بالانس فن! دلایل نابالانسی فن! بالانس دینامیک و استاتیک

بالانس فن چیست؟ دلایل نابالانسی و روش‌های بالانس دینامیک و استاتیک

اگر فن یا پروانه‌ی دستگاه شما دچار لرزش شده، احتمالاً اولین چیزی که به ذهنتان می‌رسد «بالانس فن» است. بالانس فن یعنی از بین بردن جرم اضافی یا نامتوازنی که باعث لرزش پره‌ها در حین چرخش می‌شود. در این مقاله قدم‌به‌قدم توضیح می‌دهیم چه کسی صلاحیت انجام این کار را دارد، چه روش‌هایی وجود دارد، چطور نابالانسی را تشخیص دهیم و چه استانداردی باید رعایت شود.

چه کسی صلاحیت بالانس فن را دارد؟

کارشناسی که قرار است بالانس فن را انجام دهد، بسته به میزان حساسیت فن باید مدرک سطح ۱ تا ۳ آنالیز ارتعاش داشته باشد و توانایی ریشه‌یابی لرزش را نیز دارا باشد. چرا این نکته اینقدر مهم است؟ چون اگر کارشناس نتواند منشأ واقعی لرزش را تشخیص دهد، ممکن است به‌جای رفع مشکل، آسیب بیشتری به سیستم وارد کند.

برای مثال فرض کنید شفت حامل فن کج شده و در حین چرخش، علائمی شبیه به نابالانسی از خود نشان می‌دهد. اگر کارشناس این ایراد را با نابالانسی اشتباه بگیرد، دستگاه بالانس به او پیشنهاد نصب یک وزنه‌ی سنگین می‌دهد. با نصب این وزنه شاید ارتعاش کمی کاهش یابد، اما بار اضافه‌شده روی بخش دوار فقط تنش وارد بر شفت و یاتاقان‌ها را بیشتر می‌کند و در نهایت تجهیز زودتر از موعد از کار می‌افتد. به همین دلیل آموزش بالانس فن، بخشی جدایی‌ناپذیر از آنالیز ارتعاشات فن محسوب می‌شود.

روش‌های بالانس فن

• بالانس استاتیکی
• بالانس دینامیکی

برای آشنایی اولیه می‌توانید ویدیوهای بالانس گرانشی فن و بالانس با دستگاه را ببینید، و برای اطلاعات تخصصی‌تر سری به مقاله‌ی گونه‌های مختلف نابالانسی بزنید.

بالانس استاتیک فن

این روش برای فن‌هایی که نسبت ضخامت به قطرشان زیاد است کاربردی ندارد، چون وزنه‌ی بالانس باید در دو وجه فن قرار بگیرد و این یعنی نیاز به بالانس دینامیکی. اما در فن‌هایی که ضخامتشان نسبت به قطر کم است، بالانس گرانشی هم امکان‌پذیر است؛ هرچند دقت آن هیچ‌وقت به بالانس با دستگاه نمی‌رسد. در تصویر زیر نمونه‌ای از یک تجهیز دوار با نابالانسی استاتیکی را می‌بینید.

وقتی فن به‌صورت استاتیک نابالانس باشد، اگر آن را روی دو تیغه‌ی چاقو قرار دهید، بخش سنگین‌تر به‌طور طبیعی رو به پایین می‌چرخد. بدون نیاز به چرخاندن با الکتروموتور، می‌توان با آزمون و خطا و نصب وزنه روی همان دو تیغه، فن را بالانس کرد. اما اینجا یک سؤال مهم مطرح می‌شود: چقدر احتمال دارد نابالانسی در دو طرف فن دقیقاً در یک راستا باشد؟ در عمل، خیلی کم.

بالانس دینامیک فن

حالا فرض کنید جرم نابالانسی در دو وجه فن (بلوور) قرار دارد و بین آن‌ها ۱۸۰ درجه اختلاف زاویه وجود دارد. اگر وزن این دو جرم برابر باشد، در حالت سکون (روی دو تیغه‌ی چاقو) فن حرکتی نمی‌کند، چون نیروی دو طرف یکدیگر را خنثی می‌کنند. اما به‌محض چرخش با سرعت دورانی، ماجرا فرق می‌کند: فن حتماً دچار نوعی نابالانسی به نام «کوپل» می‌شود. اگر یکی از دو وزنه سنگین‌تر باشد، فن فقط به اندازه‌ی اختلاف جرم دو طرف به پایین می‌چرخد و باقی‌مانده‌ی نابالانسی در دور نامی، لرزش ایجاد می‌کند.

یکی از موانع اصلی که خیلی از کارگاه‌ها فن‌هایشان را بالانس نمی‌کنند، قیمت بالای دستگاه بالانس است. آوان پایش دستگاه‌های بالانس باکیفیت و مقرون‌به‌صرفه را در اختیار شما قرار می‌دهد؛ برای مشاوره با ما تماس بگیرید.

برای آشنایی بیشتر با موضوع لرزش فن کلیک کنید.

عوامل لرزش فن چیست؟

لرزش فن همیشه از نابالانسی نیست؛ عوامل متعددی می‌توانند باعث آن شوند:

• نابالانسی فن
• بالانس نبودن پولی فن یا الکتروموتور
• لقی پایه‌های فن
• مشکلات تسمه
• عیوب یاتاقان‌ها
• مشکلات برقی الکتروموتور
• تشدید یا رزونانس در قطعات
• خمیدگی شفت فن یا الکتروموتور
• نابالانسی ایرودینامیکی فن
• ناهم‌مرکز بودن شفت و نافی فن، شفت و پولی فن، شفت و پولی الکتروموتور
• لقی بیش از حد شفت و سوراخ نافی، شفت و پولی فن، شفت و پولی الکتروموتور
• دور نبودن شفت فن (با استفاده از ساعت اندیکاتور قابل بررسی است)
• دور نبودن پولی فن یا پولی الکتروموتور
• و موارد مشابه دیگر

با استفاده از دستگاه آنالیز ارتعاشات یا برخی دستگاه‌های بالانس پروانه‌ی فن می‌توانید دقیقاً منشأ لرزش را پیدا کنید. برای مشاوره با بخش خدمات شرکت آوان پایش ارتعاش تماس بگیرید.

قبل از رفع لرزش، ایراد فن را درست تشخیص دهید

مثلاً اگر علت لرزش خمیدگی شفت باشد، شاید بتوان با نصب وزنه‌های سنگین موقتاً علائم ارتعاش را کم کرد؛ اما این کار با افزایش بار روی الکتروموتور و یاتاقان‌ها به آن‌ها آسیب می‌رساند. در چنین شرایطی گاهی اگر اصلاً سیستم را «بالانس» نمی‌کردید، عمر بیشتری می‌داشت.

چرا باید فن بالانس شود؟

بالانس فن باعث کاهش لرزش، کاهش صدا و کاهش نیروهای وارد بر یاتاقان‌ها (بلبرینگ، رولبرینگ یا یاتاقان‌های ژورنال) می‌شود؛ به همین دلیل بعد از هر ساخت یا تعمیر، انجام بالانس ضروری است. با بالانس فن، دمای یاتاقان‌ها پایین می‌آید، گریس یا روان‌کار نمی‌سوزد و عمر یاتاقان‌ها افزایش پیدا می‌کند. نابالانسی فن با انتقال لرزش به الکتروموتور و کل استراکچر، باعث لقی و خرابی زودهنگام تجهیزات می‌شود. در واقع، تجهیز دواری که لرزش دارد اصلاً صلاحیت راه‌اندازی ندارد.

عواقب نابالانسی فن

• افزایش تنش در شفت
• افزایش دما در یاتاقان‌ها و کاهش عمر گریس و یاتاقان‌ها
• پارگی زودهنگام تسمه
• اعمال بار نامتوازن به الکتروموتور، چه از سمت تسمه و پولی و چه مستقیم از طرف شفت
• ایجاد سر و صدا
• افزایش ارتعاشات هنگام خاموش شدن و تنش بیشتر روی استراکچر
• کاهش توانایی تشخیص سایر عیوب فن، مخصوصاً در تجهیزات صنعتی با موقعیت حساس

برای پیشگیری از این مشکلات، بالانس به‌موقع فن یک ضرورت است، نه یک انتخاب.

چگونه نابالانسی فن را تشخیص دهیم؟

اولین قدم برای بالانس فن، تشخیص درست نابالانسی است. باید توجه داشت که نابالانسی فقط یکی از دلایل احتمالی لرزش است. بدون دستگاه بالانس، این نشانه‌ها به شما کمک می‌کنند:

• با افزایش سرعت دورانی، لرزش هم بیشتر می‌شود؛ چون هرچه سرعت بالاتر برود، جرم نابالانسی نیروی بیشتری وارد می‌کند. اگر بتوانید فن را در دور پایین‌تر راه‌اندازی کنید و لرزش کمتری ببینید، احتمال نابالانسی را تا حدی تأیید کرده‌اید. معمولاً شایع‌ترین علت لرزش فن، همین نابالانس بودن آن است.
• در لحظه‌ی روشن یا خاموش شدن، عبور از یک دور خاص باعث چند برابر شدن لرزش می‌شود. علت اصلی این پدیده معمولاً تشدید (رزونانس) است، اما نابالانسی زیاد می‌تواند نیروی لازم برای تحریک این تشدید را فراهم کند.
• اگر پایه‌های الکتروموتور یا شفت متصل به فن کاملاً تراز باشند و فن را بچرخانید، همیشه یک طرف آن پایین می‌ماند.

در دستگاه آنالیز ارتعاشات هم دو علامت مشخص نابالانسی وجود دارد:

• در طیف FFT فقط یک پیک واضح در فرکانس 1x مشاهده می‌شود.
• با چرخاندن سنسور ارتعاشی به‌اندازه‌ی ۹۰ درجه، زاویه‌ی فاز هم دقیقاً ۹۰ درجه تغییر می‌کند.

شرایط لازم برای بالانس فن چیست؟

• ابتدا مطمئن شوید علت لرزش واقعاً نابالانسی فن است.
• امکان نصب وزنه‌ی اصلاحی روی فن فراهم باشد. این نکته در بالانس فن در محل اهمیت بیشتری دارد چون از قبل نمی‌دانید شرایط فن در کارگاه مقصد چگونه است. باید به خود فن و پره‌ها دسترسی داشته باشید؛ اگر دریچه‌ی تعمیراتی دارد باید باز شود تا وزنه‌ها روی آن قرار گیرند (البته در صورتی که قرار است فن روی همان یاتاقان‌های خودش بالانس شود؛ در غیر این‌صورت باید فن را دمونتاژ و به کارگاه بالانس منتقل کنید).
• باید بتوانید میزان لرزش را با قرار دادن سنسور روی یاتاقان‌ها اندازه‌گیری کنید.
• باید بتوانید محل دقیق جرم نابالانسی را در دور تا دور فن پیدا کنید.

همه‌ی این مراحل با دستگاه پرتابل آنالیز ارتعاشات به‌سادگی انجام می‌شوند. اما اگر دستگاه در اختیار ندارید، می‌توانید با بخش خدمات بالانس شرکت آوان پایش ارتعاش تماس بگیرید تا کارشناسان ما در اولین فرصت برای بالانس تجهیزات دوار شما حاضر شوند.

