نابالانسی
نابالانسی:
ارتعاشات حاصل از نابالانسی، رایج ترین عیب در ماشین آلات دوار است. بنا بر سازمان استاندارد جهانی (ISO-1940-1)، نابالانسی عبارت است از:
وضعیتی که در روتور وجود دارد، در هنگامی که ارتعاش، نیرو یا حرکت در نتیجهی نیروهای گریز از مرکز به یاتاقانها ابلاغ میشوند.
تعریف دیگر مورد استفاده، توزیع نابرابر جرم حول محور مرکز دوران روتور است.
در تعریف فوق دو مکمل مورد استفاده قرار میگیرد: مورد اول خط مرکز دوران است و دیگری خط مرکز هندسی است.
مورد اول به صورت محوری که روتور بدون قیود یاتاقان حول آن دوران میکند تعریف میشود و خط مرکز هندسی، همانطور که از نامش مشخص است، محور مرکز فیزیکی روتور است.
وقتی که دو محور بر هم منطبق باشند، روتور میزان یا بالانس است و در غیر این صورت با نامیزانی روبه رو هستیم. سه نوع نابالانسی که در ماشینها با آنها رو به رو میشویم، عبارتاند از:
۱-نابالانسی استاتیک(Static Imbalance): دو خط مرکز تعریف شده موازی هم هستند.
۲- نابالانسی کوپل( Couple Imbalance): دو خط مرکز، در مرکز تلاقی میکنند.
۳-نابالانسی دینامیک(Dynamic Imbalance): دو خط مرکز تماسی ندارند و با هم مصادف نمیشوند.
شکل عمومی نمودار Orbit در حالت نامیزانی ماشین، به صورت زیر است.
عیب نامیزانی در نمودار Orbit، تنها در راستای شعاعی مشخصهی خاصی از خود بروز میدهد. در زیر نمونههایی از این نمودار دراین راستا، به نمایش گذاشته شده است.
1- نابالانسی استاتیک
ساده ترین نوع نابالانس است. این نابالانسی در سبب تراکم ذرات یا جرم تنها در یک نقطه از روتور است.
در صورت استفاده از یاتاقان های بدون اصطکاک بر روتور دارای نابالانسی استاتیک. روتور در حالت خاموش به صورتی می چرخد که نقطه ی تراکم جرم در پایین ترین نقطه قرار گیرد. این نوع نابالانسی با بالانس تک صفحه ای قابل عیب زدایی است.
در واحد سرعت، شکل موج زمانی در حضور نابالانسی استاتیکی خالص به صورت سینوسی ظاهر میشود. اگر شکل موج به سینوس نزدیک باشد اما با تفاوتهای قابل مشاهده همراه باشد، این ممکن است نشاندهنده وجود عیوب دیگری نظیر عدم هممحوری یا خمیدگی شفت باشد. بنابراین، در این حالتها باید به دقت بررسیهای بیشتری انجام شود.
در یک ماشین افقی، دامنه ی ارتعاشات در جهت افقی، به دلیل نیروی جاذبه،به اندازه ی کوچکی، بیشتر از جهت عمودی است. عیب نابالانسی تاثیر چشمگیری بر این اختلاف ندارد و در صورتی که ارتعاشات افقی بیش از دو برابر ارتعاشات عمودی باشد، احتمال وجود عیوبی مانند لقی یا رزونانس نیز وجود دارد.
در حضور عیب نابالانسی استاتیکی، در نمودار FFT شاهد یک قله ی با دامنه ی بالا در فرکانس 1X در جهات شعاعی و با دامنه ی پایین تر در راستای محوری خواهیم بود. شاخصه ی اصلی این عیب این است که با دو برابر کردن سرعت، دامنه ۴ برابرمی شود.
در نابالانسی استاتیک، اختلاف فاز در یاتاقان های دو سر شفت نداریم (حدود خطای 15 تا 20 درجه) اگر سنسور از موقعیت عمودی (V در شکل زیر) به موقعیت افقی (H در شکل) منتقل شود، فاز دچار 90 درجه، (30 ±) چرخش خواهد شد.
