مقدمه

در کمپرسورهای سانتریفیوژ با سرعت بالا، پایداری موقعیت روتور نقش حیاتی در عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه دارد. روتورهای این کمپرسورها معمولاً توسط یاتاقان‌های فیلم سیال مانند یاتاقان ژورنال تیلت‌پد (Tilting Pad Journal – TPJ) و یاتاقان تراست بالانس‌شده (Equalized Thrust Bearing) پشتیبانی می‌شوند. حتی جابه‌جایی‌های جزئی در حد چند هزارم اینچ می‌تواند بازده و سلامت کمپرسور را تحت تأثیر قرار دهد.

خرابی یاتاقان نه تنها منجر به توقف کمپرسور می‌شود، بلکه می‌تواند آسیب‌های ثانویه به قطعات داخلی گران‌قیمت وارد کند. تشخیص زودهنگام خرابی ممکن است تنها به یک توقف کوتاه نیاز داشته باشد، در حالی که خرابی تشخیص‌داده‌نشده می‌تواند هفته‌ها یا ماه‌ها توقف تولید به دنبال داشته باشد.

پایش وضعیت (Condition Monitoring) یکی از شاخص‌های کلیدی برنامه‌های مدرن اطمینان از عملکرد ماشین‌آلات است و اندازه‌گیری دمای یاتاقان نقش مهمی در آن دارد.

در این رابطه: مانیتورینگ ارتعاشات کمپرسور سانتریفیوژ مطابق استاندارد API ۶۷۰

نقش دمای یاتاقان در پایش وضعیت

در طول چند دهه گذشته، پایش دمای یاتاقان (بیرینگ) در تمامی انواع توربوماشین‌ها به‌عنوان یک ابزار حیاتی برای پیش‌بینی خرابی و بهبود برنامه‌های تعمیر و نگهداری شناخته شده است.

دمای فلز بابیت (Babbitt) اهمیت ویژه‌ای دارد زیرا یاتاقان تنها نقطه تماس بین اجزای دوار و ثابت است. اگر سنسورها در موقعیت صحیح نسبت به جهت بار، جهت چرخش شافت و فاصله از سطح لغزشی نصب شوند، قرائت دمای بابیت می‌تواند دقیق‌ترین شاخص سلامت یاتاقان باشد.

انتخاب و طراحی سنسورهای دمای یاتاقان

تحلیل داده‌های حاصل از تست‌های یاتاقان و عملکرد روزمره توربوماشین‌ها نشان می‌دهد که نوع و محل نصب سنسور تأثیر مستقیم بر دقت داده‌ها دارد.

انواع سنسورهای معمول:

• ترموکوپل (TC): ساده، مقاوم و مناسب برای بازه‌های دمایی گسترده.
• حسگر مقاومتی (RTD): دقت بالا، پایداری حرارتی عالی و قابلیت ساخت با ابعاد کوچک. نوع PT100 رایج است.
• ترمیستور (Thermistor): نیمه‌هادی، برای نظارت محدود در بازه‌های دمایی کوچک کاربرد دارد.

در صنعت، معمولاً از RTD و ترموکوپل‌های نوع K یا J برای یاتاقان‌ها استفاده می‌شود، زیرا اتصال فلز به فلز آن‌ها مقاومت مکانیکی و دقت بالایی ارائه می‌دهد.

دستورالعمل‌های نصب سنسور دما در یاتاقان‌ها (API 670 نسخه پنجم)

استاندارد API 670 نسخه پنجم، نقاط نصب سنسورهای دما را بر اساس مناطق فشار و دمای بیشینه فیلم روغن توصیه می‌کند.

۱. یاتاقان استوانه‌ای (Sleeve Bearing)

محل نصب: ۳۰° ±۱۰° پس از نقطه حداکثر بار در جهت چرخش محور.

مکان دقیق: در امتداد ناحیه کمترین ضخامت فیلم روغن.

