ضربه گیر

اصول کنترل ارتعاش در تجهیزات سرمایشی و تهویه مطبوع

Basic of vibration isolation in HVAC Equipment

نویسنده: ابولقاسم قادری

1399/03/13

مقدمه

امروزه با افزایش شهرنشینی و توسعه کلان شهرها و رشد تکنولوژی سبک سازی و بلند مرتبه سازی ، سطح ارتعاش و نویز در ساختمانها از میزان مجاز و قابل تحمل ان فراتر رفته است. اکثرساختمانهای بزرگ نظیر هتلها ، بیمارستانها و مجتمع های تجاری و مسکونی در معرض الودگی صوتی و ارتعاشی هستند.آلودگی صوتی باعث ایجاد مشکلات زیادی در مردم میگردد که در این زمینه بطور مفصل تحقیق و بحث شده است ( مرجع 6 و 7).

خوشبختانه در زمینه اطلاع رسانی در باره اثرات زیانبار نویز برمردم کلان شهرها، تحقیقات و کارهای میدانی خوبی در برخی دانشگاه ها و چند سارمان خصوصی انجام شده است ولی با توجه به حجم بسیار بالای الودگی صوتی درچند کلان شهر کشور، به نظر می رسد که این تلاش ها هرگز کافی نیست. در زمینه شناخت و کنترل الودگی ارتعاشی در کشور ما کار کمتری انجام شده است فرهنگ سازی و رفع این مشکلات، وظیفه کارشناسان و مشاوران اکوستیک می باشد.

 
لرزه گیر


 

پایش وضعیت

اولین و مهم ترین قدم پایش، اندازه گیری و آنالیز ارتعاشاتِ ماشین است. پس از مشخص شدن ایرادات قدم دوم رفع عیوب فوق است. عیوبی نظیر نامیزانی (نابالانسی) – عدم هم محوری – لقی مکانیکی و سایر اشکالات ساختاری.

وظیفه مهندس CM آن است که تا آن جا که مقدورست میزان ارتعاشات را از سرچشمه کاهش دهد. پس از رفعِ موارد یاد شده بالا اگر باز هم دامنه ارتعاشات بالاتر از حد مجاز استاندارد بود، دستگاه به سیستم لرزه گیر نیاز دارد. پس شرط لازم و کافی برای اینکه یک تجهیزِ دوار، سال های سال بتواند خوب کار کند آن است که علاوه بر رفع تمامی اشکالات ساختاری، مجهز به لرزه گیر گردد. بایستی توجه داشت که در طول عمر مفید یک دستگاه ممکن است از حداکثر یک یا دو سری لرزه گیر استفاده شود امّا پایش وضعیت ارتعاش به طور منظم و همیشگی ادامه خواهد داشت. علاقمندان جهت مطالعه بیشتر به مرجع (4) مراجعه کنند.



 

انواع شاسی های دستگاه (vibration isolation support)

 

شاسی فلزی(Steel Base)

شاسی فلزی عمومی ترین مدل فریم برای تجهیزات دوار است که در اکثر موارد قابل استفاده است. در صورتی که نصاب احساس کند که در اثر بار سنگین فریم دچار خمش و نرمی می شود بایستی توسط افزودن تیرک های ضرری فولادی سختی سازه فوق را افزایش دهد. تقویت شاسی بدین روش باعث افزایش سختی و صلبیت و فرکانس طبیعی مجموعه می شود.

شاسی بتونی (Inertia Block Base)

برای دستگاه های سنگین و مشکل دار از این مدل بتونی استفاده می شود. مزایای این شاسی عبارت اند از:

  • افزایش جرم تجهیز (کمک به ایزولاسیون بهتر)
  • پایین آوردن مرکز ثقل دستگاه و ایجاد پایداری بهتر
  • جلوگیری از پیچش فریم
  • استفاده در تجهیزاتی که مستقیمأ به موتورکویل می شوند
معمولأ جرم شاسی بتونی بین (1.50-3.0) برابر وزن تجهیز در نظر گرفته می شود. هرچه وزن مجموعه بیشتر شود درجه ایزولاسیون سیستم بالاتر می رود.

