بالمقارنة مع المحركات الأفقية، تتميز المحركات الرأسية، وخاصةً المحركات الرأسية كبيرة الحجم، بأنظمة محاملها الخاصة، حيث تُستخدم محامل كروية ذات تلامس زاوي في أحد طرفي المحرك. ونظرًا لخصوصية هيكل محامل الكريات ذات التلامس الزاوي، يجب عدم عكس اتجاه تجميع المحمل، وإلا سيتعرض للتلف مباشرةً. في حال عدم تثبيت المحمل أو عدم محاذاة محوره أثناء تشغيل المحرك، فقد يتسبب ذلك في اهتزازات غير طبيعية وأصوات غريبة في المحرك.

01. مشكلة الضوضاء في المحركات الرأسية

تتميز المحركات الرأسية، وخاصةً كبيرة الحجم، بأنظمة محامل فريدة، وغالبًا ما تكون مزودة بمحامل كروية ذات تلامس زاوي في أحد طرفيها. يتميز هذا النوع من المحامل ببنية دقيقة، وقد يؤدي اختلاف اتجاه التجميع إلى تلفه مباشرةً. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي عدم تثبيت المحمل أو عدم محاذاة المحور أثناء تشغيل المحرك إلى اهتزازات وضوضاء غير طبيعية في المحرك.

► وظيفة محامل الكرات التلامسية الزاوية

محامل كروية ذات تلامس زاوي أحادي الصف مصممة لتحمل الأحمال المركبة، ويمكنها تحمل دفع كبير في اتجاه واحد. في المحركات الرأسية، يُستخدم هذا النوع من المحامل غالبًا في الطرف غير الممتد للعمود، وذلك للتعامل مع الحالات التي تتجاوز فيها القوة المحورية نطاق تحمل محمل الكرات ذي الأخدود العميق. يتوافق حجمه مع محمل الأخدود العميق أحادي الصف للمحرك المقابل، مما يُجنّب سلسلة من المشاكل المحتملة الناتجة عن إعادة تصميم الأجزاء الهيكلية.

يُستخدم محامل الكرات التلامسية الزاوية في المحركات الرأسية لحل مشكلة تحمل القوى المحورية الكبيرة وموازنة الموضع بين الدوار والثابت. في هذه التطبيقات، عادةً ما تُركّب محامل الكرات التلامسية الزاوية في أزواج لتلبية متطلبات التشغيل المختلفة. من خلال ترتيب المحامل بشكل صحيح، يمكن تطبيق قوة محورية متوازنة مع وزن دوار المحرك لضمان استقرار الموضع المحوري النسبي بين الدوار والثابت.

► تحديات التثبيت والتشغيل

أثناء تشغيل المحرك، سواءً كان تركيب محامل كروية زاوية التلامس رافعةً أو معلقة، ستواجه سلسلة من التحديات. على وجه الخصوص، قد يؤدي أي اختلال في محاذاة المحور أو اهتزازه إلى عدم استقرار التشغيل وضوضاء. بالإضافة إلى تطابق الأبعاد المحورية، بعد تشغيل المحرك، ستتوازى الخطوط المركزية المغناطيسية للجزء الثابت والدوار تلقائيًا تحت تأثير القوة الكهرومغناطيسية.

عند اختيار هيكل محمل المحرك، يُمكن اتخاذ مجموعة متنوعة من الإجراءات، مثل استخدام محامل كروية ذات تلامس زاوي للاقتران، والتحكم الفعال في إزاحة المحمل في الاتجاه المحوري، واستخدام هيكل ثلاثي المحامل لتعزيز الاستقرار، والضبط المسبق لاختلال محاذاة الجزء الثابت والدوار بشكل معقول. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه يجب التحكم في حجم اختلال المحاذاة المسبقة للجزء الثابت والدوار ضمن نطاق مناسب لتجنب الآثار السلبية. بالإضافة إلى ذلك، أثناء تخزين ونقل واختبار المحركات الرأسية، يجب التأكد من أن المحرك دائمًا في الحالة الرأسية الصحيحة لمنع تلف المحمل الناتج عن القوى الخارجية غير المناسبة.

02 مشاكل الاهتزاز في المحركات الرأسية الكبيرة

سنركز بعد ذلك على مشاكل اهتزاز محركات المضخات الرأسية الكبيرة. عادةً ما يكون دعامة الأسطوانة والارتفاع الكلي لهذه المحركات كبيرين، وسرعتها حوالي 1500 دورة في الدقيقة. تستخدم المحامل العلوية عادةً محامل منزلقة أو دوارة، إلا أن مشاكل اهتزاز المحامل المنزلقة عادةً ما تكون ناتجة عن تعديل جلبة التوجيه، ولذلك لن نناقشها في هذه المقالة. سنركز على مشاكل اهتزاز المحركات ذات المحامل الدوارة، مثل المحامل العلوية. يشمل هيكلها المحرك، ودعامة الأسطوانة، وجسم المضخة، وأنابيب الدخول والخروج.

