۱. مبانی تشخیص فنی

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

€1,751.00

Parts

Vibration sensor

€90.00

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

€124.00

Devices

Balanset-4

€6,803.00

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

€46.00

Parts

Reflective tape

€10.00

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

€1,561.00

۱.۱ بررسی اجمالی عیب‌یابی فنی

تشخیص فنی، رویکردی سیستماتیک برای تعیین وضعیت فعلی و پیش‌بینی عملکرد آینده تجهیزات دریایی است. مهندسان از تکنیک‌های تشخیصی برای شناسایی عیوب در حال توسعه قبل از اینکه منجر به خرابی‌های فاجعه‌بار شوند، استفاده می‌کنند و از این طریق ایمنی عملیاتی و بهره‌وری اقتصادی را در کشتی‌ها تضمین می‌کنند.

اصل اساسی تشخیص فنی

اصل اساسی تشخیص فنی بر همبستگی بین وضعیت تجهیزات و پارامترهای فیزیکی قابل اندازه‌گیری متکی است. مهندسان پارامترهای تشخیصی خاصی را که منعکس کننده وضعیت داخلی ماشین‌آلات هستند، رصد می‌کنند. هنگامی که تجهیزات شروع به خراب شدن می‌کنند، این پارامترها در الگوهای قابل پیش‌بینی تغییر می‌کنند و به متخصصان این امکان را می‌دهند که مشکلات در حال توسعه را تشخیص داده و طبقه‌بندی کنند.

اصطلاحات تشخیصی

درک اصطلاحات تشخیصی، پایه و اساس برنامه‌های مؤثر پایش وضعیت را تشکیل می‌دهد. هر اصطلاح معنای خاصی دارد که تصمیم‌گیری تشخیصی را هدایت می‌کند:

الگوریتم‌های تشخیص و مدل‌های تشخیصی

سیستم‌های تشخیصی مدرن از الگوریتم‌های پیچیده‌ای استفاده می‌کنند که به طور خودکار داده‌های جمع‌آوری‌شده را تجزیه و تحلیل کرده و شرایط تجهیزات را شناسایی می‌کنند. این الگوریتم‌ها از تکنیک‌های تشخیص الگو برای مرتبط کردن پارامترهای اندازه‌گیری شده با امضاهای خطای شناخته‌شده استفاده می‌کنند.

الگوریتم‌های تشخیص، چندین پارامتر تشخیصی را به طور همزمان پردازش می‌کنند و مقادیر و روابط آنها را در نظر می‌گیرند. به عنوان مثال، یک سیستم تشخیصی که یک توربین گاز دریایی را رصد می‌کند، ممکن است سطوح ارتعاش، پروفیل‌های دما و نتایج آنالیز روغن را با هم تجزیه و تحلیل کند تا ارزیابی جامعی از وضعیت ارائه دهد.

بهینه‌سازی پارامترهای کنترل‌شده

برنامه‌های تشخیصی مؤثر نیاز به انتخاب دقیق پارامترهای تحت نظارت و خطاهای شناسایی‌شده دارند. مهندسان باید پوشش تشخیصی را در برابر محدودیت‌های عملی مانند هزینه‌های حسگر، الزامات پردازش داده‌ها و پیچیدگی نگهداری متعادل کنند.

سیر تکامل روش‌های نگهداری و تعمیرات

صنایع دریایی از طریق چندین فلسفه نگهداری تکامل یافته‌اند که هر کدام رویکردهای متفاوتی برای مراقبت از تجهیزات ارائه می‌دهند:

تشخیص عملکردی در مقابل تشخیص آزمایشی

رویکردهای تشخیصی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که اهداف متفاوتی را در برنامه‌های نگهداری دریایی دنبال می‌کنند:

تشخیص عملکردی تجهیزات را در حین عملکرد عادی رصد می‌کند و در حالی که ماشین‌آلات عملکرد مورد نظر خود را انجام می‌دهند، داده‌ها را جمع‌آوری می‌کند. این رویکرد اطلاعات وضعیت واقع‌بینانه‌ای را ارائه می‌دهد اما انواع آزمایش‌های ممکن را محدود می‌کند.

تشخیص تستر تحریک مصنوعی را اغلب در طول دوره‌های خاموشی به تجهیزات اعمال می‌کند تا ویژگی‌های خاصی مانند فرکانس‌های طبیعی یا یکپارچگی سازه را ارزیابی کند.

۱.۲ تشخیص ارتعاش

تشخیص ارتعاش به عنوان سنگ بنای پایش وضعیت تجهیزات دوار دریایی ظهور کرده است. این تکنیک از این اصل اساسی بهره می‌برد که خطاهای مکانیکی الگوهای ارتعاشی مشخصی ایجاد می‌کنند که تحلیلگران آموزش‌دیده می‌توانند آنها را برای ارزیابی وضعیت تجهیزات تفسیر کنند.

ارتعاش به عنوان سیگنال تشخیصی اولیه

تجهیزات دریایی دوار ذاتاً از طریق مکانیسم‌های مختلفی از جمله عدم تعادل، ناهم‌ترازی، سایش یاتاقان و اختلالات جریان سیال، ارتعاش ایجاد می‌کنند. تجهیزات سالم، نشانه‌های ارتعاشی قابل پیش‌بینی از خود نشان می‌دهند، در حالی که ایجاد نقص، تغییرات مشخصی در این الگوها ایجاد می‌کند.

مهندسان دریایی از پایش ارتعاش استفاده می‌کنند زیرا این روش، هشدار اولیه در مورد مشکلات در حال توسعه را در حین کار تجهیزات ارائه می‌دهد. این قابلیت به ویژه در کاربردهای دریایی که خرابی تجهیزات می‌تواند ایمنی کشتی یا به گل نشستن کشتی‌ها را در دریا به خطر بیندازد، ارزشمند است.

روش‌شناسی تشخیص خطا

تشخیص ارتعاش مؤثر نیازمند روش‌شناسی سیستماتیک است که از جمع‌آوری داده‌ها از طریق شناسایی خطا تا ارزیابی شدت پیشرفت می‌کند. این فرآیند معمولاً از این مراحل پیروی می‌کند:

1. تأسیس اولیه: ثبت ارتعاشات در زمانی که تجهیزات در شرایط خوبی کار می‌کنند
2. نظارت بر روند: تغییرات سطح ارتعاش را در طول زمان پیگیری کنید
3. تشخیص ناهنجاری: انحراف از الگوهای عادی را شناسایی کنید
4. طبقه بندی گسل: نوع مشکل در حال توسعه را تعیین کنید
5. ارزیابی شدت: ارزیابی فوریت نیازهای تعمیر و نگهداری
6. پیش آگهی: تخمین عمر مفید باقی مانده

وضعیت تجهیزات

تشخیص ارتعاش، تجهیزات دریایی را بر اساس پارامترهای اندازه‌گیری شده و روندهای مشاهده شده به حالت‌های مختلف طبقه‌بندی می‌کند:

انواع رویکردهای تشخیصی

تشخیص پارامتری بر ردیابی پارامترهای خاص ارتعاش مانند سطوح کلی، مقادیر پیک یا اجزای فرکانسی تمرکز دارد. این رویکرد برای تحلیل روند و تولید آلارم به خوبی کار می‌کند.

تشخیص عیب تلاش برای شناسایی انواع خاص عیب با تجزیه و تحلیل امضاهای ارتعاش. متخصصان به دنبال الگوهای مشخصه مرتبط با نقص یاتاقان، عدم تعادل، عدم هم‌ترازی یا سایر مشکلات رایج هستند.

تشخیص پیشگیرانه هدف آن تشخیص شروع خطا قبل از آشکار شدن علائم از طریق نظارت سنتی است. این رویکرد اغلب از تکنیک‌های پیشرفته پردازش سیگنال برای استخراج نشانه‌های ظریف خطا از نویز استفاده می‌کند.

مزایای اقتصادی

پیاده‌سازی تشخیص ارتعاش در عملیات دریایی، از طریق کاهش هزینه‌های نگهداری، بهبود قابلیت اطمینان تجهیزات و افزایش بهره‌وری عملیاتی، مزایای اقتصادی قابل توجهی را به همراه دارد. مطالعات نشان می‌دهد که برنامه‌های جامع نظارت بر ارتعاش معمولاً نسبت بازگشت سرمایه ۵:۱ تا ۱۰:۱ را ارائه می‌دهند.

۲. مبانی ارتعاش

۲.۱ مبانی فیزیکی ارتعاشات مکانیکی

درک اصول ارتعاش، پایه نظری لازم برای کار تشخیصی مؤثر را فراهم می‌کند. ارتعاش، حرکت نوسانی سیستم‌های مکانیکی حول موقعیت‌های تعادلشان را نشان می‌دهد که با پارامترهایی مشخص می‌شود که مهندسان برای ارزیابی وضعیت تجهیزات، اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل می‌کنند.

نوسانات مکانیکی: پارامترهای اصلی

سیستم‌های مکانیکی سه نوع حرکت ارتعاشی اساسی را نشان می‌دهند که هر کدام بینش متفاوتی از وضعیت تجهیزات ارائه می‌دهند:

که در آن A نشان دهنده دامنه، ω نشان دهنده فرکانس زاویه‌ای، t نشان دهنده زمان و φ نشان دهنده زاویه فاز است.

جابجایی ارتعاش فاصله واقعی حرکت ماشین آلات از موقعیت خنثی خود را اندازه گیری می کند. مهندسان دریایی معمولاً جابجایی را بر حسب میکرومتر (μm) یا میل (0.001 اینچ) بیان می کنند. اندازه گیری جابجایی بیشترین حساسیت را به ارتعاشات با فرکانس پایین مانند عدم تعادل در ماشین آلات بزرگ و کند دارد.

سرعت ارتعاش نرخ تغییر جابجایی را که بر حسب میلی‌متر بر ثانیه (mm/s) یا اینچ بر ثانیه (in/s) بیان می‌شود، کمّی می‌کند. اندازه‌گیری‌های سرعت، پاسخ فرکانسی وسیعی را ارائه می‌دهند و به خوبی با محتوای انرژی ارتعاش همبستگی دارند، که آنها را برای ارزیابی کلی وضعیت عالی می‌کند.

شتاب ارتعاش نرخ تغییر سرعت را اندازه‌گیری می‌کند، که معمولاً بر حسب متر بر مجذور ثانیه (m/s²) یا واحد گرانش (g) بیان می‌شود. اندازه‌گیری‌های شتاب در تشخیص ارتعاشات فرکانس بالا از منابعی مانند نقص یاتاقان یا مشکلات شبکه چرخ‌دنده بسیار عالی هستند.

معیارهای آماری ارتعاش

مهندسان از معیارهای آماری مختلفی برای توصیف سیگنال‌های ارتعاش و استخراج اطلاعات تشخیصی استفاده می‌کنند:

ارزش اوج نشان دهنده حداکثر دامنه آنی در طول یک دوره اندازه گیری است. اندازه گیری های پیک به شناسایی رویدادهای ضربه یا شرایط خطای شدید که ممکن است در سایر معیارها برجسته به نظر نرسند، کمک می کند.

مقدار RMS (ریشه میانگین مربعات) دامنه مؤثر ارتعاش را که به صورت جذر میانگین مربعات مقادیر لحظه‌ای محاسبه می‌شود، ارائه می‌دهد. اندازه‌گیری‌های RMS با محتوای انرژی ارتعاش همبستگی دارند و به عنوان استاندارد برای اکثر کاربردهای پایش وضعیت عمل می‌کنند.

ارزش اوج به اوج دامنه کل بین پیک‌های مثبت و منفی را اندازه‌گیری می‌کند. این پارامتر برای اندازه‌گیری‌های جابجایی و محاسبات لقی مفید است.

ضریب تاج نسبت مقادیر پیک به RMS را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده‌ی «تند بودن» سیگنال‌های ارتعاشی است. ماشین‌آلات دوار سالم معمولاً ضریب اوج بین ۳ تا ۴ را نشان می‌دهند، در حالی که نقص در یاتاقان یا ضربه می‌تواند ضریب اوج را به بالای ۶ برساند.

تجهیزات دوار به عنوان سیستم‌های نوسانی

تجهیزات دوار دریایی به عنوان سیستم‌های نوسانی پیچیده با درجات آزادی، فرکانس‌های طبیعی و ویژگی‌های پاسخ چندگانه عمل می‌کنند. درک این خواص سیستم، مهندسان را قادر می‌سازد تا اندازه‌گیری‌های ارتعاش را به درستی تفسیر کرده و مشکلات در حال توسعه را شناسایی کنند.

هر سیستم چرخشی دارای خواص ذاتی سختی، جرم و میرایی است که رفتار دینامیکی آن را تعیین می‌کند. روتور، شفت، یاتاقان‌ها، فونداسیون و سازه نگهدارنده، همگی در پاسخ کلی سیستم نقش دارند.

انواع ارتعاشات در سیستم‌های دریایی

ارتعاشات آزاد زمانی رخ می‌دهد که سیستم‌ها پس از تحریک اولیه در فرکانس‌های طبیعی خود نوسان کنند. مهندسان دریایی در هنگام راه‌اندازی، خاموش کردن تجهیزات یا پس از وقوع ضربه، با ارتعاشات آزاد مواجه می‌شوند.

ارتعاشات اجباری ناشی از تحریک مداوم در فرکانس‌های خاص، که معمولاً مربوط به سرعت چرخش یا پدیده‌های جریان است. بیشتر ارتعاشات عملیاتی در تجهیزات دریایی، ارتعاش اجباری از منابع تحریک مختلف را نشان می‌دهد.

ارتعاشات پارامتری زمانی ایجاد می‌شوند که پارامترهای سیستم به صورت دوره‌ای تغییر کنند، مانند تغییر سختی در چرخ‌دنده‌های آسیب‌دیده یا تغییر شرایط تکیه‌گاهی.

ارتعاشات خود برانگیخته زمانی ایجاد می‌شوند که ماشین‌آلات از طریق مکانیسم‌هایی مانند چرخش روغن در یاتاقان‌های ژورنال یا ناپایداری‌های آیرودینامیکی در کمپرسورها، تحریک خود را ایجاد می‌کنند.

ویژگی‌های جهت‌دار

لرزش در سه جهت عمود بر هم رخ می‌دهد که هر کدام اطلاعات تشخیصی متفاوتی ارائه می‌دهند:

ارتعاش شعاعی عمود بر محور شفت رخ می‌دهد و معمولاً در تجهیزات دوار غالب است. اندازه‌گیری‌های شعاعی، عدم تعادل، ناهم‌ترازی، مشکلات یاتاقان و رزونانس‌های ساختاری را تشخیص می‌دهند.

ارتعاش محوری موازی با محور شفت رخ می‌دهد و اغلب نشان‌دهنده مشکلات یاتاقان‌های رانشی، مشکلات کوپلینگ یا نیروهای آیرودینامیکی در توربوماشین‌ها است.

ارتعاش پیچشی نشان دهنده حرکت پیچشی حول محور شفت است که معمولاً با استفاده از حسگرهای تخصصی اندازه‌گیری می‌شود یا از تغییرات سرعت چرخش محاسبه می‌گردد.

فرکانس‌های طبیعی و رزونانس

هر سیستم مکانیکی دارای فرکانس‌های طبیعی است که در آنها تقویت ارتعاش رخ می‌دهد. رزونانس زمانی ایجاد می‌شود که فرکانس‌های تحریک با فرکانس‌های طبیعی مطابقت داشته یا به آنها نزدیک شوند، که به طور بالقوه باعث ارتعاش شدید و آسیب سریع به تجهیزات می‌شود.

مهندسان دریایی فرکانس‌های طبیعی را از طریق آزمایش ضربه، تحلیل بالاروی/پایین‌رفتن سطح آب یا محاسبات تحلیلی شناسایی می‌کنند. درک فرکانس‌های طبیعی سیستم به توضیح الگوهای ارتعاش کمک می‌کند و اقدامات اصلاحی را هدایت می‌کند.

منابع ارتعاش در تجهیزات دریایی

منابع مکانیکی شامل عدم تعادل، ناهمراستایی، شل بودن اجزا، نقص در یاتاقان و مشکلات چرخ‌دنده می‌شود. این منابع معمولاً ارتعاشاتی در فرکانس‌های مرتبط با سرعت چرخش و هندسه اجزا ایجاد می‌کنند.

منابع الکترومغناطیسی در ماشین‌های الکتریکی، ارتعاشاتی با دو برابر فرکانس خط و سایر فرکانس‌های الکتریکی ایجاد می‌شود. عدم تعادل مغناطیسی موتور، مشکلات میله روتور و عدم تعادل ولتاژ تغذیه، امضاهای ارتعاش الکتریکی مشخصی را ایجاد می‌کنند.

منابع آیرودینامیکی/هیدرودینامیکی ناشی از برهمکنش‌های جریان سیال در پمپ‌ها، فن‌ها، کمپرسورها و توربین‌ها است. فرکانس‌های عبور پره، ناپایداری‌های جریان و کاویتاسیون الگوهای ارتعاشی متمایزی ایجاد می‌کنند.

۲.۲ واحدها و استانداردهای اندازه‌گیری ارتعاش

واحدهای اندازه‌گیری استاندارد و معیارهای ارزیابی، پایه و اساس ارزیابی ارتعاشات مداوم در عملیات دریایی را فراهم می‌کنند. استانداردهای بین‌المللی، رویه‌های اندازه‌گیری، محدودیت‌های پذیرش و قالب‌های گزارش‌دهی را تعیین می‌کنند که امکان مقایسه معنادار نتایج را فراهم می‌کنند.

واحدهای خطی و لگاریتمی

اندازه‌گیری‌های ارتعاش بسته به کاربرد و الزامات محدوده دینامیکی، از هر دو مقیاس خطی و لگاریتمی استفاده می‌کنند:

واحدهای لگاریتمی هنگام مواجهه با محدوده‌های دینامیکی وسیع رایج در اندازه‌گیری‌های ارتعاش، سودمند هستند. مقیاس دسی‌بل، تغییرات بزرگ را در محدوده‌های قابل مدیریت فشرده می‌کند و بر تغییرات نسبی به جای مقادیر مطلق تأکید دارد.

چارچوب استانداردهای بین‌المللی

چندین استاندارد بین‌المللی، اندازه‌گیری و ارزیابی ارتعاش در کاربردهای دریایی را کنترل می‌کنند:

سری ایزو ۱۰۸۱۶ دستورالعمل‌هایی برای ارزیابی ارتعاش اندازه‌گیری شده روی قطعات غیرچرخشی ماشین‌آلات ارائه می‌دهد. این استاندارد، نواحی ارتعاش (A، B، C، D) مربوط به حالت‌های مختلف را تعیین می‌کند.

سری ایزو ۷۹۱۹ اندازه‌گیری ارتعاش روی شفت‌های چرخان، به‌ویژه مربوط به سیستم‌های رانش دریایی بزرگ و توربوماشین‌ها را پوشش می‌دهد.

ایزو ۱۴۶۹۴ به پایش وضعیت ارتعاش و تشخیص ماشین‌آلات می‌پردازد و راهنمایی‌هایی در مورد رویه‌های اندازه‌گیری و تفسیر داده‌ها ارائه می‌دهد.

معیارهای طبقه‌بندی ماشین‌آلات

استانداردها، ماشین‌آلات را بر اساس چندین ویژگی که بر محدودیت‌های ارتعاش و الزامات اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارند، طبقه‌بندی می‌کنند:

امتیاز قدرت: ماشین‌های کوچک (تا ۱۵ کیلووات)، ماشین‌های متوسط (۱۵ تا ۷۵ کیلووات) و ماشین‌های بزرگ (بالای ۷۵ کیلووات) تلرانس‌های ارتعاشی متفاوتی دارند که نشان دهنده ساختار و سیستم‌های پشتیبانی آنها است.

محدوده سرعت: ماشین‌های با سرعت کم (زیر ۶۰۰ دور در دقیقه)، ماشین‌های با سرعت متوسط (۶۰۰ تا ۱۲۰۰۰ دور در دقیقه) و ماشین‌های با سرعت بالا (بالای ۱۲۰۰۰ دور در دقیقه) ویژگی‌های ارتعاشی متفاوتی از خود نشان می‌دهند و نیاز به روش‌های اندازه‌گیری مناسب دارند.

سختی سیستم پشتیبانی: استانداردها بر اساس رابطه بین سرعت کارکرد ماشین و فرکانس‌های طبیعی سیستم نگهدارنده، بین سیستم‌های نصب «صلب» و «انعطاف‌پذیر» تمایز قائل می‌شوند.

نقاط و رویه‌های اندازه‌گیری

رویه‌های اندازه‌گیری استاندارد، نتایج ثابت و قابل مقایسه را در تجهیزات و شرایط عملیاتی مختلف تضمین می‌کنند. ملاحظات کلیدی عبارتند از:

مکان‌های اندازه‌گیری: استانداردها نقاط اندازه‌گیری را روی محفظه‌های یاتاقان، نزدیک‌ترین به یاتاقان‌های اصلی، در جهت‌هایی که مدهای ارتعاشی اصلی را ثبت می‌کنند، مشخص می‌کنند.

شرایط عملیاتی: اندازه‌گیری‌ها باید در شرایط عملیاتی عادی با سرعت و بار نامی انجام شوند. شرایط گذرا در هنگام راه‌اندازی یا خاموش شدن نیاز به ارزیابی جداگانه دارند.

مدت زمان اندازه‌گیری: زمان اندازه‌گیری کافی، خوانش‌های پایدار را تضمین می‌کند و هرگونه تغییرات چرخه‌ای در سطوح ارتعاش را ثبت می‌کند.

