ما هي أوضاع فشل الاهتزاز الشائعة لمضخات الطرد المركزي الأفقية

مضخات الطرد المركزي الأفقية تلعب دورًا حاسمًا في الإنتاج الصناعي، ويعتبر الاهتزاز مؤشرًا أساسيًا لحالة التشغيل والموثوقية. لا يؤدي الاهتزاز غير الطبيعي إلى تسريع تآكل المكونات المهمة مثل المحامل والأختام الميكانيكية والوصلات فحسب، بل يمكن أن يؤدي أيضًا إلى توقف غير متوقع.

1. أوضاع الأعطال الميكانيكية

الفشل الميكانيكي هو المصدر الأكثر شيوعًا وتدميرًا للاهتزاز في مضخات الطرد المركزي. غالبًا ما تحدث خصائصه عند ترددات توافقية لسرعة الدوار (1X)، أو ضعف السرعة (2X)، أو أعلى.

1.1 عدم التوازن

يحدث عدم التوازن بسبب التوزيع غير المتساوي للكتلة في المكره أو أداة التوصيل أو عمود المضخة نفسه.

الأسباب: عيوب الصب، أو التآكل غير المتساوي، أو عدم تماثل المفتاح أو مجرى المفتاح، أو تآكل/تلوث المكره أثناء التشغيل على المدى الطويل.

خصائص الاهتزاز: تتركز طاقة الاهتزاز بشكل أساسي عند تردد السرعة 1X، والسعة كبيرة عادةً، واتجاه الاهتزاز (شعاعي) مستقر.

التأثير: يؤدي ذلك إلى توليد قوى طرد مركزي دورية أثناء دوران عمود المضخة، مما يؤدي إلى تطبيقها بشكل مستمر على المحامل وتسريع فشل إجهاد المحمل.

1.2 اختلال

يشير اختلال المحاذاة إلى الانحراف في الخط المركزي أو الزاوية بين المحرك (على سبيل المثال، المحرك) وعمود المضخة.

الأنواع: يتم تصنيف اختلال المحاذاة المتوازية واختلال المحاذاة الزاوي على النحو التالي.

خصائص الاهتزاز: الخاصية الأكثر شيوعًا هي الزيادة الكبيرة في طاقة الاهتزاز عند تردد سرعة الدوران بمقدار 2X، على الرغم من إمكانية حدوث ترددات 1X و3X أيضًا. قد يكون اختلال المحاذاة الشعاعي أكبر عند تردد سرعة الدوران بمقدار 2X، في حين يكون اختلال المحاذاة الزاوي مرتفعًا عند كل من الترددات 1X و2X.

التأثير: يؤدي ذلك إلى حدوث انحناءات دورية وتغيرات في الضغط في أداة التوصيل أثناء الدوران، مما يؤدي إلى توليد قوى رد فعل كبيرة يمكن أن تؤدي إلى تلف أداة التوصيل والمحامل والأختام الميكانيكية بشكل خطير.

1.3 تحمل الأخطاء

المحامل هي مكونات مهمة تتحمل القوى الشعاعية والمحورية. يعد فشلهم أحد الأسباب الرئيسية لتوقف المعدات.

خصائص الاهتزاز: لا تظهر أخطاء المحمل عند التردد 1X أو 2X، ولكنها تنتج بدلاً من ذلك اهتزازات فريدة عالية التردد، تُعرف باسم الترددات المميزة للمحامل. تتضمن هذه الترددات ترددات السباق الداخلي (BPFI)، والسباق الخارجي (BPFO)، وترددات الكرة/البكرة (BSF)، والقفص (FTF).

مرحلة التطوير: قد تظهر أخطاء المرحلة المبكرة كضوضاء عشوائية عالية التردد؛ في المرحلة المتوسطة، تظهر ترددات تحمل مميزة وتوافقياتها؛ وفي المرحلة المتأخرة، يتم غمر هذه الترددات، مما يظهر على شكل اهتزازات عالية التردد عريضة النطاق.

