فهم موازنة المستويين
التعريف: ما هو التوازن ثنائي المستوى؟
موازنة المستويين هو التوازن الديناميكي الإجراء الذي أوزان التصحيح يتم وضعها في مستويين منفصلين على طول الدوار للتخلص من عدم التوازن الثابت و عدم التوازن بين الزوجين. هذه الطريقة مطلوبة لمعظم الآلات الصناعية الدوارة، وخاصة بالنسبة للدوارات حيث يكون الطول المحوري مماثلاً للقطر أو أكبر منه.
على عكس موازنة المستوى الواحد, ، والذي يعالج فقط إزاحة مركز كتلة الدوار، فإن الموازنة ثنائية المستوي تصحح كل من عدم توازن القوة الانتقالية والعزم (الزوج) الذي يتسبب في اهتزاز الدوار أو اهتزازه أثناء الدوران.
متى يكون التوازن بين المستويين ضروريًا؟
يعد تحقيق التوازن بين المستويين ضروريًا في المواقف التالية:
1. دوارات طويلة أو نحيلة
أي دوار بنسبة طول إلى قطر أكبر من ٠٫٥ إلى ١٫٠ تقريبًا يتطلب موازنة ثنائية المستوى. ويشمل ذلك:
- محركات كهربائية
- أعمدة المضخات والضاغطات
- دوارات المروحة متعددة المراحل
- أعمدة القيادة والوصلات
- المغازل والأدوات الدوارة
- دوارات التوربينات
2. وجود عدم التوازن بين الزوجين
عندما تظهر قياسات الاهتزاز حركة كبيرة خارج الطور بين دعامتي المحمل (مما يشير إلى حركة اهتزاز أو إمالة)،, عدم التوازن بين الزوجين يوجد ويجب تصحيحه باستخدام موازنة ذات مستويين.
3. عندما تكون موازنة المستوى الواحد غير كافية
إذا كانت هناك محاولة موازنة المستوى الواحد يقلل الاهتزاز عند محمل واحد ولكنه يزيده عند محمل آخر، وهذا مؤشر واضح على أن هناك حاجة إلى موازنة المستويين.
4. الدوارات الصلبة ذات الكتلة الموزعة
حتى بالنسبة ل دوارات صلبة العمل تحت مستواهم الأول السرعة الحرجة, إذا تم توزيع الكتلة على طول محوري كبير، فإن الموازنة ثنائية المستوى تضمن تقليل الاهتزاز في جميع مواقع المحمل.
إجراء موازنة المستويين
موازنة المستويين أكثر تعقيدًا من موازنة المستوي الواحد، لأن التصحيحات في أحد المستويين تؤثر على الاهتزاز في كلا المحملين. يستخدم الإجراء طريقة معامل التأثير مع متعددة أوزان تجريبية:
الخطوة 1: القياس الأولي
قم بتشغيل الماكينة بسرعة التوازن الخاصة بها وقم بقياس متجهات الاهتزاز الأولية (السعة و مرحلة) في كلا موقعي المحمل. سمّهما "المحمل ١" و"المحمل ٢". تُمثّل هذه البيانات التأثير المُجمّع لجميع حالات عدم التوازن الموجودة في الدوار.
الخطوة 2: تحديد مستويات التصحيح
اختر اثنين طائرات التصحيح على طول الدوار، حيث يُمكن إضافة أو إزالة الأوزان. يجب أن تكون هذه المستويات متباعدة قدر الإمكان وفي متناول اليد. تشمل المواقع الشائعة قرب طرفي الدوار، أو عند حواف التوصيل، أو عند محاور المروحة.
الخطوة 3: الوزن التجريبي في المستوى 1
أوقف الآلة وثبّت وزنًا تجريبيًا عند زاوية معلومة في مستوى التصحيح الأول. شغّل الآلة وقس الاهتزاز الجديد عند كلا المحملين. يُسجّل التغير في الاهتزاز عند كل محمل، الناتج عن وزن الاختبار في المستوى 1. يُحدد هذا معاملي تأثير: تأثير المستوى 1 على المحمل 1، وتأثير المستوى 1 على المحمل 2.
الخطوة 4: الوزن التجريبي في المستوى 2
أزل وزن الاختبار الأول، ثم ثبّت وزنًا تجريبيًا في موضع معروف في مستوى التصحيح الثاني. شغّل الآلة مجددًا وقس الاهتزاز عند كلا المحملين. يُحدد هذا معاملي تأثير إضافيين: تأثير المستوى 2 على المحمل 1، وتأثير المستوى 2 على المحمل 2.
الخطوة 5: حساب أوزان التصحيح
تحتوي أداة الموازنة الآن على أربعة معاملات تأثير، تُشكل مصفوفة ٢×٢ تصف كيفية استجابة نظام الدوار للأوزان في كل مستوى. باستخدام الرياضيات المتجهة وباستخدام عكس المصفوفة، تحل الأداة نظامًا من المعادلات المتزامنة لحساب الكتلة الدقيقة والزاوية المطلوبة في كل مستوى تصحيح لتقليل الاهتزاز في كلا المحملين في وقت واحد.
الخطوة 6: تثبيت التصحيحات والتحقق منها
ركّب كلا وزنَي التصحيح المحسوبَين بشكل دائم، وشغّل الآلة للتحقق النهائي. يُفضّل تقليل الاهتزاز في كلا المحملَين إلى مستويات مقبولة. إذا لم يكن الأمر كذلك، يُمكن إجراء موازنة ضبط لتحسين التصحيحات.
فهم مصفوفة معامل التأثير
تكمن قوة موازنة المستويين في مصفوفة معامل التأثير. يؤثر كل مستوى تصحيح على الاهتزاز في كلا المحملين، ويجب مراعاة تأثيرات الاقتران المتقاطع هذه:
- التأثيرات المباشرة: الوزن في المستوى 1 له أقوى تأثير على الاهتزاز عند المحمل القريب 1، والوزن في المستوى 2 له أقوى تأثير على المحمل القريب 2.
- تأثيرات الاقتران المتبادل: ومع ذلك، فإن الوزن في المستوى 1 يؤثر أيضًا على المحمل 2 (وإن كان بدرجة أقل عادةً)، والوزن في المستوى 2 يؤثر أيضًا على المحمل 1.
تأخذ حسابات أداة الموازنة في الاعتبار كل هذه التأثيرات الأربعة في نفس الوقت، مما يضمن عمل أوزان التصحيح معًا لتقليل الاهتزاز في جميع نقاط القياس.
مزايا الموازنة ثنائية المستوى
- التصحيح الكامل: يعالج عدم التوازن الثابت وعدم التوازن الزوجي، مما يوفر حلاً شاملاً للموازنة لمعظم أنواع الدوارات.
- يقلل الاهتزاز في جميع المحامل: على عكس الموازنة أحادية المستوى، تعمل الموازنة ثنائية المستوى على تحسين تقليل الاهتزازات عبر نظام الدوار بأكمله.
- إطالة عمر المكونات: من خلال تقليل الاهتزاز في كلا موقعي المحمل، يتم تقليل التآكل على المحامل والأختام والوصلات.
- معيار الصناعة: يعد التوازن ثنائي المستوي هو النهج القياسي لمعظم الآلات الصناعية ويطلبه العديد من مصنعي المعدات والمعايير الصناعية.
- مناسب للدوارات الصلبة: يوازن بشكل فعال دوارات صلبة تعمل بأقل من سرعتها الحرجة الأولى، وهو ما يمثل الغالبية العظمى من المعدات الصناعية.
مقارنة مع الموازنة أحادية المستوى والموازنة متعددة المستويات
- مقابل المستوى الواحد: تعتبر عملية الموازنة ثنائية المستوي أكثر تعقيدًا وتستغرق وقتًا طويلاً ولكنها توفر تقليلًا فائقًا للاهتزاز لجميع الدوارات من نوع القرص باستثناء أضيقها.
- مقابل متعدد المستويات: ل دوارات مرنة عند العمل بسرعات أعلى من السرعات الحرجة، قد يلزم استخدام ثلاثة مستويات تصحيح أو أكثر. ومع ذلك، فإن الموازنة ثنائية المستويات كافية لمعظم الآلات الصناعية.
التحديات والحلول المشتركة
1. مستويات التصحيح التي يصعب الوصول إليها
التحدي: في بعض الأحيان لا يمكن الوصول إلى مواقع المستوى التصحيحي المثالية على الجهاز المجمع.
الحل: استخدم المواقع المتاحة، مثل محاور التوصيل، أو شفرات المروحة، أو الحواف الخارجية. تستطيع الأجهزة الحديثة حساب المسافات غير المثالية بين المستويات رياضيًا.
2. استجابة غير كافية لوزن الاختبار
التحدي: إذا كان وزن الاختبار ينتج تغيرًا ضئيلًا جدًا في الاهتزاز، فإن معاملات التأثير ستكون غير دقيقة.
الحل: استخدم وزنًا تجريبيًا أكبر أو ضعه في نصف قطر أكبر لزيادة تأثيره.
3. سلوك النظام غير الخطي
التحدي: بعض الدوارات (خاصة تلك التي تحتوي على مكونات فضفاضة، أو قاعدة ناعمة، أو تعمل بالقرب من الرنين) لا تستجيب بشكل خطي لأوزان التصحيح.
الحل: قم بمعالجة المشكلات الميكانيكية أولاً (قم بربط البراغي، وتصحيح القدم الناعمة)، وقم بإجراء عملية الموازنة بعيدًا عن السرعات الحرجة عندما يكون ذلك ممكنًا.
تطبيقات موازنة المجال
موازنة المستويين هي الطريقة القياسية لـ موازنة المجال للآلات الصناعية. باستخدام أجهزة تحليل الاهتزازات المحمولة وأجهزة الموازنة، يمكن للفنيين إجراء موازنة ثنائية المستوى مباشرةً في الموقع دون الحاجة إلى تفكيك الدوار أو شحنه إلى ورشة موازنة. يوفر هذا النهج الوقت والتكلفة، ويضمن موازنة الدوار في ظروف التشغيل الفعلية، مع مراعاة عوامل مثل صلابة المحمل، ومرونة الأساس، وأحمال العمليات.