בלימת רעידות במפוחים

בלימת זעזועים חשובה בחיים – כי הם מלאים בכאלו.

הפעם, זעזועים ורעידות במפוחים – בנושאים אחרים אנחנו פחות מומחים.

אנחנו מתחילים:

בלימת רעידות במפוחים

מבוא לבלימת רעידות במפוחים-

בולמי זעזועים משמשים למנוע ו/או לצמצם במידת האפשר את מידת העברת הכוחות הדינמיים של מפוח למבנה התומך אותו. העברת כוח זאת איננה רצויה מסיבות מובנות. במשרדים העברת כוח זאת יוצרת רעשים וקולות המפריעים לעבודה. בתהליכי ייצור רעידות אלו יכולות לפגוע מאד בתהליך ייצור כמו במקרה של ייצור רכיבים ומערכות אלקטרוניות. הרעידות גורמות להרס המערכות במפוחים ובמיוחד רגישים לכך המסבים התומכים במאיץ המפוח. במצבים קיצוניים, עשויות הרעידות לתרום להרס מבנה הבסיס ו/או המבנה התומך של המפוח. 

בלי קשר לעוצמת הרעידות, הגורמים העיקריים לכך הם מאיץ שאיננו מאוזן או כוחות אוירודינמיים משתנים. התנהלות נכונה לשימוש הציוד ואריכות חייו היא להגביל את עוצמת הכוחות הללו הן בשמירת המאיץ מאוזן והן בצמצום השינויים בכוחות האוירודינמיים הפועלים עליו.

כאשר עוצמת הרעידות אינה תקנית לאחר שהגורמים לרעידות טופלו וכן קיים חשש להיווצרות רעידות בעתיד, הרי שיש צורך במערכת בולמי זעזועים "שתספוג" את הרעידות. במקרים בהם רעידות חיצוניות הנגרמות מזעזועים זרים במבנה או מרעידות אדמה עשויות להיות קריטיות והרסניות למפוח, הרי שגם אז, נדרשים למערכת בולמי זעזועים לבידוד הציוד מגורמי הרעידות החיצוניות.

הגדרות לבולמי זעזועים: יעילות והעברת כוח. לשילוב של אלו יינתן השם "יכולת העברה".

"יכולת העברה" היא רמת הכוח המועברת דרך המדיום המבודד. "יכולת העברה" מבוסס על מימד אחד של חופש (single degree of freedom) בתנועה האנכית של המערכת ושאינה גורמת לשקיעה של המבנה התומך הקשיח בצורה מוחלטת.

כל ההנחות להלן ברובן פשטניות. לרוב במכונות מסתובבות יש לפחות שש דרגות של חופש. המדיה המבודדת מאפשרת אמנם רמה מסוימת של ספיגה והמערכות התומכות לרוב אינן קשיחות לגמרי. יחד עם זאת, מרבית הספציפיקציות דורשות רמת יעילות בבלימת הזעזועים וברעידות ושרמות ההעברה יהיו מבוססות על המודל המתואר להלן:     

 T- מידת העברה

E – יעילות

 Fd- תדירות הרעידות, בד"כ ניתן להתייחס למהירות הסיבוב של המפוח או המנוע 

 Fn- טבעית (מחושבת על ידי השקיעה של מערכת בידוד הרעידות)

 q- תאוצת כדור הארץ

δ- השקיעה של מערכת בידוד הרעידות

הצבה של תדרי ההפרעה כפונקציה של התדר הטבעי על רצף לוגריתמי נותנת לנו קווים של מידת העברה או של יעילות בידוד הרעידות כמתואר בשרטוט מס, 1 שלהלן:

ניתן לאפיין רמות יעילות בידוד, במיוחד כאשר יש רגישות גבוהה מאוד של הציוד המותקן.
גישה פרקטית המוצעת על ידי יצרנים של ציוד בלימת זעזועים,  הינה לחשב את כוח הסוס של המנוע ביחד עם המהירות של הציוד עצמו.  שני נתונים אלו מחושבים ונותנים לנו אינדיקציות לבידוד רעידות לרוב, בהמלצה על מבנים תומכים.

המודל הנ"ל גם מניח שהמבנה התומך או הבסיס הוא קשיח לחלוטין.  אם הדבר היה נכון,
הרי שהמבודדים לא יידרשו משום שבמבנה התומך לא יגיבו לכוחות המועברים על ידי
הציוד המסתובב.
המבודד מבצע את תפקידו משום שהוא רך מספיק כדי לאפשר רמה מסוימת של גמישות ורעידות מבלי להעביר עודפים של כוח למבנה התומך. היות והמערכת איננה קשיחה לחלוטין, הרי שהיא משמשת בעצמה כסוג של בולם רעידות.

כדי לתפקד באופן משביע רצון, הרי שמידת "קבוע הקפיץ" והגמישות של המבנה התומך צריך להיות פי  10 מזאת של הבולם עצמו. כך שיובטח ש 90% מרמת התגובה של המערכת תסופק על ידי בולם הזעזועים ולא על ידי המבנה התומך.

סוגי תמיכה של בולמי זעזועים:

ציוד נתמך בבולמי זעזועים או בידוד שונים כמו קפיצים או פדים במתודות שונות. זאת בהתאם לסוג הציוד ולקשיחות של המבנה התומך.  ציוד קל ניתן לבסס ישר על המבנה התומך. אולם לרוב יש מבנה תומך נוסף אשר יתואר להלן. בכל מקרה שבו ציוד מוצב על מבודדים הרי שגם הכניסה וגם היציאה של התעלות דורשות חיבור גמיש. מערכת תעלות אשר מחוברת בחיבור קשיח, תייצר "קצר" בבידוד הרעידות ותעביר רעידות ישירות דרך התעלות.

• בסיס לבידוד רעידות –

 
סוג זה של בסיס מסופק לרוב כאשר המסגרת של הציוד איננה מספיק קשיחה כדי להיות מבודדת באופן ישיר.
כדי לאחד את הצבת הציוד המונע והגורם המניע יש להתקין את הנ"ל על גבי מסגרת אחידה הקשיחה מספיק כדי שהמערכת כולה תיוצב היטב על גבי המתקנים המבודדים וזאת על מנת למנוע מסירת רעידות למבנה בו מותקנים המפוחים.
     
בסיס לציוד לבלימת רעידות מיוצר כך שיעניק קשיחות למערכת המותקנת, לרוב מותקנות קורות (U או I) אם המנוע איננו ממוקם על המפוח, הרי שלרוב נמצא בסיס צמוד שעליו ממוקם המנוע, כחלק מן הבסיס המשותף. כדי לצמצם את גובה המבנה למינימום, נבנה לתוך המסגרת קורות תומכות כסטנדרט.

• קורות בידוד רעידות –

קורות לבידוד יימצאו פעמים רבות בתפקיד של הבסיס לבלימת רעידות. במיוחד כאשר המערכות קטנות יותר. הן מעניקות קשיחות לבסיס הפלטפורמה של המפוח ובולמים
ישמשו במידה ונושא הגובה של הקורות יהיה חשוב.

• בסיס אינרציה – 

בסיס אינרציה הינו מבנה מתכת משולב בבטון להגדלת המסה לצורך ספיגת הזעזועים.
סוג זה של בסיס נמצא בשימוש כמו בסיס לבלימת רעידות האחרים.  תוספת הבטון עושה את הבסיס באופן משמעותי קשיח יותר ומשקל הבטון מנמיך את מרכז הכובד של ההתקנה. בסיס זה מתאים יותר למערכות גדולות. במפוחים עם הנעה ישירה, יש להעדיף בסיס זה. זאת משום שקשיחות הבטון עוזרת בבלימת הרעידות.

יש המעדיפים שמבנה התומך של מפוחים יהיה קשיח מספיק כך שלא יזקקו לבטון ויש כאלו המעדיפים מבנה שבו יש מקום לביטון מערכת הבלימה לאחר ההובלה וההתקנה במקום.

1. בסיס מסגרת –  מבנה תומך לבסיס מסגרת –
   קיימים מספר סוגי ציוד המתאימים לבידוד הרעידות של מפוחים העומדים על מסגרות.   לרוב אלו מתוכננים במיוחד לצורך האפליקציה המסוימת. לרוב אלו וריאציות של בסיס המבודד לפעמים כוללים את המסגרת לתוך מבנה הגג.

• בסיס לאירועי רעידת אדמה – 

כאשר מחליטים על בסיס, יש להתייחס לאפשרויות רעידות אדמה ורמתם. במיוחד במידה ומותקן ציוד באזורים רגישים לכך, או שהמתקן שבו פועל הציוד מחייב התייחסות שכזאת.  אזי, יש צורך לבחור מבנה ש"המפוח לא ייפול" ממעטפת הבלימה שלו.
בעת קבלת ההחלטה, יש להיעזר בבדיקות סיסמיות, הגדרת איזור הגיאוגרפי ובהתאם לכך לחפש בספרות הדנה בתכנון מבנים.