ایمنی در بالانس فن

رعایت نکات ایمنی زیر، از بروز حوادث در حین بالانس فن جلوگیری می‌کند:

1. اگر بالانس در محل انجام می‌شود، حتماً شرح حال آخرین راه‌اندازی را از فردی که اعلام خرابی کرده جویا شوید. گاهی نباید فن را استارت کنید چون ریسک شکست وجود دارد؛ این نکته برای فن‌های صنعتی سنگین اهمیت بیشتری دارد.
2. اگر پروانه‌ای ضخامت کم اما قطر زیاد دارد، بهتر است ابتدا بالانس استاتیکی (ثقلی) انجام شود و بعد سراغ بالانس دینامیکی و چرخاندن سیستم بروید؛ این ترتیب ایمنی بیشتری در چرخش پروانه فراهم می‌کند.
3. برای وزنه‌ی پروانه‌های کوچک از خار مخصوص بالانس فن استفاده کنید و از ساختن وزنه به‌صورت دستی خودداری کنید. دستگاه بالانس پروانه را با فاصله‌ی مناسب از فن قرار دهید تا احتمال برخورد با بخش دوار وجود نداشته باشد.
4. اگر اینورتر در اختیار دارید، ابتدا سیستم را در دور پایین بالانس کنید و سپس دور را افزایش داده و دوباره بالانس را تکرار کنید؛ کار در دور پایین خطر کمتری دارد.
5. اگر هنگام استارت صدای غیرعادی شنیدید، سیستم را فوراً خاموش کرده و منشأ صدا را بررسی کنید. عوامل ایجاد سر و صدای محیط را هم در حین کار حذف کنید تا با صدای احتمالی فن اشتباه گرفته نشود.
6. از نصب صحیح وزنه‌ها روی پروانه مطمئن شوید. در فن‌های سانتریفیوژ بکوارد و فوروارد، وزنه‌ی بالانس را می‌توان روی لبه‌ی داخلی پره‌ها به‌صورت کتابی تا کرد و متصل نمود؛ استفاده از تک‌جوش هم به اتصال مطمئن‌تر کمک می‌کند. همچنین همیشه فقط یک نفر مسئول روشن و خاموش کردن فن باشد.
7. قبل از هر بار استارت، بررسی کنید که چیزی در بخش دوار جا نمانده باشد.
8. در پروانه‌هایی که برای بالانس به‌صورت افقی بسته می‌شوند (مانند بالانس فن پراید یا فن ۲۰۶)، حتماً از حفاظ در دور تا دور پروانه استفاده کنید تا در صورت جدا شدن وزنه‌ها، آسیبی به کسی نرسد.

بالانس فن در کارگاه، بدون دستگاه

همان‌طور که در مقاله‌ی گونه‌های مختلف نابالانسی توضیح دادیم، نابالانسی فن در چهار نوع دیده می‌شود: استاتیک، کوپله، Quasi-Static و دینامیک؛ برای اطلاعات بیشتر حتماً آن مقاله را هم مطالعه کنید. در کارگاه و بدون دستگاه پرتابل، فقط می‌توانید بالانس استاتیک انجام دهید؛ اما توجه داشته باشید که بیشتر فن‌ها در عمل دچار نابالانسی دینامیک هستند. برای بالانس استاتیک به این موارد نیاز دارید:

• دو عدد تیغه (یا حتی دو عدد شفت به‌جای تیغه)
• شفتی که از مرکز فن عبور کرده باشد
• مقداری وزنه به شکل ورق‌های کوچک بریده‌شده

روند کلی کار در این ویدیوی مربوط به فلایویل نشان داده شده و برای فن هم دقیقاً به همین شکل عمل می‌کنید. شفت حامل فن را طوری روی دو تیغه قرار دهید که راستای شفت عمود بر راستای تیغه‌های موازی باشد. با چرخش فن، سمتی که رو به پایین می‌چرخد، همان نقطه‌ی سنگین است. حالا باید در سمت مخالف آن وزنه اضافه کنید؛ یکی از ورق‌های کوچک برش‌خورده را بردارید، به گریس آغشته کنید و به سمت مقابل فن بچسبانید.

