समुद्री उपकरणों का कंपन निदान
प्रकाशितकर्ता: Nikolai Shelkovenko on
समुद्री उपकरणों का कंपन निदान
जहाजों और offshore installations पर rotating machinery के लिए measurement methods, signal analysis, fault detection, shaft alignment, field balancing, और condition monitoring की एक व्यावहारिक मार्गदर्शिका।
एक नज़र में
1. तकनीकी निदान के मूल सिद्धांत
घूर्णनशील समुद्री मशीनरी की निगरानी के लिए कंपन विश्लेषण प्रमुख दृष्टिकोण क्यों बन गया — और इसके क्या विकल्प मौजूद हैं?.
1.1 नैदानिक सिद्धांत
तकनीकी निदान वह विधा है जिसमें किसी मशीन की वर्तमान स्थिति का आकलन किया जाता है और यह अनुमान लगाया जाता है कि समय के साथ उस स्थिति में क्या परिवर्तन आएगा। समुद्री उपकरणों के लिए यह कार्य विशेष रूप से महत्वपूर्ण है: समुद्र में अचानक हुई कोई खराबी चालक दल, माल और स्वयं पोत के लिए खतरा पैदा कर सकती है।
मूल विचार सीधा-सादा है। घूमने वाली मशीनरी का हर हिस्सा मापने योग्य भौतिक संकेत उत्पन्न करता है - कंपन, गर्मी, ध्वनि उत्सर्जन, तेल संदूषण आदि। आंतरिक घटकों के घिसने, टूटने, जंग लगने या ढीले होने से ये संकेत आमतौर पर अनुमानित तरीके से बदलते हैं। एक व्यवस्थित निगरानी कार्यक्रम इन परिवर्तनों का शीघ्र पता लगाता है, उन्हें प्रकार और गंभीरता के आधार पर वर्गीकृत करता है, और रखरखाव अनुसूची में सुझाव शामिल करता है।
महत्वपूर्ण पदों
| शब्द | परिभाषा | समुद्री उदाहरण |
|---|---|---|
| डायग्नोस्टिक पैरामीटर | एक मापने योग्य मात्रा जो उपकरण की स्थिति से संबंधित होती है | पंप बेयरिंग हाउसिंग पर कंपन वेग का RMS मान |
| नैदानिक लक्षण | मापे गए आंकड़ों में एक विशिष्ट पैटर्न | सेंट्रीफ्यूगल पंप में ब्लेड-पासिंग आवृत्ति पर उच्च कंपन |
| नैदानिक संकेत | किसी विशेष स्थिति का एक पहचानने योग्य संकेत | गियर मेष आवृत्ति के आसपास साइडबैंड दांतों के घिसाव का संकेत देते हैं |
| पहचान एल्गोरिदम | एक प्रक्रिया (मैन्युअल या स्वचालित) जो मापे गए डेटा को दोष श्रेणी से जोड़ती है | एक विशेषज्ञ-प्रणाली नियम समूह जो लिफाफा स्पेक्ट्रम में वाहक दोष आवृत्तियों को चिह्नित करता है |
सामान्य नैदानिक कार्यप्रणाली
व्यवहार में यह प्रक्रिया पुनरावृत्ति वाली होती है: यदि कोई पैटर्न किसी ज्ञात दोष से मेल नहीं खाता है, तो विश्लेषक वापस जाता है, प्रसंस्करण को परिष्कृत करता है, नए माप बिंदु जोड़ता है, या अन्य नैदानिक विधियों (थर्मोग्राफी, तेल विश्लेषण, अल्ट्रासोनिक परीक्षण) के साथ सहसंबंध स्थापित करता है।
कार्यात्मक बनाम टेस्ट-बेंच डायग्नोस्टिक्स
कार्यात्मक निदान यह मशीन के सामान्य भार के तहत चलने के दौरान डेटा एकत्र करता है। यह वास्तविक परिचालन स्थितियों को दर्शाता है, लेकिन इससे किए जा सकने वाले परीक्षणों की सीमाएं सीमित हो जाती हैं - उदाहरण के लिए, आप मुख्य इंजन को शीतलन जल की आपूर्ति करने वाले पंप में कृत्रिम उत्तेजना नहीं डाल सकते।
टेस्ट-बेंच (परीक्षक) निदान यह नियंत्रित उत्तेजना का प्रयोग करता है — इम्पैक्ट हैमर, स्वेप्ट-साइन शेकर या इसी तरह के यंत्रों का उपयोग — आमतौर पर शटडाउन के दौरान। यह प्राकृतिक आवृत्तियों, स्थानांतरण कार्यों और संरचनात्मक विशेषताओं को प्रकट करता है जो कार्यात्मक निदान द्वारा प्रदान नहीं की जा सकती हैं। जहाज पर व्यावहारिक कठिनाई स्पष्ट है: शटडाउन महंगा होता है और आवश्यक प्रणालियों के लिए कभी-कभी असंभव भी होता है।
एक अच्छा shipboard programme दोनों approaches को जोड़ता है। Routine functional monitoring मशीनरी inventory के बड़े हिस्से को कवर करती है, जबकि test-bench methods commissioning, troubleshooting, और critical systems के लिए आरक्षित रहती हैं।
निगरानी करने के लिए क्या चुनना है
किसी जहाज पर मौजूद हर मशीन पर एक जैसा ध्यान देना जरूरी नहीं होता। किस उपकरण पर किन मापदंडों की निगरानी करनी है, यह तय करते समय नैदानिक सटीकता और व्यावहारिक लागत के बीच संतुलन बनाए रखना आवश्यक है। चयन के सामान्य मानदंडों में खराबी के विकास के प्रति संवेदनशीलता, माप की पुनरावृत्ति, सेंसर और स्थापना की लागत और उपकरण की अहमियत शामिल हैं।
1.2 रखरखाव रणनीतियाँ
समुद्री उद्योग चार व्यापक रखरखाव दर्शनों से गुजरा है, जिनमें से प्रत्येक का लागत-जोखिम प्रोफाइल अलग-अलग है।
| रणनीति | दृष्टिकोण | ताकत | कमजोरियों |
|---|---|---|---|
| रिएक्टिव | विफलता की ओर दौड़ो, खराबी आने के बाद मरम्मत करो | न्यूनतम प्रारंभिक निवेश | अप्रत्याशित डाउनटाइम, सुरक्षा जोखिम, द्वितीयक क्षति |
| निवारक (समय-आधारित) | स्थिति की परवाह किए बिना निश्चित अंतराल पर मरम्मत की जाती है। | अनुमानित कार्यक्रम | अत्यधिक रखरखाव, अनावश्यक पुर्जों का प्रतिस्थापन |
| स्थिति-आधारित (सीबीएम) | मापे गए पैरामीटर निर्धारित सीमा से अधिक होने पर इसे बनाए रखें। | वास्तविक आवश्यकता के अनुसार समयबद्ध हस्तक्षेप | इसके लिए नैदानिक दक्षता और उपकरण की आवश्यकता होती है। |
| सक्रिय / विश्वसनीयता-केंद्रित | विफलता के मूल कारणों की पहचान करें और उन्हें दूर करें। | उच्चतम दीर्घकालिक विश्वसनीयता | उच्च प्रारंभिक निवेश, सांस्कृतिक परिवर्तन |
अधिकांश आधुनिक बेड़े इन दोनों तरीकों का संयोजन इस्तेमाल करते हैं। महत्वपूर्ण प्रणोदन और विद्युत उत्पादन मशीनरी का रखरखाव स्थिति-आधारित या सक्रिय रूप से किया जाता है। सहायक उपकरण समय-आधारित अनुसूचियों का पालन कर सकते हैं या फिर उन्हें विफलता होने तक चलाया जा सकता है, जहाँ पुर्जे सस्ते होते हैं और परिणाम मामूली होते हैं। कंपन विश्लेषण, सीबीएम परत की रीढ़ की हड्डी है।
एक container ship के cooling-water pumps का पहले हर 3 000 operating hours पर overhaul किया जाता था। Vibration-based condition monitoring लागू करने के बाद operator ने intervals को 4 500 hours तक बढ़ाया और साथ ही unplanned failures को काफी कम किया। इस प्रकार के programmes आम तौर पर operation के पहले एक-दो वर्षों में ही अपनी लागत वसूल कर लेते हैं।
1.3 प्राथमिक नैदानिक संकेत के रूप में कंपन
कई परस्पर संबंधित कारणों से कंपन विश्लेषण समुद्री स्थिति निगरानी में प्रमुख भूमिका निभाता है:
- सभी घूर्णनशील मशीनें कंपन उत्पन्न करती हैं - इसके लिए किसी अतिरिक्त उत्तेजना की आवश्यकता नहीं होती है।
- फॉल्ट के कारण कंपन के पैटर्न में अच्छी तरह से प्रलेखित, फॉल्ट-विशिष्ट तरीकों से परिवर्तन होता है।
- माप प्रक्रिया गैर-हस्तक्षेपकारी है और मशीनरी के सामान्य रूप से चलने के दौरान भी इसे लिया जा सकता है।
- प्रारंभिक चेतावनी का समय आमतौर पर हफ्तों या महीनों में मापा जाता है, घंटों में नहीं।
- यह तकनीक मात्रात्मक है — इसके परिणाम सीधे अंतरराष्ट्रीय मानकों द्वारा परिभाषित गंभीरता क्षेत्रों से मेल खाते हैं।
यह methodology छह चरणों से गुजरती है: baseline establishment, trend monitoring, anomaly detection, fault classification, severity assessment, और prognosis (remaining useful life)। प्रत्येक चरण अलग toolbox का उपयोग करता है — पहले चरण में simple RMS trending से लेकर एन्वेलोप विश्लेषण, cepstrum, और बाद के चरणों में machine-learning classifiers तक।
स्थिति अवस्थाएँ
| राज्य | संकेतक | अनुशंसित कार्रवाई |
|---|---|---|
| अच्छा | कम, स्थिर कंपन; कोई दोष आवृत्ति नहीं | सामान्य निगरानी कार्यक्रम जारी रखें |
| स्वीकार्य | ऊंचा लेकिन स्थिर स्तर | निगरानी की आवृत्ति बढ़ाएँ, मूल कारण की जाँच करें |
| असंतोषजनक | उच्च स्तर या बढ़ता रुझान | अगली बार अवसर मिलने पर रखरखाव की योजना बनाएं |
| गवारा नहीं | बहुत उच्च स्तर या तीव्र गिरावट | लोड को तुरंत बंद करें या कम करें; आपातकालीन रखरखाव |
आर्थिक परिप्रेक्ष्य
जहाज पर कंपन नियंत्रण कार्यक्रमों में निवेश पर प्रतिफल भिन्न-भिन्न होता है, लेकिन साहित्य में अक्सर 5:1 से 10:1 के अनुपात का उल्लेख किया जाता है। अधिकांश बचत तीन स्रोतों से होती है: विनाशकारी द्वितीयक क्षति से बचाव (एक खराब बेयरिंग जो शाफ्ट को नष्ट कर देती है), अनावश्यक मरम्मत को समाप्त करके घटकों के जीवनकाल को बढ़ाना, और निर्धारित डॉकयार्ड कार्य की तुलना में बंदरगाह पर आपातकालीन मरम्मत की लागत को कम करना।
2. कंपन भौतिकी, इकाइयाँ और Standards
Displacement, velocity, acceleration — कंपन के तीन रूप, और यह आँकने के लिए उपयोग किया जाने वाला ISO framework कि कितना अधिक, बहुत अधिक है।
2.1 मुख्य पैरामीटर
कंपन किसी यांत्रिक प्रणाली की संतुलन स्थिति के चारों ओर होने वाली दोलनशील गति है। इसे तीन परस्पर संबंधित गतिकी मात्राओं द्वारा वर्णित किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक अलग-अलग आवृत्ति श्रेणियों में उपयोगी होती है।
वेग: v(t) = A·ω · cos(ωt + φ)
त्वरण: a(t) = −A·ω² · पाप(ωt + φ)
ए - आयाम | ω = 2πf - कोणीय आवृत्ति | φ - चरण कोण
क्योंकि वेग आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बदलता है (ω कारक) और त्वरण ω² के साथ बदलता है, इसलिए तीनों मापदंडों की संवेदनशीलता स्पेक्ट्रम में बहुत भिन्न होती है। यही व्यावहारिक कारण है कि इंजीनियर एक को दूसरे पर प्राथमिकता देते हैं।
| पैरामीटर | इकाई | सर्वोत्तम आवृत्ति रेंज | विशिष्ट समुद्री उपयोग |
|---|---|---|---|
| विस्थापन | μm (पीक-टू-पीक), मिल्स | लगभग 10 हर्ट्ज़ से नीचे | बड़े मंद गति वाले डीजल क्रैंक, शाफ्ट-सापेक्ष गति |
| वेग | मिमी/सेकंड (RMS) | 10 हर्ट्ज़ – 1 किलो हर्ट्ज़ | सामान्य मशीनरी निगरानी; आईएसओ 20816 / पूर्व आईएसओ 10816 मूल्यांकन |
