ارتعاشات در ذات کمپرسورهاست و انواع مختلف کمپرسورها علائم ارتعاش منحصر به فرد خود را دارند.در این مقاله، شرکت آکو پایش نگاهی دقیق‌تر به آنالیز ارتعاشات کمپرسور می‌اندازد تا به خواننده کمک کند تا بفهمد چه انتظاری از ارتعاش کمپرسور داشته باشد.
آنالیز ارتعاشات
برای تعیین اینکه آیا ارتعاشات کمپرسور شما بالا است یا خیر، باید برخی از تست های آنالیز ارتعاشات (ارتعاش سنجی) را انجام دهید.
یک وسیله بسیار ابتدایی و ساده برای آنالیز ارتعاشات این است که یک سکه را روی لبه بالای کمپرسور خود قرار دهید. اگر غلت بزند، ارتعاش کمپرسور زیاد است. این آزمایش سکه نامیده می شود و اگرچه گزارش شده است که برای برخی مفید است ولی یک رویکرد پیچیده تر ارتعاشات (ارتعاش سنجی) در ادامه در نظر گرفته شده است.
اکثر تحلیلگران ارتعاشات و شرکت‌هایی که بر خدمات پایش وضعیت ارائه می دهند، ارتعاش را با ابزارهایی مانند سنسور های شتاب‌سنج، اندازه‌گیری می‌کنند. داده های این ابزارها با یک دستگاه ارتعاش سنج تجزیه و تحلیل می شوند. استفاده از دستگاه ارتعاش سنج که توانایی نمایش داده ها را در نمودارهای FFT و نمودارهای Waveform دارد، بینش ارزشمندی را در مورد عملکرد کمپرسور خود به کاربران می دهد.
نمودارهای FFT
این مقاله در درجه اول به داده های ارتعاشات ارائه شده در نمودارهای FFT اشاره می کند. نمودار FFT دامنه ارتعاش در مقابل فرکانس را نشان می دهد. نمودار طیف نشان می دهد که ارتعاش در چه فرکانس هایی رخ می دهد، یعنی کمپرسور در چه فرکانس هایی ارتعاش می کند. علت ارتعاشات کمپرسور دارای فرکانس های خاصی هستند که به آنها اجازه می دهد با نمودار FFT شناسایی شوند. نمودار FFT زیر ارتعاشات یک موتور الکتریکی با خرابی بلبرینگ را نشان می دهد.
یکی دیگر از راه‌های آسان برای نمایش فرکانس در نمودار FFT، فرکانس ارتعاش تقسیم بر فرکانس سرعت کار کمپرسور است. به عنوان مثال، اگر دامنه ارتعاش در 60 هرتز رخ دهد و سرعت کمپرسور 3600 دور در دقیقه (60 هرتز) باشد، ترتیبی که دامنه ارتعاش در آن رخ می دهد 1X سرعت عملیاتی است. بسیاری از ارتعاشات کمپرسور در فرکانس‌هایی رخ می‌دهد که به طور مستقیم با سرعت عملکرد کمپرسور متناسب است، بنابراین نمایش فرکانس به ترتیب در نمودارهای FFT می‌تواند بسیار سودمند باشد. نمودار زیر همان داده های ارتعاشی خرابی بلبرینگ موتور الکتریکی را نشان می دهد.
علل رایج لرزش کمپرسور
اگرچه هر نوع کمپرسور دارای علامت ارتعاشی منحصر به فرد است، اما می توانند رفتار ارتعاشی مشابهی نیز داشته باشد. برخی از علل رایج ارتعاشات کمپرسور عبارتند از:
- عدم تعادل (عدم بالانس فن)
- ناهماهنگی (عدم الاینمنت لیزری)
- لقی مکانیکی و دورانی
- خرابی بیرینگ
- رزونانس / سرعت بحرانی
منابع مفید زیادی وجود دارد که به آسانی در دسترس هستند و علل رایج ارتعاشت کمپرسور را تعریف می کنند. مهم است که بفهمیم این مسائل در طیف ارتعاشات و همچنین رفتار ارتعاشی خاص کمپرسور که به شرح زیر مورد بحث قرار گرفته است، چگونه به نظر می رسند.
