پمپ‌های سانتریفیوژ و جابه‌جایی مثبت، از حیاتی‌ترین تجهیزات دوران‌کننده در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، آب و برق هستند. خرابی ناگهانی پمپ‌ها می‌تواند منجر به توقفات پرهزینه، آسیب‌های ثانویه به تجهیزات و خطرات ایمنی شود. نگهداری پیش‌بینانه ( PDM- Predictive Maintenance) با هدف جلوگیری از این خرابی‌ها، بر شناسایی زودهنگام عیوب قبل از تبدیل شدن به بحران تمرکز دارد. در میان ابزارهای PDM ، تحلیل ارتعاشات مؤثرترین روش برای ارزیابی سلامت مکانیکی پمپ‌ها است.
۱. اصول فنی تحلیل ارتعاشات
تحلیل ارتعاشات بر این فرض استوار است که هر نقص مکانیکی در یک قطعه دوران‌کننده (مانند بلبرینگ یا پروانه)، الگوی ارتعاشی مشخصی ایجاد می‌کند که فرکانس آن با سرعت دوران و هندسه قطعه معیوب مرتبط است.
اندازه‌گیری و داده‌برداری
سنسورها (شتاب‌سنج‌ها): سنسورهای پیزوالکتریک (شتاب‌سنج -Accelerometer ) به صورت دائمی یا موقت بر روی نقاط استراتژیک بدنه پمپ، نزدیک به بلبرینگ‌ها و موتور نصب می‌شوند.
پارامترهای اندازه‌گیری: تحلیلگر ارتعاشات، داده‌ها را معمولاً بر حسب شتاب (g)، سرعت (mm-s) و جابه‌جایی (m) جمع‌آوری می‌کند.
تجزیه و تحلیل طیفی (): مهم‌ترین بخش، تبدیل داده‌های زمانی به داده‌های فرکانسی از طریق تبدیل فوریه سریع (FFT) است. این تبدیل، فرکانس‌های خاصی را که نشان‌دهنده عیب هستند، جدا و تقویت می‌کند.
مناطق فرکانسی کلیدی
فرکانس‌های پایین (زیر 10 برابر سرعت دوران): مرتبط با مشکلات بزرگ مانند ناهم‌ترازی (Misalignment)، عدم تعادل (Unbalance) و لقی ساختاری (Structural Looseness).
فرکانس‌های بالا (بالای 10 برابر سرعت دوران): مرتبط با خرابی بلبرینگ‌ها (Bearing Faults) و مشکلات گیربکس.
۲. تشخیص عیوب رایج با استفاده از طیف فرکانسی
هر عیب رایج در پمپ، یک "اثر انگشت" منحصر به فرد در طیف فرکانسی باقی می‌گذارد.
الف) عدم تعادل (Unbalance)
مشخصه ارتعاش: ارتعاش غالب در فرکانس 1xیک برابر سرعت دوران شفت).
علت: توزیع نابرابر جرم در پروانه یا کوپلینگ.
ب) ناهم‌ترازی (Misalignment)
مشخصه ارتعاش: ارتعاشات بالا در فرکانس‌های 2x (دو برابر سرعت دوران) و 3x (سه برابر سرعت دوران).
علت: عدم هم‌محوری دقیق بین شفت پمپ و شفت موتور (ناهم‌ترازی زاویه‌ای یا موازی).
ج) لقی مکانیکی (Mechanical Looseness)
مشخصه ارتعاش: ارتعاشات غالب در 1x 2x 3x و هارمونیک‌های بالاتر که اغلب نوسان دارند و پایدار نیستند.
علت: شل بودن پایه‌های پمپ، ترک در قاب‌ها، یا لقی بین پروانه و شفت.
د) خرابی بلبرینگ‌ها (Bearing Faults)
مشخصه ارتعاش: ارتعاش در فرکانس‌های غیرهارمونیک و بسیار بالا که توسط نرم‌افزار به عنوان BPFI (فرکانس گذرنده از حلقه داخلی)، BPFO(فرکانس گذرنده از حلقه خارجی) یا FTF (فرکانس نگهدارنده قفس) شناسایی می‌شوند.
اهمیت: تشخیص این فرکانس‌ها نشان‌دهنده مراحل اولیه فرسایش (ترک‌های سطحی) است و زمان کافی برای تعویض بلبرینگ قبل از شکست کامل را فراهم می‌کند.
۳. مراحل اجرای یک برنامه تحلیل ارتعاشات موفق
اجرای موفق تحلیل ارتعاشات نیازمند فرآیندی ساختار یافته است:
شناسایی تجهیزات حیاتی: تعیین پمپ‌هایی که خرابی آن‌ها بالاترین ریسک توقف تولید و هزینه را دارد.
نصب سنسور و مسیرهای پایش: تعریف نقاط استاندارد برای جمع‌آوری داده‌ها (نقاط عمودی، افقی و محوری) و تعیین مسیرهای گردشی برای جمع‌آوری منظم داده‌ها.
ایجاد خط مبنا (Baseline Data): جمع‌آوری داده‌های اولیه از پمپ‌ها در حالت سلامت کامل. این داده‌ها به عنوان مرجع برای تشخیص هرگونه تغییرات آتی استفاده می‌شوند.
تحلیل و ترندینگ (Trending): مقایسه داده‌های فعلی با خط مبنا و ترندهای تاریخی. افزایش تدریجی سطح ارتعاشات (ترند صعودی) نشانه پیشرفت عیب است.
تشخیص و توصیه: هنگامی که سطح ارتعاشات از حد هشدار ( Threshold) یا حد خطر ( Threshold) عبور می‌کند، تحلیلگر نوع عیب را تشخیص داده و دستورالعمل تعمیر یا تعویض (پیش از خرابی) را صادر می‌کند.
۴. مزایای PdM مبتنی بر ارتعاشات
تحلیل ارتعاشات به عنوان یک روش پیش‌بینانه، مزایای اقتصادی و عملیاتی قابل توجهی دارد:
کاهش توقفات برنامه‌ریزی نشده: با پیش‌بینی زمان شکست، تعمیرات در زمان‌های از پیش تعیین‌شده و غیرضروری برای تولید انجام می‌شود.
افزایش عمر تجهیزات: با تشخیص زودهنگام عیوب کوچک (مانند ناهم‌ترازی جزئی)، می‌توان اقدامات اصلاحی را انجام داد که از تبدیل آن به خرابی‌های بزرگتر جلوگیری می‌کند.
بهینه‌سازی موجودی قطعات یدکی: تعمیرات در دقیقه آخر نیاز به نگهداری موجودی گسترده‌ای از قطعات گران‌قیمت دارد. Pdm به خرید و تأمین قطعات فقط "در صورت لزوم" کمک می‌کند.
نتیجه‌گیری: تحلیل ارتعاشات یک ابزار قدرتمند است که مدیریت تعمیر و نگهداری را از یک واکنش اضطراری به یک استراتژی هوشمندانه و داده‌محور تبدیل می‌کند. سرمایه‌گذاری در این فناوری، برای هر صنعتی که به عملکرد بی‌نقص پمپ‌های خود وابسته است، ضروری است و یک تضمین علمی برای حداکثر بهره‌وری و حداقل ریسک به شمار می‌آید.
