فهم عدم استقرار دوران الدوار والسوط

التعريف: ما هو الدوامة والسوط؟

دوامة الزيت and سوط الزيت هناك نوعان من أشكال الإثارة الذاتية المرتبطة والخطرة للغاية، شبه متزامن الاهتزازات التي تحدث في الآلات الدوارة عالية السرعة المجهزة بمحامل غشائية سائلة (محامل). وهي ليست اهتزازات قسرية ناتجة عن مشاكل مثل عدم التوازن، ولكنها عدم استقرار الدوار حيث تُولّد حركة الدوار نفسها القوى التي تُحافظ على الاهتزاز وتُنمّيه. يتميز كلاهما بـ"دوران" عمود الدوار - أي التقدم للأمام في مدار واسع - ضمن خلوص تحمله.

الآلية: كيف يحدث ذلك؟

في المحمل ذي الغشاء السائل، يُدعّم العمود الدوار بإسفين زيتي عالي الضغط. لا يقع العمود في مركز المحمل، بل يرتفع على أحد جانبيه. مع سحب الزيت بواسطة العمود، يدور الزيت نفسه بسرعة متوسطة تقل قليلاً عن نصف سرعة سطح العمود.

دوامة الزيت يحدث هذا عندما يبدأ غشاء الزيت المتحرك بدفع العمود حول المحمل، مما يؤدي إلى دورانه في مدار أمامي كبير. يُحدَّد تردد هذه الدوران بمتوسط سرعة غشاء الزيت، والذي يتراوح عادةً بين 42% و48% لسرعة تشغيل العمود (0.42x إلى 0.48x)هذا هو توقيع الاهتزاز المتزامن الكلاسيكي.

دوامة النفط: السلف

غالبًا ما تكون دوامة الزيت المرحلة الأولى من عدم الاستقرار. ومن خصائصها:

• تكرار: يظهر على شكل ذروة مميزة في طيف FFT بين 0.42x و 0.48x RPM.
• سلوك: سيزداد تردد الدوران مع زيادة سرعة الماكينة، وسيبقى دائمًا في نطاق ~45%.
• خطورة: قد يُسبب اهتزازًا شديدًا، ولكنه ثابت أحيانًا. قد يظهر أو يختفي مع تغير حمل الآلة أو سرعتها أو درجة حرارة الزيت. ورغم أنه غير مرغوب فيه، إلا أنه لا يُسبب دائمًا أضرارًا فورية.

سوط النفط: الخطر الحرج

سوط الزيت هي حالة أشد خطورة وأكثر خطورة، تنشأ من دوران الزيت. تحدث عندما تزداد سرعة الآلة إلى حد يصبح فيه تردد دوران الزيت (عند سرعة تشغيل تبلغ حوالي 45%) مساويًا لتردد دوران الدوار. التردد الطبيعي الأول (سرعتها الحرجة الأولى).

عند حدوث ذلك، يستقرّ دوران الزيت على التردد الطبيعي للدوار ويُثير رنينًا. خصائص دوران الزيت هي:

• تكرار: يصبح تردد الاهتزاز "مقفلاً" عند التردد الطبيعي الأول للدوار ولا يزيد أكثر من ذلك حتى مع استمرار الماكينة في التسارع.
• السعة: تزداد سعة الاهتزاز بشكل كبير وتصبح عنيفة وغير مستقرة.
• سلوك: سوط الزيت مُدمِّر للغاية، ولا يزول بزيادة السرعة. يُمكن أن يُسبب أضرارًا كارثية للمحامل والأختام والدوار نفسه في وقت قصير جدًا.

عادةً ما تكون سرعة بدء تشغيل السوط ضعف السرعة الحرجة الأولى للدوار بقليل. تتطلب الآلة التي تعاني من سوط زيتي إيقاف تشغيل فوري.

كيفية التعرف على الدوامة والسوط

• تحليل الطيف: ابحث عن ذروة قوية دون تزامنية. أثناء بدء التشغيل، إذا زاد تردد الذروة مع السرعة، فهي دوامة. إذا استقر تردد الذروة عند نقطة معينة مع استمرار زيادة ذروة سرعة التشغيل 1x، فهي تنتقل إلى حالة تذبذب.
• مخطط المدار: سيكون مدار العمود عبارة عن دائرة أو قطع ناقص كبير متحرك للأمام، وغالبًا ما يكون مع اهتزاز سرعة التشغيل 1x متراكبًا، مما يخلق مظهر "حلقة الحلقة".
• قطعة أرض الشلال: يوفر مخطط الشلال من اختبار بدء التشغيل الصورة الأكثر وضوحًا، حيث يظهر تردد دوامة الزيت يتزايد مع السرعة حتى يتقاطع مع التردد الطبيعي الأول وينتقل إلى سوط الزيت.

الأسباب والحلول

هذه الحالات من عدم الاستقرار معقدة، وتتأثر بتصميم المحمل، وهندسة الدوار، ولزوجة الزيت، ودرجة الحرارة، والحمل. ولا تنتج عن اختلال التوازن، ولا يمكن إصلاحها بالموازنة. وعادةً ما تكون الحلول تغييرات على مستوى التصميم، مثل:

• التغيير إلى تصميم محمل أكثر استقرارًا (على سبيل المثال، محمل ذو وسادة إمالة).
• تغيير لزوجة الزيت أو درجة حرارته.
• زيادة الحمل المحمل.
• إضافة ميزات مثل الأخاديد أو السدود إلى المحمل لتعطيل التدفق المحيطي للزيت.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي