فهم دوامة النفط

التعريف: ما هو زيت الدوامة؟

دوامة الزيت هو نوع من الاهتزازات ذاتية الإثارة وغير المستقرة، يحدث في الآلات المجهزة بمحامل ذات غشاء مائع (محامل جورنالية)، مثل التوربينات الكبيرة والضواغط والمضخات. وهو شكل من أشكال عدم الاستقرار الناتج عن السوائل، حيث يبدأ غشاء الزيت الداعم للعمود بدفعه حول خلوص المحمل في حركة دائرية أمامية. هذه الحركة "الدورانية" هي شبه متزامن الاهتزاز، أي أنه يحدث بتردد أقل من سرعة تشغيل الماكينة (1X).

خصائص دوامة الزيت

تتمتع الدوامة الزيتية بالعديد من الخصائص المميزة والقابلة للتعريف في بيانات الاهتزاز:

• تكرار: الميزة الأبرز هي ذروة الاهتزاز ذات السعة الكبيرة بتردد أقل قليلاً من نصف سرعة التشغيل، وعادة ما يكون بين 0.4X و 0.48X (أي ما بين 40% و48% من سرعة دوران العمود). على سبيل المثال، في آلة تعمل بسرعة 3000 دورة في الدقيقة (50 هرتز)، ستظهر دوامة الزيت عند حوالي 1200-1440 دورة في الدقيقة (20-24 هرتز).
• اتجاه: الاهتزاز هو في المقام الأول شعاعي (أفقي ورأسي) وغالبا ما يكون اتجاهي للغاية.
• مخطط المدار: عند النظر إلى مخطط المدار من مجسات القرب XY، تظهر الدوامة النفطية كمدار كبير، متحرك للأمام، وغالبًا ما يكون مشوهًا (غير دائري) مع حلقة داخلية واحدة محددة جيدًا.
• سلوك: لا يرتبط دوران الزيت بسرعة محددة. بزيادة سرعة الآلة، يزداد تردد الدوران أيضًا، مع الحفاظ على نسبته المميزة التي تتراوح بين 0.4 و0.48 ضعف سرعة التشغيل الجديدة. وهذا يُميزه بشكل رئيسي عن الرنين الهيكلي، الذي يحدث بتردد ثابت بغض النظر عن سرعة العمود.

الآلية: كيف تحدث دورانات الزيت؟

يحدث دوران الزيت نتيجةً لديناميكية إسفين الزيت الهيدروديناميكي الذي يدعم عمود المحمل. في التشغيل العادي، يسحب العمود الدوار الزيت إلى فجوة إسفينية الشكل، مما يُنشئ مجال ضغط يرفع العمود ويدعمه. لا يقع العمود في مركز المحمل، ولكنه مُزاح قليلاً.

يدور الزيت في هذا الإسفين حول المحمل بسرعة تعادل نصف سرعة العمود تقريبًا. إذا كان المحمل محملاً بشكل خفيف أو كانت خلوصه زائدًا، فقد تضعف قوى التثبيت. قد يتسبب اضطراب طفيف في "احتجاز" العمود بواسطة طبقة الزيت الدائرية، والتي تبدأ بدورها بدفعه في مسار دائري حول المحمل. هذا يُولّد اهتزازًا ذاتيًا يمكن أن يزداد إلى سعات عالية جدًا، وغالبًا ما يقتصر على خلوص المحمل نفسه (أي أن العمود يبدأ في التأثير على المحمل).

سوط الزيت: الشكل الأكثر شدة

إذا زادت سرعة الماكينة إلى النقطة التي يتطابق فيها تردد دوران الزيت (~0.4X – 0.48X) مع أحد الترددات الطبيعية للدوار (a السرعة الحرجة)، تصبح الحالة أكثر خطورة. وهذا ما يسمى سوط الزيت.

• التردد المقفل: يتم تثبيت الاهتزاز على التردد الطبيعي للدوار ولا يزيد أكثر مع زيادة سرعة الماكينة.
• سعة عالية: تؤدي الحالة الرنانة إلى أن تصبح سعة الاهتزاز عالية للغاية ومدمرة في كثير من الأحيان.
• خطر: يعتبر سوط الزيت حالة خطيرة للغاية وغير مستقرة ويمكن أن تؤدي إلى فشل كارثي للماكينة.

الأسباب والحلول الشائعة

• الأسباب: محامل محملة بشكل خفيف، أو خلوص محمل زائد، أو لزوجة زيت غير صحيحة (منخفضة للغاية)، أو ضغط زيت مرتفع، أو تصميم آلة يضع سرعة حرجة عند ضعف سرعة التشغيل تقريبًا.

– الحلول: تهدف الحلول إلى حلّ مشكلة عدم استقرار طبقة الزيت. قد يشمل ذلك زيادة حمل المحامل، أو تغيير لزوجة الزيت، أو إعادة تصميم المحامل لتتميّز بخصائص مقاومة للدوران (مثل محامل ذات تجويف ليموني، أو محامل ذات سد ضغط، أو محامل ذات وسادة إمالة).

← العودة إلى الفهرس الرئيسي