ارتعاشات و بالانس

ارتعاشات و لرزش به چه علت هایی تولید می شوند:

1-  مرکز شیارهای پولی با مرکز چرخش یکسان نیست. این می تواند به علت خمیدگی شفت، بوش نادرست یا ماشینکاری نامناسب پولی باشد.

2-  تسمه هایی که سختی غیر یکنواخت داردند یا به صورت یکنواخت نصب نشده اند.

3-  ناهمراستا بودن پولی ها سبب می شود که تسمه ها مرتبا از کنار پولی بالا بروند سپس به داخل شیار پولی بلغزند و لرزش ایجاد کنند.

4-  معمولا پولی های با طول گام قابل تنظیم یک فاصله شیار یکنواخت در پیرامون پولی ندارند. این گونه موارد، بخصوص هنگامی که توان موتور فن بالا می باشد می تواند موجب ایجاد ارتعاشات شدید گردد.

5-  پولی ها ممکن است از حالت بالانس خارج شده باشند.

6-  شفت هایی که مستقیم نیستند می توانند عامل ایجاد نا بالانسی و همچنین وارد کردن نیرو به یاتاقان ها به صورت نوسانی باشند.

7-  شیارهای کلید شفت سبب غیر یکنواخت شدن سختی در شفت می شوند. هنگامی که شیار کلید در فن های آرایش 3 ، در بالا یا پایین قرار دارند، به علت ضعیف بودن شفت در این ناحیه ، پروانه کمی افت می کند. ترک های داخلی شفت نیز همین اثر را دارند.

8-  یاتاقان های معیوب معمول ترین عامل ایجاد ارتعاش هستند. معیوب بودن طوقه داخلی و خارجی، ساچمه ها یا غلطک ها ایجاد ارتعاش در فرکانس های بالا میکنند.

9-  آلودگی و کثیفی یاتاقان ها ایجاد ارتعاش با فرکانس بالا می کنند

10-  نصب شدن یاتاقان روی سطوح ناصاف می تواند باعث تاب برداشتن یا کج شدن یاتاقان ها گردد. غلتیدن اجزا در این سطوح نامتقارن ایجاد ارتعاش می کند.

11-  بعضی از یاتاقان ها با قابلیت تنظیم محور خودکاربه نیروی قابل ملاحظه ای برای همراستا شدن نیاز دارند. اگر آن ها در حالت غیر هم محور گیر کرده باشند و بکار گرفته شوند ، ایجاد لرزش می کنند.( این اغلب بوسیله ضربات آهسته به یاتاقان با یک چکش پلاستیکی رفع می شود.)

12-  پیچ میزان نصب شده بر روی یاتاقان ها می تواند ایجاد ناهمراستایی بین هسته یاتاقان و شفت ایجاد کند.گاهی اوقات می توان با حذف کردن یک یاتاقان و راه اندازی فن برای چند ثانیه و سپس سفت کردن پیچ تنظیم این مشکل را اصلاح نمود. در صورت لزوم این کار را برای یاتاقان دیگر نیز انجام دهید. ناهمراستایی همچنین می تواند به علت استفاده بیش از دو یاتاقان بر روی یک شفت ایجاد شود، در این حالت ممکن است اصلاح آن دشوار شود. یاتاقان ها را می توان هنگامی که فن خاموش است اصلاح نمود ولی ناهمراستایی در هنگام روشن بودن فن قابل تشخیص است.

13-  شفت های کوچکتر از اندازه می توانند ایجاد نابالانسی کنند، همچنین می توانند موجب کج شدن یاتاقان ها شوند.

14-  پروانه فن ها با شکل ناقص می توانند سبب ایجاد فشار غیر یکنواخت و در نهایت عامل ایجاد ارتعاش شوند.

15-  جریان هوای متلاطم یا نامتعارف در ورودی فن (و گاهی اوقات در خروجی فن) می تواند موجب ارتعاش شود.

16-  عملکرد فن در جریان هایی پایین تر از حداکثر فشار می تواند سبب ناپایداری و ایجاد لرزش شود.

