درک متعادل‌سازی چند صفحه‌ای
تعریف: بالانس چند صفحه‌ای چیست؟
متعادل‌سازی چند صفحه‌ای پیشرفته ای است متعادل کردن روشی که از سه یا بیشتر استفاده می‌کند صفحات اصلاحی در طول روتور توزیع شده تا به سطوح ارتعاش قابل قبول دست یابد. این تکنیک برای موارد زیر ضروری است: روتورهای انعطاف‌پذیر- روتورهایی که در حین کار به دلیل سرعت بالای یک یا چند دور، به طور قابل توجهی خم یا منعطف می‌شوند. سرعت‌های بحرانی.
در حالی که متعادل‌سازی دو صفحه‌ای اگرچه برای اکثر روتورهای صلب کافی است، اما بالانس چند صفحه‌ای این اصل را گسترش می‌دهد تا اشکال انحراف پیچیده (اشکال مد) را که روتورهای انعطاف‌پذیر در سرعت‌های بالا از خود نشان می‌دهند، در خود جای دهد.
چه زمانی متعادل‌سازی چند صفحه‌ای مورد نیاز است؟
بالانس چند صفحه‌ای در چندین موقعیت خاص ضروری می‌شود:
۱. روتورهای انعطاف‌پذیر که در سرعت‌های بالاتر از بحرانی کار می‌کنند
رایج‌ترین کاربرد برای روتورهای انعطاف‌پذیر— روتورهای بلند و باریکی که با سرعت‌هایی بالاتر از سرعت بحرانی اول (و گاهی اوقات دوم یا سوم) خود کار می‌کنند. مثال‌ها عبارتند از:
- روتورهای توربین بخار و گاز
- شفت‌های کمپرسور با سرعت بالا
- رول‌های ماشین کاغذسازی
- روتورهای ژنراتور بزرگ
- روتورهای سانتریفیوژ
- اسپیندل‌های پرسرعت
این روتورها در حین کار دچار خمیدگی قابل توجهی می‌شوند و شکل انحراف آنها بسته به سرعت چرخش و اینکه کدام حالت تحریک می‌شود، تغییر می‌کند. دو صفحه اصلاح برای کنترل ارتعاش در تمام سرعت‌های کاری کافی نیستند.
۲. روتورهای صلب بسیار بلند
حتی برخی از روتورهای صلب، اگر نسبت به قطرشان بسیار بلند باشند، ممکن است از سه یا چند صفحه اصلاح برای به حداقل رساندن ارتعاش در چندین محل یاتاقان در امتداد شفت بهره ببرند.
۳. روتورهایی با توزیع جرم پیچیده
روتورهایی با چندین دیسک، چرخ یا پروانه در موقعیت‌های محوری مختلف ممکن است نیاز به بالانس جداگانه هر عنصر داشته باشند که منجر به یک روش بالانس چند صفحه‌ای می‌شود.
۴. وقتی متعادل‌سازی دو صفحه‌ای ناکافی از آب در می‌آید
اگر تلاش برای متعادل‌سازی دو صفحه‌ای، ارتعاش را در مکان‌های اندازه‌گیری شده یاتاقان کاهش دهد اما ارتعاش در مکان‌های میانی در امتداد روتور (مانند انحراف در وسط دهانه) همچنان بالا باشد، ممکن است به صفحات اصلاحی اضافی نیاز باشد.
چالش: دینامیک روتور انعطاف‌پذیر
روتورهای انعطاف‌پذیر چالش‌های منحصر به فردی را ایجاد می‌کنند که بالانس چند صفحه‌ای را پیچیده می‌کند:
شکل‌های حالت
وقتی یک روتور انعطاف‌پذیر از یک ... عبور می‌کند سرعت بحرانی, ، در یک الگوی خاص به نام شکل مد ارتعاش می‌کند. مد اول معمولاً خم شدن شفت را در یک قوس صاف نشان می‌دهد، مد دوم یک منحنی S شکل با یک نقطه گره در وسط را نشان می‌دهد و مدهای بالاتر شکل‌های پیچیده‌تری را نشان می‌دهند. هر مد نیاز به توزیع وزن اصلاحی خاصی دارد.
