موازنة الدوار: عدم التوازن الساكن والديناميكي، والرنين، والإجراءات العملية
يشرح هذا الدليل عملية موازنة الدوار لـ دوارات صلبة: ما معنى "عدم التوازن"، وكيف يختلف عدم التوازن الثابت عن عدم التوازن الديناميكي، ولماذا يمكن أن يمنع الرنين وعدم الخطية الحصول على نتيجة جيدة، وكيف يتم إجراء الموازنة عادةً في مستوى تصحيح واحد أو مستويين.
محتويات
- ما هو الدوار وما الذي يُصححه التوازن؟
- أنواع الدوارات وأنواع اللاتوازن
- اهتزاز الآليات: ما يمكن وما لا يمكن إزالته من خلال الموازنة
- الرنين: عامل يمنع التوازن
- النماذج الخطية مقابل النماذج غير الخطية: متى تتوقف الحسابات عن العمل
- أجهزة الموازنة وآلات الموازنة
- موازنة الدوارات الصلبة (ملاحظات عملية)
- كيفية إجراء الموازنة الديناميكية (طريقة التشغيل الثلاثي)
- معايير تقييم جودة الموازنة
- المعايير والمراجع
- FAQ
ما هو الدوار وما الذي يُصححه التوازن؟
الدوار هو جسم يدور حول محور ما ويتم تثبيته بواسطة أسطح محامل في الدعامات. تنقل أسطح محامل الدوار الأحمال إلى الدعامات عبر محامل دوارة أو منزلقة. وأسطح المحامل هي أسطح الأعمدة الدوارة أو الأسطح التي تحل محلها.
في الدوّار المتوازن تمامًا، تتوزع كتلته بشكل متناظر حول محور الدوران، أي أن أي عنصر من عناصر الدوّار يمكن مطابقته مع عنصر آخر متناظر حول محور الدوران. في الدوّار المتوازن، تتوازن قوة الطرد المركزي المؤثرة على أي عنصر من عناصر الدوّار مع قوة الطرد المركزي المؤثرة على العنصر المتناظر. على سبيل المثال، تؤثر قوتا الطرد المركزي F1 وF2، متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه، على العنصرين 1 و2 (المُشار إليهما باللون الأخضر في الشكل 1). ينطبق هذا على جميع عناصر الدوّار المتناظرة، وبالتالي فإن إجمالي قوة الطرد المركزي المؤثرة على الدوّار يساوي صفرًا، ويكون الدوّار متوازنًا.
ولكن إذا انكسر تناسق الدوار (يُشار إلى العنصر غير المتناسق باللون الأحمر في الشكل 1)، فإن قوة الطرد المركزي غير المتوازنة F3 تؤثر على الدوار. وعند الدوران، يتغير اتجاه هذه القوة مع دوران الدوار. ويتم نقل الحمل الديناميكي الناتج عن هذه القوة إلى المحامل، مما يؤدي إلى تسارع التآكل والتلف.
بالإضافة إلى ذلك، وتحت تأثير هذه القوة المتغيرة الاتجاه، يحدث تشوه دوري للدعامات والأساسات التي يثبت عليها الدوار، أي يحدث اهتزاز. ومن أجل القضاء على اختلال توازن الدوار والاهتزاز المصاحب له، يجب تركيب كتل موازنة لاستعادة التماثل في الدوار.
موازنة الدوار هي عملية تهدف إلى تصحيح عدم التوازن عن طريق إضافة أوزان موازنة.
تتمثل مهمة الموازنة في تحديد حجم وموضع (زاوية) كتلة موازنة واحدة أو أكثر.
أنواع الدوارات وأنواع اللاتوازن
مع الأخذ في الاعتبار قوة مادة الدوار ومقدار قوى الطرد المركزي المؤثرة عليه، يمكن تقسيم الدوارات إلى نوعين - الدوارات الصلبة والدوارات المرنة.
تتشوه الدوارات الصلبة بشكل طفيف تحت تأثير قوة الطرد المركزي في أوضاع التشغيل، ويمكن تجاهل تأثير هذا التشوه في الحسابات.
لم يعد بالإمكان إهمال تشوه الدوارات المرنة. يُعقّد هذا التشوه حلّ مسألة الموازنة، ويتطلب تطبيق نماذج رياضية مختلفة مقارنةً بمسألة موازنة الدوارات الصلبة. تجدر الإشارة إلى أن الدوار نفسه قد يتصرف كجسم صلب عند السرعات المنخفضة، وكجسم مرن عند السرعات العالية. سنقتصر فيما يلي على دراسة موازنة الدوارات الصلبة فقط.
