دانش پایش وضعیت به طور گسترده ای از تجزیه و تحلیل ارتعاشات از سال های قبل استفاده کرده است. استفاده از موتورهای القایی در محرک های صنعتی بسیار رایج است زیرا آنها پربازده، مقرون به صرفه و نیرومند هستند. در واقع، این تجهیزات تبدیل به مهم ترین بخش صنعت شده‌اند زیرا نقش مهمی در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی دارند. از آنجایی که اطمینان از عملکرد مناسب وابسته به تعمیر و نگهداری مناسب و تشخیص عیب می‌باشد، تکنیک‌ها و ابزارهای سنتی زیادی برای پایش وضعیت موتورهای القایی استفاده می‌شوند. در این مقاله نگاهی دقیق‌تر به آنالیز جریان موتور (MCSA) می‌اندازیم.
حتی با وجود تمام ابزارهای مورد استفاده برای پایش وضعیت موتورهای القایی در جهت بالاتر بردن قابلیت اطمینان، شرکت ها همچنان با مشکلات عمده ای مانند کاهش طول عمر موتور و خرابی های پیش بینی نشده تجهیز دست و پنجه نرم می کردند. روش های پایش وضعیت زیادی مانند پایش حرارتی و آنالیز ارتعاشات وجود دارد که به سنسورهای گران قیمت نیاز دارند، در حالی که آنالیز جریان موتور (MCSA) به هیچ نوع سنسور اضافی نیاز ندارد. بنابراین، بیایید ابتدا تجزیه و تحلیل آنالیز جریان موتور (MCSA) را درک کنیم و ببینیم که چگونه نقش مهمی در کارآمد کردن علم پایش وضعیت ایفا می کند.
در اوایل دهه 1970 بود که مفهوم MCSA ابداع شد. در ابتدا، MCSA به عنوان ابزاری پیشنهاد شد که می تواند برای نظارت بر موتورها در محیط های سخت و مناطق خطرناک مانند نیروگاه های هسته ای استفاده شود. آنالیز جریان موتور (MCSA) را می توان به عنوان تکنیکی توصیف کرد که به تعیین وضعیت عملکرد موتور القایی بدون ایجاد اختلال در تولید کمک می‌کند. به عبارت دیگر یک سیگنال الکتریکی که دارای جریان است را حس می‌کند و در مرحله اولیه عیوب را شناسایی می‌کند. بنابراین در جلوگیری از آسیب و تشخیص خرابی موتور نقش اساسی دارد.
آنالیز جریان موتور (MCSA) به تشخیص عیوب زیر کمک می کند:
(جدول مقایسه ای آنالیز ارتعاشات و آنالیز جریان)
بیایید یک مثال از سیگنال جریانی را که از منبع تغذیه موتور بدون ایجاد اختلال در عملکرد دستگاه دریافت می‌کنید، در نظر بگیریم. در آنالیز جریان موتور(MCSA) ، طیف فرکانس (معروف به current signature) با پردازش سیگنال جریان به دست می آید. در صورت وجود خرابی، طیف فرکانس با موتور سالم متفاوت می شود. تشخیص عیب موتور القایی و پایش وضعیت از طریق تکنیک های پردازش سیگنال به دست می آید زیرا پر بازده هستند و اجرای آنها بسیار آسان است. علاوه بر این، اجرای MCSA به تجزیه و تحلیل دقیق خطا کمک می کند.
برای شناسایی الگوهای current signature انحصاری و ارائه محدوده دینامیکی گسترده‌تری از عیوب مختلف، از دسی بل (dB) در مقابل طیف فرکانس استفاده می‌شود. این به شناسایی عیوب مانند عیوب استاتور، ترک روتور، عیوب بیرینگ و خروج از مرکزیت کمک می کند و یا ممکن است ترکیبی از این عیوب وجود داشته باشد.
در اینجا عیوبی وجود دارد که تجزیه و تحلیل current signature موتور می‌تواند تشخیص دهد:
معمولاً دو رینگ از بیرینگ های غلتشی وجود دارد. هنگامی که شرایط عملیاتی نرمال است و تعادل بین الاینمنت و بار وجود دارد، خرابی های خستگی معمولاً با شکاف های کوچک شروع می‌شوند. این بدان معنی است که آنها به آرامی پخش می‌شوند تا شروع به ایجاد ارتعاشات و سطوح نویز قابل توجهی کنند. قابل درک است که تشخیص عیوب بلبرینگ موتور به دلایل مختلف مانند عدم الاینمنت آسان نیست. اینجاست که آنالیز جریان موتور (MCSA) برای شناسایی عیوب با شناسایی اجزای فرکانس f 0 (فرکانس پایین) و f 1 (فرکانس بالا) وارد عمل می شود.
می‌دانیم که موتورهای القایی خاص به دلیل چرخه های کاری پر زحمت با مشکل شکستگی میله های روتور روبرو هستند، اما باعث خرابی موتور القایی نمی‌شوند. با این حال، آنها می‌توانند به آسیب های دیگری منجر شوند. به عنوان مثال، مکانیسم خطا می‌تواند قطعات را بشکند و باعث آسیب مکانیکی و خرابی سیم پیچ شود که مستقیماً بر تولید تأثیر می‌گذارد و منجر به تعمیر گران قیمت می‌شود.
