وجود نابالانسی در روتور های دور بالا باعث شکست در شافت و خرابی بیرینگ و تماس روتور با استاتور میشود. در همین  راستا میتوان به فرایند انالیز ارتعاشات و بالانس دینامیکی روتور توربو جت با دور کاری 120000 و گرید 0.4 با نابالانسی باقی مانده کمتر از 5 میلی گرم در دستگاه میکرو بالانس دوار ماشین پارس اشاره کرد.(روتور ذکر شده دارای کارکرد ایده ال درمحل مونتاژ بود)

توربوشارژرها و توربوجت‌ها از جمله فناوری‌های پیشرفته در مهندسی مکانیک هستند که نقش کلیدی در افزایش عملکرد و کارایی موتورهای احتراق داخلی و جت‌ها ایفا می‌کنند. هر دوی این دستگاه‌ها با استفاده از توربین‌ها برای فشرده‌سازی هوا و افزایش فشار آن، توان و کارایی موتور را به طرز قابل توجهی افزایش می‌دهند. با این حال، به دلیل سرعت‌های بسیار بالای چرخش و نیروهای گریز از مرکز قوی که ایجاد می‌کنند، به شدت به نابالانسی حساس هستند. نابالانسی در توربوشارژرها و توربوجت‌ها می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند لرزش، نویز، سایش زودرس قطعات، کاهش کارایی و حتی خرابی‌های جدی شود. از این رو، بالانس توربوشارژر و توربوجت فرآیندهایی حیاتی برای حفظ عملکرد بهینه و افزایش طول عمر این دستگاه‌ها هستند. در این مقاله به بررسی اهمیت بالانس توربوشارژر و توربوجت، روش‌های مختلف بالانس، تجهیزات مورد استفاده، چالش‌ها و راهکارهای مرتبط با این فرآیندها پرداخته می‌شود.

1. توربوشارژر

1.1. اهمیت بالانس توربوشارژر

توربوشارژرها به دلیل سرعت‌های بسیار بالای چرخش، نیازمند دقت بالایی در طراحی و ساخت هستند. نابالانسی در توربوشارژر می‌تواند منجر به مشکلات متعددی شود که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.

1.1.1. کاهش لرزش و نویز

توربوشارژرهایی که به درستی بالانس نشده‌اند، معمولاً باعث ایجاد لرزش‌های شدید و نویزهای ناخواسته می‌شوند. این لرزش‌ها می‌توانند به سرعت به سایر اجزای موتور منتقل شوند و باعث خرابی و کاهش عمر مفید موتور و توربوشارژر شوند. علاوه بر این، لرزش‌ها می‌توانند به اجزای متحرک آسیب برسانند و باعث ایجاد صداهای ناخوشایند شوند. بالانس دقیق توربوشارژر نه تنها به کاهش این لرزش‌ها و نویزها کمک می‌کند، بلکه عملکرد روان‌تر موتور را نیز تضمین می‌کند.

1.1.2. افزایش عمر مفید توربوشارژر

توربوشارژرها به دلیل سرعت‌های بالای چرخش و نیروهای گریز از مرکز قوی، به شدت در معرض سایش و خرابی قرار دارند. نابالانسی می‌تواند این مشکلات را تشدید کرده و عمر مفید توربوشارژر را به طور چشمگیری کاهش دهد. با انجام بالانس منظم و دقیق، فشارهای غیرضروری بر روی قطعات کاهش می‌یابد و در نتیجه، عمر مفید توربوشارژر افزایش می‌یابد. این امر به ویژه در توربوشارژرهایی که در شرایط سخت و با سرعت‌های بالا کار می‌کنند، اهمیت بیشتری دارد.

1.1.3. بهبود کارایی و کاهش مصرف سوخت

توربوشارژرهای نابالانس نمی‌توانند به طور کامل وظیفه خود را انجام دهند و این امر باعث کاهش کارایی موتور و افزایش مصرف سوخت می‌شود. یک توربوشارژر بالانس‌شده باعث می‌شود موتور با راندمان بالاتری عمل کند و در نتیجه مصرف سوخت بهینه‌تری داشته باشد. این امر به‌ویژه در خودروهای عملکرد بالا و در شرایط رانندگی با بار زیاد، بسیار اهمیت دارد. همچنین، بهبود کارایی توربوشارژر می‌تواند منجر به کاهش آلاینده‌های خروجی از موتور شود، که این امر از نظر زیست‌محیطی نیز حائز اهمیت است.

1.2. فرآیند بالانس توربوشارژر

1.2.1. شناسایی نابالانسی

اولین گام در فرآیند بالانس توربوشارژر، شناسایی نابالانسی است. نابالانسی می‌تواند به دلایل مختلفی از جمله تولید نامناسب، سایش قطعات، یا نصب نادرست اجزا ایجاد شود. برای شناسایی نابالانسی، از تجهیزات مختلفی مانند دستگاه‌های سنجش لرزش و آنالیز ارتعاشات استفاده می‌شود. این تجهیزات قادرند نقاط دقیق نابالانسی را شناسایی کرده و اطلاعات دقیقی درباره نوع و میزان نابالانسی فراهم کنند.

1.2.2. انواع نابالانسی در توربوشارژر

نابالانسی در توربوشارژرها معمولاً به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود:

• نابالانسی استاتیکی: زمانی رخ می‌دهد که جرم توربوشارژر به‌طور نابرابر در اطراف محور چرخش توزیع شده باشد. این نوع نابالانسی باعث می‌شود که مرکز ثقل توربوشارژر از محور چرخش فاصله داشته باشد، که منجر به ایجاد نیروهای گریز از مرکز و لرزش‌های ناخواسته می‌شود.

• نابالانسی دینامیکی: این نوع نابالانسی زمانی رخ می‌دهد که توزیع جرم در طول محور چرخش نابرابر باشد. نابالانسی دینامیکی می‌تواند باعث ایجاد ارتعاشات پیچیده‌تر و نیروهای ناپایدار در توربوشارژر شود.

1.2.3. روش‌های بالانس توربوشارژر

بسته به نوع و میزان نابالانسی، روش‌های مختلفی برای بالانس کردن توربوشارژرها استفاده می‌شود:

• بالانس استاتیکی: در این روش، توربوشارژر در حالت سکون قرار می‌گیرد و نقاطی که جرم اضافی دارند شناسایی و اصلاح می‌شوند. این روش برای شناسایی نابالانسی‌های ابتدایی و رفع آن‌ها استفاده می‌شود.

• بالانس دینامیکی: این روش برای توربوشارژرهایی که در سرعت‌های بالا کار می‌کنند، استفاده می‌شود. در بالانس دینامیکی، توربوشارژر در حال چرخش بالانس می‌شود و نقاط نابالانس در طول محور چرخش شناسایی و اصلاح می‌شوند. این روش دقیق‌تر از بالانس استاتیکی است و می‌تواند نابالانسی‌های پیچیده‌تری را شناسایی کند.

• استفاده از وزنه‌های بالانس: در این روش، وزنه‌های بالانس به نقاط خاصی از توربوشارژر متصل می‌شوند تا توزیع جرم بهینه شود. این وزنه‌ها معمولاً در نقاط مشخص شده روی روتور نصب می‌شوند تا نابالانسی‌های استاتیکی و دینامیکی را جبران کنند.

1.2.4. مراحل بالانس توربوشارژر

مراحل اصلی بالانس توربوشارژر به شرح زیر است:

• آماده‌سازی: قبل از شروع فرآیند بالانس، توربوشارژر باید تمیز شود و هرگونه آلودگی یا رسوب از آن برداشته شود. این کار به دقت اندازه‌گیری‌ها و نتایج بالانس کمک می‌کند.

• تست اولیه: توربوشارژر بر روی دستگاه بالانس نصب می‌شود و تست اولیه انجام می‌شود تا میزان و نوع نابالانسی شناسایی شود.

• افزودن یا حذف وزن: پس از شناسایی نقاط نابالانس، با افزودن یا حذف وزنه‌ها، توزیع جرم اصلاح می‌شود.

• تست نهایی: پس از اصلاحات لازم، توربوشارژر مجدداً تست می‌شود تا از بالانس صحیح آن اطمینان حاصل شود. این تست نهایی برای اطمینان از رفع کامل نابالانسی و تضمین عملکرد بهینه توربوشارژر ضروری است.

1.3. تجهیزات مورد استفاده در بالانس توربوشارژر

1.3.1. دستگاه‌های سنجش لرزش

دستگاه‌های سنجش لرزش برای اندازه‌گیری ارتعاشات و شناسایی نابالانسی‌های موجود در توربوشارژرها استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها می‌توانند داده‌های دقیقی درباره میزان لرزش و نقاط خاصی که دچار نابالانسی هستند، ارائه دهند. این داده‌ها به مهندسان کمک می‌کند تا تصمیمات دقیق‌تری درباره نحوه رفع نابالانسی بگیرند.

1.3.2. دستگاه‌های بالانس دینامیکی

دستگاه‌های بالانس دینامیکی برای شناسایی و اصلاح نابالانسی‌های دینامیکی در توربوشارژرها استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها معمولاً شامل یک سیستم کنترل کامپیوتری هستند که داده‌های مربوط به ارتعاشات و نابالانسی‌ها را تحلیل کرده و اقدامات لازم برای اصلاح آن‌ها را پیشنهاد می‌دهد. دستگاه‌های بالانس دینامیکی از جمله مهم‌ترین تجهیزات در فرآیند بالانس توربوشارژر محسوب می‌شوند و دقت بالایی در رفع نابالانسی‌های پیچیده دارند.

1.3.3. وزنه‌های بالانس

وزنه‌های بالانس معمولاً از مواد مقاوم و با دقت بالا ساخته می‌شوند و به منظور تعدیل توزیع جرم در توربوشارژرها به کار می‌روند. این وزنه‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به راحتی نصب شده و در صورت نیاز قابل تنظیم باشند. انتخاب و نصب صحیح وزنه‌های بالانس یکی از مراحل حیاتی در فرآیند بالانس توربوشارژر است.

1.4. چالش‌ها و راهکارها در بالانس توربوشارژر

1.4.1. تغییرات محیطی

یکی از چالش‌های مهم در بالانس توربوشارژر، تغییرات محیطی مانند دما و رطوبت است که می‌تواند بر توزیع جرم توربوشارژر تأثیر بگذارد. این تغییرات ممکن است باعث نابالانسی مجدد شوند. برای مقابله با این چالش، انجام بازبینی‌ها و بالانس منظم توصیه می‌شود. همچنین، استفاده از مواد و تجهیزات مقاوم در برابر تغییرات محیطی می‌تواند به کاهش اثرات این تغییرات کمک کند.

1.4.2. سایش و تجمع مواد

سایش قطعات و تجمع مواد در داخل توربوشارژر می‌تواند منجر به ایجاد نابالانسی شود. این مشکل به‌ویژه در محیط‌های صنعتی و در موتورهایی که در معرض مواد خورنده یا گرد و غبار قرار دارند، شایع است. نگهداری منظم و تمیزکاری دوره‌ای می‌تواند به جلوگیری از این مشکلات کمک کند. همچنین، استفاده از پوشش‌های ضد سایش و ضد خوردگی می‌تواند عمر مفید توربوشارژر را افزایش دهد.

1.4.3. هزینه‌های بالانس

بالانس توربوشارژرها، به‌ویژه در مقیاس صنعتی، ممکن است هزینه‌بر باشد. استفاده از تجهیزات دقیق و انجام عملیات بالانس توسط تکنسین‌های مجرب می‌تواند هزینه‌های اولیه را افزایش دهد، اما این هزینه‌ها در مقابل افزایش عمر مفید دستگاه و کاهش نیاز به تعمیرات مکرر، مقرون به صرفه خواهد بود. برای مدیریت بهتر هزینه‌ها، برنامه‌ریزی دقیق برای انجام بالانس در زمان‌های مناسب و پیشگیری از بروز نابالانسی‌های شدید می‌تواند مؤثر باشد.

