أي تقنية تصحيح للتوازن تُستخدم في أذرع المراوح الطرد المركزي غير المطابقة للمواصفات

المروحة المجمَّعة حديثًا والتي تفشل في اختبار التشغيل الأولي تُعدُّ مصدر إزعاجٍ مألوفٍ لدى مهندسي المصانع. فعندما تخرج مروحة المروحة الطاردة المركزية ذات الانحناء العكسي من خط الإنتاج، لا بدَّ أن تجتاز اختبار الاهتزاز والموازنة قبل شحنها. ويمكن أن تؤدي التباينات الصغيرة في الصب، ووصلات اللحام، والطلاء غير المنتظم إلى إزاحة مركز الكتلة بمقدار كافٍ لدفع القطعة خارج حدود التحمل المسموح بها. وإذا ترك هذا الخلل دون تصحيح، يتحوَّل إلى ضوضاء وحرارة وارتداء مبكر في المحامل بعد تركيب الوحدة.

أسباب فشل المراوح غير المطابقة في اختبارات الاهتزاز والموازنة

أبرز أسباب الفشل في اختبارات الاهتزاز والموازنة

أثناء التشغيل التجريبي في مصنع لمعالجة الأغذية، انقطعت مروحة التوريد المُركَّبة حديثًا عن العمل بعد دقائق من بدء التشغيل بسبب تفعيل رеле الحماية الخاص بها. وسجل فريق الصيانة قيم اهتزاز تفوق بكثير الحد المسموح به للاهتزاز، كما أشار اختبار الاهتزاز الروتيني إلى أن العجلة غير مطابقة للمواصفات. ويظهر نفس المشكل في العديد من المنشآت: فإن محرك طرد مركزي ذي شفرات منحنية للخلف قد يبدو مستقيمًا عند الفحص على المنضدة، ومع ذلك يظل يعمل بخشونة عند الدوران بسرعته القصوى.

الأسباب الجذرية لعدم توازن الدوار

السبب هو في الغالب عدم توازن الدوار. فالمادة ليست أبدًا متجانسة تمامًا، لذا فإن توزيع الكتلة في عجلة فعلية ما يكون قليلًا ما خارج المركز. ويؤدي الانحراف في مستوى واحد إلى حالة سكونية؛ بينما يؤدي الزوج الناتج عن انحرافين في مستويين إلى حالة ديناميكية. وعندما يتجاوز عدم التوازن المتبقي درجة التوازن المحددة للوظيفة، يهتز المروحة. كما أن تراكم الغبار والمحاور المنحنية والمحامل الكروية الدقيقة البالية تُفاقم القراءات وتقلل من عمر الخدمة. ولذلك يتم فحص توازن ريشة المروحة الطرد المركزي ذات الانحناء الخلفي قبل شحنها. وعلى فرق الصيانة الميدانية أن تتعامل مع أي زيادة في سعة الاهتزاز باعتبارها إنذارًا مبكرًا وليس مجرد إزعاج، لأن عدم التوازن الطفيف يتزايد تحت تأثير الغبار والأحمال الحرارية.

الموازنة الثابتة مقابل الموازنة الديناميكية

متى يكون التوازن الساكن كافيًا

يُصحّح التوازن الثابت عدم التوازن في مستوى واحد، ويناسب العجلات الضيقة الشبيهة بالأقراص. ويوضع الجزء على حواف سكين منخفضة الاحتكاك؛ فيدور حتى يستقر الموضع الأثقل في الأسفل. ثم يُضاف أو يُزال وزن تصحيحي صغير عند تلك النقطة. ولعديد من تجميعات ريش المراوح ذات السرعة المنخفضة، يفي هذا الأسلوب ذي المستوى الواحد بدرجة التوازن المطلوبة، ويتفادى تكلفة الإجراء الكامل ذي المستويين. ويقلل هذا الأسلوب سعة الاهتزاز بما يكفي للعجلات البطيئة، لكنه لا يستطيع معالجة العزم الزوجي الذي يظهر بمجرد دوران العجلة بسرعة أعلى.

متى يلزم إجراء التوازن الديناميكي

التوازن الديناميكي يتعامل مع عدم التوازن في مستويين ويُقاس باستخدام جهاز توازن ديناميكي. تدور العجلة في محامل بينما تقرأ أجهزة الاستشعار الاهتزاز عند موقعين محوريين، ثم تحدد البرمجيات الزاوية الدقيقة ومقدار عدم التوازن في كل مستوى. وعادةً ما يحتاج مروحة طرد مركزي ذات شفرات منحنية للخلف وشفرات عريضة أو سرعة طرفية عالية إلى هذه الطريقة، لأن التصحيح في مستوى واحد لا يمكنه إلغاء العزم الذي تولّده.

درجة وتَحَمُّل الموازنة حسب المعيار الآيزو ١٩٤٠ (G)

فهم درجة الموازنة حسب المعيار الآيزو ١٩٤٠

يُعرِّف معيار الآيزو ١٩٤٠ جودة التوازن من خلال الدرجة جي، والتي تُعبَّر عنها بوحدة ملليمتر/ثانية مضروبة في قيمة جي. وكلما انخفضت قيمة جي، زادت دقة التحمل المسموح به. وتستخدم واجبات المراوح الشائعة عادةً الدرجات جي٦,٣ أو جي٢,٥. ويربط هذا المعيار كمية عدم التوازن المتبقي المسموح بها بكتلة الدوار وسرعة التشغيل الفعلية؛ لذا يمكن لعجلة أثقل تدور عند دورات في الدقيقة أقل أن تتحمّل قدراً أكبر من عدم التوازن مقارنةً بعدم توازن عجلة أخف وزناً وأسرع دوراناً. أما بالنسبة لمحرك طرد مركزي ذي شفرات منحنية للخلف، فإن درجة جي تحدد الكمية المسموح بها من عدم التوازن الكتلي المتبقي. ويتحقق المختصون من النتيجة باستخدام جهاز موازنة ديناميكي، ثم يسجلون قيمة عدم التوازن المتبقي لضمان إمكانية تتبعها في الرسومات الفنية.

اختيار الدرجة المناسبة من جي لواجب المروحة

تستهدف معظم تطبيقات مراوح التوربينات الصناعية درجة التوازن جي ٦.٣ للتبريد العام، ودرجة جي ٢.٥ للمعدات عالية السرعة أو الدقيقة. ويتم اختيار الدرجة وفقًا لسرعة تشغيل المروحة وحساسية الآلة المتصلة بها. فالمروحة التي تزود خزانة المحول الترددي (VFD) أو خط إنتاج نظيف تتطلب عادةً درجة التوازن الأدق جي ٢.٥. أما الدرجة المناسبة لتوازن مروحة طرد مركزي من نوع المنحني للخلف فتحدد وفقًا لسرعة طرف الشفرة وطبيعة الاستخدام. ويعمل توافق درجة التوازن مع طبيعة الاستخدام على خفض حالات الفشل في الموقع والحفاظ على الموثوقية على المدى الطويل. وينبغي على المشترين أن يطلبوا من المورد ذكر درجة التوازن صراحةً في العرض السعري، لأن تحديد حد غامض يُخفي مخاطر حقيقية أثناء التشغيل الأولي.

