रोटर संतुलन: स्थैतिक और गतिशील असंतुलन, अनुनाद और व्यावहारिक प्रक्रिया
यह गाइड रोटर बैलेंसिंग के बारे में बताती है कठोर रोटर: "असंतुलन" का क्या अर्थ है, स्थैतिक और गतिशील असंतुलन में क्या अंतर है, अनुनाद और गैर-रैखिकता गुणवत्तापूर्ण परिणाम को कैसे बाधित कर सकते हैं, और संतुलन आमतौर पर एक या दो सुधार तलों में कैसे किया जाता है।
अंतर्वस्तु
- रोटर क्या होता है और बैलेंसिंग किस चीज को ठीक करती है?
- रोटरों के प्रकार और असंतुलन के प्रकार
- यंत्रों का कंपन: संतुलन से क्या दूर हो सकता है और क्या नहीं।
- अनुनाद: एक ऐसा कारक जो संतुलन को बाधित करता है
- रेखीय बनाम अरैखिक मॉडल: गणनाएँ कब काम करना बंद कर देती हैं
- संतुलन उपकरण और संतुलन मशीनें
- कठोर रोटरों को संतुलित करना (व्यावहारिक नोट्स)
- डायनामिक बैलेंसिंग कैसे की जाती है (तीन-रन विधि)
- संतुलन गुणवत्ता के आकलन के लिए मानदंड
- मानक और संदर्भ
- FAQ
रोटर क्या होता है और बैलेंसिंग किस चीज को ठीक करती है?
रोटर एक पिंड है जो किसी अक्ष के चारों ओर घूमता है और इसे उसके समर्थन बिंदुओं पर स्थित बेयरिंग सतहों द्वारा धारित किया जाता है। रोटर की बेयरिंग सतहें रोलिंग या स्लाइडिंग बेयरिंग्स के माध्यम से भारों को समर्थन बिंदुओं तक संचारित करती हैं। बेयरिंग सतहें ट्रन्निओं की सतहें या उनकी जगह लेने वाली सतहें होती हैं।
एक पूर्णतः संतुलित रोटर में, उसका द्रव्यमान घूर्णन अक्ष के चारों ओर सममित रूप से वितरित होता है, अर्थात् रोटर के किसी भी तत्व को घूर्णन अक्ष के चारों ओर सममित रूप से स्थित किसी अन्य तत्व से मिलाया जा सकता है। एक संतुलित रोटर में, किसी भी रोटर तत्व पर लगने वाला अपकेंद्रीय बल, सममित तत्व पर लगने वाले अपकेंद्रीय बल द्वारा संतुलित होता है। उदाहरण के लिए, तत्व 1 और 2 (चित्र 1 में हरे रंग से चिह्नित) पर परिमाण में बराबर और दिशा में विपरीत अपकेंद्रीय बल F1 और F2 कार्य करते हैं। यह सभी सममित रोटर तत्वों के लिए सत्य है, और इस प्रकार रोटर पर लगने वाला कुल अपकेंद्रीय बल शून्य होता है और रोटर संतुलित होता है।
लेकिन यदि रोटर की सममिति टूट जाती है (चित्र 1 में असममित तत्व को लाल रंग से चिह्नित किया गया है), तो रोटर पर असंतुलित अपकेंद्री बल F3 कार्य करता है। घूमते समय यह बल रोटर के घूमने के साथ दिशा बदलता रहता है। इस बल से उत्पन्न गतिशील भार बियरिंग्स तक संचारित होता है, जिससे घिसाव और क्षति में तेजी आती है।
इसके अतिरिक्त, इस दिशात्मक परिवर्तनशील बल के प्रभाव में उस आधार और नींव में चक्रीय विकृति होती है जिस पर रोटर स्थिर होता है, अर्थात् कंपन उत्पन्न होता है। रोटर के असंतुलन और उससे उत्पन्न होने वाले कंपन को दूर करने के लिए, रोटर में समरूपता बहाल करने हेतु संतुलन द्रव्यमान स्थापित किए जाने चाहिए।
रोटर संतुलन एक प्रक्रिया है जिसमें संतुलन द्रव्यमान जोड़कर असंतुलन को ठीक किया जाता है।
संतुलन का कार्य एक या अधिक संतुलन द्रव्यमानों के आकार और स्थिति (कोण) को निर्धारित करना है।
रोटरों के प्रकार और असंतुलन के प्रकार
रोटर सामग्री की मजबूती और उस पर लगने वाले अपकेंद्रीय बलों के परिमाण को ध्यान में रखते हुए, रोटरों को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है - कठोर रोटर और लचीले रोटर।
कठोर रोटर कार्यशील मोड में अपकेंद्री बल के प्रभाव में नगण्य रूप से विकृत होते हैं और गणनाओं में इस विकृति के प्रभाव को उपेक्षित किया जा सकता है।
