بالانس فن صنعتی: روش بالانس درجا بر اساس نوع فن
راهنمای تکنسین میدانی برای بالانس فنهای گریز از مرکز، محوری، شعاعی و اگزاست؛ از تشخیص اینکه لرزش واقعاً ناشی از عدمتعادل است تا تأیید اصلاحها در برابر حدود ISO 14694.
چرا فن میلرزد؟ ابتدا عیبیابی کنید
رایجترین اشتباه در بالانس فن این است که پیش از دانستنِ آنچه قرار است اصلاح شود شروع کنید. هر ارتعاشی از عدمتعادل نیست. بستن وزنهٔ اصلاحی هنگامی که مشکل واقعی ناهممحوری، لقی یا رزونانس است چیزی را حل نمیکند و حتی میتواند وضعیت را بدتر کند.
با اندازهگیری ارتعاش آغاز کنید. فن را در سرعت کاری راهاندازی و طیف FFT را ثبت کنید. آنچه در طیف میبینید مشخص میکند گام بعدی چیست.
اوج غالب در سرعت دورانی. فاز پایدار است. متعادل کردن این مشکل را برطرف میکند.
هارمونیک دوم قوی، ارتعاش محوری بالا. ابتدا تراز را اصلاح کنید.
هارمونیکهای زیاد (۳×، ۴×، ۵×…). ترکخوردگی قاب، شل شدن پیچها، آسیب به فونداسیون.
لرزش در یک سرعت دورانیِ مشخص بهشدت افزایش مییابد. سرعت یا سفتی را تغییر دهید - نه تعادل را.
چه چیزی واقعاً باعث عدمتعادل فن میشود؟ در محیطهای صنعتی، اینها منابع اصلی هستند - و بسته به محیط متفاوتند:
انباشت مواد. علت اصلی خرابی فنهای تخلیه، فنهای القایی و هر فن دیگری که با ذرات معلق کار میکند، گردوغبار، خاکستر، رسوبات کلسیم، شکر، پودر سیمان است - آنها بهطور ناهموار روی پرهها جمع میشوند. تنها تمیزکاری میتواند ارتعاش را تا ۳۰ تا ۵۰٪ کاهش دهد. اگر یک فن کثیف را متعادل کنید، اصلاح، رسوب را جبران میکند - و دفعه بعد که یک تکه از آن جدا میشود، به نقطه اول برمیگردید.
سایش و خوردگی. جریانهای فرآیند ساینده، لبههای جلویی تیغه را بهطور ناهموار فرسایش میدهند. بخارات شیمیایی بسته به الگوهای جریان هوا، تیغهها را با سرعتهای مختلف میخورند. در طول ماهها، توزیع جرم تغییر میکند.
تغییرشکل. چرخه حرارتی در فنهای گاز داغ باعث تاببرداشتن تدریجی میشود. آسیب ناشی از برخورد اجسام خارجی، پرهها را خم میکند. حتی یک پره خم شده با سرعت ۱۵۰۰ دور در دقیقه، عدمتعادل قابلاندازهگیری ایجاد میکند.
یک فن تمیز، نیمی از راهِ بالانس است. قبل از نصب یک سنسور، پروانه را تا سطح فلز لخت تمیز کنید. هر تیغه را از نظر ترک، تغییر شکل و پرچهای شل بررسی کنید. پیچهای توپی را محکم کنید. سپس اندازهگیری کنید. در نیمی از موارد، لرزش به اندازهای کاهش مییابد که نیازی به اصلاح نیست.
ISO 14694 و ISO 21940: کدام محدودیتها اعمال میشوند
دو استاندارد بر ارتعاش فن صنعتی حاکماند: یکی ویژهٔ فن، ISO 14694، و دیگری مربوط به کیفیت عمومی بالانس روتور، ISO 21940 که پیشتر ISO 1940 نام داشت. هر دو لازماند: اولی برای تعیین حد ارتعاشِ فن نصبشده و دومی برای تعریف کیفیت بالانس روتور هنگام مونتاژ یا بالانس در کارگاه.
