ब्लेड अनुनाद को समझना

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Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

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Optical Sensor (Laser Tachometer)

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Magnetic Stand Insize-60-kgf

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Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

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परिभाषा: ब्लेड अनुनाद क्या है?

ब्लेड अनुनाद एक है गूंज ऐसी स्थिति जिसमें पंखे, कंप्रेसर, टर्बाइन या पंप के ब्लेड या पंख अपने किसी एक बिंदु पर कंपन करते हैं। प्राकृतिक आवृत्तियों वायुगतिकीय बलों, यांत्रिक कंपन, या विद्युत चुम्बकीय प्रभावों से उत्पन्न उत्तेजना की प्रतिक्रिया में। जब उत्तेजना आवृत्ति ब्लेड की प्राकृतिक आवृत्ति से मेल खाती है, तो ब्लेड नाटकीय रूप से प्रवर्धित दोलन से गुजरता है, जिससे उच्च प्रत्यावर्ती प्रतिबल उत्पन्न होते हैं जो उच्च-चक्र की ओर ले जा सकते हैं। थकान दरारें और अंततः ब्लेड विफलता.

ब्लेड अनुनाद विशेष रूप से खतरनाक होता है क्योंकि मानक बेयरिंग हाउसिंग कंपन मापों के माध्यम से व्यक्तिगत ब्लेड कंपन का पता नहीं लगाया जा सकता है, फिर भी ब्लेड स्वयं विनाशकारी तनाव स्तरों का अनुभव करता है। यह टर्बोमशीनरी में एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन विचारणीय बिंदु है और औद्योगिक पंखों में भी हो सकता है यदि परिचालन स्थितियाँ डिज़ाइन के उद्देश्य से बदल जाती हैं।.

ब्लेड प्राकृतिक आवृत्तियों

मौलिक मोड

प्रत्येक ब्लेड में कई कंपन मोड होते हैं:

पहला झुकने वाला मोड

• सरल ब्रैकट झुकाव (ब्लेड टिप विस्थापन)
• सबसे कम प्राकृतिक आवृत्ति
• सबसे आसानी से उत्तेजित होने वाले
• विशिष्ट सीमा: ब्लेड के आकार और कठोरता के आधार पर 100-2000 हर्ट्ज

दूसरा झुकने मोड

• नोड बिंदु के साथ एस-वक्र झुकना
• उच्च आवृत्ति (आमतौर पर 3-5× प्रथम मोड)
• कम उत्साहित लेकिन संभव

टॉर्सनल मोड

• ब्लेड अपनी धुरी पर घूम रहा है
• आवृत्ति ब्लेड ज्यामिति और माउंटिंग पर निर्भर करती है
• अस्थिर वायुगतिकीय बलों द्वारा उत्तेजित किया जा सकता है

ब्लेड की प्राकृतिक आवृत्ति को प्रभावित करने वाले कारक

• ब्लेड की लंबाई: लंबे ब्लेड की आवृत्ति कम होती है
• मोटाई: मोटे ब्लेड, कठोर, उच्च आवृत्तियाँ
• सामग्री: कठोरता और घनत्व आवृत्ति को प्रभावित करते हैं
• माउंटिंग: अनुलग्नक कठोरता सीमा स्थितियों को प्रभावित करती है
• केन्द्रापसारक कठोरता: उच्च गति पर, केन्द्रापसारक बल स्पष्ट कठोरता को बढ़ाते हैं

उत्तेजना स्रोत

वायुगतिकीय उत्तेजना

अपस्ट्रीम गड़बड़ी

• ऊपर की ओर समर्थन स्ट्रट्स या गाइड वेन वेक बनाते हैं
• गड़बड़ी की संख्या × रोटर गति = उत्तेजना आवृत्ति
• यदि ब्लेड आवृत्ति से मेल खाता है → अनुनाद

