همراستایی چیست؟
بخش مهمی از پروسه نگهداری از ماشین آلات دوار صنعتی، وابسته به بررسیهای منظم دورهای، روان کاری و همراستاسازی (alignment) صحیح ماشین آلات است. همراستایی به وضعیتی اطلاق میشود که مرکز دوار دو یا چند شفت در یک مجموعه از ماشین آلات، زمانی که این تجهیزات در شرایط نرمال بهره برداری میشوند، با یکدیگر همراستا باشند.
زمانی که شفت ها و یا تسمه ها در ماشین آلات دوار ناهمراستا (misaligned) باشند، خطر بروز توقفات ناخواسته و هزینه بر به طرز چشمگیری رشد خواهد کرد. عدم همراستایی شفت در ماشین آلات میتواند سبب آسیب به بیرینگ ها، آببندها (mechanical seal) و کوپلینگ ها باشد.
همچنین می توان ریشه بسیاری از مشکلات مربوط به روانکاری، مانند نشتی روانکار در اثر بروز آسیب در آببندها را در مسأله عدم همراستایی تجهیزات، ردیابی نمود؛ در این موارد تعویض قطعات آسیب دیده مانند آب بند نمیتواند به عنوان یک راهکار دائمی تلقی شود، بلکه راه درست برای رفع مشکل، حل معضل ناهمراستایی تجهیز است.
مشکلات نا همراستایی ماشین آلات
عدم اجرای درست همراستایی در ماشین آلات میزان تنش را در تجهیز بالا خواهد برد، این امر موجب به وجود آمدن طیف گستردهای از مسائل بالقوه می شود که در بلند مدت می تواند در عملکرد یک دستگاه خلل ایجاد کند.
این مسائل بالقوه به شرح ذیل می باشند:
- افزایش اصطکاک که به خودی خود باعث به وجود آمدن خوردگی در تجهیز، افزایش مصرف انرژی و نیز افزایش احتمال شکست پیش از موعد تجهیزات میشود.
- آسیب زودرس در بیرینگ ها و آب بندهای مکانیکی
- آسیب های زودرس در شفتها و کوپلینگ ها
- نشتی و مصرف بیش از حد روانکارها
- آسیب در فوندانسیون و ساختمان تجهیزات
- افزایش لرزش و صداهای مزاحم
به طور عام مسبب تقریباً 50 درصد از هزینه های مربوط به آسیب ها در ماشین آلات دوار، به صورت مستقیم و غیر مستقیم مرتبط با عدم همراستایی در شفت تجهیزات است. در همین راستا همراستا کردن صحیح ماشین آلات میتواند مانع بروز بسیاری از توقفات وابسته به ماشین آلات دوار در واحدهای صنعتی شود.
در شرایط چالشی امروز که کاهش هزینه های تولید و بهینه سازی استفاده از داشته ها بیش از پیش پر رنگ شده است، موضوع همراستاسازی تجهیزات بسیار با اهمیت تر خواهد بود.
همراستاسازی صحیح
برای اجرای صحیح همراستاسازی، ماشین آلات باید در صفحات مختصات افقی و عمودی همراستا باشد. عدم همراستایی میتواند بر اثر عدم تطابق صفحه ها به صورت موازی، زاویه ای یا ترکیبی از هر دو باشد.
به طور کلی دو نوع عدم همراستایی وجود دارد:
عدم همراستایی موازی و عدم همراستایی زاویه ای.
در حالت عدم همراستایی موازی، خط مرکزی دو شفت با یکدیگر موازی هستند اما بر یکدیگر منطبق نیستند. عدم همراستایی موازی به دو زیر شاخه عدم همراستایی موازی عمودی و افقی تقسیم می شود.
تصویر 1 – عدم همراستایی موازی و زاویه ای
اما در حالت عدم همراستایی زاویه ای دو محور مرکزی شفتها با یکدیگر زاویه دارند و همدیگر را در یک نقطه قطع می کنند. به طور مشابه، عدم همراستایی زاویه ای نیز به دو زیر شاخه عدم همراستایی زاویه ای افقی و عمودی بخش می شود.
