ما هو الاهتزاز الالتوائي؟ الأسباب والآثار • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الإدارة، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى. ما هو الاهتزاز الالتوائي؟ الأسباب والآثار • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الإدارة، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى.

ما هو الاهتزاز الالتوائي؟ الأسباب والآثار

نُشر بواسطة admin على

فهم الاهتزاز الالتوائي في الآلات الدوارة

التعريف: ما هو الاهتزاز الالتوائي؟

الاهتزاز الالتوائي هو التذبذب الزاوي لعمود دوار حول محور دورانه - وهو في الأساس حركة التواء وفك، حيث تدور أجزاء مختلفة من العمود بسرعات مختلفة قليلاً في أي لحظة. على عكس الاهتزاز الجانبي (حركة من جانب إلى جانب) أو الاهتزاز المحوري (الحركة ذهابًا وإيابًا)، لا ينطوي الاهتزاز الالتوائي على أي إزاحة خطية؛ بدلاً من ذلك، يتعرض العمود لتسارع زاوي موجب وسالب متناوب.

على الرغم من أن الاهتزاز الالتوائي عادةً ما يكون له سعة أصغر بكثير من الاهتزاز الجانبي وغالبًا ما يكون من الصعب اكتشافه، إلا أنه يمكن أن يخلق ضغوطًا متناوبة هائلة في الأعمدة والوصلات والتروس، مما قد يؤدي إلى فشل كارثي بدون سابق إنذار.

الآلية الفيزيائية

كيف يحدث الاهتزاز الالتوائي

يمكن تصور الاهتزاز الالتوائي على النحو التالي:

  • تخيل عمودًا طويلًا يربط المحرك بحمل مدفوع
  • يعمل العمود مثل زنبرك التوائي، حيث يخزن الطاقة ويطلقها أثناء الالتواء
  • عند الانزعاج من عزم الدوران المتغير، يتذبذب العمود، مع دوران الأقسام بشكل أسرع وأبطأ من السرعة المتوسطة
  • يمكن أن تتراكم هذه التذبذبات إذا كان تردد الإثارة يتطابق مع التردد الطبيعي الالتوائي

الترددات الطبيعية الالتوائية

يحتوي كل نظام عمود على ترددات طبيعية التوائية يتم تحديدها بواسطة:

  • صلابة الالتواء للعمود: يعتمد على قطر العمود وطوله ومعامل القص للمادة
  • قصور النظام: لحظات القصور الذاتي للمكونات الدوارة المتصلة (دوار المحرك، الوصلات، التروس، الأحمال)
  • أوضاع متعددة: تحتوي الأنظمة المعقدة على عدة ترددات طبيعية ملتوية
  • تأثيرات الاقتران: تضيف الوصلات المرنة مرونة الالتواء، مما يؤدي إلى خفض الترددات الطبيعية

الأسباب الرئيسية للاهتزاز الالتوائي

1. عزم الدوران المتغير من المحركات الترددية

المصدر الأكثر شيوعا في العديد من التطبيقات:

  • محركات الديزل والبنزين: تخلق أحداث الاحتراق عزم دوران نابضًا
  • أمر إطلاق النار: يُنشئ توافقيات سرعة المحرك
  • عدد الاسطوانات: يؤدي عدد أقل من الأسطوانات إلى زيادة تباين عزم الدوران
  • مخاطر الرنين: قد تتزامن سرعة تشغيل المحرك مع السرعات الحرجة الالتوائية

2. قوى شبكة التروس

تولد أنظمة التروس إثارة التوائية:

  • تردد شبكة التروس (عدد الأسنان × عدد الدورات في الدقيقة) يخلق عزم دوران متذبذب
  • تساهم أخطاء تباعد الأسنان وعدم دقة الملف الشخصي
  • يمكن أن يؤدي رد الفعل العكسي للترس إلى تحميل التأثير
  • مراحل التروس المتعددة تخلق أنظمة التوائية معقدة

3. مشاكل المحرك الكهربائي

يمكن للمحركات الكهربائية أن تنتج اضطرابات التوائية:

  • تردد مرور القطب: التفاعل بين الدوار والثابت يخلق عزم دوران نابض
  • قضبان الدوار المكسورة: يُنشئ نبضات عزم الدوران عند تردد الانزلاق
  • محركات التردد المتغير (VFDs): يمكن أن يؤدي تبديل PWM إلى إثارة الأوضاع الالتوائية
  • بدء الانتقالات: تذبذبات عزم الدوران الكبيرة أثناء بدء تشغيل المحرك

4. اختلافات تحميل العملية

التحميل المتغير على المعدات المحركة:

  • أحداث زيادة الضاغط
  • تجويف المضخة يخلق طفرات عزم الدوران
  • الأحمال الدورية في الكسارات والمطاحن والمكابس
  • قوى تمرير الشفرات في المراوح والتوربينات

5. مشاكل في الاقتران ونظام نقل الحركة

  • وصلات مهترئة أو تالفة مع وجود خلل أو رد فعل عكسي
  • المفاصل العالمية التي تعمل بزوايا تخلق إثارة التوائية بمقدار 2 ×
  • انزلاق واهتزاز حزام القيادة
  • عمل مضلع لمحرك السلسلة

تحديات الكشف والقياس

لماذا يصعب اكتشاف الاهتزاز الالتوائي

على عكس الاهتزاز الجانبي، فإن الاهتزاز الالتوائي يطرح تحديات قياس فريدة:

  • لا يوجد إزاحة شعاعية: لا تكتشف مقاييس التسارع القياسية الموجودة على أغلفة المحامل الحركة الالتوائية البحتة
  • السعات الزاوية الصغيرة: السعات النموذجية هي كسور من الدرجة
  • المعدات المتخصصة المطلوبة: يتطلب أجهزة استشعار الاهتزاز الالتوائية أو تحليلًا متطورًا
  • غالبًا ما يتم تجاهلها: غير متضمن في برامج مراقبة الاهتزاز الروتينية

طرق القياس

1. مقاييس الانفعال

  • تم تركيبه بزاوية 45 درجة على محور العمود لقياس إجهاد القص
  • يتطلب نظام القياس عن بعد لنقل الإشارة من العمود الدوار
  • القياس المباشر للإجهاد الالتوائي
  • الطريقة الأكثر دقة ولكنها معقدة ومكلفة

2. أجهزة استشعار الاهتزاز الالتوائية ثنائية المسبار

  • يقوم مستشعران بصريان أو مغناطيسيان بقياس السرعة في مواقع مختلفة للعمود
  • يشير فرق الطور بين الإشارات إلى الاهتزاز الالتوائي
  • القياس بدون تلامس
  • يمكن تثبيته مؤقتًا أو دائمًا

3. أجهزة قياس الاهتزاز الالتوائية بالليزر

  • القياس البصري لتغيرات السرعة الزاوية للعمود
  • بدون تلامس، لا يتطلب تحضير العمود
  • غالي الثمن ولكنه قوي في استكشاف الأخطاء وإصلاحها

4. المؤشرات غير المباشرة

  • يمكن لتحليل توقيع تيار المحرك (MCSA) الكشف عن مشاكل الالتواء
  • أنماط تآكل أسنان الوصلات والتروس
  • مواقع واتجاهات شقوق تعب العمود
  • أنماط اهتزاز جانبية غير عادية قد تكون مقترنة بأوضاع الالتواء

العواقب وآليات الضرر

فشل التعب

الخطر الأساسي للاهتزاز الالتوائي:

  • فشل العمود: شقوق التعب عادة عند 45 درجة على محور العمود (مستويات إجهاد القص القصوى)
  • فشل الاقتران: تآكل أسنان وصلة التروس، تعب العناصر المرنة
  • كسر أسنان التروس: تسارعت بواسطة التذبذبات الالتوائية
  • تلف المفتاح وفتحة المفتاح: الاحتكاك والتآكل الناتج عن عزم الدوران المتذبذب

خصائص الفشل الالتوائي

  • في كثير من الأحيان مفاجئة وكارثية دون سابق إنذار
  • كسر الأسطح بزاوية 45 درجة تقريبًا بالنسبة لمحور العمود
  • علامات الشاطئ على سطح الكسر تشير إلى تطور التعب
  • قد يحدث حتى عندما تكون مستويات الاهتزاز الجانبي مقبولة

مشاكل الأداء

  • مشاكل التحكم في السرعة في محركات الدقة
  • التآكل المفرط في علب التروس والوصلات
  • الضوضاء الناتجة عن ارتطام التروس واصطدامات القابض
  • عدم كفاءة نقل الطاقة

التحليل والنمذجة

التحليل الالتوائي أثناء التصميم

يتطلب التصميم المناسب تحليلًا التواءً:

  • حساب التردد الطبيعي: تحديد جميع السرعات الحرجة الالتوائية
  • تحليل الاستجابة القسرية: التنبؤ بسعات الالتواء في ظروف التشغيل
  • مخطط كامبل: إظهار الترددات الطبيعية الالتوائية مقابل سرعة التشغيل
  • تحليل الإجهاد: حساب إجهادات القص المتناوبة في المكونات الحرجة
  • التنبؤ بإرهاق الحياة: تقدير عمر المكونات تحت الحمل الالتوائي

أدوات البرمجيات

برامج متخصصة تقوم بإجراء تحليل الالتواء:

  • نماذج الكتلة المتكتلة متعددة القصور الذاتي
  • تحليل الالتواء بالعناصر المحدودة
  • محاكاة المجال الزمني للأحداث العابرة
  • تحليل التوافقيات في مجال التردد

أساليب التخفيف والسيطرة

حلول التصميم

  • هوامش الفصل: تأكد من أن الترددات الطبيعية الالتوائية بعيدة بمقدار ±20% عن ترددات الإثارة
  • التخميد: دمج مخمدات الالتواء (مخمدات اللزوجة، مخمدات الاحتكاك)
  • وصلات مرنة: إضافة الامتثال الالتوائي لخفض الترددات الطبيعية أسفل نطاق الإثارة
  • ضبط الكتلة: إضافة عجلات الموازنة أو تعديل القصور الذاتي لتحويل الترددات الطبيعية
  • تغيرات الصلابة: تعديل أقطار العمود أو صلابة الاقتران

الحلول التشغيلية

  • قيود السرعة: تجنب التشغيل المستمر بسرعات حرجة التوائية
  • التسارع السريع: تجاوز السرعات الحرجة بسرعة أثناء بدء التشغيل
  • إدارة التحميل: تجنب الظروف التي تثير الأوضاع الالتوائية
  • ضبط محرك التردد المتغير: ضبط معلمات القيادة لتقليل الإثارة الالتوائية

اختيار المكونات

  • وصلات التخميد العالية: وصلات مرنة أو هيدروليكية تعمل على تبديد الطاقة الالتوائية
  • مخمدات الالتواء: أجهزة متخصصة لمحركات الترددية
  • جودة العتاد: تعمل التروس الدقيقة ذات التسامحات الضيقة على تقليل الإثارة
  • مادة العمود: مواد عالية القوة ضد التعب للأعمدة الحرجة الالتوائية

تطبيقات الصناعة والمعايير

التطبيقات الحرجة

يعد التحليل الالتوائي مهمًا بشكل خاص لما يلي:

  • محركات الترددية: مولدات الديزل، ضواغط محركات الغاز
  • أعمدة القيادة الطويلة: الدفع البحري، مصانع الدرفلة
  • علب التروس عالية القدرة: توربينات الرياح، محركات التروس الصناعية
  • محركات السرعة المتغيرة: تطبيقات محرك VFD وأنظمة المؤازرة
  • أنظمة الجسم المتعددة: مجموعات قيادة معقدة مع آلات متعددة متصلة

المعايير ذات الصلة

  • واجهة برمجة التطبيقات 684: ديناميكيات الدوار بما في ذلك إجراءات التحليل الالتوائي
  • واجهة برمجة التطبيقات 617: متطلبات الالتواء لضاغط الطرد المركزي
  • API 672: تحليل الالتواء للضاغط الترددي المعبأ
  • ISO 22266: الاهتزاز الالتوائي للآلات الدوارة
  • VDI 2060: الاهتزازات الالتوائية في أنظمة القيادة

العلاقة مع أنواع الاهتزازات الأخرى

على الرغم من اختلاف الاهتزاز الالتوائي عن الاهتزاز الجانبي والمحوري، إلا أنه يمكن أن يقترن بهما:

  • الاقتران الجانبي الالتوائي: في بعض الأشكال الهندسية، تتفاعل الأوضاع الالتوائية والجانبية
  • شبكة التروس: يؤدي الاهتزاز الالتوائي إلى خلق أحمال أسنان متفاوتة يمكن أن تثير الاهتزاز الجانبي
  • المفاصل العالمية: يؤدي عدم المحاذاة الزاوية إلى ربط المدخلات الالتوائية بالمخرجات الجانبية
  • التحدي التشخيصي: قد تحتوي التوقيعات الاهتزازية المعقدة على مساهمات من أنواع اهتزاز متعددة

يُعد فهم الاهتزاز الالتوائي وإدارته أمرًا بالغ الأهمية لضمان موثوقية تشغيل أنظمة نقل الطاقة. ورغم أن تحليل الاهتزاز الالتوائي يحظى باهتمام أقل من الاهتزاز الجانبي في المراقبة الروتينية، إلا أنه بالغ الأهمية أثناء تصميم واستكشاف أعطال أنظمة الدفع عالية القدرة أو الدقيقة، حيث قد تؤدي الأعطال الالتوائية إلى عواقب وخيمة.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي

فئات:
واتساب