نابالانسی کوپل نامیزانی پول couple unbalance نابالانسی کوپل نامیزانی پول couple unbalance
2- نابالانسی کوپل
در اين حالت جرم نابالانس در دو سمت روتور و مقدار آن در هر دو سمت با يكديگر برابر مي باشد در اين حالت 180 درجه اختلاف زاويه فاز بين دو ياتاقان وجود دارد و محور مركز جرم از وسط محور دوران مي گذرد و آن را قطع مي نمايد. به شكل زير توجه فرمائيد . در اين حالت زماني كه ياتاقان سمت راست به سمت بالا حركت مي كند ياتاقان سمت چپ به سمت پائين حركت مي كند.
در این حالت، سیگنالهای تولید شده بر روی یاتاقانها به شکلهای مختلفی ظاهر میشوند. بهعنوان مثال، سیگنال قرمز نمایانگر وضعیت یاتاقان سمت راست است، در حالی که سیگنال سیاه مربوط به یاتاقان سمت چپ میباشد. در برخی مواقع، این رنگها ممکن است معکوس شوند.
در یک ماشین افقی، دامنهی ارتعاشات در جهت افقی، به دلیل نیروی جاذبه،به اندازهی کوچکی، بیشتر از جهت عمودی است. عیب نابالانسی تاثیر چشمگیری بر این اختلاف ندارد و در صورتی که ارتعاشات افقی بیش از دو برابر ارتعاشات عمودی باشد، احتمال وجود عیوبی مانند لقی یا رزونانس نیز وجود دارد.
در یک نابالانسی کوپل همانطور که برای کلیت نابالانسی ها ذکر شد، یک قله در طیف فرکانسی FFT در فرکانس 1X ظاهر میشود. این عیب امکان ایجاد ارتعاشات شعاعی با دامنهی بالا و محوری با دامنهی پایین را دارد.
در این نابالانسی، بر خلاف نوع اول شاهد وجود اختلاف فاز ۱۸۰ درجه بر یک شفت هستیم. همچنین در یک یاتاقان، در دو راستای افقی و عمودی شاهد ۹۰ درجه (30±) اختلاف فاز خواهیم بود.
3- نابالانسی دینامیک
درصنعت اغلب با اين نوع نابالانسیروبرو هستيم. در حالتی که نابالانسی موجود، در بیش از یک صفحه باشد یا ترکیبی از دو نابالانسی معرفی شده باشد، نابالانسی دینامیکی رخ میدهد(روتورهایی که نسبت طول به قطر آنها زیاد باشد). باید توجه داشت که برای عیب زدایی در این مورد، نیاز به بالانس دو صفحهای است.
همانطور كه پيشتر گفتيم سيگنالي كه ناميزاني جرمي ايجاد مي كند، در نمودار بر حسب سرعت، يك سيگنال سينوسي ساده مي باشد. باید توجه داشت که در تايم سيگنال ناشي از ناميزاني جرمي خالص، هيچگونه مدولاسيوني وجود ندارد و در صورت وجود مدولاسیون، امکان حضور عیوب دیگر وجود دارد.
نيروي گريز از مركز ناشي از جرم ناميزان از فرمول F=m× R× ω^2 محاسبه ميشود با توجه به فرمول، كاملاً مشخص است كه اين نيرو با توان دوم سرعت زاويه اي رابطه دارد درنتيجه با افزايش دور به مقدار قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد.
در یک نابالانسی کوپل همانطور که برای کلیت نامیزانیها ذکر شد، یک قله در طیف فرکانسی FFT در فرکانس x۱ ظاهر میشود. این عیب امکان ایجاد ارتعاشات شعاعی با دامنهی بالا و محوری با دامنهی پایین را دارد.
بهترین ابزار برای شناسایی این عیب، اختلاف فاز است. در این نوع نامیزانی، مانند موارد ذکر شده شاهد اختلاف فاز ۹۰ درجه (30±) در جهات افقی و عمودی یک یاتاقان هستیم. لیکن در دو سر روتور شاهد اختلاف فاز ۳۰ تا ۱۵۰ درجه خواهیم بود.
نابالانسی ماشین های آویخته
4- نابالانسی ماشین های آویخته
اگر موتورهای آویخته دارای نابالانسی خالص باشند، شکل موج در واحد زمان کاملاً سینوسی خواهد بود.