17-  چرخش اجزای فن که در تماس با اجزای ثابت هستند می توانند موجب ایجاد صدای بلند و ایجاد لرزش شوند.

18-  کوپلینگ های ناهمراستا تمایل دارند نیروهایی را ایجاد کنند که معمولا موجب ایجاد ارتعاش در جهت محوری و شعاعی  می شوند.

19-  شل شدن یا غیر آب بند شدن دریچه های دسترسی یا از بین رفتن صلبیت صفحات سیستم، ممکن است موجب لرزش و ایجاد ارتعاش شوند.

20-  در گیر شدن پروانه فن با مواد جامد یا مایع موجود در سیستم های انتقال، به فن بار ناگهانی همراه با ارتعاشات شدید وارد می کند.

21-  خروج از مرکزیت موتور، نابالانسی جرمی، نابالانسی الکتریکی یا نا بهنجاری های مغناطیسی، منابع ایجاد انرژی ارتعاش هستند.

22-  گریس کاری ممکن است موجب ارتعاش در دستگاه های جدید بلافاصله بعد از روانکاری شود.

23-  وزش باد به یک فن نصب شده روی بام می تواند موجب لرزش با دامنه بالا به علت جریان گردابی شود.

تغییرات سطح ارتعاش در زمان

تا اینجا ما منابع دارای پتانسیل ارتعاش را برای دستگاه های نو و سالم شناختیم. تغییر سطح ارتعاش در طی زمان یا در شرایطی که عملکرد دستگاه تغییر می کند، غیر معمول نمی باشد. برخی از رایج ترین عوامل عبارتند از:

1-  خوردگی سایشی یا شیمیایی

2-  جمع شدن آب در فضای خالی پره های ایر فویل

3-  جمع شدن مواد در روی پروانه

4-  تغییر شکل اجزای فن بعلت ضربه

5-  تغییر شکل اجزای فن بعلت قرار گرفتن در معرض دمای بالا

6-  معیوب شدن یاتاقان ها

7-  معیوب شدن تسمه گرداننده

8-  شکستگی بعلت خستگی ناشی از قرار گرفتن مداوم اجزای فن در معرض نیرهای غیر عادی یا ارتعاش

9-  شل شدن اجزای فن یا خراب شدن بدنه یا اجزای فن

10-  پروانه فن بصورت کامل متقارن نیست و ممکن است به علت تغییر در سرعت یا دما از حالت بالانس خارج شده باشد.

11-  ممکن است وزنه بالانس از پروانه جداشده باشد.

شناسایی ارتعاشات

همه فن ها در معرض انواع مختلفی از نیروهای ارتعاشی قرار دارند. خوشبختانه بیشتر نیروهای ذکر شده در بالا در حققیقت کوچک هستند و سبب ایجاد اشکال نمی شوند.
با این حال  بطور مشخص هدف کاهش سطوح ارتعاش به سمت پایین و پایین تر می باشد. در نتیجه عوامل بیشتری مورد توجه قرار می گیرند که هریک از آن ها بدون مستثنی باید بررسی شوند.
یک ویژگی عمومی فن ها این است که آن ها بزرگ و  نسبتا سبک بوده و در مقایسه با دیگر ماشین های دوار انعطاف پذیری  بیشتری دارند. با این ویژگی ها نیروهای کوچک می توانند حرکت های بزرگ تولید کنند.
تجمیع تاثیر تعداد زیادی از منابع کوچک ارتعاش دورنمای سطح ارتعاش را ایجاد می کند. برای به حداقل رساندن سطوح ارتعاش، ممکن است نیاز به انجام اصلاحات زیادی باشد. ممکن است به افزایش صلبیت فن، استوار کردن موقعیت و حالت نصب فن و سرانجام به حداقل رساندن آشفتگی هوا نیاز باشد.
اگر یک فن ساخته شده باشد و پس از انجام بالانس، سطح ارتعاش مطلوب بدست نیاید، شناسایی ارتعاش فن باید در کارخانه انجام شود. همه اجزای فن باید بدقت آزمایش شوند و هر انرژی شرکت کننده در ارتعاش باید در نظر گرفته شود و در صورت لزوم اصلاح گردد. این کار پرهزینه و زمان بر بوده و می تواند برای یک کارگاه ساخت به علت غیر قابل پیش بینی بودن، نتایج منفی داشته باشد.

