لمراقبة حالة الآلات الترددية، المعروفة أيضًا باسم ضواغط المكبس، تم تطبيق طرق قياس الاهتزاز التقليدية لفترة طويلة. ومع ذلك، أصبح من الواضح أن هذه القياسات غير موثوقة لمراقبة حالة هذه الآلات. لذلك، تم تطوير تقنيات مناسبة بشكل خاص لمراقبة الآلات الترددية. إحدى هذه التقنيات هي مراقبة هبوط قضيب المكبس، حيث تتم مراقبة هبوط قضيب المكبس نتيجة لتآكل أشرطة التثبيت. وشريط التزحلق هو المكون الذي يجعل المكبس ينزلق عبر حجرة الأسطوانة دون إتلاف جدار الأسطوانة. ومع مرور الوقت، تتآكل أشرطة التزحلق هذه. ومن خلال مراقبة هبوط قضيب المكبس، يمكن تحديد الوقت الذي يحتاج فيه شريط التزحلق إلى الاستبدال قبل حدوث أي تلف. وتساهم مراقبة هبوط القضيب في استراتيجية الصيانة القائمة على الحالة (CBM)، أو الصيانة التنبؤية.
قياسات سقوط القضيب
يُطبق رصد سقوط القضيب على الآلات الترددية التي تستخدم أشرطة الركاب لدعم المكبس داخل الأسطوانة. والغرض من رصد سقوط القضيب هو تحديد تآكل أشرطة الركاب. يمكن أن يؤدي تآكل أشرطة الركوب هذه إلى حدوث تلامس (احتكاك) بين المكبس وجدار الأسطوانة، مما يؤدي إلى حدوث تلف. تتيح مراقبة تآكل أشرطة الركوب للمشغلين جدولة استبدال هذه الأشرطة بكفاءة خلال فترة الصيانة الدورية ( turnaround) أو التوقف (standstill) التي تم تحديدها مسبقًا. علاوة على ذلك، يمنح الكشف المبكر عن تآكل أشرطة الركوب المشغل الوقت الكافي لإيقاف تشغيل الآلة قبل حدوث تلف مفرط وأعطال (خطيرة) في الآلة.
للكشف عن تآكل أشرطة الركاب، يجب مراقبة موضع المكبس (بالنسبة للنقطة المرجعية). ومع ذلك، فإن قياس الانخفاض الفعلي للمكبس صعب للغاية بسبب الضغط العالي في غرفة الضغط. وبدلاً من قياس الانخفاض الفعلي للمكبس، يتم قياس انخفاض قضيب المكبس، وهو أمر أسهل بكثير. توفر مراقبة انخفاض قضيب المكبس معلومات حول حالة الأشرطة الحاملة من خلال مراقبة التغيرات في موضع قضيب المكبس.
الأساليب
بشكل عام، يتم التمييز بين طريقتين أساسيتين لمراقبة سقوط القضيب:
قياسات مسبار القرب
في قياسات مجس القرب ( proximity probe)، يتم تثبيت المجس عموديًا فوق أو تحت قضيب المكبس. يعمل مجس القرب باستخدام تقنية التيارات الدوامة ( eddy current )، التي تقيس المسافة بين المستشعر وجسم معدني. في حالة قياس هبوط القضيب، فإنه يقيس المسافة بين المستشعر وقضيب المكبس. عندما يتحرك قضيب المكبس بالنسبة للمستشعر، يتم الكشف عن التغير في المسافة (موضع قضيب المكبس). تتيح هذه القياسات تحديد موضع قضيب المكبس، وبعد ذلك تُستخدم القياسات لتحليل الاتجاهات. ثم يُستخدم هذا الاتجاه للتنبؤ بالوقت الذي تقترب فيه أشرطة التثبيت من التآكل وتحتاج إلى الاستبدال.
