واشبورد در بیرینگ‌ها (Washboard)

نویسنده فراپایش · دسامبر 19, 2024 در 10:05 ق.ظ

واشبورد در بیرینگ‌ها (Washboard)

توسط نویسنده فراپایش مقالات و نکات کاربردی

واشبورد یکی از مشکلات سطحی جدی در بیرینگ‌ها است که به دلیل عبور جریان الکتریکی از اجزای فلزی آن ایجاد می‌شود. این پدیده که معمولاً در تجهیزاتی مانند موتورهای الکتریکی و ژنراتورها مشاهده می‌شود، موجب شکل‌گیری الگوهای موج‌دار و تکرارشونده در سطح مسیر غلتش (Raceway) یا اجزای غلتان مانند ساچمه‌ها می‌شود. عبور جریان الکتریکی از بیرینگ باعث ایجاد قوس‌های الکتریکی (با دامنه کم) در تماس میان اجزای غلتان و مسیر غلتش می‌گردد.

این قوس‌ها دمای موضعی را به طور لحظه‌ای افزایش داده و سبب ذوب‌شدن و تغییر شکل سطح فلز می‌شوند. در طول زمان، این پدیده به تکرار آسیب‌های موضعی و ایجاد الگوهای موج‌دار مشخصی منجر می‌شود که به عنوان واشبورد شناخته می‌شوند.

منبع جریان الکتریکی در چنین مواردی می‌تواند بسیار متنوع باشد. یکی از رایج‌ترین علل آن، نشت جریان از درایوهای سرعت متغیر (VFD) است که به دلیل ایجاد امواج هارمونیک و جریان‌های ناخواسته به بیرینگ وارد می‌شود. همچنین، تخلیه الکتریکی استاتیکی و عملکرد نامناسب سیستم‌های زمین (Earthing) می‌تواند مسیرهایی برای عبور جریان الکتریکی از بیرینگ ایجاد کند. این مشکلات معمولاً در تجهیزاتی که در شرایط بار متغیر و سرعت بالا کار می‌کنند، مشهودتر است.

علائم ناشی از واشبورد

علائم ناشی از واشبورد در بیرینگ‌ها در داده‌های ارتعاشی کاملاً قابل تشخیص هستند و می‌توانند به شناسایی زودهنگام این مشکل کمک کنند. یکی از اولین علائم این پدیده، افزایش نویز با فرکانس بالا است که به دلیل برخورد اجزای غلتان با الگوهای موج‌دار روی مسیر غلتش ایجاد می‌شود. همچنین، دامنه مؤلفه‌های فرکانسی مربوط به عیوب بیرینگ مانند BPFO) و (BPFI به طرز غیرعادی افزایش می‌یابد و الگوی ارتعاشی سیستم به صورت نامتقارن و با تشدید در برخی هارمونیک‌ها تکرار می‌شود. این تغییرات ارتعاشی، به‌ویژه در آنالیز فرکانسی، به صورت الگویی غیرمعمول و تکرارشونده ظاهر می‌شوند.

این مطلب را از دست ندهید: عیب‌یابی به روش ارتعاش سنجی در بیرینگ‌ها

برای جلوگیری از وقوع واشبورد ناشی از جریان الکتریکی و کاهش تأثیرات آن، راهکارهای متعددی وجود دارد. یکی از مؤثرترین اقدامات، استفاده از بیرینگ‌های عایق‌دار (Insulated Bearings) است که با پوشش سرامیکی یا لایه‌ای از مواد دی‌الکتریک، مانع عبور جریان الکتریکی می‌شوند. علاوه بر این، نصب حلقه‌های زمین (Grounding Rings) در تجهیزات می‌تواند به تخلیه جریان‌های ناخواسته قبل از عبور از بیرینگ کمک کند و از آسیب سطحی جلوگیری نماید. فیلترهای الکتریکی نیز می‌توانند با کاهش امواج هارمونیک و نویزهای الکتریکی، شرایط مناسبی برای عملکرد سیستم ایجاد کنند.

یکی دیگر از اقدامات پیشگیرانه، استفاده از روانکارهای مناسب است. در برخی شرایط، روانکارهای رسانا می‌توانند بارهای الکتریکی را تخلیه کنند، در حالی که روانکارهای دی‌الکتریک می‌توانند تماس الکتریکی را به حداقل برسانند. همچنین، اطمینان از عملکرد صحیح سیستم‌های زمین و کاهش نشت جریان از سیستم‌های الکتریکی می‌تواند نقش بسزایی در پیشگیری از این مشکل داشته باشد. در تجهیزات مجهز به درایوهای فرکانس متغیر، تنظیم پارامترهای کاری این سیستم‌ها به گونه‌ای که تأثیرات الکتریکی بر بیرینگ کاهش یابد، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

مورد مطالعاتی: خرابی واشبورد در بیرینگ‌ها موتور القایی مجهز به VFD

در یک مورد مطالعاتی، یک موتور القایی با توان 1200 کیلووات و ولتاژ 600 ولت و 575 آمپر که مجهز به درایو فرکانس متغیر (VFD) بود، علائم خرابی در بیرینگ سمت آزاد (NDE Bearing) در داده‌های ارتعاشی مشاهده شد. نوع (شماره) بیرینگ معیوب 558320 ساخت FAG بود. این خرابی پیش از رسیدن بیرینگ به عمر طراحی خود رخ داد و منجر به توقف عملکرد موتور شد. پس از باز کردن بیرینگ و بررسی، مشخص شد که شیارهای موج‌دار مشخصی روی رینگ داخلی، رینگ خارجی و اجزای غلتان ایجاد شده‌اند.

این شیارها که به عنوان الگوهای واشبورد یا Fluting شناخته می‌شوند، ناشی از تخلیه الکتریکی بوده و از عبور جریان الکتریکی بین اجزای فلزی بیرینگ حکایت داشتند. جریان الکتریکی از مسیر ساچمه‌ها عبور کرده و به دلیل اختلاف پتانسیل بین رینگ داخلی و خارجی، قوس‌های الکتریکی کوچکی در محل تماس ایجاد کرده بود. این قوس‌ها دمای موضعی را افزایش داده و منجر به ذوب و تغییر شکل سطح فلز شدند.

تحلیل ارتعاشی و علائم

بررسی‌های ارتعاشی نشان داد که خرابی واشبورد باعث ایجاد پیک‌هایی در محدوده فرکانس‌های بالا، بین 100,000 تا 180,000 CPM، شده است. این ارتعاشات معمولاً به دلیل تحریک رزونانس در بیرینگ به وجود می‌آیند و اغلب با فرکانس‌های مشخصی مانند BPFO (فرکانس عبور ساچمه از رینگ خارجی) و BPFI (فرکانس عبور ساچمه از رینگ داخلی) همراه هستند.

همچنین، نخستین علامت این خرابی، صدای غیرعادی بیرینگ بود که ناشی از عبور ساچمه‌ها از روی مناطق آسیب‌دیده ایجاد می‌شد. با این حال، این صدا زمانی ظاهر شد که خرابی به مراحل پیشرفته‌ای رسیده بود، به طوری که بیرینگ در آستانه خرابی کامل قرار داشت.

علل و دلایل ایجاد واشبورد در بیرینگ‌ها

خرابی واشبورد یا Fluting ناشی از نشت جریان الکتریکی مرتبط با درایو فرکانس متغیر (VFD) بوده است. VFDها به دلیل ایجاد هارمونیک‌های بالا و جریان‌های ناخواسته، یکی از عوامل اصلی عبور جریان از بیرینگ‌ها هستند. این مشکل می‌تواند به دلایل زیر نیز تشدید شود:

عدم وجود سیستم زمین (Earthing) مناسب.
استفاده از کابل‌های غیر محافظت‌شده.
تخریب عایق‌های الکتریکی در سیستم.
عدم عملکرد صحیح فیلترینگ در درایوها و سیستم‌های کنترل فرکانس و کنترل دور موتورها.

نتیجه‌گیری

این مورد مطالعاتی به‌وضوح نشان می‌دهد که واشبورد ناشی از نشت جریان الکتریکی چگونه می‌تواند منجر به تخریب زودهنگام بیرینگ‌ها شود. در مجموع، واشبورد ناشی از نشت جریان الکتریکی نه تنها باعث تخریب سطح بیرینگ می‌شود، بلکه عملکرد کل سیستم را نیز تحت‌تأثیر قرار می‌دهد. شناسایی زودهنگام علائم ارتعاشی و اجرای راهکارهای پیشگیرانه، می‌تواند به افزایش عمر مفید بیرینگ‌ها و کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات کمک شایانی کند. توجه به این مشکل و مدیریت صحیح آن، بهبود بهره‌وری و اطمینان از عملکرد پایدار تجهیزات صنعتی را تضمین می‌کند.

09188625070

واشبورد در بیرینگ‌ها (Washboard)