ISO 21940-12: الاهتزاز الميكانيكي - موازنة الدوار - الجزء 12: الإجراءات والتسامحات للدوارات ذات السلوك المرن

ملخص

تتناول ISO 21940-12 التحدي المعقد المتمثل في تحقيق التوازن دوارات مرنةالدوار المرن هو الدوار الذي يتغير شكله وتوزيع عدم التوازن فيه بشكل كبير مع سرعة الدوران، وخاصة عندما يقترب ويمر عبر انحناءاته. السرعات الحرجةبخلاف الدوارات الصلبة (المذكورة في الجزء 11)، لا يُمكن موازنة الدوار المرن بسرعة منخفضة، ويُتوقع أن يبقى متوازنًا عند سرعة خدمته العالية. تُوفر هذه المواصفة الإجراءات المتخصصة متعددة السرعات والمستويات اللازمة لموازنة هذه الأنظمة الدوارة المعقدة بشكل صحيح، وهي شائعة في الآلات عالية الأداء مثل توربينات الغاز والضواغط والبكرات الصناعية الطويلة.

جدول المحتويات (البنية المفاهيمية)

توفر المعايير إطارًا لفهم وتنفيذ الأساليب المتقدمة المطلوبة لموازنة الدوار المرن:

1. 1. نطاق وتصنيف الدوارات المرنة:

   يُحدد هذا الفصل الأول نطاق المعيار، مُشيرًا إلى أنه ينطبق على الدوارات التي تُظهر سلوكًا مرنًا، أي أن توزيعها غير المتوازن و/أو شكلها المنحرف يتغير مع السرعة. ويُقدم نظام تصنيف أساسيًا لتصنيف هذه الدوارات بناءً على خصائصها الديناميكية، وهو أمر أساسي لاختيار استراتيجية التوازن المناسبة. تتراوح الفئات من:

   • الصف الأول: الدوارات الصلبة (مشمولة بالمعيار ISO 21940-11).
   • الصف الثاني: الدوارات شبه الصلبة، والتي يمكن موازنتها بسرعة منخفضة ولكنها قد تتطلب موازنة التشذيب بسرعة الخدمة.
   • الصف الثالث: الدوارات التي تتطلب التوازن عند سرعات متعددة، غالبًا باستخدام معامل التأثير الطريقة، والتي تمر عادة عبر سرعة حرجة واحدة أو أكثر.
   • الصف الرابع والخامس: الدوارات شديدة المرونة، مثل تلك الموجودة في مولدات التوربينات الكبيرة، والتي تتطلب تقنيات موازنة نموذجية متقدمة لتصحيح أوضاع الانحناء المتعددة.

   يوفر هذا التصنيف طريقة منهجية لتحديد مدى تعقيد مهمة الموازنة والإجراءات اللازمة لتحقيق توازن ناجح عبر نطاق سرعة التشغيل بالكامل.

2. 2. إجراءات الموازنة:

   يُشكل هذا الفصل الجوهر التقني للمعيار، مُفصّلاً الإجراءات المتقدمة متعددة المراحل اللازمة للدوارات المرنة. ويوضح أن الموازنة البسيطة منخفضة السرعة غير كافية، ويجب تعزيزها بتقنيات عالية السرعة لمراعاة انحناء الدوار. ويُحدد المعيار منهجين رئيسيين:

   • ال معامل التأثير طريقة: هذه تقنية متعددة الاستخدامات وواسعة الاستخدام. تتضمن عملية منهجية لوضع وزن تجريبي معروف في مستوى تصحيح واحد في كل مرة، وقياس استجابة الاهتزاز الناتجة (السعة والطور) في مواقع متعددة وعبر سرعات متعددة. تُكرر هذه العملية لكل مستوى تصحيح. تُستخدم البيانات المجمعة لحساب مصفوفة "معاملات التأثير"، والتي تُحدد رياضيًا كيفية تأثير اختلال التوازن في أي مستوى على الاهتزاز عند أي نقطة قياس وسرعة. ثم يستخدم الحاسوب هذه المصفوفة لإيجاد مجموعة أوزان التصحيح ومواضعها الزاوية اللازمة عبر جميع المستويات لتقليل الاهتزاز في وقت واحد على نطاق السرعة بأكمله.
   • موازنة الأنماط: هذه طريقة أكثر بديهية من الناحية الفيزيائية، تُعامل كل وضع انحناء للدوار كمشكلة عدم توازن منفصلة. تتضمن العملية تشغيل الدوار بسرعة حرجة محددة أو قريبة منها لإثارة شكل الوضع المقابل إلى أقصى حد. تُؤخذ قياسات الاهتزاز لتحديد موقع "النقطة الثقيلة" لذلك الوضع، وتُوضع أوزان تصحيحية عند نقاط الانحراف الأقصى (العقد المضادة) لذلك الوضع لمواجهتها. تُكرر هذه العملية بالتتابع لكل وضع انحناء مهم ضمن نطاق سرعة تشغيل الدوار، مما يُحقق موازنة فعالة للدوار وضعًا تلو الآخر.
3. 3. تحديد تفاوتات التوازن:

   يوضح هذا الفصل أن تفاوتات الدرجة G البسيطة المستخدمة في الدوارات الصلبة غالبًا ما تكون غير كافية للدوارات المرنة. وبدلاً من ذلك، يقدم معايير تفاوت أكثر شمولاً، والتي يمكن أن تستند إلى عدة عوامل، منها:

   • حدود عدم التوازن النمطي المتبقي لكل وضع انحناء مهم.
   • الحدود المفروضة على سعة اهتزاز العمود المطلقة في مواقع وسرعات محددة (خاصة عند سرعة الخدمة).
   • الحدود المفروضة على القوى المنقولة إلى المحامل.
4. 4. التحقق من حالة الرصيد النهائي:

   يُفصّل هذا القسم الأخير معايير القبول لدوار مرن متوازن بنجاح. بخلاف الدوار الصلب، الذي لا يحتاج إلا إلى التحقق عند سرعة واحدة، يجب التأكد من توازن الدوار المرن طوال نطاق سرعة تشغيله بالكامل. بعد تطبيق أوزان التصحيح النهائية، يُخضع الدوار لاختبار تشغيل نهائي. خلال هذا الاختبار، تُراقب الاهتزازات باستمرار في مواقع رئيسية (مثل المحامل ونقاط الانحراف الأقصى). ينص المعيار على أن الدوار يُعتبر متوازنًا بشكل مقبول فقط إذا ظل الاهتزاز المقاس أقل من حدود التسامح المحددة مسبقًا في جميع السرعات، وخاصةً أثناء المرور عبر سرعاته الحرجة وأثناء البقاء عند أقصى سرعة تشغيل مستمرة. يضمن هذا التحقق الشامل التحكم الفعال في السلوك الديناميكي المعقد للدوار.

المفاهيم الرئيسية

• السلوك المرن مقابل السلوك الجامد: الفرق الأساسي هو أن الدوار يكون مرنًا إذا كانت سرعة تشغيله جزءًا كبيرًا (عادةً >70%) من تردده الطبيعي الأول للانحناء (السرعة الحرجة). مع زيادة سرعة دوران الدوار، تتسبب قوى الطرد المركزي في انحناءه، مما يُغير من عدم توازنه.
• السرعات الحرجة وأشكال الأوضاع: يُعد فهم السرعات الحرجة للدوار و"أشكال الوضع" المرتبطة بها (الشكل الذي ينحني إليه الدوار عند تلك السرعة) أمرًا أساسيًا لتحقيق موازنة مرنة للدوار. يجب التعامل مع كل وضع كمسألة موازنة منفصلة.
• موازنة متعددة المستويات ومتعددة السرعات: المنهجية الأساسية. بخلاف الدوارات الصلبة، التي يُمكن موازنتها في مستويين بسرعة منخفضة واحدة، تتطلب الدوارات المرنة تصحيحات في مستويات متعددة وقياسات بسرعات متعددة لضمان تشغيل سلس عبر نطاق السرعة الكامل.
• موازنة الأنماط: تقنية فعّالة تُضاف فيها أوزانٌ لموازنة اختلال التوازن المرتبط بكل وضع انحناء. على سبيل المثال، لموازنة وضع الانحناء الأول، تُوضع الأوزان عند أقصى نقطة انحراف له.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي