ما الذي يسبب اضطراب الاهتزاز والضوضاء؟

في الإنتاج، نلاحظ أحيانًا أن صمامات التنظيم وصمامات التنفيس وغيرها من الصمامات تُصدر اهتزازات وضوضاء شديدة. في الواقع، يؤدي توليد الاهتزازات والضوضاء في آنٍ واحد إلى تآكل شديد في قلب الصمام ومقعده، مما ينتج عنه تشققات طحن متسلسلة، وأخاديد عميقة، وحفر، أو حتى كسر في ساق الصمام. يؤثر استخدام هذه الصمامات بشكل خطير على أدائها، ويقلل من عمرها الافتراضي. يمكن تقسيم اهتزازات وضوضاء صمامات التنظيم، وفقًا للعوامل المُسببة لها، إلى اهتزازات ميكانيكية، وتجويف، واهتزازات ناتجة عن تيارات دوامية، وغيرها من الأسباب. تحدث اهتزازات التجويف عادةً داخل صمامات التنظيم في الوسائط السائلة. والسبب الرئيسي للتجويف هو تسارع السائل وانخفاض الضغط الساكن داخل صمام التنظيم. كلما قل فرق الضغط قبل وبعد فتح الصمام، زادت سرعة التدفق، وزاد احتمال حدوث التجويف، وكلما قل انخفاض الضغط، قلّ تدفق السائل. أما الاهتزازات الميكانيكية، فيمكن تقسيمها، وفقًا لشكلها، إلى حالتين. تُعدّ حالة تنظيم الاهتزاز الكلي، وتحديدًا اهتزاز منظم الأنابيب أو ارتعاشه المتكرر، سببها الاهتزاز العنيف في خط الأنابيب أو قاعدته. ويرتبط هذا الاهتزاز أيضًا بالتردد، فعندما يتساوى تردد النظام الخارجي مع تردده الطبيعي أو يقترب منه، تصل طاقة الاهتزاز القسري إلى أقصى حد، مما يُحدث رنينًا. أما حالة اهتزاز صمام المنظم، فسببها الرئيسي هو الزيادة السريعة في سرعة السائل، والتغير الحاد في فرق السرعة بين الصمام والمنظم، مما يُسبب تذبذبًا شديدًا. يحدث اهتزاز دوامي للسائل داخل صمام الخانق نتيجة الاحتكاك والمقاومة والاضطرابات المختلفة، مما يُنتج حتمًا تدفقات دوامية متنوعة، مثل اصطدام السائل بالساق، وتدفقه عبر الفجوات، وانعطافه عند الزوايا، وتدفقه الجانبي، وتفاعله مع الأسطوانة، مما يُسبب اهتزازًا ناتجًا عن الصوت. عندما يقترن تردد اهتزاز الهواء بالتردد الطبيعي لاهتزاز المكونات الميكانيكية، أو بتذبذب عمود الموجة الصوتية المستقرة العرضية والطولية للأنبوب، أو بالتأثير الديناميكي، أو ضغط الغاز الديناميكي، أو غيرها من اقترانات موجات ضغط التدفق غير المستقرة، يزداد الاهتزاز والضوضاء. إذا تدفق السائل عبر صمام التحكم، فقد تتشكل فقاعات من خليط الغاز والسائل، مما يؤدي إلى تقليل ضوضاء السائل ثنائي الطور وتمدده. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي عدم توفر الصمام إلى إطلاق طاقة هائلة وانفجار الفقاعات، مما قد ينتج عنه ضوضاء تصل إلى 10000 هرتز، وكلما زادت الفقاعات الهوائية، زادت حدة الضوضاء. يجب تجنب التكهف في المقام الأول عند التعامل مع الاهتزاز والضوضاء. عندما يكون فتح الصمام صغيرًا جدًا، تزداد سرعة دخول الخنق، وينخفض ​​الضغط بسرعة، مما يسهل تشكل الوميض وتآكل الهواء أثناء تدفق السائل عبر الصمام. يجب عدم إهمال التكهف الناتج عن فتح الصمامات الصغيرة في محطات القياس والأجهزة (انقر