روش‌های نظارت بر عملکرد بهتر بیرینگ

خطاها و مشکلات بیرینگ تقریبا حدود نیمی از خرابی‌های ماشین‌های الکتریکی را تشکیل می‌دهند. عواقب خرابی آنها می‌تواند منجر به توقف یکباره، خرابی ماشین‌آلات، آسیب به تجهیزات و خسارات مالی شود. برای جلوگیری از این امر و اطمینان از عملکرد ثابت، نگهداری با توجه به بیرینگ ضروری است. اما وقتی یک ماشین می‌تواند صدها بیرینگ داشته باشد، چگونه می‌توان آن را مدیریت کرد؟

از بین صدها بیرینگ که در ماشین‌ها وجود دارند، اکثر آنها از خود ماشین بیشتر عمر می‌کنند. درواقع، تنها بخش بسیار کوچکی از بیرینگ‌ها واقعا خراب می‌شوند و متأسفانه، زمانی که این اتفاق بیفتد، تأثیر آن قابل توجه و مخرب است. وجود یک استراتژی موثر نظارت بر وضعیت، می‌تواند به کاهش این خطر کمک کند.

تجزیه و تحلیل ارتعاش

مانیتورینگ و تحلیل ارتعاش یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای اندازه‌گیری عملکرد بیرینگ و تعمیر و نگهداری آن است.  ماشین‌آلات سیگنال‌های ارتعاشی را پخش می‌کنند،  همانطور که حرکت و تعامل بین اجزای درون خود بیرینگ نیز انجام می‌شود. هرگونه تغییر در این سیگنال ها که ناشی از تغییرات در شرایط عملیاتی نباشد، می‌تواند نشان‌دهنده مشکل در سلامت دستگاه باشد. معمولا خطاهای اجزای متحرک مانند بیرینگ‌ها مسئول تغییرات سیگنال هستند و این تغییرات را می‌توان با استفاده از تجهیزاتی مانند شتاب‌سنج ها و مبدل‌های سرعت ارتعاش تشخیص داد. این سیگنال‌های معیوب ممکن است ناشی از عیوب هندسی، ناهمواری سطح، روغن کاری نامناسب یا آلودگی باشد.

مانیتورینگ ارتعاش یک روش قابل اعتماد و رایج در پایش وضعیت است و استانداردهایی مانند ISO 10816 برای ارزیابی ارتعاش در دسترس است. هنگامی که این فرآیند به درستی اجرا شود می‌تواند یک راه بسیار موثر برای تشخیص عیوب بیرینگ باشد، اما راه اندازی آن ممکن است پرهزینه باشد و نیاز به دسترسی مستقیم به دستگاه برای نصب سنسورها دارد. همچنین ممکن است برای ماشین‌های کم‌سرعت یا محیط‌هایی با سطوح نویز زیاد مناسب نباشد، جایی که سیگنال‌های معیوب ممکن است ضعیف‌تر و تشخیص آن سخت‌تر باشد. این مورد در کاربردهایی مانند توربین ها، موتورها و گیربکس‌ها مشاهده شده است. برای این موارد، روش های دیگر ممکن است مناسب‌تر باشد.

انتشار آکوستیک

در محیط‌هایی پرسروصدا، تغییرات ارتعاشی فرکانس پایین ناشی از چنین قطعات کوچکی در مقایسه با نویز و سیگنال‌های پس‌زمینه، اغلب غیرقابل تشخیص هستند. با این حال، این نقص ها امواجی را در محدوده فرکانس بالاتر (100 کیلوهرتز) تولید می‌کنند که به عنوان انتشار آکوستیک (AE) شناخته می‌شود. این امواج الاستیک گذرا با آزاد شدن انرژی ناشی از نقص در سطح یک ماده یا قطعه تولید می‌شوند. آنها می‌توانند توسط بیرینگ‌های معیوب یا آسیب‌دیده تولید شوند و توسط یک مبدل AE با تداخل کمی از ماشین‌آلات اطراف جمع‌آوری شوند. اگرچه این ممکن است هزینه بیشتری داشته باشد و در تشخیص سیگنال‌ها هم نیاز به تحلیل متخصص هست، این روش می‌تواند در محیط‌های متفاوت‌تری برای نظارت بر وضعیت بیرینگ استفاده شود.

تجزیه و تحلیل شیمیایی

بیرینگ‌ها اغلب برای روانکاری و اطمینان از عملکردشان به روغن و گریس نیاز دارند. قرار گرفتن در معرض گرما می‌تواند روان‌کننده‌ها را تخریب کند و محصولات شیمیایی مضر تولید کند. عاملی که می‌تواند منجر به تولید زباله شود. روغن‌ها و گریس‌ها را می‌توان برای بررسی زباله‌های موجود و تعیین اینکه آیا ناشی از سایش بیرینگ است، تجزیه‌وتحلیل کرد و می‌توان از آن برای نظارت بر وضعیت استفاده کرد. انجام آنالیز شیمیایی روی روغن‌ها و گریس‌ها یک راه ساده و موثر برای تشخیص تخریب است، اما این روش برای ماشین های بزرگتر با بیرینگ‌های روغن‌کاری شده مناسب است.

تجزیه و تحلیل دما

استاندارد IEEE 841 موسسه مهندسین برق و الکترونیک تصریح کرده است که در بار طبقه‌بندی شده، افزایش دمای بیرینگ تثبیت‌شده نباید بیشتر از 45درجه سانتیگراد باشد. عوامل زیادی می‌توانند بر افزایش دما تأثیر بگذارند، از جمله تخریب بیرینگ یا روان‌کننده، سرعت‌های عملیاتی یا دمای داخل خود موتور. بنابراین نظارت بر این افزایش دما برای سطوح غیرعادی می‌تواند به مهندسان درمورد نقص بیرینگ‌ها هشدار دهد که آن را بررسی کنند. این روش سنتی و مؤثر است زیرا امکان اندازه‌گیری کمی پارامترهای خاص را فراهم می‌کند، اما نیاز به نصب سنسورهای دمایی تعبیه‌شده دارد.

نظارت بر جریان استاتور

رصد این فرآیند اغلب برای اندازه‌گیری وضعیت بیرینگ‌ها در ماشین های الکتریکی و موتورها استفاده می‌شود. بیرینگ معیوب در موتور می‌تواند باعث تغییراتی در شار چگالی شود که منجر به تغییر جریان استاتور می‌شود. این تغییر را می‌توان برای شناسایی عیوب بیرینگ اندازه‌گیری کرد و اجرای آن بسیار ساده و غیر تهاجمی است.

اندازه‌گیری جریان استاتور همچنین می‌تواند نمای کلی‌تری از سلامت دستگاه به جای بیرینگ‌ها ارائه دهد. اما مساله این است که نسبت سیگنال به نویز می‌تواند کمتر باشد و گاهی اوقات تشخیص نشانه‌ها در برخی از مشکلات دشوارتر است. اگرچه فرکانس‌های مرتبط با خطاهای تک‌نقطه‌ای را شناسایی کرده‌اند، مسائل کلی‌تر مانند زبری به خوبی مشخص نشده‌اند، اما در نهایت باید گفت این یک روش موثر برای ماشین‌های الکتریکی و سیستم‌های موتوری است.

دمانگاری مادون قرمز

اندازه‌گیری میزان انتشار مادون قرمز می‌تواند بینشی در مورد عملکرد بیرینگ ارائه دهد. با استفاده از تجهیزات دمانگار(ترموگرافی) یا دوربین‌های مادون قرمز می‌توان انتشار انرژی مادون قرمز را اندازه‌گیری کرد و مناطقی را که دما در آنها متفاوت است برجسته کرد. روغن‌کاری نامناسب و سایر خطاهایی که بر سرعت یا بار تأثیر می‌گذارد می‌تواند باعث تغییر گرما یا گرمای بیش از حد شود و استفاده از مادون قرمز می‌تواند به صورت بصری مناطقی که روند طبیعی ندارند را شناسایی کند و به مهندسان امکان می‌دهد مکان دقیق خطای احتمالی را ببینند. این تکنیک بر نقص تولید گرمای اضافی متکی است، به این معنی که همیشه به اندازه کافی حساس نیست تا مسائل اولیه را تشخیص دهد یا آنهایی که به اندازه کافی شدید نیستند تا انتشارات مادون قرمز ایجاد کنند، اما در بسیاری از موارد امکان تجزیه و تحلیل سریع وضعیت بیرینگ را فراهم می‌کند.

با توجه به اینکه بیرینگ‌‌ها جزء حیاتی بسیاری از ماشین‌ها هستند، نظارت موثر بر وضعیت آنها باید در اولویت هر عملیات صنعتی باشد. بسته به عملیات صنعتی، نوع ماشین‌آلات مورد استفاده و تجهیزات موجود، تکنیک‌های زیادی برای رسیدن به این هدف وجود دارد. بهترین روش برای نظارت بر وضعیت بیرینگ به خود عملیات بستگی دارد. اجرای یک روش مناسب برای اندازه‌گیری سلامت بیرینگ‌ها و شناسایی عیوب قبل از جدی شدن آنها، راه بسیار ارزشمندی برای اطمینان از عملکرد و جلوگیری از خرابی‌های پرهزینه و برنامه‌ریزی نشده است.