► خصائص وتأثير الاهتزاز

سعة الاهتزاز في أعلى المحرك هي الأكبر، ومع انخفاض موضعه، يتناقص الاهتزاز تدريجيًا، مما يُظهر اتجاهًا واضحًا. عند اختبار المحرك فارغًا، أي عند توصيله بأسطوانة الدعم وليس بدوار المضخة، يعتمد تردد اهتزازه بشكل أساسي على تردد الدوران. ومع ذلك، عند توصيل المحرك بدوار المضخة، قد يكون تردد الاهتزاز 2X بشكل أساسي.

يضعف اهتزاز المحرك تدريجيًا مع انخفاض موضعه، مما يُظهر سمة اتجاهية. بعد توصيل المحرك بالمضخة، قد يتغير تردد الاهتزاز بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، قد تتأثر مشكلة اهتزاز المحرك أيضًا بعوامل عديدة، مثل الاهتزاز المفرط عند تشغيل تركيب جديد، والاهتزاز المفرط بعد استبدال المحرك أو إصلاحه، وزيادة الاهتزاز أثناء التشغيل مع استمرار الاهتزاز الواضح بعد فصل دوار المضخة.

► تحليل أسباب الاهتزاز

يمكن أن يحدث اهتزاز المحرك بسبب مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك المحرك نفسه، وأسطوانة الدعم، وجسم المضخة، وأنابيب الدخول والخروج.

► أسباب المحرك نفسه

قد ينشأ اهتزاز المحرك عن عوامل داخلية متعددة. من بينها، يُعدّ ضعف دقة الموازنة مشكلةً رئيسية، خاصةً في نظام دعم الأسطوانات مع المحرك ذي الصلابة الكلية الضعيفة، حيث قد يُسبب أي اختلال طفيف في التوازن اهتزازًا كبيرًا للمحرك. ومع ذلك، يُمكن غالبًا تقليل الاهتزاز بفعالية من خلال تقليل اختلال التوازن. بالإضافة إلى ذلك، يُعدّ التركيب غير الصحيح للمحامل، مما يؤدي إلى اهتزاز المحرك، سببًا شائعًا أيضًا. على سبيل المثال، يكون المحمل العلوي مُجهدًا، بينما يلعب المحمل السفلي دورًا داعمًا وموجهًا، ويكون الدوار في حالة تعليق، مما يُفسر سبب تلف المحمل العلوي أولًا في كثير من الأحيان. يُمكن تجنّب هذه المشاكل من خلال فحص ظروف إجهاد المحملين.

► مشاكل نظام الدعم

قد يُسبب ضعف صلابة أسطوانة الدعم مشاكل اهتزاز. عند توصيل المحرك بأسطوانة الدعم، تظهر مشكلة ضعف الصلابة الكلية تدريجيًا. لتحديد ما إذا كانت المشكلة في المحرك أم أسطوانة الدعم، يُمكن اختبار المحرك الفردي والمحرك بالإضافة إلى أسطوانة الدعم على منصة الاختبار. في الوقت نفسه، يُمكن تحسين فعالية الدعم من خلال إضافة طرق تعديل.

► تأثيرات التثبيت والرنين

قد يكون لبعض المحركات رنين هيكلي يؤثر بشكل كبير على اهتزازها. بعد الاختبارات الفعلية، وجدنا أن تردد الرنين يمكن أن يؤثر على نطاق يصل إلى ±160 دورة في الدقيقة، بل ويؤثر أحيانًا بشكل مباشر على السرعة المقدرة. في مثل هذه الحالات، من الضروري التأكد من دقة المحرك وتحسينها من خلال التجارب لتقليل الاهتزاز.

عند التعامل مع مشاكل الاهتزاز، يجب مراعاة عوامل مختلفة واتخاذ إجراءات علاجية محددة. قد تشمل هذه الإجراءات تحسين دقة الموازنة، وضمان عمودية المحرك، وضبط خلوص المحمل، وإضافة دعامة مؤقتة، وإعادة تصميم دعامة الأسطوانة. عند تطبيق إجراءات الدعم المؤقتة، يجب التأكد من أن نقطة الدعم تقع عند الطرف العلوي للمحرك، وضبط قوة الدعم بشكل مناسب لتحقيق تأثيرات ملحوظة في تقليل الاهتزازات.