معیارها و محدودیت‌های ارزیابی

استانداردها محدودیت‌های ارتعاش را بر اساس نوع، اندازه و شرایط نصب دستگاه ارائه می‌دهند. این محدودیت‌ها نشان‌دهنده مرزهای بین سطوح ارتعاش قابل قبول و غیرقابل قبول هستند و تصمیمات مربوط به نگهداری را هدایت می‌کنند.

معیارهای ارزیابی، هم سطح مطلق ارتعاش و هم روند آن را در طول زمان در نظر می‌گیرند. افزایش تدریجی ارتعاش ممکن است نشان‌دهنده‌ی مشکلات در حال توسعه باشد، حتی زمانی که سطح مطلق در محدوده‌ی قابل قبول باقی بماند.

۳. اندازه‌گیری ارتعاش

۳.۱ روش‌های اندازه‌گیری ارتعاش

اندازه‌گیری مؤثر ارتعاش مستلزم درک اصول فیزیکی پشت رویکردهای مختلف اندازه‌گیری و کاربردهای عملی آنها در محیط‌های دریایی است. مهندسان روش‌های اندازه‌گیری را بر اساس ویژگی‌های تجهیزات، اهداف تشخیصی و محدودیت‌های عملیاتی انتخاب می‌کنند.

اصول اندازه‌گیری سینماتیکی در مقابل دینامیکی

اندازه‌گیری سینماتیکی بر پارامترهای حرکت (جابجایی، سرعت، شتاب) بدون در نظر گرفتن نیروهایی که این حرکت را تولید می‌کنند، تمرکز دارد. اکثر حسگرهای ارتعاش بر اساس اصول سینماتیکی عمل می‌کنند و حرکت سطوح را نسبت به چارچوب‌های مرجع ثابت اندازه‌گیری می‌کنند.

اندازه‌گیری دینامیکی هم حرکت و هم نیروهایی که ارتعاش ایجاد می‌کنند را در نظر می‌گیرد. اندازه‌گیری‌های دینامیکی برای درک منابع تحریک و ویژگی‌های پاسخ سیستم، به ویژه در طول آزمایش‌های تشخیصی، ارزشمند هستند.

ارتعاش مطلق در مقابل ارتعاش نسبی

تمایز بین اندازه‌گیری‌های ارتعاش مطلق و نسبی برای انتخاب صحیح حسگر و تفسیر داده‌ها بسیار مهم است:

لرزش مطلق حرکت را نسبت به یک چارچوب مرجع ثابت (معمولاً مختصات ثابت زمین) اندازه‌گیری می‌کند. شتاب‌سنج‌ها و حسگرهای سرعت نصب شده روی محفظه‌های یاتاقان، اندازه‌گیری‌های ارتعاش مطلق را ارائه می‌دهند که حرکت اجزای ثابت را منعکس می‌کنند.

ارتعاش نسبی حرکت بین دو جزء، معمولاً حرکت شفت نسبت به محفظه یاتاقان را اندازه‌گیری می‌کند. پروب‌های مجاورتی اندازه‌گیری‌های نسبی ارائه می‌دهند که مستقیماً رفتار دینامیکی شفت را در فواصل یاتاقان نشان می‌دهند.

روش‌های تماسی در مقابل روش‌های غیر تماسی

روش‌های تماس نیاز به اتصال فیزیکی بین حسگر و سطح مرتعش دارند. این روش‌ها شامل شتاب‌سنج‌ها، حسگرهای سرعت و کرنش‌سنج‌هایی هستند که مستقیماً روی سازه‌های تجهیزات نصب می‌شوند.

سنسورهای تماسی مزایای متعددی دارند:

• حساسیت و دقت بالا
• پاسخ فرکانسی گسترده
• رویه‌های اندازه‌گیری تثبیت‌شده
• راهکارهای مقرون به صرفه

روش‌های غیر تماسی اندازه‌گیری ارتعاش بدون اتصال فیزیکی به تجهیزات تحت نظارت. پراب‌های مجاورتی، ارتعاش‌سنج‌های لیزری و حسگرهای نوری، اندازه‌گیری‌های غیرتماسی را ارائه می‌دهند.

حسگرهای غیرتماسی در کاربردهایی شامل موارد زیر برتری دارند:

• محیط‌های با دمای بالا
• سطوح چرخان
• مکان‌های خطرناک
• اندازه‌گیری‌های موقت

۳.۲ تجهیزات اندازه‌گیری ارتعاش فنی

سیستم‌های اندازه‌گیری ارتعاش مدرن، فناوری‌های حسگر پیشرفته و قابلیت‌های پردازش سیگنال را در خود جای داده‌اند که امکان جمع‌آوری دقیق داده‌ها را در محیط‌های دریایی چالش‌برانگیز فراهم می‌کند. درک ویژگی‌ها و محدودیت‌های حسگر، کاربرد مناسب و نتایج قابل اعتماد را تضمین می‌کند.

مشخصات و عملکرد حسگر

همه سنسورهای ارتعاش پارامترهای عملکردی مشخصی را نشان می‌دهند که قابلیت‌ها و محدودیت‌های آنها را تعریف می‌کند:

پاسخ دامنه-فرکانس توضیح می‌دهد که چگونه خروجی حسگر با فرکانس ورودی در دامنه ثابت تغییر می‌کند. حسگرهای ایده‌آل پاسخ مسطحی را در محدوده فرکانس کاری خود حفظ می‌کنند.

پاسخ فاز-فرکانس نشان دهنده تغییر فاز بین ارتعاش ورودی و خروجی حسگر به عنوان تابعی از فرکانس است. پاسخ فاز برای کاربردهایی که شامل چندین حسگر یا اندازه‌گیری زمان هستند، بسیار مهم می‌شود.

محدوده دینامیکی نسبت بین حداکثر و حداقل دامنه‌های قابل اندازه‌گیری را نشان می‌دهد. کاربردهای دریایی اغلب به محدوده دینامیکی وسیعی نیاز دارند تا بتوانند هم ارتعاش پس‌زمینه کم و هم سیگنال‌های مرتبط با خطا را مدیریت کنند.

نسبت سیگنال به نویز قدرت سیگنال مفید را با نویز ناخواسته مقایسه می‌کند و کوچکترین سطوح ارتعاشی را که حسگرها می‌توانند به طور قابل اعتمادی تشخیص دهند، تعیین می‌کند.

پروب‌های مجاورتی (سنسورهای جریان گردابی)

پراب‌های مجاورتی از اصول جریان گردابی برای اندازه‌گیری فاصله بین نوک پراب و اهداف رسانا، معمولاً شفت‌های چرخان، استفاده می‌کنند. این حسگرها در اندازه‌گیری حرکت نسبی شفت در فواصل بین یاتاقان‌ها عالی هستند.

ویژگی‌های کلیدی پروب‌های مجاورتی عبارتند از:

• پاسخ DC (می‌تواند جابجایی استاتیک را اندازه‌گیری کند)
• وضوح بالا (معمولاً 0.1 میکرومتر یا بهتر)
• بدون تماس مکانیکی با شفت
• پایداری دما
• خروجی خطی در محدوده عملیاتی

حسگرهای سرعت (مبدل‌های لرزه‌ای)

سنسورهای سرعت از اصول القای الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند و حاوی یک جرم مغناطیسی معلق در یک سیم‌پیچ هستند. حرکت نسبی بین جرم و سیم‌پیچ، ولتاژی متناسب با سرعت تولید می‌کند.

سنسورهای سرعت مزایای متعددی برای کاربردهای دریایی ارائه می‌دهند:

• خود مولد (بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی)
• پاسخ فرکانسی وسیع (معمولاً ۱۰ تا ۱۰۰۰ هرتز)
• ساخت و ساز قوی
• خروجی سرعت مستقیم (ایده‌آل برای استانداردهای ISO)

محدودیت‌ها عبارتند از:

• پاسخ فرکانس پایین محدود
• حساسیت دما
• تداخل میدان مغناطیسی
• اندازه و وزن نسبتاً بزرگ

شتاب‌سنج‌ها

شتاب‌سنج‌ها متنوع‌ترین حسگرهای ارتعاش هستند که از فناوری‌های پیزوالکتریک، پیزومقاومتی یا خازنی برای اندازه‌گیری شتاب استفاده می‌کنند. شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک به دلیل ویژگی‌های عملکردی عالی خود، کاربردهای دریایی را تحت سلطه خود قرار داده‌اند.

شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک وقتی مواد کریستالی تحت تنش مکانیکی قرار می‌گیرند، بار الکتریکی متناسب با نیروی اعمال شده تولید می‌کنند. مواد پیزوالکتریک رایج شامل کوارتز طبیعی و سرامیک‌های مصنوعی هستند.

معیارهای انتخاب شتاب‌سنج کلیدی عبارتند از:

• الزامات کاربرد تطبیق محدوده فرکانس
• حساسیت مناسب برای سطوح ارتعاش مورد انتظار
• رتبه‌بندی محیطی برای دما و رطوبت
• سازگاری روش نصب
• نوع کانکتور کابل و آب‌بندی آن

روش‌های نصب سنسور

نصب صحیح سنسور، اندازه‌گیری‌های دقیق را تضمین کرده و از آسیب دیدن سنسور جلوگیری می‌کند. روش‌های مختلف نصب، پاسخ فرکانسی و دقت اندازه‌گیری متفاوتی را ارائه می‌دهند:

نصب گل میخ با اتصال محکم حسگرها به سطوح اندازه‌گیری شده از طریق گل‌میخ‌های رزوه‌دار، بالاترین پاسخ فرکانسی و بهترین دقت را فراهم می‌کند.

نصب چسبی این دستگاه ضمن حفظ پاسخ فرکانسی خوب تا چند کیلوهرتز، راحتی را برای اندازه‌گیری‌های موقت فراهم می‌کند.

نصب مغناطیسی امکان قرارگیری سریع حسگر روی سطوح فرومغناطیس را فراهم می‌کند، اما به دلیل تشدید ناشی از نصب، پاسخ فرکانسی را محدود می‌کند.

نصب پروب/استینگر امکان اندازه‌گیری در مکان‌های با دسترسی دشوار را فراهم می‌کند اما پاسخ فرکانسی را بیشتر کاهش می‌دهد.

تجهیزات تنظیم سیگنال

حسگرهای ارتعاش برای تبدیل خروجی‌های خام حسگر به سیگنال‌های اندازه‌گیری قابل استفاده، به آماده‌سازی سیگنال نیاز دارند. سیستم‌های آماده‌سازی سیگنال، توان، تقویت، فیلتر و توابع تبدیل سیگنال را فراهم می‌کنند.

تقویت‌کننده‌های شارژ تبدیل خروجی بار با امپدانس بالا از شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک به سیگنال‌های ولتاژ با امپدانس پایین مناسب برای انتقال از طریق کابل‌های طولانی.

تقویت‌کننده‌های ولتاژ خروجی‌های حسگر سطح پایین را به سطوح مورد نیاز برای تبدیل آنالوگ به دیجیتال افزایش می‌دهد و در عین حال عملکردهای فیلترینگ و آماده‌سازی سیگنال را نیز فراهم می‌کند.

سیستم‌های IEPE (الکترونیک مجتمع پیزوالکتریک) با گنجاندن قطعات الکترونیکی داخلی در حسگرها، نصب را ساده کرده و از طریق تحریک جریان ثابت، ایمنی در برابر نویز را بهبود می‌بخشد.

سیستم‌های جمع‌آوری داده‌ها

سیستم‌های اندازه‌گیری ارتعاش مدرن، حسگرها، سیگنال‌های آماده‌سازی و پردازش داده‌ها را در بسته‌های پیچیده‌ای که برای محیط‌های دریایی طراحی شده‌اند، ادغام می‌کنند. این سیستم‌ها قابلیت‌های جمع‌آوری، تجزیه و تحلیل و گزارش‌دهی خودکار داده‌ها را فراهم می‌کنند.

ویژگی‌های کلیدی سیستم‌های جمع‌آوری داده‌های ارتعاشات دریایی عبارتند از:

• نمونه‌برداری همزمان چند کاناله
• بهره و فیلتر قابل برنامه‌ریزی
• حفاظت از محیط زیست (IP65 یا بالاتر)
• قابلیت کارکرد با باتری
• انتقال داده بی‌سیم
• ادغام با سیستم‌های کشتی

کالیبراسیون و تأیید

کالیبراسیون منظم، دقت اندازه‌گیری و قابلیت ردیابی به استانداردهای ملی را تضمین می‌کند. برنامه‌های ارتعاش دریایی نیازمند رویه‌های کالیبراسیون سیستماتیک هستند که محیط‌های عملیاتی سخت را در نظر می‌گیرند.

کالیبراسیون اولیه از کالیبراتورهای ارتعاش دقیقی استفاده می‌کند که سطوح شتاب شناخته‌شده‌ای را در فرکانس‌های خاص ارائه می‌دهند. کالیبراتورهای آزمایشگاهی به عدم قطعیت‌های زیر 1% دست می‌یابند.

تأیید میدانی از منابع کالیبراسیون قابل حمل برای تأیید عملکرد حسگر و سیستم بدون خارج کردن تجهیزات از سرویس استفاده می‌کند.

مقایسه پشت سر هم مقادیر خوانده شده از چندین حسگر که منبع ارتعاش یکسانی را اندازه‌گیری می‌کنند، مقایسه می‌کند و حسگرهایی را که از محدوده مجاز خارج می‌شوند، شناسایی می‌کند.

۴. تحلیل و پردازش سیگنال‌های ارتعاشی

۴.۱ انواع سیگنال‌های ارتعاشی

درک انواع مختلف سیگنال ارتعاش، مهندسان دریایی را قادر می‌سازد تا روش‌های تحلیلی مناسب را انتخاب کرده و نتایج تشخیصی را به درستی تفسیر کنند. عیوب تجهیزات، الگوهای سیگنال مشخصی ایجاد می‌کنند که تحلیلگران آموزش‌دیده آنها را تشخیص داده و طبقه‌بندی می‌کنند.

سیگنال‌های هارمونیک و تناوبی

سیگنال‌های هارمونیک خالص ساده‌ترین شکل ارتعاش را نشان می‌دهند که با حرکت سینوسی در یک فرکانس واحد مشخص می‌شود. اگرچه در ماشین‌آلات عملی نادر است، اما تحلیل هارمونیک پایه و اساس درک سیگنال‌های پیچیده‌تر را تشکیل می‌دهد.

سیگنال‌های چندهارمونیک شامل چندین مؤلفه فرکانسی با روابط هارمونیکی دقیق هستند. ماشین‌آلات دوار معمولاً به دلیل تناوب هندسی و نیروهای غیرخطی، سیگنال‌های چندهارمونیک تولید می‌کنند.

سیگنال‌های شبه چندهارمونیک رفتاری تقریباً تناوبی با تغییرات فرکانس جزئی در طول زمان نشان می‌دهند. این سیگنال‌ها ناشی از تغییرات سرعت یا اثرات مدولاسیون در ماشین‌آلات هستند.

سیگنال‌های مدوله شده

مدولاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که یک پارامتر سیگنال مطابق با سیگنال دیگر تغییر کند و شکل موج‌های پیچیده‌ای ایجاد کند که اطلاعات تشخیصی در مورد منابع خطای متعدد را در خود جای می‌دهند.

مدولاسیون دامنه (AM) وقتی دامنه سیگنال به صورت دوره‌ای تغییر می‌کند، نتیجه می‌دهد. علل رایج عبارتند از:

• عیوب پوسته بیرونی بلبرینگ
• الگوهای سایش دندانه‌های چرخ‌دنده
• تغییرات منبع تغذیه برق
• قوس یا انحراف شفت

مدولاسیون فرکانس (FM) زمانی رخ می‌دهد که فرکانس سیگنال به صورت دوره‌ای تغییر می‌کند، که اغلب نشان دهنده موارد زیر است:

• تغییرات سرعت
• مشکلات کوپلینگ
• نوسانات بار
• ناپایداری‌های سیستم محرکه

مدولاسیون فاز (PM) شامل تغییرات فاز دوره‌ای است که می‌تواند نشان‌دهنده تغییرات زمان‌بندی یا بازی مکانیکی در سیستم‌های محرک باشد.

سیگنال‌های گذرا و ضربه‌ای

سیگنال‌های ضربه‌ای نشان دهنده رویدادهای کوتاه مدت و با دامنه بالا هستند که رزونانس‌های چندگانه سیستم را تحریک می‌کنند. نقص‌های یاتاقان غلتشی معمولاً سیگنال‌های ضربه‌ای تولید می‌کنند زیرا سطوح آسیب دیده در حین چرخش ضربه می‌خورند.

سیگنال‌های ضربه ویژگی‌های مشخصی دارند:

• ضرایب بالای کرنش (>6)
• محتوای فرکانسی گسترده
• فروپاشی سریع دامنه
• نرخ تکرار دوره‌ای

سیگنال‌های ضرب و شتم ناشی از تداخل بین فرکانس‌های نزدیک به هم است که باعث ایجاد تغییرات دامنه تناوبی می‌شود. الگوهای ضرب اغلب نشان دهنده موارد زیر هستند:

• عناصر چرخشی چندگانه
• تعاملات شبکه دنده
• اختلاط فرکانس الکتریکی
• کوپلینگ رزونانس ساختاری

سیگنال‌های تصادفی و تصادفی

سیگنال‌های تصادفی ایستا خواص آماری از خود نشان می‌دهند که در طول زمان ثابت می‌مانند. نویز جریان آشفته و تداخل الکتریکی اغلب ارتعاش تصادفی ثابت ایجاد می‌کنند.

سیگنال‌های تصادفی غیر ایستا ویژگی‌های آماری متغیر با زمان را نشان می‌دهند که در موارد زیر رایج هستند:

• پدیده کاویتاسیون
• اثرات زبری سطح یاتاقان
• تلاطم آیرودینامیکی
• انواع مش دنده

سیگنال‌های تصادفی مدوله‌شده با دامنه مدولاسیون دوره‌ای را با سیگنال‌های حامل تصادفی ترکیب کنید، که مشخصه تخریب پیشرفته یاتاقان است که در آن ضربات تصادفی توسط فرکانس‌های نقص هندسی، دامنه مدوله می‌شوند.

۴.۲ روش‌های تحلیل سیگنال

تحلیل ارتعاش مؤثر نیازمند تکنیک‌های پردازش سیگنال مناسب است که اطلاعات تشخیصی را استخراج کرده و در عین حال نویز و اجزای نامربوط را حذف کند. مهندسان دریایی روش‌های تحلیل را بر اساس ویژگی‌های سیگنال و اهداف تشخیصی انتخاب می‌کنند.

تحلیل حوزه زمان

تحلیل شکل موج سیگنال‌های ارتعاش خام را در حوزه زمان بررسی می‌کند تا ویژگی‌های سیگنال را که در تحلیل فرکانس آشکار نیستند، شناسایی کند. شکل موج‌های زمانی موارد زیر را نشان می‌دهند:

• زمان‌بندی ضربه و نرخ تکرار
• الگوهای مدولاسیون
• عدم تقارن سیگنال
• رویدادهای گذرا

تحلیل آماری از معیارهای آماری برای توصیف ویژگی‌های سیگنال استفاده می‌کند:

کورتوز این امر به ویژه برای تشخیص بیرینگ ارزشمند است، زیرا بیرینگ‌های سالم معمولاً مقادیر کشیدگی نزدیک به ۳.۰ را نشان می‌دهند در حالی که بیرینگ‌های دارای نقص، کشیدگی بالاتر از ۴.۰ را نشان می‌دهند.

تحلیل حوزه فرکانس

اصول تبدیل فوریه تبدیل بین حوزه‌های زمان و فرکانس را امکان‌پذیر می‌کند و مؤلفه‌های فرکانسی را که در شکل موج‌های زمانی قابل مشاهده نیستند، آشکار می‌سازد. تبدیل فوریه گسسته (DFT) سیگنال‌های دیجیتال را پردازش می‌کند:

تبدیل فوریه سریع (FFT) الگوریتم‌ها به طور موثر DFT را برای سیگنال‌های توان دو محاسبه می‌کنند و تجزیه و تحلیل طیفی بلادرنگ را در کاربردهای دریایی عملی می‌سازند.

تحلیل FFT چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد:

• فرکانس‌های خطای خاص را شناسایی می‌کند
• تغییرات در مؤلفه‌های فرکانس را ردیابی می‌کند
• چندین منبع ارتعاش را از هم جدا می‌کند
• امکان مقایسه با الگوهای تثبیت‌شده را فراهم می‌کند

ملاحظات پردازش سیگنال دیجیتال

تبدیل آنالوگ به دیجیتال سیگنال‌های ارتعاشی پیوسته را به نمونه‌های دیجیتال گسسته برای پردازش کامپیوتری تبدیل می‌کند. پارامترهای کلیدی عبارتند از:

نرخ نمونه‌برداری: برای جلوگیری از اعوجاج ناشی از اعوجاج، باید از دو برابر بالاترین فرکانس مورد نظر (معیار نایکوئیست) تجاوز کند.

پیشگیری از نام‌گذاری مستعار به فیلترهای ضد سایش نیاز دارد که اجزای فرکانسی بالاتر از فرکانس نایکوئیست را قبل از نمونه‌برداری حذف کنند.

توابع پنجره‌ای به حداقل رساندن نشت طیفی هنگام تجزیه و تحلیل سیگنال‌های غیر تناوبی یا سیگنال‌های با مدت زمان محدود:

تکنیک‌های فیلترینگ

فیلترها باندهای فرکانسی خاصی را برای تجزیه و تحلیل متمرکز جدا می‌کنند و اجزای سیگنال ناخواسته را که می‌توانند در تفسیر تشخیصی اختلال ایجاد کنند، حذف می‌کنند.

فیلترهای پایین گذر حذف اجزای فرکانس بالا، که برای حذف نویز و تمرکز بر پدیده‌های فرکانس پایین مانند عدم تعادل و ناهم‌ترازی مفید است.

فیلترهای بالاگذر حذف اجزای فرکانس پایین، که برای از بین بردن تأثیر عدم تعادل هنگام تجزیه و تحلیل عیوب یاتاقان و چرخ دنده مفید است.

فیلترهای میان‌گذر باندهای فرکانسی خاص را جدا می‌کنند و تجزیه و تحلیل اجزای ماشین‌آلات یا حالت‌های خرابی را امکان‌پذیر می‌سازند.

فیلترهای ردیابی با تغییر سرعت ماشین‌آلات، اجزای فرکانسی خاص را دنبال کنید، که به ویژه برای تجزیه و تحلیل ارتعاشات مربوط به سفارش در هنگام راه‌اندازی و خاموش شدن مفید است.

تکنیک‌های پیشرفته تحلیل

تحلیل پوششی اطلاعات مدولاسیون را از سیگنال‌های فرکانس بالا استخراج می‌کند، که به ویژه برای تشخیص یاتاقان‌های غلتشی مؤثر است. این تکنیک شامل موارد زیر است:

1. فیلتر میان‌گذر در اطراف فرکانس‌های رزونانس یاتاقان
2. دمدولاسیون دامنه (استخراج پوشش)
3. فیلتر پایین گذر سیگنال پوششی
4. تحلیل FFT پوشش

تحلیل کپستروم اجزای تناوبی را در طیف فرکانسی تشخیص می‌دهد، که برای شناسایی باندهای جانبی شبکه دنده و خانواده‌های هارمونیک که شرایط خطای خاصی را نشان می‌دهند، مفید است.

پیگیری سفارش اجزای ارتعاش را به صورت مضربی از سرعت چرخش تجزیه و تحلیل می‌کند، که برای ماشین‌آلاتی که با سرعت‌های متغیر کار می‌کنند ضروری است. تجزیه و تحلیل ترتیب، صرف نظر از تغییرات سرعت، وضوح ثابتی را در حوزه ترتیب حفظ می‌کند.

تحلیل انسجام رابطه خطی بین دو سیگنال را به عنوان تابعی از فرکانس اندازه‌گیری می‌کند و به شناسایی مسیرهای انتقال ارتعاش و اتصال بین اجزای ماشین‌آلات کمک می‌کند.

۴.۳ تجهیزات فنی برای تحلیل ارتعاش

تحلیل ارتعاشات دریایی مدرن به ابزارهای پیچیده‌ای متکی است که قابلیت‌های تحلیلی متعددی را در بسته‌های قابل حمل و مقاوم مناسب برای استفاده در کشتی ترکیب می‌کنند. انتخاب تجهیزات به الزامات کاربرد، شرایط محیطی و سطح تخصص اپراتور بستگی دارد.

لرزش سنج و آنالایزر

لرزش سنج های ساده اندازه‌گیری‌های کلی ارتعاش را بدون قابلیت تحلیل فرکانس ارائه می‌دهند. این ابزارها در کاربردهای نظارت معمول که در آن‌ها روند کلی سطوح برای ارزیابی وضعیت کافی است، کاربرد دارند.

آنالایزرهای اکتاو باند طیف فرکانسی را به باندهای استاندارد اکتاو یا کسری از اکتاو تقسیم کنید و اطلاعات فرکانسی را در عین حفظ سادگی ارائه دهید. کاربردهای دریایی معمولاً از آنالیز ۱/۳ اکتاو برای ارزیابی نویز و ارتعاش استفاده می‌کنند.

آنالایزرهای باند باریک با استفاده از پردازش FFT، وضوح فرکانسی بالایی ارائه می‌دهند و تجزیه و تحلیل طیفی دقیقی را برای کاربردهای تشخیصی امکان‌پذیر می‌سازند. این ابزارها ستون فقرات برنامه‌های جامع ارتعاش را تشکیل می‌دهند.

سیستم‌های قابل حمل در مقابل سیستم‌های دائمی

سیستم‌های قابل حمل (آفلاین) انعطاف‌پذیری برای اندازه‌گیری‌های دوره‌ای در چندین دستگاه را ارائه می‌دهد. مزایا عبارتند از:

• هزینه کمتر برای هر دستگاه
• انعطاف‌پذیری اندازه‌گیری
• پوشش چند دستگاهی
• قابلیت‌های تجزیه و تحلیل دقیق

محدودیت‌های سیستم‌های قابل حمل:

• الزامات اندازه‌گیری دستی
• نظارت مداوم محدود
• وابستگی به مهارت اپراتور
• احتمال از دست رفتن رویدادها

سیستم‌های دائمی (آنلاین) نظارت مداوم بر ماشین‌آلات حیاتی را با جمع‌آوری خودکار داده‌ها و تولید هشدار فراهم می‌کند.

مزایای سیستم‌های دائمی:

• قابلیت نظارت مداوم
• تولید خودکار آلارم
• شرایط اندازه‌گیری ثابت
• جمع‌آوری داده‌های تاریخی

ابزار دقیق مجازی

ابزارهای مجازی، سخت‌افزارهای عمومی را با نرم‌افزارهای تخصصی ترکیب می‌کنند تا سیستم‌های تحلیلی انعطاف‌پذیری ایجاد کنند. این رویکرد مزایای متعددی برای کاربردهای دریایی ارائه می‌دهد:

• توابع تجزیه و تحلیل قابل تنظیم
• به‌روزرسانی آسان نرم‌افزار
• ادغام با سیستم‌های کشتی
• توسعه مقرون به صرفه

ابزارهای مجازی معمولاً از موارد زیر استفاده می‌کنند:

• سخت‌افزار جمع‌آوری داده‌های تجاری
• پلتفرم‌های کامپیوتری استاندارد
• نرم‌افزارهای تخصصی تحلیل
• رابط‌های کاربری سفارشی

معماری سیستم مانیتورینگ

سیستم‌های جامع پایش ارتعاشات دریایی، اجزای متعددی را در معماری‌های سلسله مراتبی ادغام می‌کنند که انواع مختلف تجهیزات و الزامات پایش را در خود جای می‌دهند.

واحدهای پردازش محلی داده‌ها را از حسگرهای متعدد جمع‌آوری می‌کند، پردازش اولیه را انجام می‌دهد و با سیستم‌های مرکزی ارتباط برقرار می‌کند. این واحدها هوش توزیع‌شده را فراهم می‌کنند و نیازهای پهنای باند ارتباطی را کاهش می‌دهند.

ایستگاه‌های پایش مرکزی دریافت داده‌ها از واحدهای محلی، انجام تجزیه و تحلیل پیشرفته، تولید گزارش‌ها و ارتباط با سیستم‌های مدیریت کشتی.

قابلیت‌های دسترسی از راه دور به متخصصان مستقر در ساحل این امکان را می‌دهد که برای پشتیبانی فنی و تشخیص پیشرفته به سیستم‌های نظارت بر کشتی دسترسی داشته باشند.

سیستم‌های مدیریت داده

برنامه‌های مؤثر ارتعاش نیازمند سیستم‌های مدیریت داده‌های قوی هستند که داده‌های اندازه‌گیری را برای اهداف تجزیه و تحلیل و گزارش‌دهی ذخیره، سازماندهی و بازیابی کنند.

طراحی پایگاه داده ملاحظات عبارتند از:

• ذخیره‌سازی داده‌های اندازه‌گیری
• تعریف سلسله مراتب تجهیزات
• بایگانی نتایج تحلیل
• کنترل دسترسی کاربر

فشرده‌سازی داده‌ها این تکنیک‌ها ضمن حفظ اطلاعات تشخیصی، نیازهای ذخیره‌سازی را کاهش می‌دهند. رویکردهای رایج عبارتند از:

• کاهش داده‌های طیفی
• استخراج پارامترهای آماری
• فشرده‌سازی داده‌های روند
• ذخیره‌سازی مبتنی بر استثنا

۵. کنترل ارتعاش و پایش وضعیت

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

€1,751.00

Parts

Vibration sensor

€90.00

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

€124.00

Devices

Balanset-4

€6,803.00

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

€46.00

Parts

Reflective tape

€10.00

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

€1,561.00

۵.۱ تست پذیرش و کنترل کیفیت

آزمایش پذیرش ارتعاش، استانداردهای عملکرد پایه را برای تجهیزات دریایی جدید تعیین می‌کند و انطباق با مشخصات را قبل از ورود به سرویس تأیید می‌کند. این رویه‌ها از نقص‌های تولید و مشکلات نصب که می‌تواند قابلیت اطمینان تجهیزات را به خطر بیندازد، محافظت می‌کنند.

روش‌های کنترل ارتعاش ورودی/خروجی

کنترل سیستماتیک ارتعاش در حین راه‌اندازی تجهیزات، نصب صحیح و عملکرد اولیه را تضمین می‌کند. روش‌های کنترل شامل مراحل تأیید قبل از سرویس و اعتبارسنجی عملکرد می‌شود.

آزمایش قبل از نصب قبل از نصب تجهیزات روی کشتی، وضعیت آنها را بررسی می‌کند:

• آزمایش پذیرش کارخانه
• ارزیابی خسارت حمل و نقل
• دریافت رویه‌های بازرسی
• تأیید شرایط ذخیره‌سازی

تأیید نصب نصب، هم‌ترازی و ادغام صحیح سیستم را تأیید می‌کند:

• بررسی انطباق بنیاد
• تأیید تلرانس هم‌ترازی
• ارزیابی تنش لوله‌کشی
• اعتبارسنجی اتصال الکتریکی

تشخیص نقص در ساخت و نصب

آنالیز ارتعاش به طور موثر مشکلات رایج در تولید و نصب را که روش‌های بازرسی سنتی ممکن است از قلم بیندازند، شناسایی می‌کند. تشخیص زودهنگام از آسیب‌های پیشرونده و خرابی‌های پرهزینه جلوگیری می‌کند.

نقص‌های تولید قابل تشخیص از طریق آنالیز ارتعاش عبارتند از:

• انحرافات کیفیت بالانس روتور
• مشکلات نصب بلبرینگ
• نقض تلرانس ماشینکاری
• خطاهای هم‌ترازی مونتاژ

نقص نصب معمولاً با آزمایش ارتعاش آشکار می‌شود:

• شرایط نرمی پا
• ناهمراستایی کوپلینگ
• کرنش لوله
• رزونانس‌های فونداسیون

استانداردها و مشخصات فنی

پذیرش ارتعاش تجهیزات دریایی به استانداردهای فنی تعیین‌شده‌ای متکی است که رویه‌های اندازه‌گیری، معیارهای ارزیابی و محدودیت‌های پذیرش را برای انواع مختلف ماشین‌آلات تعریف می‌کنند.

