تبلیغات
وبلاگ مهندسی مکانیک - بالانس ماشین های دوار

 




نوشته شده توسط : سهیل پوررحیمی

نابالانسی یکی از عوامل اصلی ایجاد ارتعاش در ماشین های دوار است. البته این عیب معمولاً با عیوب معمول دیگری همچون لقی یاتاقان ها که می تواند در اثر ادامه کار ماشین با نابالانسی بیش از حد بوجود آید و یا با مشکلاتی همچون کمانش روتور یا ناهمراستایی می تواند همراه شود یا اشتباه تشخیص داده شود. عموماً انجام یک بالانس موفق بستگی به شناسایی و تفکیک این عوامل از یکدیگر بستگی دارد که خود به تجربه و تجهیزات مورد استفاده بستگی خواهد داشت.

آخرین مرحله ساخت یک روتور عملیات بالانس است که معمولاً در کارگاه و روی ماشین بالانس صورت می گیرد. علاوه براین معمولاً مسائلی همچون سایش غیر یکنواخت، تغییر شکل روتور، انجام تعمیرات روی روتور، جرم گیری و جدا شدن موضعی آنها، ایجاد کمانش در شافت و .. باعث تغییر بالانس روتور در طول دوره کارکرد آن شده و لرزش ماشین را افزایش می دهد. معمولاً این نوع نابالانسی ها را در محل روتور بدون باز کردن آن با اندازه گیری لرزش و فاز حرکت یاتاقانهای روتور و انجام محاسبات بالانس انجام می دهند و تحت عنوان بالانس در محل نام برده می شود.

تصویر 1- بالانس در محل و در کارگاه


تعریف نابالانسی

بطور کلی نابالانسی از عدم انطباق محور مرکز ثقل (نه فقط مرکز ثقل) یک روتور بر محور دوران آن روتور بوجود می آید. عوامل ایجاد نابالانسی را می توان بصورت خلاصه زیر برشمرد:

الف) عوامل ناشی از تولید

  • خارج از مرکزی - خارجی و داخلی
  • وجود حفره های ریخته گری
  • عدم تقارن قطعات بعلت نوع کاربرد
  • انطباق های خارج از مرکز
  • انحراف مرکز ثقل بدلیل لقی شافت و سوراخ
  • کلید
  • حرکت نسبی قطعات دوار مانند مکانیزم ها


ب) عوامل ناشی از کار روتور

  • جرم گرفتن غیر یکنواخت
  • سایش غیر یکنواخت
  • کمانش روتور
  • تعمیر روتور بصورتی که جرمی به آن اضافه یا کم شود.
  • شوک های حرارتی (جوشکاری و ..)
  • جابجایی یا انباشت مواد در فضاهای خالی
  • ترک ها
  • تغییر شکل های ناشی از آزاد شدن تنش های درونی
  • .....

براساس شکل و میزان این عدم انطباق، نابالانسی های بسیار متنوعی ایجاد می گردد که عواملی همچون انعطاف پذیری روتور، طول و شعاع روتور و نحوه توزیع جرم در طول روتور و شدت نابالانسی که خود با توان دوم سرعت چرخشی روتور متناسب است در تعیین نوع نابالانسی تاثیر گذار است. عملیات بالانس که برای ایجاد انطباق بین محور دوران روتور با محور مرکز ثقل روتور صورت می گیرد می تواند طیف وسیعی از بالانس استاتیکی ساده تا بررسی رفتار دینامیکی روتور و بالانس در خلاً را شامل شود.

در هر صفحه از روتور می توان نابالانسی را بصورت خارج از مرکزی مرکز ثقل آن صفحه از روتور نسبت به محور دوران در نظر گرفت. این مقدار نابالانسی را می توان با جرم m در شعاع r معادل در نظر گرفت و جرم بالانس را در مقابل آن نصب نمود یا همین مقدار را از آن محل کم نمود تا عملیات بالانس صورت گیرد.