लचीले रोटरों के विरूपण को अब नजरअंदाज नहीं किया जा सकता। लचीले रोटरों का विरूपण संतुलन समस्या के समाधान को जटिल बना देता है और कठोर रोटरों के संतुलन की समस्या की तुलना में अन्य गणितीय मॉडलों के अनुप्रयोग की आवश्यकता होती है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एक ही रोटर कम गति पर कठोर और उच्च गति पर लचीले रोटर की तरह व्यवहार कर सकता है। आगे हम केवल कठोर रोटरों के संतुलन पर विचार करेंगे।
रोटर की लंबाई के अनुदिश असंतुलित द्रव्यमानों के वितरण के आधार पर, दो प्रकार के असंतुलन को पहचाना जा सकता है - स्थैतिक और गतिशील (क्षणिक)। तदनुसार, स्थैतिक और गतिशील रोटर संतुलन का उल्लेख किया जाता है। स्थैतिक रोटर असंतुलन रोटर के घूर्णन के बिना होता है, यानी स्थैतिक अवस्था में, जब गुरुत्वाकर्षण के कारण रोटर का "भारी बिंदु" नीचे की ओर होता है। स्थैतिक असंतुलन वाले रोटर का एक उदाहरण चित्र 2 में दिखाया गया है।
गतिशील असंतुलन केवल तब होता है जब रोटर घूम रहा होता है।
चित्र 3 में गतिशील असंतुलन वाले रोटर का एक उदाहरण दिखाया गया है।
इस स्थिति में, असंतुलित समान द्रव्यमान M1 और M2 रोटर की लंबाई के अनुदिश अलग-अलग तलों में स्थित हैं। स्थिर अवस्था में, यानी जब रोटर घूमता नहीं है, तब केवल गुरुत्वाकर्षण बल ही रोटर पर कार्य करता है और द्रव्यमान एक दूसरे को संतुलित करते हैं। गतिकी में, जब रोटर घूमता है, तब द्रव्यमान M1 और M2 पर अपकेंद्रीय बल Fc1 और Fc2 कार्य करने लगते हैं। ये बल परिमाण में बराबर और दिशा में विपरीत होते हैं। हालांकि, चूंकि ये शाफ्ट की लंबाई के अनुदिश अलग-अलग स्थानों पर लगते हैं और एक ही रेखा में नहीं होते, इसलिए ये बल एक दूसरे को संतुलित नहीं करते। बल Fc1 और Fc2 रोटर पर एक टॉर्क उत्पन्न करते हैं। इसलिए, इस असंतुलन को आघूर्ण असंतुलन भी कहा जाता है। परिणामस्वरूप, बेयरिंग स्थानों पर असंतुलित अपकेंद्रीय बल कार्य करते हैं, जो परिकलित मानों से काफी अधिक हो सकते हैं और बेयरिंग के सेवा जीवन को कम कर सकते हैं।
क्योंकि इस प्रकार का असंतुलन केवल रोटर के घूर्णन के दौरान गतिशील रूप से होता है, इसलिए इसे गतिशील असंतुलन कहा जाता है। इसे स्थिर अवस्था में "चाकू पर संतुलन" या इसी तरह की विधियों द्वारा ठीक नहीं किया जा सकता है। गतिशील असंतुलन को दूर करने के लिए, दो क्षतिपूर्ति भार स्थापित किए जाने चाहिए, जो द्रव्यमान M1 और M2 से उत्पन्न होने वाले आघूर्ण के बराबर परिमाण और विपरीत दिशा में आघूर्ण उत्पन्न करते हैं। क्षतिपूर्ति भारों को द्रव्यमान M1 और M2 के विपरीत और बराबर परिमाण में स्थापित करना आवश्यक नहीं है। मुख्य बात यह है कि वे एक ऐसा आघूर्ण उत्पन्न करें जो असंतुलन आघूर्ण की पूरी तरह से क्षतिपूर्ति करे।
सामान्यतः, द्रव्यमान M1 और M2 एक दूसरे के बराबर नहीं होते, इसलिए स्थैतिक और गतिशील असंतुलन का संयोजन होता है। सैद्धांतिक रूप से यह सिद्ध हो चुका है कि एक कठोर रोटर के लिए, रोटर की लंबाई के अनुदिश अंतराल पर रखे गए दो भार उसके असंतुलन को दूर करने के लिए आवश्यक और पर्याप्त होते हैं। ये भार गतिशील असंतुलन से उत्पन्न टॉर्क और रोटर अक्ष के सापेक्ष द्रव्यमान की विषमता (स्थैतिक असंतुलन) से उत्पन्न अपकेंद्रीय बल दोनों की क्षतिपूर्ति करते हैं। आमतौर पर, गतिशील असंतुलन लंबे रोटरों, जैसे शाफ्ट, की विशेषता है, और स्थैतिक असंतुलन संकरे रोटरों की विशेषता है। हालांकि, यदि संकरा रोटर अक्ष के सापेक्ष तिरछा हो, या विकृत हो ("आठ के आकार का"), तो गतिशील असंतुलन को दूर करना कठिन होगा (चित्र 4 देखें), क्योंकि इस स्थिति में आवश्यक क्षतिपूर्ति आघूर्ण उत्पन्न करने वाले सुधारात्मक भारों को स्थापित करना मुश्किल होता है।
बल F1 और F2 एक ही रेखा पर नहीं हैं और एक-दूसरे को निरस्त नहीं करते।
संकीर्ण रोटर के कारण टॉर्क उत्पन्न करने वाली भुजा छोटी होने की वजह से, बड़े सुधार भार की आवश्यकता हो सकती है। हालाँकि, सुधार भार से उत्पन्न अपकेंद्रीय बलों के कारण संकीर्ण रोटर के विरूपण से "प्रेरित असंतुलन" भी उत्पन्न होता है। (उदाहरण के लिए, "कठोर रोटरों को संतुलित करने के लिए कार्यप्रणाली संबंधी निर्देश (आईएसओ 22061-76 के अनुसार)" अनुभाग 10. रोटर-समर्थन प्रणाली देखें।)
यह पंखों के संकीर्ण इम्पेलरों में स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है, जिनमें बल असंतुलन के अतिरिक्त वायुगतिकीय असंतुलन भी सक्रिय रहता है। और यह समझना चाहिए कि वायुगतिकीय असंतुलन, या कहें तो वायुगतिकीय बल, रोटर की कोणीय गति के समानुपाती होता है, और इसकी क्षतिपूर्ति के लिए सुधारात्मक द्रव्यमान का केन्द्रापसारक बल, जो कोणीय गति के वर्ग के समानुपाती होता है, प्रयुक्त किया जाता है। इसलिए, संतुलन प्रभाव केवल एक विशिष्ट संतुलन आवृत्ति पर ही हो सकता है। अन्य घूर्णी आवृत्तियों पर एक अतिरिक्त त्रुटि होती है।
इसी प्रकार एक विद्युत मोटर में विद्युत-चुंबकीय बलों के बारे में भी कहा जा सकता है, जो कोणीय वेग के अनुपाती होते हैं। इसलिए संतुलन करके किसी मशीन में कंपन के सभी कारणों को समाप्त करना संभव नहीं है।
तंत्रों का कंपन
कंपन तंत्र के डिज़ाइन की उस प्रतिक्रिया है जो आवर्ती उत्तेजक बल के प्रभावों के प्रति होती है। यह बल विभिन्न प्रकृतियों का हो सकता है।
असंतुलित रोटर के कारण उत्पन्न अपकेंद्रीय बल "भारी बिंदु" पर लगने वाला एक अप्रतिपूरित बल है। रोटर को संतुलित करके इस बल और इसके कारण होने वाले कंपन को समाप्त किया जा सकता है।
पुर्जों के निर्माण और संयोजन में होने वाली त्रुटियों के कारण "ज्यामितीय" प्रकृति के अंतःक्रियात्मक बल उत्पन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, ये बल शाफ्ट के गर्दन के गैर-गोलाकार होने, गियर के दांतों के प्रोफाइल में त्रुटियों, बेयरिंग रेसवे की लहरदारता, शाफ्ट के गलत संरेखण आदि के परिणामस्वरूप उत्पन्न हो सकते हैं। जर्नल के गैर-वृत्ताकार होने की स्थिति में, शाफ्ट अक्ष शाफ्ट के घूर्णन कोण के आधार पर विस्थापित हो जाएगा। हालांकि यह कंपन रोटर की गति पर भी होता है, लेकिन संतुलन द्वारा इसे समाप्त करना लगभग असंभव है।
पंखों और अन्य ब्लेड युक्त तंत्रों के इम्पेलरों के घूर्णन से उत्पन्न वायुगतिकीय बल। हाइड्रोलिक पंपों, टर्बाइनों आदि के इम्पेलरों के घूर्णन से उत्पन्न जलगतिकीय बल।
विद्युत मशीनों के संचालन से उत्पन्न होने वाले विद्युत-चुंबकीय बल, जैसे असममित रोटर वाइंडिंग्स, शॉर्ट-सर्किटेड वाइंडिंग्स आदि।
कंपन की तीव्रता (उदाहरण के लिए इसका आयाम Av) न केवल वृत्ताकार आवृत्ति ω पर तंत्र पर कार्यरत उत्तेजक बल Fv पर निर्भर करती है, बल्कि तंत्र की कठोरता k, इसका द्रव्यमान m तथा डैम्पिंग गुणांक C पर भी निर्भर करती है।
विभिन्न प्रकार के सेंसरों का उपयोग कंपन और संतुलन तंत्र को मापने के लिए किया जा सकता है, जिनमें शामिल हैं:
- वाइब्रेशन त्वरण (एक्सेलेरोमीटर) मापने के लिए डिज़ाइन किए गए पूर्ण कंपन सेंसर और कंपन वेग सेंसर;
- सापेक्ष कंपन के सेंसर - भंवर-धारा या कैपेसिटिव, जो कंपन विस्थापन को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं;