این عیب باعث ایجاد طول شکاف هوا می‌شود که نسبت به زمان و زاویه محیط استاتور ثابت نمی‌ماند. این مورد زمانی اتفاق می‌افتد که هیچ شکاف هوای یکنواختی بین استاتور و روتور وجود نداشته باشد. سه نوع خروج از مرکز شکاف هوا وجود دارد: خروج از مرکز دینامیک، ایستا و ترکیبی.
پمپ های زیردریایی الکتریکی (ESP) نمونه کاملی از اهمیت آنالیز جریان موتور (MCSA) در تغییر چهره دانش پایش وضعیت هستند. از آنجایی که ESP ها نقش اساسی در عملیات گاز و نفت دارند، یکی از مهم ترین گزینه ها در نظر گرفته می‌شوند زیرا یک مخزن انرژی کافی برای تولید نفت ندارد و برای افزایش جریان سیال به یک روش بالابر اقتصادی نیاز دارد.
با این حال، شرایط سخت در برخی از پمپ ها به این معنی است که قابلیت اطمینان پمپ تحت تاثیر قرار می‌گیرد. در نتیجه، خرابی های ESP به دلیل وجود ذرات ریز سنگ، تغییرات ناگهانی در شرایط چاه، وجود گاز و حتی افزایش دما وجود دارد. با توجه به اینکه ESP به دلیل بسیاری از عوامل خارجی و داخلی که مستقیماً تولید را تحت تأثیر قرار می دهد شروع به خرابی می کند، نیاز به راه حلی وجود دارد که بتواند خطرات را کاهش دهد. اینجا جایی است که آنالیز جریان موتور (MCSA) به عنوان یک راه حل عالی وارد عمل می شود و داده های جریان و ولتاژ را با استفاده از الگوریتم های پیشرفته تجزیه و تحلیل می‌کند و به تشخیص زود هنگام مشکلات برای جلوگیری از هرگونه آسیب کمک می‌کند.
با معرفی MCSA، ابزارهای قبلی پایش وضعیت ESP دیگر چندان موثر به نظر نمی رسند زیرا سیستم MCSA را می‌توان در کابین کنترل موتور نصب کرد (محیط ایده آل برای سیستم برای کاهش دقیق خطرات). چیزی که حسگرهای MCSA را بسیار موثر می‌کند این است که آنها توانایی جمع آوری داده ها را بدون توجه به شرایط عملیاتی دارند. از این رو، MCSA تضمین می‌کند که جریان‌های مداوم داده‌های با بهترین کیفیت وجود دارد.
اکنون بیایید الگوریتم های تشخیص ناهنجاری در ESP و نحوه بازرسی هر موتور و پمپ را مورد بحث قرار دهیم. با این حال با MSCA، نیازی به بررسی هر پمپ برای بازرسی دستی نیست زیرا تیم مهندسی به راحتی می تواند صدها پمپ را پایش کند. سیستم مبتنی بر MSCA به سادگی فرآیند پر زحمت و کار فشرده بازرسی دستی هر موتور و پمپ را از بین برده است. الگوریتم های تشخیص ناهنجاری همچنین نشان می دهد که کدام پمپ ها به درستی کار نمی‌کنند. این موضوع به تیم تعمیر و نگهداری کمک می کند تا روی پمپ هایی که نیاز به تعمیر فوری دارند تمرکز کنند. علاوه بر این، علت اصلی عیوب را نیز نشان می‌دهد.
آنالیز جریان موتور (MCSA) دارای الگوریتم های طبقه بندی است که به شناسایی الگوهای مختلف مرتبط با مکانیسم های مختلف خرابی کمک می‌کند. به عنوان مثال، اگر آسیبی به استاتور وارد شود، کاویتاسیون پمپ الگوی متفاوتی را نشان می‌دهد. اگر مکانیزمی به درستی کار نکند، علامتی روی موج سینوسی فعلی باقی می‌گذارد که نشان می‌دهد تیم تعمیر و نگهداری باید آن را بررسی کند. برخی از خطاهای دیگری که آنالیز جریان موتور (MCSA) می‌تواند تشخیص دهد عبارتند از:
آنالیز جریان یکی از روش های پایش وضعیت موتورهای الکتریکی است و مدت طولانی است که جهت پایش وضعیت اجزاء موتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار گرفته است. اما اخیراً مشخص شده است که تکنیک های مبتنی بر آنالیز جریان را می توان به طور گسترده تری مورد استفاده قرار داد، از جمله برای پایش وضعیت تجهیزات مکانیکی دوار. این تکنیک‌ها برای تجهیزاتی که در دسترس نیستند و امکان پایش وضعیت به روش آنالیز ارتعاشات برروی آنها وجود ندارد(مانند پمپ های شناور )کاربرد دارد. البته آنالیز جریان همچنین می تواند اطلاعات مفیدی در مورد وضعیت اجزای موتور الکتریکی مانند روتور، استاتور، فاصله هوایی و… در اختیار ما قرار دهد.
برای سال‌های متمادی شناسایی عیوب در حال رشد در موتورهای الکتریکی بر پایه آنالیز ارتعاشات و سایر تکنیک‌های سنتی پایش وضعیت بود. با این حال، در سال‌های اخیر پایش وضعیت بر اساس آنالیز جریان موتور (MCSA) شروع به ارائه یک جایگزین مؤثرتر و کارآمدتر به جای تکنیک‌های سنتی کرده پایش وضعیت است. با استفاده از یک نمونه پمپ شناور الکتریکی، این مقاله توضیح می دهد که چگونه آنالیز جریان موتور (MCSA) انقلابی در صنعت پایش وضعیت ایجاد کرده است.
استراتژی های تعمیرات و نگهداری که در حال حاضر در صنایع نفت و گاز استفاده می‌شود، بیشتر حول استراتژی‌های مبتنی بر زمان یا تکنیک‌های سنتی تعمیر و نگهداری می‌چرخد.
تعمیر و نگهداری مبتنی بر زمان(دوره ای) اغلب هزینه‌های اضافی ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، خاموش شدن غیرضروری هنگامی که تعمیرات خیلی زود انجام می‌شود و توقف تولید و بهره برداری برنامه‌ریزی نشده در زمانی که تعمیرات خیلی دیر انجام می‌شود و قطعات هنگام کار از شرایط کارکرد خارج می گردد.
در مقابل، هدف از تعمیر و نگهداری مبتنی بر پایش وضعیت ، تعمیرات قبل از وقوع خرابی صورت می گیرد، زمانی که افت عملکرد پمپ شناور الکتریکی ثبت می‌شود. نیاز به تعمیر و نگهداری قبل از وقوع خرابی یا کاهش عملکرد دارد برای این امر به مکانیسم‌های پایش وضعیت دقیق، قابل اعتماد و مقرون به صرفه نیاز دارد.
پمپ های شناور الکتریکی (ESP) نقش مهمی در بهره برداری در صنایع نفت و گاز دارند. پمپاژ سیال داخل چاه توسط پمپ های شناور الکتریکی یکی از متنوع ترین و قابل انطباق ترین گزینه ها برای جابجایی سیال با حجم متوسط تا زیاد است.
متأسفانه، شرایطی که در برخی از چاه‌ها به وجود می‌آید می‌تواند بسیار آشفته باشد و این اغلب تأثیر نامطلوبی بر قابلیت اطمینان کارکرد پمپ و هر سنسور نظارتی مرتبط با آن دارد. خرابی های پمپ های شناور الکتریکی ممکن است به دلیل وجود مواد جامد (ذرات ریز سنگ) در چاه، تغییرات ناگهانی در شرایط چاه، وجود گاز آزاد در پمپ، خوردگی و یا دمای عملیاتی بالا باشد.
زمانی که یک پمپ شناور الکتریکی هنگام کار متوقف شود، می‌تواند تأثیر فاجعه‌باری بر عملیات بهره برداری داشته باشد و هزینه‌های بالای مرتبط با از دست دادن تولید و جایگزینی تجهیزات را متحمل شود. بنابراین، کاهش این خطرات بسیار مهم است. آنالیز جریان موتور (MCSA) از الگوریتم های پیشرفته برای تجزیه و تحلیل داده های جریان و ولتاژ استفاده می کند.
اینجاست که ابزارهای سنتی کارایی خود را از دست می دهند.در سیستم‌های تعمیر و نگهداری سنتی مبتنی بر پایش وضعیت ، سنسورهای لرزش سنج یا دما سنج روی پمپ (که در زیر زمین قرار دارد) یا نزدیک بدنه آن نصب می‌شوند. این پارامترها مانند دمای موتور، دمای تخلیه پمپ، فشار ورودی پمپ، فشار تخلیه پمپ و لرزش موتور را اندازه گیری می کنند. با این حال، نصب حسگرها بر روی یک پمپ غوطه ور که در شرایط سخت زیر سطح زمین کار می کند، اغلب چالش برانگیز و سخت است. اطمینان از یکپارچگی فیزیکی اجزایی مانند سنسورها و کابل‌هایی که داده‌ها را از پمپ به ایستگاه کنترل منتقل می‌کنند، می‌تواند دشوار باشد. علاوه بر این، تعمیر و نگهداری مبتنی بر زمان و سنتی مبتنی بر پایش وضعیت، هر دو به تجزیه و تحلیل دستی زیادی نیاز دارند. این موضوع امر تجزیه و تحلیل را بر دوش کادر فنی می‌اندازد که بدون شک فرایند عیب یابی را زمانبر می کند.
خوشبختانه یک جایگزین وجود دارد، ابزارهای پایش وضعیت آنلاین مبتنی بر ترکیبی از تجزیه و تحلیل جریان موتور و الگوریتم‌های یادگیری ماشینی، راه‌حلی کارآمد و مقرون‌به‌صرفه را ارائه می‌دهند که چالش‌های منحصربه‌فردی را که اپراتورهای نفت و گاز و همچنین بسیاری از صنایع دیگر با آن مواجه هستند، حل می کند.