رسیدگی بیشتر برای به حداقل رساندن

در برخی از شرایط افراد باید به این سوال بزرگ پاسخ بدهند: چه مقدار ارتعاش مجاز می باشد؟ با وضعیت موجود بسیاری وجود دارند که فکر می کنند پاسخ درست برای این سوال را می دانند اما تعداد افراد متخصص کمی می توانند به این سوال بدرستی پاسخ بدهند. یک سطح ارتعاش سنجیده باید ناشی از در نظر گرفتن موارد زیر باشد:

1-  هزینه اضافی برای یک دستگاه جهت کاهش ارتعاش باید توسط کاهش هزینه نگهداری، عمر بیشتر، کاهش زمان ازکارافتادگی، یا سایر منافع اقتصادی جبران شود.

2-  هر تولید کننده ای فقط می تواند مسئول قطعاتی که تولید یا مونتاژ کرده باشد. یک فن تقریبا بدون عیب که  به صورت غیر استاندارد  نصب شد،ه می تواند سطح ارتعاش غیر استانداردی نیز داشته باشد.

3-  اصطلاحات مورد استفاده باید دقیق و مناسب با ابزار و روش های رایج مورد استفاده در حرفه باشد.

4-  دامنه تلورانس باید متناسب با دستگاه های مربوط متفاوت باشد. تلورانس برای یک فن با سیستم انتقال قدرت پولی و تسمه باید بیشتر از یک فن با سیستم گرداننده مستقیم باشد. فن های با توان مصرفی بالا ممکن است تلورانس کمتری نسبت به فن های با توان مصرفی پایین داشته باشند. فن های نصب شده بر روی لرزه گیر نیاز به محدودیت های بیشتری نسبت به فن هایی که بر روی صفحه بتنی نصب شده اند، دارند.

با توضیحات بالا استفاده از واژگان مناسب در دامنه  فنی مهمم می باشد. قبل از آشنایی با مشخصات ارتعاشات، برخی از اصطلاحات بسیار رایج در این خصوص باید تعریف شوند.

تعاریف

تعاریف اصطلاحاتی که در زیر آمده است ترکیبی از اصطلاحات علمی و اصطلاحات مربوط به امکانات و دستگاه های رایج  اندازه گیری ارتعاشات می باشد:

1X,2X,3X و ... :
 برای اندازه گیری ارتعاشات 1X  به عنوان یک فیلتر بکار می رود. برای اینکه  فقط آن قسمتی از ارتعاش که در سرعت عملکرد فن یا موتور، حرکت می کند  اندازه گیری می شود. یک ارتعاش 2X برای دیدن اجزایی که فقط در دو برابر سرعت عملکرد فن حرکت می کنند استفاده می شود و...

شتاب:
نرخ زمان تغییر سرعت است. بسیاری از ارتعاش سنج ها با این مقدار خوانده می شوند اما برای تخمین یک تلورانس ارتعاش خیلی مفید نمی باشد. شتاب گاهی اوقات برای نمایش خرابی یاتاقان بکار می رود.

بالانس کردن:
فرایندی که در آن وزنه ای  به روتور جهت انتقال مرکز جرم به مرکز گردش اضافه (یا از آن کم) می شود. یک یا چند صفحه در طول محور شفت ممکن است برای بالانس کردن انتخاب شود. مفصود از بالانس کردن حذف نیروهایی ناشی از نابالانسی جرمی که سبب ارتعاش می شوند، می باشد.

درجه کیفیت بالانس:
این یک اصطلاح می باشد که برای تعریف محدوده های نابالانسی باقی مانده در بسیاری از استاندارد های بین المللی مورد استفاده قرار می گیرد. آن محصول خارج از مرکز بودن را (بر حسب میلیمتر) در فرکانس عملکرد (بر حسب هرتز)   نشان می دهد. یک در جه بالانس G6.3 برای اکثر فن ها مناسب می باشد. یک درجه کمتر از G2.5 معمولا فقط برای دستگاه های خیلی خاص نیاز می باشد.

تغییر مکان:
حداکثر فاصله (و جهت) یک بدنه مرتعش از حالت خنثی یا حالت غیر برانگیخته آن .

نا بالانسی دینامیکی:

این نوع از نابالانسی به حداقل دوصفحه در طول شفت برای اصلاح نیاز دارد.

خروج از مرکزیت:

یک روش برای تعریف نابالانسی می باشد و فاصله بین مرکز چرخش و مرکز جرم اجزای چرخان یک فن می باشد.

فیلتر:
 ارتعاش همانند صدا از تعداد زیادی فرکانس ترکیب شده است. فیلتر ابزاری برای جداسازی ارتعاش به اجزای منفرد  بر پایه  فرکانس می باشد. همه ابزار های ارتعاش سنجی جدید دارای یک روش برای فیلتر کردن داده های ارتعاشی هستند.

تکیه گاه انعطاف پذیر:
 یک نوع از طراحی فونداسیون که معمولا با لرزه گیر فنری یا لاستیکی همراه است. سطوح ارتعاش به علت مقاومت کم این نوع از تکیه گاه ها در مقابل حرکت تمایل به افزایش دارند. با این تعریف، یک تکیه گاه انعطاف پذیر همان فرکانسی طبیعی زیر فرکانس اصلی را دارد

فونداسیون:
یکی از اجزای سیستم می باشد که فن (یا فن و موتور) به آت متصل می شود. فونداسیون ها باید طوری طراحی شوند که صلبیت مناسب را برای جلوگیری از رزونانس (جایی که ارتعاش به صورت چشمگیری افزایش می یابد) را داشته باشند و بتوانند آرایش نصب همه اجزا را بدرستی نگهداری کند.

فرکانس:
 در ارتعاش، تعداد سیکل کامل حرکت یک بدنه در یک ثانیه (Hertz) یا در یک دقیقه (CPM یا RPM) می باشد.(CPM= Hertz X 60)

Mils:
یک واحد برای اندازه گیری تغییر مکان می باشد و معادل 0.001 اینچ می باشد.

فرکانس طبیعی:

فرکانسی که اگر یک شی ء از یک حالت تغییر شکل یافته بسرعت آزاد شود به ارتعاش در می آید.

Peak:
یک اصطلاح در اندازه گیری تغییر مکان، سرعت و شتاب می باشد که به حداکثر انحراف از مقدار صفر اطلاق می شود.

Peak to peak:
یک اصطلاح می باشد که به فاصله کل مسیر در یک سیکل ارتعاش اطلاق می شود. این اصطلاح در اندازه گیری تغییر مکان فقط بکار می رود، برای مثال، چهار mils ، p-p معادل دو mils ، peak می باشد. تصویر 2 را ببینید.

نابالانسی باقیمانده:
مقدار نابالانسی باقیمانده بعد از انجام بالانس می باشد.

رزونانس:
شرایطی که در آن یک عامل فرکانس (یا محرک های دیگر فرکانس) با فرکانس طبیعی همزمان می شود. در رزونانس یک منبع انرژی نسبتا کوچک ارتعاش، می تواند باعث ارتعاش با دامنه بزرگی تولید کند .

تکیه گاه صلب:
 یک نوع از طراحی فونداسیون معمولا توسط یک تکیه گاه محکم بتنی نمایش داده می شود. طبق تعریف یک تکیه گاه صلب باید به قدری قدرتمند باشد که بتواند فرکانس طبیعی اولیه بعلاوه فرکانس عملکرد سیستم را تحمل کند.

