بالانس فن‌های صنعتی: راهنمای کامل از تئوری تا عمل

بخش ۱: اصول بنیادی عدم تعادل - درک «چرایی»

متعادل‌سازی جرم‌های چرخان یکی از عملیات کلیدی در نگهداری و تعمیر تجهیزات صنعتی است، به ویژه برای ... متعادل‌سازی اگزوز کاربردها. برای حذف مؤثر و آگاهانه مشکلات مربوط به ارتعاش بیش از حد، درک عمیقی از فرآیندهای فیزیکی زیربنایی عدم تعادل، انواع، علل و پیامدهای مخرب آن ضروری است.

۱.۱ فیزیک عدم تعادل: علم ارتعاش

در حالت ایده‌آل، یک جسم چرخان مانند پروانه‌ی فن اگزوز کاملاً متعادل خواهد بود. از نقطه نظر مکانیکی، این بدان معناست که محور مرکزی اصلی اینرسی آن کاملاً بر محور هندسی چرخش منطبق است. با این حال، در واقعیت، به دلیل نقص‌های تولیدی و عوامل عملیاتی، وضعیتی به نام عدم تعادل رخ می‌دهد که در آن مرکز جرم روتور نسبت به محور چرخش آن جابجا می‌شود.

وقتی چنین روتور نامتعادلی شروع به چرخش می‌کند، این جابجایی جرم، نیروی گریز از مرکز ایجاد می‌کند. این نیرو به طور مداوم جهت خود را تغییر می‌دهد، عمود بر محور چرخش عمل می‌کند و از طریق شفت به تکیه‌گاه‌های یاتاقان و سپس به کل سازه منتقل می‌شود. این نیروی چرخه‌ای علت اصلی ارتعاش است.

که در آن F نیروی گریز از مرکز، m بزرگی جرم نامتعادل، ω سرعت زاویه‌ای و r فاصله محور چرخش تا جرم نامتعادل (خروج از مرکز) است.

جنبه کلیدی این رابطه این است که نیروی اینرسی متناسب با مربع سرعت چرخش (ω²) افزایش می‌یابد. این موضوع اهمیت عملی بسیار زیادی برای متعادل‌سازی اگزوز رویه‌ها. به عنوان مثال، دو برابر کردن سرعت فن خروجی، نیروی ارتعاشی را چهار برابر افزایش می‌دهد. این رشد غیرخطی توضیح می‌دهد که چرا یک فن خروجی که در سرعت‌های پایین به طور قابل قبولی کار می‌کند، می‌تواند هنگام رسیدن به سرعت اسمی یا افزایش یافته، مانند زمانی که از طریق مبدل‌های فرکانس کنترل می‌شود، سطوح ارتعاش فاجعه‌باری را نشان دهد.

۱.۲ طبقه‌بندی عدم تعادل: سه نوع مشکل

عدم تعادل روتور، بسته به ترتیب متقابل محور اینرسی و محور چرخش، به سه نوع اصلی تقسیم می‌شود:

عدم تعادل استاتیک (عدم تعادل نیرو/استاتیک)

تعریف: زمانی رخ می‌دهد که محور اینرسی به موازات محور چرخش جابجا شود. این را می‌توان به صورت داشتن یک "نقطه سنگین" روی روتور تجسم کرد.

تشخیص: این نوع عدم تعادل از این جهت منحصر به فرد است که حتی در حالت سکون نیز خود را نشان می‌دهد. اگر چنین روتوری روی تکیه‌گاه‌های افقی با اصطکاک کم (به نام "لبه‌های چاقویی") قرار گیرد، همیشه تحت نیروی جاذبه می‌چرخد و با نوک سنگین رو به پایین متوقف می‌شود.

اصلاحیه: با اضافه کردن (یا حذف) جرم اصلاحی در یک صفحه، ۱۸۰ درجه مقابل نقطه سنگین شناسایی شده، به سادگی قابل حذف است. عدم تعادل استاتیکی مشخصه روتورهای باریک و دیسکی شکل با نسبت طول به قطر (L/D) کم (مثلاً کمتر از ۰.۵) است.

عدم تعادل زوجین

تعریف: زمانی رخ می‌دهد که محور اینرسی، محور چرخش را در مرکز جرم روتور قطع کند. از نظر فیزیکی، این معادل داشتن دو جرم نامتعادل مساوی است که در دو صفحه مختلف در امتداد طول روتور قرار گرفته و ۱۸۰ درجه از یکدیگر فاصله دارند.

تشخیص: در حالت ایستا، چنین روتوری متعادل است و تمایلی به اشغال هیچ موقعیت خاصی ندارد. با این حال، در طول چرخش، این جفت جرم یک گشتاور "گهواره‌ای" یا "لرزشی" ایجاد می‌کنند که تمایل دارد روتور را عمود بر محور چرخش بچرخاند و باعث ارتعاشات قوی در تکیه‌گاه‌ها شود.

اصلاحیه: برای جبران این گشتاور، حداقل در دو صفحه نیاز به اصلاح دارد.

