بالانس دینامیکی در محل بادافزار چگونه انجام می شود؟

بالانس دینامیکی که جزئی از دانش بالانس است و از مهمترین مسایل در صنعت ماشین آلات و پروانه ها داشتن مهارت و علم بالانس و نابالانسی آن است. وجود ارتعاشات و نابالانسی در بالانس روتورها و یا جسم دوار  باعث کاهش عمر یاتاقان ها و فن ها می شود که منجر به افزایش سروصدا و کارکرد نادرست قطعات می شود. 

تیم بالانس شرکت بادافزار با داشتن تیم متخصص در زمینه بالانس در محل و تجربه بالا توانسته است دستگاه سانتریفیوژ و سایر ماشین آلات را با دقت بالا بالانس می کند و گواهی مربوط به بالانس پروانه فن را در محل صادر می نماید. 

تعریف بالانس دینامیکی

بالانس دینامیکی یا دو صفحه ای در استاندارد 1925 ISO بدینگونه آورده شده است:

رویه ای که در آن توزیع جرمی روتور صلب جهت اطمینان از قرارداشتن مقدار نابالانسی دینامیکی پس ماند مربوطه، در محدوده معین با استفاده از شیوه های مربوطه انجام می شود.

به عنوان یک قانون، بالانس دینامیکی فن در مورد روتورهای بلند صلب (Long shiaped) و دیسک شکل که تلرانسهای بالانس مربوطه را نمی توان با انجام فرآیند بالانس استاتیکی به دست آورد، لازم و ضروری می باشد.

آماده سازی و توصیه هایی در باب اندازه گیری(Preparations & advice for measurements)

قبل از بالانس دو صفحه ای، نکات ذیل باید قابل توجه قرار گیرند:

انتخاب صفحات بالانس

 جهت بالانس دینامیکی، تصحیح نابالانسی بایستی در دو صفحه شعاعی روتور صورت پذیرد. به علاوه توصیه می شود که صفحات انتخابی کاملا مجزا از یکدیگر در نظر گرفته شوند و به عنوان نمونه در نظرگرفتن صفحات انتهایی روتورها توصیه می شود.  می توان نابالانسی دینامیکی را به گونه ای تقسیم نمود که بخش «استاتیک» آن در صفحه مرکز جرم و «نابالانسی جفت» آن در هر دو صفحه شعاعی دیگر تصحیح شود.

انتخاب صفحات و جهت اندازه گیری

ارتعاشات نابالانسی را می توان با استفاده از سنسورهای ارتعاش یاتاقانها و یا سنسورهای ارتعاشات شفت که با سطح دوار تماس ندارند اندازه گیری نمود.

بالانس دینامیکی تجهیزات دوار  به دو صفحه اندازه گیری نیاز دارد. چنانچه امکان پذیر باشد صفحات یاتاقانی برای این منظور در نظر گرفته می شوند.

جهت شعاعی که در آن بیشترین ارتعاشات رخ می دهد بایستی به عنوان جهت اندازه گیری در نظر گرفته شود. معمولا این جهت، افقی در نظر آورده می شود.

قطعات قابل بالانس توسط دستگاه بالانس دینامیکی در محل

• روتورهای توربین بخار و توربین های گازی
• روتورهای پمپ های گریز از مرکز
• روتورهای کمپرسورهای سانتریفوژ
• انواع پروانه های پمپ و کمپرسور
• انواع فن و دمنده ها
• انواع چرخدنده ها
• انواع پولی، فلایویل و درام ها
• درایو شافت
• انواع الکتروموتور ها
• انواع غلطک ها و رولرها
• تجهیزات دوار در صنایع نفت، گاز ، پتروشیمی و نیروگاهی
• کلیه محورهای گردنده دستگاههای صنعتی در کارخانجات سیمان , فولاد , صنایع کاغذ , نساجی , صنایع هوائی و …

نابالانسی دینامیکی

عدم تعادل پویا ترکیبی عمومی از عدم تعادل استاتیکی و دینامیکیی است. نکته کلیدی در مورد عدم تعادل دینامیکی در یک روتور صلب این است که تمام عدم تعادل های تصادفی در سرتاسر روتور – خروجی، حفره های عمیق تر از بقیه، فضاهای خالی در مواد، تغییرات در محاسبات آماری و غیره را می توان با هم ترکیب کرد و به دو توده اصلاحی با جداسازی محوری از پیش تعیین شده تقسیم کرد.

مکان ها، جمع بندی بردارها از عدم تعادل نتیجه ای را به دست می آورد که نشان دهنده نیروها (یا ارتعاش) در یاتاقان ها است و می تواند به صورت ریاضی به جرم های مناسب در صفحات اصلاح ترجمه شود. تلرانس ها مربوط به نیروهای وارد بر یاتاقان ها است اما اصلاح مربوط به صفحات دیگر است. اندازه گیری عدم تعادل ابتدا به ما می گوید که آیا در محدوده تحمل است یا نیاز به اصلاح دارد. در صورت نیاز به اصلاح، باید بدانیم چه مقدار ماده باید اضافه یا حذف شود و باید مکان محوری و شعاعی برای افزودن یا حذف مواد را بدانیم.

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

در ادامه، ترتیب مراحل اندازه گیری نابالانسی و تعیین اجرام تصحیحی در مورد دستگاه فن سانتریفوژ که قرار است در شرایط نصب کامل آن بالانس شود شرح داده خواهد شد.

ترتیب قرارگیری (Arrangement)

به دلیل شکل سانتریفوژ (بلند و رول شکل) از بالانس دوصفحه ای جهت کاهش نابالانسی روتور و ارتعاشات فرکانس پایه در هر دو صفحه یاتاقان تا حد مجاز استفاده می شود.صفحات انتهایی به عنوان صفحات تصحیح، صفحات یاتاقانها به عنوان صفحات اندازه گیری و جهت افقی به عنوان جهت اندازه گیری انتخاب می شوند.

از یک سنسور فتوالکتریک جهت ردیابی یک تکه از نوار شب نمای چسبانیده شده بر روی قرقره و جهت فراهم ساختن سیگنال مرجع زاویه ای و سرعتی استفاده میشود.

اندازه گیری نابالانسی اولیه (Measuring the initial unbalance)

دستگاه سانتریفوژ در سرعت نامی کاری خود راه اندازی شده و ارتعاشات نابالانسی اولیه در هر دو صفحه یاتاقانها اندازه گیری و ذخیره می شوند، نتایج سپس به عنوان گزارش بالانس چاپ خواهند شد.

اضافه کردن وزنه های آزمایشی (Attaching the trial weights)

دستگاه سانتریفوژ خاموش شده و وزنه های آزمایشی در صفحه تصحيح A اضافه می شوند. این وزنه آزمایشی برارتعاشات نامیزان صفحات اندازه گیری ۱ و ۲ اثر خواهد داشت. بنابراین پس از رسیدن به سرعت کارکرد، ارتعاشات نابالانسی بایستی مجددا در هر دو صفحه اندازه گیری، اندازه گرفته شوند.

سپس وزنه آزمایشی واقع در صفحه تصحیح 1 برداشته شده و همان وزنه آزمایشی و یا هر وزنه آزمایشی دیگری به صفحه تصحیح 2 اضافه می شود. پس از رسیدن به سرعت کارکرد، ارتعاشات نابالانسی مجددا در هر دو صفحه آزمایش اندازه گرفته شده و مقادیر لازم جهت انعکاس در گزارش بالانس ذخیره می شوند.

سپس سانتریفوژ خاموش شده و وزنه آزمایشی برداشته می شود. تمامی اطلاعات راجع به نابالانسی دینامیکی روتور درون حافظه دستگاه ذخیره شده است. ارزیابی بیشتر اجرام تصحيح موردنیاز حال به مدد شیوه های گرافیکی یا با استفاده از رایانه امکان پذیر خواهد بود.

ارزیابی گرافیکی در روش بالانس دینامیکی

همانند بالانس تک صفحه ای، مقادیر اندازه گیری شده را می توان با استفاده از شیوه های محاسبه گرافیکی در بالانس دینامیکی یا دو صفحه ای  نیز بکار گرفت، اگرچه این شیوه گران بوده و نیازمند تجربه فراوان و دقت عمل فوق العاده جهت حفظ کارآئی مطلوب می باشد.

به همین خاطر روش گرافیکی جهت محاسبه اجرام تصحيح جای خود را به شیوه های رایانه ای داده، پیشرفتهای اخیر کابران را قادر ساخته است تا با استفاده از ماشین حسابهای جیبی قابل برنامه ریزی یا با استفاده از دستگاه بالانس که دارای محاسبه گر داخلی می باشند، نتایح مطلوب را ظرف مدت چند ثانیه محاسبه نمایند.

ارزیابی کامپیوتر در نحوه بالانس دینامیکی

 در ارزیابی کامپیوتری اجرام تصحيح، ریزپردازنده، معادله ای با چهار مجهول ذیل را حل می کند:

• مقدار و زاویه فاز جرم تصحیح برای صفحه 1
• مقدار و زاویه فاز جرم تصحیح برای صفحه 2

 نتایج حاصل، که در دستگاههای پیشرفته تنها ظرف مدت چند ثانیه محاسبه می شوند.

تصحیح نابالانسی و چک کردن نابالانسی پس ماند

پس از آنکه وزنه های تصحیحی بر روتور چسبانیده شدند، دستگاه موردنظر جهت تعیین نابالانسی پس ماند، مجددا راه اندازی می شود (Check run). این بار دستگاه بالانس جهت بهبود هرچه بیشتر کیفیت بالانس، دو جرم تصحیحی دیگر را پیشنهاد می کند.

می توان تا هر کجا که لازم باشد مراحل اصلاح بالانس و آزمایش کارکرد روتور را انجام داد. عموما نامیزانی اولیه در بالانس دینامیکی یا دو صفحه ای  می تواند به نسبت۵:۱ تا ۱۰:۱ در هر یک از مراحل تصحیح کاهش یابد.

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

تلرانسهای بالانس دینامیکی در محل (Balancing tolerances)  

تمامی آنچه در مورد شیوه های ارزیابی و اندازه گیری مقاله بالانس تک صفحه ای بیان کردیم در مورد تلرانسهای بالانس دوصفحه ای نیز صادق هستند.

بایستی دقت کرد که به هنگام ارزیابی کیفیت بالانس بر مبنای  VDI 2060 یا 1940 ISO  میزان نابالانسی پس ماند مجاز، U_per، بین دو صفحه تصحيح به تساوی تقسیم شود. قوانین لازمه جهت توزیع دقیق نابالانسی پس ماند مجاز، بر مبنای هندسه روتور به تفصیل در فهرست مراجع آورده شده اند.

ارزیابی ارتعاشات مکانیکی بر مبنای 2056 VDI یا 2372 ISO برای روتورهایی که در یک یا دو صفحه بالانس می شوند مشابه می باشد.

بالانس دینامیکی مجدد (Repeat balancing)

با مدد گرفتن از مقادیر ذخیره شده، «بالانس دینامیکی یا دو صفحه ای » مقرون به صرفه تر و سریعتر از «بالانس تک صفحه ای» می باشد، چرا که عملا دو تست آزمایشی از مراحل بالانس حذف شده اند.

فرآیند بالانس مجدد و پیش شرطهای مربوط در روتورهایی که به بالانس دینامیکی یا دو صفحه ای  نیاز دارند همانند توضیحات در مقاله بالانس استاتیکی  شرح داده شده می باشد.

حالات خاص بالانس در محل(Special cases of field balancing)

مواردی خاص که در مورد استاندارد بالانس دینامیکی عملا پدیدار می شوند مشابه حالات مشروح در بالانس تک صفحه ای می باشند. موارد زیر را می توانید در مقاله بالانس استاتیکی مطالعه کنید.  

