کیفیت تعادلی (رتبه G): تعریف، هدف و کاربرد
کیفیت درجه تعادل (G-Grade) چیست؟
آ درجه کیفیت تعادل, که معمولاً به آن “G-Grade” گفته میشود، یک طبقهبندی استاندارد است که در استانداردهای ISO 1940-1 و ISO 21940-11 تعریف شده و حداکثر عدم توازن باقیمانده قابل قبول برای یک روتور را مشخص میکند. به عبارت دیگر، G-Grade نشان میدهد که روتور باید تا چه حد دقیق بالانس شود. این درجه بهطور مستقیم سطح ارتعاش را اندازهگیری نمیکند، بلکه یک تلرانس عدم توازن را بر اساس جرم روتور و حداکثر سرعت عملیاتی آن تعریف میکند.
عددی که پس از حرف G میآید (مثلاً G6.3، G2.5) نشاندهنده حداکثر سرعت ارتعاش مرکز جرم روتور است که به میلیمتر بر ثانیه (mm/s) بیان میشود. برای مثال، درجه G6.3 به این معنی است که مرکز جرم روتور نباید در حداکثر سرعت عملی بیش از 6.3 میلیمتر بر ثانیه ارتعاش کند، در حالی که درجه سختگیرانهتر G2.5 این سرعت را به 2.5 میلیمتر بر ثانیه محدود میکند. هر چه عدد G کمتر باشد، الزامات بالانس سختگیرانهتر است: تلرانس عدم توازن کمتر و دقت بالانس بالاتر.
هدف از سیستم درجه G
سیستم درجهبندی G برای ایجاد یک استاندارد جهانی که مشخص میکند یک روتور تا چه حد باید متعادل باشد، توسعه یافت. به جای عبارتهای مبهمی مانند “روتور باید بهخوبی متعادل باشد”، مهندسان میتوانند یک هدف دقیق و قابل راستیآزمایی مانند “تعادل تا G6.3” را مشخص کنند. این استاندارد زبان مشترکی را برای تولیدکنندگان، مهندسان خدمات و مشتریان فراهم میکند و تضمین میکند که تجهیزات به استانداردهای مورد نیاز از نظر قابلیت اطمینان و ایمنی پاسخگو باشند. اهداف اصلی سیستم درجهبندی G عبارتند از:
محدود کردن ارتعاش ناشی از عدم تعادل به سطوح قابل قبول. نامتعادلی باعث ایجاد نیروهای گریز از مرکز و ارتعاشاتی میشود که میتواند به نویز، شکستهای ناشی از خستگی و حوادث منجر شود. با بهکارگیری درجههای استاندارد بالانس، میتوان این ارتعاشات را در محدودههای ایمن کنترل کرد.
حداقلسازی بارهای دینامیکی بر یاتاقانها و افزایش طول عمر خدمتی آنها. ارتعاش مداوم مانند چکش بر یاتاقانها اثر میکند و فرسایش آنها را تسریع مینماید. با محدود کردن عدم تعادل تا حد لازم درجه G، نیروهای وارد بر یاتاقانها کاهش مییابند و عمر مفید آنها افزایش مییابد.
تضمین عملکرد ایمن روتور در حداکثر سرعت طراحی. هرچه سرعت دوران بالاتر باشد، تأثیر حتی نابالانسیهای کوچک نیز قویتر میشود. درجهی بالانس دقیق تضمین میکند که روتور در سرعت عملیاتی خود دچار لرزشهای مخرب نشود. این موضوع بهویژه برای ماشینهای پرسرعت (توربینها، کمپرسورها و غیره) اهمیت دارد، زیرا نابالانسی بیش از حد میتواند به خرابی منجر شود.
ارائه یک معیار پذیرش واضح و قابل اندازهگیری. داشتن استاندارد G-grade امکان تأیید در حین ساخت و تعمیر را فراهم میکند که آیا سطح تعادل مورد نیاز حاصل شده است یا خیر. اگر عدم تعادل باقیمانده پس از بالانس از مقدار مجاز برای G-grade مربوطه تجاوز نکند، روتور بهعنوان تأییدشده در بازرسی محسوب میشود. این رویکرد بالانس را از یک هنر به یک علم دقیق با معیارهای قابل تأیید تبدیل میکند.
درجه کیفیت ترازو چگونه تعیین میشود؟
استانداردهای ISO شامل توصیههایی برای انتخاب درجههای G برای صدها روتور و ماشین معمولی هستند. جداول استاندارد (مثلاً ISO 1940-1 که اکنون با ISO 21940-11 جایگزین شده است) درجههای G توصیهشده برای دستههای مختلف تجهیزات را فهرست میکنند. انتخاب یک درجهٔ خاص به چندین عامل بستگی دارد:
نوع و کاربرد دستگاه. یک توربین پرسرعت یا اسپیندل دقیق به بالانس بسیار دقیقتری (G پایینتر) نسبت به یک مکانیزم کشاورزی کمسرعت نیاز دارد. طراحان بررسی میکنند که یک نوع ماشین معین تا چه حد به ارتعاشات حساس است و عدم تعادل چه پیامدهایی میتواند داشته باشد.
توده و ابعاد روتور. روتورهای سبکتر عموماً نسبت به عدم تعادل حساستر هستند و ممکن است نیازمندیهای سختگیرانهتری داشته باشند. جرم روتور مستقیماً در محاسبه عدم تعادل مجاز وارد میشود—روتوری سنگینتر میتواند عدم تعادل مطلق بیشتری را بدون افزایش ارتعاش نسبت به روتور سبکتر “تحمل” کند.
حداکثر سرعت چرخش. این یکی از عوامل کلیدی است: هرچه سرعت بیشتر باشد، بالانس باید دقیقتر باشد. برای یک میزان عدمتوازن ثابت، نیروهای واردشده به نسبت مجذور سرعت چرخش افزایش مییابند. بنابراین برای جبران اثر سرعت، برای روتورهای با سرعت بالا درجه G پایینتری انتخاب میشود.
ساختار پشتیبان و شرایط نصب. یک روتور که روی تکیهگاههای انعطافپذیر (الاستیک) نصب شده است معمولاً نیاز به بالانس دقیقتری دارد تا روتوری که روی پایهای صلب نصب شده است، زیرا سیستم انعطافپذیر ارتعاشات را کمتر مهار میکند. برای مثال، ممکن است درجههای مختلف (G16 در مقابل G40) برای یک میللنگ یکسان اعمال شود، بسته به اینکه موتور روی عایقهای ارتعاشی الاستیک نصب شده باشد یا بهطور صلب.
نمونههایی از درجههای کیفیت متداول ترازو
| درجه G | حداکثر سرعت (میلیمتر بر ثانیه) | کاربردهای معمول |
|---|---|---|
| G 40 | ۴۰ میلیمتر بر ثانیه | چرخهای خودرو و رینگهای چرخ؛ میللنگها برای موتورهای احتراق داخلی کمسرعت (دور پایین). |
| G 16 | ۱۶ میلیمتر بر ثانیه | قطعات برای خردکنها و ماشینآلات کشاورزی؛ میلگاردانها؛ اجزای بزرگ ماشینهای عمومی با نیازهای متوسط. |
| G 6.3 | ۶٫۳ میلیمتر بر ثانیه | رتبهٔ استاندارد برای اکثر تجهیزات صنعتی: روتورهای موتور الکتریکی، پروانههای پمپ، فنها، توربوکامپرسورهای کمسرعت، ماشینآلات عمومی فرآیندی. G6.3 یکی از رایجترین رتبههایی است که مشخص میشود. |
| G 2.5 | ۲٫۵ میلیمتر بر ثانیه | روتورهای پرسرعت و با دقت بالا: توربینهای گازی و بخار، روتورهای توربوکامپرسور، محرکهای ماشینآلات ابزار، اسپیندلهای با دقت بالا و ماشینهای الکتریکی پرسرعت. |
| جی ۱.۰ | ۱.۰ میلیمتر بر ثانیه | ترازبندی بسیار دقیق برای مکانیزمهای دقیق: محرکهای ماشین سنگزنی، موتورهای الکتریکی کوچک و پرسرعت، و توربوشارژرهای خودرو. |
| G 0.4 | ۰.۴ میلیمتر بر ثانیه | بالاترین دقت تراز برای دستگاههای فوقالعاده حساس و پرسرعت: ژیروسکوپها، دوکهای دقیق (برای مثال در ماشینکاری دقیق یا تجهیزات میکروالکترونیک)، هارد دیسکها و سایر قطعاتی که به لرزش حداقلی نیاز دارند. |
توجه: مقدار سرعت به میلیمتر بر ثانیه در نامگذاری گرید، معادل حاصلضرب اعوجاج ویژه در سرعت زاویهای است: G = eبه ازای هر·ω. بنابراین، عدد G نشاندهنده سرعت محدودکننده حرکت مرکز جرم جابجا شده در حین عملکرد روتور است. در عمل، انتخاب درجه ممکن است بسته به نیازمندیهای خاص و شرایط عملیاتی تا یک سطح بالاتر یا پایینتر متفاوت باشد.
محاسبه عدم تعادل باقیمانده مجاز
با دانستن درجه G مورد نیاز، میتوانید حداکثر عدم توازن باقیمانده قابل قبول را محاسبه کنید—مقدار عدم توازنی که پس از بالانس بدون فراتر رفتن از درجه مشخصشده باقی میماند. استاندارد ISO فرمول زیر را ارائه میدهد:
یوبه ازای هر (g·mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
کجا:
- یوبه ازای هر — عدم توازن باقیمانده قابل قبول به گرم-میلیمتر (g·mm)
- جی — درجه کیفیت ترازو (میلیمتر بر ثانیه)
- m — جرم روتور (کیلوگرم)
- n — حداکثر سرعت عملیاتی (دور در دقیقه)
مثال: برای یک روتور با جرم ۱۰۰ کیلوگرم که با حداکثر سرعت ۳۰۰۰ دور در دقیقه میچرخد و باید تا درجه G6.3 بالانس شود، عدمتوازن باقیمانده مجاز عبارت است از:
یوبه ازای هر = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ ۲۰۰۵ سانتیمتر مکعب
این بدان معناست که برای این روتور بدون تجاوز از G6.3، مجموع عدم توازنی در حدود ۲۰۰۵ گرممیلیمتر مجاز است. در عمل، این عدم توازن باقیمانده بین سطوح اصلاح توزیع میشود. برای بالانس دوسطحی (داینامیک)، U محاسبهشدهبه ازای هر بین سطوح بهطور مساوی یا متناسب با پیکربندی روتور تقسیم میشود. بنابراین، تکنسین بالانس یک هدف عددی مشخص برای دستیابی دریافت میکند.
ترازبندی عملی و تجهیزات
برای دستیابی به درجه تعادل مورد نیاز در عمل، از تجهیزات ویژه استفاده میشود. در شرایط تولید، معمولاً از ماشینهای بالانس ثابت استفاده میشود که در آنها روتور چرخانده و اصلاح میشود تا نامتعادلی باقیمانده به حد مجاز برای درجه G انتخابشده کاهش یابد.
با این حال، در شرایط میدانی (مثلاً زمانی که لرزش در یک فن یا پمپ نصبشده از پیش وجود دارد)، میتوان از ابزارهای بالانس قابل حمل استفاده کرد. یک مثال آن است که Balanset-1A دستگاه—ویبرومتر-ترازکنندهٔ قابلحمل دوکاناله. این دستگاه امکان تراز دینامیکی تکصفحهای یا دوصفحهای را مستقیماً روی تجهیزات در محل (بدون نیاز به خارج کردن روتور) فراهم میکند.
شکل ۱: ویبرومتر-ترازوی قابلحمل Balanset-1A متصل به یک لپتاپ. این دستگاه جمعوجور شامل یک ماژول اندازهگیری الکترونیکی، دو حسگر لرزش و یک تاکومتر لیزری است که کنترل و محاسبه عدمتوازن آن توسط نرمافزار رایانهای انجام میشود.
شکل ۱: پنجرهٔ محاسبهٔ تلرانس در نرمافزار Balanset. این برنامه دارای یک ماشینحساب داخلی است که بهطور خودکار باقیماندهٔ عدمتعادل مجاز را بر اساس استانداردهای ISO 1940 و با توجه به جرم روتور، سرعت عملیاتی و درجهٔ G انتخابشده محاسبه میکند.
این دستگاه به یک لپتاپ متصل میشود، با استفاده از حسگرها و تاکوमीटर نوری ارتعاش و فاز عدم تعادل را اندازهگیری میکند و سپس نرمافزار بهطور خودکار وزنههای اصلاحی مورد نیاز را محاسبه میکند. از جمله ویژگیهای Balanset-1A محاسبه خودکار عدم تعادل مجاز طبق استاندارد ISO 1940 (ردههای G) است—خود دستگاه تعیین میکند که برای رسیدن به، برای مثال، رده G6.3 یا G2.5، ارتعاش باید تا چه سطحی کاهش یابد.
ابزارهای مدرن ترازسنجی مانند Balanset-1A دستیابی به درجه تراز مورد نیاز را سریعتر و قابلاطمینانتر میکنند. با استفاده از اصطلاحات استاندارد درجه G و محاسبات تلرانس داخلی، مهندسان و تکنسینها معیار موفقیتآمیز ترازسنجی را بهدقت میدانند. بدین ترتیب، استانداردسازی کیفیت تراز از طریق درجات G زبان مشترکی برای توصیف “نرمی” عملکرد یک روتور خاص و دستیابی به این سطح از قابلیت اطمینان ارتعاش با روشهایی که در سراسر جهان قابلدرک و راستیآزمایی هستند، فراهم کرده است.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 