سامانه ارائه شده توسط شرکت پایش داده مانا با عنوان سامانه پایش وضعیت وایبترونیکس روی انواع توربین های گازی GE-F9، V94.2 و SGT600 نصب و راه اندازی شده است. این سامانه دارای دو بخش پایش وضعیت عملکردی و ارتعاشی است.
بخش عیب یابی ارتعاشی، با دریافت سیگنال خام و داده برداری و پردازش داده ها، اطلاعات لازم را از سیگنال ها استخراج می کند. پایش وضعیت در سامانه وایبترونیکس با دوره های زمانی یک ثانیه ای انجام می شود.
سنسور گذاری ارتعاشی کامل پیشنهادی ما برای توربین GE-F9 در شکل زیر نشان داده شده است.
این طرح پیشنهادی از سنسورهای گذاری زیر استفاده می کند:
- سنسورهای رادیال روی تمام یاتاقان ها
- سنسور اکسیال
- اندازه گیری ارتعاشات پوسته یاتاقان
- اندازه گیری دمای متال یاتاقان ها
- اندازه گیری فاز با استفاده از سنسور مرجع فاز (Key Phasor)
سامانه وایبترنیکس با این سنسور گذاری اطلاعات زیر را با استفاده از آنالیز در حوزه های زمان، فرکانس و زمان-فرکانس از سیگنال ها استخراج می کند:
- نمایش سیگنال زمانی (Time Signal)
- استخراج دامنه و فاز ارتعاشات باند پایه و هارمونیک های آن در حین run-up و coast-down
- استخراج طیف فرکانسی ارتعاشات در حالت پایداری (FFT) و گذرا (order Spectrum)
- استخراج RMS فیلتر شده سیگنال شتاب سنج ها با امکان تعیین حدود فیلتر توسط کاربر
- استخراج پیک – پیک سیگنال 1X سنسورهای پراکسیمیتی
- استخراج دیاگرام بٌد ( دامنه و فاز)
- استخراج دیاگرام قطبی
- استخراج نمودار آبشاری (waterfall)
- استخراج اربیت شفت
- استخراج Full Spectrum
- استخراج مرکز شفت (Shaft Center)
- امکان بررسی فرکانس های تحریک شده بواسطه فالت ها با استفاده از ابزار Zoom FFT
- استخراج Smax
- استخراج ارتعاشات محوری شفت
- استخراج داده های آماری
سامانه وایبترونیکس با استفاده از اطلاعات استخراج شده از ماژول پردازش سیگنال و نیز استفاده از ماژول عیب یابی، توانایی استخراج و نمایش عیوب زیر را دارد.
- شرایط ماشین به لحاظ نامیزانی (Unbalance)
- شرایط ماشین به لحاظ عدم همراستایی (Misalignment)
- خروج از مرکزی استاتیک روتور
- خروج از مرکزی دینامیک روتور
- سایش روتور در محل یاتاقان ها (rotor rub)
- سایش نوک پره ها (Blade rub)
- خمش روتور (rotor Bent)
- پیچش روتور
- عیوب ناشی از ناپایداری فیلم روغن
- لقی اجزای ثابت و دوار
- مشکلات فونداسیون
- ترک شفت
سامانه وایبترونیکس برای پایش کامل ماشین از نقاط (Points) حساس ماشین نمونه برداری کرده و با پردازش سیگنال این نقاط وضعیت ماشین را لحظه به لحظه پایش می کند.
| Point | سیگنال |
| سنسورهای مانیتورینگ ارتعاشات مطلق | |
| Vib. Casing | ارتعاشات کیسینگ در جهات عمودی و افقی |
| سنسورهای مانیتورینگ ارتعاشات نسبی | |
| Vib. Rad. Brg | اندازه گیری ارتعاشات رادیال |
| Vib. Axial. Brg | اندازه گیری جابجایی محوری |
| N | اندازه گیری سرعت شفت و فاز |
| پارامترهای عملکردی | |
|
T. Rad. Brg T. Axial. Brg |
اندازه گیری دمای متال بصورت رادیال و اکسیال |
در توربوژنراتورهای ب بر اساس توربین GE-F9 بر اساس سال ساخت و سنسورینگی که بواسطه سال ساخت این ماشین روی آن انجام شده است، سه حالت وجود دارد:
- سیگنال های خام از سیستم کنترل قابل دریافت است. بعلاوه این که سنسور گذاری روی ماشین هم کامل است: در این حالت کلیه سیگنال های خام وارد رک داده بردار وایبترونیکس می شود.
- سیگنال های خام از سیستم کنترل بصورت بافر شده قابل دریافت است اما سنسورهای ماشین کامل نیست و نیاز به سنسور گذاری در نقاطی که سنسور وجود ندارد، می باشد: در این حالت سنسورگذاری انجام می شود و کلیه سیگنال ها اعم از سیگنال های بافر شده و سیگنال سنسورهای جدید وارد رک داده بردار وایبترونیکس می شود.
- سیگنال های خام از سیستم کنترل قابل دریافت نیست. در این موارد احتمالا سنسور گذری هم کامل نیست. در چنین شرایطی با موافقت کارفرما سنسورگذاری انجام شده و سیگنال سنسورهای موجود نیز با استفاده از دستگاه بافر سیگنال های ارتعاشی VB10A ساخت شرکت به رک داده بردار وایبترونیکس داده می شود.
لازم به ذکر است، در توربین های GE-F9 ساخته شده قبل سال 2003 شیار مخصوص برای نصب سنسور تاکو توسط سازنده در نظر گرفته نشده است. همین طور که می دانیم ایجاد شار روی شفت باعث آنبالانسی ماشین می شود. البته می توان با بالانس مجدد ماشین مشکل را رفع کرد. اما با توجه به حساسیت این موتور مالکین و بهره برداران رضایت به این کار نمی دهند.
این در حالی است که توربین های V94.2 یا SGT-600 از سنسورگذاری کامل تری نسبت به توربین های GE-F9 برخوردارند.
شرکت پایش داده مانا با طراحی یک سنسور تاکو خاص، پالس های تاکو را به ازای هر دور چرخش روتور و بدون نیاز به ایجاد هیچ گونه شیاری می تواند، تولید کند.
این سنسور با هر دور توربین یک پالس تولید می کند. با توجه به نصب سنسور درصفر مکانیکی و تولید پالس به ازای هر دور روتور، امکان اندازه گیری سرعت و نیز فاز ارتعاشات با استفاده از این سنسور فراهم می شود. با توجه به این که توربین های نصب شده در نیروگاه هایی مثل نیروگاه شهید رجایی قزوین، نیروگاه شریعتی مشهد و نیز نیروگاه فارس دارای شیار مربوط به تاکو نیستند، با استفاده از این سنسور امکان پایش دقیق تر برای آن ها ایجاد خواهد شد.
سامانه پایش وضعیت وایبترونیکس با توجه به استانداردهای زیر طراحی شده است.
| Title | Standard No. |
| Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts | ISO10816-2 |
| Condition monitoring and diagnostics of machine—Prognostics | ISO13381-1 |
| Condition monitoring and diagnostics of machine – General guidelines on data interpretation and diagnostics techniques | ISO13379 |
| Condition monitoring and diagnostics of machines – data processing communication and presentation – Part1: Data processing | ISO13374-1 |
| Condition monitoring and diagnostics of machines – Data processing, communication and presentation – Part2: General guidelines | ISO13374-2 |
| Machine vibration of non-reciprocating machines – Measurements on rotating shafts and evaluation criteria | ISO7919-1 |
| Gas Turbine – Acceptance Tests | ISO2314 |
| Gas Turbines – Data acquisition and trend monitoring system requirements for gas turbine installations | ISO19860 |
سامانه پایش وضعیت ارتعاشی وایبترونیکس با استفاده از معیارهای پذیرش تعریف شده در استاندارد ISO10816 و نیز بر اساس تجربه بهره بردار ماشین، حدود شرایطی را که ماشین در هر لحظه در آن قرار دارد را بصورت مصور نمایش می دهد. به این منظور این سامانه مجهز به ماژول event monitoring برای نمایش و ذخیره رویداد ها بصورت آنلاین می باشد.
در این معماری از سنسورهای نصب شده روی توربین برای پایش وضعیت استفاده شده است. اصولا سیگنال این سنسورها به دستگاه حفاظت در برابر ارتعاشات یا مقادیر پارامترهای عملکردی داده می شود. تا در صورت عبور شدت ارتعاشات یا مقدار دمای نقطه ای از ماشین، بهره بردار از از وجود اشکال با خبر یا در صورت بروز خطر جدی، ماشین را خاموش نماید.
معماری نشان داده شده در تصویر استفاده از سیگنال های خام که دستگاه حفاظت در اختیار می گذارد استفاده کرده است. اما گاهی بدلیل کمبود سنسور نصب شده روی ماشین، نیاز به اضافه کردن سنسور جدید است. در این صورت سیگنال این سنسورها مستقیما وارد دستگاه داده برداری وایبترونیکس می شود.
در مواردی مثل برخی از توربین های GE-F9 که از سیستم کنترل Mark4 یا نسل های قبلی آن استفاده می کند، اسن سیستم کنترل سیگنال خام بافر شده را در اختیار نمی گذارد.
شرکت پایش داده مانا(وایبترونیکس) دستگاه بافر 10 کاناله ای را به این منظور طراحی و ساخته است که سیگنال سنسورهای نصب شده ابتدا وارد این دستگاه شده، سپس سیگنال خروجی بافر به رک داده برداری ارتعاشی داده می شود. این دستگاه با مشخصات ویژه خود، از جمله امپدانس ورودی بالا، ورودی های تفاضلی و ایزوله بودن ورودی ها، هیچ گونه تاثیری روی سیگنال های ارتعاشی نمی گذارند. تا کنون از بافر سیگنال های ارتعاشی VB10A در نیروگاه های یزد و شهید رجایی قزوین استفاده شده است.
مرکز هندسی شفت داخل بیرینگ ها تحت عوامل مختلفی ممکن است با مرکز بیرینگ یکی نباشد. در این صورت در بخشی از محیط شفت فیلم روغن تشکیل نمی شود و برعکس در بخش دیگری یا روغن تحت فشار قرار گیرد یا عیب آنقدر گسترده شده است که شفت با محیط داخلی بیرینگ در تماس فیزیکی قرار می گیرد. در حالت اول خاصیت ویسکوزیته روغن به مرور از بین می رود. در حالت دوم یعنی تماس محیط خارجی شفت با محیط داخلی بیرینگ، باعث ساییدگی بابیت ها می شود. هر چقدر فشار این ساییدگی یا مدت زمان آن بیشتر می شود، هزینه بیشتری ایجاد می شود. بنابراین آگاهی از این عیب، از خرابی و هزینه های سنگین جلوگیری می کند.
سامانه پایش وضعیت ارتعاشی وایبترونیکس با نمایش توأم خروج از مرکزی استاتیک و دینامیک شفت روند رشد این خرابی را نشان می دهد.