اگر وزنه‌ی موردنیاز سنگین‌تر باشد، از مواد چسباننده‌ی دیگری استفاده کنید. نکته‌ی مهم این‌که هرچه سرعت چرخش فن روی دو تیغه بیشتر باشد، مقدار جرم لازم برای بالانس هم بیشتر می‌شود. یک ترفند دیگر استفاده از آهنرباست: به‌جای اضافه یا کم کردن وزن، آهنربا را روی هاب پروانه به‌صورت شعاعی جابه‌جا کنید؛ هرچه وزنه به مرکز پروانه نزدیک‌تر شود، تأثیرش کمتر می‌شود، درست مثل این‌که وزنه‌ی کوچک‌تری روی پروانه نصب کرده باشید.

نکات مهم در بالانس فن استاتیک

1. تیغه‌ها باید کاملاً تراز باشند.
2. شفت باید دقیقاً نسبت به نافی در مرکز قرار گیرد.
3. محل غلتش شفت روی تیغه‌ها باید صاف و بدون پریدگی باشد.
4. فن نباید در معرض وزش باد قرار بگیرد.

استفاده از پایه‌ی بالانس فن استاتیک

تراز کردن دو تیغه به‌گونه‌ای که شفت مرکزی فن به‌راحتی روی آن‌ها بچرخد، در عمل کار ساده‌ای نیست.

چرا بعضی وقت‌ها بالانس فن موفق نمی‌شود؟

چند دلیل رایج برای شکست عملیات بالانس عبارت‌اند از:

1. گاهی خاک، مواد خارجی یا آب داخل حفره‌های شافت یا پروانه جمع می‌شود. محل این مواد با هر بار چرخش شافت جابه‌جا می‌شود و در نتیجه، نقطه‌ی سنگین دائماً تغییر می‌کند و بالانس کردن عملاً غیرممکن می‌شود.
2. اگر فن روی شافت پرس شده باشد و روتور درست Fit نشده باشد، ممکن است گشتاور استارت باعث چرخش جزئی روتور روی شافت شود؛ در این حالت محل نقطه‌ی نابالانسی در هر استارت تغییر می‌کند.
3. لقی بیش از حد در بیرینگ فن هم می‌تواند نتایج داده‌برداری را در هر بار استارت متفاوت کند.

استاندارد بالانس فن چیست؟

طبق استاندارد بین‌المللی ISO 1940-1 و ویرایش‌های به‌روزتر آن، مقادیر مجاز نابالانسی برای هر تجهیز دوار مشخص شده است. این استاندارد برای تجهیزاتی کاربرد دارد که به‌صورت سخت مونتاژ شده‌اند، یعنی روی قطعه‌ای انعطاف‌پذیر مثل لاستیک قرار نگرفته و مستقیماً به استراکچر متصل‌اند. علاوه بر این استاندارد عمومی، استانداردهای تخصصی‌تری هم برای فن‌ها وجود دارد که محدوده‌ی مجاز بالانس و ارتعاشات را مشخص می‌کنند. در این استاندارد، دقت بالانس تجهیزات دوار با سطوحی به نام G دسته‌بندی می‌شود و دقت استاندارد برای بالانس فن، سطح G6.3 است. با استفاده از جدول سرعت دورانی و مقدار مانده‌ی نابالانسی، و با در نظر گرفتن سطح G6.3، مقدار مجاز لرزش بر حسب میلی‌متر بر ثانیه (mm/s) برای بالانس فن تعیین می‌شود.