طرق التصحيح والنتائج الميدانية

التصحيح بالحفر واللحام والطحن

تَسْتَوْلِي ثَلَاثُ طُرُقٍ مَادِّيَّةٍ لِلتَّصْحِيحِ عَلَى هَذَا المَجَالِ. فَثَقْبُ العَجَلَةِ يُزِيلُ الكُتْلَةَ فِي النُّقْطَةِ الأَثْقَلِ، وَهُوَ الأَنْسَبُ لِلعَجَلَاتِ المَسْكُوبَةِ. أَمَّا اللَّحْمُ أَو التَّلْحِيمُ بِالطَّرِيقَةِ النَّحْوِيَّةِ فَيُضِيفُ كُتْلَةً تَصْحِيحِيَّةً فِي المَوْضِعِ الَّذِي يَسْتَحِيلُ فِيهِ الإِزَالَةُ. وَالتَّجْلِيخُ يُسَوِّي الزِّيَادَةَ المَحَلِّيَّةَ وَيُعِيدُ التَّمَاثُلَ. وَيُسجَّلُ كُلُّ إِجْرَاءٍ لِتَصْحِيحِ العَدَمِ التَّوازُنِيِّ بِالمُقَابِلِ لِهَدَفِ دَرَجَةِ التَّوَازُنِ. وَكُلُّ رِيشَةٍ دَوَّارَةٍ مَرْكَزِيَّةٍ مَنْعَكِسَةٍ للخَلْفِ تَسْتَجِيبُ بِشَكْلٍ مُخْتَلِفٍ لِلتَّصْحِيحِ، لِذَلِكَ يَتَوَقَّفُ الاخْتِيَارُ عَلَى نَوْعِ المَادَّةِ وَسُمْكِ الجِدَارِ وَمَا إِنْ كَانَتِ الرِّيشَةُ يَجِبُ أَنْ تَظَلَّ آمِنَةً لِلاسْتِعْمَالِ فِي مَجَالِ الأَغْذِيَةِ أَو مُقَاوِمَةً لِلتَّآكُلِ. وَيُنَفَّذُ هَذَا التَّوَازُنُ عَلَى جِهَازِ تَوَازُنٍ دِينَامِيكيٍّ مُعايَرٍ، وَقَدْ تُسَبِّبُ بَضْعَ غَرَامَاتٍ مِنْ التَّصْحِيحِ خَفْضًا فِي الاهْتِزَازِ بِمَرْتَبَةٍ كَامِلَةٍ. وَيَجِبُ إِعَادَةُ الفَحْصِ بَعْدَ التَّصْحِيحِ لِلتَّأَكُّدِ مِنْ أَنَّ العَدَمَ التَّوازُنِيَّ المُتَبَقِّيَ قَدْ صَارَ دَاخِلَ دَرَجَةِ التَّوَازُنِ المَرْجُوَّةِ، وَهَذَا هُوَ الدَّلِيلُ الوَحِيدُ عَلَى أَنَّ العَجَلَةَ قَدْ اسْتَوْفَتْ شُرُوطَ التَّأَهُّلِ فِعْلِيًّا.

حَالَةُ تَشْغِيلٍ وَنَتِيجَتُهَا

العودة إلى مصنع الأغذية: تم رفع مروحة التغذية، ووضع العجلة على جهاز موازنة ديناميكي، وتطبيق تصحيح عدم التوازن ثنائي المستوى. وأدى الحفر عند زاوية ١٢٠ درجة واللحام الصغير عند الجهة المركزية إلى خفض بقايا عدم التوازن ضمن القيمة G2.5. وبعد إعادة التركيب، نجحت اختبارات الاهتزاز، وتوقفت المرحل عن التشغيل غير المقصود. وعملت المروحة الطاردة منذ ذلك الحين خلال دوريتين موسميتين مع قراءات مستقرة. وقد سُجِّلت عجلة المروحة الطاردة ذات المنحني الخلفي، وقُيسَت، ثم عُدِّلت، ما يوضح سبب أهمية فحوصات التشغيل الأولي والتوازن الصحيح للعجلة مقارنةً بالاعتماد على أمل أن تثبت عجلة غير دقيقة في مكانها.

إن اختيار تصحيح التوازن المناسب لعجلة غير مطابقة للمواصفات يحمي مجموعة نقل الحركة بأكملها. فعجلة المروحة الطاردة ذات المنحني الخلفي، التي تم ضبط توازنها وفق المعيار ISO 1940 G2.5، تعمل بصمت أكبر، وتستهلك تياراً كهربائياً أقل، وتخفف العبء عن المحرك والمحامل. لذا، يجب تحديد درجة التوازن المطلوبة وقت الطلب، والتحقق منها عبر اختبار اهتزاز فعلي، والاحتفاظ بسجلات التشغيل الأولي. وهذه الخطوات تحول القطعة المرفوضة إلى أصلٍ موثوقٍ وطويل الأمد.

الأسئلة المتكررة

سؤال

لماذا يفشل المروحة في اختبار الاهتزاز عند التشغيل الأولي؟

الإجابة: تفشل العجلة لأن مركز كتلتها لا يقع على محور الدوران. وتسبب المسامية في الصب ووصلات اللحام والطلاء وترسب الغبار عدم توازن في الدوار يبقى مخفيًّا حتى تصل السرعة إلى أقصى حدٍّ لها. ثم يسجل اختبار الاهتزاز الروتيني سعة تجاوزت الحد الأقصى المسموح به للاهتزاز، فيُرفَض الجزء. أما التصحيح على جهاز التوازن الديناميكي فيعيد تحقيق درجة التوازن المطلوبة قبل وصول المروحة إلى موقع التركيب.

سؤال

متى يكفي التوازن الثابت لمروحة طرد مركزي؟

الإجابة: يناسب التوازن الثابت العجلات الضيقة الشبيهة بالقرص والتي تعاني من عدم توازن في مستوى واحد فقط. ويستقر الجزء على حافتين حادتين منخفضتي الاحتكاك، فيدور حتى يستقر الجانب الأثقل في الأسفل، ثم تُضاف أو تُزال وزنة تصحيحية في تلك النقطة. ولعديد من تجميعات المراوح ذات السرعة المنخفضة، يحقِّق هذا الأسلوب ذي المستوى الواحد درجة التوازن المطلوبة، فيتجنَّب إجراء التوازن ذي المستويين. وهو أرخص وأسرع، لكنه لا يستطيع معالجة عدم التوازن الزوجي.

سؤال

ما درجة التوازن وفق المعيار الآيزو ١٩٤٠ (G) التي يجب أن تستخدمها مروحة النفخ؟

الإجابة: درجة التوازن المناسبة لمحرك طرد مركزي ذي شفرات منحنية للخلف تعتمد على سرعة الطرف ونوع الاستخدام. وتستخدم التهوية العامة عادةً الدرجة G6.3، بينما تتطلب الخطوط الأسرع أو الأكثر دقة الدرجة G2.5 وفقاً للمعيار ISO 1940. ويرتبط المعيار المسموح به من عدم التوازن المتبقي بكتلة الدوار وسرعته، وبالتالي فإن العجلة الثقيلة البطيئة تتحمل قدراً أكبر من عدم التوازن مقارنةً بالعجلة الخفيفة السريعة. ويجب التأكد من الدرجة المطلوبة المذكورة في الرسم البياني قبل بدء عملية التصحيح.

سؤال

كيف تُستخدم الحفر واللحام والطحن لتصحيح عدم التوازن؟

الإجابة: يُستخدم الحفر لإزالة الكتلة من نقطة الثقل الزائد، وهو مناسب للأجزاء المسبوكة. أما اللحام أو اللحام النحاسي فيُستخدم لإضافة وزن تصحيحي في الأماكن التي لا يمكن فيها إزالة المادة، بينما يُستخدم الطحن لتنعيم منطقة ذات كتلة زائدة محلية واستعادة التناظر. ويُسجَّل كل خطوة من خطوات التصحيح مقابل درجة التوازن المستهدفة. وتحدد المادة وسماكة الجدار ومتطلبات السلامة الغذائية أو مقاومة التآكل الطريقة المناسبة. وعلى جهاز موازنة ديناميكي معايَر، يمكن أن يؤدي إدخال بضعة غرامات فقط من الوزن التصحيحي إلى خفض الاهتزاز بشكل حاد.

سؤال

كيف ينبغي للمشترين تحديد متطلبات التوازن عند طلب المراوح؟

الإجابة: حدد درجة التوازن المطلوبة واذكر معيار الأيزو ١٩٤٠ في أمر الشراء لكي يقوم المورد باختبار توازن العجلة قبل الشحن. اطلب تقرير اختبار الاهتزاز عند الدرجة المتفق عليها من وحدة الجي (G) واحفظ سجلات التشغيل الأولي لأغراض التدقيق. وضّح الحدود المسموح بها للمواد المستخدمة في طرق التصحيح إذا كان ريش المروحة معرّضًا للاستخدام في بيئات غذائية أو بيئات تحتوي مواد مسببة للتآكل. إن تحديد المتطلبات بوضوح يمنع رفض التسليمات ويحمي المحرك والمحامل اللاحقة.