لماذا يهتز مضخة الزيت هيدروليكيًا بشكل عنيف؟

لماذا يهتز مضخة الزيت هيدروليكيًا بشكل عنيف؟

الاهتزاز الشديد للضواغط الهيدروليكية في الأنظمة الهيدروليكية هو مشكلة شائعة ومعقدة في صيانة المعدات. لا يؤدي هذا الاهتزاز القوي فقط إلى إنتاج ضوضاء مزعجة، بل يسرّع أيضًا من تآكل المكونات، ويسبب فك اتصالات الأنابيب أو حتى تشققها، وفي الحالات الشديدة قد يؤدي إلى أعطال في المكونات الهيدروليكية، مما يؤثر على السلامة والإنتاجية. إن اهتزاز المضخة ليس أمرًا نادر الحدوث في مواقع الإنشاءات، ولا ينبغي التقليل من شأن أضراره. لذلك، فإن فهم أسباب الاهتزاز الشديد للمضخات وتشخيص الأعطال بشكل فوري أمر بالغ الأهمية بالنسبة لهندسة الأنظمة الهيدروليكية وفنيي صيانة المعدات. فيما يلي، سنقوم بتحليل أسباب الاهتزاز الشديد من منظور المبادئ التقنية، مقترنًا بالتطبيقات العملية لكل من المضخات المسننة، والمضخات ذات الرفارف، والمضخات البستونية.

 

 

• تسرب الهواء وظاهرة التجويف

 

عندما يختلط الهواء بنظام هيدروليكي، تقل قابلية انضغاط زيت الهيدروليك، ما يؤدي غالبًا إلى حدوث ظاهرة التجويف (Cavitation) وحدوث اهتزازات شديدة غير منتظمة أثناء تشغيل المضخة الهيدروليكية. تشير ظاهرة التجويف إلى الانهيار السريع للفقاعات التي تتشكل في الزيت عند دخولها منطقة ضغط عالٍ، مما يولّد صدمات موضعية. لا تؤدي هذه الظاهرة فقط إلى إصدار المضخة أصواتًا حادة، بل تتسبب أيضًا في تآكل الأسطح المعدنية وتترك حفرًا تشبه الإسفنج، مما يزيد من اهتزاز المعدات وتلفها. تشمل طرق تسرب الهواء: وجود تسرب في خط شفط الزيت، أو انخفاض مستوى الزيت في خزان الزيت الهيدروليكي، أو عدم غمر نهاية أنبوب العودة تحت سطح الزيت، أو ضعف إحكام إغلاق جسم المضخة. وعندما تكون استوية جسم المضخة ذات التروس والغطاء النهائي غير كافية، أو عند تقادم الختم الزيتي، يتم سحب الهواء أثناء التشغيل. أما مضخات الشفاط (Vane pumps)، نظرًا لقدرتها على السحب الذاتي الأضعف مقارنةً بمضخات التروس (وخاصة مضخات الشفاط صغيرة السعة)، فتتطلب اهتمامًا خاصًا لضمان سلاسة شفط الزيت وسلامة الإغلاق. كما أن مضخات المكبس (Piston pumps) تخشى أيضًا دخول الهواء من جانب الشفط في ظل ظروف تشغيل عالية الطلب؛ وبمجرد اختلاط الهواء الذي يؤدي إلى انقطاع إمداد الوقود، فقد يحدث صدم واهتزاز شديد ناتج عن التجويف. لذلك، فإن الحفاظ على إحكام الإغلاق الجيد ومستوى الزيت الصحيح في النظام الهيدروليكي أمر بالغ الأهمية. وإذا اشتبه في حدوث ظاهرة التجويف، يمكن التحقق منها من خلال الصوت ومقياس الضغط: فإذا كان مؤشر مقياس الضغط يهتز بشكل عنيف وغير منتظم مصحوبًا بصوت "صخري" (sandy)، فغالبًا ما يدل ذلك على تجويف ناتج عن شفط زيت غير كافٍ، ويجب فورًا التحقق من مدخل الشفط الخاص بالمضخة والفلتر من حيث الانسداد أو تسرب الهواء.

 

• صعوبة في امتصاص الزيت وظروف عمل غير مناسبة.

 

يمكن أن تؤدي الظروف التشغيلية غير السليمة للضواغط الهيدروليكية أيضًا إلى اهتزاز شديد، وينشأ هذا عادةً في حالتين: إما ألا يتمكن الضاغط من سحب كمية كافية من الزيت، أو أن يعمل بحمل زائد. عندما تكون سرعة الضاغط الهيدروليكي مرتفعة جدًا، فقد لا تتمكن عملية شفط الزيت من مجاراة وتيرة تصريف الزيت، مما يؤدي إلى نقص في شفط الزيت، ويسبب خلقيًا فراغًا جزئيًا عند مدخل الضاغط يصاحبه تقلبات في الضغط، ما يؤدي في النهاية إلى اهتزاز شديد في الضاغط. وببساطة، إذا دار الضاغط بسرعة كبيرة لكنه لا يستطيع تزويد الزيت بشكل كافٍ، فإنه يعمل في حالة دوران فارغ ويسبب اهتزازًا. وينطبق هذا بشكل خاص على ضواغط التروس: أثناء التشغيل بسرعة عالية، إذا لم يتم شفط الزيت في الوقت المناسب، فإن غرفة الختم بين أسنان الترس ستتعرض مرارًا وتكرارًا لارتفاع سريع في الضغط وفراغ مفاجئ، ما يؤدي إلى اهتزاز وضجيج قويين. ولذلك، تُحفَر عادةً قنوات تفريغ على هيكل ضواغط التروس لتخفيف التأثير الناتج عن احتجاز زيت التروس. أما الحالة الأخرى فهي تشغيل النظام الهيدروليكي بحمل زائد، حيث يعمل الضاغط لفترات طويلة تتجاوز الضغط أو معدل التدفق المحدد في التصميم، ما يؤدي إلى إجهاد غير طبيعي للمكونات الداخلية ويسبب اهتزازًا عامًا للجهاز. وعندما يتغير عمود المكبس بسرعة تحت ضغط وتدفق عالٍ، إذا لم تستطع أداءية الشفط اللحاق بالوتيرة، فسوف يحدث أيضًا انفصال مؤقت لعمود السائل (liquid column separation)، ما يؤدي إلى اهتزاز صدمي شديد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤثر التغيرات في درجة حرارة وвязكوزية الزيت الهيدروليكي على أداء شفط الزيت: فالвязكوزية العالية للزيت في درجات الحرارة المنخفضة يمكن أن تزيد من مقاومة شفط الزيت، ما يجعل من الصعب على الضاغط سحب كمية كافية من الزيت في الوقت المناسب؛ وإذا كان الزيت رقيقًا جدًا في درجات الحرارة المرتفعة، فقد يؤدي ذلك إلى تبخره (تبخر مبكر للزيت). وكل هذه العوامل تجعل من الصعب على الضاغط امتصاص الزيت وتؤدي إلى حدوث اهتزاز. وفي التطبيقات الهندسية، ينبغي تجنب تشغيل الضواغط لفترات طويلة تتجاوز السرعة أو الحمولة المحددة لها. وإذا لزم الأمر، يمكن تقليل السرعة أو تحويل تدفق الزيت، مع التأكد من أن درجة حرارة الزيت الهيدروليكي مناسبة. وفي أنظمة ضواغط الشفرات وضواغط المكابس، تُركَّب أحيانًا مضخات تغذية مساعدة أو وعاء تثبيت (Accumulators) لضمان تلبية متطلبات شفط الزيت للضاغط أثناء التشغيل عالي التردد ومنع الاهتزاز الناتج عن نقص تدفق الزيت.

 

• عوامل لزوجة الزيت والتلوث.

 