ISO 14694 — ردههای BV فن
ISO 14694 دستههای بالانس و ارتعاش را بهطور خاص برای فنهای صنعتی تعریف میکند. حدود ارتعاش در محل (سرعت، mm/s RMS، اندازهگیریشده روی پوسته یاتاقان؛ مقادیر زیر برای فنهای با نصب صلب طبق جدول 5 ISO 14694 هستند) به کاربرد بستگی دارند:
| دسته بندی | کاربرد | راهاندازی (commissioning) | هشدار | خاموشی |
|---|---|---|---|---|
| بیوی-۳ | وظیفه صنعتی استاندارد - تهویه، اگزوز عمومی، فنهای بویلر تا 300 کیلووات | ۴.۵ میلیمتر بر ثانیه | ۷.۱ میلیمتر بر ثانیه | ۹.۰ میلیمتر بر ثانیه |
| بیوی-۴ | فنهای حساس به فرآیند - فنهای ID/FD پتروشیمی، نیروگاه | ۲.۸ میلیمتر بر ثانیه | ۴.۵ میلیمتر بر ثانیه | ۷.۱ میلیمتر بر ثانیه |
| بیوی-۵ | فنهای دقیق - اتاقهای تمیز نیمههادی، HVAC آزمایشگاهی | ۱.۸ میلیمتر بر ثانیه | ۴٫۰ میلیمتر بر ثانیه | ۵.۶ میلیمتر بر ثانیه |
ISO 21940-11 — درجههای کیفیت متعادل (G)
برای خود روتور (مجموعه پروانه + شفت)، کیفیت بالانس با درجه G (میلیمتر بر ثانیه) بیان میشود:
| نمره | کاربرد | یادداشتها |
|---|---|---|
| G 16 | فنهای کشاورزی، واحدهای بزرگ با سرعت پایین | قابل قبول زیر ~600 دور در دقیقه |
| G 6.3 | اکثر فنهای صنعتی عمومی | هدف استاندارد برای کلاس BV-3 |
| G 2.5 | فنهای توربینی، واحدهای پرسرعت، کلاس BV-4/BV-5 | برای فنهای بالای ۳۰۰۰ دور در دقیقه یا برای فنهای حساس به فرآیند مورد نیاز است |
برای تعیین قابلقبولبودن ارتعاش فنِ نصبشده، از ردهٔ BV در ISO 14694 استفاده کنید؛ این معیار قبولی یا رد در محل است. هنگام فرستادن پروانه به کارگاه بالانس یا تعیین کیفیت بالانس برای سازندهٔ فن، ردهٔ G در ISO 21940 را بهکار ببرید. برای بیشتر فنهای صنعتیِ عمومی، BV-3 + G 6.3 و برای فنهای حساس به فرایند، BV-4 + G 2.5 مناسب است.
بالانس بر اساس نوع فن
روش وزنهٔ آزمایشی برای همهٔ فنها کاربرد دارد، اما جزئیات عملی — تعداد صفحههای اصلاح، محل نصب وزنهها و نکتههای قابلتوجه — به هندسهٔ پروانه و محیط کار بستگی دارد.
فنهای گریز از مرکز (خمیده به عقب و خمیده به جلو)
فنِ پرکاربرد در تهویهٔ صنعتی و تهویهٔ فرایندی. برای پروانههای باریک، با عرض کمتر از نصف قطر، بالانس تکصفحهای کافی است؛ پروانههای پهن و فنهای دوورودی به بالانس دوصفحهای با حسگر روی هر دو یاتاقان نیاز دارند. انباشت مواد در حفرههای تیغههای توخالی و روی صفحهٔ پشتی رایج است. وزنههای اصلاحی را برای دوام روی دیسک توپی یا صفحهٔ پشتی جوش میدهند.
فنهای محوری (پروانهای)
روتورهای دیسکمانند تقریباً همیشه تکصفحهای بالانس میشوند. وزنهها را روی توپی یا ریشهٔ تیغه نصب کنید و از افزودن جرم به نوک تیغه بپرهیزید، زیرا رفتار آیرودینامیکی را تغییر میدهد. تغییر زاویهٔ گام تیغه را هم بررسی کنید: گام نابرابر در فرکانس عبور تیغه لرزش آیرودینامیکی ایجاد میکند که با بالانس برطرف نمیشود. پیش از بالانس، گام را با نقاله اندازه بگیرید.