ارتعاشت کمپرسور گریز از مرکز
کمپرسورهای گریز از مرکز (یا دینامیک) از عمل گریز از مرکز شعاعی برای وادار کردن جریان از مکش به تخلیه کمپرسور استفاده می کنند. افزایش سرعت فرآیند ناشی از این عمل گریز از مرکز، انرژی جنبشی را منتقل می کند که در نهایت با پیشروی به سمت تخلیه کمپرسور به فشار تبدیل می شود.
در مقایسه با سایر فن آوری های کمپرسور که در این مقاله توضیح داده شده است، کمپرسورهای گریز از مرکز از نظر ارتعاش نسبتاً نرم کار می کنند و معمولاً دارای سطوح ارتعاشات پایینی هستند. یک طیف ارتعاش معمولی از یک کمپرسور گریز از مرکز، بالاترین دامنه را در سرعت کار 1X نشان می‌دهد و دامنه‌های کوچک‌تر در مضرب‌های 1X رخ می‌دهد. اگر دامنه‌های ارتعاش قابل توجهی در مضرب‌های غیرصحیح سرعت در حال اجرا رخ می‌دهد،این ممکن است نشان دهنده مشکل در کمپرسور باشد.
پدیده سرج کمپرسور
یکی از مسائل منحصر به فرد کمپرسورهای گریز از مرکز، سرج است. سرج زمانی است که فشار برگشتی کمپرسور خیلی زیاد است و معکوس شدن لحظه ای جریان یا گردش مجدد در داخل کمپرسور اتفاق می افتد. Surge معمولاً دامنه های ارتعاشی را در فرکانس های کمتر از سرعت کار ایجاد می کند . برای جلوگیری از آسیب رساندن به کمپرسور سانتریفیوژ، کارکرد در حالت سرج یا حتی نزدیک به نوسانات توصیه نمی شود و باید شرایط را تغییر داد تا از سرج جلوگیری شود.
کمپرسورهای جابجایی مثبت
کمپرسورهای جابجایی مثبت به منظور انتقال و افزایش فشار گاز به کاهش حجم مکانیکی متکی هستند. انواع کمپرسورهای باقی مانده که در این مقاله مورد بحث قرار گرفته اند، همگی کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند.
آنالیز ارتعاشات کمپرسورهای رفت و برگشتی
کمپرسورهای رفت و برگشتی کمپرسورهایی با جابجایی مثبت هستند که از پیستون و سیلندر مانند موتور خودرو برای فشرده سازی گاز استفاده می کنند. گاز به داخل سیلندر کشیده شده و از مکش بسته می شود. حجم گاز محبوس شده در سیلندر توسط پیستون کاهش می یابد که باعث افزایش فشار گاز می شود. سپس سیلندر به سمت تخلیه کمپرسور باز می شود و به گاز اجازه می دهد تا سیلندر را ترک کند.
همچنین مانند موتور خودرو، کمپرسور رفت و برگشتی دارای میل لنگ و میله های اتصال است. بسته به نوع طراحی، کمپرسورهای رفت و برگشتی می توانند نیروهای عدم تعادل(عدم بالانس) جرمی ناشی از اجزای رفت و برگشتی مخالف و نیروهای لحظه ای / زوجی به دلیل جابجایی اجزای رفت و برگشتی مخالف داشته باشند. این نیروها در طراحی کمپرسور ذاتی هستند و باعث ایجاد ارتعاش در فرکانس‌های سرعت 1X,2X می‌شوند.
ضربه های فشار
یکی دیگر از دلایل ارتعاشات کمپرسور رفت و برگشتی به دلیل ضربان فشار است. هر بار که یک سیلندر به سمت مکش و تخلیه کمپرسور باز و بسته می شود، یک پالس فشار ایجاد می کنند. یک سیلندر تکی تکان‌های فشاری را با سرعت 1X تولید می‌کند. در حالی که یک سیلندر دو اثره ضربان فشار را با سرعت دو برابر ایجاد می کند. ضربان‌های فشاری می‌توانند به خصوص برای لوله‌ها آسیب‌رسان باشند.