مقدار لرزش برای بالانس فن از کجا اندازه‌گیری می‌شود؟

در بسیاری از کارگاه‌ها هنوز هم دیده می‌شود که برای تشخیص میزان ارتعاش، دست را روی حلزونی فن می‌گذارند یا یک لیوان آب روی آن قرار می‌دهند. باید گفت این روش‌ها شاید برای ارزیابی کیفیت ساخت یا طراحی خود حلزونی مفید باشند، اما طبق هیچ استانداردی نمی‌توانند معیار دقیقی برای لرزش فن باشند. مقدار واقعی لرزش باید از روی یاتاقان‌ها اندازه‌گیری شود، ترجیحاً در جهت افقی، چون نیروی وزن فن بخشی از ارتعاش عمودی را میرا می‌کند. علاوه بر مقدار لرزش، باید زاویه‌ی نابالانسی بین ۰ تا ۳۶۰ درجه را هم مشخص کنید.

زاویه‌ی نابالانسی چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

به زاویه‌ای که نابالانسی در آن قرار دارد، «زاویه‌ی فاز» گفته می‌شود و با سنسورهای غیرتماسی القایی یا لیزری اندازه‌گیری می‌شود. این کار باید هم‌زمان با اندازه‌گیری ارتعاشات انجام شود. در بالانس استاتیک، یک سنسور زاویه‌ی فاز و یک سنسور لرزش‌سنج کافی است؛ اما در بالانس دینامیک به یک سنسور زاویه‌ی فاز (تاکومتر) و دو سنسور لرزش‌سنج نیاز دارید. این سنسورها به سیستم مرکزی متصل می‌شوند و پس از انجام محاسبات، مقدار وزنه و زاویه‌ی دقیق نصب آن اعلام می‌شود.

نکات ضروری قبل از تماس با شرکت بالانس فن

 

قبل از اینکه یک شرکت بالانس فن را برای انجام کار به کارگاهتان دعوت کنید، به این نکات توجه کنید. برخی از آن‌ها را شرکت‌های معتبر پیش از شروع کار به شما اعلام می‌کنند، اما مسئولیت بقیه‌ی موارد با خودتان است:

• حتماً از شرکت موردنظر بپرسید هزینه‌ی اعلامی فقط شامل بالانس فن است یا رفع تمام عیوب ارتعاشی را هم پوشش می‌دهد؛ چون لرزش همیشه از نابالانسی نیست و ممکن است ناشی از ناهم‌راستایی، خطای ساخت، آسیب‌دیدگی یا لقی باشد.
• مطمئن شوید کارشناس اعزامی مدرک آنالیز ارتعاش دارد؛ در غیر این‌صورت ممکن است نتواند عیوب مختلف را از هم تشخیص دهد و سیستم را دچار آسیب بیشتری کند.
• زمان کافی برای متوقف کردن خط تولید در نظر بگیرید؛ چون فرآیند بالانس ممکن است با تعمیر ایراداتی غیر از نابالانسی همراه شود و زمان‌بر باشد.
• فن را پیش از شروع کار به‌خوبی تمیزکاری کنید؛ اگر بعد از بالانس، غبار بیشتری از فن بریزد، دوباره نابالانس می‌شود. این نکته در فن‌های غبارگیر اهمیت بیشتری دارد.
• تسمه‌های فرسوده را از قبل تعویض کنید؛ تسمه‌ی خراب خودش منبع ارتعاش است و کارشناس باید ابتدا این مشکل را برطرف کند و سپس بالانس را انجام دهد.
• از هم‌راستا بودن پولی‌ها مطمئن شوید.
• پیچ‌های پایه به استراکچر را آچارکشی کنید، ترجیحاً با ترکمتر و پس از تمیزکاری کامل سیستم.
• هم‌راستایی شفت الکتروموتور و فن را هم بررسی کنید.

بالانس فن‌های آکسیال با قطر بالا

این نوع فن‌ها بیشتر در برج‌های خنک‌کننده (کولینگ تاور) و در کندانسورهای نیروگاه‌های حرارتی یا بخش آب خنک‌کاری آن‌ها به کار می‌روند. به دلیل دور پایین و لختی زیاد، بالانس این تجهیزات به آنالیز دقیق‌تری نیاز دارد. برای اطلاعات بیشتر می‌توانید مقاله‌ی بالانس کولینگ تاور را مطالعه کنید.