فهم الاهتزاز المحوري في الآلات الدوارة
الاهتزاز المحوري (وتُعرف أيضًا بالاهتزاز الطولي أو الاهتزاز الدفعي) هي الحركة ذهابًا وإيابًا لـ الدوار في الاتجاه الموازي لمحور دورانها. حيث الاهتزاز الجانبي في حين أن الاهتزاز الجانبي هو حركة عرضية عمودية على العمود، فإن الاهتزاز المحوري هو حركة العمود للداخل وللخارج على طول محوره، تمامًا مثل المكبس. وعادةً ما تكون سعة هذا الاهتزاز أقل من الاهتزاز الشعاعي، ومع ذلك فهي تشكل مؤشراً تشخيصياً قوياً لفئة معينة من الأعطال — ولا سيما عدم المحاذاة, حاملة الدفع المشاكل والمسائل المتعلقة بالعمليات في المضخات والضواغط. ويعتبر المحلل المتمرس ذلك جزءًا لا غنى عنه، وليس اختياريًا، من مجموعة القياس الكاملة.
1. الخصائص والقياس
الاتجاه والحركة
يحدث الاهتزاز المحوري على طول محور خط الوسط للعمود:
- الحركة موازية لمحور الدوران.
- يتحرك الدوار ذهابًا وإيابًا بحركة ترددية.
- وعادةً ما يتم قياسها عند مبيتات المحامل أو أطراف الأعمدة.
- وعادةً ما تكون سعة هذا الاهتزاز أقل من الاهتزاز الشعاعي، ولكنها، عند ظهورها، تكون أكثر دلالةً من الناحية التشخيصية.
إعدادات القياس
يتطلب تسجيل الحركة المحورية وضع المستشعر في مكان محدد بعناية:
- اتجاه المستشعر: an مقياس التسارع أو محول السرعة مثبتة بشكل موازٍ لمحور العمود.
- المواقع المعتادة: أغطية طرفية لمبيت المحامل، أو أغطية طرفية للمحركات، أو مبيتات محامل الدفع.
- مجسات القرب أ مسبار القرب يمكن للمحور المواجه لنهاية العمود قياس الموضع المحوري مباشرةً.
- أهمية: غالبًا ما يتم تجاهلها ولكنها ضرورية لتشخيص الآلات بالكامل
2. الأسباب الرئيسية للاهتزاز المحوري
الاختلال — السبب الأكثر شيوعًا
عدم محاذاة العمود، ولا سيما اختلال المحاذاة الزاوي، هو السبب الرئيسي للاهتزاز المحوري:
- الأعراض: اهتزاز محوري عالي بمعدل 1× أو 2× عند سرعة التشغيل.
- الآلية: يؤدي الاختلاف الزاوي بين الأعمدة المقترنة إلى توليد قوة محورية متذبذبة عبر أداة التوصيل في كل دورة.
- مؤشر التشخيص: إن تجاوز السعة المحورية 50٪ من السعة الشعاعية يشير بقوة إلى وجود خلل في المحاذاة.
- علاقة الطور: عادةً ما تكون القراءات المحورية عند طرفي المحرك والطرف غير المحرك متباعدة بنحو 180 درجة مرحلة.
عيوب محامل الدفع
مشاكل تتعلق بـ محمل الدفع التي تحدد الموضع المحوري للعمود تنتج اهتزازات محورية مميزة:
- تآكل أو تلف محامل الدفع.
- عدم كفاية محمل الدفع التحميل المسبق.
- تعطل محمل الدفع مما يؤدي إلى حدوث تلاعب محوري مفرط.
- مشاكل التشحيم الخاصة بأسطح الدفع.
القوى الهيدروليكية أو الهوائية
تولد قوى العملية في المضخات والضواغط والتوربينات أحمالًا محورية:
- مضخة التجويف: تولد فقاعات البخار المنهارة قوى صدمة محورية.
- اختلال توازن المروحة: يؤدي التدفق غير المتماثل إلى توليد قوة دفع محورية متذبذبة.
- الاضطراب في التدفق المحوري: في الضواغط والتوربينات المحورية.
- ارتفاع: تؤدي موجات الضغط في الضاغط إلى اهتزازات محورية عنيفة.
- إعادة التدوير: تشغيل خارج نطاق التصميم يؤدي إلى حدوث اضطرابات في التدفق.
الارتخاء الميكانيكي
تؤدي الفجوات المفرطة إلى تحرك الدوار ذهابًا وإيابًا في الاتجاه المحوري:
- أسطح محامل الدفع المتآكلة.
- مكونات ذات ارتباط ضعيف.
- عدم كفاية التثبيت المحوري في ترتيب المحامل.
- فواصل أو رقائق تآكلت.
مشاكل الاقتران
يؤدي تآكل القارنة أو سوء التركيب إلى حدوث اهتزاز محوري:
- تآكل أسنان أداة التوصيل التروسية مما يؤدي إلى حدوث تذبذب محوري.
- مرن غير مُركَّب بشكل صحيح وصلات التوصيل.
- أخطاء طول الفاصل بين الوصلات.
- زوايا الوصلات الكروية التي تولد مكونات القوة المحورية.
مشاكل التمدد الحراري
يمكن أن يؤدي التمدد الحراري التفاضلي إلى إحداث قوى محورية:
- التمدد الحراري للأنابيب الذي يؤدي إلى دفع أو شد المعدات.
- تفاوت في التوسع الحراري بين الآلات المقترنة.
- تسوية الأساس التي تؤدي إلى اختلال المحاذاة المحورية.
3. الأهمية التشخيصية
تشخيص عدم المحاذاة
الاهتزاز المحوري هو أفضل مؤشر على عدم محاذاة المحور:
- قاعدة عامة: إذا تجاوز الاهتزاز المحوري 50٪ من الاهتزاز الشعاعي، فافترض وجود خلل في المحاذاة.
- محتوى التردد: في الغالب 2× في حالة عدم المحاذاة المتوازية-المتباعدة؛ و1× و2× في حالة عدم المحاذاة الزاوية.
- تحليل الطور: إن وجود فرق في الطور يبلغ 180 درجة بين القراءات المحورية عند الطرفين المتقابلين يؤكد وجود خلل في المحاذاة.
- تأكيد: اهتزاز محوري عالٍ ينخفض بشكل حاد بعد عملية الدقة محاذاة العمود يثبت التشخيص.
تشخيص أعطال المضخات والضواغط
بالنسبة للمعدات الدوارة المستخدمة في معالجة السوائل:
- التجويف: اهتزاز محوري عريض النطاق عشوائي عالي التردد.
- اختلال التوازن الهيدروليكي: 1× اهتزاز محوري ناتج عن تحميل غير متماثل على المكره.
- طفرة: تذبذب محوري ذو سعة كبيرة وتردد منخفض.
- تردد مرور الشفرة: يشير وجود مكون محوري عند ترددات مرور الشفرات إلى وجود مشاكل في التدفق.
تقييم حالة المحمل
- قد يشير الارتفاع المفاجئ في الاهتزاز المحوري إلى تدهور حالة محمل الدفع.
- يؤكد الاهتزاز المحوري عند ترددات عيوب محمل الدفع وجود مشكلة في المحمل.
- يشير التعويم المحوري المفرط الذي يتم قياسه باستخدام مجسات القرب إلى تآكل المحمل
4. المستويات والمعايير المقبولة
إرشادات عامة
المعايير العامة الخاصة باهتزازات الآلات — المعايير الحديثة ايزو 20816 تركز هذه السلسلة، التي حلت محل المعيار ISO 10816، بشكل أساسي على الاهتزاز الشعاعي، لذا عادةً ما تُحدد الحدود المحورية بالنسبة له:
- بالنسبة إلى المحور الشعاعي: في الظروف العادية، يجب أن يظل الاهتزاز المحوري أقل من 50٪ من الاهتزاز الشعاعي.
- الحدود المطلقة: عادةً ما تتراوح بين 25 و50٪ من الحد الأقصى لنطاق الدوران لفئة الماكينة.
- مقارنة مع القيم الأساسية: ارتفاع بنسبة 50 إلى 100٪ مقارنة بـ خط الأساس يستدعي إجراء تحقيق، بغض النظر عن القيمة المطلقة.
المعايير الخاصة بالمعدات
- API 610 (المضخات الطردية): يحدد حدود الاهتزازات الشعاعية والمحورية.
- API 617 (الضواغط الطردية): يتضمن معايير قبول الاهتزاز المحوري.
- الآلات التوربينية: غالبًا ما تتم مراقبتها بشكل مستمر باستخدام مستشعرات مخصصة لقياس الموضع المحوري والاهتزاز المحوري، وذلك بشكل متكرر من أجل واجهة برمجة التطبيقات 670 ممارسات حماية الآلات.
5. طرق التصحيح والتخفيف
في حالة عدم محاذاة
- محاذاة المحاور بدقة: استخدام أدوات المحاذاة بالليزر لتصحيح الاختلالات الزاوية والتوازية.
- تصحيح القدم المسطحة: تأكد من أن كل قاعدة تثبيت مستوية تمامًا قبل المحاذاة — انظر قدم ناعمة.
- الهامش المخصص للتوسع الحراري: يجب مراعاة التمدد الناتج عن درجة حرارة التشغيل عند تحديد أهداف المعايرة الباردة.
- جهاز تخفيف الضغط على الأنابيب: التخلص من قوى الضغط التي تؤدي إلى خلل في محاذاة المعدات.
فيما يتعلق بمشاكل محامل الدفع
- استبدل مكونات محمل الدفع البالية.
- تحقق من صحة الشد المسبق للمحامل الدفعية ومن الفراغات.
- تأكد من توفير التزييت الكافي لأسطح الدفع.
- تأكد من صحة التركيب وتوزيع الرفادات.
بالنسبة للقوى المحورية المرتبطة بالعملية
- القضاء على التكهف: رفع ضغط المدخل، وخفض درجة حرارة السائل، وإزالة الانسدادات في المدخل.
- تحسين نقطة التشغيل: الحفاظ على تشغيل المضخات والضواغط ضمن نطاق التصميم المحدد لها.
- توازن القوى الهيدروليكية: استخدام فتحات التوازن أو الريش الخلفية في المراوح.
- التحكم في مقاومة التيار المفاجئ: تطبيق إجراءات فعالة للوقاية من الارتفاع المفاجئ في الضغط على الضواغط.
في حالة وجود مشاكل ميكانيكية
- استبدل أدوات التوصيل ومكوناتها التالفة.
- أحكم ربط الوصلات الميكانيكية المفكوكة.
- تأكد من صحة أبعاد الفواصل والرقائق.
- قم بتركيب الوصلات وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة.
6. أفضل الممارسات في مجال القياس
تركيب المستشعر
- التثبيت الصلب: يفضل استخدام المسامير أو المواد اللاصقة بدلاً من المغناطيس في القياسات المحورية حيثما أمكن — انظر تركيب المستشعر.
- التحقق من الاتجاه: تأكد من أن المستشعر موازٍ تمامًا لمحور العمود، وليس مائلًا بزاوية.
- Both ends: قياس الاهتزاز المحوري في كل من الطرفين المحرك وغير المحرك حتى يمكن مقارنة الطور.
- مجسات القرب بالنسبة للمعدات الحرجة، قم بتثبيت أجهزة استشعار موضع محوري دائمة
جمع البيانات
- احرص دائمًا على جمع البيانات المحورية جنبًا إلى جنب مع القياسات الشعاعية الأفقية والرأسية.
- سجل العلاقة الطورية بين القراءات المحورية في مواقع مختلفة.
- قارن بين نسب السعة المحورية والقطرية.
- Trend الاهتزاز المحوري بمرور الوقت للكشف المبكر عن المشكلات الناشئة.
7. الاهتزاز المحوري مقابل الاهتزاز الشعاعي
يعد التمييز بين الاتجاهين أمرًا أساسيًا في تحديد الأعطال:
| وجه | الاهتزاز الشعاعي (الجانبي) | الاهتزاز المحوري |
|---|---|---|
| اتجاه | عمودي على محور العمود | موازية لمحور العمود |
| السعة النموذجية | أعلى | السفلي (عادةً ما يقل عن 50٪ من القطر) |
| Primary causes | عدم التوازن, عمود مثني، التي تعاني من عيوب | اختلال المحاذاة، ومشاكل محامل الدفع، وقوى العملية |
| القيمة التشخيصية | الحالة العامة للآلات | خاص بمشاكل عدم المحاذاة والدفع |
| أولوية الرصد | التركيز الأساسي | ثانوية ولكنها حاسمة للتشخيص |
8. التشخيص الميداني العملي
في الميدان، يُجرى اختبار الاهتزاز المحوري الحاسم بطريقة مقارنة: حيث تُقاس السعة والطور محوريًّا عند طرفي المحمل، ثم تُقارن بالقراءات الشعاعية. جهاز محمول ثنائي القنوات محلل الاهتزازات مثل بالانست-1أ وهي مناسبة تمامًا لهذا الغرض، لأن قناتيها يمكنهما التقاط الصوت من كلا الطرفين في آن واحد عبر عداد سرعة الدوران مرجع الطور — مما يؤدي إلى حدوث الانفصال المحوري الدلالي للطور بمقدار 180 درجة الناتج عن عدم المحاذاة، و1×/2× متناسق pattern in the تحويل فورييه السريع الطيف، وهو ما يظهر على الفور. وتقي هذه المقارنة نفسها من الوقوع في خطأ مكلف: فمن السهل إلقاء اللوم على الاهتزاز الشعاعي العالي 1× في عدم التوازن، لكن وجود مكون محوري قوي ومتوافق يشير بدلاً من ذلك إلى وجود خلل في المحاذاة، وهو ما لا يمكن إصلاحه مهما موازنة سيحل المشكلة. إن التأكد من اتجاه الحركة السائدة قبل استخدام الأوزان التجريبية هو ما يميز الإصلاح الدائم عن الوقت الضائع.
9. التطبيقات الصناعية
تعد مراقبة الاهتزاز المحوري مفيدة بشكل خاص في الحالات التالية:
- المضخات الطردية: الكشف عن القوة الهيدروليكية والتجويف.
- الضواغط: مراقبة محامل الدفع وكشف الاندفاع.
- التوربينات: قوى الشفرات المحورية وحالة محمل الدفع.
- المعدات المقترنة: التحقق من محاذاة الأجزاء وحالة التوصيل.
- معدات المعالجة: مراقبة حالة التدفق.
على الرغم من أن الاهتزاز المحوري غالبًا ما يطغى عليه الإشارة الشعاعية الأكثر بروزًا، إلا أن المحللين المتمرسين يقدرون قيمته التشخيصية. فهناك عدد كبير من العيوب التي قد تفوتها القياسات الشعاعية وحدها، لكنها تظهر بوضوح من خلال النمط المحوري — وهذا بالضبط هو السبب في أن إجراء مراقبة الحالة يقوم البرنامج دائمًا بقياس الاتجاهات الثلاثة جميعها.