يمكن أن تؤدي اللزوجة الزائدة أو غير الكافية للزيت الهيدروليكي إلى اهتزاز غير طبيعي في تشغيل المضخة الهيدروليكية. عندما تكون اللزوجة عالية جدًا (مثل البدء في درجات حرارة منخفضة أو استخدام زيت بدرجة لزوجة عالية)، فإن مقاومة تدفق الزيت تزداد، ويصبح شفط المدخل الخاص بالمضخة غير سلس، مما قد يؤدي إلى حدوث فراغ موضعي يسبب تشكل تجاويف واهتزاز. على العكس، فإن انخفاض اللزوجة (مثل ارتفاع درجة حرارة الزيت أو استخدام زيت رقيق جدًا) يمكن أن يؤدي إلى تقلص فيلم التزييت، وزيادة الاحتكاك الداخلي في المضخة، وتدهور تزييت المكونات، ما يسبب البلى والاهتزاز غير الطبيعي. لذلك، ينبغي اختيار زيت هيدروليكي بلزوجة مناسبة وفقًا للبيئة التشغيلية للمعدات، وضمان أن تكون درجة حرارة النظام ضمن النطاق الطبيعي. بالإضافة إلى ذلك، فإن نظافة الزيت تُعد أمرًا حاسمًا لتشغيل المضخة بسلاسة. يمكن أن تؤدي الشوائب إلى تفاقم تآكل المضخة، وقد تؤدي حتى إلى انسداد الأجزاء المتحركة، مما ينتج عنه اهتزاز وضجيج. فمسافة التداخل الدقيقة في مضخة الريش صغيرة جدًا، ما يجعلها شديدة الحساسية لتلوث الزيت؛ وبمجرد أن تجعل الشوائب حركة الريش غير فعّالة، سيؤدي ذلك إلى ضغط خرج غير مستقر في المضخة وحدوث اهتزاز. وإذا اختلطت جزيئات مثل رِقَاق الحديد في المضخة المسننة، فقد تتسبب في خدوش على سطح الأسنان، وتآكل غير مركزي للتروس، وإنتاج ضجيج واهتزاز أثناء التشغيل يشبه عضّ الأسنان. أما مضخة السلكان (الكبس) فهي الأكثر تطلبًا بالنسبة لنظافة الزيت، حيث إن الجسيمات الصغيرة جدًا يمكن أن تسرّع تآكل السلكان وفتحة الأسطوانة، مما يؤدي إلى تذبذب في الضغط وعيوب اهتزازية. ويمكن تقليل هذه المخاطر بشكل كبير من خلال الحفاظ على نظافة الزيت الهيدروليكي. ويُعد استبدال عناصر الفلاتر بشكل دوري ومراقبة جودة الزيت لمنع تدهور لزوجته أو زيادة تلوثه أولويات يومية لموظفي صيانة المعدات.

 

• التركيب الميكانيكي والقضايا الهيكلية:  

 

يمكن أن تؤدي عملية تركيب المضخات الهيدروليكية والعوامل الهيكلية الداخلية أيضًا إلى اهتزاز شديد. أولاً، التركيب غير السليم. إذا لم يتم محاذاة عمود المحرك الخاص بالمضخة الهيدروليكية مع محور المحرك، أو تم تركيب الوصلة بشكل غير مناسب، فسوف تتولد إجهادات ميكانيكية إضافية وقوة لا مركزية أثناء تشغيل المضخة، مما يؤدي إلى اهتزاز شديد في هيكل المضخة. وقد أظهرت العديد من الحالات الميدانية أن عدم المحاذاة الطفيف للمحور يمكن أن يتسبب في ارتداد المضخة أثناء الدوران بسرعة عالية، ما يؤدي إلى تلف مبكر للختم وارتداء المحامل. وعند التركيب الصحيح، يجب استخدام وصلة لمحاذاة المحور وتثبيت دعامة المضخة. وإذا لزم الأمر، يُضاف وسائد عازلة للهزة. ثانيًا، قد يكون تصنيع المكونات الداخلية للمضخة أو تآكلها هو السبب الجذري للاهتزاز. على سبيل المثال، المضخات ذات التروس التي تعاني من دقة ضعيفة في التروس، أو فجوة صغيرة بين الأسنان، أو تآكل في المحامل، يمكن أن تخل بالتوازن أثناء التشغيل وتنتج اهتزازًا وضجيجًا كبيرين. كما أن مضخة التروس نفسها تعاني من عيب جوهري وهو القوة غير المتزنة شعاعيًا، والتي يمكن أن تولد أحمالًا متغيرة على المحامل والهيكل الخارجي، وتصبح أكثر عرضة للاهتزاز عند التصميم والتجميع غير السليمين. وإذا كان هناك تآكل موضعي على السطح الداخلي للثابت أو نقص في مرونة الشفرات في مضخة الشفاط، فقد يؤدي ذلك أيضًا إلى قوى غير متوازنة على الشفرات، ما يسبب اهتزازًا أثناء الدوران. أما مضخة السدادل فتحتوي على مكونات متعددة تتحرك ذهابًا وإيابًا بسرعة عالية، فإذا كانت هناك سدادل فردية أو أحذية انزلاقية مهترئة أو فضفاضة، فقد يحدث تأثير وموجات تدفق، يتجلى في هيئة اهتزاز عام. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي البراغي الفضفاضة التي تثبت المضخة والأنابيب، أو نقص صلابة الدعامات الأساسية، إلى تضخيم الاهتزازات البسيطة أثناء التشغيل العادي، ما يؤدي إلى ظهور اهتزاز "شديد" واضح للعين المجردة. لذلك، ينبغي أثناء صيانة المعدات فحص حالة الوصلات، والمثبتات، والأجزاء الداخلية للمضخة، واستبدال أو تصحيح أي مكونات معيبة على الفور.

