فهم محامل المجلنة
التعريف: ما هو محمل المجلة؟
A محمل المجلة المحمل العادي (يُسمى أيضًا محملًا عاديًا، أو محملًا كميًا، أو محملًا بغشاء سائل) هو نوع من المحامل يدعم عمودًا دوارًا عبر طبقة رقيقة من مادة تشحيم مضغوطة بدلًا من عناصر درفلة. ينفصل العمود الدوار ("الدوران") عن سطح المحمل الثابت بواسطة طبقة زيت هيدروديناميكية تتشكل نتيجة دوران العمود الذي يسحب الزيت إلى فجوة إسفينية متقاربة. يدعم هذا الإسفين الزيتي المضغوط حمل العمود دون تلامس المعدن.
تعتبر محامل المحامل أساسية للآلات الدوارة عالية السرعة وعالية التحميل مثل التوربينات والمولدات والضواغط الكبيرة لأنها توفر سعة تحميل ممتازة واحتكاكًا منخفضًا عند السرعات العالية و التخميد الذي يساعد على التحكم اهتزاز و تثبيت الدوار الأنظمة.
مبدأ التشغيل: التشحيم الهيدروديناميكي
كيف يتشكل الفيلم الزيتي
يعمل المحمل المحوري على مبدأ التشحيم الهيدروديناميكي:
- الاتصال الأولي: عندما يكون العمود ثابتًا، فإنه يرتكز على سطح المحمل تحت تأثير الجاذبية
- تبدأ الدورة: عندما يبدأ العمود في الدوران، فإنه يسحب الزيت إلى الفجوة عن طريق الالتصاق
- تشكيل الإسفين: الهندسة المتقاربة بين العمود والمحمل تخلق مساحة على شكل إسفين
- توليد الضغط: يُولِّد الزيت المسحوب إلى الإسفين المتقارب ضغطًا هيدروديناميكيًا
- الإقلاع: قوة الضغط تتجاوز وزن العمود، مما يؤدي إلى رفعه على طبقة الزيت الكاملة
- حالة مستقرة: يطفو العمود على طبقة زيت مضغوطة بدون أي اتصال بالمعادن
سمك طبقة الزيت
- السمك النموذجي: 10-100 ميكرومتر (0.0004-0.004 بوصة)
- رقيقة للغاية ولكنها كافية لمنع التلامس
- يختلف السمك حول المحيط (الحد الأدنى عند أقرب نقطة اقتراب)
- يعتمد على السرعة والحمل ولزوجة الزيت وخلوص المحمل
أنواع محامل المحور
1. أسطوانة عادية (مجلة كاملة)
- التصميم الأبسط: ثقب أسطواني مع أخدود إمداد الزيت
- زاوية التفاف 360 درجة
- قدرة تحميل جيدة ولكنها قد تكون عرضة لعدم الاستقرار عند السرعات العالية
- شائعة في المحركات والمضخات والمعدات الصناعية العامة
2. محامل القوس الجزئي
- يغطي سطح المحمل جزءًا فقط من المحيط (120-180 درجة)
- وزن أخف، يتطلب تدفقًا أقل للزيت
- صلابة أقل من الصلابة الكاملة
- يستخدم في التطبيقات ذات التحميل الخفيف
3. محامل الوسادة المائلة
- سطح المحمل مقسم إلى عدة وسادات مستقلة تدور
- كل وسادة تطور إسفينًا هيدروديناميكيًا خاصًا بها
- مستقر بطبيعته ضد دوامة الزيت/السوط
- معيار الصناعة للآلات التوربينية عالية السرعة
- أغلى ثمناً ولكن خصائص ديناميكية متفوقة
4. سد الضغط والمحامل الإزاحة
- محامل أسطوانية معدلة بخصائص هندسية لتعزيز الاستقرار
- تعمل الأخاديد أو السدود أو الثقوب المزاحة على زيادة فعالية التخميد
- حل وسط بين الوسادة الأسطوانية البسيطة والوسادة المائلة
الخصائص الديناميكية
صلابة
تعتبر صلابة محمل المجلة معقدة وتعتمد على السرعة:
- سرعة منخفضة: صلابة منخفضة، يتغير موضع العمود بشكل كبير مع الحمل
- سرعة عالية: صلابة أعلى من الضغط الهيدروديناميكي الأكثر تطوراً
- التباين الاتجاهي: صلابة مختلفة في الاتجاه الأفقي مقابل الاتجاه الرأسي
- الصلابة المتقاطعة: الانحراف في اتجاه واحد يخلق قوة في الاتجاه العمودي
التخميد
توفر محامل المجلنة تخميدًا كبيرًا:
- الطاقة المبددة من خلال القص اللزج لفيلم الزيت
- يزداد التخميد مع السرعة ولزوجة الزيت
- مهم للحد من الاهتزاز في السرعات الحرجة
- ضروري للوقاية عدم استقرار الدوار
الاعتماد على السرعة
تتغير جميع خصائص محمل المحور مع سرعة الدوران:
- تزداد الصلابة مع السرعة
- يزداد التخميد مع السرعة
- الترددات الطبيعية الارتفاع بسرعة
- السرعات الحرجة التحول إلى الأعلى مع زيادة السرعة
مزايا محامل المجلة
- قدرة تحميل عالية: يمكنه دعم الدوارات الثقيلة جدًا
- القدرة على السرعة العالية: مناسب لسرعات تصل إلى 50000+ دورة في الدقيقة
- احتكاك منخفض عند السرعة: بمجرد إنشاء الفيلم الهيدروديناميكي، يكون معامل الاحتكاك منخفضًا جدًا (0.001-0.003)
- التخميد الممتاز: يتحكم في الاهتزاز عند السرعات الحرجة
- التشغيل الهادئ: لا يوجد ضوضاء عنصر التدحرج
- مقاومة الصدمات: يمتص الفيلم الزيتي الأحمال العابرة
- حياة طويلة: عدم وجود اتصال معدني يعني الحد الأدنى من التآكل (عقود من التشغيل ممكنة)
- تصميم بسيط: الأنواع الأساسية بسيطة واقتصادية
العيوب والتحديات
- احتكاك عالي عند البدء: لا يوجد طبقة زيتية في حالة السكون، ويتطلب عزم فصل
- نظام التشحيم المطلوب: يجب توفير زيت نظيف ومبرد بشكل مستمر
- مخاطر تقلبات أسعار النفط: المحامل الأسطوانية البسيطة المعرضة لعدم الاستقرار
- استجابة أبطأ: يضيف الفيلم الزيتي مرونة، وهو أقل صلابة من محامل العناصر الدوارة عند السرعات المنخفضة
- حساسية درجة الحرارة: يتغير الأداء مع درجة حرارة الزيت (يؤثر على اللزوجة)
- حساسية التلوث: يمكن أن تتسبب الجسيمات في إتلاف سطح المحمل أو سد ممرات الزيت
- التموضع المحوري: لا يوفر أي قيد محوري متأصل (يتطلب محمل دفع منفصل)
التطبيقات
محامل المجلة هي المعيار في:
- توربينات البخار والغاز: وحدات توليد الطاقة متعددة الميغاواط
- المولدات الكبيرة: المولدات المتزامنة في محطات الطاقة
- ضواغط الطرد المركزي: ضواغط صناعية عالية السرعة وعالية التحميل
- المحركات الكهربائية الكبيرة: غالبًا ما تستخدم المحركات > 500 حصان محامل المحور
- الدفع البحري: محامل عمود مروحة السفينة
- آلات الورق: محامل أسطوانية كبيرة
- محركات الاحتراق الداخلي: المحامل الرئيسية ومحامل قضيب العمود المرفقي
العلاقة مع ديناميكيات الدوار
تؤثر محامل المحور بشكل حاسم على السلوك الديناميكي للدوار:
- تحديد السرعة الحرجة: تؤثر صلابة المحمل والتخميد بشكل مباشر على مواقع السرعة الحرجة وسعاتها
- استقرار: نوع المحمل وتصميمه يحددان قابلية التعرض دوامة زيتية and سوط العمود
- مخططات كامبل: أظهر كيف تتغير الترددات الطبيعية مع السرعة بسبب اختلافات صلابة المحمل
- Balancing: تؤثر خصائص المحمل معاملات التأثير واستجابة التوازن
تُمثل محامل الدوران تقنية متطورة وناضجة، وهي ضرورية للآلات الدوارة عالية الأداء. فمزيجها الفريد من سعة التحميل، والقدرة على السرعة، والتخميد يجعلها لا غنى عنها في التطبيقات الحرجة، على الرغم من تعقيد متطلبات تزييتها وسلوكها الديناميكي.