הבנת חוסר האיזון הראשוני
הגדרה: מהו חוסר איזון ראשוני?
חוסר איזון ראשוני (נקרא גם חוסר איזון מקורי או חוסר איזון כפי שנמצא) הוא ה לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל מצב שקיים ברוטור לפני כל מְאַזֵן תיקונים יושמו. הוא מייצג את מצב הבסיס של הרוטור ונמדד במהלך הריצה הראשונה של הליך איזון. גודל ומיקום הזווית של חוסר האיזון הראשוני נקבעים על ידי מדידה רֶטֶט אמפליטודה ו שָׁלָב בעוד שהרוטור פועל במהירות האיזון שלו.
חוסר האיזון הראשוני הוא נקודת ההתחלה לכל חישובי האיזון ומספק את נקודת ההתייחסות שמולה נמדדת יעילות הליך האיזון. לאחר השלמת האיזון, כל חוסר איזון שנותר נקרא חוסר איזון שיורי.
מקורות חוסר איזון ראשוני
חוסר איזון ראשוני יכול לנבוע ממקורות רבים במהלך הייצור, ההרכבה והתפעול:
1. סבילות ייצור
אפילו עם ייצור מדויק, סימטריה מושלמת היא בלתי אפשרית. מקורות:
- שינויים בצפיפות החומר: חומר לא הומוגני או חללים ותכלילים פנימיים יוצרים אסימטריות מסה.
- סבילות עיבוד שבבי: סטיות קטנות מקונצנטריות מושלמת, כגון ריצה או אקסצנטריות, גורמות לחוסר איזון.
- וריאציות עובי דופן: ברוטורים יצוקים או מיוצרים, שינויים בעובי הדופן יוצרים פיזור מסה לא אחיד.
- נקבוביות ופגמים ביציקה: כיסי אוויר, הצטמקות או תכלילי סיגים ביציקות משפיעים על פיזור המסה.
2. שגיאות הרכבה ווריאציות
כאשר רוטורים מורכבים ממספר רכיבים, עלול להיווצר חוסר איזון:
- ערימת סובלנות: רכיבים בודדים עשויים להיות מאוזנים היטב, אך כאשר הם מורכבים, חוסר האיזון הקטן שלהם יכול להצטבר באופן וקטורי וליצור חוסר איזון מוחלט משמעותי.
- חיבורים עם מפתח: מפתחות, חורי מפתחות וספליינים יוצרים מטבעם אסימטריה.
- חורי ברגים וחיבורים: חורי ברגים שאינם מפוזרים באופן אחיד או מחברים חסרים/שונים יוצרים חוסר איזון.
- התאמות תרמיות והתאמות לחץ: רכיבים המצוידים בכווץ או בלחץ זה לזה עשויים שלא להיות קונצנטריים לחלוטין.
3. סיבות תפעוליות
חוסר איזון יכול להתפתח במהלך השירות, ולהתגבר ממצב האיזון המקורי של הרוטור:
- הצטברות חומרים: הצטברות של לכלוך, אבק, אבנית או חומר תהליך על להבי המאוורר, האימפלרים או משטחי הרוטור.
- שחיקה ובלאי: אובדן חומר לא אחיד עקב שחיקה, קורוזיה או קוויטציה.
- חלקים שבורים או חסרים: להבי מאוורר אבדו, להבי אימפלר שבורים, או רכיבים שהתנתקו ממקומם.
- דֵפוֹרמַצִיָה: כיפוף, עיוות או דפורמציה פלסטית כתוצאה מפגיעות, התחממות יתר או עומס יתר.
- רכיבים רופפים: חלקים שהתרופפו וזזו ממקומם.
4. פעילויות תחזוקה ותיקון
באופן אירוני, עבודות תחזוקה עלולות לפעמים לגרום לחוסר איזון:
- החלפת רכיבים בחלקים בעלי מסה או פיזור מסה שונה
- תיקוני ריתוך המוסיפים מסה בצורה אסימטרית
- עיבוד חוזר או עיבוד שבבי המסיר חומר באופן לא אחיד
- צביעה או ציפוי המיושמים באופן לא אחיד
כיצד נמדד חוסר איזון ראשוני
חוסר איזון ראשוני נמדד כמותית במהלך מדידה ראשונה של הליך איזון:
פרמטרי מדידה
- משרעת רטט: גודל רכיב הרטט פי 1 (פעם לסיבוב), הנמדד בדרך כלל במ"מ/שנייה, אינץ'/שנייה או מיל. זה קשור ישירות לחומרת חוסר האיזון.
- זווית פאזה: המיקום הזוויתי של הנקודה הכבדה, הנמדד במעלות יחסית לנקודת ייחוס (בדרך כלל מזוהה על ידי מפתח-פאזור אוֹ טכומטר). זווית הפאזה מציינת היכן נמצאת המסה הלא מאוזנת.