القياسات الميكانيكية
بشكل عام، يتم التمييز بين طريقتين ميكانيكيتين لمراقبة سقوط قضيب المكبس. تستخدم الطريقة الأولى كتلة من مادة كاشطة تحتوي على فراغ داخلي مملوء بالنيتروجين. توضع هذه الكتلة مباشرةً أسفل قضيب المكبس. عندما يسقط قضيب المكبس نتيجة تآكل شريط التثبيت، تتآكل الكتلة حتى تصل إلى نقطة يتسرب منها النيتروجين. سيؤدي تسرب النيتروجين هذا إلى انخفاض في ضغط الإمداد، مما يؤدي إلى انطلاق إنذار أو إيقاف تشغيل الماكينة.
تتضمن الطريقة الميكانيكية الثانية لمراقبة هبوط قضيب المكبس نوعًا من الأسطوانات التي يتم تركيبها أسفل قضيب المكبس. عندما يتآكل شريط التثبيت، ينخفض قضيب المكبس تدريجيًا حتى يلامس الأسطوانة. عند التلامس بين قضيب المكبس والأسطوانة، تبدأ الأسطوانة في الدوران، مما يعني، كما هو الحال مع الطريقة الميكانيكية الأخرى، تسرب النيتروجين. وبالمثل، سيؤدي تسرب النيتروجين هذا إلى انخفاض في ضغط الإمداد، مما يؤدي إلى انطلاق إنذار أو إيقاف تشغيل الماكينة.
أكبر عيب لأنظمة السقوط الميكانيكية للقضيب هو عدم القدرة على إجراء القياسات، واستخدام هذه القياسات لتحديد الاتجاهات. الشيء الوحيد الذي توفره هذه الأنظمة الميكانيكية هو إنذار يتم تشغيله عند تآكل أشرطة التثبيت. لا توجد أي إشارة إلى مدى تآكل شريط التثبيت. يقوم مستشعر القرب ( proximity ) بقياس الانخفاض الفعلي لقضيب المكبس، وبالتالي مدى تآكل شريط التثبيت. وباستخدام قياسات مستشعر القرب، يمكن تحديد اتجاه، مما يتيح تخطيطًا أفضل للصيانة (CBM).
الافتراضات
هناك بعض الافتراضات التي يجب استيفاؤها من أجل الحصول على قياس موثوق به لسقوط قضيب المكبس. الافتراض الأساسي لمراقبة هبوط قضيب المكبس هو أن المكبس يميل إلى قاع الأسطوانة بسبب قوة الجاذبية. وبالتالي، يمكن افتراض أن التغير في موضع قضيب المكبس يتناسب مع التغير في موضع المكبس، بسبب تآكل شريط التثبيت. كما يجب افتراض أن الشيء الوحيد الذي يغير موضع قضيب المكبس هو تأثير شريط التثبيت المتآكل.
الافتراض القائل بأن التغير في موضع قضيب المكبس يتناسب مع التغير في موضع المكبس، مستمد من مبدأ المثلثات المتشابهة. ويظهر هذا المبدأ بشكل تخطيطي في الشكل أدناه.
عند استخدام مسبار القرب ( proximity ) لمراقبة هبوط قضيب المكبس، يمكن تصحيح القياس باستخدام عامل تصحيح معين. ويستند عامل التصحيح هذا إلى النسبة الناتجة عن الفرق بين الهبوط المقاس لقضيب المكبس (B1) والهبوط الفعلي للمكبس (B2). ومن خلال تطبيق عامل التصحيح هذا على قياس هبوط القضيب، سيظهر التآكل الفعلي لشريط الراكب. ومع ذلك، قد يتسبب تطبيق عامل التصحيح هذا في حدوث مشكلات. عند حدوث خطأ في القياس، سيتم تصحيح هذه القيمة المقاسة غير الصحيحة باستخدام عامل التصحيح، مما يؤدي إلى رؤية خاطئة لتآكل شريط الركاب الفعلي. ولذلك، من المهم جدًّا إجراء قياسات موثوقة. وفيما يلي مناقشة متتالية لعدد من العوامل التي تؤثر على موثوقية قياسات هبوط القضيب.