RMS (ریشه دوم میانگین مربعات) :
استانداردهای بین المللی محدودیت ارتعاش با استفاده از مقادیر RMS به ما می دهد. ابزارهای ارتعاش سنجی باید قادر باشند مجموع ارتعاشات در یک دوره از زمان برای رسیدن به این مقدار جمع آوری کنند. برای حرکت سینوسی مقدار RMS در حدود 71% مقدار پیک می باشد. تصویر 2 را ببینید.

روتور:
یک جسم با قابلیت چرخش می باشد (بطور معمول درون یک جفت یاتاقان)، که شامل پروانه ، شفت، پولی یا کوپلینگ، و آن اجزایی از یاتاقان که همراه با شفت می چرخند.

سرعت:
 یک اصطلاح است که به تندی چرخش پروانه اطلاق می شود و معمولا بر حسب RPM می باشد. در کارهای ارتعاشی میزان سرعتی است که یک شی ء در طی حرکت یک سیکل دارد.
ما همچنین داریم:

    سرعت بالانس: سرعتی که روتور در آن بالانس می شود.

    سرعت طراحی: حداکثر سرعتی که در آن فن می تواند بدون خطر کار کند.

    سرعت سرویس: سرعتی که در آن از فن استفاده می شود.

نابالانسی استاتیکی:
یک شکل از نابالانسی می باشد که می تواند با اضافه کردن یک وزنه مستقیما در مخالف نقطه سنگین در پروانه اصلاح شود. نابالانسی استاتیکی می تواند با قراردادن روتور بر روی یک لبه باریک و اجازه دادن به آن تا اینکه نقطه سنگین آن پایین بیاید شناسایی می شود. نابالانسی دینامیکی را نمی توان توسط این روش شناسایی کرد.

بالانس پرتابل:
به انجان دادن بالانس بر روی یک فن مونتاژ شده اطلاق می گردد ( حتی با وجود اینکه اجزا به صورت منفرد از قبل بالانس شده باشند.) که می تواند کوچکترین نابالانسی که توسط قطعات اتصال بین اجزا بوجود آمده است را از بین برود.

نا بالانسی:
شرایطی از روتور که در هنگام چرخش آن به تکیه گاه یاتاقان ها نیرو وارد می شود.

دامنه ارتعاش (یا سطح ارتعاش):
برای فن ها ، معمولا به مقدار حرکت ارتعاشی در یاتاقان های فن اطلاق می شود که معمولا با واحدهای تغییر مکان یا سرعت بیان می شود. هنگامی که  این داده به  صورت پیک و بر حسب in- Sec باشد، حداکثر سرعتی که یاتاقان ها در طول یک سیکل حرکت دارند را مشخص می کند.

طیف ارتعاش:
ابزارهای ارتعاش سنجی اغلب می توانند یک نمودار X-Y از فرکانس ارتعاش را در مقابل دامنه ارتعاش نشان دهند. یک تکنیک ریاضی که (FFT (Fast Fourier Transform نامیده می شود برای بدست آمدن این طیف بکار می رود.

مبدل ارتعاش:
یک ابزار که برای احساس حرکت ارتعاشی بکار می رود و آن را به یک سیگنال جهت اندازه گیری تبدیل می کند.

 تلورانس توصیه شده برای ارتعاش

توصیه می شود که از استاندارد شماره AMCA 204  برای تخمین ارتعاش استفاده گردد. از طرف دیگر راهنمای زیر برای تلورانس ارتعاش توصیه می گردد:

1-  شرایط اندازه گیری و دستگاه ها:

                      A- دامنه ارتعاش برحسب پیک اینچ بر ثانیه و در سرعت باشد.

                      B- سطح ارتعاش باید بصورت نصب شده در محل تست اندازه گیری شوند.

                      C- مجموعه قرائت های سه محوری باید برای هر یاتاقان فن انجام شود.

2-  بیشترین حد ارتعاش در جدول زیر آورده شده است.

- توجه:برای فن های نصب شده بر روی تکیه گاه های انعطاف پذیر مقادیر EXTRA LOW را در عدد 1.5ضرب کنید.

تصویر شماره 1: انواع نابالانسی

تصویر شماره 2