فنهای اگزوز و مکش القایی
گرم، آلوده و خورنده: دشوارترین محیط برای بالانس. بالانس در حالت گرم، نه در حالت سرد. اعوجاج حرارتی وضعیت بالانس را تغییر میدهد؛ اصلاحی که در دمای محیط انجام شود، ممکن است در دمای فرایندِ ۲۰۰ درجهٔ سانتیگراد نادرست باشد. از وزنههای فولادیِ جوشدادهشده استفاده کنید؛ چسب و نوار در این دما دوام نمیآورند. دسترسی اغلب محدود است؛ پیش از مراجعه برای بالانس، دریچهها یا درهای بازرسی را درخواست یا نصب کنید.
فنهای پره شعاعی (پارویی)
تیغههای شعاعیِ تخت اغلب برای جابهجایی مواد، مانند تراشهٔ چوب، غلات و ضایعات، بهکار میروند. ذرات ساینده لبههای پیشرو را بهشدت فرسوده میکنند. این سادهترین هندسه برای بالانس است و وزنهها مستقیماً به دیسک توپی جوش داده میشوند. بااینحال ضخامت تیغه را بررسی کنید؛ اگر از حداقل مجاز کمتر شده است، پیش از بالانس آن را تعویض کنید.
تکصفحهای در مقابل دوصفحهای: قانون سریع
روتور دیسکمانند (عرض بسیار کمتر از قطر) → تک صفحهای. پوششها: فنهای محوری، چرخهای گریز از مرکز باریک، چرخهای شعاعی باریک.
روتور دراممانند (عرض قابلمقایسه با قطر) → دوصفحهای. شامل چرخهای گریز از مرکزِ پهن، فنهای دوورودی و دمندههای بلندِ قفسسنجابی.
اگر تردید دارید، با بالانس تکصفحهای آغاز کنید. اگر ارتعاش از حد ISO پایینتر نیامد، به بالانس دوصفحهای بروید؛ عدمتعادل مؤلفهٔ کوپلِ نوسانی دارد که تکصفحهای آن را اصلاح نمیکند.
روش متعادلسازی - گام به گام
تجهیزات: Balanset-1A بالانسر قابلحمل، لپتاپ، شتابسنج یا شتابسنجها، تاکومتر لیزری، مجموعهٔ وزنهٔ آزمایشی، وزنههای اصلاحیِ فولادی و تجهیزات جوشکاری برای اتصال دائمی.
تمیز کردن، بازرسی و پیش بررسی
پروانه را کاملاً تمیز کنید: همهٔ تیغهها، همهٔ حفرهها، صفحهٔ پشتی و توپی. ترکها، تیغههای خمیده، پرچهای مفقود و لبههای پیشروِ فرسوده را بررسی کنید. پیچهای توپی، پیچهای تنظیم و وضعیت شیارِ خار را بازبینی کنید. مطمئن شوید محفظههای یاتاقان روی فونداسیون محکماند و پای نرم وجود ندارد.
فن را راهاندازی و طیف FFT را ثبت کنید. تأیید کنید که ارتعاش غالب در ۱× RPM است؛ یعنی عدمتعادل. اگر هارمونیک ۲× یا بالاتر غالب است، پیش از بالانس علت مکانیکی را برطرف کنید.
نصب سنسور و تاکومتر
شتابسنج را بهصورت شعاعی روی محفظهٔ یاتاقانِ سمت پروانه، یعنی نزدیکترین یاتاقان به چرخ فن، نصب کنید. روی محفظهٔ چدنی از پایهٔ مغناطیسی و برای فولاد زنگنزن یا آلومینیوم از پدِ پیچشونده استفاده کنید. در کارهای دوصفحهای حسگر دوم را روی یاتاقان مقابل بگذارید.
نوار بازتابنده را به شفت یا یک سطح چرخان قابل مشاهده بچسبانید. دورسنج لیزری را در خط دید مستقیم قرار دهید. به Balanset-1A متصل شوید، نرمافزار را اجرا کنید و میزان دور در دقیقه را بررسی کنید.
ثبت ارتعاش اولیه (اجرای ۰)
فن را در سرعت کاری راهاندازی کنید و صبر کنید تا قرائتها پایدار شوند: برای بیشتر فنها ۱۵ تا ۳۰ ثانیه و برای واحدهای بزرگ با بار حرارتی، بیشتر. Balanset-1A سرعت ارتعاش را برحسب میلیمتر بر ثانیه و زاویهٔ فاز را برحسب درجه نشان میدهد.
این مقدار مبنای شماست. مثال: ۱۸٫۶ میلیمتر بر ثانیه در زاویهٔ ۷۲ درجه — بسیار بالاتر از حدِ توقف BV-3 در ISO 14694، یعنی ۹٫۰ میلیمتر بر ثانیه.
اجرای وزنهٔ آزمایشی (اجرای ۱)
فن را متوقف کنید. وزنهٔ آزمایشی را در یک موقعیت زاویهای معلوم به تیغه یا توپی وصل کنید. وزنه باید آنقدر سنگین باشد که ارتعاش را دستکم ۲۰ تا ۳۰٪ تغییر دهد، اما آنقدر سبک که آسیب ایجاد نکند. برای پروانهٔ ۲۰۰ کیلوگرمی، با ۲۰ تا ۴۰ گرم شروع کنید.
فن را راهاندازی کنید و بردار ارتعاش جدید را ثبت کنید. نرمافزار اکنون دو نقطهٔ داده دارد و ضریب تأثیر، یعنی واکنش روتور به جرم در محل مشخص، را محاسبه میکند.
وزنهٔ اصلاحی را نصب کنید
نرمافزار نمایش میدهد: «۶۵ گرم را در زاویهٔ ۱۹۵ درجه نصب کنید.» وزنهٔ آزمایشی را بردارید. یک جرم اصلاحی آماده کنید و آن را با ترازوی الکترونیکی وزن کنید. سپس در زاویهٔ محاسبهشده جوش دهید.
برای فنهای داغِ اگزاست از وزنههای فولاد نرم یا فولاد زنگنزن با جوش نفوذیِ کامل استفاده کنید. در محیطهای ATEX یا ضدانفجار، فقط وزنهٔ پیچشونده و بدون جوشکاری مجاز است. در HVAC با هوای تمیز، اگر سطح ارتعاش متوسط باشد، وزنهٔ گیرهای یا بتونهٔ بالانس نیز میتواند قابلقبول باشد.
تأیید و تنظیم نهایی (اجرای ۲)
فن را دوباره راهاندازی کنید. ارتعاش باقیمانده باید از حد راهاندازی ISO 14694 پایینتر باشد: ۴٫۵ میلیمتر بر ثانیه برای BV-3 و ۲٫۸ میلیمتر بر ثانیه برای BV-4. اگر از هدف بالاتر بود، نرمافزار اصلاح نهایی، یعنی وزنهٔ کوچک اضافی برای تنظیم دقیق، پیشنهاد میکند. در عمل، ۸۰٪ کارهای فن با یک مرحله اصلاح تمام میشوند.
ایمن و مستند
وزنهٔ اصلاحی را بهصورت دائمی با جوش پیوسته، نه صرفاً خالجوش، نصب کنید. گزارش Balanset-1A را ذخیره کنید؛ این گزارش طیفهای ارتعاش، جرم و زاویهٔ اصلاح و مقایسهٔ پیش و پس از اصلاح را بایگانی میکند. این دادهها وارد سامانهٔ مدیریت نگهداری میشوند و مبنایی برای تحلیل روندهای آینده فراهم میکنند.
گزارش میدانی: فن مکندهٔ القایی ۱۳۲ کیلوواتی
یک کارخانهٔ سیمان در جنوب اروپا فن مکندهٔ القاییِ ۱۳۲ کیلوواتی داشت که گاز خروجی کوره با دمای ۲۸۰ درجهٔ سانتیگراد را میکشید. این فن از نوع سانتریفیوژِ تکورودی، با قطر پروانهٔ ۱٬۸۰۰ میلیمتر و سرعت ۱٬۴۷۰ دور بر دقیقه بود. یاتاقانها در ۱۴ ماه دو بار تعویض شده بودند و همین فن بهتنهایی بهطور میانگین هر فصل یک توقف برنامهریزینشده ایجاد میکرد.
پایش ارتعاش نشان داد که ظرف چند هفته پس از هر تعویض یاتاقان، مقدار ارتعاش دوباره از ۱۵ میلیمتر بر ثانیه میگذرد. تیم نگهداری گمان کرد کیفیت یاتاقانها مشکل دارد و تأمینکننده را عوض کرد. اما ایراد از یاتاقان نبود؛ از پروانه بود. رسوبات کلسیم آندالوزیت بهطور نامساوی روی صفحهٔ پشتی و در حفرههای تیغه جمع میشدند و عدمتعادل پیشرونده ایجاد میکردند.
هنگام توقف برنامهریزیشدهٔ کوره رسیدیم. گام نخست تمیزکاری بود: گروه پروانه را با شویندهٔ پرفشار شست و ارتعاش از ۲۲ به ۱۱٫۴ میلیمتر بر ثانیه کاهش یافت، اما هنوز از حد BV-3 بالاتر بود. Balanset-1A را آماده کردیم، اجرای وزنهٔ آزمایشی را انجام دادیم و اصلاح را اعمال کردیم: ۸۵ گرم در زاویهٔ ۲۱۸ درجه به صفحهٔ پشتی جوش داده شد.
فن القایی - اگزوز کوره سیمان، ۲۸۰ درجه سانتیگراد
فن سانتریفیوژ ۱۳۲ کیلوواتی، چرخ ۱۸۰۰ میلیمتری، ۱۴۷۰ دور در دقیقه. رسوبات کلسیم روی پروانه باعث عدم تعادل پیشرونده شده بود. دو خرابی یاتاقان در ۱۴ ماه قبل از مداخله.
تصمیم مهم پس از این کار آن بود که کارخانه بررسی فصلی ارتعاش را به برنامهٔ نگهداری افزود و برای نصب سریعتر حسگر، دریچهٔ دسترسی دائمی روی پوستهٔ فن ایجاد کرد. هزینهٔ تعویض یاتاقانِ جلوگیریشده در سال نخست حدود ۴٬۵۰۰ یورو بود؛ Balanset-1A در همان کار اول هزینهٔ خود را جبران کرد.
وقتی بالانس مشکل را برطرف نمیکند
شما تمیز، اندازهگیری و اصلاح کردهاید و لرزش هنوز بالاتر از حد مجاز است. قبل از تکرار چرخه بالانس، موارد زیر را بررسی کنید:
۱. رزونانس ساختاری. اگر دور موتور فن با فرکانس طبیعی قاب نگهدارنده، پایه یا کانال هوا همزمان باشد، صرف نظر از کیفیت تعادل، لرزش تقویت میشود. آزمایش: سرعت را ۵ تا ۱۰ درصد کم و زیاد کنید. اگر لرزش با تغییر کوچک دور موتور به شدت کاهش یابد، این رزونانس است. راهحل، سفتکردن سازه یا تغییر سرعت کارکرد است - نه اضافه کردن وزن اصلاحی بیشتر.
۲. پای نرم. تماس ناهموار در پایههای موتور یا یاتاقان. با سفتکردن یک پیچ، قاب تغییرشکل میدهد و تنش اضافه میشود. پیچ هر پایه را یکییکی شل و حرکت آن را با ساعت اندازهگیری بررسی کنید. اگر هر پایه بیش از ۰٫۰۵ میلیمتر بالا آمد، زیر آن شیم بگذارید. پای نرم میتواند ۲ تا ۴ میلیمتر بر ثانیه ارتعاش ایجاد کند که هیچ مقدار بالانس آن را از بین نمیبرد.