عدم تعادل دینامیکی

       

تعریف: این عمومی‌ترین و رایج‌ترین موردی است که در عمل با آن مواجه می‌شویم، که در آن محور اینرسی نه موازی محور چرخش است و نه آن را قطع می‌کند، بلکه در فضا با آن کج می‌شود. عدم تعادل دینامیکی همیشه ترکیبی از عدم تعادل استاتیکی و کوپل است.

تشخیص: فقط در حین چرخش روتور آشکار می‌شود.

اصلاحیه: همیشه نیاز به بالانس در حداقل دو صفحه اصلاحی دارد تا همزمان مولفه‌های نیرو و گشتاور را جبران کند.

۱.۳ ریشه مشکلات: عدم تعادل از کجا ناشی می‌شود؟

علل عدم تعادل را می‌توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد که به ویژه برای موارد زیر مرتبط هستند: متعادل‌سازی اگزوز کاربردها:

عوامل عملیاتی (رایج‌ترین):

• انباشت مواد: شایع‌ترین علت کارکرد فن‌های اگزوز در محیط‌های آلوده، تجمع ناهموار گرد و غبار، خاک، رنگ، محصولات فرآیند یا رطوبت روی پره‌های پروانه است که توزیع جرم را تغییر می‌دهد.
• سایش و خوردگی: سایش ناهموار تیغه‌ها، فرسایش قطرات ناشی از ورود مایع یا خوردگی شیمیایی منجر به کاهش جرم در برخی مناطق و در نتیجه عدم تعادل می‌شود.
• تغییر شکل حرارتی: گرم یا سرد شدن ناهموار روتور، به خصوص در هنگام خاموش شدن طولانی مدت تجهیزات داغ، می‌تواند منجر به خم شدن موقت یا دائمی شفت یا پروانه شود.
• از دست دادن وزنه‌های تعادل: وزنه‌های اصلاحی نصب‌شده قبلی ممکن است به دلیل لرزش، خوردگی یا ضربه مکانیکی جدا شوند.

عیوب تولید و مونتاژ:

• نقص‌های تولیدی: عدم یکنواختی مواد (مثلاً تخلخل ریخته‌گری)، عدم دقت در ماشینکاری یا کیفیت پایین مونتاژ پره به پروانه.
• خطاهای مونتاژ و نصب: نصب نامناسب پروانه روی شفت، عدم هم‌ترازی، شل شدن بست‌های توپی، عدم هم‌ترازی شفت‌های موتور و فن.
• مشکلات مربوط به قطعات: استفاده از تسمه‌های محرک غیر استاندارد یا فرسوده، نقص در یاتاقان‌ها، شل شدن محل اتصال دستگاه به فونداسیون (وضعیتی که به عنوان "پایه نرم" شناخته می‌شود).

۱.۴ پیامدهای عدم تعادل: واکنش زنجیره‌ای تخریب

نادیده گرفتن مشکلات عدم تعادل منجر به واکنش زنجیره‌ای از عواقب مخرب می‌شود که هم بر اجزای تجهیزات مکانیکی و هم بر عملکرد اقتصادی تأثیر می‌گذارد، به ویژه در سیستم‌های اگزوز که بسیار مهم هستند:

پیامدهای مکانیکی:

• لرزش و سر و صدا: افزایش شدید ارتعاش و سر و صدا، آشکارترین پیامد آن است که منجر به وخامت شرایط کاری شده و به عنوان اولین علامت نقص عمل می‌کند.
• سایش تسریع‌شده‌ی یاتاقان: شایع‌ترین، پرهزینه‌ترین و خطرناک‌ترین پیامد. بارهای چرخه‌ای ناشی از نیروی گریز از مرکز باعث خستگی سریع و تخریب عناصر غلتشی و شیارها می‌شوند و عمر یاتاقان را ده‌ها برابر کاهش می‌دهند.
• شکست ناشی از خستگی: قرار گرفتن طولانی مدت در معرض ارتعاش منجر به تجمع خستگی در فلز می‌شود که به طور بالقوه می‌تواند باعث تخریب شفت‌ها، سازه‌های نگهدارنده، جوش‌ها و حتی شکستن پیچ‌های لنگری شود که واحد را به فونداسیون متصل می‌کنند.
• آسیب به قطعات مجاور: لرزش همچنین اتصالات کوپلینگ، تسمه‌ها و آب‌بندهای شفت را از بین می‌برد.

پیامدهای اقتصادی و عملیاتی:

• افزایش مصرف انرژی: بخش قابل توجهی از انرژی موتور نه صرف جابجایی هوا، بلکه صرف ایجاد لرزش می‌شود که منجر به ضررهای مالی مستقیم می‌شود.
• کاهش عملکرد: لرزش می‌تواند ویژگی‌های آیرودینامیکی پروانه را مختل کند و منجر به کاهش جریان هوا و فشار ایجاد شده توسط فن خروجی شود.
• خرابی اضطراری: در نهایت، عدم تعادل منجر به خاموشی اضطراری تجهیزات می‌شود که در نتیجه تعمیرات پرهزینه و ضررهای ناشی از توقف خط تولید را به دنبال دارد.
• تهدیدات امنیتی: در موارد بحرانی، تخریب پروانه در سرعت‌های بالا امکان‌پذیر است و تهدید مستقیمی برای جان و سلامت پرسنل محسوب می‌شود.

