عندما تصل الآلة الدوارة إلى ترددها الرنيني، يمكن أن يؤدي ذلك إلى أضرار جسيمة للآلة (والمصنع)، وإصابات للموظفين، وعواقب مالية هائلة. يجب منع ذلك بأي ثمن. على الرغم من أن معظم الآلات الدوارة مصممة بحيث لا يتطابق التردد الرنيني أبدًا مع سرعة الآلة، إلا أن الرنين لا يزال يمكن أن يحدث بسبب عيوب في التصميم، أو تغيرات في السرعة، أو تأثيرات خارجية (مثل التردد الطبيعي للأساس).
الترددات الحرجة
كل آلة (إعداد) لها تردد طبيعي واحد أو أكثر؛ وهو التردد الذي يميل عنده النظام إلى الاهتزاز دون وجود أي قوة دافعة أو قوة تخميد. عندما تكون الآلة الدوارة قيد التشغيل، يتم إنتاج تردد اهتزاز معين. وعندما يتطابق تردد الاهتزاز هذا مع التردد الطبيعي للآلة (الهيكل)، يحدث الرنين الميكانيكي. في هذه الحالة، تهتز الآلة بقوة متناغمة مع مصدر الاهتزاز، مما ينتج عنه اهتزاز مضخم. ويمكن أن تكون الاهتزازات المضخمة قوية لدرجة أن يكون لها تأثير مدمر على الآلة.
يمكن أن تختلف أسباب الاهتزازات في الآلات الدوارة. تعرف على المزيد في قسم أسباب الاهتزازات.
الحل
من الواضح أنه يجب تجنب الرنين. ولهذا الغرض، يمكن استخدام مقاييس التسارع لمراقبة اهتزاز الماكينة. وباستخدام جهاز إرسال ( transmitter)، يمكن لمقياس التسارع التواصل مع نظام PLC أو DCS أو SCADA، مما يتيح اتخاذ إجراءات سريعة ومناسبة عند الضرورة. ومن المهم معرفة الترددات الحرجة (الرنينية)، حيث تُستخدم هذه الترددات لضبط قيم الإنذار. وتهدف قيم الإنذار هذه إلى منع الآلة الدوارة من الوصول إلى التردد الرنيني.
يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول أجهزة قياس التسارع واستخداماتها في الصفحات التالية:
- منع تلف الماكينات باستخدام نظام مراقبة الاهتزاز
- قياسات Vibration s باستخدام أجهزة قياس التسارع
- 11 نصيحة لاختيار مقياس التسارع الصناعي IEPE المناسب
- مقاييس التسارع (المنتجات)
طرق تحديد تردد الرنين
هناك عدة طرق لتحديد تردد الرنين لآلة ما. وتُناقش أدناه الطرق الأكثر استخدامًا.
اختبار الصدم (اختبار التأثير)
يساعد اختبار الصدم في تحديد الترددات الحرجة للآلات. وهناك طرق مختلفة لإجراء اختبار الصدم. يمكن أن يكون الأمر بسيطًا مثل توجيه ضربة خفيفة إلى المادة (الآلة) بمطرقة مطاطية. يمكن للمعدات بعد ذلك أخذ عينة مدتها بضع ثوانٍ (رسم بياني في المجال الزمني)، وهي الفترة التي تستغرقها دورة واحدة للآلة الدوارة. تعتمد مدة العينة على ترددات الرنين المحددة. من المهم اختبار الآلة في مواقع متعددة؛ وينبغي إجراء القياسات في كل من نقطة الدفع ونقطة النقل لتحديد تردد الرنين للآلة. ولإجراء هذا الاختبار، يجب أن تكون الآلة خارج الخدمة لتجنب الحصول على بيانات غير صحيحة ولتسهيل تحديد التردد الطبيعي للآلة.
اختبار التسارع/التباطؤ
في ما يُسمى «التثبيت عند ذروة التباطؤ»، تتم مراقبة الاهتزاز من النقطة التي تكون فيها الآلة قيد التشغيل وحتى إيقاف التشغيل. وبدون وجود رنين، يُتوقع أن يظل مستوى الاهتزاز ثابتًا. وإذا زاد مستوى الاهتزاز أثناء إيقاف التشغيل، فإن السرعة التي تزداد بها السعة قد تشير إلى التردد الطبيعي. بالإضافة إلى هذا الاختبار، هناك «مرحلة الذروة أثناء التباطؤ» الأكثر شمولاً، حيث يتم قياس كل من مستوى الاهتزاز وتغير الطور في الماكينة. وبهذه الطريقة، يمكن تحديد التردد الطبيعي (الرنيني)، الذي يقع في منتصف تغير الطور البالغ 180 درجة.
صيغة التردد الطبيعي
وتتمثل الطريقة الثالثة في حساب التردد الطبيعي ببساطة باستخدام معادلة. ومع ذلك، فإن الأمر ليس بالبساطة التي قد توحي بها المعادلة. لحساب التردد الطبيعي (ωn) لآلة ما، يجب معرفة المعلمتين: الصلابة (k) والكتلة (m). وغالبًا ما لا يكون الأمر كذلك. وعلى وجه الخصوص، يعد تحديد صلابة الهيكل أمرًا صعبًا للغاية. علاوة على ذلك، يتغير التردد الطبيعي عندما يتغير أحد المعلمتين. لذلك، نادرًا ما تُستخدم هذه الطريقة.
تغيير التردد الطبيعي
يمكن تغيير التردد الطبيعي، على سبيل المثال، عن طريق تغيير صلابة الآلة أو كتلتها. فزيادة الكتلة أو تقليل الصلابة يؤدي إلى انخفاض التردد الطبيعي. وعلى العكس، يؤدي انخفاض الكتلة وزيادة الصلابة إلى زيادة التردد الطبيعي.
ليس من الممكن دائمًا تغيير أحد المعلمات (الصلابة أو الكتلة). في هذه الحالة، يمكن تغيير السرعة التي تدور بها الآلة. ومع ذلك، غالبًا ما لا يكون هذا خيارًا متاحًا؛ فالآلة تدور بسرعة معينة لسبب ما. هناك أيضًا خيار تركيب ممتص صدمات ديناميكي على الآلة، والذي يعمل على تقليل مستويات الاهتزاز بشكل كبير.
باعتباره أحد الأسباب الأكثر شيوعًا للاهتزازات غير العادية للآلات، من المهم تجنب التشغيل ضمن نطاق التردد الرنيني. ولتحديد هذا التردد، يلزم إجراء قياس دقيق لتحديد التردد الطبيعي. وبالإضافة إلى الرنين، غالبًا ما يلعب عدم التوازن أو اختلال المحاذاة أو المكونات التالفة دورًا رئيسيًّا في التسبب في سلوك اهتزازي غير طبيعي.