۳. ناهممحوری. اگر فن با تسمه کار میکند، کشش تسمه و تنظیم پولی را بررسی کنید. اگر با موتور مستقیم کار میکند، تنظیم کوپلینگ (زاویهدار + آفست) را بررسی کنید. عدم تنظیم بهصورت ۲× سرعت دورانی در طیف FFT و ارتعاش محوری بالا نشان داده میشود. قبل از بالانسکردن، تنظیم را اصلاح کنید.
۴. کمان حرارتی (فنهای اگزاست). پروانه با گرمشدن تغییر شکل میدهد. اصلاح بالانسی که در حالت سرد اعمال شود، ممکن است در دمای کاری نادرست باشد. راهحل: فن را بیش از ۳۰ دقیقه در دمای فرایند روشن بگذارید، سپس در حالت گرم اندازهگیری و بالانس کنید. این کار برای فنهای بالاتر از ۱۵۰ درجهٔ سانتیگراد دشوارتر، اما ضروری است.
مرحله ۱: طیف FFT - چه فرکانسی غالب است؟ مرحله ۲: آزمون کاهش سرعت - آیا ارتعاش بهطور روان سرعت را دنبال میکند (عدم تعادل) یا با یک دور در دقیقه افزایش ناگهانی (رزونانس) دارد؟ مرحله ۳: پایداری فاز - آیا زاویه فاز قابل تکرار است (عدم تعادل) یا پرش (شل بودن/گیر کردن)؟ Balanset-1A هر سه مورد را در بر میگیرد. اگر پاسخ عدم تعادل نیست، بالانسکردن را متوقف کرده و علت اصلی را برطرف کنید.
پس از تعویض پروانه: همیشه دوباره بالانس کنید
پروانهٔ نو در کارخانه معمولاً تا ردهٔ G6.3 یا بهتر بالانس میشود، اما این بالانس روی دستگاه سازنده انجام شده است، نه روی شفت و یاتاقانهای شما و نه با کوپلینگ شما.
با نصب پروانهٔ جدید، هر سطح اتصال میتواند خطا ایجاد کند: انطباق خار، نشیمنگاه مخروطی، همراستایی کوپلینگ و محل پیچ تنظیم. حتی ۲۰ میکرون خروج از مرکز در توپی، که با چشم دیده نمیشود، در ۱٬۴۷۰ دور بر دقیقه عدمتعادل قابلاندازهگیری ایجاد میکند.
پس از نصب، همیشه برای بالانس تنظیمیِ نهایی درجا برنامهریزی کنید. اصلاح معمولاً کوچک، در حد ۱۰ تا ۳۰ گرم، است؛ اما تأثیر آن بر عمر یاتاقان زیاد است. نادیدهگرفتن این مرحله رایجترین علتِ «لرزش پروانهٔ نو از روز اول» است.
تجهیزات: مشخصات Balanset-1A
روش فوق با استفاده از Balanset-1A سامانهٔ بالانس قابلحمل. مشخصات اصلی برای کار روی فن:
کیت شامل دو شتابسنج، تاکومتر لیزری، نوار بازتابنده، پایههای مغناطیسی، نرمافزار روی USB و کیف حمل است؛ نه اشتراک لازم دارد و نه هزینهٔ دورهای مجوز.
فنها بالاتر از محدوده ISO میلرزند؟
Balanset-1A همه چیز را از یک فن کانالی ۳۰۰ میلیمتری تا یک فن با قطر داخلی ۳ متر مدیریت میکند. یک دستگاه، بدون هزینههای دورهای، ۲ سال گارانتی، DHL در سراسر جهان.
سوالات متداول
آمادهاید که تعویض یاتاقانها را متوقف کنید و شروع به رفع علت اصلی کنید؟
Balanset-1A. یک دستگاه برای هر فن — از یک تهویه مطبوع پشت بامی گرفته تا یک فن تهویه ۳ متری. ارسال به سراسر جهان از طریق DHL. بدون نیاز به آبونمان.
0 Comment