ما هو رنين الشفرات؟ اهتزازات المروحة والتوربينات • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الدوران، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى. ما هو رنين الشفرات؟ اهتزازات المروحة والتوربينات • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الدوران، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى.

ما هو رنين الشفرات؟ اهتزاز المروحة والتوربين

نُشر بواسطة admin على

فهم رنين الشفرة

التعريف: ما هو رنين الشفرة؟

رنين الشفرة هو صدى حالة تهتز فيها الشفرات أو الريش الفردية في المراوح أو الضواغط أو التوربينات أو المضخات عند أحد أطرافها. الترددات الطبيعية استجابةً للإثارة الناتجة عن القوى الديناميكية الهوائية، أو الاهتزازات الميكانيكية، أو التأثيرات الكهرومغناطيسية. عندما يتطابق تردد الإثارة مع التردد الطبيعي للشفرة، تتعرض الشفرة لتذبذبات مُضخّمة بشكل كبير، مما يُولّد إجهادات متناوبة عالية قد تؤدي إلى دورات عالية. تعب الشقوق وفشل الشفرة في نهاية المطاف.

يُعدّ رنين الشفرات خطيرًا بشكل خاص، إذ قد لا يُكتشف اهتزاز كل شفرة على حدة من خلال قياسات اهتزاز غلاف المحمل القياسية، ومع ذلك، تتعرض الشفرة نفسها لمستويات إجهاد مُدمّرة. يُعدّ هذا عاملًا تصميميًا بالغ الأهمية في الآلات التوربينية، وقد يحدث في المراوح الصناعية إذا تغيرت ظروف التشغيل عن المقصود من التصميم.

ترددات بليد الطبيعية

الأوضاع الأساسية

تحتوي كل شفرة على أوضاع اهتزاز متعددة:

وضع الانحناء الأول

  • ثني الكابولي البسيط (إزاحة طرف الشفرة)
  • أدنى تردد طبيعي
  • الأكثر إثارة بسهولة
  • النطاق النموذجي: 100-2000 هرتز حسب حجم الشفرة وصلابتها

وضع الانحناء الثاني

  • انحناء منحنى S مع نقطة العقدة
  • تردد أعلى (عادةً 3-5 × الوضع الأول)
  • أقل إثارة ولكن ممكن

الوضع الالتوائي

  • شفرة ملتوية حول محورها
  • يعتمد التردد على هندسة الشفرة والتركيب
  • يمكن أن تثار بواسطة قوى ديناميكية هوائية غير مستقرة

العوامل المؤثرة على التردد الطبيعي للشفرة

  • طول الشفرة: الشفرات الأطول لها ترددات أقل
  • سماكة: شفرات أكثر سمكًا وأكثر صلابة وترددات أعلى
  • مادة: الصلابة والكثافة تؤثران على التردد
  • التركيب: صلابة التعلق تؤثر على الظروف الحدودية
  • التصلب بالطرد المركزي: عند السرعات العالية، تعمل قوى الطرد المركزي على زيادة الصلابة الظاهرة

مصادر الإثارة

الإثارة الديناميكية الهوائية

الاضطرابات في المنبع

  • دعامات الدعم أو ريش التوجيه في اتجاه المنبع مما يؤدي إلى إحداث موجة
  • عدد الاضطرابات × سرعة الدوار = تردد الإثارة
  • إذا تطابق تردد الشفرة → الرنين

اضطراب التدفق

  • تدفق غير مستقر يخلق إثارة عشوائية
  • يمكن إثارة أوضاع الشفرة إذا كانت الطاقة بالتردد الصحيح
  • شائع في التشغيل خارج التصميم

الرنين الصوتي

  • الموجات الدائمة في مجاري الهواء
  • نبضات الضغط الصوتي تثير الشفرات
  • الاقتران بين الوضعين الصوتي والبنيوي

الإثارة الميكانيكية

  • الدوار عدم التوازن إنشاء اهتزاز 1 × ينتقل إلى الشفرات
  • عدم المحاذاة خلق إثارة 2×
  • عيوب المحمل التي تنقل الاهتزازات عالية التردد
  • اهتزاز الأساس أو الغلاف المقترن بالشفرات

الإثارة الكهرومغناطيسية (المراوح التي تعمل بالمحركات)

  • 2 × تردد الخط من المحرك
  • تردد مرور القطب
  • إذا كانت هذه الترددات قريبة من التردد الطبيعي للشفرة → الرنين ممكنًا

الأعراض والكشف

خصائص الاهتزاز

  • مكون التردد العالي: عند التردد الطبيعي للشفرة (غالبًا 200-2000 هرتز)
  • تعتمد على السرعة: يظهر فقط عند سرعات تشغيل محددة
  • قد لا تكون شديدة: عند قياسات المحمل (اهتزاز الشفرة موضعي)
  • اتجاهي: قد يكون أقوى في اتجاهات القياس المحددة

المؤشرات الصوتية

  • أنين أو صفير عالي النبرة عند تردد الرنين
  • الضوضاء النغمية المميزة للتشغيل العادي
  • موجود فقط عند سرعات أو ظروف تدفق محددة
  • يمكن أن يكون مستوى الصوت شديدًا حتى مع الاهتزاز المعتدل

الأدلة المادية

  • حركة الشفرة المرئية: رفرفة أو اهتزاز الشفرة الفردية
  • شقوق التعب: الشقوق في جذور الشفرة أو نقاط الضغط
  • القلق: علامات التآكل عند تثبيت الشفرة تشير إلى الحركة
  • شفرات مكسورة: النتيجة النهائية إذا لم يتم تصحيح الرنين

تحديات الكشف

لماذا يصعب اكتشاف رنين الشفرة

  • حركة الشفرة لا ترتبط بقوة بغلاف المحمل
  • قد تفوت مقاييس التسارع القياسية الموجودة على المحامل اهتزاز الشفرة
  • محددة للشفرات الفردية
  • قد تتطلب تقنيات قياس متخصصة

طرق الكشف المتقدمة

  • توقيت طرف الشفرة: قياس عدم التلامس لكل مرور شفرة
  • مقاييس الانفعال: يتم تركيبه على الشفرات لقياس الضغط (يتطلب القياس عن بعد)
  • قياس الاهتزاز بالليزر: القياس البصري غير التلامسي لحركة الشفرة
  • المراقبة الصوتية: الميكروفونات أو مقاييس التسارع على الغلاف بالقرب من الشفرات

عواقب رنين الشفرة

إرهاق الدورة العالية

  • الإجهاد المتناوب عند جذر الشفرة
  • ملايين الدورات في ساعات أو أيام
  • تبدأ شقوق التعب وتنتشر
  • قد يؤدي إلى فشل الشفرة المفاجئ دون سابق إنذار

تحرير الشفرة

  • فصل الشفرة بالكامل عن فشل التعب
  • اختلال شديد في التوازن بسبب فقدان الكتلة
  • خطر المقذوفات (شظايا الشفرة)
  • أضرار ثانوية واسعة النطاق للمعدات
  • مخاطر السلامة على الموظفين

الوقاية والتخفيف

مرحلة التصميم

  • تحليل مخطط كامبل: التنبؤ بالتداخل بين ترددات الشفرة والإثارات
  • الفصل الكافي: تأكد من أن الترددات الطبيعية للشفرة لا تتطابق مع مصادر الإثارة
  • ضبط الشفرة: ضبط صلابة الشفرة لتحويل الترددات الطبيعية
  • التخميد: ميزات التخميد المدمجة (مخمدات الاحتكاك والطلاءات)

الحلول التشغيلية

  • تغيير السرعة: العمل بسرعة وتجنب الرنين
  • التحكم في التدفق: ضبط نقطة التشغيل لتقليل الإثارة
  • تجنب السرعات المحظورة: تحديد نطاقات السرعة التي يجب تجنبها في حالة تحديد الرنين

حلول التعديل

  • تقوية الشفرة: أضف المواد أو الأضلاع أو الروابط بين الشفرات
  • تغيير عدد الشفرات: يغير كل من تردد الشفرة ونمط الإثارة
  • معالجات التخميد: تطبيق التخميد الطبقي المقيد على الشفرات
  • إزالة مصدر الإثارة: تعديل اضطرابات التدفق العلوي

أمثلة الصناعة

مراوح السحب المستحثة (محطات الطاقة)

  • مراوح كبيرة (قطرها من 10 إلى 20 قدمًا) ذات شفرات طويلة
  • ترددات الشفرة الطبيعية 50-200 هرتز
  • يمكن أن تتوافق مع ترددات مرور الشفرة أو المحرك الكهرومغناطيسية
  • تسبب في فشل كارثي للشفرات تاريخيًا

توربينات الغاز

  • ضواغط عالية السرعة وشفرات توربينية
  • ترددات الشفرة 500-5000 هرتز
  • التحليل المتطور مطلوب أثناء التصميم
  • مراقبة توقيت طرف الشفرة في التطبيقات الحرجة

مراوح التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

  • عادة ما تكون أقل خطورة بسبب السرعات والضغوط المنخفضة
  • يمكن أن يسبب الرنين مشاكل الضوضاء
  • يتم تصحيحها عادة من خلال تغيير السرعة أو تقوية الشفرة

يُمثل رنين الشفرات ظاهرة اهتزازية متخصصة تتطلب فهمًا لكل من ديناميكيات الهيكل وتفاعل السوائل مع الهيكل. ورغم أن رنين الشفرات قد يكون كارثيًا، إلا أنه يمكن الوقاية منه من خلال تحليل تصميمي سليم، أو تجنبه من خلال قيود التشغيل، أو التخفيف منه من خلال التعديلات الهيكلية، مما يضمن تشغيلًا آمنًا وموثوقًا للآلات ذات الشفرات.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي

فئات:
واتساب