اعتمادًا على توزيع الكتل غير المتوازنة على طول الدوّار، يمكن تمييز نوعين من عدم التوازن: ثابت وديناميكي (لحظي). وبناءً على ذلك، يُشار إلى توازن الدوّار بالتوازن الثابت والديناميكي. يحدث عدم توازن الدوّار الثابت دون دوران الدوّار، أي في حالة السكون، عندما ينعكس اتجاه الدوّار بفعل الجاذبية بحيث تكون "نقطة ثقله" متجهة للأسفل. يوضح الشكل 2 مثالًا على دوّار يعاني من عدم توازن ثابت.
لا يحدث عدم التوازن الديناميكي إلا عندما يكون الدوار قيد الدوران.
يُظهر الشكل 3 مثالاً على دوار يعاني من اختلال توازن ديناميكي.
في هذه الحالة، تقع الكتلتان المتساويتان غير المتوازنتين M1 وM2 في مستويين مختلفين - أي في مواقع مختلفة على طول الدوار. في الوضع الساكن، أي عندما لا يدور الدوار، تؤثر عليه قوة الجاذبية فقط، وتتوازن الكتلتان. أما في الوضع الديناميكي، فعندما يدور الدوار، تبدأ قوتان طاردتان مركزيتان Fc1 وFc2 بالتأثير على الكتلتين M1 وM2. هاتان القوتان متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه. ومع ذلك، ولأنهما تؤثران في مواقع مختلفة على طول العمود وليستا على نفس الخط، فإنهما لا تعوضان بعضهما البعض. تُحدث القوتان Fc1 وFc2 عزم دوران يؤثر على الدوار. لذلك، يُطلق على هذا الدَّيناميكي غير المتوازن أيضًا اسم عدم توازن العزم. وبناءً على ذلك، تؤثر قوى الطرد المركزي غير المعوضة على مواضع المحامل، والتي قد تتجاوز القيم المحسوبة بشكل كبير، مما يقلل من عمر خدمة المحامل.
بما أن هذا النوع من الاختلال يحدث ديناميكيًا فقط أثناء دوران الدوّار، يُسمى الاختلال الديناميكي. ولا يمكن تصحيحه في الظروف الساكنة عن طريق الموازنة باستخدام السكاكين أو طرق مشابهة. وللتخلص من الاختلال الديناميكي، يجب تركيب ثقلين تعويضيين يُنتجان عزمًا مساويًا في المقدار ومعاكسًا في الاتجاه للعزم الناتج عن الكتلتين M1 وM2. ولا يُشترط أن تكون الكتلتان التعويضيتان مساويتين في المقدار أو معاكستين للكتلتين M1 وM2؛ فالمهم هو أن تُنتجا عزمًا يُعوّض عزم الاختلال تعويضًا كاملاً.
بشكل عام، قد لا تتساوى الكتلتان M1 وM2، مما يؤدي إلى مزيج من الدَّيناميكي غير المتوازن الساكن والديناميكي. وقد ثبت نظريًا أنه بالنسبة للدوار الصلب، يكفي وزنان تصحيحيان متباعدان على طول الدوار لإزالة اختلال توازنه. يعوض هذان الوزنان كلاً من عزم الدوران الناتج عن اختلال التوازن الديناميكي وقوة الطرد المركزي الناتجة عن عدم تناظر الكتلة بالنسبة لمحور الدوار (اختلال التوازن الساكن). عادةً ما يكون اختلال التوازن الديناميكي سمة مميزة للدوارات الطويلة، مثل الأعمدة، بينما يكون اختلال التوازن الساكن سمة مميزة للدوارات الضيقة. مع ذلك، إذا كان الدوار الضيق مائلاً بالنسبة للمحور، أو مشوهًا (على شكل الرقم ثمانية)، فسيكون من الصعب إزالة اختلال التوازن الديناميكي (انظر الشكل 4)، لأنه في هذه الحالة يصعب تركيب أوزان تصحيحية تُحدث عزم التعويض اللازم.
القوتان F1 و F2 لا تقعان على نفس الخط ولا تعوض إحداهما الأخرى.
نظراً لصغر ذراع توليد العزم بسبب ضيق الدوار، قد يلزم استخدام أوزان تصحيح كبيرة. إلا أن هذا يؤدي أيضاً إلى "اختلال توازن مُستحث" نتيجة تشوه الدوار الضيق بفعل قوى الطرد المركزي الناتجة عن أوزان التصحيح. (انظر على سبيل المثال "التعليمات المنهجية لموازنة الدوارات الصلبة (وفقاً للمعيار ISO 22061-76)". القسم 10. نظام دعامات الدوار).
ويكون هذا ملحوظًا في المراوح ذات الشفرات الضيقة، حيث يحدث فيها دَوران هوائي ديناميكي غير متوازن، بالإضافة إلى دَوران القوة غير المتوازن. ويجب أن يُفهم أن الدَوران الهوائي الديناميكي غير المتوازن، أو بالأحرى القوة الهوائية الديناميكية، يتناسب طرديًا مع السرعة الزاوية للدوار، وللتعويض عنه تُستخدم قوة الطرد المركزي للكتلة التصحيحية، التي تتناسب مع مربع السرعة الزاوية. ولذلك، لا يمكن أن يحدث تأثير الموازنة إلا عند تردد موازنة محدد. في ترددات الدوران الأخرى، يحدث خطأ إضافي.
وينطبق الأمر نفسه على القوى الكهرومغناطيسية في المحرك الكهربائي، والتي تتناسب هي الأخرى مع السرعة الزاوية. ولذلك، لا يمكن القضاء على جميع أسباب الاهتزاز في الآلة عن طريق الموازنة.
اهتزاز الآليات
الاهتزاز هو رد فعل تصميم الآلية على تأثيرات قوة تحفيزية دورية. ويمكن أن تكون هذه القوة ذات طبيعة مختلفة.
تُعدّ قوة الطرد المركزي الناتجة عن عدم توازن الدوّار قوةً غير مُعوَّضة تؤثر على "النقطة الأثقل". ويمكن التخلص من هذه القوة والاهتزاز الناتج عنها عن طريق موازنة الدوّار.
تنشأ قوى التفاعل ذات الطبيعة "الهندسية" نتيجةً لأخطاء التصنيع والتجميع في الأجزاء المتزاوجة. قد تنشأ هذه القوى، على سبيل المثال، نتيجةً لعدم استدارة أعناق الأعمدة، أو أخطاء في شكل أسنان التروس، أو تموج مجاري المحامل، أو عدم محاذاة الأعمدة المتزاوجة، وما إلى ذلك. في حالة عدم استدارة أعناق الأعمدة (عدم الاستدارة)، سينزاح محور العمود تبعًا لزاوية دورانه. على الرغم من أن هذا الاهتزاز يحدث أيضًا عند سرعة الدوار، إلا أنه يكاد يكون من المستحيل التخلص منه عن طريق الموازنة.
القوى الهوائية الديناميكية الناتجة عن دوران دوارات المراوح وآليات الريش الأخرى. القوى الهيدروديناميكية الناتجة عن دوران دوارات المضخات الهيدروليكية والتوربينات وغيرها.
القوى الكهرومغناطيسية الناتجة عن تشغيل الآلات الكهربائية، مثل لفات الدوار غير المتماثلة، ولفات الدائرة القصيرة، وما إلى ذلك.
لا يعتمد حجم الاهتزاز (مثل سعة الاهتزاز Av) فقط على القوة المحفزة Fv التي تؤثر على الآلية بالتردد الزاوي ω، بل يعتمد أيضًا على صلابة الآلية k، وكتلتها m، بالإضافة إلى معامل التخميد C.
يمكن استخدام أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار لقياس الاهتزاز وموازنة الآليات، ومنها:
- مستشعرات الاهتزاز المطلقة المصممة لقياس تسارع الاهتزاز (مقاييس التسارع) ومستشعرات سرعة الاهتزاز؛
- أجهزة استشعار الاهتزاز النسبي - تيار دوامي أو سعوي، مصممة لقياس إزاحة الاهتزاز؛
- في بعض الحالات (عندما يسمح تصميم الآلية بذلك)، يمكن أيضًا استخدام مستشعرات القوة لتقييم حمل الاهتزاز الخاص بها؛ على وجه الخصوص، يتم استخدامها على نطاق واسع لقياس حمل الاهتزاز لدعامات آلة الموازنة ذات المحامل الصلبة.
إذن، الاهتزاز هو رد فعل الآلة على تأثير القوى الخارجية. ولا يعتمد مقدار الاهتزاز على مقدار القوة المؤثرة على الآلية فحسب، بل يعتمد أيضًا على صلابة تصميم الآلية. فقد تؤدي القوة نفسها إلى اهتزازات مختلفة. في الآلات ذات المحامل الصلبة، حتى لو كان الاهتزاز ضئيلاً، فقد تتعرض المحامل لأحمال ديناميكية كبيرة. ولهذا السبب، تُستخدم مستشعرات القوة بدلاً من مستشعرات الاهتزاز (مقاييس تسارع الاهتزاز) عند موازنة الآلات ذات المحامل الصلبة.
تُستخدم مستشعرات الاهتزاز في الآليات ذات الدعامات المرنة نسبياً، حيث يؤدي تأثير قوى الطرد المركزي غير المتوازنة إلى تشوه ملحوظ في الدعامات وظهور اهتزازات. أما مستشعرات القوة فتُستخدم في الدعامات الصلبة، حيث لا تؤدي حتى القوى الكبيرة الناتجة عن عدم التوازن إلى اهتزازات ملحوظة.
الرنين هو عامل يمنع تحقيق التوازن الديناميكي
ذكرنا سابقًا أن الدوارات تنقسم إلى صلبة ومرنة. ولا ينبغي الخلط بين صلابة الدوار أو مرونته وصلابة أو حركة الدعامات (الأساس) التي يُركَّب عليها الدوار. ويُعتبر الدوار صلبًا عندما يكون تشوهه (انحنائه) تحت تأثير قوى الطرد المركزي ضئيلًا للغاية بحيث يمكن تجاهله. أما تشوه الدوار المرن فهو كبير نسبيًا ولا يمكن تجاهله.
في هذه المقالة، سنقتصر على تناول موازنة الدوارات الصلبة. ويمكن تركيب الدوار الصلب (غير القابل للتشوه) بدوره على دعامات صلبة أو متحركة (مرنة). ومن الواضح أن صلابة الدعامات وقدرتها على التحمل هي أيضًا أمور نسبية، حيث تعتمد على سرعة الدوار ومقدار قوى الطرد المركزي الناتجة. ويُعد تردد الاهتزازات الطبيعية لدعامات الدوار حدًا شرطيًا.
بالنسبة للأنظمة الميكانيكية، يتحدد شكل وتردد الاهتزازات الطبيعية من خلال كتلة ومرونة عناصر النظام الميكانيكي. أي أن تردد الاهتزازات الطبيعية هو خاصية داخلية للنظام الميكانيكي ولا يعتمد على القوى الخارجية. وعندما تنحرف الدعامات عن حالة التوازن، فإنها تميل، بفضل مرونتها، إلى العودة إلى موضع التوازن. ولكن بسبب القصور الذاتي للدوار الضخم، فإن هذه العملية تتخذ شكل تذبذبات مخمدة. هذه الاهتزازات هي الاهتزازات الطبيعية لنظام الدوار والدعامات. ويعتمد ترددها على نسبة كتلة الدوار إلى مرونة الدعامات.
عندما يبدأ الدوار في الدوران ويقترب تردد دورانه من تردد الاهتزازات الطبيعية، تزداد سعة الاهتزاز بشكل حاد، مما قد يؤدي إلى تدمير الهيكل.
تحدث ظاهرة الرنين الميكانيكي. في منطقة الرنين، قد يؤدي تغير سرعة الدوران بمقدار 100 دورة في الدقيقة إلى زيادة الاهتزاز بمقدار عشرات المرات. وفي الوقت نفسه (في منطقة الرنين)، تتغير طور الاهتزاز بمقدار 180 درجة.
وإذا فشل تصميم الآلية وكان تردد تشغيل الدوار قريبًا من تردد الاهتزازات الطبيعية، فإن تشغيل الآلية يصبح مستحيلًا بسبب الاهتزازات الشديدة غير المقبولة. ولا يمكن تحقيق ذلك بالطرق المعتادة، حيث إن أي تغيير طفيف في السرعة سيؤدي إلى تغيير جذري في معلمات الاهتزاز. ولإجراء الموازنة في منطقة الرنين، تُستخدم طرق خاصة لم يتم تناولها في هذه المقالة.
يمكن تحديد تردد الاهتزازات الطبيعية للآلية أثناء التباطؤ (عند توقف دوران الدوار) أو عن طريق طريقة الصدمة مع إجراء تحليل طيفي لاحق لاستجابة النظام للصدمة.
بالنسبة للآليات التي يتجاوز تردد دورانها تردد الرنين، أي التي تعمل في نظام الرنين، تُعتبر الدعامات متحركة، ويُستخدم في القياس مستشعرات الاهتزاز، ولا سيما مقياس تسارع الاهتزاز، الذي يقيس تسارع العناصر الهيكلية. أما بالنسبة للآليات التي تعمل في الوضع ما قبل الرنين، فتُعتبر الدعامات صلبة. وفي هذه الحالة، تُستخدم مستشعرات القوة.
النماذج الخطية وغير الخطية للنظام الميكانيكي. تعد عدم الخطية عاملاً يمنع الموازنة
عند موازنة الدوارات الصلبة، تُستخدم نماذج رياضية تُعرف بالنماذج الخطية لإجراء حسابات الموازنة. ويعني النموذج الخطي أن إحدى القيم في هذا النموذج تتناسب (بشكل خطي) مع القيمة الأخرى. فعلى سبيل المثال، إذا تضاعفت الكتلة غير المعوضة على الدوار، فإن قيمة الاهتزاز ستتضاعف هي الأخرى. وبالنسبة للدوارات الصلبة، يمكن استخدام النموذج الخطي، لأنها لا تتشوه.
بالنسبة للدوارات المرنة، لم يعد بالإمكان استخدام النموذج الخطي. ففي حالة الدوار المرن، إذا زادت كتلة نقطة الثقل أثناء الدوران، فسيحدث تشوه إضافي، وبالإضافة إلى الكتلة، سيزداد أيضًا نصف قطر موقع نقطة الثقل. ولذلك، بالنسبة للدوار المرن، ستزداد الاهتزازات بأكثر من الضعف، ولن تنجح طرق الحساب المعتادة.
كما أن تغير مرونة الدعامات عند تعرضها لتشوهات كبيرة، على سبيل المثال، عندما تعمل بعض العناصر الهيكلية عند حدوث تشوهات صغيرة في الدعامات، بينما تتدخل عناصر هيكلية أخرى عند حدوث تشوهات كبيرة. ولهذا السبب لا يمكن موازنة الآليات التي ليست مثبتة على أساس، بل موضوعة ببساطة على الأرض، على سبيل المثال. ففي حالة حدوث اهتزازات كبيرة، يمكن لقوة عدم التوازن أن ترفع الآلية عن الأرض، مما يؤدي إلى تغيير كبير في خصائص صلابة النظام. يجب تثبيت أقدام المحرك بإحكام، وشد مسامير التثبيت، ويجب أن يوفر سمك الرندلة صلابة كافية للتثبيت، وما إلى ذلك. في حالة تلف المحامل، من الممكن حدوث اختلال كبير في محاذاة العمود وصدمات، مما سيؤدي أيضًا إلى ضعف الخطية وعدم القدرة على إجراء موازنة جيدة.
أجهزة الموازنة وآلات الموازنة
كما ذكر أعلاه، فإن الموازنة هي عملية محاذاة المحور المركزي الرئيسي للقصور الذاتي مع محور دوران الدوار.
يمكن تنفيذ هذه العملية بطريقتين.
تتضمن الطريقة الأولى تصنيع محاور الدوار بحيث يتقاطع المحور المار عبر مراكز المقطع العرضي للمحاور مع محور العطالة المركزي الرئيسي للدوار. ونادراً ما تُستخدم هذه التقنية في الممارسة العملية، ولن يتم تناولها بالتفصيل في هذه المقالة.
وتتمثل الطريقة الثانية (الأكثر شيوعًا) في نقل أو تركيب أو إزالة أوزان التصحيح الموجودة على الدوار، والتي يتم وضعها بحيث يكون محور القصور الذاتي للدوار أقرب ما يمكن من محور دورانه.
يمكن نقل أو إضافة أو إزالة أوزان التصحيح أثناء عملية الموازنة من خلال عدة عمليات تقنية، منها: الحفر، والتفريز، والتسوية السطحية، واللحام، والربط أو فك البراغي، والقطع بالليزر أو بحزمة الإلكترونات، والتحليل الكهربائي، والتسوية السطحية الكهرومغناطيسية، وما إلى ذلك.
يمكن إجراء عملية الموازنة بطريقتين:
- موازنة الدوارات المُجمَّعة (في محاملها الخاصة) باستخدام آلات الموازنة؛
- موازنة الدوارات على آلات الموازنة. ولإجراء موازنة الدوارات في محاملها الخاصة، تُستخدم عادةً أجهزة موازنة متخصصة (مجموعات)، تتيح قياس اهتزاز الدوار المُوازن عند تردد دورانه في صورة متجهة، أي قياس كل من سعة الاهتزاز وطوره. في الوقت الحاضر، يتم تصنيع الأجهزة المذكورة أعلاه على أساس تكنولوجيا المعالجات الدقيقة وتوفر (بالإضافة إلى قياس الاهتزاز وتحليله) الحساب التلقائي لمعلمات الأوزان التصحيحية، التي يجب تركيبها على الدوار لتعويض عدم توازنه.
وتشمل هذه الأجهزة:
- وحدة قياس وحساب تعتمد على جهاز كمبيوتر أو وحدة تحكم صناعية؛
- اثنان (أو أكثر) من أجهزة استشعار الاهتزاز؛
- مستشعر زاوية الطور؛
- ملحقات لتركيب أجهزة الاستشعار في الموقع؛
- برنامج متخصص، مصمم لإجراء دورة كاملة من قياس معلمات اهتزاز الدوار في مستوى تصحيح واحد أو اثنين أو أكثر.
هناك نوعان من آلات الموازنة هما الأكثر شيوعًا حاليًا:
- آلات ذات محامل مرنة (مع دعامات مرنة)؛
- آلات ذات محامل صلبة (مع دعامات صلبة).
تتميز الآلات ذات المحامل المرنة بدعامات مرنة نسبيًا، كالدعامات القائمة على نوابض مسطحة. عادةً ما يكون تردد الاهتزازات الطبيعية لهذه الدعامات أقل بمرتين إلى ثلاث مرات من تردد دوران الدوار الموازن المثبت عليها. تُستخدم عادةً مستشعرات الاهتزاز (مثل مقاييس التسارع ومستشعرات سرعة الاهتزاز) لقياس اهتزاز دعامات ما قبل الرنين في الآلة.
تستخدم آلات الموازنة قبل الرنين دعامات صلبة نسبيًا، ويجب أن تكون ترددات اهتزازها الطبيعية أعلى بـ 2-3 مرات من تردد دوران الدوار الذي يتم موازنته. وعادةً ما تُستخدم محولات القوة لقياس حمل الاهتزاز الذي تتحمله دعامات آلة الموازنة قبل الرنين.
تتمثل ميزة آلات الموازنة قبل الرنين في إمكانية إجراء الموازنة عليها بسرعات دوران منخفضة نسبيًا (تصل إلى 400 - 500 دورة في الدقيقة)، مما يبسط تصميم الآلة وأساسها بشكل كبير، ويزيد من إنتاجية وسلامة الموازنة.
موازنة الدوارات الصلبة
مهم!
- لا يزيل التوازن سوى الاهتزازات الناتجة عن التوزيع غير المتماثل لكتلة الدوار بالنسبة لمحور دورانه. أما أنواع الاهتزازات الأخرى فلا يزيلها التوازن!
- تخضع للموازنة الآليات الفنية التي يضمن تصميمها عدم حدوث رنين عند تردد الدوران التشغيلي، والمثبتة بشكل موثوق على الأساس، والمركبة على محامل سليمة.
- يجب إصلاح الآلات المعيبة قبل إجراء عملية الموازنة. وإلا، فلن يكون من الممكن إجراء موازنة جيدة.
الموازنة لا تحل محل الإصلاح!
The main task of balancing is to find the mass and location of compensating weights that counteract the centrifugal forces.
كما ذُكر أعلاه، بالنسبة للدوارات الصلبة، يُعد تركيب وزنَين تعويضيين أمرًا ضروريًا وكافيًا بشكل عام. فهذا سيقضي على كل من عدم التوازن الساكن والديناميكي للدوار. وفيما يلي المخطط العام لقياس الاهتزاز أثناء عملية الموازنة.
يتم تركيب مستشعرات الاهتزاز على دعامات المحامل عند النقطتين 1 و2. ويتم تثبيت علامة الدوران على الدوار، وعادةً ما تكون مصنوعة من شريط عاكس. ويستخدم مقياس سرعة الدوران بالليزر علامة عدد الدورات في الدقيقة لتحديد سرعة الدوار وطور إشارة الاهتزاز.
كيفية إجراء الموازنة الديناميكية (طريقة التشغيل الثلاثي)
في معظم الحالات، يتم إجراء الموازنة الديناميكية باستخدام طريقة «البدء الثلاثي». وتستند هذه الطريقة إلى وضع أوزان تجريبية ذات وزن معروف على الدوار بالتسلسل في مستويَي التصحيح 1 و2، حيث يتم حساب أوزان الموازنة ومواقعها بناءً على نتائج التغيرات في معلمات الاهتزاز.
يُطلق على مكان تركيب الأوزان اسم «مستوى التصحيح». وعادةً ما يتم اختيار مستويات التصحيح في منطقة دعامات المحامل التي يُركب عليها الدوار.
يتم قياس الاهتزاز الأولي عند التشغيل الأول. ثم يتم وضع ثقل تجريبي ذي وزن معروف على الدوار بالقرب من أحد المحامل. يتم إجراء تشغيل ثانٍ وقياس معلمات الاهتزاز، والتي من المفترض أن تتغير بسبب تركيب الثقل التجريبي. ثم يتم إزالة الثقل التجريبي من المستوى الأول وتركيبه في المستوى الثاني. يتم إجراء اختبار ثالث وقياس معلمات الاهتزاز. يتم إزالة الثقل التجريبي ويقوم البرنامج تلقائيًا بحساب كتل وزوايا تركيب أثقال التوازن.
الغرض من تركيب أوزان الاختبار هو تحديد كيفية تفاعل النظام مع التغيرات في عدم التوازن. ونظرًا لأن أوزان الاختبار ومواقعها معروفة، يمكن للبرنامج حساب ما يُعرف بـ«معاملات التأثير»، التي توضح كيف يؤثر إدخال عدم توازن معروف على معلمات الاهتزاز. وتعد معاملات التأثير خصائص للنظام الميكانيكي نفسه، وتعتمد على صلابة الدعامات وكتلة (القصور الذاتي) لنظام الدوار والدعامات.
بالنسبة للآليات من نفس النوع والتصميم، ستكون معاملات التأثير متقاربة. ومن الممكن حفظها في ذاكرة الكمبيوتر واستخدامها لموازنة الآليات من نفس النوع دون الحاجة إلى إجراء اختبارات تشغيل، مما يزيد بشكل كبير من إنتاجية عملية الموازنة. تجدر الإشارة إلى أنه يجب اختيار كتلة الأوزان الاختبارية بحيث تتغير معلمات الاهتزاز بشكل ملحوظ عند تركيبها. وإلا، فإن خطأ حساب معاملات التأثير يزداد وتتدهور جودة الموازنة.
As you can see from Fig. 1, the centrifugal force acts in the radial direction, i.e. perpendicular to the rotor axis. Therefore, the vibration sensors must be installed so that their axis of sensitivity also points in the radial direction. Usually, the stiffness of the foundation in the horizontal direction is less, so the vibration in the horizontal direction is higher. Therefore, in order to increase the sensitivity, the sensors should be installed so that their axis of sensitivity is also directed horizontally. Although there is no fundamental difference. In addition to vibration in the radial direction, vibration in the axial direction, along the rotor rotation axis, must be monitored. This vibration is usually not caused by unbalance, but by other causes, mainly related to misalignment of the shafts connected through the coupling.
لا يمكن التخلص من هذا الاهتزاز عن طريق الموازنة، وفي هذه الحالة يلزم إجراء محاذاة. عمليًا، عادةً ما تعاني هذه الآلات من دَوران خلل في الدوار وعدم محاذاة في العمود، مما يجعل مهمة التخلص من الاهتزاز أكثر صعوبة. في مثل هذه الحالات، من الضروري محاذاة الآلة أولًا ثم موازنتها. (مع العلم أنه في حالة خلل عزم الدوران الشديد، يحدث الاهتزاز أيضًا في الاتجاه المحوري نتيجة "التواء" هيكل الأساس).
مقالات ذات صلة (أمثلة على حوامل التوازن)
معايير تقييم جودة آليات الموازنة
يمكن تقييم دقة موازنة الدوارات (الآليات) بطريقتين. تتضمن الطريقة الأولى مقارنة مقدار عدم التوازن المتبقي الذي تم تحديده أثناء عملية الموازنة مع التفاوت المسموح به لعدم التوازن المتبقي. وقد تم تحديد هذه التفاوتات المسموح بها لفئات الدوارات المختلفة في المعيار ISO 1940-1-2007. الجزء 1. تعريف عدم التوازن المسموح به.
ومع ذلك، فإن الالتزام بالتفاوتات المحددة لا يضمن بشكل كامل موثوقية تشغيل الآلية، المرتبطة بتحقيق الحد الأدنى من اهتزازها. ويُفسر ذلك بحقيقة أن حجم اهتزاز الآلية لا يتحدد فقط بحجم القوة المرتبطة بعدم التوازن المتبقي في دوارها، بل يعتمد أيضًا على عدة معلمات أخرى، بما في ذلك: صلابة k للعناصر الهيكلية للآلية، وكتلتها m، وعامل التخميد، بالإضافة إلى تردد الدوران. لذلك، لتقدير الخصائص الديناميكية للآلية (بما في ذلك جودة توازنها) في عدد من الحالات، يوصى بتقدير مستوى الاهتزاز المتبقي للآلية، والذي ينظمه عدد من المعايير.
المعيار الأكثر شيوعًا الذي ينظم المستويات المسموح بها للاهتزاز في الآليات هو ISO 10816-3-2002. وبمساعدة هذا المعيار، يمكن تحديد حدود التفاوت المسموح بها لأي نوع من الآلات، مع مراعاة قوة محركها الكهربائي.
بالإضافة إلى هذا المعيار العالمي، هناك عدد من المعايير المتخصصة التي تم وضعها لأنواع محددة من الآلات. على سبيل المثال، 31350-2007، ISO 7919-1-2002، وغيرها.
المعايير والمراجع
- ISO 1940-1:2007. الاهتزاز. متطلبات جودة توازن الدوارات الصلبة. الجزء 1. تحديد عدم الاتزان المسموح به.
- ISO 10816-3:2009. الاهتزاز الميكانيكي - تقييم اهتزاز الآلة عن طريق القياسات على الأجزاء غير الدوارة - الجزء 3: الآلات الصناعية ذات القدرة الاسمية التي تزيد عن 15 كيلوواط والسرعات الاسمية بين 120 دورة في الدقيقة و 15000 دورة في الدقيقة عند قياسها في الموقع.
- ISO 14694:2003. المراوح الصناعية — مواصفات جودة التوازن ومستويات الاهتزاز.
- ISO 7919-1:2002. اهتزاز الآلات بدون حركة ترددية - القياسات على الأعمدة الدوارة ومعايير التقييم - إرشادات عامة.
FAQ
هل يؤدي التوازن إلى إزالة جميع الاهتزازات؟
لا. تعمل عملية الموازنة على إزالة الاهتزازات الناتجة عن التوزيع غير المتماثل لكتلة الدوار بالنسبة لمحور دورانه. أما الاهتزازات الناتجة عن عدم المحاذاة، وعيوب المحامل، والقوى الديناميكية الهوائية/الهيدروديناميكية، والقوى الكهرومغناطيسية، وغيرها من الأسباب، فتتطلب تشخيصات وإجراءات تصحيحية منفصلة.
لماذا قد تفشل الموازنة بالقرب من الرنين؟
بالقرب من الرنين، يمكن أن تُحدث تغيرات طفيفة في السرعة تغيرات كبيرة في سعة الاهتزاز وانزياحًا في الطور بمقدار 180 درجة. في مثل هذه الظروف، تصبح نتائج القياس غير مستقرة، وقد لا تتقارب إجراءات الموازنة التقليدية دون استخدام أساليب خاصة.
متى تحتاج إلى موازنة مستوى واحد مقابل موازنة مستويين؟
بالنسبة للدوارات الصلبة، عادةً ما يكون استخدام وزنين متباعدين على طول الدوار ضروريًا وكافيًا للتخلص من عدم التوازن الساكن والديناميكي معًا. أما الدوارات الضيقة، فغالبًا ما تُظهر عدم توازن ساكن في الغالب، ولكن التشوه والهندسة قد يُدخلان عنصرًا ديناميكيًا قد يتطلب تصحيحًا ثنائي المستوى.
ما الذي يجب فعله قبل إجراء عملية الموازنة؟
تأكد من صلاحية الجهاز للاستخدام: تثبيته بإحكام على القاعدة، سلامة المحامل، عدم وجود ارتخاء شديد، وعدم وجود أي مصادر واضحة للانحراف عن الخطية. الموازنة ليست بديلاً عن الإصلاح.
أهم النقاط
- يعمل التوازن على تصحيح الإثارة المتعلقة بالكتلة (الطرد المركزي)؛ فهو لا يحل مشكلة عدم المحاذاة أو تلف المحامل أو المصادر الكهرومغناطيسية/الديناميكية الهوائية.
- يمكن أن يؤدي الرنين وعدم الخطية إلى جعل الموازنة التقليدية غير فعالة أو غير آمنة.
- بالنسبة للدوارات الصلبة، يعتبر التوازن ثنائي المستوى هو الحل العام لعدم التوازن الساكن والديناميكي المدمج.
