Balans makinesi nedir?
Balans makinesi, rotoru kontrollü bir devirde döndürüp yataklara gelen kuvveti veya titreşimi ölçen ve bunu her düzeltme düzlemi için "şu açıda şu kadar gram" bilgisine çeviren ölçüm tezgâhıdır. Motor rotorları, fan çarkları, pompa çarkları, kasnaklar, kardan milleri, merdaneler, krank milleri ve türbin rotorları üretimde ve revizyonda bu makinelerde balanslanır.
Bir balans makinesi genel olarak dört bölümden oluşur: rotoru taşıyan mesnetler (yataklar), tahrik sistemi, titreşim veya kuvvet sensörleri ile referans açı sensörü, ve sonuçları vektör olarak gösteren ölçüm ünitesi.
Yatay balans makineleri
Rotor iki mesnet üzerinde yatay olarak döner. Mesnetler genellikle makaralı (roller) veya V blok tiptir; mil uçlarından ya da rotorun kendi yatak yuvalarından taşınır. Motor ve jeneratör rotorları, milli fan ve pompa rotorları, merdaneler, kardan milleri ve krank milleri yatay makinede balanslanır.
Kapasiteler birkaç gramlık rotorlardan onlarca tonluk türbin rotorlarına kadar uzanır. Seçimde rotor kütlesinin yanında maksimum çap (salınım çapı), yatak aralığı ve mil çapı aralığı da makineye uymalıdır.
Dikey balans makineleri
Rotor, dikey bir milin üzerindeki adaptöre oturtulur. Mili olmayan disk tipi parçalar için idealdir: kasnaklar, volanlar, fren diskleri, debriyaj baskıları, taşlama taşları ve mile takılmadan balanslanan fan çarkları. Yükleme ve düzeltme kolaydır, seri üretime uygundur.
Dikey makinelerin çoğu tek düzlemlidir; çift düzlemli modeller daha geniş parçalar için kullanılır. Adaptörün kendi dengesizliği ve merkezleme hatası sonuca doğrudan eklenir; bu yüzden adaptör toleransı ve indeksleme (180° çevirerek ölçme) önemlidir.
Hard-bearing ve soft-bearing makineler
Hard-bearing (sert yataklı) makinelerde mesnetler rijittir ve rotorun dengesizliğinden doğan kuvveti ölçer. Makine, mesnet sisteminin rezonansının çok altında çalışır. Rotorun boyutları (düzlem mesafeleri ve yarıçaplar) girildiğinde makine kalıcı olarak kalibredir; yeni bir rotor tipinde deneme ağırlığı gerekmez. Endüstride en yaygın tip budur.
Soft-bearing (yumuşak yataklı) makinelerde mesnetler esnek yaylıdır ve yer değiştirme ölçülür; makine mesnet rezonansının üzerinde çalışır. Çok hafif rotorlarda yüksek hassasiyet sağlar, ancak her yeni rotor tipi için deneme ağırlığıyla kalibrasyon gerekir.
Tahrik tipleri
- Kayış tahrik: Rotor, gövdesine sarılan bir kayışla döndürülür. Mil ucuna bağlantı gerekmez, tahrik sisteminden gelen dengesizlik etkisi azdır. Silindirik yüzeyli rotorlar (motor rotorları, merdaneler) için uygundur.
- Kardan (uç) tahrik: Rotor, mil ucundan mafsallı bir milde döndürülür. Ağır rotorlar, rüzgâr direnci yüksek fan çarkları ve kayışın sarılamayacağı düzensiz gövdeler için kullanılır. Kardanın kendi dengesizliği kompanze edilmelidir.
- Kendi tahriki: Komple elektrik motoru veya turbo grup kendi yataklarında, kendi enerjisiyle döndürülür. Montajlı ünitenin gerçek durumunu gösterir.
- Dikey mil tahriki: Dikey makinelerde parça, motorlu milin üzerindeki adaptörle birlikte döner.
Makine seçerken bakılacak değerler
- Kütle kapasitesi: Rotor kütlesi, makinenin alt ve üst sınırları arasında olmalı. Çok büyük bir makinede hafif rotor, hassasiyet kaybına yol açar.
- Maksimum çap ve yatak aralığı: Rotorun salınım çapı ve mesnetler arası mesafe makineye sığmalı.
- Balans devri aralığı: Rijit rotorlar düşük devirde balanslanabilir. Fan çarklarında hava direnci ve gereken tahrik gücü devri sınırlar.
- Umar ve URR: ISO 21940-21'e göre makinenin ulaşabildiği en küçük artık dengesizlik (Umar) ve dengesizlik azaltma oranı (URR) test rotoruyla doğrulanır. Hedef tolerans için yeterli olup olmadığı bu değerlerle karşılaştırılır.
- Ölçüm ünitesi: Polar vektör gösterimi, bileşen (komponent) ayırma, ağırlık bölme, tolerans değerlendirmesi ve raporlama.
- Düzeltme yöntemi: Ağırlık ekleme (vida, klips, kaynak) veya malzeme alma (delme, frezeleme, taşlama); seri üretimde otomatik düzeltme istasyonları.
Balans makinesi mi, yerinde balans mı?
Balans makinesi, rotor sökülebildiğinde ve parça imalat ya da revizyon aşamasındayken en doğru yoldur. Ancak makinede balanslanmış bir rotor, sahada yine titreyebilir: kaplin ve kasnak montajı, sıcaklık, yatak boşlukları, temel rijitliği ve çalışma devrindeki rezonans makinede yoktur.
Yerinde balans, rotoru sökmeden, kendi yataklarında ve gerçek çalışma devrinde yapılır. Sökme, nakliye ve yeniden montaj süresini ortadan kaldırır ve montajdan kaynaklanan dengesizliği de düzeltir. Atölyede balanslanan rotorların sahada son kontrolü için de kullanılır.
Nasıl kullanılır?
Rotor kütlesini, dış çapını ve genişliğini (milli rotorda yatak aralığını) girin.
Rotorun makineye nasıl bağlanacağını seçin: mil üzerinde iki yatak arası, konsol çark veya milsiz disk.
Çalışma devrini ve uygulamaya uygun G sınıfını seçin (ör. fan ve pompa için G6.3, motor rotorları için G2.5).
Önerilen makine tipi, kapasite sınıfı ve hedef Umar değeri, makine teklifleri veya atölye seçimi için karşılaştırma ölçütüdür.
Teori ve formüller
Uper = 9549 · G · m / n — Uper g·mm, G mm/s, m kg, n rpm. Özgül dengesizlik eper = Uper / m (µm).
Merkezkaç kuvveti F = U · ω², ω = 2π·n/60. Aynı dengesizliğin kuvveti devrin karesiyle artar; bu yüzden makinedeki düşük balans devrinde ölçülen sinyal küçüktür ve makinenin hassasiyeti (Umar) belirleyicidir.
Makinenin ulaşabildiği en küçük artık dengesizlik Umar (ISO 21940-21) toleransın belirgin altında olmalıdır. Genel uygulama Umar ≤ Uper / 4; aksi halde ölçüm belirsizliği toleransı tüketir.
Genişliği çapına göre küçük (b/D ≲ 0,25) ve orta devirde dönen rotorlarda tek düzlem çoğu zaman yeterlidir; daha uzun rotorlarda çift (dinamik) düzlem gerekir. Bu sayfadaki öneriler sektörde yaygın kullanılan pratik kurallardır.
Sık sorulan sorular
Hard-bearing mi soft-bearing balans makinesi mi seçmeliyim?
Farklı tiplerde rotorların balanslandığı atölye ve üretim hatlarında hard-bearing makineler tercih edilir: kalıcı kalibrasyonlu olduklarından rotor değiştiğinde deneme ağırlığı gerekmez. Soft-bearing makineler çok hafif ve hassas rotorlarda avantaj sağlar ama her rotor tipi için kalibrasyon ister.
Balans makinesinin kapasitesi nasıl seçilir?
Rotor kütlesi makinenin kütle aralığında, tercihen üst sınırın altında bir pay bırakarak seçilmelidir. Kütleyle birlikte maksimum çap, yatak aralığı, mil çapı ve gereken tahrik gücü de kontrol edilmelidir. Makinenin Umar değeri, hedef toleransın (Uper) dörtte birinden küçük olmalıdır.
Makinede balanslanan rotor sahada neden titrer?
Makinede yalnızca rotorun kendi dengesizliği düzeltilir. Kaplin veya kasnağın eksantrik montajı, kama boşluğu, yatak ve yuva toleransları, temel gevşekliği, hizasızlık ve çalışma devrine yakın bir rezonans sahada yeni titreşim kaynaklarıdır. Bu durumda yerinde ölçüm ve gerekirse yerinde balans yapılır.
Tek düzlem balans ne zaman yeterlidir?
Genişliği çapına göre küçük olan disk tipi rotorlarda (yaklaşık b/D ≤ 0,25) ve orta devirlerde tek düzlem (statik) balans genellikle yeterlidir. Uzun rotorlarda dengesizlik çift oluşturur (moment dengesizliği); bunu ancak çift düzlem (dinamik) balans giderir.