- कुछ मामलों में (जब तंत्र का डिज़ाइन इसकी अनुमति देता है), बल सेंसर का उपयोग इसके कंपन भार का आकलन करने के लिए भी किया जा सकता है; विशेष रूप से, इनका व्यापक रूप से हार्ड-बेयरिंग बैलेंसिंग मशीन सपोर्ट के कंपन भार को मापने के लिए उपयोग किया जाता है।
तो, कंपन किसी मशीन की बाहरी बलों की क्रिया पर प्रतिक्रिया है। कंपन की तीव्रता न केवल तंत्र पर लगने वाले बल की तीव्रता पर निर्भर करती है, बल्कि तंत्र के डिजाइन की कठोरता पर भी निर्भर करती है। एक ही बल विभिन्न प्रकार के कंपन उत्पन्न कर सकता है। कठोर-बेयरिंग मशीन में, भले ही कंपन छोटा हो, बेयरिंग्स पर महत्वपूर्ण गतिशील भार पड़ सकते हैं। इसीलिए कठोर-बेयरिंग मशीनों का संतुलन करते समय कंपन सेंसर (वाइब्रेशन एक्सेलेरोमीटर) के बजाय बल सेंसर का उपयोग किया जाता है।
जब असंतुलित अपकेंद्री बलों की क्रिया से समर्थन में स्पष्ट विकृति और कंपन उत्पन्न होता है, तब अपेक्षाकृत लचीले समर्थन वाले तंत्रों में कंपन सेंसरों का उपयोग किया जाता है। कठोर समर्थन वाले तंत्रों में, जब असंतुलन के कारण उत्पन्न महत्वपूर्ण बल भी पर्याप्त कंपन नहीं उत्पन्न करते, तब बल सेंसरों का उपयोग किया जाता है।
अनुनाद एक ऐसा कारक है जो बैलेंसिंग को रोकता है।
पहले हमने उल्लेख किया था कि रोटर कठोर और लचीले में विभाजित होते हैं। रोटर की कठोरता या लचीलापन उस आधार (फाउंडेशन) की कठोरता या गतिशीलता से भ्रमित नहीं होना चाहिए जिस पर रोटर स्थापित होता है। एक रोटर को कठोर माना जाता है जब केंद्रापसारक बलों के प्रभाव में उसकी विकृति (मुड़ना) नगण्य हो सकती है। लचीले रोटर की विकृति अपेक्षाकृत अधिक होती है और इसे नगण्य नहीं माना जा सकता।
इस लेख में, हम केवल कठोर रोटर्स के संतुलन पर विचार करते हैं। एक कठोर (अपरिवर्तनीय) रोटर को फिर कठोर या गतिशील (लचीले) समर्थन पर स्थापित किया जा सकता है। यह स्पष्ट है कि समर्थन की यह कठोरता/लचीलापन भी सापेक्ष है, जो रोटर की गति और उत्पन्न होने वाले अपकेंद्री बलों की तीव्रता पर निर्भर करता है। एक शर्तीय सीमा रोटर समर्थन की प्राकृतिक कम्पन आवृत्ति है।
यांत्रिक प्रणालियों के लिए, प्राकृतिक कंपायन की आकृति और आवृत्ति यांत्रिक प्रणाली के तत्वों के द्रव्यमान और लोचशीलता द्वारा निर्धारित होती है। अर्थात्, प्राकृतिक कंपायन की आवृत्ति यांत्रिक प्रणाली का एक आंतरिक गुण है और यह बाहरी बलों पर निर्भर नहीं करती है। संतुलन की अवस्था से विस्थापित होने पर, लोचशीलता के कारण समर्थन संतुलन की स्थिति में लौटने की प्रवृत्ति रखते हैं। लेकिन विशाल रोटर की जड़त्व के कारण, यह प्रक्रिया दमित दोलनों (damped oscillations) की प्रकृति की होती है। ये कंपन रोटर-आधार प्रणाली के प्राकृतिक कंपन हैं। उनकी आवृत्ति रोटर के द्रव्यमान और आधारों की लोचशीलता के अनुपात पर निर्भर करती है।
जब रोटर घूमना शुरू करता है और उसकी घूर्णन आवृत्ति प्राकृतिक कम्पन की आवृत्ति के समीप पहुँचती है, तो कम्पन का आयाम तीव्रता से बढ़ जाता है, जो संरचना के विनाश का कारण बन सकता है।
यांत्रिक अनुनाद की घटना होती है। अनुनाद क्षेत्र में घूर्णन गति में 100 आरपीएम का परिवर्तन कंपन को दर्जनों गुना बढ़ा सकता है। साथ ही (अनुनाद क्षेत्र में) कंपन का चरण 180° बदल जाता है।
यदि तंत्र का डिज़ाइन असफल रहता है और रोटर की परिचालन आवृत्ति प्राकृतिक कम्पन आवृत्ति के निकट होती है, तो अस्वीकार्य रूप से उच्च कम्पन के कारण तंत्र का संचालन असंभव हो जाता है। यह सामान्य तरीके से संभव नहीं है, क्योंकि गति में थोड़ा सा परिवर्तन भी कम्पन मापदंडों में नाटकीय परिवर्तन ला देगा। अनुनाद क्षेत्र में संतुलन के लिए इस लेख में शामिल नहीं किए गए विशेष तरीकों का उपयोग किया जाता है।
कोस्टिंग (रोटर घूर्णन बंद करने पर) में या झटका विधि द्वारा तंत्र की प्राकृतिक कम्पन आवृत्ति निर्धारित करना संभव है, जिसके बाद झटके पर प्रणाली की प्रतिक्रिया का स्पेक्ट्रल विश्लेषण किया जाता है।
जिन तंत्रों की कार्य आवृत्ति प्रतिध्वनि आवृत्ति से अधिक होती है, अर्थात् जो प्रतिध्वनि क्षेत्र में कार्य करते हैं, उनके लिए समर्थन को गतिशील माना जाता है और मापन के लिए मुख्यतः वाइब्रोएक्सेलेरोमीटर जैसे कंपन सेंसरों का उपयोग किया जाता है, जो संरचनात्मक तत्वों के त्वरण को मापते हैं। प्रि-रेज़ोनेंट मोड में कार्य करने वाले तंत्रों के लिए समर्थन को कठोर माना जाता है। इस स्थिति में बल सेंसरों का उपयोग किया जाता है।
एक यांत्रिक प्रणाली के रैखिक और गैर-रैखिक मॉडल। गैर-रैखिकता एक ऐसा कारक है जो संतुलन बनाने से रोकता है।
कठोर रोटरों का संतुलन करते समय, संतुलन गणनाओं के लिए रैखिक मॉडल नामक गणितीय मॉडल का उपयोग किया जाता है। रैखिक मॉडल का अर्थ है कि ऐसे मॉडल में एक मात्रा दूसरी मात्रा के अनुपाती (रैखिक) होती है। उदाहरण के लिए, यदि रोटर पर असंतुलित द्रव्यमान दोगुना हो जाता है, तो कंपन मान भी दोगुना हो जाएगा। कठोर रोटरों के लिए रैखिक मॉडल का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि वे विकृत नहीं होते।
लचीले रोटरों के लिए रैखिक मॉडल अब लागू नहीं किया जा सकता। लचीले रोटर के लिए, यदि घूर्णन के दौरान भारी बिंदु का द्रव्यमान बढ़ जाता है, तो अतिरिक्त विकृति उत्पन्न होगी, और द्रव्यमान के साथ-साथ भारी बिंदु के स्थान का त्रिज्या भी बढ़ जाएगा। इसलिए, लचीले रोटर के लिए कंपन दो गुना से अधिक बढ़ जाएगा, और सामान्य गणना विधियाँ काम नहीं करेंगी।
साथ ही, सहारे की लोच में परिवर्तन, उदाहरण के लिए, जब छोटे विकृतियों पर कुछ संरचनात्मक तत्व काम करते हैं, और बड़े विकृतियों पर अन्य संरचनात्मक तत्व शामिल हो जाते हैं। इसीलिए आप उन तंत्रों को संतुलित नहीं कर सकते जो नींव पर स्थिर नहीं हैं, बल्कि, उदाहरण के लिए, केवल फर्श पर रखे गए हैं। महत्वपूर्ण कंपन के साथ, असंतुलन का बल तंत्र को फर्श से हटा सकता है, जिससे प्रणाली की कठोरता की विशेषताएं काफी बदल जाती हैं। मोटर के पैरों को मजबूती से कसना चाहिए, बोल्ट माउंट्स को कसना चाहिए, वाशर की मोटाई पर्याप्त माउंटिंग कठोरता प्रदान करे, आदि। यदि बेयरिंग टूटे हुए हैं, तो महत्वपूर्ण शाफ्ट संरेखण त्रुटि और झटके संभव हैं, जिसके परिणामस्वरूप खराब रैखिकता और गुणवत्तापूर्ण संतुलन करने में असमर्थता भी होगी।
संतुलन उपकरण और संतुलन मशीनें
जैसा कि ऊपर बताया गया है, संतुलन वह प्रक्रिया है जिसमें जड़त्व की मुख्य केंद्रीय धुरी को रोटर की घूर्णन धुरी के साथ संरेखित किया जाता है।
यह प्रक्रिया दो तरीकों से की जा सकती है।
पहले तरीके में रोटर ट्रन्निओं को इस प्रकार मशीनिंग करना शामिल है कि ट्रन्निओं के अनुप्रस्थ खंडों के केंद्र से होकर गुजरने वाला अक्ष रोटर के मुख्य केंद्रीय जड़त्व अक्ष के साथ संरेखित हो। ऐसी तकनीक का व्यवहार में शायद ही कभी उपयोग होता है और इस लेख में इसकी विस्तार से चर्चा नहीं की जाएगी।
दूसरा (सबसे आम) तरीका रोटर पर सुधार भारों को स्थानांतरित करने, स्थापित करने या हटाने से संबंधित है, जिन्हें इस प्रकार रखा जाता है कि रोटर का जड़त्व अक्ष उसके घूर्णन अक्ष के जितना संभव हो उतना निकट हो।
संतुलन के दौरान सुधार भारों को स्थानांतरित करना, जोड़ना या हटाना विभिन्न तकनीकी प्रक्रियाओं द्वारा किया जा सकता है, जैसे ड्रिलिंग, मिलिंग, सर्फेसिंग, वेल्डिंग, स्क्रू करना या अनस्क्रू करना, लेजर या इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा जलाना, इलेक्ट्रोलाइसिस, विद्युत-चुंबकीय सर्फेसिंग आदि।
संतुलन प्रक्रिया दो तरीकों से पूरी की जा सकती है:
- बैलेंसिंग मशीनों का उपयोग करके असेंबल्ड रोटरों (उनके अपने बेयरिंग्स में) का संतुलन करना;
- बैलेंसिंग मशीनों पर रोटरों का संतुलन। अपने स्वयं के बेयरिंग्स में रोटरों के संतुलन के लिए आमतौर पर विशेष संतुलन उपकरण (किट) का उपयोग किया जाता है, जो संतुलित रोटर के कंपन को उसकी घूर्णन आवृत्ति पर वेक्टर रूप में मापने की अनुमति देते हैं, यानी कंपन के आयाम और फेज दोनों को मापने के लिए। वर्तमान में, उपरोक्त उपकरण माइक्रोप्रोसेसर तकनीक के आधार पर निर्मित किए जाते हैं और (वाइब्रेशन मापन और विश्लेषण के अलावा) सुधारात्मक भारों के मापदंडों की स्वचालित गणना प्रदान करते हैं, जिन्हें असंतुलन की भरपाई के लिए रोटर पर स्थापित किया जाना चाहिए।
इन उपकरणों में शामिल हैं:
- कंप्यूटर या औद्योगिक नियंत्रक पर आधारित एक माप और गणना इकाई;
- दो (या अधिक) कंपन सेंसर;
- एक चरण कोण सेंसर;
- साइट पर सेंसरों को माउंट करने के लिए सहायक उपकरण;
- विशेषीकृत सॉफ़्टवेयर, जिसे एक, दो या अधिक सुधार समतलों में रोटर कंपन मापदंडों के मापन का पूरा चक्र करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
वर्तमान में दो प्रकार की संतुलन मशीनें सबसे आम हैं:
- सॉफ्ट-बेयरिंग मशीनें (सॉफ्ट सपोर्ट के साथ);
- कठोर-बेयरिंग मशीनें (कठोर समर्थन के साथ)
सॉफ्ट-बेयरिंग मशीनों में अपेक्षाकृत लचीले सपोर्ट होते हैं, उदाहरण के लिए, फ्लैट स्प्रिंग पर आधारित सपोर्ट। इन सपोर्टों के प्राकृतिक कंपन की आवृत्ति आमतौर पर उन पर लगे बैलेंसिंग रोटर की घूर्णन आवृत्ति से 2-3 गुना कम होती है। मशीन के प्री-रेजोनेंट सपोर्टों के कंपन को मापने के लिए आमतौर पर कंपन सेंसर (एक्सेलरोमीटर, कंपन वेग सेंसर आदि) का उपयोग किया जाता है।
पूर्व-प्रतिध्वनि संतुलन मशीनें अपेक्षाकृत कठोर समर्थनों का उपयोग करती हैं, जिनकी प्राकृतिक कम्पन आवृत्तियाँ संतुलित किए जा रहे रोटर की घूर्णन आवृत्ति से 2–3 गुना अधिक होनी चाहिए। पूर्व-प्रतिध्वनि मशीन के समर्थनों के कम्पन भार को मापने के लिए आमतौर पर बल ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता है।
प्री-रेजोनेंस बैलेंसिंग मशीनों का लाभ यह है कि उन पर बैलेंसिंग अपेक्षाकृत कम रोटर गति (400 - 500 आरपीएम तक) पर की जा सकती है, जो मशीन और उसके आधार के डिजाइन को काफी सरल बनाती है, और बैलेंसिंग की उत्पादकता और सुरक्षा को बढ़ाती है।
कठोर रोटरों का संतुलन
महत्वपूर्ण!
- संतुलन केवल उस कंपन को समाप्त करता है जो रोटर द्रव्यमान के उसके घूर्णन अक्ष के सापेक्ष असममित वितरण के कारण उत्पन्न होती है। संतुलन अन्य प्रकार के कंपन को समाप्त नहीं करता!
- तकनीकी तंत्र, जिनका डिज़ाइन घूर्णन की परिचालन आवृत्ति पर अनुनाद की अनुपस्थिति सुनिश्चित करता है, आधार पर विश्वसनीय रूप से स्थिर किए गए, सेवा योग्य बेयरिंग्स में स्थापित, संतुलन के अधीन होते हैं।
- दोषपूर्ण मशीनरी को बैलेंसिंग से पहले ठीक किया जाना चाहिए। अन्यथा, गुणवत्तापूर्ण बैलेंसिंग संभव नहीं है।
संतुलन करना मरम्मत का विकल्प नहीं है!
The main task of balancing is to find the mass and location of compensating weights that counteract the centrifugal forces.
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, कठोर रोटरों के लिए सामान्यतः दो क्षतिपूर्ति भार स्थापित करना आवश्यक और पर्याप्त होता है। इससे रोटर का स्थिर और गतिशील दोनों असंतुलन समाप्त हो जाएगा। संतुलन के दौरान कंपन मापने की सामान्य योजना निम्नलिखित है।
विब्रेशन सेंसर बिंदु 1 और 2 पर बेयरिंग सपोर्ट्स पर स्थापित किए गए हैं। रोटर पर आमतौर पर परावर्तक टेप से एक क्रांति मार्कर संलग्न किया जाता है। RPM मार्क का उपयोग लेजर टैकोमीटर द्वारा रोटर की गति और कंपन संकेत के चरण को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
डायनामिक बैलेंसिंग कैसे की जाती है (तीन-रन विधि)
अधिकांश मामलों में गतिशील संतुलन तीन आरंभों की विधि द्वारा किया जाता है। यह विधि इस तथ्य पर आधारित है कि ज्ञात भार के परीक्षण भारों को क्रमशः प्लेन 1 और 2 में रोटर पर रखा जाता है, और कंपन मापदंडों में परिवर्तनों के परिणामों के आधार पर संतुलन भारों का भार और उनकी स्थिति की गणना की जाती है।
भार स्थापित करने के स्थान को सुधार तल कहा जाता है। आमतौर पर सुधार तल उन बियरिंग सपोर्ट्स के क्षेत्र में चुने जाते हैं जिन पर रोटर स्थापित होता है।
पहली शुरुआत पर प्रारंभिक कंपन मापा जाता है। फिर ज्ञात भार का एक परीक्षण भार रोटर पर एक बेयरिंग के निकट रखा जाता है। दूसरी बार स्टार्ट-अप किया जाता है और कंपन मापदंड मापे जाते हैं, जो परीक्षण भार स्थापित होने के कारण बदल जाने चाहिए। फिर पहले तल में परीक्षण भार हटाकर दूसरे तल में स्थापित किया जाता है। तीसरा परीक्षण रन किया जाता है और कंपन मापदंड मापे जाते हैं। परीक्षण भार हटा दिया जाता है और सॉफ़्टवेयर स्वचालित रूप से संतुलन भारों के द्रव्यमान और स्थापना कोणों की गणना करता है।
परीक्षण भार स्थापित करने का उद्देश्य यह निर्धारित करना है कि असंतुलन में परिवर्तन के प्रति प्रणाली कैसे प्रतिक्रिया करती है। परीक्षण भारों का भार और उनकी स्थितियाँ ज्ञात होती हैं, इसलिए सॉफ़्टवेयर तथाकथित प्रभाव गुणांकों की गणना कर सकता है, जो यह दर्शाते हैं कि एक ज्ञात असंतुलन को शामिल करने से कंपन पैरामीटर कैसे प्रभावित होते हैं। प्रभाव गुणांक स्वयं यांत्रिक प्रणाली की विशेषताएँ हैं और ये समर्थन संरचनाओं की कठोरता तथा रोटर-समर्थन प्रणाली के द्रव्यमान (जड़त्व) पर निर्भर करते हैं।
एक ही डिज़ाइन के समान प्रकार के तंत्रों के लिए प्रभाव गुणांक लगभग समान होंगे। इन्हें कंप्यूटर की मेमोरी में संग्रहीत करके बिना परीक्षण चलाए समान प्रकार के तंत्रों के संतुलन के लिए उपयोग किया जा सकता है, जिससे संतुलन की उत्पादकता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। ध्यान दें कि परीक्षण भारों का द्रव्यमान इस प्रकार चुनना चाहिए कि परीक्षण भार स्थापित करने पर कंपन पैरामीटरों में स्पष्ट परिवर्तन हो। अन्यथा प्रभाव गुणांकों की गणना में त्रुटि बढ़ जाती है और संतुलन की गुणवत्ता खराब हो जाती है।
As you can see from Fig. 1, the centrifugal force acts in the radial direction, i.e. perpendicular to the rotor axis. Therefore, the vibration sensors must be installed so that their axis of sensitivity also points in the radial direction. Usually, the stiffness of the foundation in the horizontal direction is less, so the vibration in the horizontal direction is higher. Therefore, in order to increase the sensitivity, the sensors should be installed so that their axis of sensitivity is also directed horizontally. Although there is no fundamental difference. In addition to vibration in the radial direction, vibration in the axial direction, along the rotor rotation axis, must be monitored. This vibration is usually not caused by unbalance, but by other causes, mainly related to misalignment of the shafts connected through the coupling.
संतुलन द्वारा इस कंपन को समाप्त नहीं किया जा सकता, इसलिए संरेखण आवश्यक है। व्यवहार में, ऐसी मशीनों में आमतौर पर रोटर असंतुलन और शाफ्ट मिसअलाइनमेंट दोनों होते हैं, जिससे कंपन को समाप्त करना और भी कठिन हो जाता है। ऐसे मामलों में, पहले मशीन को केंद्र में लाना और फिर उसे संतुलित करना आवश्यक है। (हालांकि, तीव्र टॉर्क असंतुलन होने पर, आधार संरचना के "घुमाव" के कारण अक्षीय दिशा में भी कंपन होता है।)
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संतुलन तंत्र की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए मानदंड
रोटरों (यंत्रों) की संतुलन गुणवत्ता दो तरीकों से आंकी जा सकती है। पहला तरीका संतुलन प्रक्रिया के दौरान निर्धारित अवशिष्ट असंतुलन की मात्रा की तुलना अवशिष्ट असंतुलन की सहनशीलता से करने पर आधारित है। विभिन्न रोटर वर्गों के लिए ये सहनशीलताएँ ISO 1940-1-2007, भाग 1: अनुमत असंतुलन की परिभाषा में निर्दिष्ट हैं।
हालाँकि, निर्दिष्ट सहनशीलताओं का अनुपालन तंत्र की परिचालन विश्वसनीयता को पूरी तरह से सुनिश्चित नहीं कर सकता है, जो इसके कंपन के न्यूनतम स्तर को प्राप्त करने से संबंधित है। यह इस तथ्य से समझाया जाता है कि तंत्र की कंपन की तीव्रता केवल इसके रोटर के अवशिष्ट असंतुलन से जुड़ी बल की तीव्रता द्वारा ही निर्धारित नहीं होती, बल्कि यह कई अन्य मापदंडों पर भी निर्भर करती है, जिनमें शामिल हैं: तंत्र के संरचनात्मक तत्वों की कठोरता k, इसका द्रव्यमान m, डैम्पिंग गुणांक, तथा घूर्णन आवृत्ति। इसलिए, कई मामलों में तंत्र के गतिशील गुणों (इसके संतुलन की गुणवत्ता सहित) का अनुमान लगाने के लिए, तंत्र के अवशिष्ट कम्पन के स्तर का अनुमान लगाने की अनुशंसा की जाती है, जिसे कई मानकों द्वारा विनियमित किया जाता है।
सबसे सामान्य मानक, जो तंत्रों के कम्पन के स्वीकार्य स्तरों को नियंत्रित करता है, ISO 10816-3-2002 है। इसकी सहायता से किसी भी प्रकार की मशीनों के लिए, उनके विद्युत चालक की शक्ति को ध्यान में रखते हुए, सहनशीलताएँ निर्धारित की जा सकती हैं।
इस सार्वभौमिक मानक के अतिरिक्त, विशिष्ट प्रकार की मशीनों के लिए कई विशेषीकृत मानक विकसित किए गए हैं। उदाहरण के लिए, 31350-2007, ISO 7919-1-2002 आदि।
मानक और संदर्भ
- आईएसओ 1940-1:2007. कंपन। कठोर रोटरों की संतुलन गुणवत्ता के लिए आवश्यकताएँ। भाग 1. अनुमेय असंतुलन का निर्धारण।.
- आईएसओ 10816-3:2009. यांत्रिक कंपन — गैर-घूर्णन भागों पर माप द्वारा मशीन कंपन का मूल्यांकन — भाग 3: 15 किलोवाट से अधिक नाममात्र शक्ति और 120 आर/मिनट और 15 000 आर/मिनट के बीच नाममात्र गति वाली औद्योगिक मशीनें, जब मौके पर ही मापी जाती हैं।.
- आईएसओ 14694:2003. औद्योगिक पंखे — संतुलन गुणवत्ता और कंपन स्तरों के लिए विशिष्टताएँ।
- आईएसओ 7919-1:2002. प्रत्यावर्ती गति के बिना मशीनों का कंपन — घूर्णनशील शाफ्टों पर माप और मूल्यांकन मानदंड — सामान्य मार्गदर्शन।.
FAQ
क्या बैलेंसिंग से कंपन पूरी तरह खत्म हो जाता है?
नहीं। बैलेंसिंग प्रक्रिया रोटर के द्रव्यमान के उसके घूर्णन अक्ष के सापेक्ष असममित वितरण के कारण होने वाले कंपन को दूर करती है। गलत संरेखण, बेयरिंग दोष, वायुगतिकीय/जलगतिकीय बल, विद्युत चुम्बकीय बल और अन्य कारणों से उत्पन्न कंपन के लिए अलग निदान और सुधारात्मक कार्रवाई की आवश्यकता होती है।
अनुनाद के निकट संतुलन विफल क्यों हो सकता है?
अनुनाद के निकट, गति में मामूली बदलाव से कंपन आयाम में बड़े परिवर्तन और 180° का कला विस्थापन हो सकता है। ऐसी स्थितियों में मापन परिणाम अस्थिर हो जाते हैं, और विशेष विधियों के बिना पारंपरिक संतुलन प्रक्रियाएं अभिसरित नहीं हो सकती हैं।
आपको एक-तल बनाम दो-तल संतुलन की आवश्यकता कब होती है?
एक कठोर रोटर के लिए, रोटर की लंबाई के अनुदिश अलग-अलग रखे गए दो भार आमतौर पर संयुक्त स्थैतिक और गतिशील असंतुलन को दूर करने के लिए आवश्यक और पर्याप्त होते हैं। संकरे रोटर अक्सर मुख्य रूप से स्थैतिक असंतुलन प्रदर्शित करते हैं, लेकिन विरूपण और ज्यामिति एक गतिशील घटक को जन्म दे सकते हैं जिसके लिए दो-तलीय सुधार की आवश्यकता हो सकती है।
संतुलन करने से पहले क्या करना चाहिए?
सुनिश्चित करें कि मशीन चालू हालत में है: नींव पर मज़बूती से लगी हुई हो, बेयरिंग सही हों, कोई गंभीर ढीलापन न हो, और अरैखिकता का कोई स्पष्ट कारण न हो। बैलेंसिंग मरम्मत का विकल्प नहीं है।
मुख्य निष्कर्ष
- संतुलन द्रव्यमान-संबंधी (अपकेंद्री) उत्तेजना को ठीक करता है; यह गलत संरेखण, बेयरिंग क्षति, या विद्युत चुम्बकीय/वायुगतिकीय स्रोतों की समस्या का समाधान नहीं करता है।
- अनुनाद और गैर-रैखिकता पारंपरिक संतुलन को अप्रभावी या असुरक्षित बना सकते हैं।
- कठोर रोटरों के लिए, दो-तल संतुलन संयुक्त स्थैतिक + गतिशील असंतुलन का सामान्य समाधान है।
