موازنة أجهزة الطرد المركزي: إجراء في الموقع لأجهزة الطرد المركزي الصناعية

لماذا يكلف إصلاح اختلال توازن جهاز الطرد المركزي أكثر مما تعتقد

تعمل أجهزة الطرد المركزي بسرعات لا تصل إليها معظم الآلات الصناعية. فجهاز الفصل الذي يعمل بسرعة 3000 دورة في الدقيقة يُحدث 50 دورة في الثانية. أما جهاز الفصل ذو الأقراص المكدسة الذي يعمل بسرعة 6000 دورة في الدقيقة، فيُحدث 100 دورة في الثانية. عند هذه السرعات، حتى غرامات قليلة من عدم التوازن تُولّد قوى تُقاس بالكيلونيوتن.

قوانين الفيزياء لا ترحم: قوة الطرد المركزي تزداد مع مربع السرعة. فعدم التوازن الذي يُنتج قوة 50 نيوتن عند 3000 دورة في الدقيقة، يُنتج قوة 200 نيوتن عند 6000 دورة في الدقيقة - أي أربعة أضعاف القوة، من نفس الغرامات القليلة. كل شظية معدنية مفقودة، وكل ترسب غير متساوٍ على جدار الوعاء، وكل تفاوت طفيف في شكل اللفافة - كل ذلك يتضخم مع السرعة.

إليكم ما يعنيه ذلك عملياً:

إلى جانب التكاليف المباشرة، ثمة مشكلة أخرى أكثر دقة. يجب أن تستوفي أجهزة الطرد المركزي في صناعة الأدوية والأغذية معايير جودة صارمة. ينتج عن جهاز الطرد المركزي الاهتزازي فصل غير متجانس، ما يؤدي إلى فشل دفعات كان من المفترض أن تجتاز فحص الجودة. في مجال صناعة الأدوية، لا تُعدّ الدفعة الفاشلة مجرد هدر، بل هي مخالفة للوائح، وتستدعي تحقيقًا في الأسباب الجذرية، وقد تُثير إنذارًا تنظيميًا.

أنواع أجهزة الطرد المركزي واختلافات التوازن بينها

تُطبّق طريقة الوزن التجريبي ثنائي المستوى على جميع أنواع أجهزة الطرد المركزي. إلا أن نقاط الوصول ومواقع مستوى التصحيح ومصادر عدم التوازن النموذجية تختلف اختلافًا كبيرًا. معرفة نوع الجهاز قبل الوصول توفر الوقت وتجنّب المفاجآت.

لماذا لا يكفي موازنة المتجر

تُوازن معظم دوارات أجهزة الطرد المركزي في المصنع أو في ورشة متخصصة قبل تركيبها. فلماذا تعود الاهتزازات للظهور غالبًا بمجرد تشغيل الجهاز؟

لأن موازنة المتجر وظروف التشغيل الحقيقية بيئات مختلفة.

محامل مختلفة. تستخدم آلة الموازنة مغزلًا ومحامل دقيقة خاصة بها. أما جهاز الطرد المركزي فيستخدم محامل خاصة به، والتي تختلف في الخلوص والتحميل المسبق والمحاذاة. الدوار الذي تم قياسه بدقة "مثالية" على آلة الموازنة، يكون موضعه مختلفًا قليلاً داخل الغلاف الفعلي.

تفاوتات التركيب. عند إزالة الدوار ونقله وموازنته وإعادة تركيبه، تتراكم الأخطاء في كل نقطة تلامس: تلامس المقعد المخروطي، وملاءمة الوصلة، وعزم صامولة القفل، وموضع المفتاح. كل مصدر من هذه المصادر صغير بحد ذاته، ولكن مجتمعة، يمكن أن تضيف ما بين 5 إلى 15 ميكرون من اللامركزية، وهو ما يكفي لرفع مستوى الاهتزاز إلى ما فوق الحدود المقبولة عند سرعات دوران عالية.

ظروف التشغيل. يؤدي التمدد الحراري عند درجة حرارة التشغيل إلى تغيير خلوص المحامل ومحاذاة العمود. ويُحدث التحميل الطارد المركزي على الوعاء بسرعة عالية تشوهًا مرنًا لم يكن موجودًا على آلة الموازنة في المصنع. كما أن مادة التشغيل داخل الوعاء تُغير توزيع الكتلة بشكل كامل.

تتجاوز عملية الموازنة الموضعية جميع هذه المشاكل. إذ تقيس الاهتزاز في المحامل الحقيقية، بالسرعة الحقيقية، وفي ظل الظروف الحرارية الحقيقية. ويراعي التصحيح الذي تحسبه كل شيء، لأنك تقيس حالة التشغيل الفعلية، وليس تقريبًا لها.

إجراء الموازنة - خطوة بخطوة

هذا إجراء قياسي لاختبار الوزن باستخدام مستويين، مُعدّل خصيصًا لأجهزة الطرد المركزي. المدة الإجمالية: من ساعة إلى ساعتين للعمليات الروتينية. أما في حالة الإعداد لأول مرة، فيُرجى تخصيص مدة تصل إلى ثلاث ساعات، بما في ذلك الفحص المسبق.

المعدات المطلوبة: Balanset-1A ميزان محمول، حاسوب محمول، أوزان تجريبية، أوزان تصحيح (ستانلس ستيل لأجهزة الطرد المركزي المستخدمة في العمليات)، أدوات أساسية، موازين إلكترونية.

تقرير ميداني: جهاز فصل السوائل في مصنع كيماويات

واجهت شركة متخصصة في تصنيع المواد الكيميائية في أوروبا الوسطى مشكلة متكررة في جهاز الطرد المركزي الرئيسي. كانت المحامل تتعطل كل 4-5 أشهر بدلاً من عمرها الافتراضي المتوقع البالغ 18 شهرًا. وكان تغيير كل محمل يتطلب توقف الإنتاج لمدة يومين، واستخدام رافعة، وطلب قطع غيار عاجلة. وبعد العطل الثالث خلال 14 شهرًا، تواصلوا معنا.

كان جهاز الفصل وحدة أفقية، طولها 2.8 متر، تعمل بسرعة 3200 دورة في الدقيقة. كانت تعالج معلق كربونات الكالسيوم - وهي مادة كاشطة تتسبب في تآكل شفرات اللفائف بشكل غير متساوٍ مع مرور الوقت. وقد استبدل المصنع المحامل في كل مرة، لكنه لم يعالج السبب الجذري للمشكلة.

قمنا بإعداد Balanset-1A خلال نافذة صيانة مجدولة. كان الاهتزاز الابتدائي 12.4 mm/s عند طرف الإدارة، و8.6 mm/s عند الطرف الحر. وكانت القراءتان كلتاهما تتجاوزان حتى أعلى حد بين المنطقتين C/D للدعامات الصلبة في ISO 10816-3 (7.1 mm/s للآلات الكبيرة من المجموعة 1) — أي في المنطقة D بوضوح، حيث “يحدث تلف”.

بعد عملية تصحيح واحدة ثنائية المستوى - إجمالي الوقت 90 دقيقة بما في ذلك الإعداد - النتائج:

بعد ستة أشهر، كانت المحامل نفسها لا تزال تعمل. وكان الاهتزاز قد ارتفع تدريجيًا إلى 3.1 mm/s — وهو أمر متوقع نظرًا للعملية الكاشطة — لكنه ظل دون مستوى التنبيه لدينا البالغ 4.5 mm/s. وقد أُعيدت الموازنة أثناء الإيقاف المخطط التالي. العمر الكلي للمحامل منذ ذلك الحين: متوقع أكثر من 20 شهرًا.

بلغت تكلفة استبدال المحامل التي تم توفيرها في السنة الأولى وحدها ما يقارب 6000 إلى 8000 يورو. أما تكلفة جهاز Balanset-1A فكانت 1975 يورو. ويتم استخدامه في ثلاثة أجهزة طرد مركزي أخرى في نفس المصنع.

معايير وشروط قبول المنظمة الدولية للمقاييس (ISO)

تحكم جودة موازنة أجهزة الطرد المركزي معياران متكاملان: أحدهما يحدد مقدار عدم الاتزان المتبقي المقبول في الدوّار (ISO 21940-11، سابقًا ISO 1940-1)، والآخر يحدد مستويات الاهتزاز المقبولة للآلة المركبة (ISO 10816 / 20816). وهذان معيارا قبول منفصلان: فدرجة G هي تفاوت عدم اتزان للدوّار، وليست حدًا لاهتزاز المبيت.

ISO 21940-11 (سابقًا ISO 1940-1) — درجات جودة الموازنة

يخصص هذا المعيار أرقام الدرجات (G) على أنها تساوي حاصل ضرب عدم الاتزان النوعي المتبقي المسموح به في السرعة الزاوية، معبرًا عنه بوحدة mm/s. وكلما انخفضت G كان التفاوت أشد إحكامًا.

ISO 10816-3 / ISO 20816-3 — شدة اهتزاز الآلة

تحدد هذه المعايير مناطق الاهتزاز بحسب مجموعة الآلة ونوع التثبيت؛ وأجهزة الطرد المركزي ليست مجموعة آلات مسماة، لذا طبّق المجموعة المطابقة لحجم الآلة، أو حدود الشركة المصنعة عند توفرها. وبالنسبة لآلة متوسطة الحجم (المجموعة 2، من 15 إلى 300 kW) على دعامات صلبة، يحدد ISO 10816-3 ما يلي:

متى يجب تحقيق التوازن - الجدول الزمني والمحفزات

المعدات: مواصفات Balanset-1A

يستخدم الإجراء الموصوف أعلاه Balanset-1A نظام موازنة محمول. المواصفات الرئيسية ذات الصلة بعمل أجهزة الطرد المركزي:

تتضمن المجموعة مستشعري اهتزاز، ومقياس سرعة دوران ليزري، وشريط عاكس، وحوامل مغناطيسية، وميزان إلكتروني، وبرنامج على ذاكرة USB، وحقيبة حمل صلبة. لا اشتراكات، ولا رسوم ترخيص متكررة. تحديثات البرامج متوفرة لمشتركي الدعم الفني.

الأسئلة الشائعة