تعداد سنسور: حداقل دو سنسور برای تکرارپذیری داده‌ها توصیه می‌شود.

۲. یاتاقان ژورنال تیلت‌پد  – بار روی پد

محل نصب: در پدی که بیشترین بار را تحمل می‌کند (معمولاً پد پایین).

مکان دقیق: ۷۵٪ طول محیطی از لبه جلویی پد در جهت چرخش شافت.

پدهای خودتنظیم: یک سنسور در مرکز محوری کافی است.

۳. یاتاقان ژورنال تیلت‌پد – بار بین پدها

محل نصب: پد دنباله‌دار (Trailing Pad).

مکان دقیق: ۷۵٪ فاصله محیطی از لبه جلویی در جهت چرخش.

پدهای خودتنظیم: یک سنسور کافی است.

۴. یاتاقان تراست تیلت‌پد

محل نصب: حداقل دو پد فعال.

مکان دقیق: موقعیت ۷۵٪–۷۵٪ طول پد.

در صورت وجود چند پد: سنسورها در دو پد از نیمه پایین با زاویه حداقل ۱۲۰ درجه نسبت به هم نصب شوند.

نکات کلیدی در نصب سنسورهای دما

• مسیر نصب باید از جهتی باشد که مونتاژ و سرویس آسان باشد.
• کابل‌ها نباید تحت فشار، لرزش یا خمیدگی مکرر باشند.
• فاصله نوک سنسور تا سطح بابیت بحرانی است، به‌خصوص در یاتاقان‌های فولادی و برنزی. در نوع مسی، رسانایی بالاتر است و دقت کمتر تحت تأثیر قرار می‌گیرد.
• افت دما بین سطح لغزشی و نوک سنسور همواره وجود دارد؛ محل نصب باید این افت را به حداقل برساند.
• نوک سنسور نباید وارد خط اتصال بابیت شود؛ فاصله ایمن ۰٫۰۳۰–۰٫۰۶۰ اینچ از خط اتصال توصیه می‌شود.
• استانداردسازی محل نصب باعث تکرارپذیری و اعتماد به قرائت‌ها می‌شود.

جمع‌بندی

پایش دمای یاتاقان یکی از مؤثرترین روش‌ها برای پیش‌بینی خرابی و جلوگیری از آسیب‌های سنگین در کمپرسورهای سانتریفیوژ است. استفاده از سنسور مناسب، نصب در موقعیت استاندارد و تحلیل داده‌ها همراه با سایر پارامترهای ارتعاش و فشار، سطح اطمینان عملکرد ماشین را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

پرسش‌های متداول

چرا دمای بابیت شاخص خوبی است؟

زیرا بابیت اولین لایه تماس با شافت است و افزایش دمای آن زودتر از سایر پارامترها وقوع خرابی را نشان می‌دهد.

بهترین نوع سنسور چیست؟

RTD نوع PT100 و ترموکوپل نوع K به دلیل دقت و مقاومت حرارتی پرکاربرد هستند.

آیا محل نصب سنسور در همه کمپرسورها یکسان است؟

خیر. محل دقیق سنسور بر اساس نوع یاتاقان و جهت بار تعیین می‌شود.

فاصله بهینه نوک سنسور تا سطح بابیت چقدر است؟

حدود ۰٫۱۲۰ اینچ، به گونه‌ای که وارد خط اتصال نشود.

آیا افزایش دمای یاتاقان همیشه نشانه خرابی است؟

خیر. باید با شرایط کاری مقایسه شود؛ افزایش مداوم یا ناگهانی معمولاً نشانه مشکلات روانکاری یا هم‌محوری است.

منابع

• API Standard 670, 5th Edition (2014)
• Whalen, J.K., Bearing Temperature as Indicator of Operating Condition, Bearing Journal, Turbo Components & Engineering, Houston, TX.
• Perez, R., PumpCalcs.com, Texas A&M University – Corpus Christi.