بخش 2: تشخیص ارتعاش - هنر تشخیص دقیق

تشخیص صحیح، سنگ بنای تعادل موفق است. قبل از اقدام به اصلاح جرم، لازم است با اطمینان بالا مشخص شود که عدم تعادل در واقع علت اصلی ارتعاش بیش از حد است. این بخش به روش‌های ابزاری اختصاص داده شده است که نه تنها امکان تشخیص مشکل، بلکه شناسایی دقیق ماهیت آن را نیز فراهم می‌کند.

۲.۱. چرا لرزش همیشه به معنای عدم تعادل نیست: تشخیص افتراقی

یک اصل کلیدی که هر متخصص تعمیر و نگهداری باید درک کند: لرزش بیش از حد یک علامت است، نه یک تشخیص. در حالی که عدم تعادل یکی از شایع‌ترین علل لرزش فن اگزوز است، چندین نقص دیگر می‌توانند الگوهای مشابهی ایجاد کنند که باید قبل از شروع، رد شوند. متعادل‌سازی اگزوز کار کردن.

نقص‌های اصلی که خود را به شکل عدم تعادل نشان می‌دهند:

• ناهم‌ترازی: ناهمراستایی شفت بین موتور و فن. در طیف ارتعاش، با پیک قابل توجه در فرکانس کاری دوگانه (2x)، به ویژه در جهت محوری، مشخص می‌شود.
• شل‌شدگی مکانیکی: شل شدن پیچ‌های نگهدارنده یاتاقان، ترک در قاب فونداسیون. به صورت مجموعه‌ای از هارمونیک‌های فرکانس کاری (۱x، ۲x، ۳x و غیره) و در موارد شدید، زیر هارمونیک‌ها (۰.۵x، ۱.۵x) ظاهر می‌شود.
• عیوب یاتاقان غلتشی: پوسته پوسته شدن، ترک خوردن روی شیارها یا اجزای غلتشی. ایجاد ارتعاش در اجزای مشخصه فرکانس بالا، غیرهمزمان (نه مضربی از فرکانس چرخش) که از هندسه یاتاقان محاسبه می‌شوند.
• شفت خمیده: در هر دو فرکانس در حال اجرا (1x) و دو فرکانس در حال اجرا (2x) لرزش ایجاد می‌کند، که تشخیص را بسیار پیچیده می‌کند و نیاز به کاربرد اجباری آنالیز فاز برای تمایز از عدم تعادل و ناهم‌ترازی دارد.
• رزونانس: تشدید شدید و چندگانه ارتعاشات هنگامی که فرکانس چرخش عملیاتی با یکی از فرکانس‌های طبیعی سازه همزمان می‌شود. این وضعیت بسیار خطرناک با بالانس کردن از بین نمی‌رود.

۲.۲ جعبه ابزار متخصص: چشم و گوش مهندس

تشخیص دقیق ارتعاش و اقدامات بعدی متعادل‌سازی اگزوز نیاز به تجهیزات تخصصی:

• سنسورهای لرزش (شتاب سنج): ابزار جمع‌آوری داده‌های اولیه. برای تصویر سه‌بعدی کامل ارتعاش ماشین، حسگرها روی محفظه‌های یاتاقان در سه جهت عمود بر هم نصب می‌شوند: افقی، عمودی و محوری.
• آنالایزرها/بالانسرهای ارتعاش قابل حمل: سازهای مدرن مانند Balanset-1A ترکیبی از عملکردهای ویبرومتر (اندازه‌گیری کلی سطح ارتعاش)، آنالایزر طیف تبدیل فوریه سریع (FFT)، فازمتر و ماشین حساب بالانس. آنها امکان تشخیص کامل و بالانس را مستقیماً در محل کار تجهیزات فراهم می‌کنند.
• دورسنج (نوری یا لیزری): بخش جدایی‌ناپذیر هر کیت متعادل‌سازی. برای اندازه‌گیری دقیق سرعت چرخش و هماهنگ‌سازی اندازه‌گیری فاز ضروری است. برای کار، یک قطعه کوچک از نوار بازتابنده روی شفت یا سایر قطعات چرخان اعمال می‌شود.
• Software: نرم‌افزارهای تخصصی امکان نگهداری پایگاه‌های داده تجهیزات، تجزیه و تحلیل روند ارتعاش در طول زمان، انجام تشخیص طیف عمیق و تولید خودکار گزارش‌های کاری را فراهم می‌کنند.

۲.۳ خواندن طیف‌های ارتعاش (آنالیز FFT): رمزگشایی سیگنال‌های ماشین

سیگنال ارتعاشی اندازه‌گیری شده توسط شتاب‌سنج، وابستگی پیچیده‌ای به دامنه-زمان نشان می‌دهد. برای تشخیص، چنین سیگنالی اطلاعات کمی ارائه می‌دهد. روش تحلیل کلیدی، تبدیل سریع فوریه (FFT) است که سیگنال زمانی پیچیده را به صورت ریاضی به طیف فرکانسی آن تجزیه می‌کند. این طیف دقیقاً نشان می‌دهد که کدام فرکانس‌ها حاوی انرژی ارتعاش هستند و امکان شناسایی این منابع ارتعاش را فراهم می‌کند.

شاخص کلیدی عدم تعادل در طیف ارتعاش، وجود یک پیک غالب در فرکانسی دقیقاً برابر با فرکانس چرخش روتور است. این فرکانس با 1x مشخص می‌شود. دامنه (ارتفاع) این پیک مستقیماً با بزرگی عدم تعادل متناسب است.

۲.۴ نقش کلیدی آنالیز فازی: تایید تشخیص

تحلیل فاز ابزاری قدرتمند است که امکان تأیید قطعی تشخیص «عدم تعادل» و تمایز آن از سایر عیوبی که در فرکانس کاری ۱x نیز بروز می‌کنند را فراهم می‌کند.

فاز اساساً رابطه زمانی بین دو سیگنال ارتعاشی با فرکانس یکسان است که بر حسب درجه اندازه‌گیری می‌شود. این نشان می‌دهد که نقاط مختلف دستگاه چگونه نسبت به یکدیگر و نسبت به علامت بازتابنده روی شفت حرکت می‌کنند.

تعیین نوع عدم تعادل بر اساس فاز:

• عدم تعادل استاتیک: هر دو تکیه‌گاه یاتاقان به صورت همزمان و «هم‌فاز» حرکت می‌کنند. بنابراین، اختلاف زاویه فاز اندازه‌گیری شده در دو تکیه‌گاه در جهت شعاعی یکسان، نزدیک به 0 درجه (±30 درجه) خواهد بود.
• عدم تعادل کوپل یا دینامیکی: تکیه‌گاه‌ها حرکت نوسانی را «در خلاف فاز» انجام می‌دهند. به همین ترتیب، اختلاف فاز بین آنها نزدیک به ۱۸۰ درجه (±۳۰ درجه) خواهد بود.

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

€1,751.00

Parts

Vibration sensor

€90.00

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

€124.00

Devices

Balanset-4

€6,803.00

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

€46.00

Parts

Reflective tape

€10.00

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

€1,561.00

بخش ۳: راهنمای عملی تعادل - روش‌های گام به گام و نکات حرفه‌ای

این بخش راهنمایی‌های دقیق و گام به گام برای انجام [کار/فعالیت/...] ارائه می‌دهد. متعادل‌سازی اگزوز کار، از عملیات مقدماتی گرفته تا تکنیک‌های تخصصی برای انواع مختلف فن‌های اگزوز.

۳.۱ مرحله مقدماتی - ۵۰۱TP3T موفقیت

آماده‌سازی با کیفیت، کلید موفقیت و ایمنی است متعادل‌سازی اگزوزغفلت از این مرحله اغلب منجر به نتایج نادرست و اتلاف وقت می‌شود.

اول ایمنی:

قبل از شروع هر کاری، تجهیزات باید کاملاً بی‌برق شوند. رویه‌های استاندارد قفل/برچسب‌گذاری (LOTO) برای جلوگیری از روشن شدن تصادفی اعمال می‌شوند. عدم وجود ولتاژ در ترمینال‌های موتور باید تأیید شود.

تمیز کردن و بازرسی بصری:

این یک عملیات مقدماتی نیست، بلکه یک عملیات اولیه است. پروانه باید کاملاً از هرگونه تجمع - خاک، گرد و غبار، محصول - تمیز شود. در بسیاری از موارد، تمیز کردن با کیفیت به تنهایی عدم تعادل را به طور کامل از بین می‌برد یا به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و باعث می‌شود که بالانس بیشتر غیرضروری باشد. پس از تمیز کردن، بازرسی بصری دقیق تیغه‌ها، دیسک‌ها و جوش‌ها از نظر ترک، فرورفتگی، تغییر شکل و علائم سایش انجام می‌شود.

بررسی مکانیکی ("سلسله مراتب مداخله"):

قبل از اصلاح توزیع جرم، سلامت مکانیکی کل مجموعه باید تأیید شود:

• سفت کردن اتصال پیچ: پیچ‌های اتصال پروانه به توپی، توپی به شفت، محفظه یاتاقان به قاب و پیچ‌های مهار قاب به فونداسیون را بررسی و در صورت لزوم سفت کنید.
• بررسی هندسه: با استفاده از نشانگرهای عقربه‌ای، میزان انحراف شعاعی و محوری شفت و پروانه را بررسی کنید. همچنین به صورت بصری یا با استفاده از شابلون‌ها و ابزارهای اندازه‌گیری، تراز بودن پره‌ها و یکنواختی زاویه حمله آنها را بررسی کنید.