دامنهی ارتعاشات در این عیب، متناسب با مربع سرعت شفت تغییر میکند.
در این نوع نابالانسی، مشابه دیگر موارد، یک قله در طیف فرکانسی FFT در فرکانس x۱ ظاهر میشود. با این حال، در این نوع نابالانسی، قله در جهت محوری بلندتر از قلههای موجود در جهات شعاعی است.
در این نوع نابالانسی، فاز محوری دو یاتاقان به نظر یکسان میآید ولی در جهت شعاعی شاهد تغییر و ناپایداری فاز آن در محدودهی ۹۰ (30±) درجه هستیم.
نابالانسی ماشین های عمودی Vertical machines imbalance نابالانسی ماشین های عمودی Vertical machines imbalance
نابالانسی ماشین های عمودی نابالانسی ماشین های عمودی
5- نابالانسی ماشین های عمودی
برای تشخیص نامیزانی پمپ از موتور، ممکن است لازم باشد که کوپلینگ را جدا کنید و ارتعاشات 1x موتور را به صورت جداگانه بررسی کنید. در صورت بالا بودن ارتعاشات در فرکانس کاری موتور، مشکل از موتور و در غیر این صورت مشکل از پمپ است.
شکل موج سیگنال زمانی در هنگام بررسی پارامتر سرعت، بسیار سینوسی خواهد بود.
دامنه در مناطقی که سفتی (stiffness) مکانیکی حداقل است، شاهد دامنههای بالاتری خواهیم بود. به صورت کلی میتوان بیان کرد که دامنه در بخش بالایی موتور حداکثر و در جهت پایین به حداقل میرسد.
در صورت مواجهه با این عیب،در جهات شعاعی شاهد ارتعاشات بالا در فرکانس 1x خواهیم بود.
برای دو نقطه با ۹۰ درجه اختلاف زاویه، شاهد ۹۰ درجه () اختلاف فاز در سیگنال خواهیم بود. فازهای در یک جهت باید هم فاز باشند.
6- خروج از مرکزی روتور
این عیب زمانی رخ میدهد که مرکز دوران روتور نسبت به مرکز هندسی یا محور دوران چرخدنده، موتور، فن، یا هر روتور دیگر دچار انحراف شود. این وضعیت میتواند به دلایل مختلفی از جمله عدم هممحوری در نصب، عدم تعادل جرمی در روتور، سایش غیرمتقارن قطعات، یا نقص در طراحی اولیه به وجود آید.
وقوع این عیب باعث ایجاد مشکلات متعددی در عملکرد تجهیزات میشود. از جمله این مشکلات میتوان به افزایش ارتعاشات، ایجاد تنشهای مکانیکی در اجزای متصل به روتور، کاهش بازده سیستم، و افزایش احتمال خرابی اشاره کرد. علاوه بر این، خروج از مرکزی میتواند منجر به افزایش دمای یاتاقانها، تخریب سریعتر روانکار، و افزایش سایش قطعات متحرک شود.
برای شناسایی و ارزیابی این عیب، ابزارهای پیشرفتهای مانند آنالیز ارتعاشات و بالانس دینامیکی مورد استفاده قرار میگیرند. آنالیز ارتعاشات میتواند اطلاعات دقیقی از رفتار دینامیکی روتور و شدت خروج از مرکزی ارائه دهد. همچنین، استفاده از حسگرهای موقعیتسنجی (مانند پراکسیمیتی پرابها) در پایش وضعیت روتور میتواند محل دقیق انحراف را مشخص کند.
اگر فرایند میزان سازی اعمال شود و این عیب وجود داشته باشد، دامنه در یک جهت کاهش مییابد. در عین حال، دامنه در جهات دیگر شعاعی افزایش پیدا میکند.
این عیب نیز مانند نامیزانی، باعث حداکثر دامنه در جهات شعاعی در 1X میشود. ویژگی اصلی این عیب تغییر دامنه با بار است. حتی در سرعت ثابت نیز این تغییرات مشاهده میشود.
در عیب نامیزانی معمول، جابجایی سنسور از موقعیت عمودی به افقی باعث اختلاف فاز ۹۰ درجه میشود. اما در این عیب، اختلاف فاز بین ۰ تا ۱۸۰ درجه است.