 

تصویر 2- تعریف نابالانسی

 

تعداد صفحات بالانس

تعداد صفحاتی که باید بعنوان صفحه بالانس انتخاب شود بسته به نوع روتور متفاوت است. بر این اساس انواع بالانس بصورت زیر قابل تعریف است:

1-      بالانس روتورهای صلب

  1. بالانس تک صفحه ای
  2. بالانس دو صفحه ای
  3. بالانس چند صفحه ای

2-      بالانس روتورهای انعطاف پذیر

  1. تقریب با روتورهای صلب
  2. بالانس مودال
  3. بالانس در خلا

بطور کلی روتورهایی که زیر سرعت بحرانی اول روتور کار می کنند بعنوان روتورهای صلب شناخته می شوند و روتورهایی که هنگام راه اندازی حداقل از اولین فرکانس بحرانی خود عبورکنند تحت عنوان روتور های انعطاف پذیر شناخته می شوند مانند بسیاری از توربوماشین های بزرگ یا پر سرعت.

اغلب روتورهای معمول در صنعت از نوع روتورهای صلب هستند که ساده ترین آنها روتورهای تک صفحه ای می باشد. این روتورها عرض بسیار کمتری نسبت به قطر روتور دارند. در این نوع روتورها می توان مرکز ثقل را متمرکز در یک نقطه در نظر گرفت. روتورهای صلبی که طول قابل ملاحظه ای نسبت به قطر دارند ( بیشتر از یک هفتم قطر) نمی توان از یک نقطه برای تعریف مرکز ثقل استفاده نمود.

 

تصویر 3- صفحات بالانس

 

بنابراین برای تعریف مرکز ثقل حداقل لازم است دو نقطه تعریف شود و این دو مرکز ثقل محور مرکز ثقل را بوجود می آورد. در این حالت برای بالانس نیاز است حد اقل دو صفحه اصلاحی اختیار شود و عملیات بالانس دو صفحه ای برای منظور استفاده می شود.

 

تصویر 4- نابالانسی دینامیکی

 

در بعضی از روتورهای صلب اگر چه خود روتور بصورت دو صفحه ای قابل بالانس است اما وجود بیش از دو یاتاقان برای روتور (مانند میل لنگ اتومبیل) الزام بالانس در صفحات بیشتر (به ازاء هر یاتاقان اضافی یک صفحه اضافه می شود) بوجود می آید. در این صورت نیاز به بالانس چند صفحه ای می باشد.

بالانس روتورهای انعطاف پذیر یکی از چالش های اصلی موضوع بالانس است. این نوع روتورها را ممکن است بتوان در بعضی موارد خاص با تقریب روتورهای صلب و با عملیات بالانس در محل بالانس نمود، اما برای اجرای یک عملیات بالانس کامل نیاز به انجام بالانس مودال است. در این روش باید رفتار دینامیکی روتور شناسایی شود یعنی توزیع سختی، میرایی، جرم روتور و تکیه گاه های آن مشخص و فرکانس های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی روتورو مجموعه ماشین شناسایی گردد.

اگر چه بالانس مودال را می توان در محل روتور با شناسایی رفتار دینامیکی روتور و دسترسی به صفحات مودال بالانس انجام داد، اما معمولاً بعد از انجام تعمیرات روی روتورهای سنگین برای ایمنی و اطمینان لازم است روتور توسط سیستم های بالانس در خلا با احتیاط بالانس گردد تا دسترسی بهتری به صفحات اصلاحی مودال فراهم باشد و علاوه براین از عملکرد قطعات تعمیراتی پس از کار روتور در بالای سرعت کاری اطمینان حاصل گردد.

 

بالانس استاتیکی و دینامیکی

هر بالانس تک صفحه ای را می توان بعنوان یک بالانس استاتیکی در نظر گرفت و به روشهای استاتیکی با ارزیابی اثر ثقلی نابالانسی مقدار و محل آن را شناسایی و اصلاح نمود. اما در روتورهای پر سرعت و یا سنگین بعلت اثرات مقاومت اصطکاک و .. امکان این ارزیابی بصورت دقیق وجود ندارد. در این حالت لازم است با اندازه گیری اثر نیروی گریز از مرکز روتور را به روش دینامیکی بالانس نمود.

نابالانسی های دو صفحه ای به بالا را نمی توان به روش استاتیکی بالانس نمود و لازم است با اندازه گیری اثر نیروی نابالانسی که می تواند لرزش تکیه گاه های روتور باشد روتور را بالانس نمود.

هر نابالانسی دو صفحه ای یک نابالانسی دینامیکی است که از دو جزء نابالانسی کوپل و نابالانسی استاتیکی تشکیل می گردد. یک نابالانسی کوپل از دو نابالانسی یکسان اما با 180 درجه اختلاف جهت و در دو صفحه دور از هم تشکیل می گردد.

در مواردی که یک نابالانسی دینامیکی به روش استاتیکی بالانس شود، تنها جزء نابالانسی استاتیکی آن اصلاح شده و نابالانسی کوپل آن باقی می ماند. در این حالت معمولاً ارتعاش دو یاتاقان نگهدارنده روتور به اندازه 180 درجه اختلاف فاز دارد.


تصویر 5- نابالانسی استاتیکی+کوپل=دینامیکی

 

ماشین بالانس

برای بالانس دینامیکی یک روتور لازم است با استفاده از ماشین بالانس و در کارگاه بالانس عملیات بالانس را برای روتور انجام داد. معمولاً روتورها در آخرین مرحله تولید به کارگاه بالانس ارسال می گردند و یا در آخرین مرحله خط تولید ماشین بالانس اختصاصی تولیدی عملیات تکمیلی بالانس را برای قطعه یا روتور تولید شده انجام می دهد. بنابراین با توجه به نوع روتور انواع ماشین های بالانس مختلف تولیدی و عمومی و ویژه تولید شده و انواع آن تاریخچه بسیار مفصلی دارد.

ماشین های بالانس عمومی امروزی در دو طرح اصلی یاتاقان ثابت و یاتاقان معلق تولید می گردند. ماشین های یاتاقان ثابت با یکبار کالیبره شدن قادر است سایر روتورها را نیز بالانس کند اما ماشین های یاتاقان معلق باید برای هر روتور کالیبره گردد (با استفاده از جرم آزمایشی). اما  ماشین های یاتاقان ثابت نیاز به سرعت های دورانی بالاتر برای دستیابی به دقت های بالاتر دارند در صورتی که ماشین های یاتاقان معلق در سرعت های دورانی پایین نیز از دقت نسبتاً بالایی برخوردار هستند، بنابراین محرک این نوع روتورها انرژی کمتری مصرف می کند.

امروزه سیستم های محاسباتی کلیه ماشین های بالانس بصورت دیجیتالی بوده و توسط برنامه های کامپیوتری محاسبات بالانس و پس پردازش های مورد نیاز بالانس، ذخیره سازی و گزارش گیری عملیات صورت می گیرد.

 

تصویر 6- ماشین های بالانس

 

بالانس در محل

خارج کردن یک روتور از ماشین و ارسال به کارگاه بالانس مخصوصاً در ماشین های بزرگ می تواند همراه با صرف هزینه های گزاف و افزایش زمان توقف ماشین و کاهش تولید باشد. بهترین روش در این حالت انجام بالانس در محل بدون باز کردن روتور است. در این حالت یاتاقان ها و تکیه گاه های روتور نقش ماشین بالانس را بازی کرده و با اندازه گیری دامنه و فاز حرکت این یاتاقان ها و محاسبه تاثیر میزان جرم نابالانس روی دامنه و فاز لرزش با اعمال یک جرم نابالانسی آزمایشی مشخص، تناسب لرزش با نابالانسی بدست آمده و امکان تعیین مقدار و موقعیت نابالانسی فراهم می گردد. به این روش بالانس در محل می گویند و امروزه درصد بسیار بزرگی از ماشین ها در کارخانجات تولیدی به این روش بالانس می شوند البته به شرطی که امکان دسترسی به روتور برای اعمال جرم و یا برداشتن جرم از روی روتور فراهم باشد. این روش معمولاً بعد از تعمیرات یا نابالانس شدن روتور پس از مدتی کار کردن انجام می گردد و روتورهای تولیدی در هر صورت باید در آخرین مرحله تولید روی ماشین بالانس مناسب، بالانس شوند.