 

اقتراح المهندس

بخصوص مشكلة الاهتزاز الشديد في المضخات الهيدروليكية، يقدم المهندسون الاقتراحات التالية كمرجع:

 

التحقق في الوقت المناسب من تشكل التجويف وتسرب الهواء: في حالة وجود ضوضاء غير طبيعية أو تقلبات شديدة في مؤشر مقياس الضغط، يجب أولاً التحقق مما إذا كان عنصر فلتر السحب مسدودًا، وما إذا كان ختم وصلة أنبوب السحب سليمًا، وما إذا كان مستوى الزيت في الخزان منخفضًا، وما إذا كان أنبوب العودة مغمورًا تحت مستوى الزيت. ويمكن القضاء على مخاطر دخول الهواء بشكل فعال لتقليل اهتزاز المضخة الهيدروليكية. عند الضرورة، قم بزيادة ضغط تعبئة الزيت الكافي عند مدخل المضخة (مثل تركيب مضخة تغذية إضافية أو رفع ارتفاع خزان الوقود) لمنع حدوث التجويف.

 

التحكم المعقول في معايير التشغيل: الالتزام بمواصفات السرعة المقدرة والضغط الخاصة بالمضخة الهيدروليكية، وتجنب التشغيل طويل الأمد بسرعة زائدة أو تحميل زائد. بالنسبة للمضخات ذات قدرة شفط ذاتي محدودة مثل مضخات التروس، يجب تشغيل الجهاز على هيئته الخاملة في درجات الحرارة المنخفضة للتسخين المسبق لتقليل لزوجة الزيت قبل التشغيل بالحمل الكامل، وذلك لمنع الاهتزاز الناتج عن صعوبة شفط الزيت. وفي الأنظمة التي تحتوي على عدة مضخات، يمكن النظر في استخدام مُجمّع متوازٍ لاستقرار تذبذب الضغط وتقليل تأثير الحركة السريعة على المضخة.

 

اختر الزيت المناسب وقم بالصيانة بانتظام: اختر زيت الهيدروليك بدرجة لزوجة مناسبة وفقًا لدرجة حرارة البيئة لتجنب أن يكون الزيت شديد اللزوجة أو رقيقًا جدًا، مما قد يؤثر على شفط المضخة وتشحيمها. قم باستبدال الزيت أو تصفية بشكل دوري للحفاظ على نظافته. وخصوصًا في المعدات التي تستخدم مضخات الشفرات والمضخات المكبسية، يجب تنفيذ خطة تصفية واستبدال الزيت بدقة لمنع دخول الشوائب التي قد تسبب أعطالًا في الاهتزاز.

 

تحقق من تركيب وحالة الأجزاء: تأكد من أن عمود المضخة الهيدروليكية والمحرك محاذيان بشكل جيد، وأن تركيب الوصلة يفي بالمتطلبات، وقم بتشديد صواميل تثبيت المضخة ودعامات الأنابيب بشكل دوري. إذا تم اكتشاف تآكل غير طبيعي أو أجزاء فضفاضة داخل المضخة، يجب إصلاحها أو استبدالها في الوقت المناسب. بالنسبة للمضخات ذات التروس، يمكن فحص تآكل التروس والمحامل؛ تحقق من مدى تناسب الشفرة والأسطوانة بشكل صحيح في مضخة الشفرة المنزلقة؛ أما بالنسبة لمضخات المكبس، يجب الانتباه إلى تآكل المكبس والأحذية المنزلقة واللوحة المائلة. يجب إجراء تشخيص أعطال المعدات خطوة بخطوة من الخارج إلى الداخل، ومن السهل إلى الصعب، للكشف المبكر عن المشكلات ومنع حدوثها.

 

 

من التحليل أعلاه، يتضح أن "سبب اهتزاز المضخات الهيدروليكية بعنف" ليس لغزاً لا يمكن حله. إن ظاهرة التكهف، وصعوبة امتصاص الزيت، والظروف التشغيلية غير المناسبة، ومشاكل الزيت، وعوامل التركيب الميكانيكي هي أسباب شائعة. بالنسبة للممارسين في مجال الهيدروليكا، فإن إتقان هذه المبادئ واتخاذ تدابير وقائية أمر ضروري للحد من ضوضاء واهتزاز مضخات التروس بشكل فعال، وتمديد عمر المعدات، وضمان تشغيل الأنظمة الهيدروليكية بثبات وكفاءة. وعند حدوث اهتزاز غير طبيعي في المضخة الهيدروليكية، يُنصح بمراجعة النقاط المذكورة أعلاه لتشخيص أعطال المعدات. ونحن على يقين من أن ذلك سيساعدكم في تحديد السبب بسرعة، واختيار العلاج المناسب، وحل المشكلة.