חלק א': יסודות תיאורטיים ורגולטוריים של איזון דינמי

איזון דינמי בשטח הוא אחת הפעולות המרכזיות בטכנולוגיית התאמת הרטט, שמטרתה להאריך את חיי השירות של ציוד תעשייתי ולמנוע מצבי חירום. השימוש במכשירים ניידים כגון Balanset-1A מאפשר לבצע פעולות אלו ישירות באתר ההפעלה, תוך צמצום זמן השבתה ועלויות הכרוכות בפירוק. עם זאת, איזון מוצלח דורש לא רק את היכולת לעבוד עם המכשיר, אלא גם הבנה מעמיקה של התהליכים הפיזיקליים העומדים בבסיס הרטט, כמו גם ידע במסגרת הרגולטורית המסדירה את איכות העבודה.

עקרון המתודולוגיה מבוסס על התקנת משקולות ניסיון וחישוב מקדמי השפעה של חוסר איזון. במילים פשוטות, המכשיר מודד את הרטט (משרעת ופאזה) של רוטור מסתובב, ולאחר מכן המשתמש מוסיף באופן רציף משקולות ניסיון קטנות במישורים ספציפיים כדי "לכייל" את השפעת המסה הנוספת על הרטט. בהתבסס על שינויים במשרעת ובפאזה של הרטט, המכשיר מחשב אוטומטית את המסה הנדרשת ואת זווית ההתקנה של משקולות מתקנות כדי לבטל חוסר איזון.

גישה זו מיישמת את מה שנקרא שיטת שלוש ריצות לאיזון דו-מישורי: מדידה ראשונית ושתי ריצות עם משקולות ניסיון (אחת בכל מישור). לאיזון דו-מישורי, שתי ריצות מספיקות בדרך כלל - ללא משקולת ועם משקולת ניסיון אחת. במכשירים מודרניים, כל החישובים הדרושים מבוצעים באופן אוטומטי, מה שמפשט משמעותית את התהליך ומפחית את דרישות ההסמכה של המפעיל.

סעיף 1.1: פיזיקה של חוסר איזון: ניתוח מעמיק

בלב כל רטט בציוד מסתובב טמון חוסר איזון, או חוסר איזון. חוסר איזון הוא מצב שבו מסת הרוטור מחולקת באופן לא אחיד ביחס לציר הסיבוב שלו. פיזור לא אחיד זה מוביל להופעת כוחות צנטריפוגליים, אשר בתורם גורמים לרעידות של התומכים ושל מבנה המכונה כולו. ההשלכות של חוסר איזון שלא טופל יכולות להיות קטסטרופליות: החל מבלאי והרס מוקדמים של מיסבים ועד נזק ליסודות ולמכונה עצמה. לצורך אבחון וטיפול יעילים של חוסר איזון, יש צורך להבחין בבירור בין סוגיו.

סוגי חוסר איזון

חוסר איזון סטטי (מישור יחיד): סוג זה של חוסר איזון מאופיין בתזוזה של מרכז המסה של הרוטור במקביל לציר הסיבוב. במצב סטטי, רוטור כזה, המותקן על מנסרות אופקיות, תמיד יסתובב כאשר הצד הכבד כלפי מטה. חוסר איזון סטטי דומיננטי עבור רוטורים דקים בצורת דיסק שבהם יחס האורך-קוטר (L/D) קטן מ-0.25, לדוגמה, גלגלי השחזה או אימפלרים צרים של מאוורר. ביטול חוסר איזון סטטי אפשרי על ידי התקנת משקולת מתקנת אחת במישור תיקון אחד, מול קוטבי לנקודת הכבדה.

חוסר איזון זוגי (רגע): סוג זה מתרחש כאשר ציר האינרציה הראשי של הרוטור חותך את ציר הסיבוב במרכז המסה אך אינו מקביל לו. חוסר איזון זוגי יכול להיות מיוצג כשתי מסות לא מאוזנות שוות בגודלן אך בכיוון הפוך, הממוקמות במישורים שונים. במצב סטטי, רוטור כזה נמצא בשיווי משקל, וחוסר האיזון מתבטא רק במהלך הסיבוב בצורה של "נדנוד" או "תנודות". כדי לפצות על כך, נדרשת התקנה של לפחות שתי משקולות מתקנות בשני מישורים שונים, היוצרות מומנט פיצוי.

חוסר איזון דינמי: זהו הסוג הנפוץ ביותר של חוסר איזון בתנאים אמיתיים, המייצג שילוב של חוסר איזון סטטי וזוגי. במקרה זה, ציר האינרציה המרכזי הראשי של הרוטור אינו חופף לציר הסיבוב ואינו חותך אותו במרכז המסה. כדי לבטל חוסר איזון דינמי, יש צורך בתיקון מסה בשני מישורים לפחות. מכשירים דו-ערוציים כמו Balanset-1A תוכננו במיוחד כדי לפתור בעיה זו.

חוסר איזון קוואזי-סטטי: זהו מקרה מיוחד של חוסר איזון דינמי שבו ציר האינרציה הראשי חותך את ציר הסיבוב אך לא במרכז המסה של הרוטור. זהו הבחנה עדינה אך חשובה לאבחון מערכות רוטור מורכבות.

רוטורים קשיחים וגמישים: הבחנה קריטית

אחד המושגים הבסיסיים באיזון הוא ההבחנה בין רוטורים קשיחים וגמישים. הבחנה זו קובעת את האפשרות והמתודולוגיה של איזון מוצלח.

רוטור קשיח: רוטור נחשב קשיח אם תדירות הסיבוב שלו נמוכה משמעותית מתדירותו הקריטית הראשונה, והוא אינו עובר עיוותים אלסטיים משמעותיים (סטיות) תחת פעולת כוחות צנטריפוגליים. איזון רוטור כזה מתבצע בדרך כלל בהצלחה בשני מישורי תיקון. מכשירי Balanset-1A מתוכננים בעיקר לעבודה עם רוטורים קשיחים.

רוטור גמיש: רוטור נחשב גמיש אם הוא פועל בתדר סיבוב הקרוב לאחד התדרים הקריטיים שלו או עולה עליו. במקרה זה, סטיית הציר האלסטית הופכת דומה לתזוזת מרכז המסה ותורמת בעצמה באופן משמעותי לרעידות הכוללת.

לפני תחילת העבודה, חשוב ביותר לסווג את הרוטור על ידי קישור מהירות הפעולה שלו לתדרים קריטיים ידועים (או מחושבים). אם לא ניתן לעקוף את התהודה, מומלץ לשנות באופן זמני את תנאי ההרכבה של היחידה במהלך האיזון כדי להזיז את התהודה.

סעיף 1.2: מסגרת רגולטורית: תקני ISO

תקנים בתחום האיזון ממלאים מספר תפקידים מרכזיים: הם קובעים טרמינולוגיה טכנית אחידה, מגדירים דרישות איכות, וחשוב מכך, משמשים כבסיס לפשרה בין צורך טכני לבין היתכנות כלכלית.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): דרישות איכות לאיזון רוטורים קשיחים

תקן זה הוא המסמך הבסיסי לקביעת חוסר איזון שיורי מותר. הוא מציג את מושג דרגת איכות האיזון (G), התלויה בסוג המכונה ובתדירות סיבוב הפעולה שלה.

ציון איכות G: כל סוג של ציוד מתאים לדרגת איכות ספציפית שנשארת קבועה ללא קשר למהירות הסיבוב. לדוגמה, דרגה G6.3 מומלצת למכונות ריסוק, ו-G2.5 למארמטורות של מנועים חשמליים וטורבינות.

חישוב חוסר איזון שיורי מותר (U_לְכָל): התקן מאפשר חישוב של ערך חוסר איזון מותר ספציפי המשמש כאינדיקטור יעד במהלך האיזון. החישוב מתבצע בשני שלבים:

1. קביעת חוסר איזון ספציפי מותר (למשל_לְכָל) באמצעות הנוסחה:
   e לכל = (G × 9549) / n
   כאשר G הוא דרגת איכות האיזון (לדוגמה, 2.5), n הוא תדירות הסיבוב התפעולית, סל"ד. יחידת המידה עבור e_לְכָל הוא גרם·מ"מ/ק"ג או מיקרומטר.
2. קביעת חוסר איזון שיורי מותר (U_לְכָל) עבור הרוטור כולו:
   U לכל = e לכל × M
   כאשר M היא מסת הרוטור, ק"ג. יחידת המידה עבור U_לְכָל הוא g·mm.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): איזון במקום

תקן זה מווסת ישירות את תהליך איזון השדה.

