيري ارتعاش: ياتاقان COOPER  

محل وزنه گذاري : صفحه شماره C

Initial Run: 210<67º   µm P-P  

 


Trial Weight: 155 gr <80º

 


Test Run: 152<64º   µm P-P

 


Correction 1

Correction Weight 2: 450gr <65º

 


Check Run:  98<300º   µm P-P

Correction 2

Correction Weight 2:   100gr <300º

 


Check Run:

63<15º      µm P-P    

  (بعد از وزنه گذاري در صفحه A)

50<147º

 

 


محل اندازه گيري ارتعاش: ياتاقان FAG  

محل وزنه گذاري : صفحه شماره A

همزمان  لرزش در ياتاقان اف.آ.گ (FAG)  نيز اندازه گيري مي شد كه در نهايت با يك وزنه گذاري به صورت زير، نتيجه زير حاصل گرديد:

Initial Run:     110<88º   µm P-P  

Correction

Correction Weight:   75gr <112º

Check Run:  11<130º   µm P-P

 

 


جدول 3-  خلاصه نتايج قبل و بعد از بالانس فن 1 سل 8  واحد 2

اندازه ارتعاش : µm P-P

(بعد از بالانس)

اندازه ارتعاش : µm P-P

(قبل از بالانس)

ياتاقان

11<130º

110<88º

اف.آ.گ (FAG)

50<147º

210<67º

کوپر(COOPER)

 

 

 

 

 

 

شرح مورد دوم: سطح ارتعاش بالا در فن 2 سل 7 واحد2

 گزارش داده مي شد كه فن 2 سل 7 واحد 2 بخاطر بالا بودن سطح ارتعاشات تريپ مي كند. وچون پيك آپ ارتعاشات بر روي گيربكس نصب شده است پس يا بايد خود گيربكس داراي ارتعاشات بالائي باشد يا ارتعاشات  ياتاقان کوپر (COOPER)  زياد بوده و از آنجا به گيربكس منتقل شود. لذا اقدام به اندازه گيري ارتعاشات در روي دو ياتاقان اف.آ.گ (FAG) و کوپر (COOPER)  و روي گيربكس گرديد. مقادير اندازه گيري شده به شرح زير بود:

 

ياتاقان اف.آ.گ (FAG):   100<270º   µm P-P

ياتاقان کوپر(COOPER): 20<284º   µm P-P

روي گيربكس به صورت افقي:  45<42º   µm P-P

 

با اين اندازه گيري وضعيت گيربكس نرمال بود وياتاقان کوپر(COOPER)  نيز ارتعاشات نرمالي داشت. ولي آناليز ارتعاش ياتاقان اف.آ.گ (FAG) نشان از عدم بالانس گاردانها داشت (آناليز ارتعاشات، پيك ارتعاش را در يك برابر دور نشان مي داد). لذا اقدام به بالانس گاردانها جهت پايين آوردن سطح ارتعاشات در دو ياتاقان اف.آ.گ (FAG)  و کوپر (COOPER)   گرديد.

با طي مراحل بالانس تك صفحه اي و در نهايت با اضافه كردن  وزنه 260 گرم در زاويه 240 درجه اي صفحه تصحيح A (صفحه تصحيح مجاور ياتاقان اف.آ.گ (FAG) روي گاردن كوچك) ارتعاشات ياتاقانها به ترتيب زير كاهش يافت:

 

ياتاقان اف.آ.گ (FAG):   45<312º   µm P-P

ياتاقان کوپر(COOPER):   15<305º   µm P-P

روي گيربكس به صورت افقي:  46<39º   µm P-P

 

ولي با اين حال گيربكس فن باز هم با آلارم ارتعاش زياد تريپ مي كرد (از مدار خارج مي شد) و اندازه گيري ارتعاشات كلي(Overall) گيربكس نيز كه با ارتعاش سنج پرتابل و واحد µm P-P  اندازه گيري مي شد در محدوده مجاز قرار داشت و مشكلي را نشان نمي داد. و آناليز فرکانسی ارتعاشات نيز که در محدوده 1Hz -200 Hz  انجام می گرفت پيک و دامنه قابل تفسيری ارائه نمی داد (چنانچه در شکل 3 مشاهده خواهد شد، در محدوده اشاره شده در نمودار طيف فرکانسی، دامنه خاصی ديده نمی شود).

 با تغيير واحد اندازه گيري ارتعاش كلي گيربكس از جابه‌جايي (µm P-P  ) به سرعت موثر (mm/s RMS) مشخص شد كه سطح ارتعاشات بالاتر از حد مجاز است( بزرگتر از  10 mm/s RMS)  لذا وجود مشكل در گيربكس مسجل شد.