۳.۲. بالانس استاتیک: روش‌های ساده برای موارد ساده

بالانس استاتیکی زمانی روی روتورهای باریک و دیسکی شکل (مثلاً پروانه‌هایی با نسبت L/D کوچک) اعمال می‌شود که بالانس دینامیکی از نظر فنی غیرممکن یا از نظر اقتصادی غیرعملی باشد.

روش لبه چاقو:

روش کلاسیک و بسیار دقیق. روتور (که از دستگاه جدا شده است) روی دو منشور کاملاً افقی، موازی و صاف یا تکیه‌گاه‌های کم اصطکاک قرار می‌گیرد. تحت نیروی جاذبه، "نقطه سنگین" روتور همیشه تمایل دارد که موقعیت پایینی را اشغال کند. وزنه اصلاحی کاملاً روبروی این نقطه (با زاویه ۱۸۰ درجه) نصب می‌شود. این فرآیند تا زمانی که روتور در هر موقعیتی در حالت تعادل خنثی باقی بماند، تکرار می‌شود.

روش چرخش آزاد ("خط شاقول"):

روش ساده‌شده‌ای که برای فن‌هایی با پره‌های مستقیم در محل خود قابل استفاده است. پس از برداشتن تسمه‌های محرک (در صورت وجود)، پروانه به آرامی چرخانده و آزاد می‌شود. سنگین‌ترین پره به سمت پایین می‌افتد. اصلاح با اضافه کردن وزنه‌های کوچک (مثلاً با استفاده از نوار چسب یا آهنربا) به سبک‌ترین پره‌ها انجام می‌شود تا زمانی که پروانه از جستجوی موقعیت خاص متوقف شود.

۳.۳. متعادل‌سازی میدان پویا: رویکرد حرفه‌ای

این روش اصلی برای مصارف صنعتی است متعادل‌سازی اگزوزبا استفاده از ابزارهای تخصصی مانند Balanset-1A بدون جداسازی تجهیزات. این فرآیند شامل چندین مرحله اجباری است.

مرحله ۱: اندازه‌گیری اولیه (اجرای اولیه)

• حسگرهای لرزش روی محفظه‌های یاتاقان نصب می‌شوند و نوار بازتابنده روی شفت تاکومتر اعمال می‌شود.
• فن اگزوز شروع به کار کرده و به سرعت عملیاتی اسمی رسانده می‌شود.
• با استفاده از آنالیزور ارتعاش، داده‌های اولیه ثبت می‌شوند: دامنه (معمولاً بر حسب میلی‌متر بر ثانیه) و زاویه فاز (بر حسب درجه) ارتعاش در فرکانس کاری ۱x. این داده‌ها بردار عدم تعادل اولیه را نشان می‌دهند.

مرحله ۲: دویدن با وزنه آزمایشی

منطق: برای اینکه دستگاه دقیقاً محاسبه کند که چگونه عدم تعادل را اصلاح کند، لازم است تغییرات شناخته شده‌ای را در سیستم اعمال کرده و واکنش آن را مشاهده کنیم. این هدف از نصب وزنه آزمایشی است.

• انتخاب جرم و مکان: وزنه آزمایشی به گونه‌ای انتخاب می‌شود که باعث تغییر قابل توجه اما ایمن در بردار ارتعاش شود (مثلاً تغییر دامنه 20-30% و/یا تغییر فاز 20-30 درجه). وزنه به طور موقت در صفحه تصحیح انتخاب شده در موقعیت زاویه‌ای مشخص متصل می‌شود.
• اندازه‌گیری: راه‌اندازی و اندازه‌گیری را تکرار کنید و مقادیر دامنه و فاز جدید را ثبت کنید.

مرحله 3: محاسبه و نصب وزن اصلاحی

ابزارهای مدرن تعادل مانند Balanset-1A به طور خودکار تفریق برداری بردار ارتعاش اولیه را از بردار به دست آمده با وزنه آزمایشی انجام می‌دهد. بر اساس این اختلاف (بردار تأثیر)، دستگاه جرم و زاویه دقیق را محاسبه می‌کند که در آن باید وزنه اصلاحی دائمی برای جبران عدم تعادل اولیه نصب شود.

اصلاح می‌تواند با اضافه کردن جرم (جوشکاری صفحات فلزی، نصب پیچ و مهره) یا حذف جرم (سوراخ کردن، سنگ‌زنی) انجام شود. اضافه کردن جرم ترجیح داده می‌شود زیرا فرآیندی برگشت‌پذیر و کنترل‌شده‌تر است.

مرحله ۴: اجرای تأیید و متعادل‌سازی برش

• پس از نصب وزنه اصلاحی دائمی (و برداشتن وزنه آزمایشی)، آزمایش تأیید برای ارزیابی نتیجه انجام می‌شود.
• اگر سطح ارتعاش کاهش یابد اما هنوز از استانداردهای قابل قبول فراتر رود، بالانس تریم انجام می‌شود. این فرآیند تکرار می‌شود، اما نتایج اجرای تأیید اکنون به عنوان داده‌های اولیه استفاده می‌شوند. این امر امکان رویکردی گام به گام و تکراری را برای رسیدن به کیفیت بالانس مورد نیاز فراهم می‌کند.

۳.۴. بالانس تک صفحه‌ای یا دو صفحه‌ای؟ معیارهای انتخاب عملی

انتخاب بین بالانس تک صفحه‌ای و دو صفحه‌ای، یک تصمیم کلیدی است که بر موفقیت کل فرآیند تأثیر می‌گذارد، به ویژه برای موارد زیر مهم است: متعادل‌سازی اگزوز برنامه های کاربردی.

معیار اصلی: نسبت طول روتور (L) به قطر (D).

• اگر L/D اگر کمتر از 0.5 و سرعت چرخش کمتر از 1000 دور در دقیقه باشد، معمولاً عدم تعادل استاتیک غالب است و بالانس تک صفحه‌ای کافی است.
• اگر L/D > 0.5 باشد یا سرعت چرخش بالا باشد (>1000 دور در دقیقه)، عدم تعادل کوپل نقش مهمی ایفا می‌کند و برای رفع آن نیاز به بالانس دو صفحه‌ای است.

۳.۵ ویژگی‌های متعادل‌سازی فن‌های آویزان

فن‌های اگزوز از نوع آویزان، که در آن‌ها چرخ کاری (پروانه) فراتر از تکیه‌گاه‌های یاتاقان قرار دارد، پیچیدگی خاصی برای بالانس کردن دارند.

مسئله: چنین سیستم‌هایی ذاتاً از نظر دینامیکی ناپایدار و به شدت به عدم تعادل، به ویژه از نوع کوپل، حساس هستند. این امر اغلب به صورت ارتعاش محوری غیرطبیعی بالا بروز می‌کند.

عوارض: اعمال روش‌های استاندارد دو صفحه‌ای برای روتورهای آویزان اغلب منجر به نتایج نامطلوب می‌شود یا نیاز به نصب وزنه‌های اصلاحی با اندازه ناکافی دارد. واکنش سیستم به وزنه آزمایشی می‌تواند غیرشهودی باشد: برای مثال، نصب وزنه روی پروانه ممکن است باعث تغییر ارتعاش بیشتر در تکیه‌گاه دور (در موتور) نسبت به تکیه‌گاه نزدیک آن شود.

توصیه ها: بالانس کردن فن‌های خروجی آویزان نیاز به تجربه تخصصی بیشتر و درک دینامیکی دارد. اغلب لازم است از ماژول‌های نرم‌افزاری تخصصی در آنالیزورهای ارتعاش استفاده شود که از روش جداسازی نیروی استاتیک/کوپله برای محاسبه دقیق‌تر جرم اصلاحی استفاده می‌کنند.

بخش ۴: پرونده‌های پیچیده و تکنیک‌های حرفه‌ای

حتی با رعایت دقیق رویه‌ها، متخصصان ممکن است با موقعیت‌هایی مواجه شوند که رویکردهای استاندارد نتیجه‌ای نداشته باشند. این موارد نیاز به تجزیه و تحلیل عمیق‌تر و کاربرد تکنیک‌های غیر استاندارد دارند.

۴.۱ اشتباهات رایج و نحوه اجتناب از آنها

اشتباه ۱: تشخیص نادرست

رایج‌ترین و پرهزینه‌ترین اشتباه - تلاش برای متعادل کردن ارتعاش ناشی از ناهمراستایی، شل بودن مکانیکی یا رزونانس.

راه حل: همیشه با آنالیز کامل ارتعاش (آنالیز طیف و فاز) شروع کنید. اگر طیف، غلبه پیک 1x را به وضوح نشان ندهد اما پیک‌های قابل توجهی در فرکانس‌های دیگر وجود داشته باشد، تا زمانی که علت اصلی حذف نشود، نمی‌توان متعادل‌سازی را شروع کرد.

اشتباه ۲: نادیده گرفتن مرحله آماده‌سازی

نادیده گرفتن مراحل تمیز کردن پروانه یا بررسی سفت کردن اتصالات پیچ و مهره.

راه حل: «سلسله مراتب مداخله» که در بخش ۳.۱ توضیح داده شده است را اکیداً رعایت کنید. تمیز کردن و سفت کردن گزینه نیستند، بلکه اولین گام‌های اجباری هستند.

اشتباه ۳: برداشتن تمام وزنه‌های تعادل قدیمی

این عمل نتایج بالانس قبلی (احتمالاً کارخانه‌ای) را از بین می‌برد و اغلب کار را به طور قابل توجهی پیچیده می‌کند، زیرا عدم تعادل اولیه ممکن است بسیار بزرگ شود.

راه حل: هرگز بدون دلیل موجه، تمام وزنه‌ها را برندارید. اگر پروانه وزنه‌های کوچک زیادی از بالانس‌های قبلی جمع کرده باشد، می‌توان آنها را برداشت، اما سپس مجموع برداری آنها را در یک وزنه معادل ترکیب کرده و در جای خود نصب کرد.

