Balanssızlık Arızası Nasıl Değerlendirilir?

Balanssızlık, dönen parçanın kütle merkezinin dönme ekseniyle çakışmaması sonucu her turda merkezkaç kuvvet oluşmasıdır. Kuvvetin büyüklüğü dengesiz kütle momentiyle ve açısal hızın karesiyle artar. Bu nedenle düşük hızda kabul edilebilir görünen küçük bir kütle dağılım hatası, yüksek çalışma hızında yataklara ve şaseye önemli dinamik yük aktarabilir.

Balanssızlığın fiziksel tanımı

Dengesizlik genellikle kütle × yarıçap birimiyle, örneğin g·mm olarak ifade edilir. Aynı dengesiz kütle rotor merkezinden uzaklaştıkça daha büyük moment üretir. Balans işlemi, uygun açısal konum ve yarıçapta kütle ekleyerek veya çıkararak bileşke dengesizliği kabul edilen artık seviyeye indirmeyi amaçlar.

Vibrasyon genliği yalnız dengesizliğe bağlı değildir. Rotor-yatak sisteminin rijitliği, sönümü, yatak boşluğu, temel ve doğal frekanslar aynı kuvvete verilen yanıtı belirler. Bu yüzden mm/s değerinden doğrudan gram hesabı yapılamaz; deneme ağırlığının oluşturduğu genlik ve faz değişimi ölçülür.

Balanssızlık türleri

Statik balanssızlık

Kütle merkezi mil ekseninden kaçmıştır ve baskın ağır nokta tek düzlem düzeltmeyle dengelenebilir. Dar disk biçimli rotorlar bu modele yaklaşabilir. Rotor serbest desteklendiğinde ağır tarafın aşağı gelme eğilimi statik dengesizliğin göstergesidir; çalışma şartındaki dinamik yanıt yine ölçülmelidir.

Çift dengesizliği

Eşit büyüklükte ters yönlü iki dengesizlik rotor boyunca moment oluşturur. Statik olarak ağırlık merkezi eksende olabilir ancak rotor dönerken yataklarda karşı fazlı kuvvetler oluşur. İki düzlem düzeltmesi gerekir.

Dinamik balanssızlık

Gerçek rotorların çoğunda statik ve çift dengesizliği birlikte bulunur. İki yataktaki genlik ve faz farklı olabilir. Rotor uzunluğu, düzeltme düzlemleri ve çalışma şekli değerlendirilerek iki düzlem balans uygulanır.

Quasi-static durum

Dengesizlik dağılımı bir düzlemdeki kuvvet ile buna eşlik eden moment bileşeni oluşturabilir. Teorik sınıflandırma düzeltme stratejisini açıklasa da saha uygulamasında ölçülen etki katsayıları belirleyicidir.

Balanssızlık neden gelişir?

• Üretim toleransı veya hatalı kütle dağılımı
• Fan kanatlarında ürün, toz ya da kaplama birikimi
• Erozyon, korozyon veya parça kopması
• Kaynak, tamir veya kaplama sonrası kütle değişimi
• Rotorun mile eksantrik ya da hatalı merkezlenmiş bağlanması
• Düzeltme ağırlığının gevşemesi
• İçi boş parçada sıvı veya malzeme hareketi
• Termal eğilme ve çalışma sırasında şekil değişimi

Kök neden giderilmeden yapılan balans geçici olabilir. Yapışan ürün çalışma sırasında yer değiştiriyorsa faz kararsızlaşır ve tek bir düzeltme ağırlığı kalıcı sonuç sağlamaz.

Vibrasyon ve faz belirtileri

Balanssızlık çoğu kez radyal yönde baskın 1X bileşeniyle ilişkilidir. İdeal, doğrusal bir sistemde faz kararlı ve dalga formu yaklaşık sinüzoidaldir. İki yatak arasındaki faz dağılımı statik veya moment davranışı hakkında bilgi sağlayabilir. Bununla birlikte yapısal rezonans 1X genliğini ve fazını güçlü biçimde değiştirebilir.

Eksenel 1X'in yüksek olması, çok sayıda harmonik, turdan tura değişen faz veya darbeli dalga formu başka mekanizmaların araştırılmasını gerektirir. Kaplin hizasızlığı, gevşeklik, eğri mil, rub ve aerodinamik kuvvetler de dönme frekansında enerji üretebilir.