- Speed: מהירות הסיבוב שבה נלקחות המדידות, שכן כוח חוסר איזון תלויה במהירות.
ייצוג וקטורי
חוסר איזון ראשוני מיוצג כווקטור "O" (לדוגמה: "מקורי") עם גודל וכיוון. וקטור זה מוצג בדרך כלל על עלילת הקוטב, היכן:
- אורך הווקטור מייצג את משרעת הרטט
- זווית הווקטור מייצגת את הפאזה (מיקום הנקודה הכבדה)
חשיבות בתהליך האיזון
מדידת חוסר האיזון הראשונית משרתת מספר פונקציות קריטיות:
1. קו בסיס לתיקונים
כל חישובי האיזון מתייחסים לחוסר האיזון הראשוני. מטרת האיזון היא להוסיף משקולות תיקון שמייצרים וקטור רטט שווה והפוך לווקטור חוסר האיזון ההתחלתי, ובכך מבטלים אותו.
2. הערכת חומרה
גודל חוסר האיזון הראשוני מצביע על חומרת הבעיה ועוזר לקבוע:
- האם יש צורך באיזון או שיש לטפל תחילה בבעיות מכניות אחרות
- הגודל המתאים של משקולות ניסיון להשתמש
- האם ניתן לתקן את חוסר האיזון בניסיון איזון יחיד או שדרוש מספר חזרות
3. מעקב אחר התקדמות
על ידי השוואת חוסר האיזון הראשוני ל חוסר איזון שיורי לאחר יישום תיקונים, ניתן לכמת את יעילות הליך האיזון. עבודת איזון טובה בדרך כלל מפחיתה את הרטט ב-70-90% או יותר מהרמה ההתחלתית.
4. חישוב מקדם השפעה
ב- שיטת מקדם ההשפעה, וקטור חוסר האיזון ההתחלתי מופחת מוקטור הרטט שנמדד במהלך ריצת משקולת הניסיון כדי לבודד את השפעת משקולת הניסיון: T = (O+T) – O, כאשר O הוא חוסר האיזון ההתחלתי ו-T הוא אפקט משקולת הניסיון.
קשר לחוסר איזון שיורי
המטרה הסופית של איזון היא להפחית את חוסר האיזון הראשוני לרמה נמוכה ומקובלת של חוסר איזון שיורי. הקשר הוא:
- חוסר איזון ראשוני: התנאי של "לפני"
- תִקוּן: תהליך האיזון והתקנת המשקולות
- חוסר איזון שיורי: תנאי ה"אחרי"
באופן אידיאלי, חוסר האיזון השיורי צריך להיות פחות מ-10-30% מחוסר האיזון ההתחלתי, כאשר היעד הספציפי תלוי בדרישות איכות האיזון של הרוטור לפי תקנים כמו תקן ISO 21940-11.
רמות חוסר איזון ראשוניות אופייניות
גודל חוסר האיזון הראשוני משתנה במידה רבה בהתאם לסוג הציוד ולהיסטוריית השירות:
רוטורים חדשים או מאוזנים לאחרונה
רטט נע בדרך כלל בין 0.5 ל-2.0 מ"מ/שנייה (0.02 עד 0.08 אינץ'/שנייה) עבור מכונות תעשייתיות. נתון זה מייצג תנאי איזון טובים עד מקובלים.
רוטורים לא מאוזנים במידה בינונית
רעידות בטווח של 2.0 עד 7.0 מ"מ/שנייה (0.08 עד 0.28 אינץ'/שנייה) מצביעות על כך שהרוטור צריך להיות מאוזן בקרוב. זהו מצב נפוץ בציוד הדורש תחזוקה שוטפת.
רוטורים לא מאוזנים בצורה קשה
רעידות מעל 7.0 מ"מ/שנייה (0.28 אינץ'/שנייה) מצביעות על חוסר איזון חמור הדורש טיפול מיידי. הדבר עלול לנבוע מלהב חסר, הצטברות כבדה או נזק משמעותי לרכיב.
הערה: ערכים אלה הם הנחיות כלליות למכונות תעשייתיות אופייניות. רמות מקובלות ספציפיות תלויות בסוג המכונה, גודלה, מהירותה וההרכבה שלה, כפי שמוגדר בתקנים כגון ISO 20816.
תיעוד ודיווח
יש לתעד תמיד מדידות חוסר איזון ראשוניות כחלק מתיעוד האיזון:
- אמפליטודת ופאזה של הרטט בכל נקודת מדידה
- מהירות פעולה במהלך המדידה
- תאריך וזיהוי ציוד
- כל סיבה גלויה לחוסר איזון שצוינה במהלך הבדיקה
תיעוד זה מספק תיעוד היסטורי של מצב הרוטור ומסייע בזיהוי מגמות לאורך זמן, כגון האם חוסר האיזון גובר בהדרגה עקב גורמים תפעוליים.