نکته: در هنگام ساخت فریم دستگاه بایستی به توزیع بار در طول شاسی دقت شود چون توزیع جرمی اکثر دستگاه ها ناهمگون و نامتقارن است برای حل این مشکل سه راه وجود دارد:
  • استفاده از چند نوع لرزه گیر در نقاط مختلف شاسی دستگاه
  • غییر فواصل لرزه گیر و استفاده از یک نوع لرزه گیر
  • استفاده از یک نوع لرزه گیر به صورت متقارن و تغییر نوع فنرها
معمولأ روش اول به دلیل متغیر بودن ابعاد و ارتفاع لرزه گیرها بسیار مشکل است روش دوم هم نیاز به محاسبات و حدس و خطا دارد. بهترین روش توزیع منظم یک نوع لرزه گیر است. در جاهایی که وزن کمتر است با تغییر دادن المان فنر این مشکل حل می شود (اکثرأ استفاده از یک فرم لرزه گیر با فنر های مختلف راحت ترین راه می باشد).
 
لرزه گیر
 


انواع لرزه گیرهای ماشین آلات

 

ورق لاستیکی (Rubber Sheet and pad)

پدهای لاستیکی در اندازه های بزرگ تولید می گردند. معمولأ مصرف کنندگان این قطعات را به ابعاد دلخواه برش داده و سوراخ کاری می کنند. ورق های لاستیکی در ضخانت های 10 و 20 و 30 میلی متر در بازار موجود هستند. میزان بازی آن ها mm(3-1) می باشد. پدها برای تجهیزاتی که فرکانس کار آن ها بالاتر از 3000باشد مناسب می باشند.

 
لرزه گیر
 

لرزه گیرهای لاستیکی (Rubber Isolator)

این قطعات تنوع شکلی و ابعادی زیادی دارند امّا عمده آن ها استوانه ای شکل با دو عدد پلیت فولادی که به طرفین لاستیک چسبیده اند می باشند. نقش پلیت های فولادی کمک به یکنواخت کردن توزیع بار در تمام سطح لرزه گیر می باشد. قطعات فوق معمولأ در سختی 35 الی 80 شورآ طراحی و تولید می گردند. بهترین راندمان در محدوده سختی 65 - 55 شورآ حاصل می شود(3). ضخامت لرزه گیرهای لاستیکی قرقره شکلmm (100 - 40) و میزان بازیmm (8 - 3) متغیر می باشد. لرزه گیرهای لاستیکی برای فرکانس های پایین مناسب نیستند. در یک مطالعه فروهر مجد (1) و همکاران به بررسی نقش به بررسی نقش ایزولاتور لاستیکی در کاهش میزان ارتعاشات فن پرداختند. یافته های این مطالعه نشان می دهد که ایزولاتور های لاستیکی در فن های با دور موتور بالاتر از 1200 Rpm خوب عمل می کنند برای نمونه سرعت ارتعاش را از 8200 به 3100 میکرواینچ بر ثانیه می رساند. فن مورد مطالعه دارای دور موتور 2500 Rpm بوده است.

لرزه گیر
 

لرزه گیرهای فنری (فنری ساده – تلسکوپی – مهاردار – اسپرینگ هنگر)

تمام مشکلات ارتعاش با استفاده از لاستیک حل نمی شود. می دانیم که فرکانس تشدید لرزه گیرهای لاستیکی Hz(20 - 8) است و این نشان می دهد که از حدود 20 هرتز و پایین تر جوابگو نیستند. مطابق فورمول:

لرزه گیر
 

لرزه گیری فنری ساده (free stand spring)

این نوع لرزه گیرها دارای قابلیت بازی بین (40 – 10) میلی متر بوده و در ظرفیت های (2000 - 50) کیلوگرم تولید و عرضه می گردند. بنا به توصیه استاندارد اشری فقط در مناطق غیر زلزله خیز قابل استفاده هستند به دلیل اینکه نیروی افقی زلزله و وزن دستگاه تمامی در نهایت به فنر وارد می شود و باعث شکستن فنر و واژگونی تجهیز می گردد. برای رفع این مشکل در طرفین دستگاه مهار بند زلزله نصب می شود.

لرزه گیر تلسکوپی

این مدل دارای بدنه (هوزینگ) فولادی بوده و طراحی بدنه آن به شکلی است که در مقابل نیرو های افقی زلزله مقاومت می نماید. سایر مشخصات آن ها شبیه فنری ساده می باشد. از لرزه گیرهای تلسکوپی برای فن های سنگین در روی زمین و فن های با وزن متوسط و سبک در طبقات بالا استفاده می شود.

لرزه گیر مهاردار (Restrained spring mount)

این قطعات با نام مخفف RSM شناخته می شوند و شامل یک فنر ساده و فاصله انداز و مهار در یک بدنه فولادی می باشند. مزایای لرزه گیرهای RSM عبارت اند از:

  • مقاومت در برابر نیروهای برشی و قائم زلزله
  • قابلیت درجا برای تعویض فنر (بدون نیاز به جرثقیل و بلند کردن دستگاه)
  • قابلیت تحمل بار حداکثر تا 000/10 کیلو و 100 میلی متر بازی
  • قابلیت تنظیم ارتفاع لرزه گیر (تراز کردن دستگاه)

توصیه استاندارد اشری این است که در طبقات بالا و در سازه هایی که عرض دهانه بالاتر از 6 متر دارند و نیز دستگاه های گران قیمت و سنگین حتما از مدل فنری مهاردار استفاده شود.

لرزه گیر
 

اسپرینگ هنگر (spring hanger)

جهت تعلیق خطوط لوله و داکت از دیواره ها و سقف از لرزه گیرهای آویزانی استفاده می شود. این لرزه گیرها در ظرفیت و اشکال متفاوت تولید می گردند. مزیت این قطعات هنوز چنانکه باید برای صنایع (در ایران) شناخته شده نیست.

دمپر افقی مهاردار (Horizontal thrust restraint)

این اتصالات شکل یک المان افقی انعطاف پذیر بوده و از انتقال لرزش و صدا و حرکات فن به اطراف جلوگیری می کنند. در واقع تراست یک سیستم لرزه گیر مرکب از چند هنگر و لرزه گیر فنری ساده و یک دمپر لاستیکی یا پارچه ای نسوز می باشد. به دلیل طراحی هوشمندانه اش از انتقال حرکات و لرزش و سروصدا به اطراف جلوگیری می کند

لرزه گیر
 

چگونه یک لرزه گیر مناسب دستگاه را انتخاب کنیم؟

 

تیتر چگونگی انتخاب لرزه گیر، یک اشتباه مرسوم و رایج است جمله بهتر شاید این باشد «چگونه لرزه گیرِ مناسبِ دستگاه مان را تعیین کنیم».
محققان جهت افزایش کارایی لرزه گیرها در کشورهای توسعه یافته در حال کارند. هم اکنون صحبت از حذف صددرصدی ارتعاشاتِ یک ماشین، دیگر ایده ای جاه طلبانه نیست. بیات (6) و همکاران (که در زمینه اکوستیک و ارتعاش در تجهیزات دقیق کار می کنند) در یک پروژه جدید توانستند میزان ارتعاش را از 16000 میکروابنچ بر ثانیه به سطح (80 - 10) برسانندکه حدود 50% کمتر از کمترین حد مجاز ارتعاش توصیه شده توسط استاندارد اَشری می باشد. ساخت ایزولاتور فنری با ارتفاع زیاد (680 میلی متر) به همراه فاصله انداز های لاستیکی و یک سری تمهیدات فنی دیگر این امکان را فراهم کرده است. هدف از نوشتن این مقاله آشنایی با انواع لرزه گیر و مقایسه آن ها با یکدیگر و نحوه درست کاربرد آن ها در تجهیزات دوارست. به همین سبب مجموعه ای کامل در قالب یک مثال کاربردی را تهیه کردیم که در عین سادگی بسیار کارآمد و مفید است.

جهت مشخص کردن انواع لرزه گیر بایستی مراحل زیر به ترتیب انجام گیرند:

  • تعیین وزن دستگاهm
  • تعیین فرکانس کار دستگاهRPm
  • انتخاب تعداد پایه مناسب برای لرزه­گیرn
  • انتخاب یک درجه ایزولاسیونِ دلخواهِ مناسب(مثلأ I = 90 درصد)
  • سپس با استفاده از فرمول­های زیر میزان بازی و سختی لرزه­گیر به دست می­آید
لرزه گیر
 

با توجه به چند پرسش زیر تیپ و نوع دقیق لرزه­گیر را مشخص کنید

  • آیا دستگاه روی زمین است؟
  • آیا دستگاه دارای دور متغیر است؟
  • آیا مرکز ثقل دستگاه در وسط است؟
  • عرض دهانه سازه چقدر است؟

 

مثال 1

یک تجهیز دوار بوزن 4200 کیلوگرم و دور موتور 1200 دارای شش نقطه جای لرزه­گیر است. با فرض نصب دستگاه در کف سالن تولید و راندمان ایزولاسیون 90 درصد مطلوب است:

  1. فرکانس طبیعی سیستم
  2. میزان سختی و بازی لرزه­گیر
 

حل: ابتدا با استفاده از فرمول (1) میزان انتقال T = 0.1 به دست می­آید.

سپس با استفاده از فرمول (2) میزان فرکانس طبیعی سیستم  تعیین می­شود. با استفاده از فرمول (3) و (4) ضریب فنریت کل سیستم  به دست می­آید

لرزه گیر

میزان بازی نیز از فرمول (4) به مقدار  به دست می­آید. سپس از روی کاتالوگ لرزه­های لاستیکی جداسازی ارتعاشات لرزه­گیر لاستیکی تیپ D100 مناسب این کار است.

 

مثال 2

با فرض دور موتور   باشد مسئله (1) را دوباره حل کنید: در این صورت با استفاده از فرمول­های 1 و 2 و 3 و 4 موارد زیر به دست می­آیند

لرزه گیر

    از روی کاتالوگ شرکت گرب آلمان لرزه­گیر مدل D1- 84برای تجهیز مناسب میباشد.در این مسئله اگر وزن تجهیز زیاد بوده ویا  روی بام نصب شده باشد بایستی از لرزه گیر مهاردار مدل RSM-800 استفاده کرد. در شکل زیر راندمان انواع لرزه گیرها با هم مقایسه شده اند .

لرزه گیر

لازم به ذکرست که در سیستم های پیچیده و با درجات ازادی بیشتر نیاز به محاسبه چندین ضریب فنریت و فرکانس طبیعی و ... میباشد.در این گونه موارد برای تحلیل و محاسبات ارتعاشی از نرم افزارهای مهندسی استفاده میشود

 
 

نتیجه گیری

امروزه لرزه گیرها نقش انکار ناپذیری در صنعت ساختمان و کارخانجات (نظیر معادن - سیمان –نیروگاه وخودروسازی) دارا میباشند.در این مقاله به اختصار در مورد خواص فیزیکی و دینامیکی لرزه گیرها  و چگونگی رفتار انها در مقابل ارتعاشات  و نحوه درست کاربرد انها بحث شد. خوشبختانه هم اکنون دانش فنی طراحی و ساخت این قطعات در کشور ما نهادینه شده است . امیدست با توجه به محدودیت های ارزی سالهای اخیر و لزوم صرفه جویی صنایع  استفاده از این محصولات روزبروز در واحدهای صنعتی کشور گسترش یابد.

 
لرزه گیر
 

مراجع

 
  1. بررسی نقش ایزولاتورهای لاستیکی در کاهش میزان ارتعاشات فن - مجله نظام سلامت/فرهاد فروهر مجد –لیلا مقصودیان –سمیرا برکات/1394
  2. پانزده عامل ایجاد سر و صدا و ارتعاش در تجهیزات دوار- ماهنامه فناوری سیمان- سال 1394
  3. بررسی ویژگیهای لاستیک طبیعی با میرایی بالا در جداسازهای لرزه ای – مجله مهندس مشاور / ابوالقاسم قادری / بهار 1390
  4. آنالیز ارتعاشات در ماشین های الکتریکی دوار –شرکت ارتعاش صنعت کویر/ کرمان
  5. مروری بر استانداردهای ارتعاش در ساختمان – زهرا هاشمی و صبا کلانتری/ مجله صوت و ارتعاش / اذر ماه 1394
  6. Small deviation and big failures in vibration & noise isolation . Bayat Ahmad .P.E /san Francisco.www.va- consult.com.
  7. Lord carporation vibration control.
  8. WWWnovibes.com/Vibration and Shock isolation products.
  9. Fan engineering / “ vibration isolation of fans” .Twin city fan.2019
  10. Rivin.E.I / “passive vibration isolation” . ASME press New York 2005
 
دانلود مقاله

با استفاده از لینک دانلود زیر می توانید این مقاله را دانلود کنید.

دانلود

نظر و پرسش شما

1
2
3

محصولات مرتبط



مقالات مرتبط

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره محصولات این حوزه می توانید به مقالات زیر مراجعه کنید.


دستورالعمل نصب لرزه گیرفنری RSM

در این متن به مراحل نصب لرزه گیر فنری RSM می‌پردازیم.

مشاهده صفحه

علل ارتعاشات در ساختمان‌ها

در این مقاله به حالتهای الودگی ارتعاشی که بیشتر مربوط به تجهیزات سرمایشی، گرمایشی و تهویه مطبوع است می‌پردازیم.

مشاهده صفحه

راهنمای انتخاب لرزه گیر

در این بخش به معرفی مواردی می‌پردازیم که ممکن است در انتخاب صحیح نوع لرزه‌گیر مدنظرتان موثر باشد.

مشاهده صفحه

کاتالوگ محصولات

در این بخش جدول مشخصات محصولات لرزه گیر تولید شده این شرکت تقدیم میگردد.

مشاهده صفحه