توضيح بيشتر: چنانكه در ادامه مشاهده خواهد شد ارتعاشات موجود در گيربكس مورد مطالعه داراي فركانس هاي بالايي مي باشد (250-800 Hz) ، لذا اصولا بزرگي آن در واحد سرعت چشمگيرتر از بزرگي آن به صورت جابه‌جايي خواهد بود.

 در مورد آناليز فركانسي ارتعاشات گيربكس نيز مشخص گرديد كه  محدوده فركانس اندازه گيري(Bandwidth) دستگاه آنالايزر مناسب نمي باشد (1 Hz -200 Hz) لذا اين بار بازه فركانسي پهن تري انخاب گرديد (1 Hz -1000 Hz)  و دوباره  به آناليز ارتعاشات اقدام گرديد  .  شكل طيف فركانسي به صورت زير (شکل3 )بود:

 

شكل3-  نمودار طيف فركانسي ارتعاشات گيربكس (سل 7 فن2 واحد2)

 

تحليل مورد دوم: چنانچه نمودار طيف فركانسي نشان مي دهد و در جدول پيك ليست (جدول4) نيز ديده مي شود، شرايط بسيار غير عادي است و در ضرايب بسيار زيادي از دور كاري پيك ارتعاشي ديده مي شود.

 

جدول4- پيك ليست طيف فركانسي ارتعاشات گيربكس سل 7 فن2 واحد2

≈ × RPM

mm/s pp

Hz

10 RPM

1.275

247.5

≠× RPM

2.865

310

15 RPM

2.498

370

16 RPM

0.945

395

18 RPM

2.81

445

19 RPM

1.396

470

20 RPM

1.581

492.5

21 RPM

3.093

520

23 RPM

4.782

567.5

24 RPM

2.955

592.5

25 RPM

1.058

617.5

27 RPM

1.814

667.5

28 RPM

3.764

692.5

29 RPM

2.549

717.5

30 RPM

2.821

740

 

بيشترين دامنه ارتعاشات (mm/s pp 4.782) مربوط به 23 برابر دور كاري مي باشد. پس احتمالا بايد عاملي باشد كه در هر دور 23 بار خودش را تكرار كند. اجزايي كه مي توانند اين حالت را بوجود بياورند اجزاء بيرينگ هاي المان غلطكي يا دندانه چرخدنده های واقع در گيربكس مي باشند. لذا جهت تشخيص درست عيب، عكس العمل ارتعاشي عيوب مختلف اين اجزاء و الگوهاي معمول عيوب آنها بايد به طور كامل مورد بررسي قرار گيرد.

شکل 4- گيربکس فنهای برج خنک کن نيروگاه تبريز

 

ارتعاش گيربكسها به واسطه چرخ دنده ها ناشي از عوامل متعددي است از جمله:

·         تغيير شكل دندانه ها در زير بار

·         سايش يكنواخت سطح دندانه ها

·         عيوب موضعي مانند دندانه شكسته يا ترك دار

·         عيوب ناشي از نا هم محوري، خارج از مركزي و نابالانسي چرخدنده ها

مهمترين فركانسي كه با عيب يك چرخدنده مرتبط است و عيوب در آن فركانس و فركانسهاي كناري آن ظاهر ميشود فركانس درگيري دندانه ها (GMF:GEAR MESH FREQUENCY ياTMF:TOOLS MESH FREQUENCY) مي باشد كه برابر تعداد دندانه ضرب در دور كاري آن چرخدنده است.]3[

چنانکه در شکل 4 ( برش گيربکس فنها) نيز مشخص است، تعداد 7 دستگاه از رولر بيرينگ هاي مختلف در گيربكس به كار رفته است (نوع هاي23028C- 32320A-32315-32317-23220/C3-32314-30314).]1[  ارتعاش عمده در ياتاقانهاي غلطشي ناشي از عيوب زير مي تواند باشد.

·         عيوب رينگ خارجي ( فركانس ارتعاش برابر با فركانس خرابي رينگ خارجي (BPFO≈0.4×n×fr ) و هارمونيك هايش)

·         عيوب رينگ داخلي ( فركانس ارتعاش برابر با فركانس رينگ داخلي (BPFO≈0.6×n×fr ) و هارمونيك هايش)

·         عيوب ساچمه ها ( فركانس ارتعاش برابر با فركانس چرخش ساچمه(BSF≈2.4×fr ) و هارمونيك هايش)

·     عيوب ناشي از نصب نادرست ياتاقانهاي غلطشي مانند تنش فشاري بيرينگ(ارتعاش با فركانس2fr )، ناهمراستايي رينگ خارجي(2×BPFO)، لغزش رينگ خارجي در محل(ارتعاش با هارمونيك هاي fr)

كه در موارد فوق  fr =فركانس چرخشي (كاري) و n= تعداد ساچمه ها،  مي باشد.]4[

بررسي موارد فوق براي همه چرخدنده ها و ياتاقانها شايد كاري وقت گير و خسته كننده باشد ولي بيشتر وقتها مي تواند بسيار مفيد واقع شود و تشخيص درست و اقدام به موقع از تخريب ساير تجهيزات و اتلاف وقت و هزينه هاي ناشي از آن جلوگيري نمايد.