بالانسر های امروزی عمدتاً با تکیه بر قابلیت های میکروپروسسورها علاوه بر اینکه دامنه و فاز را بصورت آنالوگ اندازه گیری می کنند، دارای ویژگی های پردازش دیجیتال برای انجام عملیات فیلترینگ، معدل گیری، محاسبات بالانس، نمایش گرافیکی مقادیر، پس پردازش های بالانس و ذخیره سازی و گزارش گیری و ثبت در کامپیوتر می باشند. در بسیاری از تجهیزات ویژگی بالانسر با دستگاه های آنالیزر ارتعاش و دیتا کالکتورها نیز جمع شده است.

بالانس در محل در شرایط معمول یک روش مشخص و نسبتاً ساده است، اما در بسیاری از موارد ممکن است نیاز به در نظر گرفتن ملاحظات خاصی باشد که تجربه کافی را طلب می نماید. مخصوصاً در روتورهای سنگین و سرعت بالا که رفتار دینامیکی مجموعه روتور و ماشین تاثیر قابل ملاحظه ای در پاسخ نابالانسی روتور دارد.

 

تصویر 7- بالانس در محل




:: مرتبط با: پروژه,جزوه و تحقیق مهندسی ,
:: برچسب‌ها: نابالانسی یکی از عوامل اصلی ایجاد ارتعاش در ماشین های دوار است. البته این عیب معمولاً با عیوب معمول دیگری همچون لقی یاتاقان ها که می تواند در اثر ادامه کار ماشین با نابالانسی بیش از حد بوجود آید و یا با مشکلاتی همچون کمانش روتور یا ناهمراستایی می تواند همراه شود یا اشتباه تشخیص داده شود. عموماً انجام یک بالانس موفق بستگی به شناسایی و تفکیک این عوامل از یکدیگر بستگی دارد که خود به تجربه و تجهیزات مورد استفاده بستگی خواهد داشت. آخرین مرحله ساخت یک روتور عملیات بالانس است که معمولاً در کارگاه و روی ماشین بالانس صورت می گیرد. علاوه براین معمولاً مسائلی همچون سایش غیر یکنواخت , تغییر شکل روتور , انجام تعمیرات روی روتور , جرم گیری و جدا شدن موضعی آنها , ایجاد کمانش در شافت و .. باعث تغییر بالانس روتور در طول دوره کارکرد آن شده و لرزش ماشین را افزایش می دهد. معمولاً این نوع نابالانسی ها را در محل روتور بدون باز کردن آن با اندازه گیری لرزش و فاز حرکت یاتاقانهای روتور و انجام محاسبات بالانس انجام می دهند و تحت عنوان بالانس در محل نام برده می شود. تصویر 1- بالانس در محل و در کارگاه تعریف نابالانسی بطور کلی نابالانسی از عدم انطباق محور مرکز ثقل (نه فقط مرکز ثقل) یک روتور بر محور دوران آن روتور بوجود می آید. عوامل ایجاد نابالانسی را می توان بصورت خلاصه زیر برشمرد: الف) عوامل ناشی از تولید خارج از مرکزی - خارجی و داخلی وجود حفره های ریخته گری عدم تقارن قطعات بعلت نوع کاربرد انطباق های خارج از مرکز انحراف مرکز ثقل بدلیل لقی شافت و سوراخ کلید حرکت نسبی قطعات دوار مانند مکانیزم ها ب) عوامل ناشی از کار روتور جرم گرفتن غیر یکنواخت سایش غیر یکنواخت کمانش روتور تعمیر روتور بصورتی که جرمی به آن اضافه یا کم شود. شوک های حرارتی (جوشکاری و ..) جابجایی یا انباشت مواد در فضاهای خالی ترک ها تغییر شکل های ناشی از آزاد شدن تنش های درونی ..... براساس شکل و میزان این عدم انطباق , نابالانسی های بسیار متنوعی ایجاد می گردد که عواملی همچون انعطاف پذیری روتور , طول و شعاع روتور و نحوه توزیع جرم در طول روتور و شدت نابالانسی که خود با توان دوم سرعت چرخشی روتور متناسب است در تعیین نوع نابالانسی تاثیر گذار است. عملیات بالانس که برای ایجاد انطباق بین محور دوران روتور با محور مرکز ثقل روتور صورت می گیرد می تواند طیف وسیعی از بالانس استاتیکی ساده تا بررسی رفتار دینامیکی روتور و بالانس در خلاً را شامل شود. در هر صفحه از روتور می توان نابالانسی را بصورت خارج از مرکزی مرکز ثقل آن صفحه از روتور نسبت به محور دوران در نظر گرفت. این مقدار نابالانسی را می توان با جرم m در شعاع r معادل در نظر گرفت و جرم بالانس را در مقابل آن نصب نمود یا همین مقدار را از آن محل کم نمود تا عملیات بالانس صورت گیرد. تصویر 2- تعریف نابالانسی تعداد صفحات بالانس تعداد صفحاتی که باید بعنوان صفحه بالانس انتخاب شود بسته به نوع روتور متفاوت است. بر این اساس انواع بالانس بصورت زیر قابل تعریف است: 1- بالانس روتورهای صلب بالانس تک صفحه ای بالانس دو صفحه ای بالانس چند صفحه ای 2- بالانس روتورهای انعطاف پذیر تقریب با روتورهای صلب بالانس مودال بالانس در خلا بطور کلی روتورهایی که زیر سرعت بحرانی اول روتور کار می کنند بعنوان روتورهای صلب شناخته می شوند و روتورهایی که هنگام راه اندازی حداقل از اولین فرکانس بحرانی خود عبورکنند تحت عنوان روتور های انعطاف پذیر شناخته می شوند مانند بسیاری از توربوماشین های بزرگ یا پر سرعت. اغلب روتورهای معمول در صنعت از نوع روتورهای صلب هستند که ساده ترین آنها روتورهای تک صفحه ای می باشد. این روتورها عرض بسیار کمتری نسبت به قطر روتور دارند. در این نوع روتورها می توان مرکز ثقل را متمرکز در یک نقطه در نظر گرفت. روتورهای صلبی که طول قابل ملاحظه ای نسبت به قطر دارند ( بیشتر از یک هفتم قطر) نمی توان از یک نقطه برای تعریف مرکز ثقل استفاده نمود. تصویر 3- صفحات بالانس بنابراین برای تعریف مرکز ثقل حداقل لازم است دو نقطه تعریف شود و این دو مرکز ثقل محور مرکز ثقل را بوجود می آورد. در این حالت برای بالانس نیاز است حد اقل دو صفحه اصلاحی اختیار شود و عملیات بالانس دو صفحه ای برای منظور استفاده می شود. تصویر 4- نابالانسی دینامیکی در بعضی از روتورهای صلب اگر چه خود روتور بصورت دو صفحه ای قابل بالانس است اما وجود بیش از دو یاتاقان برای روتور (مانند میل لنگ اتومبیل) الزام بالانس در صفحات بیشتر (به ازاء هر یاتاقان اضافی یک صفحه اضافه می شود) بوجود می آید. در این صورت نیاز به بالانس چند صفحه ای می باشد. بالانس روتورهای انعطاف پذیر یکی از چالش های اصلی موضوع بالانس است. این نوع روتورها را ممکن است بتوان در بعضی موارد خاص با تقریب روتورهای صلب و با عملیات بالانس در محل بالانس نمود ,

تاریخ انتشار : 1394/05/23 | نظرات
می توانید دیدگاه خود را بنویسید
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر