چکیده :

با بررسی صنایع حساس از جمله صنعت نفت و گاز ، نیروگاهی و هوا فضا می توان دریافت تجهیزات دوار و بهره برداری از آنها از جمله گلوگاه های اصلی بشمار می آیند، طوری که هزینه های سنگین جانی  و مالی در اثر تخریب این تجهیزات و ضربه های اقتصادی شدید در نتیجه متوقف شدن پروژه بدلیل معیوب شدن و تعمیرات تجهیز دوار، همواره متخصصان را بر آن داشته است تا روش های پیش گویی عیب و پایش ارتعاشات را مدنظر قرار دهند و در جهت افزایش دقت آن بکوشند. در این پایان نامه در ادامه راه ارتقاء روش های پایش ارتعاشات و عیب یابی، به تحلیل ارتعاشات و آشکاری سازی مشخصه های یک ترک مورب در روتور اورهنگ پرداختیم. روش تحقیق تجربی است، پس از اجرای فرآیند ساخت میز کار و نمونه آزمایشگاهی، سیگنال ارتعاشات در سرعت نامی روتور ثبت و در ادامه، به تحلیل سیگنال به رو تبدیل موجک پیوسته و گسسته پرداختیم. از نتایج مهم تفسیر سیگنال توسط تبدیل موجک پیوسته می توان گفت که با گذشت زمات دامنه ارتعاشات فرکانسی 1X، 2X، 3X، 4X  افزایش می یابد. همچنین نتایج حاصل از سنسور افقی شفاف تر و مناسب تر از سنسور عمودی است. با اجرای تبدیل فوریه بر روی ضرایب تقریبی تبدیل موجک گسسته در سیگنال ارتعاشات ناشی از یک روتور اورهنگ با یک ترک مورب، دیدیم که روند تغییرات دامنه ارتعاشات در سنسور عمودی و سنسور افقی مشابه یکدیگر  است، ولی دامنه ارتعاشات در سیگنال سنسور قائم بزرگ تر و شفاف تر است.

مقادیر دامنه ارتعاشات در فرکانس 1X، 3X  حذف می شوند و تنها فرکانس های 2X، 4X باقی می مانند. با افزایش بارگذاری، دامنه ارتعاشات فرکانس 2X افزایش می یابد و فرکانس 4X رفتار منظمی ندارد. با افزایش سرعت دورانی مقد ار فرکانس 2X، 4X تغییر می کند. البته با افزایش بار در عمق ترک ثابت، مقد ار دامنه ارتعاشات 2X افزایش می یابد و با اف زایش عمق ترک در مقدار  بار ثابت، دامنه فرکانس 4X افزایش می یابد. شیب منحنی رشد ترک در فرکانس 4X، با افزایش سرعت دورانی و مقد ار بارگذاری افزایش می یابد.

کلید واژگان :

عیب یابی، روتور ترک مورب، سرعت دورانی، سیگنال ارتعاشات، فرکانس، تبدیل موجک

فهرست مطالب

1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………… 2

2- پیشینه تحقیق

2-1- مروری بر مطالعات انجام شده با استفاده از روشهای کلاسیک تحلیل در پایش ارتعاشی  …………………. 6

2-2- مروری بر مطالعات انجام شده با استفاده از روشهای جدید تحلیل در پایش ارتعاشی …………………….. 10

روش نصب سرعت سنج و سنسور های شتاب سنج

روش نصب سرعت سنج و سنسور های شتاب سنج

3- شرح عملکرد

3-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………… 16

پس از بررسی مطالعات انجام شده در زمینه شناسایی ترک در روتور تجهیزات دوار و ارائه پیشنهاد آنالیز ارتعاشات یک روتور اورهنگ با ترک مورب به عنوان موضوع پروژه، طراحی و ساخت یک میز تست شامل یک نمونه تجهیز دوار انجام شد و با ایجاد یک ترک مورب در ناحیه خارج از یاتاقان به سمت بارگذاری، منبع ارتعاشات مورد نظر فراهم شد و سیگنال ارتعاشات در یاتاقان توسط سنسورهای شتاب سنج ثبت و با روش تبدیل موجک تحلیل شد.

3-2- طراحی مدل آزمایشگاهی ……………………………………………………………………………………… 16

مدل آزمایشگاهی مورد استفاده در ین پروژه متشکل از یک میز نگهدارنده موتور الکتریکی، دستگاه کنترل سرعت موتور (اینورتور)، دو عدد نگهدارنده (پایه) یاتاقان (هوزینگ)، یک شفت، سه عدد یاتاقان، یک عدد کوپلینگ ارتباط دهنده موتور و شفت، مکانیزم نگهدارنده بار و تعدادی وزنه جهت بارگذاری است.