التركيب والتطبيق؛ نقاط يجب الانتباه إليها
يعد تركيب المستشعر أمرًا بالغ الأهمية للحصول على قياس موثوق. وقد قمنا بإدراج أهم 5 نقاط يجب الانتباه إليها:
من الضروري تركيب المستشعر في أقرب مكان ممكن من الأسطوانة. وينطبق هذا على كل من مستشعرات القرب ( proximity ) والمستشعرات الميكانيكية. وهذا يقلل من التأثير الذي يحدث عند تطبيق عامل التصحيح المذكور أعلاه على خطأ القياس. فكلما كان المستشعر أقرب إلى المكبس، قل تأثير أخطاء القياس.
بالنسبة للمكابس الأكبر حجمًا، يمكن أن يختلف التمدد الحراري بشكل كبير في الفترة الفاصلة بين الإغلاق البارد والعملية النشطة. لذلك يُوصى بمحاذاة الأسطوانة في موضع منخفض على الرأس المتقاطع بحيث يتوفر مساحة للتمدد الحراري. بمجرد أن يتمدد المكبس شعاعيًا بسبب الحرارة، سيرتفع قضيب المكبس بالنسبة لمستشعر هبوط القضيب. يجب أخذ ذلك في الاعتبار عند تركيب نظام هبوط القضيب وتحديد موضعه.
الافتراض القائل بأن المكبس يميل نحو قاع الأسطوانة بسبب الجاذبية ليس افتراضًا واقعيًّا بالنسبة للمكابس ذات القطر الصغير. بالنسبة للمكابس ذات القطر الصغير (أقل من 150 مم)، يقع جزء كبير من قضيب المكبس داخل غلاف الأسطوانة. قد يؤدي المحاذاة غير الصحيحة أو التأثيرات على غلاف الأسطوانة إلى حدوث «مكبس عائم». لا تؤدي القوى الشعاعية إلى خفض المكبس، بل إن مجموعة من القوى تدفع المكبس لأعلى أو إلى الجانب. في حالة حدوث ذلك، يمكنك اختيار وضع مجسين للقرب ( proximity )، حيث يقيس أحدهما أفقيًا والآخر عموديًا (مجسي X-Y).
يمكن أن يؤثر طول قضيب المكبس أيضًا على القياس. فكلما كان قضيب المكبس أطول، زادت احتمالية أن يكون مرنًا إلى حد ما. وينطبق هذا بشكل خاص على المكابس ذات القطر الكبير. قد تؤثر مرونة قضيب المكبس على قياس هبوط القضيب. من أجل تقليل تأثير انثناء قضيب المكبس على قياس سقوط القضيب، يمكن قياس إشارة مسبار القرب ( proximity ) عند نقطة ثابتة أثناء دوران العمود المرفقي. يُعرف هذا باسم «التشغيل بالطور»؛ حيث يتم تعيين مرجع طور يتم على أساسه تشغيل القياس.
من المهم تركيب المجس بطريقة لا تتعرض فيها للتمدد الحراري أو الاهتزاز. فإذا تحرك المجس بالنسبة لقضيب المكبس، فإن ذلك يجعل القياس غير موثوق. بالإضافة إلى ذلك، من المهم بالنسبة للمكابس ذات القطر الكبير وضع مجس ذي نطاق أوسع. وعند حدوث تمدد حراري، لن يتحرك قضيب المكبس خارج نطاق مجس القرب ( proximity ).
وحدة إسقاط القضيب عند التشغيل – RecipSys 200
تم تطوير وحدة إسقاط القضيب المُشغَّلة ثنائية القنوات (RecipSys 200) بواسطة شركة Istec International، وهي مناسبة لمراقبة حالة أشرطة الركاب الخاصة بمكبس آلة التردد. وتعني كلمة «المُشغَّلة» أن قياس هبوط القضيب يتم عند نقطة ثابتة أثناء دوران العمود المرفقي. ونتيجة لذلك، يمكن تحديد اتجاه موثوق به في الوقت المناسب. وتُعد العديد من أنظمة قياس هبوط القضيب الحالية جزءًا من نظام أكبر مناسب للتطبيقات الكبيرة، وبالتالي تتطلب استثمارات باهظة التكلفة. أما نظام RecipSys 200، فهو فعال جدًّا من حيث التكلفة، وبالتالي قابل للتطبيق في التطبيقات الصغيرة والمتوسطة والكبيرة.