| त्वरण | m/s² या g (पीक) | लगभग 1 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर | रोलिंग-एलिमेंट बेयरिंग डायग्नोस्टिक्स, गियर मेश, हाई-स्पीड पंप |
सांख्यिकीय उपाय
RMS वर्गमूल (रूट मीन स्क्वायर) प्रभावी आयाम को दर्शाता है और कंपन की ऊर्जा सामग्री से संबंधित है। यह आईएसओ-आधारित गंभीरता मूल्यांकन के लिए डिफ़ॉल्ट मीट्रिक है।
शिखर मूल्य यह अधिकतम तात्कालिक आयाम को कैप्चर करता है - जो प्रभावों और क्षणिक घटनाओं का पता लगाने के लिए उपयोगी है।
शिखर से शिखर तक का मान यह धनात्मक से ऋणात्मक शिखर तक कुल उतार-चढ़ाव को दर्शाता है। इसका उपयोग आमतौर पर विस्थापन मापन और क्लीयरेंस विश्लेषण के लिए किया जाता है।
शिखा कारक peak और RMS का अनुपात है। इसका absolute value machine type, measurement bandwidth, और operating regime पर निर्भर करता है — pure sinusoid लगभग 1.4 देता है, और स्वस्थ rotating machine सामान्यतः 3–4 के आसपास होती है — इसलिए कोई एक सार्वभौमिक "normal" संख्या नहीं है। निदान की दृष्टि से महत्वपूर्ण है रुझान: crest factor का बढ़ना impulsiveness के बढ़ने को दर्शाता है, जो bearing surface defects या impacts का सामान्य प्रारंभिक संकेत है।
कार्गो पंप बेयरिंग का क्रेस्ट फैक्टर छह सप्ताह में 3.2 से बढ़कर 7.8 हो गया, जबकि कुल RMS लगभग अपरिवर्तित रहा। यह विचलन — स्थिर ऊर्जा, बढ़ती हुई तीक्ष्णता — बेयरिंग में शुरुआती खराबी का एक विशिष्ट लक्षण है। बाद में किए गए निरीक्षण से बाहरी रेस में गड्ढे की पुष्टि हुई।
2.2 समुद्री प्रणालियों में कंपन के प्रकार
समुद्री मशीनरी कई श्रेणियों के कंपन उत्पन्न करती है, जिनमें से प्रत्येक एक अलग भौतिक तंत्र से उत्पन्न होती है।
उत्तेजना स्रोत द्वारा
- मुक्त कंपन — किसी क्षणिक उत्तेजना (चालू होना, बंद होना, प्रभाव) के बाद सिस्टम अपनी प्राकृतिक आवृत्ति पर दोलन करता है।
- बलपूर्वक कंपन — घूर्णी गति, ब्लेड की संख्या या विद्युत आपूर्ति से संबंधित आवृत्ति पर निरंतर उत्तेजना। स्थिर अवस्था कंपन का अधिकांश भाग बलपूर्वक होता है।
- स्व-उत्तेजित कंपन — मशीनरी एक आंतरिक प्रतिक्रिया तंत्र के माध्यम से अपनी स्वयं की उत्तेजना उत्पन्न करती है: जर्नल बियरिंग में तेल का भंवर, वायुगतिकीय कंपन, स्टिक-स्लिप घर्षण।
- पैरामीट्रिक कंपन — सिस्टम की कठोरता या अवमंदन समय-समय पर बदलती रहती है, जिससे प्रतिक्रिया में ऊर्जा प्रवाहित होती है। एक टूटा हुआ गियर दांत, जिसकी मेश कठोरता प्रति चक्कर एक बार बदलती है, इसका एक विशिष्ट उदाहरण है।
गति से संबंध के आधार पर
- समकालिक (क्रम-संबंधी) आवृत्ति शाफ्ट की गति का पूर्णांक या सरल परिमेय गुणक है। असंतुलन (1×), गलत संरेखण (2×) और शिथिलता (कई हार्मोनिक्स) इसी श्रेणी में आते हैं।
- अतुल्यकालिक — आवृत्ति शाफ्ट गति का पूर्णांक गुणज नहीं है। Bearing defect frequencies, electrical line-frequency harmonics, और belt-slip vibration इस श्रेणी में आते हैं।
निर्देश द्वारा
रेडियल अधिकांश घूर्णन उपकरणों में कंपन (शाफ्ट के लंबवत) प्रमुख होता है और यह मापी जाने वाली पहली दिशा होती है। अक्षीय शाफ्ट के समानांतर कंपन, थ्रस्ट-बेयरिंग समस्याओं, कपलिंग संबंधी समस्याओं और वायुगतिकीय बलों का संकेत देता है। मरोड़ कंपन (शाफ्ट अक्ष के चारों ओर घुमाव) के लिए विशेष सेंसर की आवश्यकता होती है और इसे मुख्य रूप से लंबी प्रणोदन ट्रेनों पर ट्रैक किया जाता है जहां मरोड़ अनुनाद विनाशकारी हो सकता है।
प्राकृतिक आवृत्तियाँ और अनुनाद
प्रत्येक यांत्रिक प्रणाली की प्राकृतिक आवृत्तियाँ उसके द्रव्यमान, कठोरता और अवमंदन द्वारा निर्धारित होती हैं। जब उत्तेजना आवृत्ति प्राकृतिक आवृत्ति के निकट पहुँचती है, तो प्रतिक्रिया प्रवर्धित हो जाती है—कभी-कभी 10 गुना या उससे भी अधिक। घूर्णनशील मशीनरी में इन संयोगों को कहा जाता है महत्वपूर्ण गति.
Operating speed को सभी पहचानी गई critical speeds से कम से कम 15–20 % अलग होना चाहिए। इस margin के भीतर लगातार चलने से resonance-driven fatigue और rapid failure का जोखिम होता है।
कंपन स्रोत
यांत्रिक असंतुलन, गलत संरेखण, बेयरिंग में खराबी, ढीलापन, गियर की समस्याएँ, शाफ्ट का झुकाव। आवृत्तियाँ आमतौर पर शाफ्ट की गति और घटक की ज्यामिति से संबंधित होती हैं।
विद्युतचुंबकीय — रोटर-बार दोष, स्टेटर की विलक्षणता, आपूर्ति-वोल्टेज असंतुलन। आवृत्तियाँ लाइन आवृत्ति के दोगुने (50 हर्ट्ज आपूर्ति के लिए 100 हर्ट्ज, 60 हर्ट्ज के लिए 120 हर्ट्ज) और उसके गुणकों के आसपास केंद्रित होती हैं।
हाइड्रोलिक / वायुगतिकीय ब्लेड-पासिंग, कैविटेशन, टर्बुलेंस, रीसर्कुलेशन। ब्लेड-पासिंग आवृत्ति ब्लेडों की संख्या को घूर्णीय आवृत्ति से गुणा करने के बराबर होती है; कैविटेशन 1-2 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर केंद्रित ब्रॉडबैंड यादृच्छिक शोर उत्पन्न करता है।
2.3 इकाइयाँ और मानक
कंपन मापन में रैखिक और लघुगणकीय (डेसिबल) दोनों पैमानों का उपयोग किया जाता है। डेसिबल रूप व्यापक गतिशील श्रेणियों को संकुचित करता है और सापेक्ष परिवर्तनों पर जोर देता है:
संदर्भ मान ISO 1683 में मानकीकृत हैं: वेग के लिए 10⁻⁹ m/s (1 nm/s) और त्वरण के लिए 10⁻⁶ m/s² (1 μm/s²)। डेसिबल में स्तर रिपोर्ट करते समय हमेशा संदर्भ बताएं।
ISO 20816 (पूर्व में ISO 10816) — Non-Rotating Parts पर कंपन
आईएसओ 10816 series ऐतिहासिक रूप से bearing housings जैसे non-rotating parts पर मापे गए machinery vibration के मूल्यांकन के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला framework था। इसे अब आईएसओ 20816 series द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है: ISO 20816-1:2016 ने ISO 10816-1 और ISO 7919-1 दोनों को प्रतिस्थापित किया, और आईएसओ 20816-3:2022 ने 15 kW से ऊपर rated industrial machinery के लिए ISO 10816-3 को प्रतिस्थापित किया। चार-zone evaluation logic (A से D) दोनों series में समान रहती है; संख्यात्मक सीमाएँ machine group और support class पर निर्भर करती हैं।
नीचे दी गई तालिका दर्शाती है उदाहरण एक विशिष्ट classification (ISO 10816-3 / ISO 20816-3, Group 2 machines 15–300 kW, rigid support) के लिए zone boundaries। ये values सार्वभौमिक नहीं हैं — हमेशा standard के उसी part को देखें जो आपकी machine type, power range, और mounting पर लागू होता है।
| क्षेत्र | स्थिति | Velocity RMS (Group 2, rigid support) | मार्गदर्शन |
|---|---|---|---|
| ए | अच्छा | 1.4 मिमी/सेकंड तक | हाल ही में चालू किया गया या हाल ही में रखरखाव किया गया |
| बी | स्वीकार्य | 1.4 – 2.8 मिमी/सेकंड | अप्रतिबंधित दीर्घकालिक संचालन |
| सी | असंतोषजनक | 2.8 – 4.5 mm/s | सीमित अवधि का संचालन; सुधारात्मक कार्य की योजना बनाएं |
| डी | गवारा नहीं | > 4.5 mm/s | नुकसान होने की संभावना है; तत्काल कार्रवाई आवश्यक है। |
Marine और Machine-Specific Standards
सामान्य machinery series के अलावा, कई standards सीधे जहाजों और विशिष्ट machine types को संबोधित करते हैं:
| मानक | दायरा |
|---|---|
| ISO 20283-2 | जहाजों पर कंपन का मापन — hull और superstructure का structural vibration |
| ISO 20283-3 | shipboard equipment का pre-installation vibration measurement |
| ISO 20283-4 | ship propulsion machinery के कंपन का मापन और मूल्यांकन |
| ISO 20283-5 | passenger और merchant ships पर habitability के संदर्भ में कंपन (crew और passenger comfort) |
| आईएसओ 10816-6 | 100 kW से ऊपर power ratings वाली reciprocating machines — marine diesel engines इस श्रेणी में आते हैं |
| आईएसओ 8528-9 | reciprocating-engine generating sets का vibration measurement और evaluation |
| ISO 7919 series | proximity probes द्वारा rotating shafts पर मापा गया shaft vibration (इसके parts क्रमशः ISO 20816 में समाहित किए जा रहे हैं) |
| एपीआई 610 | centrifugal pumps — offshore और cargo-handling applications में उपयोग किए जाने वाले vibration acceptance criteria |
Machine Groups और Support Classes
ISO 10816-3 / ISO 20816-3 framework के अंतर्गत industrial machinery के लिए primary groups हैं: समूह 1 — 300 kW से ऊपर और 50 MW तक rated बड़ी machines; समूह 2 — 15–300 kW rated medium machines। Pumps के लिए अलग provisions मौजूद हैं, यह इस पर निर्भर करता है कि driver integrated है या external। Limits को support stiffness के आधार पर भी विभाजित किया जाता है।
एक सहायता प्रणाली को माना जाता है कठोर जब machine-plus-foundation assembly की सबसे कम natural frequency principal excitation frequency से काफी ऊपर हो — एक सामान्य practical guideline कम से कम 25 % ऊपर की है। लचीला supports की सबसे कम natural frequency excitation frequency से नीचे होती है, जिससे housing vibration बढ़ता है और अधिक उदार acceptance limits दी जाती हैं। यह अंतर केवल construction appearance से मान लेने के बजाय measurement (impact test) से सत्यापित किया जाना चाहिए — जहाजों पर यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहाँ resiliently mounted machinery सामान्य है।
मापन बिंदु
Standards bearing housings पर, load zone के जितना संभव हो उतना निकट, तीन दिशाओं में measurement निर्धारित करते हैं: horizontal radial, vertical radial, और axial (आमतौर पर केवल drive-end bearing पर)। Measurements स्थिर operating conditions — rated speed और representative load — के तहत ली जानी चाहिए और इतनी अवधि पर average की जानी चाहिए कि कोई भी cyclic variation capture हो सके।
जहाज की गति, समुद्री स्थिति और माल की मात्रा कंपन माप को प्रभावित कर सकती है। बेहतर प्रक्रिया के तहत प्रत्येक माप के साथ इन स्थितियों को रिकॉर्ड करना और खराब मौसम में एकत्र किए गए डेटा को फ़िल्टर करना या चिह्नित करना शामिल है।
3. समुद्री Operating Environment
जहाज पर कंपन का काम factory में उसी काम से अलग क्यों है — variable speeds, तैरती हुई flexible steel foundation, और shaft line के अंत में एक propeller।
3.1 Variable Speed और Load
अधिकांश industrial plant के विपरीत, marine propulsion machinery शायद ही कभी एक ही speed पर रहती है। Main engines bridge orders का पालन करते हैं, generators electrical load लेते और छोड़ते हैं, और controllable-pitch propellers वाले vessels constant shaft speed पर load बदलते हैं। Diagnostics के लिए इसके दो परिणाम हैं:
- स्पेक्ट्रा स्मियर। speed drift के दौरान लिया गया conventional FFT प्रत्येक rotational component को कई frequency bins में फैला देता है। Order tracking — tachometer reference के विरुद्ध signal को resample करना — drift की परवाह किए बिना speed-related peaks को sharp रखता है।
- Baselines condition-tagged होनी चाहिए। calm water में 85 % MCR पर ली गई reading, seaway में 50 % load पर ली गई reading के तुलनीय नहीं है। हर stored measurement के साथ speed, load, और sea-state metadata होना चाहिए, और trends में समान स्थितियों की तुलना समान स्थितियों से की जानी चाहिए।
3.2 Propeller Blade-Rate Excitation और Hull Resonances
Propeller vessel पर सबसे शक्तिशाली periodic exciters में से एक है। Hull के पीछे non-uniform wake field से गुजरता हर blade एक pressure pulse उत्पन्न करता है, जिससे कंपन उत्पन्न होता है ब्लेड-अनुगमन आवृत्ति (blade rate) और उसके harmonics पर:
Z — blades की संख्या | n — शाफ्ट गति r/min में | BPF Hz में
120 r/min पर घूमने वाला चार-पंखों वाला प्रोपेलर: शॉफ्ट आवृत्ति = 120/60 = 2 Hz; BPF = 4 × 2 = 8 Hz, और harmonics 16 Hz, 24 Hz आदि पर। ये low frequencies ठीक उसी range में आती हैं जहाँ hull-girder और deckhouse natural frequencies होती हैं।
क्योंकि hull एक बड़ा, अपेक्षाकृत flexible welded structure है, blade-rate excitation hull-girder bending modes, local panel modes, और deckhouse modes से couple हो सकती है। लक्षण crew discomfort in accommodation से लेकर cracked pipe supports और local structure में fatigue तक होते हैं। ISO 20283-2 इस structural vibration के measurement को नियंत्रित करता है; ISO 20283-5 habitability के मूल्यांकन की रूपरेखा निर्धारित करता है। Remedies में propeller redesign या repair (blade damage wake-induced excitation बढ़ाती है), blades की संख्या बदलना, structural stiffening, और resonant shaft speeds पर लंबे समय तक operation से बचना शामिल है।
aft-ship machine पर मापा गया बढ़ा हुआ blade-rate vibration आवश्यक नहीं कि उसी machine की गलती हो। किसी vibrating foundation पर mounted pump या motor को दोषी ठहराने से पहले हमेशा जाँचें कि क्या frequency propeller blade rate से मेल खाती है।
3.3 Shaft Lines और Torsional Vibration
जहाज़ की शॉफ्ट लाइन — मुख्य इंजन या गियरबॉक्स, मध्यवर्ती शॉफ्ट, स्टेर्न-ट्यूब बेयरिंग, प्रोपेलर — एक लंबा, भारी रोटर सिस्टम है जिसका संरेखण इसके आसपास के हल पर निर्भर करता है। हल का विक्षेपण कार्गो लोडिंग, बैलास्ट स्थिति और तापमान के साथ बदलता है, इसलिए ड्राई डॉक में पूरी तरह संरेखित शॉफ्ट लाइन समुद्र में असंरेखित चल सकती है। लक्षणों में मध्यवर्ती बेयरिंग पर बढ़ी हुई 1× और 2× कंपन, स्टेर्न-ट्यूब बेयरिंग का अत्यधिक गर्म होना, और असमान घिसाव पढ़ाई शामिल हैं।
diesel engines द्वारा चलायी जाने वाली लंबी shaft lines भी इसके प्रति प्रवृत्त होती हैं मरोड़ कंपन. Engine firing orders crankshaft–shaft-line system की torsional natural frequencies को excite करते हैं; जहाँ कोई महत्वपूर्ण torsional critical operating range के भीतर आता है, वहाँ एक barred speed range निर्धारित की जाती है जिसमें continuous operation निषिद्ध होता है। Torsional vibration सामान्य casing-mounted accelerometers को काफी हद तक दिखाई नहीं देती — इसके लिए dedicated instruments (torsiographs, strain gauges, encoder-based twist measurement) की आवश्यकता होती है। ISO 20283-4 propulsion-machinery vibration के measurement और evaluation को कवर करता है।
3.4 Classification Societies और Environmental Factors
Classification societies (DNV, Lloyd's Register, Bureau Veritas, ABS, और अन्य) machinery और vibration guidance प्रकाशित करती हैं तथा ऐसी condition-monitoring class notations प्रदान करती हैं जिनके अंतर्गत approved, auditable monitoring programme fixed-interval survey regime के कुछ भागों का विकल्प बन सकता है। विशिष्ट requirements societies के बीच अलग होती हैं और समय के साथ बदलती रहती हैं, इसलिए लागू rules हमेशा vessel के अपने class के साथ जांचे जाने चाहिए — लेकिन सामान्य सूत्र यह है कि data quality, documented procedures, और analyst competence प्रदर्शनीय होने चाहिए।
अंततः marine environment स्वयं measurement chain के विरुद्ध काम करता है: salt-laden air connectors को corrode करती है, engine-room temperatures व्यापक रूप से cycle करती हैं, और washdown areas में उचित रूप से protected sensors और cabling की आवश्यकता होती है। Environmental ratings, stainless hardware, और disciplined cable maintenance कोई विलासिता नहीं हैं — corroded connector intermittent signals पैदा करता है जो machine faults की नकल करते हैं।
4. मापन विधियाँ और Sensors
सेंसर का चयन, स्थापना, सिग्नल कंडीशनिंग और जहाज पर अच्छे कंपन डेटा एकत्र करने की व्यावहारिक वास्तविकताएं।
4.1 Measurement Principles
गतिकी बनाम गतिकी
अधिकांश कंपन सेंसर मापते हैं गति गतिमापी मापन में केवल विस्थापन, वेग या त्वरण का मापन किया जाता है, लेकिन इसे उत्पन्न करने वाले बल का मात्रात्मक निर्धारण नहीं किया जाता। इसे गतिमापी मापन कहते हैं। गतिमापी मापन में गति और बल के डेटा को संयोजित किया जाता है, आमतौर पर युग्मित त्वरणमापी और बल ट्रांसड्यूसर के माध्यम से, और इसका उपयोग मुख्य रूप से नियंत्रित परीक्षण-पंच स्थितियों में किया जाता है, जैसे कि मोडल विश्लेषण या स्थानांतरण-कार्य मापन।
निरपेक्ष बनाम सापेक्ष
निरपेक्ष कंपन किसी बिंदु की inertial reference frame के सापेक्ष गति है। Bearing housing पर bolted accelerometer absolute casing vibration measurement देता है। सापेक्ष कंपन यह दो भागों के बीच की गति है — आमतौर पर शाफ्ट और बेयरिंग हाउसिंग के बीच। प्रॉक्सिमिटी प्रोब यह गति प्रदान करते हैं और बड़े टर्बोमशीनरी में मानक उपकरण हैं जहां शाफ्ट ऑर्बिट की जानकारी आवश्यक होती है।
| प्रकार | के लिए सर्वश्रेष्ठ | सीमाएँ |
|---|---|---|
| निरपेक्ष (त्वरकमापी, वेग संवेदक) | सामान्य मशीनरी, सहायक उपकरण, संरचनात्मक कंपन | बियरिंग के अंदर शाफ्ट की गति को सीधे तौर पर प्रकट नहीं किया जा सकता है। |
| सापेक्ष (निकटता जांच) | बड़े टर्बोमशीनरी, जर्नल बियरिंग, महत्वपूर्ण शाफ्ट | महंगी स्थापना, शाफ्ट तक पहुंच की आवश्यकता |
संपर्क बनाम गैर-संपर्क
संपर्क संवेदक (एक्सेलेरोमीटर, वेलोसिटी पिकअप, स्ट्रेन गेज) कंपन करने वाली सतह से भौतिक रूप से जुड़े होते हैं। ये उच्च संवेदनशीलता, व्यापक बैंडविड्थ और सुस्थापित प्रक्रियाओं की पेशकश करते हैं। गैर-संपर्क संवेदक (एडी-करंट प्रोब, लेजर वाइब्रोमीटर) दूरी से माप करते हैं और घूर्णनशील सतहों, उच्च तापमान वाले क्षेत्रों और उन स्थानों के लिए आवश्यक हैं जहां संपर्क संवेदक द्वारा द्रव्यमान भारण माप को प्रभावित कर सकता है।
4.2 Sensor Technologies
पीजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर
समुद्री कंपन मापन का मुख्य उपकरण। एक पीजोइलेक्ट्रिक तत्व (क्वार्ट्ज या सिरेमिक) लगाए गए बल के समानुपाती विद्युत आवेश उत्पन्न करता है। आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक्स (IEPE/ICP मानक) इसे कम प्रतिबाधा वाले वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित करते हैं जो शोरगुल वाले इंजन-रूम वातावरण में लंबी केबलों पर विश्वसनीय रूप से संचारित होता है।
बियरिंग में खराबी का जल्दी पता लगाने के लिए उच्च आवृत्ति वाले मॉडल (50 किलोहर्ट्ज़ तक, कम संवेदनशीलता) का उपयोग किया जाता है। सटीक मशीनरी में कम कंपन के लिए उच्च संवेदनशीलता वाले मॉडल (100–1000 mV/g, बैंडविड्थ लगभग 5 किलोहर्ट्ज़ तक) चुने जाते हैं।
एमईएमएस एक्सेलेरोमीटर
माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल एक्सेलेरोमीटर, पीजोइलेक्ट्रिक इकाइयों की तुलना में छोटे, सस्ते और कम बिजली खपत करने वाले होते हैं। ये गैर-महत्वपूर्ण मशीनरी और वायरलेस सेंसर नेटवर्क की स्थायी निगरानी के लिए उपयुक्त साबित हुए हैं। हाल के वर्षों में इनकी बैंडविड्थ और डायनेमिक रेंज में काफी सुधार हुआ है, हालांकि उच्च आवृत्ति प्रदर्शन में पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर अभी भी अग्रणी हैं।
