ما هو سوط العمود؟ شرح عدم استقرار الدوار الشديد • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، الأعمدة، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى. ما هو سوط العمود؟ شرح عدم استقرار الدوار الشديد • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، الأعمدة، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى.

ما هو سوط العمود؟ شرح عدم استقرار الدوار الشديد

نُشر بواسطة admin على

فهم سوط العمود في الآلات الدوارة

التعريف: ما هو Shaft Whip؟

سوط العمود (يُطلق عليه أيضًا سوط الزيت عندما يحدث في المحامل الهيدروديناميكية) هو شكل حاد من عدم استقرار الدوار يتميز بالعنف اهتزاز ذاتي الإثارة يحدث ذلك عندما يتجاوز الدوار الذي يعمل في محامل الغشاء السائل سرعة عتبة حرجة، وعادة ما تكون ضعف السرعة الأولى تقريبًا السرعة الحرجة. بمجرد حدوث السوط، يتم "قفل" تردد الاهتزاز على الدوار الأول التردد الطبيعي وتظل هناك بغض النظر عن الزيادات الإضافية في السرعة، مع محدودية السعة فقط من خلال خلوص المحمل أو الفشل الكارثي.

يعتبر سوط العمود أحد أخطر الحالات في الآلات الدوارة عالية السرعة لأنه يتطور فجأة وينمو إلى سعات مدمرة في غضون ثوانٍ ولا يمكن تصحيحه موازنة أو غيرها من الطرق التقليدية. يتطلب الأمر إيقافًا فوريًا وتعديلات على نظام المحمل لمنع تكرار المشكلة.

التقدم: من دوامة الزيت إلى سوط العمود

المرحلة 1: التشغيل المستقر

  • يعمل الدوار تحت عتبة عدم الاستقرار
  • الاهتزاز القسري الطبيعي فقط من عدم التوازن حاضر
  • يوفر فيلم زيت المحمل دعمًا مستقرًا

المرحلة الثانية: بداية دوامة الزيت

مع زيادة السرعة إلى ما يزيد عن 2 × السرعة الحرجة الأولى:

  • دوامة الزيت يتطور - اهتزاز دون التزامن عند سرعة عمود تبلغ حوالي 0.43-0.48×
  • السعة معتدلة في البداية وتعتمد على السرعة
  • يزداد التردد بشكل متناسب مع سرعة العمود
  • قد تكون متقطعة أو مستمرة
  • يمكن أن يتعايش مع الاهتزاز الطبيعي 1X الناتج عن عدم التوازن

المرحلة 3: انتقال السوط

عندما يزداد تردد دوران الزيت ليتوافق مع التردد الطبيعي الأول:

  • قفل التردد: أقفال تردد الاهتزاز عند التردد الطبيعي
  • التضخيم الرنان: تنمو السعة بشكل كبير بسبب صدى
  • البداية المفاجئة: يمكن أن يكون الانتقال من الدوامة إلى السوط فوريًا
  • استقلال السرعة: لا تؤدي زيادة السرعة إلى تغيير التردد، بل إلى تغيير السعة فقط

المرحلة الرابعة: سوط العمود (حالة حرجة)

  • الاهتزاز عند تردد ثابت (التردد الطبيعي الأول، عادةً 40-60 هرتز)
  • سعة أعلى من اهتزاز عدم التوازن الطبيعي بمقدار 5-20 مرة
  • قد يتلامس العمود مع حدود خلوص المحمل
  • التسخين السريع للمحامل والزيت
  • احتمالية حدوث فشل كارثي خلال دقائق إذا لم يتم إيقاف التشغيل

الآلية الفيزيائية

كيف يتطور سوط الزيت

تتضمن الآلية ديناميكيات السوائل في فيلم الزيت المحمل:

  1. تكوين إسفين النفط: عندما يدور العمود، فإنه يسحب الزيت حول المحمل، مما يؤدي إلى إنشاء إسفين مضغوط
  2. القوة الظلية: تمارس إسفين الزيت قوة عمودية على الاتجاه الشعاعي (المماس)
  3. حركة المدار: القوة الظاهرية تتسبب في دوران مركز العمود بسرعة نصف سرعة العمود تقريبًا
  4. استخراج الطاقة: يقوم النظام باستخراج الطاقة من دوران العمود للحفاظ على الحركة المدارية
  5. قفل الرنين: عندما يتطابق تردد المدار مع التردد الطبيعي، يعمل الرنين على تضخيم الاهتزاز
  6. دورة الحد: يزداد الاهتزاز حتى يتم الحد منه عن طريق خلوص المحمل أو فشله

التعريف التشخيصي

توقيع الاهتزاز

يُنتج سوط العمود أنماطًا مميزة في بيانات الاهتزاز:

  • نطاق: ذروة كبيرة عند التردد دون التزامن (التردد الطبيعي الأول)، ثابتة بغض النظر عن تغيرات السرعة
  • قطعة أرض الشلال: يظهر المكون الفرعي المتزامن كخط عمودي (تردد ثابت) وليس قطريًا (متناسب مع السرعة)
  • تحليل الطلب: الترتيب الكسري الذي يتناقص مع زيادة السرعة (على سبيل المثال، يتغير من 0.5× إلى 0.4× إلى 0.35×)
  • مدار: مدار دائري أو بيضاوي كبير عند التردد الطبيعي

سرعة البداية

  • العتبة النموذجية: 2.0-2.5× السرعة الحرجة الأولى
  • يعتمد على المحمل: تختلف العتبة المحددة حسب تصميم المحمل والحمل المسبق ولزوجة الزيت
  • البداية المفاجئة: يمكن أن تؤدي الزيادة الصغيرة في السرعة إلى إحداث انتقال سريع من الوضع المستقر إلى الوضع غير المستقر

استراتيجيات الوقاية

تعديلات تصميم المحمل

1. محامل الوسادة المائلة

  • الحل الأكثر فعالية لمنع سوط العمود
  • تدور الوسادات بشكل مستقل، مما يزيل قوى الاقتران المتقاطعة المزعزعة للاستقرار
  • مستقر بطبيعته عبر نطاقات سرعة واسعة
  • معيار الصناعة للآلات التوربينية عالية السرعة

2. محامل سد الضغط

  • محمل أسطواني معدّل مع أخاديد أو سدود
  • يزيد من فعالية التخميد والصلابة
  • أقل تكلفة من لوحة الإمالة ولكن أقل فعالية

3. تحميل مسبق للمحمل

  • يؤدي تطبيق التحميل المسبق الشعاعي على المحامل إلى زيادة الصلابة
  • يرفع سرعة العتبة لعدم الاستقرار
  • يمكن تحقيق ذلك من خلال تصميمات التجويف المزاحة

4. مخمدات الفيلم المضغوطة

  • عنصر التخميد الخارجي المحيط بالمحمل
  • يوفر تخميدًا إضافيًا دون تغيير تصميم المحمل
  • فعالة لتطبيقات التحديث

التدابير التشغيلية

  • حدود السرعة: تقييد الحد الأقصى لسرعة التشغيل إلى أقل من الحد الأقصى (عادةً < 1.8× أول حرج)
  • إدارة التحميل: العمل عند أحمال تحمل أعلى عندما يكون ذلك ممكنًا (يزيد من التخميد)
  • التحكم في درجة حرارة الزيت: تؤدي درجة حرارة الزيت المنخفضة إلى زيادة اللزوجة والتخميد
  • يراقب: مراقبة الاهتزاز المستمر مع ضبط الإنذارات للمكونات دون المتزامنة

العواقب والأضرار

التأثيرات الفورية

  • اهتزاز عنيف: يمكن أن تصل السعات إلى عدة ملليمترات (مئات الملليمترات)
  • ضوضاء: صوت عالي ومميز يختلف عن التشغيل العادي
  • تسخين المحمل السريع: يمكن أن ترتفع درجات حرارة المحمل بمقدار 20-50 درجة مئوية في دقائق
  • تدهور الزيت: درجات الحرارة العالية والقص يؤديان إلى تدهور مواد التشحيم

الأعطال المحتملة

  • مسح المحمل: تذوب مادة بابيت الحاملة ويتم مسحها
  • تلف العمود: التهدم أو التآكل أو الانحناء الدائم
  • فشل الختم: الحركة المفرطة للعمود تدمر الأختام
  • كسر العمود: إرهاق الدورة العالية الناتج عن التذبذب العنيف
  • تلف الاقتران: القوى المنقولة تتلف الوصلات

الظواهر ذات الصلة

دوامة الزيت

دوامة الزيت هو مقدمة للسوط:

  • نفس الآلية ولكن التردد لم يستقر على التردد الطبيعي
  • سعة أقل حدة
  • التردد متناسب مع السرعة (~0.43-0.48×)
  • قد يكون مقبولا في بعض التطبيقات

دوامة البخار

عدم استقرار مماثل في التوربينات البخارية ناتج عن القوى الديناميكية الهوائية في أختام المتاهة، وليس أغشية الزيت الحاملة. يُظهر اهتزازًا دون تزامني مشابهًا يُثبّت على التردد الطبيعي.

سوط الاحتكاك الجاف

يمكن أن يحدث في مواقع الختم أو من اتصال الدوار بالجزء الثابت:

  • قوى الاحتكاك توفر آلية عدم الاستقرار
  • أقل شيوعًا من سوط الزيت ولكنه خطير بنفس القدر
  • يتطلب نهجًا تصحيحيًا مختلفًا (القضاء على الاتصال، وتحسين تصميم الختم)

دراسة حالة: سوط عمود الضاغط

سيناريو: ضاغط طرد مركزي عالي السرعة مع محامل أسطوانية عادية

  • التشغيل العادي: 12000 دورة في الدقيقة مع اهتزاز 2.5 مم/ثانية
  • زيادة السرعة: تم زيادة سرعة المشغل إلى 13500 دورة في الدقيقة للحصول على سعة أكبر
  • بداية: عند 13200 دورة في الدقيقة، يحدث اهتزاز عنيف مفاجئ
  • أعراض: اهتزاز 25 مم/ثانية عند 45 هرتز (ثابت)، ارتفعت درجة حرارة المحمل من 70 درجة مئوية إلى 95 درجة مئوية في 3 دقائق
  • إجراءات الطوارئ: أدى الإغلاق الفوري إلى منع فشل المحمل
  • السبب الجذري: كانت السرعة الحرجة الأولى 2700 دورة في الدقيقة (45 هرتز)؛ وتم تجاوز عتبة السوط عند 2 × السرعة الحرجة = 5400 دورة في الدقيقة
  • حل: تم استبدال المحامل العادية بمحامل وسادة مائلة، مما يسمح بالتشغيل الآمن حتى 15000 دورة في الدقيقة

المعايير وممارسات الصناعة

  • واجهة برمجة التطبيقات 684: يتطلب تحليل الاستقرار للآلات التوربينية عالية السرعة
  • واجهة برمجة التطبيقات 617: يحدد أنواع المحامل ومتطلبات الاستقرار للضواغط
  • ISO 10814: يقدم إرشادات حول اختيار المحمل لتحقيق الاستقرار
  • ممارسة الصناعة: محامل وسادة الإمالة القياسية للمعدات التي تعمل بسرعة حرجة أولى أعلى من 2×

يُمثل سوط العمود حالة عطل كارثي يجب تجنّبها من خلال اختيار وتصميم المحامل بشكل صحيح. إن تمييز بصمة اهتزازه المميزة، دون التزامن، والمقيدة التردد، يُمكّن من التشخيص السريع والاستجابة المناسبة للطوارئ، مما يمنع حدوث أضرار باهظة للمعدات الدوارة عالية السرعة والحيوية.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي

فئات:
واتساب