میز نگهدارنده از سه پرووفیل آلومینیومی با تولرانس دقیق به طول 1.5 متر و عرض 70 سانتی متر تشکیل شده است که توسط چند میله رزوه شده، کلاف شده است. در قسمت تحتانی میز، از لاستیک استفاده شده است تا ارتعاشات پایه که به میز منتقل می شود به حداقل برسد. یاتاقان های مورد استفاده از نوع خود تنظیم با قطر کنس داخلی 16 میلی متر است. پایه نگهدارنده یاتاقان از جنس آلومینیوم و هم محور با شفت موتور الکتریکی است. شفت مورد استفاده دارای طولی معادل 650 میلی متر و قطر 16 میلی متر از جنس فولاد زنگ نزن است. شکل 3-1 نشان دهنده مدل آزمایشگاهی است.

3-3-  طراحی شفت ……………………………………………………………………………………………………. 18

3-4- محاسبه سختی و فرکانس های طبیعی روتور ……………………………………………………………….. 18

3-5- فرآیند اجرای تست ………………………………………………………………………………………………. 24

تصاویر سه بعدی از ضرایب تبدیل موجک پیوسته بر سیگنال اولیه

تصاویر سه بعدی از ضرایب تبدیل موجک پیوسته بر سیگنال اولیه

4- تجزیه و تحلیل داده ها

4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….. 30

همانطور که در ابتدای پایان نامه توضیح داده شد، هدف این پایان نامه تجزیه و تحلیل سیگنال ارتعاشات یک روتور با ترک مورب به روش تبدیل موجک است. دو روش پر کاربرد تبدیل موجک، تبدیل موجک پیوسته و گسسته است. خروجی تبدیل موجک پیوسته، نمودارهای سه بعدی است که تغییرات دامنه سیگنال را با تغییر فرکانس و گذشت زمان مشخص می کند. همچنین تغییرات مقدار انرژی سیگنال نیز توسط اسکالوگرام مشخص می شود. تبدیل موجک گسسته در انتها با اجرای مجموعه از فرایندها چهره ای دیگر از سیگنال زمانی را در اختیار قرار می دهد که به نوبه خود قابل بررسی است.

4-2- تبدیل موجک پیوسته ……………………………………………………………………………………………. 30

برای مشاهده رشد ترک به صورت سه بعدی، از روش تبدیل موجک پیوسته استفاده می کنیم. در ابتدا باید سیگنال اولیه را تا حد ممکن از نویز پاک سازی کرد. بنابراین از روش تبدیل موجک برای اغتشاش زدایی از سیگنال استفاده می شود. از آنجایی که هدف این پایان نامه بهبود روش های اغتشاش زدایی نیست، روش اغتشاش زدایی استاندارد در تبدیل موجک گسسته مطابق آنچه که قبلاً توضیح داده شد و کاربرد آن در نرم افزار متلب به صورت خلاصه تشریح می شود.

بنا به آنچه گفته شد ابتدا یک سیگنال برای تحلیل به روش تبدیل موجک پیوسته انتخاب می کنیم. در اینجا سیگنال ارتعاشات در سرعت دورانی 30 هرتز و بارگذاری 13 کیلوگرم و عمق ترک 30% قطر شفت انتخاب شد. مدت زمان داده برداری سیگنال 4 ثانیه است و تعداد نمونه برداری 2048 نقطه در 4 ثانیه است همچنین بازه فرکانسی تحت پوشش سیگنال 1 تا 200 هرتز می باشد و فرکانس نمونه برداری، برابر با 512 است. (در مرحله داده برداری، تمامی سیگنال ها با اجرای عملیات میانگین گیری اتوماتیک از مرتبه 32، توسط دستگاه ADASH یک مرحله نویز گیری شدند.)

10) خمش

وجود خمیدگی در روتور موجب شرایط نا برابر حرارتی می شود و نهایتاً به سایش روتور می انجامد. خمیدگی روتور موجب بارگذاری اولیه در یاتاقان ها می شود. همچنین نا بالانسی به دلیل خارج شدن مرکز جرم از محور یاتاقان ها نیز دور از انتظار نیست. ارتعاشات در هارمونی x1 دیده می شود که با بالانس کردن می توان سطح ارتعاشات را کاهش داد. البته با این کار شفت صاف نمی شود. همچنین خمیدگی از همراستایی کامل جلوگیری می کند و می تواند مشکلات لفی را ایجاد کند که بستگی به محل خمیدگی دارد. بنابراین ارتعاشات x1 و در بعضی موارد x2 دیده می شود که این هارمونی ها هم فازند.

11) نابالانسی

نابالانسی یکی از شایع ترین عوامل ارتعاشات در ماشین های دوار است، بنا به استاندارد ISO نابالانسی یعنی:

شرایطی که موجب تولید نیروی ارتعاشی یا حرکت در یاتاقان ها به دلیل وجود نیروی گریز از مرکز می شود.

تعریف دوم: توزیع غیر یکنواخت وزن حول محور دوران.

تعریف سوم: زمانی که محور دوران (S) با محور اصلی (B) منطبق نباشد.

بنا به ترکیب حالات محور دوران (S) و محور اصلی یاتاقان (B)، چهار حالت نابالانسی ایجاد می شود:

استاتیک- کوپله- شبه استاتیک- دینامیک

نابالانسی، هارمونی اول x1 را تحریک می کند که البته عیوب دیگر مثل ناهمراستایی- خمیدگی و … نیز این هارمونی را تحریک می کند و شناسایی نابالانسی از این عیوب سخت می شود، البته شرایط زیر کمک کننده است:

1) هارمونی در نصف سرعت دوران نباید تحریک شود.

2) دامنه هارمونی های درجات بالاتر کم هستند (x2 و x3).

3) نابالانسی دارای زاویه فاز ثابت نسبت به فاز شفت است.

4) ارتعاشات مربوط به سرعت است، نه بارگذاری.

در شرایط معمولی، ارتعاشات x1 دیده می شود. یاتاقان های رفتار غیر خطی دارند و ارتعاشات (x2 و x3) و … ایجاد می شود که دامنه آنها از ارتعاش x1 کمتر است.

4-3- اغتشاش زدایی ……………………………………………………………………….. 31

4-3-1- اغتشاش زدایی در تبدیل موجک گسسته ………………………………………. 31

4-4- تبدیل موجک گسسته ………………………………………………………………… 43

4-5- تغییر بارگذاری در عمق ترک ثابت …………………………………………………….. 46

4-6- بررسی اثر افزایش بار گذاری ……………………………………………………….. 51

4-7- بررسی اثر سرعت دورانی و تغییر  بارگذاری در منحنی های دامنه ارتعاشات 4X، 2X در چهار ………………… 54

4-8- تغییر عمق ترک در بارگذاری ثابت ………………………………………………………………………………………. 59

4-9- بررسی اثر سرعت دورانی و افزایش عمق ترک در منحنی های دامنه ارتعاشات 4X، 2X در سه بارگذاری با مقادیر ثابت ………………. 65

4-10- مقایسه روند تغییر دامنه ارتعاشات برای بارگذاریهای مختلف با افزایش عمق ترک در سرعت ثابت ……………………………………….. 69

4-11- مقایسه روند تغییر دامنه ارتعاشات برای عمق ترک های مختلف با افزایش مقدار بارگذاری در سرعت ثابت ……………………………… 71

ضرایب تقریبی تبدیل موجک

ضرایب تقریبی تبدیل موجک

5- نتیجه گیری، بحث  و پیشنهاد

5-1- مقدمه …………………………………………….. 76

5-2- نتایج تبدیل موجک پیوسته …………………….. 76

5-3- نتایج تبدیل موجک گسسته …………………….. 77

5-4- پیشنهادات ………………………………………. 78

پیوست الف :

1-1- عیوب متداول درماشین های دوار ………………………. 79

1-2- تحلیل ارتعاشات در روتور ترک دار ………………………. 82

1-3- حساسیت در روتور ترک دار …………………………….. 84

1-4- رفتار دینامیکی به هنگام عبور از سرعت های بحرانی ….86

1-5- تحلیل سیگنال ارتعاشات مرجع ………………………….. 87

1-6- تحلیل ارتعاشات روتور ترک دار……………………………… 87

1-7- اثر ترک های عرضی در ارتعاشات پیچشی و محوری …. 89

1-8- جابجایی فرکانس طبیعی پیچشی …………………….. 89

1-9- تحریک ارتعاشات محوری در یک روتور آزمایشگاهی …… 93

منابع ……………………………………………………………… 94

تغییر دامنه ارتعاشات با افزایش مقدار بار گذاری برای عمق ترک های نختلف در سرعت ثابت 30 هرتز و 16 هرتز

تغییر دامنه ارتعاشات با افزایش مقدار بار گذاری برای عمق ترک های نختلف در سرعت ثابت 30 هرتز و 16 هرتز



مقطع : کارشناسی ارشد

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید