حامل موازنة الدوار عالي السرعة لمضخات التفريغ

مقدمة

تتطلب موازنة الدوّارات عالية السرعة في مضخات التفريغ تجهيزات متخصصة قادرة على الحفاظ على الدقة في ظل ظروف تشغيل قصوى. ولتلبية هذه المتطلبات، تم تطوير حوامل موازنة مخصصة في عامي 2002 و2009. وقد صُممت هذه الأنظمة لأجل الموازنة الديناميكية لدوّارات التوربينات المجمعة عند سرعات التشغيل الفعلية التي تتراوح من 42,000 إلى 60,000 rpm، مباشرةً في دعامات المحامل الخاصة بها. وكان هدف التصميم هو تحقيق قيم عدم الاتزان المتبقي وفق دقة الفئة 1 حسب GOST 22061-76، وهو المعيار السوفيتي لجودة الاتزان (ونظيره الدولي الحديث هو ISO 21940-11، سابقًا ISO 1940-1).

التصميم والتكوين الهيكلي

يوضح الشكل 1 المخطط التخطيطي لحامل الموازنة عالي السرعة المستخدم في دوارات مضخة التفريغ.

الشكل 1 - التصميم الهيكلي لحامل موازنة مضخة التفريغ عالية السرعة:
1- منصة صلبة
2- نوابض أسطوانية عازلة للاهتزازات
3- قاعدة تثبيت أسطوانية
4- مضخة التفريغ المتوازنة
5- الغطاء الواقي
6- مستشعر زاوية الطور
7- مستشعر الاهتزاز على الغطاء
8- مستشعر الاهتزاز على القاعدة
9- وحدة القياس والحوسبة

بُني الحامل على منصة مستطيلة (1)، مدعومة بأربعة نوابض أسطوانية (2)، مما يوفر عزلًا للاهتزازات. المنصة مُعززة بمقوّمات طولية وعرضية، مما يحقق صلابة عالية مع تقليل الوزن. يضمن هذا الحل الهيكلي حساسية عالية لقوى عدم التوازن، ويمنع التذبذبات الرنانة في جميع نطاقات سرعة المضخة أثناء الموازنة.

قاعدة التركيب (3) مثبتة بإحكام على المنصة، وتُستخدم لتثبيت المضخة (4) بدقة. المضخة مُغلَّفة بغطاء مُخصَّص (5)، والذي يحتوي أيضًا على مُستشعر زاوية الطور (6). مُستشعرا اهتزاز (7 و8) مُركَّبان على الغطاء والقاعدة، على التوالي. جميع المُستشعرات مُتصلة بوحدة قياس وحساب (9)، تُجري تحليلًا آنيًا وتحسب الأوزان التصحيحية.

إجراء التوازن

يتم إجراء عملية الموازنة في مرحلتين متتاليتين لضمان الدقة في ظل ظروف الدوار الصلب والمرن.

المرحلة 1 - موازنة الدوار الصلب

في المرحلة الأولية، يُوازَن دوّار المضخة عند سرعات دوران تصل إلى 8,000 rpm، حيث يتصرف كجسم صلب. والهدف هنا هو تعويض كلٍّ من عدم الاتزان الساكن وعدم الاتزان العزمي. وفي الاختبارات على هذا الحامل المعزول اهتزازيًا، يحقق النظام مستويات اهتزاز متبقٍ أقل من 0.01 mm/s RMS ضمن نطاق التردد 3,500–8,000 rpm. وهذه القراءة المنخفضة جدًا هي نتيجة اختبار على الحامل تم الحصول عليها في ظروف مضبوطة، وليست قيمة قياس ميداني نموذجية.

المرحلة الثانية - موازنة الدوار المرن عالي السرعة

في المرحلة الثانية، تُجرى الموازنة بسرعة دوران الدوار - إما 42,000 أو 60,000 دورة في الدقيقة، حسب طراز المضخة. عند هذه السرعة، يدخل الدوار في حالة مرونة ويتعرض للتشوه، مما يؤدي إلى اختلال ديناميكي إضافي. يُحسب ويُطبق تصحيح نهائي لتقليل هذه التأثيرات. لا يتجاوز مستوى الاهتزاز المتبقي بعد الموازنة عالية السرعة 0.3 مم/ثانية (RMS)، مما يضمن تشغيلًا مستقرًا للمضخة على المدى الطويل.

خصائص الأداء

• الاهتزاز المتبقي (المرحلة الصلبة): ≤ 0.01 mm/s (3,500–8,000 rpm، نتيجة اختبار على الحامل)

• الاهتزاز المتبقي (المرحلة المرنة): ≤ 0.3 مم/ثانية (42000–60000 دورة في الدقيقة)

• إجمالي وقت الدورة للموازنة: عادة أقل من 30 دقيقة

الخلاصة

يجمع حامل الموازنة عالي السرعة لدوارات مضخات التفريغ بين صلابة الهيكل ودقة القياس والحوسبة المتقدمة. يتيح هذا الحامل موازنة دقيقة في ظروف التشغيل الفعلية، مع تعويض اختلالات التوازن الساكنة والديناميكية. يلبي هذا الحل معايير الاهتزاز الصارمة، ويحسّن بشكل كبير من موثوقية وعمر أنظمة مضخات التفريغ عالية السرعة.