طیف ارتعاش معمولاً دامنه‌هایی را نشان می‌دهد که در سرعت دور 1 برابر و چندین برابر سرعت دور به دلیل ارتعاش ذکر شده در بالا رخ می‌دهند. اگر ارتعاش را در نزدیکی یک ضربدر اندازه گیری کنید، می توانید انتظار داشته باشید که ضربه هایی از سوپاپ ها، ضربان ها و غیره مشاهده شود و آنها می توانند تشدیدهایی را در ساختار تحریک کنند که منجر به تغییر دامنه ها و فرکانس ها در طول یک دور می شود. در این مورد ممکن است بخواهید ارتعاش را در حوزه زمانی به جای نمودار FFT تحلیل کنید. کمپرسورهای رفت و برگشتی نسبت به سایر کمپرسورها سطح ارتعاش کلی بالاتری دارند.
آنالیز ارتعاشات کمپرسور اسکرو
کمپرسورهای اسکرو نیز کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند. کمپرسورهای اسکرو دارای دو روتور نری و مادگی هستند. به طور معمول، روتور نر روتور محرک است و دارای مارپیچ های کمتری نسبت به روتور ماده است، روتور نر چهار و روتور ماده شش (مارپیچ) معمول است. مانند کمپرسورهای رفت و برگشتی، حجم گازی را که در محفظه‌های بین مارپیچ روتور و دیواره‌های پوشش کمپرسور وجود دارد، کاهش می‌دهند. با چرخش روتورها و در نتیجه مشبک شدن لوب های روتور، حجم محفظه ها تا رسیدن به تخلیه کمپرسور کاهش می یابد.
اگر روتور نر کمپرسور پیچ دارای تعداد لوب های متفاوتی نسبت به روتور مادگی باشد، سرعت چرخش متفاوتی خواهند داشت. می توان انتظار داشت که لرزش در 1 برابر سرعت روتور نر و 1 برابر سرعت روتور مادگی رخ دهد. با استفاده از روتور نر چهار لوب / روتور ماده شش لوب، سرعت روتور مادگی 4/6 = 0.67 برابر سرعت روتور نر خواهد بود.
فرکانس Pocket Passing
مانند کمپرسور رفت و برگشتی، کمپرسورهای اسکرو نیز با باز و بسته شدن محفظه از مکش و تخلیه کمپرسور، ضربان فشار ایجاد می کنند. این ضربان های فشار معمولی است که باعث ایجاد ارتعاش کمپرسور در فرکانس ضربان دار و چند برابر این فرکانس شود. برای کمپرسورهای اسکرو، فرکانس ضربان فشار معمولاً به عنوان فرکانس عبور پاکت (PPF) نامیده می‌شود و برابر است با سرعت کار بر تعداد لوب‌های روتور. توجه داشته باشید که سرعت روتور نر ضربدر تعداد لوب های روتور نر برابر است با سرعت روتور مادگی ضربدر تعداد لوب های روتور ماده. و برخلاف کمپرسورهای رفت و برگشتی، کمپرسورهای اسکرو می‌توانند با سرعت‌های بالاتر کار کنند و در یک دور ضربان فشار بیشتری ایجاد کنند، بنابراین مشاهده ارتعاشات در فرکانس‌های بالاتر معمول است.اگرچه اکثر کمپرسورهای اسکرو به دامنه ارتعاشی که با کمپرسورهای رفت و برگشتی دیده می شود نمی رسند، انتظار می رود که بیشتر از کمپرسورهای گریز از مرکز باشند. در واقع، API این را با محدودیت طراحی ارتعاش بالاتر برای کمپرسورهای اسکرو نسبت به کمپرسورهای گریز از مرکز تشخیص می دهد.
آنالیز ارتعاشات کمپرسور رینگ مایع
مانند کمپرسور رفت و برگشتی و کمپرسور اسکرو، کمپرسورهای رینگ مایع کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند. کمپرسورهای رینگ مایع دارای پروانه ای هستند که نسبت به بدنه خارج از مرکز است. یک مایع به کمپرسور وارد می‌شود و پروانه چرخان مایع را به سمت قطر بیرونی محفظه کمپرسور فشار می‌دهد و یک حلقه مایع ایجاد می‌کند. همانطور که پروانه از طریق مایع می چرخد، حجم بین پره های پروانه کاهش می یابد زیرا پروانه نسبت به محفظه خارج از مرکز است، که باعث فشرده شدن گاز در پروانه می شود.