علاوه بر دو مورد ذکر شده فوق، حالتی نیز تحت عنوان لقی پایه (soft foot) وجود دارد. لقی پایه به حالتی اطلاق می شود که یک یا چند عدد از پایه های تجهیز به صورت کاملاً مسطح بر روی شاسی ننشیند. لقی پایه یکی از شایع ترین حالت های عدم همراستایی است. یکی از اولین گام های اجرای فرایند همراستاسازی بررسی فوندانسیون و شاسی تجهیز و سپس بررسی مسأله لقی پایه است. راهکار رفع مشکل لقی پایه نیز استفاده از شیم گذاری مناسب است.
تصویر 2 – soft foot یا لقی پایه
یکی دیگر از دلایل شایع به وجود آمدن عدم همراستایی خارج از مرکز بودن بیرینگ در هوزینگ است که عموماً بر اثر به وجود آمدن خوردگی در هوزینگ به وجود می آید. راهکار رفع این مشکل نیز تعویض و یا اصلاح هوزینگ است.
تشخیص عدم همراستایی
روش معمول برای تشخیص عدم همراستایی، بررسی و بازرسی قبل از استارت و یا به هنگام نصب تجهیز است که در روش اجرایی توضیح داده میشود. همچنین روش هایی نیز برای تشخیص عدم همراستایی در زمان فعالیت ماشین آلات وجود دارد. یکی از این روشها استفاده از آنالیز ارتعاشات (vibration analysis) است که به صورت کاملاً موثر می تواند عدم همراستایی را در ماشین آلات تشخیص دهد.
در واقع آنالیز ارتعاشات، فرایند داده برداری از میزان و الگوی سیگنال ارتعاشات، به منظور تشخیص ارتعاشات غیر طبیعی و ارزیابی کیفی وضعیت کلی یک ماشین، تجهیز یا ساختمان (structure) است.
برای استفاده از این روش به تجهیزات داده برداری ارتعاش ماشین آلات نیاز خواهد بود که این تجهیزات شامل سنسورهای دقیق و حساس به ارتعاش و همچنین واحد کنترل و داده برداری است.
به طور معمول داشتن ارتعاش با دامنه بالا روی محور شعاعی ماشین آلات، در فرکانس دو برابر سرعت چرخش شفت می تواند از علائم وجود عدم همراستایی موازی شفت باشد. به همین ترتیب داشتن ارتعاشات با دامنه زیاد و در فرکانس برابر با سرعت چرخش شفت روی محور اصلی می تواند بیانگر عدم همراستایی زاویه ای باشد.
روش دیگر برای تشخیص وجود عدم همراستایی در ماشین آلات در حال کار، استفاده از روش ترموگرافی (thermography) است.
به عنوان مثال اگر دمای کوپلینگ و همچنین بیرینگ های مجاور آن نسبت به سایر المان ها به صورت غیر طبیعی بالاتر باشد، می تواند نشان دهنده عدم همراستایی باشد.
در واقع ترکیب دو روش فوق، یعنی استفاده از آنالیز ارتعاشات و ترموگرافی، ابزاری قدرتمند جهت تشخیص عدم همراستایی خواهد بود.
روش اجرایی همراستاسازی
خط کش
یکی از روش های سنتی همراستاسازی که هنوز هم بسیار رایج است استفاده از خط کش یا یک تیغه صاف و بازدید چشمی است.
به این صورت که خطکش را روی دو لبه شفت یا کوپلینگ گذاشته و توسط بازدید چشمی میزان عدم همراستایی را بررسی می کنند. اگرچه این روش ابتدایی برای اجرای همراستایی مزیت سریع بودن و سادگی را دارد اما به طور بالقوه دارای خطای زیادی است و همچنین میزان دقیق و اندازه گیری شده ای از فرایند همراستاسازی را که امروزه جزو استاندارد مورد نیاز ماشین آلات است، به ما نمی دهد.
ساعت اندیکاتور
یکی دیگر از روش های سنتی استفاده از ساعت اندیکاتور است.اگرچه ساعت اندیکاتور دقت بالاتری را نسبت به روش اول ارائه می دهد اما دو مشکل بسیار مهم را نیز به همراه دارد، اول اینکه استفاده از ساعت اندیکاتور برای اجرای همراستا سازی نیازمند دانش و تجربه فنی زیادی است و دوم اینکه پیاده سازی همراستاسازی توسط ساعت اندیکاتور فرایندی بسیار زمانبر است.
علاوه بر دو مورد ذکر شده، ساعت اندیکاتور نمیتواند به صورت همزمان تغییرات اعمال شده جهت همراستا سازی را به ما نشان دهد، یعنی پس از هر مرحله از اجرای تغییرات، نیاز به اندازه گیری مجدد توسط ساعت اندیکاتور وجود خواهد داشت.
تجهیزات اندازه گیری لیزری
اما روش سوم استفاده از تجهیزات اندازه گیری لیزری است که به صورت عام دارای مزایای سریع بودن، دقت بالا، سهولت استفاده و تنها نیاز به یکبار داده برداری هستند. این تجهیزات دقت بسیار بالاتری نسبت به روشهای قبلی دارند و همچنین نیازی به تخصص بالا جهت استفاده صحیح را ندارند.
تجهیزات همراستاسازی لیزری از دو یونیت فرستنده و گیرنده دقیق لیزری تشکیل شده اند که هر یونیت روی یکی از شفت ها نصب می شود. اندازه گیری های انجام شده نیز به صورت همزمان روی نمایشگر گرافیکی قابل مشاهده خواهد بود.
این تجهیزات عموماً توانایی ذخیره سازی داده ها و همچنین مستندسازی جهت مقایسه نتایج نسبت به نتایج آینده را نیز دارا هستند. تجهیزات پیشرفته تری نیز وجود دارند که توانایی تصویر برداری از تجهیزات جهت ثبت وضعیت ظاهری تجهیز مانند سطح روغن موجود در ماشین آلات، نشتی روانکارها، وضعیت بولت های استراکچر ماشین آلات، خوردگی قطعات و غیره را در پایگاه داده خود دارند.
تصویر 3 – انواع روش های همراستاسازی
حفظ همراستایی
زمانی که عدم همراستایی، شناسایی، تحلیل و اصلاح شد، تدوین یک برنامه برای نگهداری همراستایی بسیار با اهمیت است. یکی از بخش های این برنامه، نگهداری، بررسی منظم وضعیت همراستایی ماشین آلات و همچنین ثبت داده هاست. همچنین در زمان نیاز به تعمیر و جابجایی، باید داده های مربوط به وضعیت تجهیز جهت نصب مجدد، به صورت مستند ثبت گردد.
زمان های بازرسی
عوامل زیادی در جابجایی ماشین آلات دوار دخیل هستند. به عنوان مثال الکتروموتورها عموما در زمان راه اندازی یک شوک شدید را به سیستم تحمیل می کنند، که این ضربه می تواند هم باعث جابجایی تجهیزات و ماشین آلات و هم باعث آسیب به شاسی و فوندانسیون تجهیزات شود، که این عوامل به خودی خود می تواند به مرور باعث به وجود آمدن عدم همراستایی شوند.
همچنین عوامل دیگری مانند شرایط محیطی و تغییرات دمایی که بر اثر تغییرات فصلی و یا شرایط بهره برداری ماشین به وجود می آیند، میتوانند باعث به وجود آمدن عدم همراستایی شوند. که البته دسته دوم در زمان طولانی تری باعث بروز مشکلات خواهند شد.
به طور عام توصیه میشود که ماشین آلات دوار تازه نصب شده، پس از بهره برداری هر سه تا شش ماه از نظر همراستایی بررسی شوند و سپس بر اساس داده برداری ها طی یک یا دو بررسی اول، بازه های بازدید بعدی تنظیم شوند. به طور میانگین نیز می توان بررسی همراستایی ماشین آلات را به صورت سالیانه در نظر گرفت.
میزان سرمایه گذاری
کارشناسان حوزه تعمیر و نگهداری عموما پیشنهاد می کنند که میزان سرمایه گذاری سالانه روی تجهیزات پایش وضعیت و همچنین آموزش در این زمینه به میزان یک درصد از قیمت کل ماشین آلات دوار واحد صنعتی باشد.
به عنوان مثال در یک واحد صنعتی که ارزش ریالی مجموعه ماشین آلات دوار آن شامل الکتروموتورها، گیربکس ها، پمپ ها، فن ها و غیره به میزان 50 میلیارد ریال باشد، سرمایه گذاری روی تجهیزات الاینمنت و پایش ارتعاشات به میزان 500 میلیون ریال کاملاً منطقی خواهد بود.
در نهایت با بهره گیری از الگوهای فوق و پیاده سازی همراستایی ماشین آلات، که عملیاتی نمودن آنها نیز دور از دسترس نیست، می توان جلوی بروز هزینه های گزاف سالیانه را گرفت.