1.4 رخاوة الأساس والرنين الهيكلي

يعد ارتخاء الأساس والرنين من "القتلة غير المرئية" في تشخيص اهتزاز مضخة الطرد المركزي.

الارتخاء الميكانيكي: مسامير التثبيت السائبة، أو الألواح الأساسية غير المستوية، أو الخلوص الزائد بين مقعد المحمل والقاعدة.

خصائص الاهتزاز: يتجلى عادةً كسلسلة من الاهتزازات التوافقية عند ترددات السرعة 1X و2X و3X، غالبًا مع وجود ترددات نصف السرعة (0.5X) أو حتى التوافقيات الفرعية الأكثر تعقيدًا، وهي علامات نموذجية على الارتخاء الميكانيكي غير الخطي.

الرنين الهيكلي: يحدث عندما يقترب تردد تشغيل المضخة (1X) من التردد الطبيعي للمضخة أو نظام الأنابيب.

التأثير: يؤدي إلى تضخيم كبير في سعة الاهتزاز، حتى مع حدوث اختلالات طفيفة في التوازن أو اختلال في المحاذاة تسبب اهتزازًا كبيرًا.

2. أوضاع الفشل الهيدروليكي

تحدث الأعطال الهيدروليكية بسبب التغيرات في تدفق السائل أو الضغط وترتبط ارتباطًا وثيقًا بنقطة تشغيل المضخة.

2.1 التجويف

التجويف هو ظاهرة تكوين الفقاعات والانهيار الناتج عن انخفاض الضغط على جانب الشفط في المضخة إلى ما دون ضغط البخار المشبع للسائل الذي يتم ضخه.

خصائص الاهتزاز: يتم إنشاء ضوضاء واسعة النطاق وعشوائية وفريدة من نوعها، مع انتشار طاقة الاهتزاز في نطاق التردد العالي، مما يبدو مثل تدحرج الحجارة أو كسرها داخل جسم المضخة.

التأثير: يسبب التجويف ضررًا شديدًا لمادة المكره، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في الرأس والكفاءة.

2.2 الطفرة وإعادة التدوير

يمكن أن يحدث عدم الاستقرار الهيدروليكي عندما تعمل مضخة الطرد المركزي بأقل أو أعلى من معدل التدفق التصميمي (BEP)، خاصة عند التدفقات المنخفضة.

إعادة التدوير: عند التدفقات المنخفضة، يمكن أن يتدفق السائل إلى الخلف عند مدخل أو مخرج المكره، مما يسبب صدمة هيدروليكية.

الاندفاع: في بعض مضخات الطرد المركزي أو الأنظمة المتوازية متعددة المضخات، يمكن أن تحدث تقلبات دورية كبيرة في الضغط والتدفق أثناء عملية التدفق المنخفض.

خصائص الاهتزاز: يتجلى عادةً في شكل اهتزاز منخفض التردد، وعادةً ما يكون أقل من 1× سرعة الدوران، أو تراكم طاقة منخفض التردد واسع النطاق. يمارس هذا الاهتزاز أحمال صدمات دورية على المحامل.

2.3 تردد تمرير الشفرة (BPF)

BPF هو نبض الضغط الناتج عن الاضطراب الدوري للسائل أثناء مرور شفرات المكره عبر قاطع المياه الحلزوني أو دوارات الناشر.

الحساب: BPF = السرعة × عدد الشفرات.

خصائص الاهتزاز: تتركز طاقة الاهتزاز في BPF وتوافقياته.

التأثير: على الرغم من أنها عادة ما تكون ظاهرة تشغيل عادية، إلا أنه إذا كانت سعة BPF عالية جدًا، فهذا يشير إلى أن الخلوص (الخلوص الشعاعي) بين اللسان الحلزوني والقطر الخارجي للمكره غير مصمم بشكل صحيح أو أنه متآكل بشدة، أو أن هناك مشكلة في المطابقة الهيدروليكية بين المكره والقطر الخارجي للمكره.