اشتباه ۴: بررسی نکردن تکرارپذیری داده‌ها

شروع متعادل‌سازی با مقادیر اولیه دامنه و فاز ناپایدار.

راه حل: قبل از نصب وزنه آزمایشی، ۲ تا ۳ بار شروع کنترلی انجام دهید. اگر دامنه یا فاز از ابتدا تا انتها "شناور" باشد، این نشان دهنده وجود مشکل پیچیده‌تری است (رزونانس، کمان حرارتی، ناپایداری آیرودینامیکی). بالانس کردن تحت چنین شرایطی نتیجه پایداری نخواهد داشت.

۴.۲ متعادل‌سازی نزدیک رزونانس: وقتی فاز تغییر می‌کند

مسئله: وقتی سرعت عملکرد فن خروجی بسیار نزدیک به یکی از فرکانس‌های ارتعاش طبیعی سیستم (رزونانس) باشد، زاویه فاز بسیار ناپایدار شده و به کوچکترین نوسانات سرعت بسیار حساس می‌شود. این امر محاسبات برداری استاندارد بر اساس اندازه‌گیری فاز را نادرست یا کاملاً غیرممکن می‌کند.

راه حل: روش چهار مرحله‌ای

جوهر: این روش متعادل‌سازی منحصر به فرد از اندازه‌گیری‌های فاز استفاده نمی‌کند. محاسبه وزن اصلاحی منحصراً بر اساس تغییرات دامنه ارتعاش انجام می‌شود.

روند: این روش به چهار اجرای متوالی نیاز دارد:

1. دامنه ارتعاش اولیه را اندازه‌گیری کنید
2. دامنه را با وزنه آزمایشی نصب شده در موقعیت 0° شرطی اندازه‌گیری کنید
3. دامنه را با همان وزن که به ۱۲۰ درجه منتقل شده است، اندازه‌گیری کنید
4. دامنه را با همان وزن جابجا شده به ۲۴۰ درجه اندازه‌گیری کنید

بر اساس چهار مقدار دامنه به‌دست‌آمده، یک راه‌حل گرافیکی (روش تقاطع دایره‌ای) ساخته می‌شود یا محاسبه ریاضی انجام می‌شود که امکان تعیین جرم لازم و زاویه نصب وزنه اصلاحی را فراهم می‌کند.

۴.۳. وقتی مشکل تعادل نیست: نیروهای سازه‌ای و آیرودینامیکی

مشکلات ساختاری:

فونداسیون ضعیف یا ترک خورده، و تکیه‌گاه‌های شل شده می‌توانند با فرکانس عملکرد فن اگزوز طنین‌انداز شوند و لرزش را چندین برابر کنند.

تشخیص: برای تعیین فرکانس‌های طبیعی سازه در حالت خاموش، از آزمون ضربه (آزمون ضربه) استفاده می‌شود. این آزمون با استفاده از چکش مودال مخصوص و شتاب‌سنج انجام می‌شود. اگر یکی از فرکانس‌های طبیعی یافت شده نزدیک به فرکانس چرخش عملیاتی باشد، مشکل در واقع رزونانس است.

نیروهای آیرودینامیکی:

آشفتگی جریان هوا در ورودی (به دلیل موانع یا بسته بودن بیش از حد دمپر، که به آن "گرسنگی فن" می‌گویند) یا خروجی می‌تواند باعث ارتعاش با فرکانس پایین و اغلب ناپایدار شود که به عدم تعادل جرمی مربوط نیست.

تشخیص: آزمایش با تغییر بار آیرودینامیکی در سرعت چرخش ثابت انجام می‌شود (مثلاً با باز/بسته شدن تدریجی دمپر). اگر سطح ارتعاش به طور قابل توجهی تغییر کند، احتمالاً ماهیت آن آیرودینامیکی است.

۴.۴. تحلیل مثال‌های واقعی (مطالعات موردی)

مثال ۱ (رزونانس):

در یک مورد مستند، بالانس فن تغذیه با استفاده از روش استاندارد به دلیل خوانش‌های فاز بسیار ناپایدار، نتیجه‌ای نداشت. تجزیه و تحلیل نشان داد که سرعت عملیاتی (۲۹ هرتز) بسیار نزدیک به فرکانس طبیعی پروانه (۲۸ هرتز) است. اعمال روش چهار دور، مستقل از فاز، امکان کاهش موفقیت‌آمیز لرزش تا سطح قابل قبول را فراهم کرد و تا زمان تعویض فن با فن قابل اعتمادتر، راه‌حل موقت ارائه داد.

مثال ۲ (چندین نقص):

تحلیل ارتعاش فن‌های اگزوز در کارخانه قند، مشکلات پیچیده‌ای را آشکار کرد. یکی از طیف‌های فن، ناهم‌ترازی زاویه‌ای (پیک‌های بالای ۱x و ۲x در جهت محوری) را نشان می‌داد، در حالی که طیف دیگر، شل‌شدگی مکانیکی (هارمونیک‌های یکنواخت ۱x، ۲x، ۳x) را نشان می‌داد. این موضوع اهمیت رفع متوالی نقص را نشان می‌دهد: ابتدا ترازبندی و سفت کردن بست‌ها انجام می‌شد و تنها پس از آن، در صورت لزوم، بالانس انجام می‌شد.

بخش ۵: استانداردها، تلرانس‌ها و نگهداری پیشگیرانه

مرحله نهایی هر کار فنی، ارزیابی کیفیت آن مطابق با الزامات نظارتی و تدوین استراتژی برای نگهداری تجهیزات در شرایط مناسب در درازمدت است.

۵.۱. مروری بر استانداردهای کلیدی (ISO)

چندین استاندارد بین‌المللی برای ارزیابی کیفیت بالانس و وضعیت ارتعاش فن‌های اگزاست استفاده می‌شود.

ایزو ۱۴۶۹۴:۲۰۰۳:

استاندارد اصلی برای فن‌های صنعتی. الزاماتی را برای متعادل کردن کیفیت و حداکثر سطح ارتعاش مجاز بسته به نوع کاربرد فن (BV-1، BV-2، BV-3 و غیره)، توان و نوع نصب تعیین می‌کند.

ایزو ۱۹۴۰-۱:۲۰۰۳:

این استاندارد درجه کیفیت تعادل (G) را برای روتورهای صلب تعریف می‌کند. درجه کیفیت، عدم تعادل باقیمانده مجاز را مشخص می‌کند. برای اکثر فن‌های اگزوز صنعتی، درجه‌های زیر اعمال می‌شود:

• جی۶.۳: کیفیت صنعتی استاندارد، مناسب برای اکثر کاربردهای صنعتی عمومی.
• جی ۲.۵: کیفیت بهبود یافته، مورد نیاز برای فن‌های اگزوز پرسرعت یا مخصوصاً فن‌های حیاتی که الزامات ارتعاش دقیق‌تری دارند.

ایزو ۱۰۸۱۶-۳:۲۰۰۹:

ارزیابی وضعیت ارتعاش ماشین‌آلات صنعتی را بر اساس اندازه‌گیری‌های روی قطعات غیرچرخشی (مثلاً محفظه یاتاقان) تنظیم می‌کند. این استاندارد چهار ناحیه وضعیت را معرفی می‌کند:

• منطقه الف: «خوب» (تجهیزات جدید)
• منطقه ب: "رضایت‌بخش" (عملکرد نامحدود مجاز است)
• منطقه ج: «برای مدت زمان محدود قابل قبول است» (شناسایی و رفع علت الزامی است)
• منطقه D: «غیرقابل قبول» (لرزش ممکن است باعث آسیب شود)

ایزو ۱۴۶۹۵:۲۰۰۳:

این استاندارد روش‌ها و شرایط یکپارچه‌ای را برای اندازه‌گیری ارتعاش فن صنعتی تعیین می‌کند که برای اطمینان از مقایسه‌پذیری و تکرارپذیری نتایج به‌دست‌آمده در زمان‌های مختلف و روی تجهیزات مختلف ضروری است.

۵.۲. استراتژی بلندمدت: ادغام در برنامه نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه

متعادل‌سازی اگزوز نباید به عنوان عملیات تعمیر یک‌باره در نظر گرفته شود. این بخش جدایی‌ناپذیری از استراتژی مدرن تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌شده است.

اجرای پایش منظم ارتعاش (مثلاً از طریق جمع‌آوری داده‌های مسیر با استفاده از آنالیزورهای قابل حمل) امکان ردیابی وضعیت تجهیزات را در طول زمان فراهم می‌کند. تحلیل روند، به ویژه رشد تدریجی دامنه ارتعاش در فرکانس کاری ۱x، شاخص قابل اعتمادی برای ایجاد عدم تعادل است.

این رویکرد اجازه می‌دهد:

• برنامه‌ریزی برای بالانس از قبل، قبل از اینکه سطح ارتعاش به مقادیر بحرانی تعیین‌شده توسط استاندارد ISO 10816-3 برسد.
• جلوگیری از آسیب ثانویه به یاتاقان‌ها، کوپلینگ‌ها و سازه‌های نگهدارنده که ناگزیر در حین کار طولانی مدت با لرزش بیش از حد رخ می‌دهند.
• حذف زمان‌های از کارافتادگی اضطراری برنامه‌ریزی نشده با تبدیل کار تعمیراتی به دسته کارهای پیشگیرانه برنامه‌ریزی شده.

ایجاد پایگاه داده الکترونیکی از وضعیت ارتعاش تجهیزات کلیدی و تجزیه و تحلیل منظم روند آن، اساس تصمیم‌گیری‌های فنی و اقتصادی مؤثر در زمینه نگهداری و تعمیرات را تشکیل می‌دهد و در نهایت قابلیت اطمینان و راندمان کلی تولید را افزایش می‌دهد.