वेग सेंसर (भूकंपीय ट्रांसड्यूसर)
एक suspended magnetic mass coil के सापेक्ष चलती है, जिससे velocity के अनुपात में voltage उत्पन्न होता है। इन sensors को external power की आवश्यकता नहीं होती, इनकी construction robust होती है, और ये direct velocity output देते हैं — integration के बिना ISO 20816 / legacy ISO 10816 evaluation के लिए सुविधाजनक। Drawbacks में limited low-frequency response (आमतौर पर 10 Hz से ऊपर), temperature sensitivity, और अपेक्षाकृत बड़ा size शामिल हैं।
निकटता जांच (एडी-करंट सेंसर)
एक उच्च-आवृत्ति ऑसिलेटर प्रोब टिप पर एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। पास की चालक शाफ्ट सतह में उत्पन्न एड़ी धाराएँ प्रतिबाधा को बदल देती हैं, और इलेक्ट्रॉनिक्स इस परिवर्तन को गैप दूरी के समानुपाती डीसी वोल्टेज में परिवर्तित कर देते हैं। प्रत्येक बेयरिंग पर 90° के कोण पर लगे दो प्रोब ऑर्बिट विश्लेषण के लिए शाफ्ट की XY स्थिति का डेटा प्रदान करते हैं। रिज़ॉल्यूशन लगभग 0.1 μm है, और प्रोब में डीसी प्रतिक्रिया होती है (यह धीमी स्थिर विस्थापन के साथ-साथ गतिशील कंपन को भी ट्रैक कर सकता है)।
प्रॉक्सिमिटी प्रोब बड़े मुख्य टर्बाइनों, टर्बोचार्जरों और रिडक्शन-गियर शाफ्टों में मानक उपकरण होते हैं। सहायक मशीनों में इनका उपयोग लगभग कभी नहीं किया जाता है - क्योंकि उपकरण के मूल्य की तुलना में स्थापना लागत बहुत अधिक होती है।
4.3 Mounting और Calibration
माउंटिंग विधियाँ
सेंसर को मशीन से जोड़ने का तरीका ही उसकी अधिकतम उपयोग योग्य आवृत्ति निर्धारित करता है। प्रत्येक विधि में एक निश्चित अनुनाद उत्पन्न होता है, जिसके ऊपर माप अविश्वसनीय हो जाता है।
| तरीका | प्रयोग करने योग्य ऊपरी आवृत्ति | टिप्पणियाँ |
|---|---|---|
| थ्रेडेड स्टड | sensor limit तक (अक्सर > 10 kHz) | सर्वोत्तम सटीकता; स्थायी या अर्ध-स्थायी |
| पतली चिपकने वाली परत | ~5–7 किलोहर्ट्ज | अस्थायी अभियानों के लिए अच्छा है |
| चुंबकीय माउंट | ~2–3 किलोहर्ट्ज | त्वरित; केवल लौहचुंबकीय सतहों के लिए |
| हाथ से पकड़ने वाला प्रोब | ~1 किलोहर्ट्ज | केवल स्क्रीनिंग; दोहराव की संभावना कम |
बेयरिंग एनवेलप विश्लेषण (जो 2-3 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर की आवृत्तियों पर निर्भर करता है) के लिए चुंबकीय माउंट का उपयोग भ्रामक परिणाम देगा। इसके लिए स्टड या पतले चिपकने वाले माउंट की आवश्यकता होती है।
सिग्नल कंडीशनिंग
IEPE सेंसरों को स्थिर धारा विद्युत आपूर्ति (आमतौर पर 18–28 V DC पर 2–4 mA) की आवश्यकता होती है। डेटा अधिग्रहण फ्रंट-एंड सामान्यतः इसे प्रदान करता है। चार्ज-मोड सेंसरों के लिए एक अलग चार्ज एम्पलीफायर की आवश्यकता होती है। दोनों ही मामलों में सिग्नल पथ में परिरक्षित, कम शोर वाले केबलों का उपयोग किया जाना चाहिए, और इंजन-रूम पावर केबलों से विद्युत चुम्बकीय संचरण को कम करने के लिए केबल की लंबाई यथासंभव कम रखी जानी चाहिए।
कैलिब्रेशन
सेंसर और चैनलों की जांच कम से कम साल में एक बार किसी संदर्भ के साथ की जानी चाहिए - कठोर समुद्री वातावरण में यह जांच अधिक बार की जानी चाहिए। एक पोर्टेबल कैलिब्रेशन एक्साइटर जो ज्ञात आवृत्ति (आमतौर पर 159.15 हर्ट्ज पर 10 मीटर/सेकंड²) पर ज्ञात त्वरण उत्पन्न करता है, मानक फील्ड टूल है। संदर्भ एक्सेलेरोमीटर के साथ आमने-सामने तुलना करने से विश्वसनीयता बढ़ती है और यह काम जहाज पर ही किया जा सकता है।
5. Signal Analysis
कच्चे कंपन तरंगरूप से लेकर नैदानिक निष्कर्षों तक — सिग्नल प्रोसेसिंग की वह श्रृंखला जो दोष की पहचान को संभव बनाती है।
5.1 Signal Types
आपकी मशीन किस प्रकार का सिग्नल उत्पन्न करती है, यह समझने से यह निर्धारित होता है कि कौन सी विश्लेषण तकनीकें उपयोगी जानकारी निकाल सकेंगी।
आवधिक और हार्मोनिक सिग्नल
एकल आवृत्ति पर शुद्ध साइनसोइड सबसे सरल मामला है (व्यवहार में दुर्लभ)। अधिकांश घूर्णनशील मशीनरी उत्पन्न करती है। बहुहारमोनिक सिग्नल — एक मूल आवृत्ति और उसके पूर्णांक गुणज। एक चार-स्ट्रोक डीजल इंजन फायरिंग-ऑर्डर हार्मोनिक्स उत्पन्न करता है; एक गियर ट्रेन मेश आवृत्ति और उसके हार्मोनिक्स उत्पन्न करती है।
मॉड्युलेटेड सिग्नल
आयाम मॉड्यूलेशन (एएम) — signal envelope आवधिक रूप से बदलता है। Bearing inner-race defect जो load zone से प्रति revolution एक बार गुजरता है, shaft speed पर high-frequency impact response का AM उत्पन्न करता है। आवृत्ति मॉड्यूलेशन (एफएम) तात्कालिक आवृत्ति में भिन्नता होती है। प्रत्यावर्ती कंप्रेसर से होने वाली गति में उतार-चढ़ाव इसका एक सामान्य कारण है।
m — मॉड्यूलेशन गहराई | fआधुनिक — मॉड्यूलेशन आवृत्ति | fवाहक - वाहक आवृत्ति
आवेगी और क्षणिक संकेत
कम अवधि, उच्च-amplitude घटनाएँ जो एक साथ कई resonances को excite करती हैं। Rolling-element bearing defects, gear-tooth chips, और loose fasteners सभी impulsive vibration उत्पन्न करते हैं। Characteristic features: उच्च crest factor, broad frequency content, rapid decay, और defect frequency पर periodic repetition।
यादृच्छिक संकेत
अशांत प्रवाह, कैविटेशन और सतह के अत्यधिक क्षरण के कारण कंपन उत्पन्न होता है जिसमें कोई प्रमुख आवधिक घटक नहीं होता है। सांख्यिकीय रूप से, इसे व्यक्तिगत आवृत्ति शिखरों के बजाय इसकी पावर स्पेक्ट्रल घनत्व (PSD) द्वारा परिभाषित किया जाता है।
5.2 Time Domain और Frequency Domain
समय-डोमेन विश्लेषण
कच्चे तरंगरूप का विश्लेषण करने से ऐसी जानकारी मिलती है जिसे स्पेक्ट्रल विश्लेषण छिपा सकता है: प्रभाव का समय, मॉड्यूलेशन पैटर्न, विषमता (ट्रंकेशन, क्लिपिंग) और क्षणिक घटनाओं की उपस्थिति। तरंगरूप से गणना किए गए सांख्यिकीय पैरामीटर - RMS, क्रेस्ट फैक्टर, कर्टोसिस, स्क्यूनेस - सिग्नल की प्रकृति को निर्धारित करते हैं और अक्सर बेयरिंग की खराबी के पहले संकेतक होते हैं।
| पैरामीटर | यह क्या पता लगाता है | Typical Guide Value (healthy) |
|---|---|---|
| RMS | कुल ऊर्जा | Machine-specific (ISO zone limits देखें) |
| शिखा कारक | आवेगी सामग्री | ≈ 3 – 4 (trend absolute value से अधिक महत्वपूर्ण है) |
| कुकुदता | चरम सीमा / प्रभाव दर | ≈ 3.0 (गॉसियन बेसलाइन) |
| तिरछापन | तरंगरूप विषमता | ≈ 0 (सममित) |
बेयरिंग के निदान के लिए कुर्टोसिस विशेष रूप से उपयोगी है। एक स्वस्थ बेयरिंग लगभग गाऊसी कंपन उत्पन्न करती है (कुर्टोसिस ≈ 3)। खराबी विकसित होने पर कुर्टोसिस 4 से काफी ऊपर - कभी-कभी 10 से भी ऊपर - पहुँच जाता है, इससे पहले कि कुल RMS इतना बढ़ जाए कि अलार्म बजने लगे।
आवृत्ति-डोमेन विश्लेषण (FFT)
फास्ट फोरियर ट्रांसफॉर्म समय के रिकॉर्ड को आवृत्ति स्पेक्ट्रम में परिवर्तित करता है, जिससे पता चलता है कि किन आवृत्तियों में सबसे अधिक ऊर्जा होती है। यह प्राथमिक निदान उपकरण है क्योंकि विभिन्न प्रकार के दोष अलग-अलग, अनुमानित आवृत्तियों पर कंपन उत्पन्न करते हैं।
मुख्य डीएसपी विचार
नमूना दर यह उच्चतम आवृत्ति (नाइक्विस्ट मानदंड) से दोगुने से अधिक होना चाहिए। एंटी-एलियासिंग फ़िल्टर डिजिटलीकरण से पहले नाइक्विस्ट आवृत्ति से ऊपर की सभी आवृत्तियों को कम कर देते हैं। एक व्यावहारिक नियम: विश्लेषण बैंडविड्थ के 2.56 गुना पर नमूना लें (फ़िल्टर रोल-ऑफ़ को ध्यान में रखते हुए)।
आवृत्ति संकल्प = 1 / T, जहाँ T रिकॉर्ड की लंबाई है। दो निकटवर्ती आवृत्तियों को अलग करने के लिए आपको एक लंबे रिकॉर्ड की आवश्यकता होती है। समुद्री अनुप्रयोगों में जहाँ गति में थोड़ा बदलाव होता है, ऑर्डर ट्रैकिंग (टैकोमीटर पल्स के साथ सिंक्रनाइज़्ड रीसैंपलिंग) गति में बदलाव की परवाह किए बिना ऑर्डर डोमेन में स्थिर रिज़ॉल्यूशन बनाए रखती है।
विंडोइंग सीमित रिकॉर्ड लंबाई के कारण होने वाले स्पेक्ट्रल लीकेज को रोकता है। हैनिंग सामान्य उपयोग के लिए डिफ़ॉल्ट सेटिंग है; फ्लैट-टॉप सबसे सटीक आयाम प्रदान करता है (पूर्ण सीमाओं से तुलना करते समय महत्वपूर्ण); आयताकार सेटिंग केवल वास्तव में क्षणिक संकेतों के लिए उपयुक्त है।
| खिड़की | आवृत्ति संकल्प | आयाम सटीकता | उदाहरण |
|---|---|---|---|
| आयताकार | श्रेष्ठ | मध्यम | क्षणिक / प्रभाव |
| हैनिंग | अच्छा | अच्छा | सामान्य प्रयोजन |
| ऊपर से चपटा | खराब | श्रेष्ठ | अंशांकन, आयाम जाँच |
5.3 Advanced Techniques
लिफाफा विश्लेषण (आयाम विमोचन)
rolling-element bearing diagnostics के लिए पसंदीदा विधि। चरण: (1) bearing impacts द्वारा excite की गई structural resonance के आसपास band-pass filter करें (आमतौर पर 2–8 kHz), (2) Hilbert transform या rectification + low-pass filter के माध्यम से amplitude envelope निकालें, (3) envelope का FFT गणना करें। बियरिंग दोष आवृत्तियाँ (BPFO, BPFI, BSF, FTF) तब envelope spectrum में स्पष्ट peaks के रूप में दिखाई देते हैं, जो shaft-speed harmonics और अन्य sources से साफ़ अलग होते हैं।
सेप्स्ट्रम विश्लेषण
सेपस्ट्रम लॉग-मैग्नीट्यूड स्पेक्ट्रम का व्युत्क्रम FFT है। यह आवधिक पैटर्न का पता लगाता है। अंदर आवृत्ति स्पेक्ट्रम — ठीक वही जो गियर-मेश आवृत्ति के आसपास के साइडबैंड या शिथिलता से उत्पन्न हार्मोनिक परिवार उत्पन्न करते हैं। यह तकनीक प्रत्यक्ष FFT की तुलना में कम सहज है, लेकिन तब उत्कृष्ट प्रदर्शन करती है जब कई साइडबैंड परिवार ओवरलैप होते हैं।
आदेश ट्रैकिंग
परिवर्तनीय गति वाली मशीनों (जो परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव वाले जहाजों पर या संचालन के दौरान आम हैं) के लिए, पारंपरिक FFT गति से संबंधित पीक को धुंधला कर देता है। ऑर्डर ट्रैकिंग टैकोमीटर या गति संदर्भ का उपयोग करके समय सिग्नल को पुनः सैम्पल करता है, जिससे विश्लेषण आवृत्ति डोमेन से ऑर्डर डोमेन में परिवर्तित हो जाता है। प्रत्येक ऑर्डर शाफ्ट की गति के एक निश्चित गुणक के अनुरूप होता है।
सुसंगतता कार्य
आवृत्ति के फलन के रूप में दो signals के बीच linear relationship को मापता है। किसी दी गई frequency पर 1.0 के निकट coherence का अर्थ है कि response point पर vibration मुख्यतः reference point पर excitation के कारण है। Transmission paths को isolate करने, measurement quality सत्यापित करने, और यह आकलन करने में उपयोगी कि machine का कितना vibration nearby structures तक transmit हो रहा है — या जहाज पर, "machine" का कितना vibration वास्तव में hull के माध्यम से propeller से आ रहा है।
6. Condition Monitoring Programmes
स्वीकृति परीक्षण से लेकर प्रवृत्ति विश्लेषण तक, जहाज पर कंपन निगरानी कार्यक्रम का निर्माण और संचालन करना।
6.1 Acceptance Testing
Vibration acceptance testing यह स्थापित करती है कि newly installed या overhauled equipment सेवा में जाने से पहले अपनी design specification को पूरा करता है। Marine equipment के लिए यह आमतौर पर चरणों में किया जाता है: manufacturer के यहाँ factory acceptance test (FAT) — ISO 20283-3 shipboard equipment के pre-installation vibration measurement को कवर करता है — installation के बाद harbour acceptance test (HAT), और full load पर sea trial।
स्वीकृति परीक्षण से क्या पता चलता है
- specified से अधिक अवशिष्ट असंतुलन आईएसओ 21940-11 (पूर्व में ISO 1940-1) balance quality grade
- सॉफ्ट फुट — एक या अधिक माउंटिंग फीट नींव के साथ ठीक से संपर्क में नहीं हैं
- स्थापना के दौरान कपलिंग में असंतुलन उत्पन्न हो गया।
- पाइपिंग तनाव पंप या कंप्रेसर फ्लैंज तक संचारित होता है
- Foundation resonances जो operating speed या propeller blade rate से मेल खाती हैं
acceptance testing के दौरान किए गए measurements भविष्य की condition monitoring के लिए baseline बन जाते हैं। इन्हें कई load levels (आमतौर पर 25 %, 50 %, 75 %, 100 %) पर लिया जाना चाहिए और operating parameters (speed, load, temperatures, sea state) के साथ documented होना चाहिए।
नए स्थापित कार्गो पंप ने चालू होने के तुरंत बाद 4.2 मिमी/सेकंड की RMS गति दिखाई। 100 घंटे से अधिक सेवा के बाद, बेयरिंग सतहों के अनुरूप होने और क्लीयरेंस के स्थिर होने के कारण रीडिंग 2.1 मिमी/सेकंड पर स्थिर हो गई। स्वीकृति परीक्षण के बिना, प्रारंभिक उच्च रीडिंग अनावश्यक जांच का कारण बन सकती थी।
6.2 Monitoring Systems
पोर्टेबल (मार्ग-आधारित) प्रणालियाँ
एक तकनीशियन इंजन कक्ष में पूर्वनिर्धारित मार्ग पर चलता है और प्रत्येक चिह्नित माप बिंदु पर हाथ में पकड़े जाने वाले डेटा संग्राहक का उपयोग करके डेटा एकत्र करता है। तट या कार्यालय में स्थित पीसी पर मौजूद सॉफ़्टवेयर डेटा को संग्रहीत करता है, उसका रुझान निर्धारित करता है और उसका विश्लेषण करता है। यह सहायक मशीनरी के लिए सबसे किफायती तरीका है जहाँ निरंतर निगरानी की आवश्यकता नहीं होती है।
स्थायी (ऑन-लाइन) प्रणालियाँ
महत्वपूर्ण उपकरणों पर सेंसर स्थायी रूप से लगाए जाते हैं और एक केंद्रीय डेटा अधिग्रहण प्रणाली से जुड़े होते हैं। माप स्वचालित रूप से निर्धारित अंतराल पर या निरंतर लिए जाते हैं। निर्धारित सीमा से अधिक होने पर अलार्म बजने लगते हैं। मुख्य इंजन, जनरेटर, प्रणोदन मोटर और अपचयन गियर इसके विशिष्ट उदाहरण हैं।
हाइब्रिड दृष्टिकोण
अधिकांश आधुनिक फ्लीट इन दोनों प्रणालियों का संयोजन करती हैं। निरंतर निगरानी में 10-15 सबसे महत्वपूर्ण मशीनें शामिल होती हैं। रूट-आधारित पोर्टेबल माप साप्ताहिक से त्रैमासिक चक्र पर 50-200 सहायक उपकरणों को कवर करते हैं। एकीकृत सॉफ़्टवेयर दोनों डेटासेट को एक ही डेटाबेस में मिला देता है।
एक व्यावहारिक Starting Point
नीचे दी गई table merchant vessel के लिए एक typical starting matrix है। यह जानबूझकर generic है — किसी भी specific ship के लिए criticality analysis, class requirements, और maker's instructions को प्राथमिकता दी जानी चाहिए।
| उपकरण | क्या मापना है | कहाँ | Typical Interval |
|---|---|---|---|
| Main propulsion engine | Broadband velocity, selective spectra; class requirements के अनुसार torsional monitoring | Main bearings / frame, thrust bearing, turbocharger casings | Continuous या weekly route |
| शॉफ्ट लाइन | ब्रॉडबैंड वेग + 1×/2× घटक; बेयरिंग तापमान | Intermediate shaft bearings, stern-tube area | Continuous या monthly |
| डीजल जनरेटर | Broadband velocity (ISO 8528-9 framework), alternator bearings पर spectra | Engine frame, alternator drive-end और non-drive-end bearings | साप्ताहिक – मासिक |
| Sea-water / fresh-water pumps | Velocity spectra + bearing envelope | Pump और motor bearing housings, 2–3 directions | मासिक |
| Engine-room fans, blowers | Broadband velocity + 1× (deposits से unbalance बढ़ता है) | Fan और motor bearings | मासिक – त्रैमासिक |
| Compressors, purifiers, separators | Velocity spectra + high-frequency bearing parameters | maker's drawing के अनुसार bearing housings | मासिक |
डेटाबेस और पदानुक्रम
मॉनिटरिंग डेटाबेस उपकरणों को एक वृक्ष के रूप में व्यवस्थित करता है: पोत → विभाग (इंजन, डेक, विद्युत) → प्रणाली (प्रणोदन, सहायक शीतलन, अग्निशमन) → मशीन → घटक → मापन बिंदु। प्रत्येक बिंदु के लिए सेंसर का प्रकार, दिशा, इकाइयाँ, अलार्म स्तर और विश्लेषण सेटिंग्स परिभाषित हैं। बेहतर पदानुक्रम डिजाइन से पूरे बेड़े के लिए बेंचमार्किंग और रिपोर्टिंग व्यावहारिक हो जाती है।
6.3 Alarm Levels और Trend Analysis
अलार्म स्तर निर्धारित करना
इसके लिए तीन सामान्य दृष्टिकोण हैं, और इन्हें आपस में जोड़ा जा सकता है।
- मानकों पर आधारित — सीधे ISO 20816 (पूर्व में ISO 10816) या API zone boundaries का उपयोग करें। सरल, लेकिन one-size-fits-all।
- सांख्यिकीय — अलर्ट को बेसलाइन माध्य + 2-3 मानक विचलन पर सेट करें, खतरे की सीमा को माध्य + 4-6 σ पर सेट करें। यह प्रत्येक मशीन के लिए अनुकूलित है, लेकिन इसके लिए पर्याप्त बेसलाइन डेटा आवश्यक है।
- अनुभव के आधार पर — यह विश्लेषक के किसी विशिष्ट मशीन प्रकार के ज्ञान से प्राप्त होता है। यह अक्सर असामान्य या बहुत पुराने उपकरणों के लिए सबसे प्रभावी होता है, जिन्हें सामान्य मानकों द्वारा अच्छी तरह से कवर नहीं किया जाता है।
सैकड़ों मापन बिंदुओं वाले जहाज पर, गलत तरीके से कैलिब्रेट किए गए अलार्म प्रति मार्ग दर्जनों गलत संकेत देते हैं। चालक दल इन्हें अनदेखा करना सीख जाते हैं। उचित बेसलाइन संग्रह और अलार्म स्तर ट्यूनिंग में समय निवेश करें - यह किसी भी नए कार्यक्रम में सबसे अधिक प्रभावकारी गतिविधि है।
प्रवृत्ति विश्लेषण
समय के साथ किसी पैरामीटर का ग्राफ बनाने से खतरे के स्तर तक पहुंचने से पहले ही उसमें विकसित हो रही खामियों का पता चल जाता है। ट्रेंडिंग समग्र RMS, व्यक्तिगत आवृत्ति घटकों, सांख्यिकीय मापदंडों (क्रेस्ट फैक्टर, कर्टोसिस) और एनवेलप-व्युत्पन्न मेट्रिक्स के लिए कारगर है। ट्रेंड लाइन का ढलान — और विशेष रूप से ढलान में कोई भी अचानक परिवर्तन — निर्णय लेने का मुख्य कारक होता है।
समय-श्रृंखला आरेखों के सरल दृश्य निरीक्षण से लेकर सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण (CUSUM, EWMA) और प्रतिगमन-आधारित शेष-उपयोगी-जीवन मॉडल तक कई विधियाँ उपलब्ध हैं। महत्वपूर्ण मशीनरी के लिए, कई प्रवृत्ति-आधारित मापदंडों को एक ही "स्वास्थ्य सूचकांक" में संयोजित करने से किसी एक मापदंड की तुलना में अधिक सटीक चित्र प्राप्त होता है।
एक main-engine cooling pump में छह महीनों के दौरान outer-race defect-frequency amplitude में स्थिर month-on-month वृद्धि दिखाई दी। Bearing replacement को routine port call के दौरान schedule किया गया, जिससे ऐसा unplanned failure टल गया जिसके कारण vessel को divert करना पड़ता।
7. Fault Detection and Identification
स्पेक्ट्रल पीक, वेवफॉर्म आकार और सांख्यिकीय मापदंडों को विशिष्ट दोष निदान में अनुवादित करना।
7.1 Rolling-Element Bearing Diagnostics
Rolling-element bearings marine vibration programmes में सबसे अधिक monitor किया जाने वाला component हैं। प्रत्येक defect location एक विशिष्ट characteristic frequency उत्पन्न करती है, जो bearing geometry और shaft speed से निर्धारित होती है।
दोष आवृत्तियाँ
BPFI = (एन/2) · एफशाफ़्ट · (1 + d/D · cos φ)
BSF = (डी/2डी) · एफशाफ़्ट · [1 − (d/D · cos φ)²]
FTF = (1/2) · fशाफ़्ट · (1 − d/D · cos φ)
N — रोलिंग तत्वों की संख्या | d — तत्व का व्यास
D — पिच व्यास | φ — संपर्क कोण | fशाफ़्ट — शाफ्ट आवृत्ति
बाहरी-रेस आवृत्ति हमेशा दो रेस आवृत्तियों में से निचली होती है (BPFO ≈ 0.4 · N · fशाफ़्ट एक सामान्य नियम के रूप में) और आंतरिक-रेस आवृत्ति उच्च (BPFI ≈ 0.6 · N · fशाफ़्ट); साथ मिलकर उनका योग N · f होता हैशाफ़्ट — एक सुविधाजनक sanity check.