1.5. فناوری‌های نوین در بالانس توربوشارژر

1.5.1. سیستم‌های خودکار بالانس

تکنولوژی‌های جدید امکان استفاده از سیستم‌های خودکار بالانس را فراهم کرده‌اند. این سیستم‌ها به طور خودکار نابالانسی‌های موجود را شناسایی و اصلاح می‌کنند، بدون نیاز به دخالت مستقیم اپراتور. این روش به‌ویژه در صنایعی که نیاز به دقت بالا و کاهش زمان توقف دارند، بسیار مؤثر است. سیستم‌های خودکار بالانس می‌توانند داده‌ها را در زمان واقعی (Real-Time) تحلیل کرده و اقدامات لازم را برای حفظ بالانس انجام دهند.

1.5.2. استفاده از سنسورهای پیشرفته

سنسورهای پیشرفته ارتعاش و سیستم‌های آنالیز داده به مهندسان امکان می‌دهند تا نابالانسی‌های توربوشارژر را با دقت بیشتری شناسایی و اصلاح کنند. این سنسورها می‌توانند داده‌های دقیق و لحظه‌ای از وضعیت توربوشارژر ارائه دهند و به بهبود فرآیند بالانس کمک کنند. همچنین، این سنسورها می‌توانند به سیستم‌های کنترل خودکار متصل شده و فرآیند بالانس را به‌صورت خودکار انجام دهند.

1.5.3. استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری

شبیه‌سازی‌های کامپیوتری به مهندسان این امکان را می‌دهند تا پیش از اجرای بالانس واقعی، نتایج احتمالی را بررسی و ارزیابی کنند. این شبیه‌سازی‌ها می‌توانند نقاط ضعف و نابالانسی‌های بالقوه را شناسایی کرده و به بهبود طراحی و فرآیندهای تولید کمک کنند. استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی پیشرفته می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و افزایش دقت فرآیند بالانس کمک کند.

2. توربوجت

2.1. اهمیت بالانس توربوجت

توربوجت‌ها یکی از پیشرفته‌ترین و پیچیده‌ترین دستگاه‌های مکانیکی هستند که در صنعت هوافضا برای تولید نیروی رانش استفاده می‌شوند. بالانس دقیق توربوجت‌ها از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است، زیرا نابالانسی در این دستگاه‌ها می‌تواند منجر به خرابی‌های فاجعه‌بار و حتی سقوط هواپیما شود.

2.1.1. کاهش لرزش و نویز

نابالانسی در توربوجت‌ها می‌تواند منجر به ایجاد لرزش‌های شدید و نویزهای ناخواسته شود. این لرزش‌ها نه تنها می‌توانند به اجزای داخلی توربوجت آسیب برسانند، بلکه می‌توانند به بدنه هواپیما نیز منتقل شده و باعث کاهش راحتی مسافران شوند. بالانس دقیق توربوجت‌ها می‌تواند به کاهش این لرزش‌ها و نویزها کمک کرده و عملکرد روان‌تر و ایمن‌تر هواپیما را تضمین کند.

2.1.2. افزایش عمر مفید توربوجت

توربوجت‌ها به دلیل سرعت‌های بسیار بالای چرخش و دماهای بالایی که در داخل آن‌ها وجود دارد، به شدت در معرض سایش و خرابی قرار دارند. نابالانسی می‌تواند این مشکلات را تشدید کرده و عمر مفید توربوجت را به طور چشمگیری کاهش دهد. با انجام بالانس منظم و دقیق، فشارهای غیرضروری بر روی قطعات کاهش می‌یابد و در نتیجه، عمر مفید توربوجت افزایش می‌یابد.

2.1.3. بهبود کارایی و کاهش مصرف سوخت

توربوجت‌های نابالانس نمی‌توانند به طور کامل وظیفه خود را انجام دهند و این امر باعث کاهش کارایی موتور و افزایش مصرف سوخت می‌شود. یک توربوجت بالانس‌شده باعث می‌شود که موتور با راندمان بالاتری عمل کند و در نتیجه مصرف سوخت بهینه‌تری داشته باشد. این امر به‌ویژه در هواپیماهای تجاری و نظامی که نیاز به برد طولانی و کارایی بالا دارند، اهمیت دارد.

2.2. فرآیند بالانس توربوجت

2.2.1. شناسایی نابالانسی

شناسایی نابالانسی در توربوجت‌ها فرآیندی پیچیده‌تر و دقیق‌تر نسبت به توربوشارژرها است. این فرآیند شامل استفاده از دستگاه‌های سنجش پیشرفته و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برای شناسایی نقاط دقیق نابالانسی و تحلیل اثرات آن‌ها بر عملکرد توربوجت است.

2.2.2. روش‌های بالانس توربوجت

روش‌های بالانس توربوجت شامل بالانس استاتیکی و دینامیکی است، اما به دلیل پیچیدگی بیشتر این دستگاه‌ها، نیاز به دقت بالاتر و استفاده از تجهیزات پیشرفته‌تری دارد. در بالانس توربوجت‌ها، معمولاً از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برای پیش‌بینی و رفع نابالانسی‌ها استفاده می‌شود. این شبیه‌سازی‌ها می‌توانند اثرات نابالانسی را بر عملکرد توربوجت پیش‌بینی کرده و راهکارهای بهینه برای رفع آن‌ها ارائه دهند.

2.2.3. تجهیزات مورد استفاده در بالانس توربوجت

تجهیزات مورد استفاده در بالانس توربوجت شامل دستگاه‌های سنجش لرزش، سیستم‌های آنالیز داده، و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری است. این تجهیزات به مهندسان امکان می‌دهند تا با دقت بیشتری نابالانسی‌ها را شناسایی و رفع کنند و عملکرد بهینه توربوجت را تضمین کنند.

2.3. چالش‌ها و راهکارها در بالانس توربوجت

2.3.1. تغییرات محیطی

توربوجت‌ها در محیط‌های بسیار متفاوت و با شرایط آب‌وهوایی مختلف کار می‌کنند. این تغییرات محیطی می‌تواند بر توزیع جرم و عملکرد توربوجت تأثیر بگذارد. برای مقابله با این چالش، انجام بازبینی‌های منظم و استفاده از مواد و تجهیزات مقاوم در برابر تغییرات محیطی توصیه می‌شود.

2.3.2. سایش و تجمع مواد

سایش قطعات و تجمع مواد در داخل توربوجت‌ها به دلیل دماهای بالا و شرایط سخت کاری، می‌تواند منجر به ایجاد نابالانسی شود. نگهداری منظم و استفاده از مواد مقاوم در برابر سایش و خوردگی می‌تواند به کاهش این مشکلات کمک کند.

2.3.3. هزینه‌های بالانس

بالانس توربوجت‌ها به دلیل پیچیدگی و دقت بالایی که نیاز دارند، هزینه‌بر است. با این حال، انجام منظم این فرآیند می‌تواند از خرابی‌های جدی‌تر و هزینه‌های بالاتر جلوگیری کند. استفاده از فناوری‌های نوین مانند شبیه‌سازی‌های کامپیوتری و سیستم‌های خودکار بالانس می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و افزایش دقت این فرآیند کمک کند.

نتیجه‌گیری

بالانس توربوشارژر و توربوجت از فرآیندهای حیاتی برای حفظ عملکرد بهینه و افزایش عمر مفید این دستگاه‌ها هستند. انجام صحیح این فرآیندها نه تنها باعث کاهش لرزش و نویز می‌شود، بلکه به بهبود کارایی، کاهش مصرف سوخت و جلوگیری از خرابی‌های جدی کمک می‌کند. استفاده از تجهیزات دقیق و فناوری‌های نوین مانند سیستم‌های خودکار بالانس و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، به مهندسان این امکان را می‌دهد که با دقت بیشتری نابالانسی‌ها را شناسایی و رفع کنند. در نهایت، بالانس منظم و به‌موقع توربوشارژرها و توربوجت‌ها یک سرمایه‌گذاری مهم برای حفظ سلامت و کارایی تجهیزات است که می‌تواند در درازمدت به صرفه‌جویی در هزینه‌ها و افزایش ایمنی و کارایی کمک کند.