Balans öncesi saha kontrolleri

Rotorun temizliği, kanat ve kaynak bütünlüğü, rulman boşluğu, ankrajlar, şase, kaplin, kayış ve koruyucu parçalar kontrol edilir. Çatlak veya gevşek parça bulunan rotor balans amacıyla çalıştırılmamalıdır. Nominal hız, güvenli çalışma sınırı, düzeltme ağırlığının bağlanabileceği alan ve koruma prosedürü belirlenir.

Başlangıç ölçümü aynı devir ve yükte tekrarlanır. Genlik ve faz yeterince kararlı değilse balans hesabı güvenilir olmaz. Takometre yüzeyi ve tetik noktası her çalıştırmada aynı faz referansını sağlamalıdır.

Yerinde balans uygulaması

Başlangıç çalıştırması

Her yatakta seçilen yönlerde 1X genlik ve faz kaydedilir. Spektrum, overall ve zaman dalga formu balans dışı sorunlar açısından incelenir. Tek veya iki düzlem yöntemi rotor boyu ve yatak yanıtına göre seçilir.

Deneme ağırlığı

Bilinen kütle, yarıçap ve açıda güvenli biçimde bağlanır. Deneme ağırlığı ölçülebilir faz/genlik değişimi oluşturmalı fakat makineyi riskli seviyeye taşımamalıdır. Merkezkaç kuvveti çalışma hızına göre önceden değerlendirilir. Bağlantı yöntemi gevşemeye karşı emniyetli olmalıdır.

Etki katsayısı ve düzeltme

Başlangıç ve deneme çalıştırması arasındaki vektörel fark, rotor sisteminin deneme ağırlığına cevabını verir. Yazılım gerekli düzeltme kütlesi ve açısını hesaplar. Uygulanabilir delik veya ağırlık konumları sınırlıysa vektör bölme yöntemi kullanılabilir. Gerçek yarıçap ve yerleştirilen kütle kayıt altına alınır.

Doğrulama

Düzeltme sonrası aynı çalışma koşulunda yeniden ölçüm yapılır. Hedef yalnız 1X düşüşü değil; faz kararlılığı, diğer frekansların değişmemesi ve makinenin güvenli davranışıdır. Gerekirse trim çalıştırması uygulanır. Son ağırlıklar kalıcı ve mekanik olarak güvenli hale getirilir.

Tek ve iki düzlem seçimi

Rotorun eksenel uzunluğu çapına göre küçükse ve yataklar benzer fazda yanıt veriyorsa tek düzlem yeterli olabilir. Uzun rotor, iki yatakta farklı faz veya moment davranışı iki düzlem gerektirebilir. Kesin seçim yalnız geometrik oranla yapılmaz; çalışma hızındaki dinamik davranış ve düzeltme düzlemlerinin yataklara etkisi incelenir.

İki düzlem balans sırasında bir düzlemdeki ağırlık her iki yatağı da etkiler. İki bağımsız deneme çalıştırmasıyla etki katsayı matrisi oluşturulur. Devir veya yapı değişirse bu katsayılar geçerliliğini kaybedebilir.

Saha örnekleri

Proses fanında bakım sonrası radyal 1X yükselmesi ve kararlı faz görülmesi, rotor üzerindeki eşit olmayan kaplama veya parça değişimini araştırmayı gerektirebilir. Kapak açıldığında birikim bulunursa önce temizlik yapılır. Temizlik sonrası yeni başlangıç ölçümü alınmadan eski deneme ağırlığı hesabı kullanılmaz.

Uzun bir fan rotorunda iki yatak benzer genlikte fakat yaklaşık ters fazda hareket edebilir. Tek düzlem ağırlık bir yatağı iyileştirirken diğerini kötüleştiriyorsa moment bileşeni düşünülür. İki düzlem ölçüm uygulanmadan önce yatak ve şase bağlantılarının sağlamlığı doğrulanır.

Sık yapılan yorum ve uygulama hataları

• Her yüksek 1X değerini balanssızlık kabul etmek.
• Rotoru temizlemeden veya gevşekliği gidermeden balans yapmak.
• Faz kararsızken hesaplanan ağırlığı uygulamak.
• Deneme ağırlığının merkezkaç kuvvetini kontrol etmemek.
• Ağırlık açısını dönüş yönü ve referans işaretiyle karıştırmak.
• Bir düzeltme düzleminin iki yatağa etkisini göz ardı etmek.
• Son ağırlığı geçici bağlantıyla işletmede bırakmak.

Balans kalitesi ve artık dengesizlik

Balans işlemi teorik olarak sıfır titreşim hedeflemez. Rotorun kullanım amacı ve çalışma hızına göre izin verilen artık özgül dengesizlik belirlenir. Balans kalite sınıfı, rotor tipine uygun standart ve üretici kriteriyle seçilir. Aynı kalite sınıfında devir arttıkça izin verilen özgül dengesizlik azalır.

Atölye balans makinesindeki artık dengesizlik ile sahadaki yatak vibrasyonu farklı büyüklüklerdir. Atölye sonucu rotorun belirli destek ve hız koşulundaki kütle dağılımını, saha ölçümü ise rotor-yatak-şase sisteminin toplam dinamik yanıtını gösterir. Kabul kriterleri birbirinin yerine kullanılmamalıdır.

Düzeltme yöntemleri ve mekanik güvenlik

Kütle ekleme; cıvatalı ağırlık, kaynak veya tasarlanmış ağırlık yuvasıyla yapılabilir. Kütle çıkarma; delme, frezeleme veya taşlama yöntemiyle uygulanabilir. Her yöntemde rotor dayanımı, yorulma, sıcaklık, malzeme ve maksimum çevresel hız değerlendirilir. Rastgele kaynak ısıl deformasyon ve çatlak riski oluşturabilir.

Düzeltme ağırlığının açısı ve yarıçapı kalıcı biçimde kaydedilir. Korozif veya kirli ortamda ağırlık bağlantısı servis boyunca güvenli kalmalıdır. Çok sayıda eski trim ağırlığı varsa bunların toplam vektörü ve mekanik durumu incelenmeden yeni ağırlık eklenmez.

Faz kalitesi ve ölçüm tekrarı

Fotosel işaretinin genişliği, kontrastı ve sensör konumu faz kararlılığını etkiler. Tetik kaybı veya çift tetik, ağırlık açısını hatalı hesaplatabilir. Devir sinyali osiloskop veya cihaz göstergesiyle kontrol edilir. Faz birkaç çalıştırmada benzer kalmıyorsa kök neden bulunmadan düzeltmeye devam edilmez.

Makinenin termal durumu da başlangıç ile deneme çalıştırması arasında aynı olmalıdır. Fan damperi, debi, ürün yükü ve yatak sıcaklığı değişirse etki katsayısı yalnız ağırlık etkisini temsil etmez. Her koşu için proses parametreleri kayıt altına alınır.

Kritik hız yakınında balans

Çalışma hızı doğal frekansa yakınsa küçük hız değişimi büyük genlik ve faz değişimi oluşturabilir. Bu bölgede klasik tek hızlı etki katsayısı hassaslaşır. Önce hız taramasıyla güvenli ve kararlı ölçüm noktası belirlenir; yapısal rezonans gerekiyorsa ayrı problem olarak ele alınır.

Esnek rotorlar farklı hız bölgelerinde farklı mod şekilleri gösterebilir. Düşük hızlı balans sonucu çalışma hızındaki modal dengesizliği tamamen düzeltmeyebilir. Üretici prosedürü, kritik hızlar ve uygun düzeltme düzlemleri bilinmeden saha ağırlığı uygulanmaz.

Sonuç

Balans işlemi, rastgele ağırlık eklemek değil; rotor sisteminin vektörel cevabını ölçerek kontrollü kütle düzeltmesi yapmaktır. Kök neden kontrolü, güvenli deneme ağırlığı ve doğrulama ölçümü işlemin kalıcılığını belirler. Uygulama için BALANSTEK yerinde balans hizmeti, ölçüm yaklaşımı için Vibrasyon Analizi Nedir? ve genlik-faz değerlendirmesi için FFT analizi incelenebilir.