بالانس استاتیکی در ماشین آلات صنعتی چه کاربردی دارد؟

 استاندارد 1925 ISO بالانس استاتیکی در ماشین آلات را به صورت زیر تعریف میکند: بالانس استاتیکی جميع مراحلی است که جهت تنظیم توزیع جرمی یک جسم دوار صلب جهت اطمینان از قرارگیری نابالانسی استاتیکی باقیمانده در محدوده قابل قبول صورت می پذیرد.

به عنوان یک قاعده، بالانس استاتیکی برای روتورهای دیسکی شکل کافی بوده به شرطی که دیسک مورد نظر دقیقأ عمود بر محور شفت واقع شده و هرگونه ارتعاش ناشی از ساختار مربوطه و یا طرح مورد اجراء ناچیز باشد.

مقادیر حدی که بر اساس آن بتوان یک جزء گردنده را دیسک شکل در نظر آورد و یا محدوده ارتعاشات مجاز به سادگی قابل تعیین شدن نیستند. چنانچه پس از انجام عملیات بالانس، هرگونه شبهه ای نسبت به صحت و سقم پروسه طی شده وجود داشته باشد، ارتعاشات با فرکانس پایه (ناشی از نابالانسی باقیمانده) بایستی در هر دو یاتاقان جهت ارزیابی امکان ناکافی بودن بالانس استاتیکی یا تک صفحه ای آزمایش شده و در این حالات نیاز به انجام بالانس با کیفیت بالاتر احساس می شود.

آماده سازی و نکاتی در باب اندازه گیری (Preparation & hints for the measurment)

پیش از شروع به انجام مراحل بالانس، نکات ذیل بایستی به دقت مورد توجه قرار گیرند.

انتخاب صفحه تصحيح(Selecting the correction plane)

تصحیح نابالانسی در بالانس روتورها می تواند با افزودن جرم (پیچ کردن، جوشکاری یا چسباندن جرم اضافی) یا برداشتن جرم (سوراخکاری، فرزکاری و یا سنگ زنی) در صفحه تصحیح روتور صورت پذیرد.

در حالت بالانس استاتیکی استفاده از اجرام تصحیح کننده در یک صفحه شعاعی کافی به نظر می رسد، این صفحه، همان صفحه مرکز جرم روتور است. چنانچه تعیین موقعیت دقیق صفحه به هر دلیل امکان پذیر نباشد و یا به دلیل ساختار روتور و نحوه قرارگیری آن و یا سایر دلایل فنی، استفاده از این صفحه مناسب به نظر نرسد، جرم تصحیح کننده بایستی به دو جرم تقسیم شده و بر دو صفحه شعاعی دیگر بر روتور واقع شود.

صفحه (صفحات) تصحیح باید پیش از اقدام به مراحل بالانس روتورها انتخاب شوند، علاوه بر آن، صفحات انتخابی باید پیش از اقدام به بالانس جهت افزودن و یا برداشتن اجرام تصحيح آماده سازی شوند.

انتخاب نقطه و جهت اندازه گیری

در اکثریت موارد، نقاط محل قرارگیری یاتاقانها یا به عبارتی، صفحات یاتاقانها جهت اندازه گیری و آنالیز ارتعاشات نابالانسی انتخاب می شوند. به عنوان یک قانون ارتعاشات مطلق یاتاقانی” که در پوسته ماشین آلات مشاهده می شود در این نقاط اندازه گیری می شوند، گرچه در پاره ای موارد می توان ارتعاشات شفت را نیز اندازه گیری نمود و در خلال رویه بالانس از اطلاعات حاصله استفاده کرد. این ارتعاشات بایستی با استفاده از سنسورهای جابجایی از نوع جریان گردابی (eddy current) که به صورت غیر تماسی (non – contacting) هستند، اندازه گیری شوند.

برای اندازه گیری بالانس استاتیکی کافی است که ارتعاشات تنها در یک صفحه شعاعی که صفحه اندازه گیری (Measuringplane) نامیده می شود محاسبه شوند. این صفحه بایستی تا حد امکان به صفحه تصحیح نزدیک باشد.

چنانچه روتور مورد بحث و یاتاقانهای مربوطه کاملا متقارن قرار گرفته باشند می توان اندازه گیری را در یاتاقان سمت چپ یا راست انجام داد. در صورت بروز هر گونه شبهه، صفحه ای که بیشترین ارتعاش پایه در آن رخ می دهد انتخاب می شود.

قواعد پایه برای انتخاب جهت اندازه گیری نیز مشابه است. ارتعاشات نابالانسی را می توان در صفحه اندازه گیری و در جهت دلخواه شعاعی اندازه گرفت.

برای مطالعه بیشتر می توانید مقاله تفاوت بالانس استاتیکی و دینامیکی چیست؟ را از این قسمت ببینید.

انتخاب سمتی که بزرگترین ارتعاش پایه در آن جهت رخ می دهد توصیه می شود. در بسیاری از دستگاه ها این جهت افقی است اما چنانچه بدین امر مشکوک باشید، جهت انتخاب سمت و سوی درست، نیازمند اندازه گیری مجدد و آزمایش خواهید بود.

بکارگیری سنسورهای ارتعاشی

می توان از سنسور ارتعاشي الكترودینامیکی و یا پیزوالکتریک جهت اندازه گیری در آنالیز ارتعاشات در نقطه از پیش تعیین شده استفاده کرد. این سنسورها ممکن است به شیوه های ذیل مورد استفاده قرار گیرند

• دستی با مدد گرفتن از پروب (probe)
• استفاده از پایه مغناطیسی
• پیچ و مهره کردن پایه سنسور به دستگاه

مشخص کردن زاویه و سرعت مرجع

یک نقطه به عنوان مرجع زاویه و سرعت باید مابین وسیله اندازه گیری و جزء گردنده تحت بالانس انتخاب شود. عمدتأ سنسور فتوالکتریک جهت تشخیص نقطه مرجع بر روی روتور یا قسمتی از ماشین آلات که با همان سرعت روتور دوران میکند (مثلا قرقره یا کوپلینگ) بدون تماس با روتور یا اجزاء دیگر نصب می شود..

می توان از انواع مختلف ذیل جهت شناسایی علامت مرجع استفاده نمود:

•  تکه ای از فویل آلومینیومی به پهنای حداقل ۵ میلی متر (Light mark)
• چسب برق یا تکه نوار چسب با پهنای حداقل ۵ میلی متر بر قسمت تمیز و براق محور روتور (Dark mark)
• هرگونه علامتی اختیاری که تمایز آشکاری مابین سطوح براق و مات پدید آورد.

چنانچه سیگنال مرجع تنظیم شود، مرجع زاویه ای که جهت انتقال موقعیت حقیقی زاویه اندازه گیری شده بر روتور، مابین دستگاه بالانس و جسم دواربسیار حایز اهمیت است شناسایی خواهد شد.

اینکه سنسور در هردو دوران روتور تنها یک پالس را مخابره کند (مثلا تنها یک علامت مرجع بر روی روتور قرار گرفته باشد) و اینکه پالس مورد نظر بتواند به وضوح قابل تشخیص باشد بسیار مهم خواهد بود.

نمایشگر سرعت بر روی دستگاه بالانس استاتیکی مشخص خواهد کرد که آیا پالس مرجع به اندازه کافی قوی بوده یا خیر و اینکه سنسور مرجع به درستی موقعیت علامت گذاری شده را پوشش می دهد؟ چنانچه نمایشگر سرعتی در هنگام ثابت بودن سرعت روتور، ثابت و پایدار باقی بماند، می توان فرض کرد که علامت مرجع کاملا واضح مخابره می شود.

موقعیت محیطی علامت مرجع چندان مهم نیست. آنچه از اهمیت بی شائبه ای برخوردار است این است که موقعیت روتور حين بالانس تغییر نکند.

انتخاب سرعت بالانس استاتیکی (Selecting the balance speed)

بالانس بایستی در سرعت کارکرد (Service speed) روتور انجام شود. در مورد روتورهای باسرعت متغیر یا روتورهایی که سرعت آنها به طور پلهای تغییر می یابد، حداکثر ممکن سرعت بایستی انتخاب شود. روتورهایی با مقادیر نابالانسی بسیار زیاد در ابتدا بایستی در دور کم بالانس شده، سپس جهت تکمیل فرآیند بالانس (Trimn Balancing) در سرعت کاری خود تحت بالانس قرار گیرند.

سرعت انتخاب شده نبایستی در محدوده سرعت تشدید واقع بوده و بایستی برای هر مرتبه انجام بالانس، یکی باشد. نمایش ارتعاشات قابل ملاحظه در سرعت بالانس می تواند منتهی به خطای اندازه گیری شده که بر کیفیت و دقت بالانس تأثیر خواهد نهاد. هرچقدر تغییرات سرعت بیشتر بوده و سرعت بالانس به محدوده تشدید نزدیکتر باشد، خطاهای اندازه گیری بیشتر خواهند شد.

تنظیم دستگاه در بالانس استاتیکی (Setting up the machine)

در روش بالانس استاتیکی ، ماشین آلات را می توان در حالت کارکرد یا به صورت خوابیده (مثلا در شرایط تست) یا درحالیکه برروی فنرهایی نصب شده یا توسط فنرهایی آویزان شده باشد تنظیم نمود. تنظیم دستگاه یا تعلیق ماشین ماشین آلات بایستی امکان دریافت مشابه نتایج آزمایش در شرایط معین را به دست دهد.

قابلیت نمایش مجدد مقادیر آزمایشی می تواند با افزودن چند مرحله دیگر به فرآیند آزمایش، بررسی شود. چنانچه مقادیر به دست آمده، تفاوت فاحشی (بالای ۱۰٪ یا ۲۰٪) نسبت به مرحله قبل نشان دادند، اتصال ماشین آلات به سازه تعلیق جهت رفع هرگونه لقی، مجددا بازرسی شود.

اجرام آزمایشی و تصحیحی(Trial & correction weights)

اجرام آزمایشی جهت مشخص ساختن ارتباط مابين نابالانسی و ارتعاشات پدیده آمده، به طور موقت بر صفحات تصحیح روتور، در حین دوران افزوده می شوند. در روش بالانس استاتیکی یا تک صفحه ای تنها یک جرم آزمایشی مورد نیاز می باشد. اجرام آزمایشی پیش از شروع به انجام مراحل بالانس تهیه شده و به طور نمونه می تواند به صورت واشر یا دیسک، میله صاف و یا  اجرام کلمپ شده باشند.

جرم آزمایشی بالانس استاتیکی ، بایستی آنقدر بزرگ باشد که بتواند تفاوتی فاحش را در مقادیر اندازه گیری شده نابالانسی نشان دهد. تعیین مقدار حقیقی جرم آزمایشی در ابتدا ممکن نیست و بدین جهت استفاده از مجموعه ای از اجرام آزمایشی جهت تعیین مقدار قابل قبول توصیه می شود.

بهترین شیوه جهت امتحان صحت مقدار جرم آزمایشی می تواند انجام آزمایش باشد.

در پاره ای از موارد جرم آزمایشی می تواند به عنوان جرم تصحیحی نیز بکار رود و در نتیجه جایگاه آن به طور دائمی بر روتور حفظ خواهد شد.

شاید افزودن اجرام آزمایشی و تصحیحی بر روتور به جای باربرداری سوراخکاری و یا سنگ زنی سطح روتور نه تنها ساده تر بلکه دقیق تر نیز باشد، مگر آنکه به دلایل خاص (مثلا ایمنی) افزودن جرم امکان پذیر نباشد.

اندازه گیری و تصحیح نابالانسی (Measuring & correcting the unbalance)

پروسه اندازه گیری نابالانسی و تعیین جرم وزنه های تصحیح در مورد فن یک واحد نمونه تهویه مطبوع تشریح خواهد شد. از تحلیل فرکانسی مشخص شده که فن نابالانس است و به دلایل اقتصادی، بالانس آن تنها حین کارکرد واحد امکان پذیر می باشد.

آماده سازی در بالانس استاتیکی (Preparation)

پس از استقرار دستگاه قابل حمل بالانس در محل ، زاویه و فاز مرجع مشخص می شود. تکه ای از یک نوار شب نما به لبه خارجی قرقره چسبانده شده و جهت دوران نیز علامت گذاری می شود.

با استفاده از پایه مغناطیسی، سنسور فتوالکتریکی نصب شده و به گونه ای تنظیم می شود که نور لامپ، منعکس شده از نوار شب نما مستقیما توسط دیود نوری قابل ردیابی باشد.

علاوه بر آن، سنسور ارتعاشی نیز توسط آهن ربا روی صفحه اندازه گیری مشروح نصب می شود. در این حالت سنسور شتاب (پیزو الکتریک) نیز مورد استفاده قرار می گیرد، اما چنانچه از سنسور ارتعاشی الکترودینامیک استفاده کنیم، نتایج مشابهی به دست خواهند آمد. سپس سنسور مرجع و سنسور ارتعاشی با استفاده از کابلهای مربوطه به دستگاه بالانس متصل می شوند.

عدم تعادل استاتیکی

نابالانسی استاتیک به عنوان فعالیتی است که از طریق مرکز جرم روتور تعریف می شود و طبق تعریف می توان آن را در یک مکان واحد با افزودن یا حذف مواد در راستای مرکز جرم اصلاح کرد. ضمنا در این تعریف این واقعیت وجود دارد که محور جرم موازی با محور یاتاقان باقی می ماند. عدم تعادل استاتیکی را می توان بدون چرخاندن روتور تشخیص داد.
تعادل بر روی لبه های چاقو می تواند عدم تعادل استاتیکی را تصحیح کند، اما بدون هیچ گونه اندازه گیری کیفی مقدار باقیمانده عدم تعادل – بستگی به اصطکاک، باد، قطر شفت، جرم روتور و غیره دارد. اکثر بالانس‌های تک صفحه‌ای بر روی ماشین‌های بالانس دوار (گریز از مرکز) انجام می‌شود و متعادل کننده های غیر چرخشی (گرانشی) برای تولید روتورهایی با حجم بالا با تحمل زیاد استفاده می شود.