प्रवाह अशांति

• अस्थिर प्रवाह यादृच्छिक उत्तेजना पैदा करता है
• यदि ऊर्जा सही आवृत्ति पर हो तो ब्लेड मोड को उत्तेजित कर सकते हैं
• ऑफ-डिज़ाइन ऑपरेशन में आम

ध्वनिक अनुनाद

• डक्टवर्क में अप्रगामी तरंगें
• ध्वनिक दबाव स्पंदन ब्लेड को उत्तेजित करते हैं
• ध्वनिक और संरचनात्मक मोड के बीच युग्मन

यांत्रिक उत्तेजना

• Rotor असंतुलित होना ब्लेडों तक 1× कंपन संचारित करना
• मिसलिग्न्मेंट 2× उत्तेजना पैदा करना
• उच्च आवृत्ति कंपन संचारित करने वाले बेयरिंग दोष
• ब्लेडों से जुड़ी नींव या आवरण कंपन

विद्युतचुंबकीय उत्तेजना (मोटर चालित पंखे)

• मोटर से 2× लाइन आवृत्ति
• ध्रुव पार आवृत्ति
• यदि ये आवृत्तियाँ ब्लेड की प्राकृतिक आवृत्ति के निकट हों तो अनुनाद संभव है

लक्षण और पहचान

कंपन विशेषताएँ

• उच्च आवृत्ति घटक: ब्लेड की प्राकृतिक आवृत्ति पर (अक्सर 200-2000 हर्ट्ज)
• गति पर निर्भर: केवल विशिष्ट परिचालन गति पर ही दिखाई देता है
• गंभीर नहीं हो सकता: असर माप पर (ब्लेड कंपन स्थानीयकृत)
• दिशात्मक: विशिष्ट माप दिशाओं में अधिक मजबूत हो सकता है

ध्वनिक संकेतक

• अनुनाद आवृत्ति पर ऊँची आवाज़ में कराहना या सीटी बजाना
• सामान्य ऑपरेशन से अलग टोनल शोर
• केवल विशिष्ट गति या प्रवाह स्थितियों पर मौजूद
• मध्यम कंपन के साथ भी ज़ोर बहुत तीव्र हो सकता है

भौतिक साक्ष्य

• दृश्यमान ब्लेड गति: व्यक्तिगत ब्लेड का फड़फड़ाना या कंपन
• थकान दरारें: ब्लेड जड़ों या तनाव बिंदुओं पर दरारें
• चिंता: ब्लेड अटैचमेंट पर घिसाव के निशान गति का संकेत देते हैं
• टूटे हुए ब्लेड: यदि अनुनाद को ठीक नहीं किया गया तो अंतिम परिणाम

पता लगाने की चुनौतियाँ

ब्लेड अनुनाद का पता लगाना कठिन क्यों है?

• ब्लेड की गति बेयरिंग हाउसिंग से मजबूती से नहीं जुड़ती
• बीयरिंगों पर लगे मानक एक्सेलेरोमीटर ब्लेड कंपन को नज़रअंदाज़ कर सकते हैं
• व्यक्तिगत ब्लेडों के लिए स्थानीयकृत
• विशेष माप तकनीकों की आवश्यकता हो सकती है

उन्नत पहचान विधियाँ

• ब्लेड टिप टाइमिंग: प्रत्येक ब्लेड मार्ग का गैर-संपर्क माप
• स्ट्रेन गेजेस: तनाव मापने के लिए ब्लेड पर लगाया गया (टेलीमेट्री की आवश्यकता होती है)
• लेज़र वाइब्रोमेट्री: ब्लेड गति का गैर-संपर्क ऑप्टिकल माप
• ध्वनिक निगरानी: ब्लेड के पास आवरण पर माइक्रोफोन या एक्सेलेरोमीटर

ब्लेड अनुनाद के परिणाम

उच्च-चक्र थकान

• ब्लेड रूट पर वैकल्पिक तनाव
• घंटों या दिनों में लाखों चक्र
• थकान दरारें शुरू होती हैं और फैलती हैं
• बिना किसी चेतावनी के अचानक ब्लेड खराब हो सकता है

ब्लेड लिबरेशन

• थकान विफलता से ब्लेड का पूर्ण पृथक्करण
• द्रव्यमान हानि से गंभीर असंतुलन
• प्रक्षेप्य खतरा (ब्लेड के टुकड़े)
• उपकरणों को व्यापक द्वितीयक क्षति
• कर्मियों के लिए सुरक्षा जोखिम

रोकथाम और शमन

डिजाइन चरण में

• कैम्पबेल आरेख विश्लेषण: ब्लेड आवृत्तियों और उत्तेजनाओं के बीच हस्तक्षेप की भविष्यवाणी करें
• पर्याप्त पृथक्करण: सुनिश्चित करें कि ब्लेड की प्राकृतिक आवृत्तियाँ उत्तेजना स्रोतों से मेल न खाएँ
• ब्लेड ट्यूनिंग: प्राकृतिक आवृत्तियों को स्थानांतरित करने के लिए ब्लेड की कठोरता को समायोजित करें
• अवमंदन: डिज़ाइन-इन डैम्पिंग विशेषताएँ (घर्षण डैम्पर्स, कोटिंग्स)

परिचालन समाधान

• गति परिवर्तन: अनुनाद से बचते हुए गति से संचालित करें
• प्रवाह नियंत्रण: उत्तेजना को कम करने के लिए ऑपरेटिंग बिंदु को समायोजित करें
• निषिद्ध गति से बचें: यदि अनुनाद की पहचान हो तो बचने के लिए गति सीमा निर्धारित करें

संशोधन समाधान

• ब्लेड सख्त करना: ब्लेडों के बीच सामग्री, पसलियां या संबंध जोड़ें
• ब्लेड गिनती बदलें: ब्लेड आवृत्ति और उत्तेजना पैटर्न दोनों को बदलता है
• अवमंदन उपचार: ब्लेडों पर विवश परत अवमंदन लागू करें
• उत्तेजना स्रोत हटाएँ: अपस्ट्रीम प्रवाह गड़बड़ी को संशोधित करें

उद्योग के उदाहरण

प्रेरित ड्राफ्ट पंखे (पावर प्लांट)

• लंबे ब्लेड वाले बड़े पंखे (10-20 फीट व्यास)
• ब्लेड प्राकृतिक आवृत्तियाँ 50-200 हर्ट्ज
• ब्लेड पासिंग या मोटर विद्युत चुम्बकीय आवृत्तियों से मेल खा सकता है
• ऐतिहासिक रूप से विनाशकारी ब्लेड विफलताओं का कारण बना है

गैस टर्बाइन

• उच्च गति कंप्रेसर और टरबाइन ब्लेड
• ब्लेड आवृत्तियाँ 500-5000 हर्ट्ज
• डिज़ाइन के दौरान परिष्कृत विश्लेषण की आवश्यकता
• महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में ब्लेड टिप टाइमिंग निगरानी

एचवीएसी पंखे

• आमतौर पर कम गति और तनाव के कारण कम महत्वपूर्ण
• अनुनाद शोर की समस्या पैदा कर सकता है
• आमतौर पर गति परिवर्तन या ब्लेड को सख्त करके सुधारा जाता है

ब्लेड अनुनाद एक विशिष्ट कंपन घटना है जिसके लिए संरचनात्मक गतिशीलता और द्रव-संरचना परस्परक्रिया, दोनों को समझना आवश्यक है। यद्यपि यह संभावित रूप से विनाशकारी है, ब्लेड अनुनाद को उचित डिज़ाइन विश्लेषण के माध्यम से रोका जा सकता है, परिचालन प्रतिबंधों के माध्यम से टाला जा सकता है, या संरचनात्मक संशोधनों के माध्यम से कम किया जा सकता है, जिससे ब्लेड वाली मशीनरी का सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित होता है।.

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