رویه‌های ورود غیرمجاز به تجهیزات

تجهیزات دریایی جدید نیازمند رویه‌های سیستماتیک برای بررسی خرابی هستند که به اجزا اجازه می‌دهد تا به تدریج فرسوده شوند و در عین حال شرایط غیرعادی را رصد کنند. رصد ارتعاش در حین خرابی، هشدار اولیه در مورد مشکلات احتمالی را فراهم می‌کند.

مراحل نظارت بر ورود غیرمجاز:

1. تأیید اولیه راه‌اندازی
2. ارزیابی عملکرد در شرایط کم باری
3. ارزیابی بارگذاری پیش‌رونده
4. تأیید عملکرد در حالت بار کامل
5. اعتبارسنجی عملیات توسعه‌یافته

در طول شکست، مهندسان انتظار دارند با نشست اجزا و ایجاد الگوهای سایش، تغییرات تدریجی در ویژگی‌های ارتعاش ایجاد شود. تغییرات ناگهانی یا افزایش مداوم سطوح، نشان‌دهنده مشکلات بالقوه‌ای است که نیاز به بررسی دارند.

۵.۲ سیستم‌های پایش ارتعاش

سیستم‌های جامع نظارت بر ارتعاش، نظارت مداوم بر تجهیزات حیاتی دریایی را فراهم می‌کنند و امکان تشخیص زودهنگام خطا، تجزیه و تحلیل روند و برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌شده را فراهم می‌کنند. طراحی سیستم باید چالش‌های منحصر به فرد محیط‌های دریایی را در نظر بگیرد و در عین حال قابلیت‌های تشخیصی قابل اعتمادی را ارائه دهد.

توسعه و مدیریت پایگاه داده

برنامه‌های نظارتی مؤثر نیازمند سیستم‌های پایگاه داده قوی هستند که اطلاعات تجهیزات، داده‌های اندازه‌گیری و نتایج تجزیه و تحلیل را در قالب‌های قابل دسترس برای تصمیم‌گیری سازماندهی کنند.

ساختار سلسله مراتب تجهیزات:

• شناسایی سطح کشتی
• طبقه‌بندی سیستم (پیشرانه، الکتریکی، کمکی)
• دسته‌بندی نوع تجهیزات
• جزئیات سطح کامپوننت
• تعریف نقطه اندازه‌گیری

انواع داده‌ها و سازماندهی:

• ذخیره‌سازی شکل موج زمانی
• بایگانی طیف فرکانسی
• روند پارامترهای آماری
• سوابق شرایط عملیاتی
• ادغام تاریخچه تعمیر و نگهداری

انتخاب تجهیزات و توسعه برنامه

برنامه‌های پایش موفق نیازمند انتخاب سیستماتیک تجهیزات و پارامترهای اندازه‌گیری بر اساس تحلیل حساسیت، پیامدهای خرابی و اثربخشی تشخیصی هستند.

عوامل ارزیابی حساسیت:

• تأثیر ایمنی خرابی تجهیزات
• پیامدهای اقتصادی تعطیلی مدارس
• در دسترس بودن قطعات یدکی
• پیچیدگی و مدت زمان تعمیر
• فراوانی شکست‌های تاریخی

انتخاب پارامتر اندازه‌گیری:

• محدوده فرکانس برای خطاهای مورد انتظار
• جهت‌های اندازه‌گیری (شعاعی، محوری)
• مکان‌ها و مقادیر حسگرها
• نرخ نمونه‌برداری و وضوح داده‌ها

برنامه‌ریزی و زمان‌بندی اندازه‌گیری

برنامه‌ریزی سیستماتیک اندازه‌گیری، جمع‌آوری داده‌های منسجم را تضمین می‌کند و در عین حال، استفاده از منابع را بهینه و اختلال عملیاتی را به حداقل می‌رساند.

دستورالعمل‌های فرکانس اندازه‌گیری:

تنظیم سطح هشدار و ایجاد خط پایه

پیکربندی صحیح آلارم، از آلارم‌های کاذب و شرایط خطای از دست رفته جلوگیری می‌کند و در عین حال، اطلاع‌رسانی به موقع در مورد مشکلات در حال توسعه را فراهم می‌کند.

رویه‌های ایجاد خط مبنا:

1. اندازه‌گیری‌های متعدد را در شرایط عملیاتی خوب جمع‌آوری کنید
2. پارامترهای عملیاتی ثابت (بار، سرعت، دما) را تأیید کنید
3. محاسبه پارامترهای آماری (میانگین، انحراف معیار)
4. تعیین سطوح هشدار با استفاده از روش‌های آماری
5. شرایط و فرضیات پایه را مستند کنید

روش‌های تنظیم سطح هشدار:

• روش‌های آماری (میانگین + ۳σ)
• محدودیت‌های مبتنی بر استاندارد (مناطق ISO)
• آستانه‌های مبتنی بر تجربه
• معیارهای خاص قطعه

تحلیل روند و تشخیص تغییر

تحلیل روند، تغییرات تدریجی در وضعیت تجهیزات را که نشان‌دهنده‌ی مشکلات در حال توسعه قبل از رسیدن به سطوح بحرانی هستند، شناسایی می‌کند. تحلیل روند مؤثر نیازمند رویه‌های اندازه‌گیری منسجم و تفسیر آماری مناسب است.

پارامترهای روند:

• سطح کلی ارتعاش
• اجزای فرکانس خاص
• معیارهای آماری (ضریب اوج، کشیدگی)
• پارامترهای پاکت

روش‌های تشخیص تغییر:

• کنترل فرآیند آماری
• تحلیل رگرسیون
• تکنیک‌های جمع تجمعی
• الگوریتم‌های تشخیص الگو

۵.۳ سیستم‌های فنی و نرم‌افزاری

پایش ارتعاشات دریایی مدرن به سیستم‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری یکپارچه‌ای متکی است که قابلیت‌های جمع‌آوری، تحلیل و گزارش‌دهی خودکار داده‌ها را که به‌طور خاص برای کاربردهای دریایی طراحی شده‌اند، فراهم می‌کنند.

معماری سیستم قابل حمل

سیستم‌های مانیتورینگ ارتعاش قابل حمل، انعطاف‌پذیری لازم برای بررسی‌های جامع ماشین‌آلات را ارائه می‌دهند و در عین حال قابلیت‌های تجزیه و تحلیل حرفه‌ای مناسب برای محیط‌های دریایی را حفظ می‌کنند.

اجزای اصلی:

• جمع‌آوری‌کننده داده مقاوم
• انواع حسگرها و کابل‌های چندگانه
• نرم‌افزار تحلیل و گزارش‌گیری
• سیستم مدیریت پایگاه داده
• رابط‌های ارتباطی

الزامات خاص دریایی:

• عملکرد ذاتاً ایمن
• مقاومت در برابر دما و رطوبت
• مقاومت در برابر ضربه و ارتعاش
• عمر طولانی باتری
• رابط کاربری شهودی

سیستم‌های پایش دائمی

سیستم‌های نظارت دائمی، نظارت مداوم بر تجهیزات حیاتی را با قابلیت‌های جمع‌آوری، پردازش و تولید خودکار داده‌ها فراهم می‌کنند.

معماری سیستم:

• شبکه‌های حسگر توزیع‌شده
• واحدهای پردازش محلی
• ایستگاه‌های پایش مرکزی
• زیرساخت ارتباطی
• قابلیت‌های دسترسی از راه دور

مزایای سیستم دائمی:

• پایش مداوم وضعیت
• تولید خودکار آلارم
• شرایط اندازه‌گیری ثابت
• حفظ داده‌های تاریخی
• ادغام با سیستم‌های کشتی

الزامات و قابلیت‌های نرم‌افزار

نرم‌افزار مانیتورینگ باید قابلیت‌های تحلیل جامعی را ارائه دهد و در عین حال برای مهندسان دریایی با سطوح مختلف تخصص در ارتعاشات قابل دسترسی باشد.

ویژگی‌های ضروری نرم‌افزار:

• تحلیل چند دامنه‌ای (زمان، فرکانس، مرتبه)
• الگوریتم‌های تشخیص خودکار خطا
• قالب‌های گزارش‌دهی قابل تنظیم
• تحلیل روند و پیش‌بینی
• ادغام پایگاه داده

الزامات رابط کاربری:

• ارائه گرافیکی داده‌ها
• راهنمایی سیستم خبره
• داشبوردهای قابل تنظیم
• سازگاری با دستگاه تلفن همراه
• پشتیبانی از چند زبان

۶. عیب‌یابی تجهیزات دریایی دوار

۶.۱ ویژگی‌های ارتعاشی اجزای ماشین‌آلات

اجزای مختلف ماشین‌آلات، علائم ارتعاشی مشخصی تولید می‌کنند که تحلیلگران آموزش‌دیده را قادر می‌سازد تا مشکلات خاص را شناسایی و شدت آنها را ارزیابی کنند. درک این علائم، اساس تشخیص مؤثر ارتعاش در کاربردهای دریایی را تشکیل می‌دهد.

عیب‌یابی یاتاقان‌های غلتشی

یاتاقان‌های غلتشی اجزای حیاتی در ماشین‌آلات دریایی هستند و وضعیت آنها به طور قابل توجهی بر قابلیت اطمینان تجهیزات تأثیر می‌گذارد. نقص یاتاقان الگوهای ارتعاشی متمایزی ایجاد می‌کند که تحلیلگران می‌توانند آنها را شناسایی و ردیابی کنند.

فرکانس‌های خرابی یاتاقان: هر هندسه یاتاقان هنگام ایجاد نقص، فرکانس‌های خطای خاصی ایجاد می‌کند:

که در آن: N = تعداد عناصر غلتشی، d = قطر عنصر غلتشی، D = قطر گام، φ = زاویه تماس

مراحل ارزیابی وضعیت یاتاقان:

1. مرحله ۱ - شروع: افزایش اندک در نویز فرکانس بالا
2. مرحله ۲ - توسعه: فرکانس‌های گسسته یاتاقان ظاهر می‌شوند
3. مرحله ۳ - پیشرفت: هارمونیک‌ها و باندهای جانبی ایجاد می‌شوند
4. مرحله ۴ - پیشرفته: زیرهارمونیک‌ها و مدولاسیون افزایش می‌یابند
5. مرحله ۵ - فینال: ارتعاش تصادفی پهن باند غالب است

تحلیل یاتاقان ساده (یاتاقان ژورنال)

یاتاقان‌های ساده در کاربردهای دریایی، به ویژه در موتورهای دیزلی بزرگ و توربوماشین‌ها، در مقایسه با یاتاقان‌های غلتشی، حالت‌های خرابی و ویژگی‌های ارتعاشی متفاوتی از خود نشان می‌دهند.

مشکلات رایج یاتاقان‌های ساده:

• چرخش روغن: تقریباً در سرعت 0.4-0.48× دور در دقیقه رخ می‌دهد
• همزن روغنی: قفل فرکانس روی اولین سرعت بحرانی
• سایش بلبرینگ: افزایش لرزش همزمان (1× دور در دقیقه)
• ناهم‌ترازی: ۲× مؤلفه RPM ایجاد می‌کند

تشخیص سیستم دنده

سیستم‌های چرخ‌دنده در کاربردهای دریایی شامل چرخ‌دنده‌های کاهنده اصلی، گیربکس‌های کمکی و انواع سیستم انتقال قدرت هستند. مشکلات چرخ‌دنده‌ها الگوهای فرکانسی مشخصی را ایجاد می‌کنند که مربوط به درگیری دندانه‌ها و توزیع بار است.

فرکانس‌های اساسی چرخ‌دنده:

• فرکانس مش دنده (GMF): تعداد دندانه‌ها × دور در دقیقه ÷ ۶۰
• فرکانس‌های باند جانبی: فرکانس‌های شفت ± GMF
• فراوانی دندان شکاری: مرتبط با روابط تعداد دندان‌ها

نشانگرهای خطای دنده:

• افزایش دامنه GMF
• توسعه باند جانبی در اطراف GMF
• تولید هارمونیک
• الگوهای مدولاسیون

دینامیک شفت و روتور

مشکلات مربوط به شفت، الگوهای ارتعاشی ایجاد می‌کنند که منعکس کننده شرایط مکانیکی و رفتار دینامیکی مجموعه‌های دوار هستند.

مشکلات رایج شفت:

• عدم تعادل: ارتعاش غالب ۱× دور در دقیقه
• کمان/میله خمیده: اجزای ۱× و ۲× دور در دقیقه
• مشکلات کوپلینگ: ۲× لرزش دور در دقیقه
• سستی: هارمونیک‌های چندگانه RPM

انواع و نشانه‌های ناهم‌ترازی:

ارتعاشات مرتبط با پروانه و جریان

پمپ‌ها، فن‌ها و کمپرسورها ارتعاشاتی مرتبط با الگوهای جریان سیال و شرایط پروانه ایجاد می‌کنند. این منابع هیدرولیکی یا آیرودینامیکی الگوهای فرکانسی متمایزی ایجاد می‌کنند.

فرکانس‌های مرتبط با جریان:

• فرکانس عبور تیغه (BPF): تعداد پره‌ها × دور در دقیقه ÷ ۶۰
• هارمونیک‌های BPF: اختلالات جریان را نشان دهید
• اجزای زیرهمزمان: ممکن است نشان دهنده کاویتاسیون یا گردش مجدد جریان باشد

مشکلات خاص پمپ:

• کاویتاسیون: ارتعاش تصادفی با فرکانس بالا
• آسیب پروانه: افزایش BPF و هارمونیک‌ها
• گردش مجدد هوا: ارتعاش تصادفی با فرکانس پایین
• آشفتگی جریان: افزایش ارتعاش پهنای باند

۶.۲ تشخیص و شناسایی خطا

تشخیص سیستماتیک خطا نیازمند ترکیب تحلیل طیفی با تکنیک‌های حوزه زمان، روش‌های آماری و تشخیص الگو برای شناسایی مشکلات در حال توسعه و ارزیابی دقیق شدت آنها است.

تحلیل طیفی برای تشخیص خطا

تحلیل حوزه فرکانس، ابزار اصلی برای شناسایی انواع خاص خطا را با آشکار کردن مؤلفه‌های فرکانسی مشخصه مرتبط با حالت‌های مختلف خرابی فراهم می‌کند.

تحلیل هارمونیک: بسیاری از خطاهای ماشین‌آلات، سری‌های هارمونیکی تولید می‌کنند که به شناسایی منبع و شدت مشکلات کمک می‌کنند:

• عدم تعادل: عمدتاً ۱ × RPM با حداقل هارمونیک
• ناهم‌ترازی: دور موتور قوی ۲× دور در دقیقه با هارمونیک‌های بالقوه ۳× و ۴×
• سستی: هارمونیک‌های چندگانه (تا 10 برابر دور در دقیقه یا بالاتر)
• مالش‌ها: هارمونیک‌های کسری (0.5×، 1.5×، 2.5× دور در دقیقه)

تحلیل باند جانبی: اثرات مدولاسیون، باندهای جانبی را در اطراف فرکانس‌های اولیه ایجاد می‌کنند که نشان‌دهنده مکانیسم‌های خطای خاص هستند:

• مشکلات دندانه چرخ‌دنده باعث ایجاد باندهای جانبی در اطراف فرکانس مش می‌شود
• نقص‌های حلقه یاتاقان، رزونانس‌های فرکانس بالا را تعدیل می‌کنند
• مشکلات الکتریکی باعث ایجاد باندهای جانبی در اطراف فرکانس خط می‌شوند

تکنیک‌های تحلیل حوزه زمان

تحلیل حوزه زمان، تحلیل فرکانس را با آشکار کردن ویژگی‌های سیگنال که در داده‌های طیفی آشکار نیستند، به‌ویژه برای پدیده‌های ضربه‌ای یا گذرا، تکمیل می‌کند.

تحلیل شکل موج:

• سینوسی: نشان دهنده تحریک دوره ای ساده (عدم تعادل) است
• کوتاه‌شده/کوتاه‌شده: مشکلات مربوط به برخورد یا فاصله‌گذاری را نشان می‌دهد
• مدوله شده: تغییرات دامنه یا فرکانس را نشان می‌دهد
• تصادفی: نشان دهنده تحریک آشفته یا تصادفی است

پارامترهای آماری برای تشخیص خطا:

• ضریب تاج: نسبت پیک/RMS نشان‌دهنده‌ی میزان تیزی سیگنال است
• کشیدگی: آماره گشتاور چهارم حساس به ضربه‌ها
• کج‌شکلی: آماره گشتاور سوم که نشان‌دهنده عدم تقارن است
• روند RMS: تغییرات کلی محتوای انرژی

تحلیل پوششی برای تشخیص بیرینگ

تحلیل پوششی (دمدولاسیون دامنه) اطلاعات مدولاسیون را از سیگنال‌های فرکانس بالا استخراج می‌کند، که آن را به ویژه برای تشخیص عیوب یاتاقان‌های غلتشی که ضربات دوره‌ای ایجاد می‌کنند، مؤثر می‌سازد.

فرآیند تحلیل پوششی:

1. فیلتر میان‌گذر در محدوده رزونانس ساختاری (معمولاً ۱-۵ کیلوهرتز)
2. اعمال تشخیص پوش (تبدیل هیلبرت یا یکسوسازی)
3. فیلتر پایین گذر سیگنال پوششی
4. انجام تحلیل FFT روی پوشش
5. فرکانس‌های خطای یاتاقان را در طیف پوششی شناسایی کنید

مزایای تحلیل پوششی:

• حساسیت بیشتر به خطاهای اولیه یاتاقان
• تداخل ناشی از سایر منابع ارتعاش را کاهش می‌دهد
• شناسایی فرکانس خطای یاتاقان را به طور واضح ارائه می‌دهد
• ارزیابی شدت خطا را فعال می‌کند

تشخیص الگوی پیشرفته

سیستم‌های تشخیصی مدرن از الگوریتم‌های تشخیص الگوی پیچیده‌ای استفاده می‌کنند که به طور خودکار انواع خطا را طبقه‌بندی کرده و سطوح شدت را بر اساس الگوهای آموخته شده و دانش تخصصی ارزیابی می‌کنند.

رویکردهای یادگیری ماشین:

• شبکه‌های عصبی: یادگیری الگوهای خطای پیچیده از داده‌های آموزشی
• ماشین‌های بردار پشتیبان: طبقه‌بندی خطاها با استفاده از مرزهای تصمیم‌گیری بهینه
• درخت‌های تصمیم‌گیری: ارائه رویه‌های منطقی شناسایی خطا
• منطق فازی: عدم قطعیت در طبقه‌بندی خطا را مدیریت کنید

سیستم‌های خبره: دانش تخصصی تحلیلگران باتجربه را برای هدایت تشخیص خودکار خطا و ارائه استدلال تشخیصی، در نظر بگیرید.

۶.۳ ارزیابی شدت خطا

تعیین شدت خطا، اولویت‌بندی اقدامات تعمیر و نگهداری و تخمین عمر باقیمانده تجهیزات را امکان‌پذیر می‌کند، که از عوامل حیاتی در عملیات دریایی هستند که در آن‌ها خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده می‌توانند عواقب شدیدی داشته باشند.

معیارهای کمی شدت

ارزیابی شدت مؤثر نیازمند معیارهای کمی است که ویژگی‌های ارتعاش را به شرایط واقعی اجزا و عمر مفید باقیمانده مرتبط سازند.

معیارهای مبتنی بر دامنه:

• دامنه فرکانس خطا نسبت به خط پایه
• نرخ افزایش دامنه با گذشت زمان
• نسبت فرکانس خطا به ارتعاش کلی
• مقایسه با محدودیت‌های شدت تعیین‌شده

شاخص‌های شدت آماری:

• روند پیشرفت فاکتور کرست
• الگوهای توسعه کورتوز
• تغییرات پارامتر پوشش
• اصلاحات توزیع طیفی

مدل‌سازی پیش‌آگهی

مدل‌های پیش‌بینی، عمر مفید باقی‌مانده را با تجزیه و تحلیل روندهای شرایط فعلی و اعمال مدل‌های تخریب مبتنی بر فیزیک یا مبتنی بر داده پیش‌بینی می‌کنند.

روش‌های تحلیل روند:

• رگرسیون خطی: روند ساده برای تخریب مداوم
• مدل‌های نمایی: الگوهای تخریب شتاب‌دهنده
• مدل‌های قانون توان: نرخ‌های تخریب متغیر
• برازش چندجمله‌ای: مسیرهای تخریب پیچیده

مدل‌های مبتنی بر فیزیک: مکانیسم‌های تخریب اساسی را برای پیش‌بینی پیشرفت عیب بر اساس شرایط عملیاتی و خواص مواد، در نظر بگیرید.

مدل‌های داده‌محور: از داده‌های خرابی‌های گذشته و اندازه‌گیری‌های فعلی برای پیش‌بینی عمر باقیمانده بدون مدل‌سازی فیزیکی صریح استفاده کنید.

پشتیبانی تصمیم‌گیری در مورد تعمیر و نگهداری

نتایج تشخیصی باید به توصیه‌های عملی تعمیر و نگهداری تبدیل شوند که محدودیت‌های عملیاتی، در دسترس بودن قطعات یدکی و الزامات ایمنی را در نظر بگیرند.

عوامل تصمیم گیری:

• سطح شدت خطای فعلی
• نرخ تخریب پیش‌بینی‌شده
• پیامدهای عملیاتی شکست
• در دسترس بودن پنجره تعمیر و نگهداری
• قطعات یدکی و در دسترس بودن منابع

اقدامات توصیه شده بر اساس شدت:

۷. تنظیم و کوک کردن لرزش

۷.۱ هم‌ترازی شفت

تراز صحیح شفت یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر قابلیت اطمینان تجهیزات دریایی و سطح ارتعاش است. عدم تراز، نیروهای بیش از حد ایجاد می‌کند، سایش را تسریع می‌کند و امضاهای ارتعاشی مشخصی ایجاد می‌کند که سیستم‌های تشخیصی به راحتی آنها را تشخیص می‌دهند.

اصول هم‌ترازی شفت

ترازبندی شفت تضمین می‌کند که عناصر چرخان متصل در شرایط عملیاتی عادی با خطوط مرکزی خود منطبق عمل کنند. محیط‌های دریایی چالش‌های منحصر به فردی از جمله اثرات حرارتی، انحراف بدنه و نشست فونداسیون را ایجاد می‌کنند که رویه‌های ترازبندی را پیچیده می‌کند.

انواع ناهماهنگی:

• ناهم‌ترازی موازی (افست): خطوط مرکزی شفت موازی باقی می‌مانند اما جابجا می‌شوند
• ناهمترازی زاویه‌ای: خطوط مرکزی شفت با زاویه‌ای متقاطع هستند
• ناهم‌ترازی ترکیبی: ترکیبی از شرایط موازی و زاویه‌ای
• ناهم‌ترازی محوری: موقعیت محوری نادرست بین اجزای کوپل شده

تشخیص ناهمراستایی استاتیک و دینامیک

ناهم‌ترازی استاتیک به شرایط هم‌ترازی اندازه‌گیری شده در زمانی که تجهیزات کار نمی‌کنند، اشاره دارد. رویه‌های هم‌ترازی سنتی بر شرایط ایستا با استفاده از شاخص‌های عقربه‌ای یا سیستم‌های هم‌ترازی لیزری تمرکز دارند.

ناهم‌ترازی دینامیکی نشان دهنده شرایط تراز عملیاتی واقعی است که ممکن است به دلیل رشد حرارتی، حرکت فونداسیون و نیروهای عملیاتی، تفاوت قابل توجهی با تراز استاتیک داشته باشد.

روش‌های تشخیص مبتنی بر ارتعاش:

• اجزای ارتعاشی با سرعت بالای ۲ دور در دقیقه
• روابط فازی در کوپلینگ‌ها
• الگوهای ارتعاش جهت‌دار
• تغییرات ارتعاش وابسته به بار

روش‌های اندازه‌گیری و محدودیت‌های دقت

روش‌های مدرن هم‌ترازی دریایی از سیستم‌های اندازه‌گیری مبتنی بر لیزر استفاده می‌کنند که در مقایسه با روش‌های سنتی شاخص عقربه‌ای، دقت و مستندسازی بالاتری ارائه می‌دهند.

مزایای سیستم تراز لیزری:

• دقت اندازه‌گیری بالاتر (معمولاً ±0.001 اینچ)
• بازخورد بلادرنگ در طول تنظیم
• محاسبه خودکار حرکات اصلاحی
• مستندسازی و گزارش‌دهی دیجیتال
• کاهش زمان و پیچیدگی راه‌اندازی

عوامل دقت اندازه‌گیری:

• پایداری فونداسیون در حین اندازه‌گیری
• پایداری دما
• اثرات انعطاف‌پذیری کوپلینگ
• وضعیت کالیبراسیون ابزار

تشخیص و اصلاح نرمی پا

شرایط پایه نرم زمانی رخ می‌دهد که پایه‌های نصب ماشین‌آلات تماس مناسبی با سطوح فونداسیون برقرار نکنند و شرایط تکیه‌گاهی متغیری ایجاد کنند که بر ترازبندی و ویژگی‌های ارتعاشی تأثیر می‌گذارد.

انواع نرمی پا:

• پای نرم موازی: پای معلق بالای فونداسیون
• پای نرم زاویه دار: اعوجاج قاب ماشین
• نرمی پا القایی: ایجاد شده توسط سفت کردن بیش از حد پیچ‌ها
• فنر نرم پا: مسائل مربوط به انطباق با بنیاد

روش‌های تشخیص:

• شل کردن و اندازه‌گیری سیستماتیک پیچ و مهره
• اندازه‌گیری‌های فیلر گیج
• اندازه‌گیری لیزری تغییرات موقعیت
• تحلیل ارتعاش رزونانس‌های نصب

۸. چشم‌اندازهای آینده در تشخیص ارتعاش

۸.۱ روندهای فناوری فعلی

حوزه تشخیص ارتعاشات دریایی به سرعت در حال تکامل است و این امر به دلیل پیشرفت در فناوری حسگرها، قابلیت‌های پردازش سیگنال، هوش مصنوعی و ادغام با سیستم‌های گسترده‌تر مدیریت کشتی است. درک این روندها به مهندسان دریایی کمک می‌کند تا برای قابلیت‌های تشخیصی آینده آماده شوند و سرمایه‌گذاری‌های فناوری را برنامه‌ریزی کنند.

فناوری‌های پیشرفته حسگر

حسگرهای نسل بعدی قابلیت‌های پیشرفته‌ای را ارائه می‌دهند که بر محدودیت‌های سنتی غلبه می‌کنند و در عین حال امکانات اندازه‌گیری جدیدی را برای کاربردهای دریایی فراهم می‌کنند.

شبکه‌های حسگر بی‌سیم: نیاز به کابل‌کشی گسترده را از بین می‌برد و در عین حال امکان قرارگیری انعطاف‌پذیر حسگر و کاهش هزینه‌های نصب را فراهم می‌کند. حسگرهای بی‌سیم مدرن موارد زیر را ارائه می‌دهند:

• عمر طولانی باتری (معمولاً ۵+ سال)
• پروتکل‌های ارتباطی قوی
• قابلیت‌های محاسبات لبه‌ای
• توپولوژی شبکه خودسازمانده
• رمزگذاری برای امنیت داده‌ها

حسگرهای مبتنی بر MEMS: سیستم‌های میکروالکترومکانیکی، راه‌حل‌های حسگری فشرده و مقرون‌به‌صرفه را با قابلیت‌های پردازش سیگنال یکپارچه ارائه می‌دهند.

سنسورهای فیبر نوری: در عین حال که امکان حسگری توزیع‌شده در طول فیبر را فراهم می‌کند، در برابر تداخل الکترومغناطیسی و ایمنی ذاتی در محیط‌های خطرناک مصونیت ایجاد می‌کند.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی

فناوری‌های هوش مصنوعی با خودکارسازی تشخیص الگو، فعال کردن تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده و ارائه سیستم‌های پشتیبانی تصمیم‌گیری هوشمند، تشخیص ارتعاش را متحول می‌کنند.

کاربردهای یادگیری عمیق:

• طبقه‌بندی خودکار خطا از داده‌های خام ارتعاش
• تشخیص ناهنجاری در مجموعه داده‌های پیچیده و چندبعدی
• مدل‌سازی پیش‌آگهی برای پیش‌بینی عمر مفید باقی‌مانده
• تشخیص الگو در محیط‌های دریایی پر سر و صدا

فناوری دوقلوی دیجیتال: نمایش‌های مجازی از تجهیزات فیزیکی ایجاد می‌کند که داده‌های حسگر در زمان واقعی را با مدل‌های مبتنی بر فیزیک ترکیب می‌کند تا موارد زیر را امکان‌پذیر سازد:

• ارزیابی وضعیت در زمان واقعی
• شبیه‌سازی و آزمایش سناریو
• بهینه‌سازی استراتژی‌های نگهداری و تعمیرات
• پلتفرم‌های آموزشی و تربیتی

محاسبات لبه‌ای و ادغام ابری

سیستم‌های تشخیصی مدرن از معماری‌های محاسباتی توزیع‌شده‌ای استفاده می‌کنند که نیازهای پردازش بلادرنگ را با قابلیت‌های تحلیل جامع متعادل می‌کنند.

مزایای محاسبات لبه‌ای:

• کاهش پهنای باند ارتباطی مورد نیاز
• تولید آلارم در لحظه
• ادامه کار در زمان قطعی ارتباط
• افزایش حریم خصوصی و امنیت داده‌ها

مزایای ادغام ابری:

• ظرفیت ذخیره‌سازی و پردازش نامحدود
• تجزیه و تحلیل و مقایسه در سطح ناوگان
• قابلیت‌های پشتیبانی تخصصی از راه دور
• به‌روزرسانی‌ها و بهبودهای مداوم الگوریتم

۸.۲ ادغام با سیستم‌های مدیریت کشتی

سیستم‌های تشخیص ارتعاش آینده به طور یکپارچه با پلتفرم‌های مدیریت کشتی گسترده‌تر ادغام خواهند شد و آگاهی جامع از شرایط را فراهم کرده و تصمیم‌گیری خودکار در زمینه نگهداری را ممکن می‌سازند.

نظارت یکپارچه بر وضعیت

سیستم‌های جامع پایش وضعیت، تحلیل ارتعاش را با سایر تکنیک‌های تشخیصی ترکیب می‌کنند تا ارزیابی کاملی از سلامت تجهیزات ارائه دهند.

ادغام چند پارامتری:

• تحلیل ارتعاش برای شرایط مکانیکی
• ترموگرافی برای ارزیابی شرایط حرارتی
• آنالیز روغن برای روانکاری و پایش سایش
• آزمایش فراصوت برای بررسی سلامت سازه
• نظارت بر عملکرد برای بهره‌وری عملیاتی

تکنیک‌های ترکیب داده‌ها: الگوریتم‌های پیشرفته، انواع حسگرهای مختلف را ترکیب می‌کنند تا ارزیابی وضعیت قابل اعتمادتری نسبت به تکنیک‌های منفرد ارائه دهند.

یکپارچه‌سازی سیستم‌های خودگردان

همزمان با حرکت صنایع دریایی به سمت عملیات خودکار، سیستم‌های تشخیص ارتعاش باید قابلیت‌های نظارت بر وضعیت قابل اعتماد و خودکفا را ارائه دهند.

ویژگی‌های تشخیصی خودکار:

• سیستم‌های حسگر خودکالیبره شونده
• تشخیص خودکار خطا و ارزیابی شدت آن
• برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌شده
• هماهنگی واکنش اضطراری
• توصیه‌های بهینه‌سازی عملکرد

یکپارچه‌سازی پشتیبانی تصمیم‌گیری:

• ارزیابی و مدیریت ریسک
• بهینه‌سازی تخصیص منابع
• ملاحظات برنامه‌ریزی ماموریت
• رابط‌های سیستم ایمنی

تکامل نظارتی و استانداردها

سازمان‌های بین‌المللی دریایی همچنان به تدوین استانداردها و مقرراتی ادامه می‌دهند که فناوری‌های پیشرفته تشخیصی را در بر می‌گیرند و در عین حال ایمنی و حفاظت از محیط زیست را تضمین می‌کنند.

استانداردهای نوظهور:

• الزامات امنیت سایبری برای سیستم‌های متصل
• استانداردهای اشتراک‌گذاری داده‌ها و قابلیت همکاری
• رویه‌های صدور گواهینامه سیستم خودگردان
• یکپارچه‌سازی نظارت بر محیط زیست