یاتاقان های ژورنال
یاتاقانهای ژورنال | بررسی عیوب رایج و روشهای تشخیص
یاتاقانهای ژورنال یکی از اجزای مهم و جدا نشدنی صنعت هستند که اگر چه عیوب متنوعی دارند، تشخیص خرابی آنها از یاتاقانهای المان غلطشی سادهتر است. باید متذکر شد که بهترین روش برای عیبیابی این یاتاقانها، بر مبنای مکانیزم عملکرد آنها، استفاده از آنالیز روغن است و پس از آن مناسبترین روش استفاده از آنالیز ارتعاش میباشد.
در بررسی ارتعاشی یاتاقانهای ژورنال، باید به نکات زیر توجه داشت:
اندازهگیری لرزش در محفظه یاتاقانهای ژورنال قابل اعتماد نیست، چون محفظه خیلی کمتر از خود شفت (شاید %۱۰ یا حتی کمتر) حرکت میکند.
قرائت لرزش شفت بطور مستقیم، اگرچه گاهی غیر قابل انجام است اما قرائت لرزش شفت با پروب مجاور یا چسبیده به شفت، اطلاعات ارتعاشی خیلی بهتری نسبت به محفظه یاتاقان میدهد.
لرزش مربوط به نیروهای مکانیکی است که از گردش ماشین ایجاد میشود. در غیاب این نیروها (مانند گردش با دور کم و بالانس عالی) سایش زیاد ممکن است بدون علامت ارتعاشی باشد.
برخلاف یاتاقانهای گریسکاری شده، این یاتاقانها سیستم روغن دارند و در صورت توقف گردش یا آلودگی روغن، خرابی سریع رخ خواهد داد.
1- سایش / فاصله
نکات مهم:
علایم و دامنههای ثبتشده بستگی به نیروهای حاصل از گردش شفت و محل اندازهگیری دارند.
حتی با اندازهگیری مستقیم، در صورت نبود نیروی کافی برای پرتاب شفت، سایش ادامه خواهد داشت بدون اینکه ارتعاش قابلتوجهی دیده شود.
اگر اندازهگیری روی محفظه انجام شود، تنها حدود ۱۰٪ حرکت شفت دیده میشود.
در مراحل نهایی، پیکهایی در تمام سری فرکانسی (تا x۲۰) ظاهر میشوند و طیف فرکانسی FFT شبیه لقی مکانیکی میشود.
در انتها باید توجه داشت که با سنسورهای جابجایی، دادهها باید فیلتر نشده باشند تا شکل موج واقعی دیده شود. در این حالت، شکل موج سینوسی سر بریده یا مربعی میتواند بیانگر وجود لقی و سایش باشد.
شکل موج زمانی بیانگر این امر خواهد بود که فاصلهی زیاد وجود داشته است. عیب لقی و سایش در حالت کلی، سبب ایجاد شکل موج سینوسی سر بریده یا مربعی خواهند شد.
1x و هارمونیکهای آن در هنگام حضور این عیب قابل رویت هستند. همچنین سطح بستر نویز ممکن است افزایش یابد و علاوه بر این هارمونیکهای 0.5x و یک سوم دور کاری نیز ممکن است حضور داشته باشند.
2-چرخش روغن
چرخش روغن یک تحریک ارتعاشی فیلم روغن است. این پدیده در ماشینآلات مجهز به یاتاقانهای ژورنال روان شده با فشار که در سرعتی بالا(بالاتر از سرعت بحرانی) رخ میدهد. یک شفت که با سرعت N در یک یاتاقان در حال دوران است را در نظر بگیرید، در این حالت سرعت یاتاقان برابر صفر است. فیلم روغن بین شفت و یاتاقان قرار دارد و در حالت ایده آل باید با سرعت 0.5x دوران کند اما به دلیل برخی تلفات حاصل از اصطکاک،با سرعتی حدود 0.38x – 0.48x دوران میکند. در حالت عادی، فیلم روغن روتور را با یک زاویهی مشخص هل میدهد. یک گوشهی هلالی شکل در این حالت ایجاد شده که فشار لازم برای نگه داشتن شفت را در موقعیت مناسب دارد و در حالت عادی سیستم در حالت تعادل است و ارتعاشی بر سیستم وارد نمیشود.
در حضور این عیب شاهد قله هایی با دامنه ی بالا در بازهی 0.38x تا 0.48x خواهیم بود.
در تحلیل اربیت این عیب میتوان شاهد شاخصهی دو نقطه باشیم که اگر با اسیلوسکوپ نمایش داده شود این دو نقطه ثابت نخواهند بود و در حال دوران به نظر میآیند. اگر منحنی اوربیت به صورت آنلاین بررسی شود مشاهده خواهد شد که حلقهی داخلی در جهت دوران شفت میچرخد.
3- شلاق روغن
این پدیده زمانی اتفاق میافتد که شفت روغنی برای تکیه ندارد و میتواند با تلاقی فرکانس چرخش و یک سرعت بحرانی سبب ناپایداری گردد. این پدیدهی تلاقی رزونانس شفت با فرکانس چرخش روغن سبب شک شدیدتری از چرخش روغن، به نام شلاق روغن میشود. در این حالت سرعت چرخش به سرعت بحرانی دوران روتور قفل میشود و با افزایش سرعت روتور نمیتوان از آن گذر کرد. برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر توجه کنید.
پدیدهی شلاق روغن در مرحلهی عبور روتور از سرعت بحرانیاش رخ میدهد. دورهی تناوب این پدیدهی خود تحریک، میتواند از نظر هارمونیکی وابسته به سرعت شفت باشد و نباشد. زمانی که از نظر هارمونیکی وابسته به سرعت شفت نیست، نقاط همانند شکل اوربیت زیر به صورت تصادفی در حال حرکت هستند و وقتی که از نظر هارمونیکی وابسته به سرعت شفت است، نقاط ثابت به نظر میرسند.
سوالات متداول
1. چرا عیب یابی یاتاقان های ژورنال اهمیت دارد؟
یاتاقان های ژورنال وظیفه دارند شفت را با حداقل اصطکاک نگه دارند و پایداری دینامیکی ماشین را تضمین کنند. خرابی این یاتاقان ها میتواند منجر به تماس فلز با فلز، افزایش دما، و در نهایت شکست شفت یا توقف کامل تجهیزات شود. تشخیص زود هنگام عیوب با آنالیز ارتعاش و آنالیز روغن، از خسارت های جدی جلوگیری میکند.
2. بهترین روش برای تشخیص خرابی در یاتاقان های ژورنال چیست؟
موثرترین روش، آنالیز روغن است که به صورت مستقیم وضعیت روانکاری و وجود ذرات فرسایشی را نشان میدهد. پس از آن، آنالیز ارتعاشات با بررسی سیگنال های شفت (نه محفظه یاتاقان)، اطلاعات دقیقی از لقی، سایش و ناپایداری فیلم روغن فراهم میکند.
3. پدیده ی چرخش روغن (Oil Whirl) چیست و چگونه در ارتعاشات دیده میشود؟
چرخش روغن زمانی رخ میدهد که فیلم روغن بین شفت و یاتاقان ناپایدار شود و با سرعتی حدود 0.38x تا 0.48x سرعت دوران شفت بچرخد. در طیف ارتعاشی، این عیب با قله های مشخص در این محدوده ی فرکانسی و الگوی اوربیت دو نقطهای قابل شناسایی است.
4. تفاوت بین پدیده های چرخش روغن و شلاق روغن (Oil Whirl و Oil Whip) چیست؟
در چرخش روغن (Oil Whirl)، فیلم روغن ناپایدار میشود اما هنوز کنترل پذیر است و ارتعاشات در محدوده ی زیر سرعت بحرانی رخ میدهد.
در شلاق روغن (Oil Whip)، فرکانس چرخش روغن با یکی از فرکانس های طبیعی روتور هم زمان شده و پدیده ای خود تحریک و خطرناک ایجاد میکند که میتواند باعث لرزش شدید و قفل شدن سرعت روتور در محدوده ی بحرانی شود.
5. عیب های سایش و لقی در یاتاقان ژورنال چگونه تشخیص داده میشوند؟
در این حالت، شکل موج زمانی معمولاً سینوسی سر بریده یا مربعی شکل است و در طیف فرکانسی FFT، قله های 1x و هارمونیک های آن (تا حدود 20x) مشاهده میشوند. افزایش سطح نویز و حضور فرکانس های کسری مانند 0.5x نیز نشانهی وجود لقی یا سایش بیش از حد است.