יתרונות: היתרון העיקרי של איזון במקום הוא שהרוטור מאוזן בתנאי פעולה אמיתיים, על תומכיו ותחת עומס פעולה. זה לוקח בחשבון באופן אוטומטי את התכונות הדינמיות של מערכת התמיכה ואת השפעת רכיבי מערכת הצירים המחוברים.

חסרונות ומגבלות:

• גישה מוגבלת: לעיתים קרובות הגישה למישורי תיקון במכונה מורכבת קשה, מה שמגביל את האפשרויות להתקנת משקולות.
• צורך בהרצאות ניסיון: תהליך האיזון דורש מספר מחזורי "התחלה-עצירה" של המכונה.
• קושי בחוסר שיווי משקל חמור: במקרים של חוסר איזון התחלתי גדול מאוד, מגבלות על בחירת המישור ומסת המשקל המתקנת עשויות לא לאפשר השגת איכות האיזון הנדרשת.

חלק ב': מדריך מעשי לאיזון עם מכשירי Balanset-1A

הצלחת האיזון תלויה ביסודיות של עבודת ההכנה. רוב הכשלים אינם קשורים לתקלה במכשיר, אלא להתעלמות מגורמים המשפיעים על חזרתיות המדידה. עקרון ההכנה העיקרי הוא לשלול את כל מקורות הרטט האפשריים האחרים, כך שהמכשיר ימדוד רק את השפעת חוסר האיזון.

סעיף 2.1: יסודות ההצלחה: אבחון טרום איזון והכנת מכונה

שלב 1: אבחון רטט ראשוני (האם זה באמת חוסר איזון?)

לפני האיזון, כדאי לבצע מדידת רטט ראשונית במצב ויברמטר. לתוכנת Balanset-1A יש מצב "מד רטט" (כפתור F5) שבו ניתן למדוד את הרטט הכולל ובנפרד את הרכיב בתדר הסיבוב (1×) לפני התקנת משקולות כלשהן.

סימן קלאסי של חוסר איזון: ספקטרום התנודות צריך להיות נשלט על ידי שיא בתדר הסיבוב של הרוטור (שיא בתדר של פי 1 מסל"ד). אמפליטודת רכיב זה בכיוונים אופקיים ואנכיים צריכה להיות דומה, ואמפליטודות של הרמוניות אחרות צריכות להיות נמוכות משמעותית.

סימנים של פגמים אחרים: אם הספקטרום מכיל שיאים משמעותיים בתדרים אחרים (למשל, פי 2, פי 3 מסל"ד) או בתדרים שאינם מרובי תדרים, הדבר מצביע על קיומן של בעיות אחרות שיש לפתור לפני איזון.

שלב 2: בדיקה מכנית מקיפה (רשימת תיוג)

• רוטור: נקו היטב את כל משטחי הרוטור מלכלוך, חלודה וחומרים שנדבקו. אפילו כמות קטנה של לכלוך ברדיוס גדול יוצרת חוסר איזון משמעותי. בדקו אם אין אלמנטים שבורים או חסרים.
• מיסבים: בדקו את מכלולי המיסבים לאיתור משחק יתר, רעשים חיצוניים והתחממות יתר. מיסבים שחוקים לא יאפשרו קבלת קריאות יציבות.
• יסודות ומסגרת: ודא שהיחידה מותקנת על בסיס קשיח. בדוק את הידוק ברגי העיגון, היעדר סדקים במסגרת.
• לִנְהוֹג: עבור הנעות רצועות, בדקו את מתח הרצועה ומצבה. עבור חיבורי מצמד - כיוון הציר.
• בְּטִיחוּת: יש לוודא את נוכחותם ותקינותם של כל מגיני המגן.

סעיף 2.2: הגדרה ותצורה של המכשיר

התקנת חומרה

חיישני רטט (מדדי תאוצה):

• חברו את כבלי החיישן למחברי המכשיר המתאימים (למשל, X1 ו-X2 עבור Balanset-1A).
• התקן חיישנים על בתי המיסבים קרוב ככל האפשר לרוטור.
• תרגול מרכזי: כדי לקבל אות מקסימלי, יש להתקין חיישנים בכיוון שבו הרטט הוא מקסימלי. יש להשתמש בבסיס מגנטי חזק או בחיבור הברגה כדי להבטיח מגע קשיח.

חיישן פאזה (טכומטר לייזר):

• חבר את החיישן לכניסה המיוחדת (X3 עבור Balanset-1A).
• חבר חתיכה קטנה של סרט מחזיר אור לציר או לחלק מסתובב אחר של הרוטור.
• התקן את הטכומטר כך שקרן הלייזר תפגע ביציבות בסימון לאורך כל הסיבוב.

תצורת תוכנה (Balanset-1A)

• הפעל את התוכנה (כמנהל) וחבר את מודול ממשק ה-USB.
• עבור למודול האיזון. צור רשומה חדשה עבור היחידה המאוזנת.
• בחר סוג איזון: מישור אחד (סטטי) עבור רוטורים צרים או דו-מישורי (דינמי) עבור רוב המקרים האחרים.
• הגדירו מישורי תיקון: בחרו מקומות על הרוטור שבהם ניתן להתקין משקולות תיקון בבטחה.

סעיף 2.3: נוהל איזון: מדריך שלב אחר שלב

ריצה 0: מדידה ראשונית

• הפעל את המכונה והבא אותה למהירות פעולה יציבה. חשוב ביותר שמהירות הסיבוב תהיה זהה בכל הסיבובים הבאים.
• בתוכנית, התחל את המדידה. המכשיר ירשום ערכי אמפליטודה ופאזה ראשוניים של הרטט.

ריצה 1: משקל ניסיון במישור 1

• עצור את המכונה.
• בחירת משקל ניסיון: מסת משקולת הניסיון צריכה להיות מספיקה כדי לגרום לשינוי מורגש בפרמטרי הרטט (שינוי משרעת של לפחות 20-30% או שינוי פאזה של לפחות 20-30 מעלות).
• התקנת משקל ניסיון: חברו היטב את משקולת הניסיון המשוקללת ברדיוס ידוע במישור 1. רשמו את המיקום הזוויתי.
• הפעל את המכונה באותה מהירות יציבה.
• בצעו את המדידה השנייה.
• Stop the machine and הסר את משקולת הניסיון.

ריצה 2: משקל ניסיון במישור 2 (לאיזון דו-מישורי)

• חזור בדיוק על התהליך משלב 2, אך התקן את משקולת הניסיון במישור 2.
• התחל, מדידה, עצירה ו הסר את משקולת הניסיון.

חישוב והתקנה של משקולות תיקון

• בהתבסס על שינויים בווקטורים שנרשמו במהלך ניסויים, התוכנה תחשב באופן אוטומטי את המסה וזווית ההתקנה של המשקל המתקן עבור כל מישור.
• זווית ההתקנה נמדדת בדרך כלל ממיקום משקולת הניסיון בכיוון סיבוב הרוטור.
• חברו משקולות תיקון קבועות בצורה מאובטחת. בעת שימוש בריתוך, זכרו שגם לריתוך עצמו יש מסה.

ריצה 3: מדידת אימות ואיזון עדין

• הפעל את המכונה שוב.
• בצע מדידת בקרה כדי להעריך את רמת הרעידות השיוריות.
• השווה את הערך המתקבל עם הסבילות המחושבת לפי תקן ISO 1940-1.
• אם הרעידות עדיין חורגות מהסבילות, המכשיר יחשב תיקון "עדין" (טרימץ) קטן.
• לאחר השלמת הבדיקה, יש לשמור את הדוח ואת מקדמי ההשפעה לשימוש עתידי אפשרי.

חלק ג': פתרון בעיות ופתרון בעיות מתקדמים

סעיף זה מוקדש להיבטים המורכבים ביותר של איזון שדה - מצבים שבהם ההליך הסטנדרטי אינו מניב תוצאות.

סעיף 3.1: אבחון והתגברות על חוסר יציבות במדידה

סִימפּטוֹם: במהלך מדידות חוזרות ונשנות בתנאים זהים, קריאות האמפליטודה ו/או הפאזה משתנות באופן משמעותי ("ציפה", "קפיצה"). דבר זה הופך את חישוב התיקון לבלתי אפשרי.

שורש הבעיה: המכשיר אינו מתפקד בצורה לא תקינה. הוא מדווח במדויק שתגובת התנודה של המערכת אינה יציבה ובלתי צפויה.

אלגוריתם אבחון שיטתי:

• רפיון מכני: זוהי הסיבה השכיחה ביותר. בדוק את הידוק ברגי ההרכבה של בית המיסב, ברגי עיגון המסגרת. בדוק אם יש סדקים ביסודות או בשלדה.
• פגמי מיסב: מרווח פנימי מוגזם במיסבים מתגלגלים או שחיקה של קליפת המיסב מאפשר לציר לנוע בצורה כאוטית בתוך התמיכה.
• חוסר יציבות הקשור לתהליך:
  • אווירודינמי (מאווררים): זרימת אוויר טורבולנטית, הפרדת זרימה מהלהבים יכולים לגרום להשפעות כוח אקראיות.
  • הידראולי (משאבות): קוויטציה יוצרת זעזועים הידראוליים אקראיים חזקים המסתירים את האות המחזורי מחוסר איזון.
  • תנועת מסה פנימית (מכונות ריסוק, טחנות): חומר יכול להתפזר מחדש בתוך הרוטור, ולפעול כ"חוסר איזון נייד".
• תְהוּדָה: אם מהירות הפעולה קרובה מאוד לתדר הטבעי של המבנה, אפילו שינויים קלים במהירות גורמים לשינויים עצומים במשרעת ובפאזה של הרטט.
• השפעות תרמיות: כאשר המכונה מתחממת, התפשטות תרמית עלולה לגרום לכיפוף הציר או לשינויים ביישור.

סעיף 3.2: כאשר איזון אינו עוזר: זיהוי פגמי שורש

סִימפּטוֹם: הליך האיזון בוצע, הקריאות יציבות, אך הרטט הסופי נשאר גבוה.

שימוש במנתח ספקטרום לאבחון מבדל:

• אי יישור פיר: סימן עיקרי - שיא רעידות גבוה בתדר כפול 2 סל"ד. רעידות ציריות גבוהות אופייניות.
• פגמים במיסבים מתגלגלים: מתבטא ברעידות בתדר גבוה בתדרים אופייניים של "מיסב" (BPFO, BPFI, BSF, FTF).
• קשת פיר: מתבטא כשיא גבוה בפי 1 סל"ד אך לעיתים קרובות מלווה ברכיב מורגש בפי 2 סל"ד.
• בעיות חשמל (מנועים חשמליים): אסימטריה של שדה מגנטי יכולה לגרום לרעידות בתדירות כפולה מתדר האספקה (100 הרץ עבור רשת 50 הרץ).

שגיאות איזון נפוצות וטיפים למניעה

• איזון רוטור פגום או מלוכלך: יש לבדוק תמיד את מצב המנגנון לפני ביצוע איזון.
• משקל ניסיון קטן מדי: שאפו לכלל שינוי הרטט 20-30%.
• אי עמידה בקביעות המשטר: יש לשמור תמיד על מהירות סיבוב יציבה וזהה במהלך כל המדידות.
• שגיאות פאזה וסימן: יש לעקוב בקפידה אחר קביעת הזווית. זווית המשקולת המתקנת נמדדת בדרך כלל ממיקום משקולת הניסיון בכיוון הסיבוב.
• חיבור שגוי או אובדן משקל: יש להקפיד על המתודולוגיה - אם נדרשת הסרת משקולת הניסיון, הסירו אותה.

איזון בין סטנדרטים של איכות

חלק ד': שאלות נפוצות והערות יישום

סעיף 4.1: שאלות נפוצות כלליות (FAQ)

מתי להשתמש באיזון במישור אחד ומתי באיזון במישור שני?
השתמש באיזון חד-מישורי (סטטי) עבור רוטורים צרים בצורת דיסק (יחס אורך/רוחב) < 0.25). השתמש באיזון דו-מישורי (דינמי) עבור כמעט כל הרוטורים האחרים, במיוחד עם L/D > 0.25.

מה לעשות אם משקולת ניסיון גורמת לעלייה מסוכנת ברעידות?
עצור את המכונה מיד. משמעות הדבר היא שמשקולת הניסיון הותקנה קרוב לנקודת הכבדה הקיימת. הפתרון: הזז את משקולת הניסיון ב-180 מעלות ממיקומה המקורי.

האם ניתן להשתמש במקדמי השפעה שנשמרו עבור מכונה אחרת?
כן, אבל רק אם המכונה השנייה זהה לחלוטין - אותו דגם, אותו רוטור, אותו יסוד, אותם מיסבים. כל שינוי בקשיחות המבנית יהפוך אותם לבלתי תקינים.

כיצד להתחשב בפתחי מפתח? (ISO 8821)
נוהג סטנדרטי הוא להשתמש ב"חצי מפתח" בחורץ המפתח של הציר בעת איזון ללא החלק המחבר. זה מפצה על המסה של אותו חלק של המפתח שממלא את החריץ בציר.

סעיף 4.2: מדריך איזון לסוגי ציוד ספציפיים

מאווררים תעשייתיים ומפוחי עשן:

• בְּעָיָה: רגיש ביותר לחוסר איזון עקב הצטברות חומר על הלהבים או בלאי שוחק.
• Procedure: יש לנקות היטב את האימפלר לפני תחילת העבודה. יש לשים לב לכוחות אווירודינמיים שעלולים לגרום לחוסר יציבות.

משאבות:

• בְּעָיָה: האויב העיקרי - קוויטציה.
• Procedure: לפני האיזון, יש לוודא שולי קוויטציה מספיקים בכניסה (NPSHa). יש לבדוק שצינור היניקה אינו סתום.

מכונות ריסוק, טחינה ומכונות חיתוך:

• בְּעָיָה: בלאי קיצוני, אפשרות לשינויים גדולים בחוסר איזון עקב שבירה או בלאי של הפטיש.
• Procedure: בדקו את שלמותם וחיבורם של רכיבי העבודה. ייתכן שיידרש עיגון נוסף למסגרת המכונה.

ארמטורות למנוע חשמלי:

• בְּעָיָה: עשויים להיות מקורות רטט מכניים וחשמליים כאחד.
• Procedure: השתמשו במנתח ספקטרום כדי לבדוק אם יש רעידות בתדירות כפולה מתדר האספקה. נוכחותן מצביעה על תקלה חשמלית, לא על חוסר איזון.

סיכום

איזון דינמי של רוטורים במקום באמצעות מכשירים ניידים כגון Balanset-1A הוא כלי רב עוצמה להגברת האמינות והיעילות של תפעול ציוד תעשייתי. עם זאת, הצלחת הליך זה תלויה פחות במכשיר עצמו ויותר בהסמכת מומחה ויכולת ליישם גישה שיטתית.

עקרונות מרכזיים:

• ההכנה קובעת את התוצאה: ניקוי יסודי של הרוטור, בדיקת מצב המיסב והיסוד ואבחון ראשוני של רעידות הם תנאים הכרחיים לאיזון מוצלח.
• עמידה בתקנים היא הבסיס לאיכות: יישום תקן ISO 1940-1 הופך הערכה סובייקטיבית לתוצאה אובייקטיבית, מדידה ובעלת משמעות משפטית.
• המכשיר אינו רק מאזן אלא גם כלי אבחון: חוסר יכולת לאזן או חוסר יציבות בקריאה הם סימני אבחון חשובים המצביעים על בעיות חמורות יותר.
• הבנת פיזיקת תהליכים היא המפתח לפתרון משימות לא סטנדרטיות: הכרת ההבדלים בין רוטורים קשיחים וגמישים, והבנת השפעת התהודה, מאפשרים למומחים לקבל החלטות נכונות.

ביצוע ההמלצות המפורטות במדריך זה יאפשר למומחים טכניים לא רק להתמודד בהצלחה עם משימות אופייניות, אלא גם לאבחן ולפתור ביעילות בעיות מורכבות ולא טריוויאליות של רעידות של ציוד מסתובב.