Balanssızlık Neden Titreşim ve Arıza Kaynağıdır?

Döner bir ekipmanda rotorun kütle merkezi ile dönme ekseni çakışmadığında ortaya çıkan duruma balanssızlık (unbalance) denir. Rotor döndükçe bu kütle dağılımı düzensizliği, dönme hızının karesiyle artan merkezkaç kuvvetleri üretir; bu kuvvetler yataklara, gövdeye ve bağlantı elemanlarına periyodik zorlanma olarak aktarılır ve dönme frekansında (1X) baskın bir titreşim olarak kendini gösterir.

Kontrol edilmeyen balanssızlık; rulman ömrünün kısalması, salmastra ve keçe aşınması, gürültü artışı, cıvata gevşemesi, mil yorulması ve komşu ekipmanlara enerji aktarımı gibi sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle balanslama, döner ekipman güvenilirliğinin ve kestirimci bakımın temel bileşenlerinden biridir. Bu sayfa, konuyu genel hatlarıyla açıklayan bir bilgilendirme metnidir.

ISO 21940 Serisi ve Kapsamı

ISO 21940 serisi, rotor balanslamaya ilişkin uluslararası çerçeveyi oluşturan çok parçalı bir standart ailesidir. Seri, terminolojiden balans kalite kriterlerine, balans hatası değerlendirmesinden balans makinelerinin tanımlanmasına kadar geniş bir alanı kapsar ve daha önce yaygın olarak kullanılan ISO 1940 serisinin yerini almıştır.

  • ISO 21940-11: Rijit (sabit durumdaki) rotorlar için balans kalitesi gereksinimleri, balans toleransları ve kabul kriterleri – eski ISO 1940-1’in yerini almıştır.
  • ISO 21940-12: Esnek (flexible) davranış gösteren, hıza bağlı şekil ve balanssızlık dağılımı değişen rotorlar için prosedür ve toleranslar.
  • ISO 21940-14: Balans hatalarının (balancing errors) değerlendirilmesine ilişkin prosedürler.
  • ISO 21940-2: Balanslamayla ilgili terimler ve tanımlar (terminoloji / sözlük).
  • ISO 21940-21: Balans makinelerinin tanımlanması ve değerlendirilmesi.
  • ISO 21940-1: Seriye giriş ve genel çerçeve.

Balans Kalite Dereceleri (G-Sınıfları)

ISO 21940-11, izin verilebilir kalıcı balanssızlığı (residual unbalance) G-sınıfı adı verilen balans kalite dereceleri üzerinden tanımlar. G-sınıfındaki sayı, mm/s birimindeki bir hız değerine karşılık gelir ve izin verilebilir özgül balanssızlık ile maksimum servis hızının çarpımından türetilir. Bir başka deyişle her G-sınıfı, rotor kütle merkezinin sabit bir yörünge hızını temsil eder.

Bunun pratik sonucu şudur: Aynı G-sınıfını daha yüksek hızda tutmak, daha düşük izin verilebilir balanssızlık gerektirir; yani yüksek devirli rotorlar daha hassas balanslanmalıdır. Uygulamada genel makineler (pompa, fan, elektrik motoru rotorları) için sıklıkla G 6.3 mertebesinde, türbin ve kompresör gibi daha hassas ekipmanlar için G 2.5 mertebesinde derecelere atıfta bulunulur.

  • G-sınıfı = izin verilebilir özgül balanssızlık × açısal hız; sabit bir mm/s yörünge hızı anlamına gelir.
  • Daha küçük G değeri = daha sıkı tolerans = daha hassas balans.
  • G 6.3: genel amaçlı döner makineler için sıkça anılan bir mertebe.
  • G 2.5: türbin, kompresör ve hassas ekipman için sıkça anılan bir mertebe.
  • Kesin G-sınıfı seçimi ekipman tipine, servis hızına ve uygulamaya göre değişir; nihai değeri yetkili mühendis belirler – burada verilen değerler yalnızca yaygın örneklerdir.

Balanssızlık Türleri: Statik, Kupl ve Dinamik

Balanssızlık, kütle dağılımının dönme eksenine göre nasıl konumlandığına bağlı olarak farklı türlere ayrılır. Doğru düzeltme yöntemini seçmek için türün doğru tanımlanması gerekir.

  • Statik (tek düzlem) balanssızlık: Rotorun kütle merkezi dönme eksenine paralel biçimde ötelenmiştir. Rotor prizmalar üzerinde daima ağır tarafı aşağıda kalacak şekilde durur. İnce, disk biçimli rotorlarda (ör. taşlama taşı, dar fan çarkı) baskındır ve genellikle tek düzlemde tek düzeltme ağırlığıyla giderilebilir.
  • Kupl (çift/couple) balanssızlık: Eylemsizlik ana ekseni kütle merkezinde dönme eksenini keser ama ona paralel değildir. Statik durumda denge korunur; balanssızlık yalnızca dönme sırasında ‘sallanma’ olarak ortaya çıkar. Uzun silindirik rotorlarda görülür ve tipik olarak iki düzlemde düzeltilir.
  • Dinamik balanssızlık: Statik ve kupl balanssızlığın birleşimidir ve pratikte en sık karşılaşılan türdür. Düzeltmesi en az iki düzlemde kütle düzeltmesi gerektirir.

Tek Düzlem ve İki Düzlem Balanslama

Balanslamada düzeltme ağırlıklarının kaç eksenel düzlemde uygulanacağı, rotorun geometrisine ve balanssızlık türüne bağlıdır. Tek düzlem balanslama, ağırlıklı olarak statik balanssızlığın hâkim olduğu ince/disk tipi rotorlar için uygundur; düzeltme tek bir düzlemde yapılır.

İki düzlem balanslama ise kupl veya dinamik balanssızlığın söz konusu olduğu, boyu çapına göre büyük rotorlarda gereklidir; düzeltme birbirinden ayrı en az iki düzlemde yapılır. Rijit bir rotorun balanssızlık durumu, bir statik balanssızlık ile bir balans kuplu ile tam olarak tanımlanabildiğinden, rijit rotor hiçbir zaman ikiden fazla düzlem gerektirmez. Esnek davranışlı rotorlar ise ISO 21940-12 kapsamında ayrı ele alınır.

Saha Balansı ve Balans Makinesinde Balans

Balanslama iki temel ortamda yapılabilir. Balans makinesinde balans (shop balancing); rotorun ekipmandan sökülüp özel bir balans makinesine bağlanarak, kontrollü koşullarda ve genellikle daha yüksek hassasiyetle balanslanmasıdır. Balans makinelerinin tanımlanması ve değerlendirilmesi ISO 21940-21 kapsamında ele alınır.

Saha balansı (field / in-situ balancing) ise rotorun kendi yatakları ve çalışma koşulları içinde, yerinde balanslanmasıdır. Sökme maliyetini ortadan kaldırması ve rotoru gerçek montaj koşullarında değerlendirmesi avantajlıdır; ancak ölçüm koşulları ve erişim kısıtları nedeniyle uygun yöntemin seçimi teknik değerlendirme gerektirir. Hangi yaklaşımın uygun olduğu ekipmana ve koşullara göre yetkili mühendis tarafından belirlenmelidir.

Balanslama ve Titreşim Değerlendirmesi (ISO 20816) İlişkisi

Balans ve titreşim değerlendirmesi birbirini tamamlayan iki farklı konudur. Balanssızlık çoğu zaman bir kök neden iken, titreşim bu ve benzeri nedenlerin ölçülebilir bir sonucudur. ISO 20816 serisi (ve öncülü ISO 10816), makinelerin genel titreşim seviyelerinin ölçülmesi ve değerlendirilmesine ilişkin çerçeveyi tanımlar; ISO 21940 ise doğrudan rotorun balans kalitesini hedefler.

Pratikte bu iki alan birlikte kullanılır: Titreşim ölçümü, dönme frekansında (1X) baskın bir bileşen göstererek olası bir balanssızlığa işaret edebilir; balanslama ise bu kök nedeni gidermeye yönelik düzeltmeyi sağlar. Ancak yüksek titreşimin tek nedeni balanssızlık değildir – eksenden kaçıklık, gevşeklik, rulman kusurları ve rezonans gibi etkenler de rol oynayabilir. Bu nedenle titreşim bulgularının yorumlanması ve balanslama kararı bütünsel bir mühendislik değerlendirmesi gerektirir.

  • Balanssızlık: kök neden (rotor kütle dağılımı) – ISO 21940 kapsamı.
  • Titreşim: sonuç / gösterge – ISO 20816 / ISO 10816 kapsamı.
  • İki çerçeve birbirini tamamlar; titreşim tanıyı yönlendirir, balanslama kök nedeni azaltır.

Hangi Ekipmanlar Balanslamayı Gerektirir?

Balanslama, dönen bir kütlesi olan hemen her ekipman için geçerlidir. Sanayide en sık balanslama gerektiren döner ekipmanlar arasında fanlar ve körükler, santrifüj pompalar, kompresörler, buhar ve gaz türbinleri, elektrik motoru ve jeneratör rotorları, miller, kaplinler, santrifüjler ve tahrik ünitelerinin döner parçaları yer alır.

Uygun balans kalite derecesi (G-sınıfı), balanssızlık türü ve balanslama düzlemi sayısı ekipmandan ekipmana değişir. Bu seçimler, ekipmanın tipine, servis hızına, kullanım koşullarına ve ilgili standartlara göre yetkili mühendis tarafından yapılmalıdır.

AES Akreditasyon Kapsamı

AES (aesinn.com), TÜRKAK tarafından akredite A tipi bir muayene kuruluşudur. AES’in akreditasyon kapsamı 6.1 Elektrik Tesisatı ile sınırlıdır. Bu sayfada ele alınan ISO 21940 rotor balanslama ve mekanik titreşim değerlendirmesi konuları, AES’in akredite muayene kapsamı dışındadır ve burada yalnızca genel bilgilendirme amacıyla sunulmaktadır.

Bilgilendirme Notu

AES bu kapsamda akredite muayene/belgelendirme kuruluşu DEĞİLDİR. Bu sayfadaki içerik bilgilendirme amaçlıdır ve yetkili mühendis teknik değerlendirmesi çerçevesindedir.

Verilen G-sınıfı örnekleri ve genel açıklamalar, ilgili standartların uygulamaya özgü hükümlerinin yerine geçmez. Kesin balans dereceleri, balanslama yöntemi ve kabul kriterleri; ekipmana, standarda ve saha koşullarına göre yetkili mühendis tarafından belirlenir.

İlgili Hizmetler

Sık Sorulan Sorular

ISO 21940 ile eski ISO 1940 arasındaki ilişki nedir?

ISO 21940 serisi, rotor balanslamaya ilişkin güncel uluslararası standart ailesidir ve önceki ISO 1940 serisinin yerini almıştır. Örneğin rijit rotorlar için balans kalite gereksinimlerini tanımlayan ISO 21940-11, eski ISO 1940-1’in yerini alır. Balans kalite dereceleri (G-sınıfları) ve temel yöntem büyük ölçüde sürdürülmüştür.

G-sınıfı (balans kalite derecesi) ne anlama gelir?

G-sınıfındaki sayı, mm/s cinsinden bir hız değeridir ve izin verilebilir özgül balanssızlık ile servis hızının çarpımından türetilir. Daha küçük G değeri daha sıkı tolerans ve daha hassas balans demektir. G 6.3 genel makineler, G 2.5 ise türbin/kompresör gibi hassas ekipmanlar için sıkça anılan mertebelerdir; ancak kesin değer uygulamaya göre değişir ve yetkili mühendis tarafından belirlenir.

Statik, kupl ve dinamik balanssızlık arasındaki fark nedir?

Statik balanssızlıkta kütle merkezi dönme eksenine paralel ötelenir ve genellikle tek düzlemde düzeltilir. Kupl balanssızlıkta eylemsizlik ekseni dönme eksenini keser ama paralel değildir; statik durumda dengeli görünür, yalnızca dönerken sallanma yaratır ve iki düzlemde düzeltilir. Dinamik balanssızlık bu ikisinin birleşimidir, en sık karşılaşılan türdür ve en az iki düzlem düzeltme gerektirir.

Tek düzlem mi yoksa iki düzlem balanslama mı gerekir?

Bu, rotorun geometrisine ve balanssızlık türüne bağlıdır. İnce/disk tipi, statik balanssızlığın baskın olduğu rotorlar genelde tek düzlemde balanslanır. Boyu çapına göre uzun rotorlarda kupl veya dinamik balanssızlık söz konusu olduğunda iki düzlem gereklidir. Uygun yaklaşımın seçimi yetkili mühendis değerlendirmesini gerektirir.

Balanslama ile titreşim ölçümü aynı şey midir?

Hayır. Balanssızlık çoğu zaman bir kök neden, titreşim ise ölçülebilir bir sonuçtur. ISO 20816/10816 titreşim değerlendirme çerçevesini, ISO 21940 ise rotorun balans kalitesini ele alır. İki alan birbirini tamamlar; titreşim ölçümü olası balanssızlığa işaret edebilir, balanslama ise kök nedeni gidermeye yöneliktir. Yüksek titreşimin balans dışı nedenleri de olabilir.

AES rotor balanslama muayenesi veya belgelendirmesi yapıyor mu?

AES bu kapsamda akredite muayene/belgelendirme kuruluşu değildir. AES’in TÜRKAK akreditasyon kapsamı 6.1 Elektrik Tesisatı ile sınırlıdır. Bu sayfadaki içerik bilgilendirme amaçlıdır ve yetkili mühendis teknik değerlendirmesi çerçevesindedir.