بيشتر موارد براي حالت فوق بررسي شد الگويي كه تقريبا با نمودار طيف فركانسي گرفته شده ازگيربكس مطابقت داشت شكستگي دندانه چرخدنده ها بود.  شكل 5 نشان دهنده پروفيل مجموعه از چرخدنده مي باشد كه يك دندانه آن شكسته است. با چرخش چرخدنده،  فضايي كه به واسطه وجود دندانه شكسته باقي گذاشته مي شود، باعث افزايش لقي مكانيكي بين پينيون  و چرخدنده بزرگ مي شود. فركانس ايجاد شده در دو طرف فركانس واقعي درگيري چرخدنده، داراي دامنه نامتقارني خواهند بود كه نشانگر وجود لقي و انرژي ضربه نامناسب مي باشد.]5[

 

 

شکل 5- يک دندانه شکسته باعث ايجاد يک پروفيل فرکانسی نامتقارن می شود.

 

 لذا اقدام به دمونتاژگيربكس گرديد. دمونتاژ گيربكس نشان داد كه 23 عدد از30 عدد دندانه هاي دنده پينيون که در شکل 5 با شماره 13 مشخص شده است ، به صورت جزئي شكسته اند.(لب پر شده اند). يك دندانه شكسته يا ترك برداشته، ارتعاشاتي با دامنه زياد در 1RPM توليد مي كند همچنين اين عيب باعث تحريك فركانس طبيعي چرخ دنده شده و هارمونيك هاي كناري با فواصل 1RPM توليد مي كند. كه اين مطلب با توجه به تعداد دندانه هاي شكسته نمودار آناليز فركانسي را توجيه مي كند.

 

نتيجه گيري:

·     هنگام انجام عمليات بالانس، در مواردی که طول محور نسبت به قطر  آن زياد و صفحات تصحيح به ياتاقانها نزديک تر باشد اثر متقابل (Cross-Effect) وزنه گذاری در صفحات به يکديگر کم خواهد شد. لذا به جاي بالانس دو صفحه ای، بالانس تک صفحه ای نيز جوابگو خواهد بود و در وقت و حجم عمليات و تعداد راه اندازی ها و خواباندن ها برای بالانس صرفه جويی خواهد شد

·     هنگام اندازه گيري و يا آناليز ارتعاشات گيربكس ها، هرچند كه سرعت ورودي و يا خروجي آن كم باشد بهتر است از واحد هاي سرعت يا شتاب جهت قضاوت صحيح تر استفاده شود.

·     هنگام عيب يابي با آناليز ارتعاشات تجهيزاتي كه از اجزاء مختلف با رفتار ارتعاشي متفاوتي تشكيل يافته اند (مانند تركيبي از الكتروموتور، ياتاقانهاي لغزشي، كوپلينگ ها، گيربكس ها، ياتاقانهاي غلطشي، فن و ... ) بايد پهناي باند (محدوده فركانس اندازه گيري) مناسب با نوع رفتار هر تجهيز در نظر گرفته شود. بهترين روش اين است كه در ابتداي آناليز بازه فركانسي پهن تري اختيار شود و سپس با توجه به بزرگي دامنه لرزشها در فركانس هاي مختلف، بازه مناسب تر در نظر گرفته شود.

مراجع:

1.          اسناد و مدارك فني نيروگاه تبريز

2.        V. W.  , Machinery Vibration: Balancing. McGraw-Hill, Inc. 1994

3.        Brüel & Kjær Vibro Co. Training Documents

4.         اسناد آموزشي شركت مهندسي تواتر سپاهان

5.         ح، ق، (مترجم)، اصول نگهداري و تعميرات (نت)، نشر طراح، 1385.



1-      سرپرست تعميرات مكانيك توربين نيروگاه تبريز

2-      مدير امور تعميرات مکانيک نيروگاه تبريز

3-      کارشناس مکانيک دفتر فنی توليد ،  شرکت برق منطقه ای آذربايجان

 

+ نوشته شده در  یکشنبه 30 فروردین1388ساعت 12:2 بعد از ظهر  توسط اداره روابط عمومي  |