9 गेंदों, d = 12.7 mm, D = 58.5 mm, φ ≈ 0° के साथ डीप-ग्रूव बॉल बेयरिंग, 1 750 r/min (fशाफ़्ट = 29.17 Hz) पर चल रहा है:
BPFO ≈ 4.5 × 29.17 × (1 − 0.217) ≈ 103 Hz · BPFI ≈ 4.5 × 29.17 × (1 + 0.217) ≈ 160 Hz · BSF ≈ 64 Hz · FTF ≈ 11.4 Hz
जाँच: BPFO + BPFI = 103 + 160 ≈ 262.5 Hz = 9 × 29.17 Hz ✓
दोष प्रगति के चरण
- शुरुआत — high-frequency noise floor (ultrasonic band, > 20 kHz) में सूक्ष्म वृद्धि। अभी कोई discrete peaks नहीं। केवल specialised high-frequency techniques (acoustic emission, spike energy) से पता लगाया जा सकता है।
- अलग-अलग दोष आवृत्तियाँ दिखाई देती हैं — बेयरिंग-विशेषता आवृत्तियाँ (BPFO, BPFI, आदि) लिफाफा स्पेक्ट्रम या उच्च-आवृत्ति-बैंड त्वरण स्पेक्ट्रम में दिखाई देने लगती हैं।
- हार्मोनिक्स और साइडबैंड विकसित होते हैं — दोष-आवृत्ति हार्मोनिक्स बढ़ते हैं; शाफ्ट की गति पर मॉड्यूलेशन साइडबैंड बेयरिंग आवृत्तियों के आसपास दिखाई देते हैं।
- विस्तार और वृद्धि - बेयरिंग-फ़्रीक्वेंसी बैंड में नॉइज़ फ़्लोर बढ़ जाता है; समग्र त्वरण और वेग RMS बढ़ने लगते हैं; यादृच्छिक सामग्री बढ़ने के साथ क्रेस्ट फ़ैक्टर कम होना शुरू हो सकता है।
- उन्नत क्षति व्यापक अनियमित कंपन हावी है; विस्थापन का स्तर बढ़ता है; तापमान बढ़ता है; श्रव्य शोर सुनाई देता है। विफलता निकट है।
व्यवहार में लिफाफा विश्लेषण
2–8 kHz रेंज में (या उच्चतम बेयरिंग-उत्तेजित अनुनाद के आसपास - इसे इम्पैक्ट टेस्ट या स्पेक्ट्रम से पहचानें) कच्चे त्वरण सिग्नल को बैंड-पास फ़िल्टर करें। हिल्बर्ट-ट्रांसफ़ॉर्म एनवेलप की गणना करें। एनवेलप का FFT करें। यदि आपको BPFO, BPFI, BSF, या FTF (और उनके हार्मोनिक्स) पर पीक दिखाई देते हैं, तो आपको बेयरिंग दोष की पुष्टि हो जाती है।
7.2 Gear Faults और Shaft Problems
गियर निदान
गियर की मूलभूत मेश आवृत्ति (जीएमएफ) दांतों की संख्या और शाफ्ट की घूर्णन आवृत्ति के गुणनफल के बराबर होती है। एक स्वस्थ गियर कम साइडबैंड के साथ एक स्पष्ट मेश पीक उत्पन्न करता है। समस्याएँ मेश आयाम में वृद्धि, क्षतिग्रस्त गियर की शाफ्ट आवृत्ति पर फैले साइडबैंड में वृद्धि और अंततः जीएमएफ के उच्चतर हार्मोनिक्स के उत्पादन के रूप में प्रकट होती हैं।
1 200 r/min (20 Hz) पर 23-दाँत वाला पिनियन 67-दाँत वाले व्हील (6.87 Hz) के साथ मेश हो रहा है। GMF = 23 × 20 = 460 Hz। 460 ± 20 Hz पर साइडबैंड एक विकसित हो रहे पिनियन दोष की ओर इशारा करते हैं; 460 ± 6.87 Hz पर साइडबैंड व्हील की ओर इशारा करते हैं।
शाफ्ट और कपलिंग की समस्याएं
| दोष | प्रमुख आवृत्ति | महत्वपूर्ण संकेतक |
|---|---|---|
| द्रव्यमान असंतुलन | 1× शाफ्ट गति | त्रिज्यीय कंपन; स्थिर अवस्था; आयाम ∝ गति² |
| समानांतर बेमेल | 2× (+ 1×, 3×) | उच्च रेडियल कंपन; कपलिंग के पार 180° का फेज़ शिफ्ट |
| कोणीय मिसलिग्न्मेंट | 1× और 2× | कपलिंग पर उच्च अक्षीय कंपन |
| मुड़ा हुआ शाफ्ट | 1× और 2× | उच्च 1× अक्षीय; बियरिंग के बीच 180° फेज |
| यांत्रिक ढीलापन | 1× के कई हार्मोनिक्स | उपहार्मोनिक्स (0.5×); अस्थिर चरण; दिशात्मक |
| रोटर रगड़ | आंशिक हार्मोनिक्स | 0.5×, 1.5×, 2.5× आदि; खंडित तरंगरूप |
इम्पेलर / प्रवाह संबंधी समस्याएं
Blade-passing frequency (BPF) = blades की संख्या × shaft frequency। बढ़ा हुआ BPF और उसके harmonics impeller damage, diffuser–impeller gap issues, या inlet flow distortion को दर्शाते हैं। Cavitation broadband high-frequency noise उत्पन्न करती है — 2 kHz से ऊपर उच्च kurtosis के साथ "crackling" sound signature। Low flow पर recirculation low-frequency random instability उत्पन्न करती है। जहाजों पर याद रखें कि propeller स्वयं blade-rate vibration उत्पन्न करता है जो structure के माध्यम से propagate होती है (Section 3.2 देखें)।
7.3 Severity Assessment और Prognosis
किसी खराबी का पता लगाना तो आधा काम है। रखरखाव टीम को यह जानना आवश्यक है कि... कितनी तेजी से यह खराबी बढ़ती जा रही है और कितनी देर मशीन सुरक्षित रूप से काम करना जारी रख सकती है।
गंभीरता मेट्रिक्स
- दोष-आवृत्ति शिखर का आयाम उसके आधार मान के सापेक्ष
- उस आयाम के परिवर्तन की दर (प्रवृत्ति का ढलान)
- हार्मोनिक्स और साइडबैंड की संख्या और शक्ति
- क्रेस्ट फैक्टर और कर्टोसिस प्रगति
- आईएसओ जोन सीमाओं के सापेक्ष समग्र वेग या त्वरण का RMS मान
पूर्वानुमान विधियाँ
linear या exponential extrapolation के साथ simple trending शेष जीवन का एक मोटा अनुमान देती है। अधिक sophisticated approaches में physics-based degradation models (उदाहरण, Hertzian stress के तहत spalling propagation) और run-to-failure datasets पर trained data-driven models शामिल हैं। किसी भी स्थिति में, predictions के साथ explicit confidence intervals होने चाहिए — "42 days remaining" का point estimate, "30–60 days at 90 % confidence" की तुलना में बहुत कम उपयोगी है।
| गंभीरता स्तर | अनुशंसित कार्रवाई | सामान्य समयसीमा |
|---|---|---|
| अच्छा | सामान्य निगरानी जारी रखें | अगला निर्धारित माप |
| प्रारंभिक दोष | निगरानी आवृत्ति बढ़ाएँ | साप्ताहिक → द्विसाप्ताहिक |
| विकासशील | रखरखाव हस्तक्षेप की योजना बनाएं | अगला पोर्ट कॉल या नियोजित डाउनटाइम |
| विकसित | मरम्मत का काम जल्द से जल्द निर्धारित करें | 1-2 सप्ताह के भीतर |
| गंभीर | लोड कम करें या बंद करें; आपातकालीन मरम्मत | तुरंत |
8. Alignment और Balancing
समुद्री घूर्णन उपकरणों पर कंपन संबंधी समस्याओं के सबसे बड़े हिस्से को दूर करने वाले दो सुधारात्मक उपाय।
8.1 Shaft Alignment
समुद्री मशीनरी में कंपन के तीन प्रमुख कारणों में से एक है युग्मित शाफ्टों के बीच गलत संरेखण (असंतुलन और बियरिंग घिसाव के साथ)। यह बियरिंग, सील और कपलिंग पर अत्यधिक बल उत्पन्न करता है, और एक विशिष्ट कंपन पैटर्न उत्पन्न करता है जिसमें शाफ्ट की गति का 2 गुना प्रमुख होता है।
गलत संरेखण के प्रकार
| प्रकार | प्रमुख कंपन | दिशा | चरण हस्ताक्षर |
|---|---|---|---|
| समानांतर (ऑफसेट) | 2× आरपीएम | रेडियल | रेडियल दिशा में कपलिंग के आर-पार 180° का विस्थापन |
| कोणीय | 1× और 2× आरपीएम | अक्षीय | अक्षीय दिशा में कपलिंग के आर-पार 180° का विस्थापन |
| संयुक्त | 1× + 2× + उच्चतर | सभी | जटिल; बहु-बिंदु माप की आवश्यकता है |
स्थैतिक बनाम गतिशील संरेखण
Static alignment तब मापा जाता है जब machine ठंडी हो और rest पर हो। Dynamic (operating) alignment thermal growth, load के तहत foundation deflection, और तापमान व pressure के साथ विकसित होने वाली piping forces के कारण काफी अलग हो सकता है। उदाहरण के लिए, diesel generator में engine operating temperature पर पहुँचने पर coupling centre पर 1–2 mm vertical growth हो सकती है। जहाजों पर एक अतिरिक्त स्तर भी है: cargo और ballast condition बदलने के साथ hull deflection laden और ballast voyage के बीच shaft-line alignment बदल देती है।
उदाहरण: 2 m स्टील शॉफ्ट ऊंचाई, α = 12 × 10⁻⁶ /°C, ΔT = 50 °C → ΔL = 1.2 mm ऊपर की ओर
लेजर अलाइनमेंट सिस्टम अपेक्षित तापीय वृद्धि की भरपाई के लिए कोल्ड ऑफसेट की गणना करते हैं, ताकि अलाइनमेंट परिवेशी तापमान के बजाय परिचालन तापमान पर सही हो।
नरम पैर
यदि मशीन के एक या अधिक पैर नींव से ठीक से संपर्क नहीं करते हैं, तो होल्ड-डाउन बोल्ट को कसने से फ्रेम विकृत हो जाता है, बेयरिंग का संरेखण बिगड़ जाता है और भार के आधार पर कंपन की विशेषताएं बदल जाती हैं। किसी भी संरेखण प्रक्रिया से पहले सॉफ्ट फुट का पता लगाना पहला कदम है: प्रत्येक बोल्ट को बारी-बारी से ढीला करें और डायल इंडिकेटर या लेजर सिस्टम से गति को मापें। सटीक शिम्स का उपयोग करके इसे ठीक करें।
8.2 Balancing Theory
द्रव्यमान असंतुलन एक अपकेंद्री बल उत्पन्न करता है जो शाफ्ट के साथ घूमता है, जिससे 1× RPM पर कंपन उत्पन्न होता है। यह बल ω² के समानुपाती होता है, इसलिए कम गति पर मध्यम रूप से कंपन करने वाला रोटर उच्च गति पर विनाशकारी हो सकता है।
m — असंतुलित द्रव्यमान | r — त्रिज्या | ω — कोणीय वेग
असंतुलन प्रकार
- स्थिर — एक ही भारी धब्बा; रोटर भारी हिस्से को नीचे की ओर करके नुकीली धारों पर स्थिर हो जाएगा। एक सुधार तल ही पर्याप्त है।
- युगल दो बराबर द्रव्यमान 180° के कोण पर अलग-अलग अक्षीय तलों में स्थित हैं। कोई स्थैतिक असंतुलन नहीं है, लेकिन घूर्णन के दौरान रोटर डगमगाता है। दो सुधार तलों की आवश्यकता है।
- गतिशील — सामान्य स्थिति: स्थैतिक और युग्मित बलों का संयोजन। पूर्ण रूप से समाप्त करने के लिए हमेशा दो-तलीय सुधार की आवश्यकता होती है।
Balance Quality — ISO 21940-11 (पूर्व में ISO 1940-1)
आईएसओ 21940-11 service speed और rotor mass के फलन के रूप में permissible residual unbalance को परिभाषित करता है, जिसे balance quality grade G के रूप में व्यक्त किया जाता है। Grade value उत्पाद e के बराबर होती हैप्रति · ω in mm/s, जहाँ eप्रति permissible specific unbalance है (शाफ्ट axis से mass centre का displacement) और ω service speed पर angular velocity है। Practical units में:
G — balance quality grade [mm/s] | n — service speed [r/min]
| श्रेणी | ईप्रति·ω (mm/s) | Typical Application (ISO 21940-11, Table 1) |
|---|---|---|
| जी 0.4 | 0.4 | Gyroscopes, spindles और high-precision systems के drives |
| जी 1.0 | 1.0 | Audio/video drives, grinding-machine drives |
| जी 2.5 | 2.5 | Compressors, gas और steam turbines, 950 r/min से ऊपर electric motors |
| जी 6.3 | 6.3 | सामान्य मशीनरी: pumps, fans, gears, electric motors, turbochargers, water turbines |
| जी 16 | 16 | Drive shafts (cardan और propeller shafts), agricultural machinery, crushers |
| G 250 – G 4000 | 250 – 4000 | बड़े, धीमे marine diesel engines के crankshaft drives (grade mounting और inherent balance पर निर्भर करता है) |
Sea-water pump rotor, mass 120 kg, service speed 2 950 r/min, specified grade G 6.3:
ईप्रति = 9549 × 6.3 / 2950 ≈ 20.4 g·mm/kg → Uप्रति = 20.4 × 120 ≈ 2 450 g·mm.
200 mm के correction radius पर यह 2450 / 200 ≈ के residual mass के बराबर है 12.2 g — कुल अनुमत मान, जिसे आमतौर पर दो correction planes के बीच विभाजित किया जाता है।
8.3 Field Balancing
वास्तविक परिचालन स्थितियों के तहत, मशीन के बेयरिंग और सपोर्ट में मौजूद असंतुलन को फील्ड बैलेंसिंग द्वारा ठीक किया जाता है। यदि असंतुलन निर्माण दोष के बजाय सेवा के दौरान जमाव, क्षरण या ऊष्मीय विकृति के कारण होता है, तो रोटर को वर्कशॉप बैलेंसिंग के लिए निकालने की तुलना में फील्ड बैलेंसिंग लगभग हमेशा बेहतर होता है।
एकल-तल प्रक्रिया (प्रभाव-गुणांक विधि)
- 1× आरपीएम पर प्रारंभिक कंपन आयाम और चरण को मापें (संदर्भ रन)।
- रोटर पर ज्ञात कोणीय स्थिति पर एक ज्ञात परीक्षण द्रव्यमान स्थापित करें।
- मशीन को चलाकर कंपन को दोबारा मापें (परीक्षण रन)।
- प्रभाव गुणांक की गणना करें: उस त्रिज्या पर द्रव्यमान की एक इकाई कंपन से कितना परिवर्तन उत्पन्न होता है।
- कंपन को शून्य तक ले जाने वाले सही द्रव्यमान और कोण की गणना करें (सदिश अंकगणित)।
- परीक्षण द्रव्यमान को हटा दें, सुधार द्रव्यमान स्थापित करें, और अंतिम परीक्षण करके सत्यापित करें।
दो-प्लेन संतुलन उसी तर्क का पालन करता है लेकिन प्रभाव गुणांकों की 2×2 प्रणाली को हल करता है, जिससे स्थैतिक और युगल घटकों का एक साथ सुधार संभव हो पाता है।
बैलेंससेट-1ए — पोर्टेबल बैलेंसिंग और वाइब्रेशन एनालिसिस
Vibromera का Balanset-1A single-plane और two-plane field balancing के लिए portable instrument है, जिसमें built-in vibration measurement और FFT spectrum analysis है: vibration velocity 0.2–80 mm/s RMS, frequency range 5–1000 Hz, laser tachometer 250–90 000 r/min, और laptop से USB के माध्यम से powered। इसका उपयोग fans, pumps, centrifuges, separators, shafts, और अन्य rotating equipment पर marine और industrial environments में किया जाता है।
समुद्री-विशिष्ट चुनौतियाँ
- पोत की गति तरंगों और इंजन से उत्पन्न पृष्ठभूमि कंपन 1× सिग्नल को छिपा सकता है। निवारण: कई चक्करों पर औसत माप लेना, शांत परिस्थितियों में या बंदरगाह में माप लेना।
- सीमित पहुंच — करेक्शन प्लेन संलग्न संरचनाओं के अंदर हो सकते हैं। इसके लिए अक्सर पूर्व-योजना और अनुकूलित भार-संलग्न विधियों की आवश्यकता होती है।
- तापीय प्रभाव — ठंडे अवस्था में संतुलित की गई machines operating temperature पर differential expansion के कारण अतिरिक्त unbalance विकसित कर सकती हैं। आदर्श रूप से, normal operating temperature पर balance verify करें।
8.4 कंपन कम करने के अन्य Approaches
जब संतुलन और संरेखण से कंपन स्वीकार्य स्तर तक नहीं पहुंचता है, तो कई अन्य तकनीकें उपलब्ध हैं।
स्रोत संशोधन
उत्तेजना बल को कम करने के लिए घटक को फिर से डिजाइन या संशोधित करें - उदाहरण के लिए, पंप में इम्पेलर-डिफ्यूज़र गैप को अनुकूलित करना, विनिर्माण सहनशीलता में सुधार करना, या महत्वपूर्ण गति से दूर एक परिचालन गति का चयन करना।
कठोरता और अवमंदन में परिवर्तन
नींव को सुदृढ़ करने से उसकी प्राकृतिक आवृत्ति उत्तेजना आवृत्ति से दूर हो जाती है। अवमंदन (प्रतिबंधित परत उपचार, विस्कोइलास्टिक माउंट) जोड़ने से अनुनाद पर प्रवर्धन कम हो जाता है। दोनों ही तरीके स्थापना के बाद लागू किए जा सकते हैं, हालांकि जहाज में नींव को सुदृढ़ करने की सीमा संरचनात्मक भार सीमा से बंधी होती है।
कंपन अलगाव
रिलिएंट माउंट (रबर, स्प्रिंग, एयर) मशीन को हल संरचना से डिकपल करते हैं। जब उत्तेजना आवृत्ति लगभग √2 × माउंट प्राकृतिक आवृत्ति से अधिक हो जाती है, तो अलगाव प्रभावी हो जाता है। मरीन इंसुलेटर्स को जहाज़ की गति से होने वाले भारों का प्रतिरोध करना और क्षारीय वातावरण को सहन करना भी चाहिए।
ट्यून्ड एब्जॉर्बर और डैम्पर
tuned mass damper (TMD) — समस्या वाली आवृत्ति पर tuned एक छोटा secondary mass-spring system — उसी specific frequency पर primary structure से energy absorb करता है। Generator या propeller blade rate द्वारा excite की गई deck resonance जैसी narrow-band समस्याओं के लिए प्रभावी। कमी यह है कि प्रत्येक TMD केवल एक ही frequency को address करता है।
9. उभरती Technologies
समुद्री कंपन निदान किस दिशा में आगे बढ़ रहा है — वायरलेस सेंसर, एज कंप्यूटिंग, मशीन लर्निंग और स्वायत्त रखरखाव की ओर अग्रसर।
9.1 AI और Machine Learning
मशीन लर्निंग कंपन निदान को मैन्युअल रूप से परिभाषित नियमों से हटाकर डेटा-आधारित पैटर्न पहचान की ओर ले जा रही है। इसके सबसे तात्कालिक अनुप्रयोग स्वचालित दोष वर्गीकरण और शेष उपयोगी जीवन की भविष्यवाणी हैं।
वर्गीकरण
लेबलयुक्त कंपन डेटासेट पर प्रशिक्षित कनवोल्यूशनल न्यूरल नेटवर्क (CNN) बियरिंग, गियर, असंतुलन और गलत संरेखण दोषों को अनुभवी विश्लेषकों के समान सटीकता के साथ वर्गीकृत कर सकते हैं - बशर्ते प्रशिक्षण डेटा वास्तविक परिचालन स्थितियों को कवर करता हो। ट्रांसफर लर्निंग और डोमेन अनुकूलन, औद्योगिक डेटासेट पर प्रशिक्षित मॉडल से शुरू करके और जहाज पर मौजूद डेटा के साथ उन्हें परिष्कृत करके, सीमित लेबलयुक्त समुद्री डेटा की सामान्य समस्या का समाधान करते हैं।
विसंगति का पता लगाना
ऑटोएनकोडर और वेरिएशनल ऑटोएनकोडर सामान्य कंपन का एक संपीड़ित निरूपण सीखते हैं। जब कोई नया माप सीखे गए वितरण से बाहर होता है, तो सिस्टम उसे असामान्य के रूप में चिह्नित करता है - इसके लिए हर संभव दोष प्रकार के पूर्व उदाहरणों की आवश्यकता नहीं होती है। यह विशेष रूप से दुर्लभ विफलता मोड के लिए उपयोगी है।
डिजिटल ट्विन्स
digital twin मशीन का physics-based या hybrid model होता है, जो वास्तविक मशीन के समानांतर चलता है और sensor data से लगातार update होता रहता है। Model predictions और real measurements के बीच deviations बदलती हुई internal conditions को दर्शाते हैं। Digital twins scenario simulation ("अगर हम speed 5 % बढ़ाएँ तो क्या होगा?") और अधिक विश्वसनीय prognosis सक्षम करते हैं, क्योंकि वे केवल statistical extrapolation पर निर्भर रहने के बजाय physics को शामिल करते हैं।
9.2 Wireless Sensors और Edge Computing
वायरलेस कंपन सेंसर इस बिंदु तक परिपक्व हो गए हैं जहाँ बैटरी जीवन पाँच वर्षों से अधिक है, संचार विश्वसनीयता गैर-सुरक्षा-महत्वपूर्ण निगरानी के लिए पर्याप्त है, और ऑन-बोर्ड प्रसंस्करण सेंसर को सांख्यिकीय मापदंडों की गणना स्थानीय रूप से करने की अनुमति देता है, कच्चे तरंग रूपों के बजाय केवल सारांश और अलर्ट प्रसारित करता है। यह स्थापना लागत को नाटकीय रूप से कम करता है — कोई केबलिंग नहीं, कोई नली नहीं, कोई जंक्शन बॉक्स नहीं — और सैकड़ों सहायक मशीनों की निगरानी करना आर्थिक रूप से व्यावहारिक बनाता है जो पहले निगरानी नहीं की जाती थीं।
एज कंप्यूटिंग सेंसर पर या उसके पास प्रोसेसिंग पावर उपलब्ध कराती है, जिससे किनारे पर स्थित क्लाउड कनेक्शन पर निर्भर हुए बिना वास्तविक समय में अलार्म जनरेशन, लोकल FFT और यहां तक कि न्यूरल नेटवर्क इन्फरेंस भी संभव हो पाता है। यह उन जहाजों के लिए महत्वपूर्ण है जो सीमित सैटेलाइट बैंडविड्थ के साथ कई दिन या सप्ताह बिताते हैं।
9.3 Autonomous Diagnostics और Integration
दीर्घकालिक प्रवृत्ति उन प्रणालियों की ओर इशारा करती है जो न्यूनतम मानवीय हस्तक्षेप के साथ पता लगाने, निदान करने और कार्रवाई करने में सक्षम हैं:
- स्व-कैलिब्रेटिंग सेंसर जो अपने स्वास्थ्य की स्वयं जांच करते हैं और विचलन की भरपाई करते हैं।
- स्वचालित दोष निदान जहाज की नियोजित रखरखाव प्रणाली के साथ एकीकृत - बेयरिंग दोष का पता लगाने से स्वचालित रूप से एक कार्य आदेश उत्पन्न होता है, अतिरिक्त पुर्जों की सूची की जांच होती है और रखरखाव के लिए एक उपयुक्त समय सीमा का सुझाव दिया जाता है।
- फ्लीट-स्तरीय विश्लेषण — पूरे बेड़े में एक ही प्रकार के उपकरण की तुलना करने से प्रणालीगत समस्याओं (बेयरिंग का एक खराब बैच, डिजाइन से संबंधित अनुनाद) की पहचान होती है, जिन्हें एकल-जहाज निगरानी द्वारा अनदेखा किया जा सकता है।
- बहु-पैरामीटर संलयन कंपन, तेल विश्लेषण, थर्मोग्राफी और प्रदर्शन डेटा को एक ही स्वास्थ्य सूचकांक में संयोजित करने से किसी भी एक तकनीक की तुलना में अधिक विश्वसनीय स्थिति मूल्यांकन प्राप्त होता है।
Classification societies (DNV, Lloyd's Register, Bureau Veritas, ABS) ऐसे rules और class notations बनाए रखती हैं जो condition-based maintenance को fixed-interval surveys के विकल्प के रूप में मान्यता देते हैं। मजबूत, auditable vibration monitoring programmes अब केवल लागत-बचत का साधन नहीं, बल्कि regulatory enabler बनते जा रहे हैं।
गोद लेने की तैयारी
केवल तकनीक ही पर्याप्त नहीं है। सफल कार्यान्वयन के लिए कार्यबल विकास (इंजीनियरों के लिए डेटा-साक्षरता प्रशिक्षण, जो एल्गोरिदम के बजाय मशीनों से काम करने के आदी हैं), साइबर सुरक्षा योजना (कनेक्टेड मॉनिटरिंग सिस्टम हमले का एक बड़ा खतरा हैं), और एक चरणबद्ध दृष्टिकोण की आवश्यकता है - कुछ जहाजों पर पायलट प्रोजेक्ट शुरू करना, इसके महत्व को साबित करना, और फिर इसका विस्तार करना।
10. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
समुद्री engineers द्वारा कंपन निदान के बारे में सबसे अधिक पूछे जाने वाले प्रश्नों के संक्षिप्त उत्तर।
समुद्री मशीनरी के कंपन पर कौन-से ISO standards लागू होते हैं?
सामान्य रूपरेखा ISO 20816 series (पूर्व में ISO 10816) है, जो non-rotating parts पर मापे गए कंपन के लिए है। जहाज-विशिष्ट मापन ISO 20283 series के अंतर्गत आता है: structural vibration के लिए Part 2, shipboard equipment के pre-installation testing के लिए Part 3, propulsion machinery के लिए Part 4, और habitability के लिए Part 5। 100 kW से ऊपर की reciprocating machines — जिनमें marine diesel engines शामिल हैं — ISO 10816-6 के अंतर्गत आती हैं, और generating sets ISO 8528-9 के अंतर्गत। Rotor balance quality ISO 21940-11 (पूर्व में ISO 1940-1) में निर्दिष्ट है।
किसी shipboard pump या motor के लिए कौन-सा कंपन स्तर स्वीकार्य है?
यह मशीन की power rating और mounting पर निर्भर करता है। एक उदाहरण के रूप में, ISO 10816-3 / ISO 20816-3 के तहत rigid supports पर medium machine (15–300 kW) के लिए 1.4 mm/s RMS तक zone A (अच्छा) है, 1.4–2.8 mm/s zone B (अप्रतिबंधित दीर्घकालिक संचालन के लिए स्वीकार्य) है, 2.8–4.5 mm/s zone C (सुधारात्मक कार्य की योजना बनाएं) है, और 4.5 mm/s से ऊपर zone D (क्षति का जोखिम) है। बड़ी machines और flexibly mounted machines के लिए limits अधिक होती हैं — हमेशा वही group और support class जाँचें जो वास्तव में लागू होते हैं।
Propeller की blade-passing frequency कैसे गणना की जाती है?
पंखों की संख्या को प्रति सेकंड क्रान्ति में शॉफ्ट गति से गुणा करें: BPF = Z × n / 60, जहाँ n r/min में है। 120 r/min पर चार-पंखों वाला प्रोपेलर 4 × 2 = 8 Hz देता है, जिसकी हार्मोनिक्स 16 और 24 Hz पर होती हैं। ये निम्न आवृत्तियाँ हल और डेकहाउस अनुनाद को उत्तेजित कर सकती हैं, इसलिए एफ्ट-शिप मशीनरी पर बढ़ी हुई ब्लेड-रेट कंपन उस मशीन में दोष की ओर जरूरत नहीं इशारा करता है।
क्या किसी rotor को बिना dismantling किए जहाज पर ही संतुलित किया जा सकता है?
हाँ — इसे field balancing कहते हैं। vibration sensors और tachometer वाले portable instrument का उपयोग करते हुए, influence-coefficient method में correction plane प्रति correction mass और angle की गणना के लिए केवल एक reference run और एक trial run की आवश्यकता होती है। यह rotor को उसके अपने bearings में वास्तविक operating conditions के तहत सुधारता है, जो आमतौर पर shop balancing से बेहतर होता है जब असंतुलन in-service fouling, erosion, या blade damage के कारण हो।
जहाज की मशीनरी पर कंपन मापन कितनी बार लिया जाना चाहिए?
महत्वपूर्ण propulsion और power-generation machinery की सामान्यतः continuous या weekly route पर निगरानी की जाती है; auxiliary pumps, fans, compressors, और separators की मासिक से त्रैमासिक। जैसे ही कोई parameter ऊपर की ओर trend करने लगे, interval कम कर देना चाहिए — "early fault" स्थिति में machine को, जब तक दोष समझ न आ जाए, साप्ताहिक या यहाँ तक कि continuous ध्यान मिलना चाहिए।
ISO 10816 और ISO 20816 में क्या अंतर है?
ISO 20816 उत्तराधिकारी series है जो क्रमशः ISO 10816 (non-rotating parts पर कंपन) और ISO 7919 (shaft vibration) दोनों को एक framework में जोड़ते हुए प्रतिस्थापित करती है। ISO 20816-1:2016 ने ISO 10816-1 और ISO 7919-1 को प्रतिस्थापित किया; ISO 20816-3:2022 ने ISO 10816-3 को प्रतिस्थापित किया। चार-zone evaluation concept (A–D) अपरिवर्तित है; पुराने documentation में ISO 10816 zone values के references सामान्यतः उपयोगी बने रहते हैं, लेकिन नई specifications में ISO 20816 का उल्लेख होना चाहिए।
क्या sea state और vessel motion कंपन readings को प्रभावित करते हैं?
हाँ। तरंग-प्रेरित hull vibration, slamming, और load changes background levels को बढ़ाते हैं, विशेषकर low frequencies पर। अच्छा अभ्यास यह है कि हर measurement के साथ sea state, speed, और load को log किया जाए, जहाँ संभव हो routine readings repeatable conditions (calm water, steady load) में ली जाएँ, और heavy weather में एकत्रित data को trend analysis से flag या exclude किया जाए।
Engine-room measurements के लिए कौन-सा sensor उपयोग करना चाहिए?
IEPE piezoelectric accelerometer default choice है: मजबूत, broadband (आमतौर पर 1 Hz–10 kHz), और electrically noisy environments में लंबे cable runs को सहन करने वाला। 2–3 kHz से ऊपर bearing diagnostics के लिए stud या adhesive mounting का उपयोग करें; broadband velocity readings के लिए magnetic mounts स्वीकार्य हैं। Proximity probes journal-bearing turbomachinery के लिए आरक्षित हैं, जहाँ shaft-relative motion महत्वपूर्ण होती है।
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