ما هو الانحناء الحراري؟ انحناء العمود الناتج عن درجة الحرارة • 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 الانحناء الحراري؟ انحناء العمود الناتج عن درجة الحرارة • 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 القوس الحراري؟ انحناء العمود الناتج عن الحرارة

نُشر بواسطة admin على

فهم القوس الحراري في الآلات الدوارة

التعريف: ما هو القوس الحراري؟

القوس الحراري (يُسمى أيضًا القوس الساخن أو الانحناء الحراري أو قوس العمود الناتج عن درجة الحرارة) هو انحناء مؤقت يتطور في الدوار يُسبب التمدد الحراري انحناءً في العمود نتيجةً لتوزيع درجة الحرارة بشكل غير متساوٍ حول محيطه. عندما يكون أحد جانبي العمود أكثر سخونة من الجانب المقابل، يُؤدي التمدد الحراري إلى إطالة الجانب الساخن، مما يُجبر العمود على الانحناء بشكل منحني بحيث يكون الجانب الساخن على الجانب المحدب (الخارجي) من المنحنى.

على عكس الدائم قوس العمود من التلف الميكانيكي، يكون القوس الحراري قابلاً للعكس - يختفي عندما يعود العمود إلى درجة حرارة موحدة. ومع ذلك، يُحدث القوس الحراري ضررًا كبيرًا اهتزاز أثناء فترات الإحماء والتهدئة ويمكن أن تسبب أضرارًا دائمة إذا كانت شديدة أو متكررة بشكل متكرر.

الآلية الفيزيائية

التمدد الحراري التفاضلي

الفيزياء وراء القوس الحراري واضحة:

  • يتمدد المعدن عند تسخينه (معامل التمدد الحراري عادة ما يكون 10-15 ميكرومتر/م/درجة مئوية للصلب)
  • إذا كانت درجة الحرارة موحدة حول المحيط، يكون التمدد متماثلًا (يطول العمود ولكنه يظل مستقيمًا)
  • إذا كان أحد الجانبين أكثر سخونة، فإن هذا الجانب يتمدد أكثر من الجانب البارد
  • التوسع التفاضلي يسبب الانحناء
  • حجم القوس يتناسب مع فرق درجة الحرارة وطول العمود

الاختلافات النموذجية في درجات الحرارة

  • يمكن أن يؤدي اختلاف درجة الحرارة بمقدار 10-20 درجة مئوية عبر القطر إلى إنشاء قوس قابل للقياس
  • في التوربينات الكبيرة، يمكن أن يؤدي الفرق بين 30-50 درجة مئوية إلى حدوث اهتزازات شديدة
  • يتراكم التأثير على طول العمود - الأعمدة الأطول أكثر عرضة

الأسباب الشائعة للانحناء الحراري

1. شروط بدء التشغيل (الأكثر شيوعًا)

  • التدفئة غير المتماثلة: يلامس البخار الساخن أو الغاز أو سائل العملية الجزء العلوي من العمود بينما يظل الجزء السفلي أكثر برودة
  • التدفئة المشعة: الحرارة من الأغطية الساخنة أو الأنابيب التي تسخن الجزء العلوي من العمود
  • احتكاك المحمل: يؤدي تشغيل محمل واحد بدرجة حرارة أعلى من المحمل الآخر إلى تسخين قسم العمود المحلي
  • بدء التشغيل السريع: يؤدي عدم كفاية وقت الإحماء إلى ظهور التدرجات الحرارية

2. ظروف الإغلاق (الانخفاض الحراري)

  • إيقاف التشغيل الساخن: يتوقف العمود عن الدوران وهو لا يزال ساخنًا
  • الترهل الجاذبي: ترتفع الحرارة، مما يتسبب في تبريد الجزء العلوي من العمود الأفقي بشكل أسرع من الجزء السفلي
  • القوس الحراري المترهل: يظل الجانب السفلي أكثر سخونة لفترة أطول، وينحني العمود إلى الأسفل
  • الفترة الحرجة: الساعات القليلة الأولى بعد الإغلاق

3. الأسباب التشغيلية

  • احتكاك الدوار والثابت: الاحتكاك الناتج عن التلامس يولد تسخينًا محليًا شديدًا
  • التبريد غير المتساوي: تدفق هواء التبريد غير المتماثل أو رذاذ الماء
  • التدفئة الشمسية: المعدات الخارجية مع التعرض لأشعة الشمس على جانب واحد
  • اضطرابات العملية: التغيرات المفاجئة في درجة حرارة السائل العامل

الأعراض والكشف

خصائص الاهتزاز

ينتج القوس الحراري أنماط اهتزاز مميزة:

  • تكرار: 1 × سرعة التشغيل (اهتزاز متزامن)
  • توقيت: مرتفع أثناء عملية الإحماء، وينخفض مع الوصول إلى التوازن الحراري
  • تغيرات المرحلة: زاوية الطور قد يتحول مع تطور القوس وحله
  • اهتزاز الدوران البطيء: اهتزاز عالي حتى عند السرعات المنخفضة جدًا (على عكس عدم التوازن)
  • مظهر: مماثل لعدم التوازن ولكنه يعتمد على درجة الحرارة

التمييز بين القوس الحراري وعدم التوازن

مميزة عدم التوازن القوس الحراري
تكرار 1 × سرعة الجري 1 × سرعة الجري
حساسية درجة الحرارة مستقر نسبيا مرتفع أثناء الإحماء/التهدئة
لفة بطيئة (50-200 دورة في الدقيقة) سعة منخفضة جدًا سعة عالية
الطور مقابل درجة الحرارة ثابت التغييرات مع تطور القوس
المثابرة ثابت في جميع الأوقات مؤقت، يتحلل عند التوازن الحراري
الاستجابة للموازنة تم تقليل الاهتزاز تحسن طفيف أو لا يوجد تحسن

الاختبارات التشخيصية

1. اختبار اهتزاز الدوران البطيء

  • قم بتدوير العمود بسرعة تشغيل 5-10%
  • قياس الاهتزاز و نفد
  • يشير الاهتزاز البطيء العالي إلى القوس الحراري أو الميكانيكي، وليس عدم التوازن

2. مراقبة درجة الحرارة

  • مراقبة درجات حرارة العمود أو المحمل أثناء بدء التشغيل
  • قياس درجة الحرارة في مواقع متعددة حول محيط المحمل
  • ربط التغيرات الاهتزازية مع تدرجات درجات الحرارة

3. اتجاهات اهتزاز الشركات الناشئة

  • رسم بياني لسعة الاهتزاز مقابل الوقت أثناء عملية الإحماء
  • القوس الحراري: مرتفع في البداية، وينخفض مع اقتراب التوازن
  • عدم التوازن: يزداد مع السرعة، بغض النظر عن درجة الحرارة

استراتيجيات الوقاية

الإجراءات التشغيلية

1. إجراءات الإحماء الصحيحة

  • ارتفاع تدريجي في درجة الحرارة: السماح للعمود بالتسخين بشكل موحد
  • وقت الإحماء الممتد: قد تتطلب التوربينات الكبيرة من 2 إلى 4 ساعات
  • مراقبة درجة الحرارة: درجات حرارة محمل المسار والغلاف
  • مراقبة الاهتزاز: راقب أثناء عملية الإحماء، وقم بتأخير زيادة السرعة إذا كان الاهتزاز مرتفعًا

2. تشغيل ترس الدوران

  • بالنسبة للتوربينات الكبيرة، قم بتشغيل تروس الدوران (دوران بطيء، حوالي 3-10 دورة في الدقيقة) أثناء الإحماء والتبريد
  • يمنع الدوران المستمر الانحناء الحراري عن طريق توزيع الحرارة بالتساوي
  • المعيار الصناعي للتوربينات البخارية > 50 ميجاوات
  • يمكن تشغيل معدات الدوران لمدة تتراوح من 8 إلى 24 ساعة أثناء فترة التبريد

3. إجراءات الإغلاق

  • التهدئة التدريجية: قم بتقليل الحمل ودرجة الحرارة ببطء قبل إيقاف التشغيل
  • تروس الدوران الممتدة: استمر في دوران الدوار أثناء تبريده
  • تجنب عمليات الإغلاق الساخنة: تؤدي التوقفات الطارئة إلى ترك العمود ساخنًا وعرضة لترهل القوس

تدابير التصميم

  • العزل الحراري: عزل الأغطية للحفاظ على درجة حرارة موحدة
  • سترات التدفئة: سخانات خارجية للتدفئة المسبقة المنتظمة
  • الصرف الصحي: منع تراكم المكثفات الساخنة على الجزء السفلي من العمود
  • تهوية: ضمان تدفق هواء التبريد المتماثل

عواقب القوس الحراري

التأثيرات الفورية

  • اهتزاز عالي: يمكن أن تصل إلى 5-10 × المستويات الطبيعية أثناء الإحماء
  • تحميل المحمل: القوس غير المتماثل يزيد من الأحمال الحاملة
  • فرك الختم: قد يؤدي انحراف العمود إلى ملامسة الأختام أو الأجزاء الثابتة
  • تأخيرات بدء التشغيل: يجب الانتظار حتى ينخفض الاهتزاز قبل زيادة السرعة

الضرر طويل الأمد

  • تآكل المحمل: يؤدي تكرار الاهتزازات العالية إلى تسريع تدهور المحمل
  • ضرر الختم: تؤدي الفرك المتكرر إلى تدمير مكونات الختم
  • تعب: تساهم إجهادات الانحناء الدورية أثناء كل بدء تشغيل في التعب
  • المجموعة الدائمة: يمكن أن يؤدي الانحناء الحراري الشديد أو المتكرر إلى تشوه بلاستيكي دائم

التصحيح والتخفيف

للقوس الحراري النشط

  • السماح بالوقت: انتظر التوازن الحراري قبل زيادة السرعة
  • لفة بطيئة: قم بتدويرها ببطء لتوزيع الحرارة إذا كان ذلك ممكنًا
  • لا تحاول تحقيق التوازن: لا يمكن للموازنة تصحيح القوس الحراري وستكون غير فعالة
  • عنوان مصدر الحرارة: تحديد وإزالة التدفئة غير المتماثلة

للقوس المترهل الحراري (بعد الإغلاق)

  • تروس الدوران: حافظ على دوران الدوار ببطء أثناء فترة التهدئة
  • وقت اللفة الممتد: قد تحتاج إلى 12-24 ساعة من تشغيل ترس الدوران
  • مراقبة درجة الحرارة: استمر حتى تصبح درجة حرارة العمود موحدة
  • إعادة التشغيل المتأخرة: إذا تطور القوس، انتظر حتى يتم تقويمه بشكل طبيعي قبل إعادة التشغيل

اعتبارات خاصة بالصناعة

توربينات البخار

  • الأكثر عرضة للانحناء الحراري بسبب درجات الحرارة المرتفعة والدوارات الضخمة
  • وضع إجراءات الإحماء والتهدئة كممارسة قياسية
  • استخدام معدات الدوران إلزامي للوحدات > 50 ميجاوات
  • قد يتطلب الأمر 2-4 ساعات من الإحماء، و12-24 ساعة من التهدئة مع تشغيل التروس

توربينات الغاز

  • استجابة حرارية أسرع بسبب الكتلة الأصغر
  • الانحناء الحراري أثناء بدء التشغيل أقل شيوعًا ولكنه لا يزال ممكنًا
  • يمكن أن يؤدي التسخين في جانب الاحتراق إلى خلق عدم تناسق
  • عادةً ما تكون دورات الإحماء أسرع من دورات الإحماء في التوربينات البخارية

المحركات والمولدات الكهربائية الكبيرة

  • القوس الحراري الناتج عن حرارة لف الدوار أو احتكاك المحمل
  • التركيبات الخارجية الخاضعة للتسخين الشمسي
  • قد يتطلب التشغيل المسبق أو التسخين

المراقبة والإنذار

معلمات المراقبة الرئيسية

  • اهتزاز الدوران البطيء: قم بالقياس بسرعة منخفضة قبل بدء التشغيل العادي
  • فرق درجة حرارة المحمل: مقارنة درجات الحرارة في الأعلى مقابل الأسفل
  • الاهتزاز مقابل درجة الحرارة: رسم بياني لسعة الاهتزاز مقابل درجة حرارة المحمل
  • زاوية الطور: تتبع تغيرات المرحلة التي تشير إلى تطور القوس

معايير الإنذار

  • اهتزاز الدوران البطيء > 2× خط الأساس يؤدي إلى تشغيل الإنذار
  • يشير الفرق في درجة الحرارة > 15-20 درجة مئوية إلى اختلال التوازن الحراري
  • تشير التغيرات السريعة في الطور (> 30 درجة في 10 دقائق) إلى تطور القوس
  • تزايد الاهتزاز أثناء الإحماء بدلاً من التناقص

استراتيجيات بدء التشغيل المتقدمة

التسارع المتحكم به

  1. اللفة البطيئة الأولية: التحقق من الاهتزاز المقبول عند 100-200 دورة في الدقيقة
  2. التسارع التدريجي: زيادة إلى سرعات متوسطة (على سبيل المثال، 30%، 50%، 70% من السرعة العادية) مع الاستمرار
  3. فترات النقع الحراري: الحفاظ على سرعة ثابتة لمدة 15-30 دقيقة في كل مرحلة
  4. التحقق من الاهتزاز: في كل مرحلة، تأكد من انخفاض الاهتزاز قبل المتابعة
  5. مراقبة درجة الحرارة: ضمان تقليل التدرجات الحرارية طوال العملية

أنظمة بدء التشغيل الآلية

يمكن لأنظمة التحكم الحديثة أتمتة إدارة القوس الحراري:

  • تسلسلات الإحماء القابلة للبرمجة
  • فترات تثبيت تلقائية في حالة تجاوز حدود الاهتزاز أو درجة الحرارة
  • حساب في الوقت الحقيقي لحجم القوس الحراري من الاهتزاز ودرجة الحرارة
  • ملفات تعريف السرعة التكيفية بناءً على الظروف المقاسة

العلاقة مع الظواهر الأخرى

القوس الحراري مقابل القوس الدائم

  • القوس الحراري: مؤقت، يختفي عند التوازن الحراري
  • القوس الدائم: التشوه البلاستيكي، يبقى حتى في البرد
  • مخاطرة: يمكن أن يؤدي الانحناء الحراري المتكرر الشديد في النهاية إلى حدوث مجموعة دائمة

القوس الحراري والموازنة

  • محاولة ل توازن أثناء القوس الحراري لا جدوى منه
  • ستكون أوزان التصحيح المحسوبة لحالة القوس الحراري خاطئة بمجرد الوصول إلى التوازن
  • اسمح دائمًا بالاستقرار الحراري قبل الموازنة
  • يمكن للقوس الحراري إخفاء حالة عدم التوازن الحقيقية

أفضل ممارسات الوقاية

للتثبيتات الجديدة

  • تصميم أنظمة التدفئة والتبريد المتماثلة
  • تركيب معدات الدوران للمعدات التي تبلغ قوتها > 100 كيلو وات أو طول عمودها > 2 متر
  • توفير تصريف مناسب لمنع تراكم السوائل الساخنة
  • عزل لتقليل انتقال الحرارة الإشعاعية

للمعدات الموجودة

  • تطوير واتباع إجراءات الإحماء المكتوبة بدقة
  • تدريب مشغلي القطارات على مخاطر وأعراض القوس الحراري
  • تثبيت مراقبة درجة الحرارة في مواقع متعددة
  • استخدم اتجاهات الاهتزاز أثناء بدء التشغيل لتحديد المشكلات الحرارية
  • توثيق البيانات التاريخية لتحسين الإجراءات

ممارسات الصيانة

  • التحقق من تشغيل ترس الدوران قبل كل إيقاف تشغيل
  • التحقق من معايرة أجهزة استشعار درجة حرارة المحمل
  • فحص أنظمة الصرف الصحي بحثًا عن الانسدادات
  • التحقق من سلامة العزل
  • التحقق من وجود أي مصادر للتدفئة غير المتماثلة والقضاء عليها

يُعدّ الانحناء الحراري، وإن كان مؤقتًا وقابلًا للعكس، تحديًا تشغيليًا كبيرًا للآلات الدوارة الكبيرة. يُعدّ فهم أسبابه، والتعرف على أعراضه، وتطبيق إجراءات الإحماء والتبريد المناسبة، أمرًا أساسيًا لضمان التشغيل الموثوق للتوربينات البخارية والغازية وغيرها من المعدات الدوارة عالية الحرارة.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي

فئات:
واتساب