• نمایش ناپایدار مقادیر بر صفحه نمایش.
• مقادیر نشان داده شده تکرارپذیر نیستند.
• رفتار ارتعاشی غیرخطی
• وزنه های آزمایشی و بردارهای آزمایشی.
• بروز اشکال در روند تبدیل اجرام تصحيح
• بالانس با استفاده از سنسور جریان گردابی
• استفاده از سنسور جریان گردابی یا القائی به عنوان سنسور مرجع.

بالانس شبه دو صفحه ای

چنانچه روتوری نابالانسی استاتیکی داشته باشد و با استفاده از رویه های بالانس دوصفحه ای» بالانس شود، مقادير و محل قرارگرفتن اجرام تصحيح کننده که توسط رایانه مشخص می شوند . می توانند اشتباه باشند.

ارتعاشات نامیزانی اولیه، در هر دو یاتاقان اندازه گیری شده، وزنه های آزمایشی تک تک به صفحات تصحيح چسبانیده می شوند و مقادیر اجرام تصحیح کننده توسط دستگاه بالانس محاسبه می شوند.

اجرام تصحیحی محاسبه شده بسیار بزرگ بوده و بایستی تقریبا ۱۸۰ نسبت به یکدیگر چسبانیده شوند که این امر نشانگر نابالانسی کوپل قابل ملاحظه ای خواهد بود.

بررسی ها نشان میدهد که:

بردار آزمایشی و بردار اثر (Influence vector) در هر صفحه اندازه گیری تقریبا در یک جهت واقع شده اند و این بردارها طول تقریبا یکسان دارند.

تلرانسهای مجاز بالانس و ارتعاشی را می توان در هر دو صفحه اندازه گیری تنها با چسبانیدن یک جرم تصحیح در یک صفحه تصحیح به دست آورد. از اینجا مسلم می شود که روتور تنها نابالانسی استاتیکی داشته و جهت کاهش نامیزانی به حد قابل قبول، بالانس تک صفحه ای کفایت میکند.

سوالی که در اینجا مطرح می شود این است که چرا نتایج ارزیابی کامپیوتری چنین انحراف بزرگی را نشان می دهند؟

دلیل این امر را می توان کمی مقادير و اختلاف اندک مابین بردارهای اثر و آزمایش دانست.

این اختلافات جزئی در منطق برنامه دستگاه بالانس به عنوان نابالانسی جفت تعبیر شده و به واسطه فاصله اندک مابین دو صفحه تصحیح برنامه بایستی با چسبانیدن اجرام خیلی بزرگ و در قطر مخالف جرم تصحیح کننده ابتدایی اثر آنها را خنثی نماید.

نیز بایستی توجه نمود، چنانچه نابالانسی استاتیکی در همان صفحه مرکز جرم كل مجموعه روتور قرار نداشته باشد اثر نابالانسی استاتیکی باعث پدیداری نابالانسی جفت ناچیزی به شفت شده که این بار نیز به واسطه فاصله اندک مابین دو صفحه بالانس، جهت خنثی کردن آثار ناشی از آن، دستگاه بالانس مقادیر بزرگی از اجرام تصحیح کننده را پیشنهاد می کند.

بنابراین مبنای خطا دراین حالات از این حقیقت ناشی می شود که برای روتور دیسک شکل باریکی که تنها مسأله بالانس تک صفحه ای برای آن وجود دارد، شیوه های تصحیح معمول خدمات بالانس دینامیکی را به کار برده ایم. چنانچه در بکارگیری هریک از حالات مشروح شک و شبهه ای یافت شود، ساده ترین راه حل جهت حذف مسائل ناشی از ” نابالانسی شبه دو صفحه ای” ترسیم نتایج حاصله از اندازه گیری به طور گرافیکی و مقایسه اجرام تصحیح محاسبه شده می باشد.