رفتار وابسته به سرعت
پاسخ عدم تعادل یک روتور انعطاف‌پذیر با سرعت به طرز چشمگیری تغییر می‌کند. اصلاحی که در یک سرعت به خوبی کار می‌کند، ممکن است در سرعت دیگری بی‌اثر یا حتی نتیجه‌ی معکوس داشته باشد. بالانس چند صفحه‌ای باید کل محدوده‌ی سرعت عملیاتی را در نظر بگیرد.
اثرات جفت‌شدگی متقاطع
در بالانس چند صفحه‌ای، یک وزنه اصلاحی در هر صفحه، ارتعاش را در تمام نقاط اندازه‌گیری تحت تأثیر قرار می‌دهد. با سه، چهار یا تعداد بیشتری صفحه اصلاحی، روابط ریاضی به طور قابل توجهی پیچیده‌تر از بالانس دو صفحه‌ای می‌شوند.
روش متعادل‌سازی چند صفحه‌ای
این رویه، مدت زمان را افزایش می‌دهد. روش ضریب نفوذ مورد استفاده در بالانس دو صفحه‌ای:
مرحله ۱: اندازه‌گیری‌های اولیه
ارتعاش را در چندین نقطه در طول روتور (معمولاً در هر یاتاقان، و گاهی در نقاط میانی) در سرعت عملیاتی مورد نظر اندازه‌گیری کنید. برای روتورهای انعطاف‌پذیر، ممکن است لازم باشد اندازه‌گیری‌ها در چندین سرعت انجام شود.
مرحله 2: تعریف صفحات اصلاح
صفحات اصلاح N را که می‌توان وزنه‌ها را به آنها اضافه کرد، شناسایی کنید. این صفحات باید در طول روتور و در مکان‌های قابل دسترس مانند فلنج‌های کوپلینگ، رینگ‌های چرخ یا حلقه‌های تعادل مخصوص توزیع شوند.
مرحله ۳: تکرارهای متوالی وزنه‌برداری آزمایشی
انجام N اجرای آزمایشی، هر کدام با ... وزن آزمایشی در یک صفحه اصلاح. به عنوان مثال، با چهار صفحه اصلاح:
- اجرای ۱: وزنه آزمایشی فقط در صفحه ۱
- مرحله ۲: وزنه آزمایشی فقط در صفحه ۲
- مرحله ۳: وزنه آزمایشی فقط در صفحه ۳
- مرحله ۴: وزنه آزمایشی فقط در صفحه ۴
در طول هر اجرا، ارتعاش را در تمام مکان‌های حسگر اندازه‌گیری کنید. این یک ماتریس ضریب تأثیر کامل ایجاد می‌کند که نحوه تأثیر هر صفحه اصلاح بر هر نقطه اندازه‌گیری را شرح می‌دهد.
مرحله ۴: محاسبه وزن‌های اصلاحی
نرم‌افزار متعادل‌سازی، دستگاهی از N معادله همزمان (که در آن N تعداد صفحات اصلاح است) را برای محاسبه بهینه حل می‌کند. وزنه‌های اصلاحی برای هر صفحه. این محاسبه از جبر ماتریسی استفاده می‌کند و انجام دستی آن بسیار پیچیده است - نرم‌افزار تخصصی ضروری است.
مرحله ۵: نصب و تأیید
تمام وزنه‌های اصلاح محاسبه‌شده را به‌طور همزمان نصب کنید و سطوح ارتعاش را تأیید کنید. برای روتورهای انعطاف‌پذیر، تأیید باید در کل محدوده سرعت عملیاتی انجام شود تا از ارتعاش قابل قبول در تمام سرعت‌ها اطمینان حاصل شود.
تعادل مودال: یک رویکرد جایگزین
برای روتورهای بسیار انعطاف‌پذیر، یک تکنیک پیشرفته به نام متعادل‌سازی مودال می‌تواند مؤثرتر از بالانس چند صفحه‌ای مرسوم باشد. بالانس مودال به جای سرعت‌های خاص، حالت‌های ارتعاشی خاص را هدف قرار می‌دهد. با محاسبه وزن‌های اصلاحی که با شکل‌های حالت طبیعی روتور مطابقت دارند، می‌توان با تعداد دفعات آزمایش کمتر به نتایج بهتری دست یافت. با این حال، این روش نیاز به ابزارهای تحلیل پیشرفته و درک عمیق از دینامیک روتور دارد.
پیچیدگی و ملاحظات عملی
بالانس چند صفحه‌ای به طور قابل توجهی پیچیده‌تر از بالانس دو صفحه‌ای است:
تعداد دفعات اجرای آزمایشی
تعداد آزمایش‌های مورد نیاز با تعداد صفحات به صورت خطی افزایش می‌یابد. یک ترازوی چهار صفحه‌ای به چهار آزمایش به علاوه‌ی آزمایش‌های اولیه و تأیید نیاز دارد - در مجموع شش شروع و توقف. این امر باعث افزایش هزینه، زمان و فرسودگی دستگاه می‌شود.
پیچیدگی ریاضی
حل مسئله برای N وزن اصلاحی نیازمند معکوس کردن یک ماتریس N×N است که از نظر محاسباتی فشرده است و اگر اندازه‌گیری‌ها نویز داشته باشند یا صفحات اصلاحی در موقعیت نامناسبی قرار گرفته باشند، می‌تواند از نظر عددی ناپایدار باشد.
دقت اندازه‌گیری
از آنجا که متعادل‌سازی چند صفحه‌ای به حل معادلات همزمان زیادی متکی است، خطاهای اندازه‌گیری و نویز تأثیر بیشتری نسبت به متعادل‌سازی دو صفحه‌ای دارند. حسگرهای با کیفیت بالا و جمع‌آوری دقیق داده‌ها ضروری هستند.
دسترسی به صفحه اصلاح
پیدا کردن N مکان قابل دسترس و موثر برای صفحات اصلاح می‌تواند چالش برانگیز باشد، به خصوص در ماشین‌هایی که در ابتدا برای بالانس چند صفحه‌ای طراحی نشده‌اند.
تجهیزات و نرم‌افزارهای مورد نیاز
متعادل‌سازی چند صفحه‌ای مستلزم موارد زیر است:
- نرم‌افزار پیشرفته‌ی بالانسینگ: قادر به مدیریت ماتریس‌های ضریب تأثیر N×N و حل دستگاه‌های معادلات برداری پیچیده.
- حسگرهای لرزش چندگانه: حداقل N حسگر (یکی برای هر محل اندازه‌گیری) توصیه می‌شود، اگرچه برخی از دستگاه‌ها می‌توانند با تغییر مکان حسگرها بین هر اجرا، با حسگرهای کمتری کار کنند.
- تاکومتر/فازور کلیدی: ضروری برای دقت فاز اندازه‌گیری.
- پرسنل باتجربه: پیچیدگی بالانس چند صفحه‌ای نیازمند تکنسین‌هایی با آموزش پیشرفته در دینامیک روتور و تحلیل ارتعاش است.
کاربردهای معمول
بالانس چند صفحه‌ای در صنایعی با ماشین‌آلات پرسرعت، روشی استاندارد است:
- تولید برق: مجموعه‌های بزرگ توربین-ژنراتور بخار و گاز
- پتروشیمی: کمپرسورهای گریز از مرکز پرسرعت و توربواکسپندرها
- خمیر و کاغذ: رول‌های خشک‌کن بلند ماشین کاغذ و رول‌های تقویم
- هوافضا: روتورها و توربوماشین‌های موتور هواپیما
- تولید: اسپیندل‌های ماشین ابزار با سرعت بالا
در این کاربردها، سرمایه‌گذاری در بالانس چند صفحه‌ای با توجه به اهمیت تجهیزات، عواقب خرابی و افزایش راندمان عملیاتی ناشی از کار با حداقل لرزش، توجیه می‌شود.
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 