فرکانس عبور پره
همانطور که در مورد کمپرسورهای جابجایی مثبت انتظار می رود، کمپرسور رینگ مایع، ضربان فشار ایجاد می کند. این ضربان‌های فشاری باعث ایجاد ارتعاش کمپرسور در فرکانس برابر سرعت کار ضربدر تعداد پره‌های روی پروانه می‌شوند. این فرکانس به فرکانس عبور پره معروف است. دامنه‌های ارتعاشی که در چند برابر فرکانس عبور پره رخ می‌دهند نیز قابل انتظار است. کاویتاسیون یک نگرانی مکرر در کمپرسورهای رینگ مایع است. اگر کاویتاسیون رخ دهد، معمولاً باعث افزایش ارتعاش در فرکانس عبور پره و چند برابر این فرکانس می شود.کمپرسورهای رینگ مایع می توانند لرزش کمتری نسبت به انواع دیگر کمپرسورها داشته باشند. رینگ مایع داخل کمپرسور می تواند ضربان های فشار را کاهش دهد که به پایین نگه داشتن سطح ارتعاش کمک می کند.
آنالیز ارتعاشات کمپرسور پره دوار
کمپرسور پره دوار (یا کمپرسور پره کشویی) نیز یک کمپرسور جابجایی مثبت است. مانند کمپرسور رینگ مایع، روتور کمپرسور پره دوار نسبت به پوشش کمپرسور غیرعادی است. روتور دارای شکاف هایی است که در آن پره های کمپرسور قرار دارند. با چرخش روتور، نیروی گریز از مرکز، پره ها را از شکاف های روتور بیرون می راند و پره ها با سوراخ سیلندر تماس می گیرند. حجم موجود بین دو پره با چرخش روتور کاهش می‌یابد و پره‌ها را به داخل شکاف‌های خود باز می‌گرداند.
فرکانس عبور پره
پره دوار همچنین ضربان فشار ایجاد می کند زیرا یک کمپرسور جابجایی مثبت است. ارتعاش معمولی و مورد انتظار در کمپرسورهای پره دوار در فرکانس برابر با سرعت کار کمپرسور ضربدر تعداد پره ها (یا تیغه ها) رخ می دهد. این فرکانس به فرکانس عبور پره یا فرکانس عبور پروانه معروف است. ارتعاش در چند برابر فرکانس عبور پره نیز رخ خواهد داد. اگر طیف ارتعاش دامنه‌هایی را نشان می‌دهد که در فرکانس‌های مساوی با گذر پره یا چند برابر عبور پره نیستند، این ممکن است نشان‌دهنده مشکلی در کمپرسور یا سیستم باشد. به عنوان مثال، یک پره یا تیغه گیر در داخل کمپرسور ممکن است سطوح بالایی از 1X، 2X، 3X و غیره را نشان دهد.
مانیتورینگ ارتعاشات
مانند سایر کمپرسورها، بهترین روش استفاده از داده‌های ارتعاش برای ارزیابی عملکرد کمپرسور اندازه‌گیری داده‌های ارتعاش بلافاصله پس از راه‌اندازی تجهیزات و رسیدن به شرایط عملیاتی حالت پایدار عادی است. این داده‌های ارتعاشات اندازه‌گیری شده را می‌توان به‌عنوان خط پایه برای مقایسه با اندازه‌گیری‌های ارتعاشات آینده استفاده کرد. مقایسه‌ها نه تنها باید شامل دامنه‌های کلی ارتعاش باشد، بلکه داده‌های طیفی را نیز باید شامل دامنه در مقابل فرکانس باشد. توجه داشته باشید که تغییرات در شرایط عملیاتی مانند سرعت، فشار و دما همگی بر ارتعاش کمپرسور تأثیر دارند، بنابراین مهم است که شرایط عملکرد را به عنوان بخشی از داده‌های ارتعاش لحاظ کنید.
