تشغيل الدوار

تشغيل الدوار

الدوّار هو جسم دوّار مدعوم بمحامل، ويُعدّ المكوّن الدوّار الأساسي في آلات الطاقة والآلات التشغيلية. ويمكن اعتبار الأجسام التي لا تحتوي على عمود دوّار خاص بها دوّارات أيضًا بعد توصيلها بشكل ثابت أو تزويدها بعمود إضافي. في المعدات الثقيلة، مثل المولدات التوربينية والتوربينات الغازية والضواغط التوربينية، يضطلع الدوّار، بوصفه المكوّن الدوّار الأساسي عالي السرعة، بمهام بالغة الأهمية تتمثل في تحويل الطاقة ونقلها. وتؤثر جودة تصنيعه بشكل مباشر على استقرار تشغيل المعدات وكفاءة إنتاج الطاقة وعمرها الافتراضي. تُصنع دوارّات التشكيل الثقيلة في الغالب باستخدام سبائك فولاذية عالية القوة من خلال التشكيل المتكامل، مما يجعلها مناسبة لظروف التشغيل القاسية التي تشمل درجات حرارة وضغوط وسرعات عالية. وهي مكونات أساسية تضمن التشغيل الموثوق طويل الأمد للمعدات الثقيلة.

يُعد اختيار المواد وتشكيل القوالب الخام من المتطلبات الأساسية لتصنيع دوارات التوربينات الثقيلة، إذ يتطلب ذلك توازنًا بين القوة العالية والمتانة العالية ومقاومة الإجهاد. تشمل المواد الشائعة المستخدمة في تشكيل دوارات التوربينات سبائك الصلب عالية القوة مثل 30CrNiMoV و26Cr2Ni4MoV. بعد التشكيل والمعالجة الحرارية، تُظهر هذه المواد خصائص ميكانيكية شاملة ممتازة، مما يُمكّنها من تحمّل قوى الطرد المركزي الهائلة والتأثيرات الاهتزازية أثناء الدوران عالي السرعة. تُحضّر القوالب الخام باستخدام عمليات التشكيل بالقوالب المتكاملة، حيث تُشكّل السبائك على الساخن باستخدام مكابس هيدروليكية. تُفكّك هذه العملية بنية المعدن المصبوب، وتُحسّن حجم الحبيبات، وتُعزّز كثافة التشكيل وتجانس البنية، وتُزيل في الوقت نفسه العيوب الداخلية مثل المسامية وتجاويف الانكماش، مما يُرسي أساسًا هيكليًا متينًا لعمليات التشغيل اللاحقة والتشغيل طويل الأمد للمعدات.

تُعدّ عملية تشكيل دوارات التوربينات الثقيلة عملية معقدة وتتطلب دقة فائقة، وتتبع عمومًا التسلسل القياسي التالي: المعالجة الأولية للقطعة الخام - التشغيل الخشن - التشطيب شبه النهائي - المعالجة الحرارية - التشطيب النهائي - الاختبار غير المتلف. في مرحلة المعالجة الأولية للقطعة الخام، تخضع القطعة لعملية التطبيع لتخفيف إجهادات التشكيل، وتجانس البنية المجهرية، وتقليل خطر التشوه أثناء عمليات التشغيل اللاحقة. يركز التشغيل الخشن على إزالة كمية كبيرة من المادة وتشكيلها مبدئيًا، باستخدام مخارط التحكم الرقمي الحاسوبي كبيرة وآلات حفر وتفريز أرضية لإنشاء الشكل الأساسي للدوار، بما في ذلك الأجزاء الرئيسية مثل المحور، والشفة، وأخاديد الشفرات، مع ترك هامش مناسب للتشغيل لمراعاة التشوه أثناء المعالجة الحرارية اللاحقة.

تُعدّ المعالجة الحرارية عمليةً بالغة الأهمية لتحسين أداء مشغولات دوارات التوربينات الثقيلة، وتتطلب عمليات مركبة متعددة المراحل مصممة خصيصًا للمادة وظروف التشغيل. تخضع مشغولات دوارات التوربينات عادةً لعمليتي التبريد والتطبيع. توفر هذه العملية المُدمجة للمُشغول توازنًا جيدًا بين القوة والمتانة، ما يُلبي متطلبات تحمل الأحمال أثناء الدوران بسرعات عالية. بالنسبة للمناطق الحساسة من الدوار، تُعدّ المعالجات السطحية مثل الكربنة أو النتردة ضروريةً أيضًا لزيادة صلابة السطح ومقاومة التآكل مع الحفاظ على متانة القلب، ومقاومة التآكل والتلف الناتج عن الإجهاد. بعد المعالجة الحرارية، تُجرى معالجة التقسية لتخفيف الإجهادات الداخلية، ما يضمن استقرار أبعاد الدوار ويمنع تشوهه أثناء عمليات التشغيل أو التصنيع اللاحقة.

تُعدّ عملية التشطيب المرحلة الأساسية لضمان دقة دوارات التوربينات الثقيلة، وذلك بالاعتماد على معدات التحكم الرقمي الحاسوبي عالية الدقة وتقنيات قياس دقيقة. تُستخدم آلات التجليخ الأسطوانية الكبيرة التحكم الرقمي الحاسوبي وآلات تجليخ عمود المرفق لتجليخ المناطق الرئيسية مثل محور الدوار وأسطح التوصيل، مع التحكم في التفاوتات البُعدية ضمن نطاق ±0.005 مم، مع ضمان مطابقة التفاوتات الهندسية، مثل المحورية والاستدارة، للمعايير لتجنب الاهتزازات اللامركزية أثناء الدوران عالي السرعة. أما بالنسبة للهياكل المعقدة مثل أخاديد شفرات الدوار ومجاري المفاتيح، فتُستخدم مراكز تشغيل خماسية المحاور للطحن الدقيق، مما يضمن دقة الأبعاد ودقة التجميع لتلبية متطلبات تركيب الشفرات ومكونات التوصيل.

يُعدّ الاختبار غير المتلف ومراقبة الجودة جزءًا لا يتجزأ من عملية التصنيع بأكملها، حيث يُمثلان ضمانات أساسية للفحص النهائي المُؤهل لقطع دوارات التوربينات الثقيلة. تُستخدم طرق مثل الاختبار بالموجات فوق الصوتية، واختبار الجسيمات المغناطيسية، واختبار الاختراق أثناء التصنيع لفحص شامل للكشف عن الشقوق الداخلية، والشوائب، والعيوب الميكروية، وتلف السطح في القطع. كما تُستخدم معدات دقيقة مثل آلات قياس الإحداثيات (آلة قياس الإحداثيات) وأجهزة اختبار الاستدارة لإجراء فحص شامل لأبعاد التصنيع والتفاوتات الهندسية، مما يضمن الامتثال لمعايير التصميم. علاوة على ذلك، تُعدّ اختبارات التوازن الديناميكي ضرورية للمنتجات عالية الأداء مثل دوارات مولدات التوربينات. تعمل هذه الاختبارات على إزالة الكتلة اللامركزية عن طريق ضبط الأثقال الموازنة، مما يمنع الأعطال الميكانيكية الناتجة عن الرنين أثناء التشغيل بسرعات عالية، ويضمن سلامة تشغيل المعدات. مع تطور المعدات الثقيلة نحو أحجام أكبر وكفاءة أعلى، يتطور تصنيع قطع الدوارات نحو دقة أعلى، وذكاء أكبر، وتصنيع صديق للبيئة، مما يوفر مكونات أساسية أكثر موثوقية لقطاعات الطاقة والكهرباء وغيرها.