هنا). يُوصى باعتماد التوزيع الثاني لانخفاض الضغط متعدد المراحل. وللوقاية من حدوث التكهف، فإن الطريقة الأكثر فعالية هي جعل انخفاض ضغط الصمام أقل من الحد الأدنى لفرق الضغط الذي يحدث عنده التكهف في جميع المستويات، حيث يكون الضغط الحرج ضعيفًا. عندما يكون فرق الضغط الذي يتحمله صمام التحكم أكبر بكثير من فرق الضغط الحرج، يمكن استخدام بنية تخفيف الضغط متعدد المراحل. في تصميم صمام الخنق متعدد المراحل، يتم التحكم في الخنق بناءً على فرق الضغط لجعل كل مستوى أقل من فرق الضغط المسموح به، بحيث يكون كل مستوى مسؤولاً عن جزء من استهلاك الطاقة، مما يجعل ضغط المستوى التالي منخفضًا نسبيًا، ويقلل من مستوى فرق الضغط، ويقلل من استعادة الضغط، مما يقلل من سرعة موضع الخنق، ويتجنب حدوث التكهف ويقلل من تأثيره. بالطبع، إذا كانت ظروف تشغيل النظام غير مواتية في بنية تخفيف الضغط متعدد المراحل، فيمكن اعتماد بنية غلاف الخنق. في النهاية، يجب التخطيط لتقنية قيادة معقولة. يُعدّ محرك عملية التصنيع بالغ الأهمية لاستخدام صمام التنظيم، خاصةً عند ضغط تشغيل عالٍ وفرق ضغط منخفض قبل وبعد صمام التنظيم. ونظرًا للاهتزاز الميكانيكي، يجب أولًا اختيار الأجزاء المناسبة. فإذا كان قرص الصمام يشهد تغيرات سريعة بين الضغط العالي والمنخفض، وكان مُحدد موضع الصمام عالي الحساسية، فإن أي تغير طفيف في خرج المُنظم أو انحرافه سيؤدي إلى تحويل إشارة الخرج إلى إشارة كبيرة جدًا، مما يتسبب في تذبذب الصمام. أما إذا كانت قوة الاحتكاك في المُنظم صغيرة جدًا، فإن أي تغير طفيف في إشارة الدخل أو انحرافها سينتقل مباشرةً إلى القرص، مما يُسبب اهتزازه. في المقابل، إذا كانت قوة الاحتكاك في المُنظم كبيرة جدًا، فإن تأثير الإشارة الصغيرة على الإشارة الكبيرة سيؤدي إلى حركة مفرطة، مما يُسبب تذبذبًا هستيريًا في المُنظم. في هذه الحالة، يجب تقليل قوة المُنظم عن طريق معالجة الجزء المُناسب من التخميد، مثل استبدال الحشوة، وما إلى ذلك. كما يجب الانتباه إلى وصلة ساق الصمام الثانية. أثناء التشغيل العادي للوحدة، يمر بخار عالي الحرارة والضغط باستمرار عبر قلب صمام البوابة عالي الضغط، مما يُسبب عزم دوران بين قلب الصمام وساقه. يؤدي ذلك إلى انزلاق دبوس القص، واهتزاز المحمل، وتأثر الدبوس الأسطواني بشدة، حتى يصل الأمر إلى الكسر وسقوط ساق صمام البوابة، مما يُهدد سلامته. في حال إجراء إصلاح غير صحيح، قد يُسبب ذلك مشكلة خطيرة. لذا، يجب تركيب صمام التحكم بعيدًا عن مصدر الاهتزاز، وفي حال حدوث ذلك، يجب اتخاذ تدابير وقائية. بالنسبة للتيارات الدوامية، يُنصح باستخدام فواصل مناسبة، وتعديلات بسيطة. عند تدفق السائل عبر فتحة صغيرة مع غلاف فاصل مناسب أو مسار غير مباشر آخر، يُمكن الحصول على حجم تدفق نفاث أصغر، وبالتالي تقليل حجم التيار الدوامي، وتقليل كفاءة تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة صوتية، مما يُقلل الاهتزاز والضوضاء بشكل فعال.