ישנם סוגים שונים של תמיכות למפוחים בהם עושים שימוש  בעת התקנת מפוחים, להלן תיאורם:

1. מבודד גומי Rubber-in-Shear Isolators-

פד זה מורכב משתי פלטות של מתכת המוטבעות בתוך פד מגומי. הציוד שמיועד לבידוד מחובר בברגים לפלטה העליונה והפלטה התחתונה מספקת את פיזר הכוח המעניק את בידוד הרעידות. 

הרמה הנמוכה יחסית של פיזור הרעידה מתאים לרוב למפוחים קטנים במהירויות גבוהות.

ראה תמונה מס' 6 להלן:

1. בולם פתוח Open Spring–

בולם פתוח הוא הפשוט ביותר מבין הבולמים. הם נדרשים להיות יציבים אנכית בלי מבנה.

תכונה זאת דורשת קשיחות אנכית ביחס לקשיחות אופקית ביחס של 0.75 ל0 1.25 בולם זה, כמו קפיץ, ייסגר לחלוטין בעומס של 150%. ברגים מצורפים לרוב לבולם זה כדי להתאים את גובה הבולם לציוד ולמקום בו מותקן. כמו כן, פד גמיש מותקן בין המבנה התומך והפלטה התחתונה של הבולם. בולם זה מתאים יותר למפוחים גדולים יותר ואיטיים. יחס ההסטה של בולמים אלו הוא "1-4"., להלן תמונה מס' 7:

1. בולם עם בית – Housed Spring  –
   פועל באותו האופן של בולם פתוח, אך נמצא במבנה מסוים סגור.  לרוב מבנה זה הוא טלסקופי עם פדים מגומי בין חלקי הבית, בכך מספקים סוג מסוים של בידוד ובלימה של תנועה אופקית. כדי לתת את התשובה המלאה הנדרשת, לעיתים נמצא מספר רב של בולמים בתוך "בית הבולם".
   הדרישות של יחס בין הקשיחות האופקית והאנכית אינן כה גבוהות כמו של בולם פתוח. בולם זה מספק 50% מן היכולת העודפת (Overload capacity ). לרוב ניתן למצוא פד ניאופרן (גומי) בין הבסיס התחתון והמבנה התומך. יחס ההסטה של העומסים הוא "2-"1 ,
   ראה תמונה מס '8:

• בולם סגור restrained spring-

לרוב סוג זה של בולם דומה בתכנון שלו לבולם פתוח. אולם לבולם זה יש מבנה סוגר המגביל את טווח התנועה האופקית והאנכית של הבולם.  בולמים אשר מוגבלים אנכית מותקנים לרוב במצבים בהם העומס האנכי עשוי לתרום לשינוי וערבול התנאים שבהם עובד הבולם, כדוגמת עומס רוחות וכו'.
הגבלה אופקית על בולם נובעת מן הצורך לייצר חסימה מפני תנועה אופקית בעת התנעת ציודים בהתקנה בנסיבות בהם יש פעילות סיבובית רבה.

1. פדים Pads-

פדים מגומי מחורץ מחומרים כמו ניאופרן המיוצרים בתבנית בצורה של פסים, משמשים פעמים רבות לבידוד ובלימת זעזועים של מפוחים קטנים יחסית. משום שיחס ההסטה הנמוך במיוחד, פדים אלו מעניקים רמת בלימה נמוכה ביותר כאשר יחס ההסטה הוא 1/16.

1. ווי תליה  Hangers-
   מרבית המבודדים שהוזכרו להלן כוללים גם גרסאות לתלייה עבור מפוחים. קפיצים ופדים לריכוך משמשים באופן עצמאי וגם בהרכבים שונים בהתאם לתוצאה הנדרשת. יעילות ההסטה והורדת רמת הרעידות הינן זהות כמו להנחה על רצפה, כאשר אותם עומסים מועמסים על בולמי הרעידות, ראה תמונה מס' 10 , להלן:

7. בולמי תנועה אופקית – 
   השימוש בבולמים אופקיים הינו כאשר יש צורך למנוע תנועה אופקית  של המפוח הנתון לעומסים אווירודינמיים. 
   מאפיין בולמים אלו הוא השילוב של בולמים קפיציים  ופדים, שהם מחוברים הן לפליטת המפוח והן לפליטת התעלה. הם מחוברים ומותאמים כדי למנוע תנועה אופקית.
   כדי שיפעלו במיטבם יש להרכיבם במרכז גורם העומס היוצר את הדחיפה, המשיכה או התנועה אותה רוצים לצמצם.