रोटर गतिकी में महत्वपूर्ण गति की व्याख्या

परिभाषा: क्रिटिकल स्पीड क्या है?

ए महत्वपूर्ण गति एक घूर्णन गति है जो रोटर की कंपन की प्राकृतिक आवृत्ति से मेल खाती है। जब कोई मशीन अपनी किसी महत्वपूर्ण गति पर या उसके निकट संचालित होती है, तो गूंज होता है। इससे रोटर के कंपन में नाटकीय और अक्सर खतरनाक वृद्धि होती है, क्योंकि अवशिष्ट असंतुलन की थोड़ी सी मात्रा भी भारी अपकेन्द्रीय बल उत्पन्न कर सकती है। प्रत्येक रोटर प्रणाली में कंपन के विभिन्न तरीकों (जैसे, पहला बंकन मोड, दूसरा बंकन मोड, आदि) के अनुरूप कई महत्वपूर्ण गतियाँ होती हैं।

महत्वपूर्ण गति इतनी महत्वपूर्ण क्यों है?

महत्वपूर्ण गति को समझना और प्रबंधित करना, घूर्णन मशीनरी डिज़ाइन और विश्लेषण के सबसे बुनियादी पहलुओं में से एक है। किसी मशीन को महत्वपूर्ण गति पर चलाना, थोड़े समय के लिए भी, विनाशकारी हो सकता है। इसके परिणाम इस प्रकार हैं:

• अत्यधिक कंपन: सिस्टम के अवमंदन के आधार पर आयाम 10, 20 या इससे भी अधिक बढ़ सकते हैं।
• घटक विफलता: उच्च कंपन और शाफ्ट विक्षेपण के कारण बेयरिंग की विफलता, सील की क्षति, तथा घूर्णनशील और स्थिर भागों के बीच रगड़ हो सकती है।
• विनाशकारी शाफ्ट विफलता: गंभीर मामलों में, झुकने वाला तनाव सामग्री की थकान सीमा से अधिक हो सकता है, जिससे शाफ्ट में दरार आ सकती है या वह टूट सकता है।
• सुरक्षा को खतरा: उच्च गति पर मशीन की विफलता से कर्मियों और आसपास के उपकरणों के लिए गंभीर खतरा उत्पन्न हो जाता है।

इन कारणों से, मशीनरी को हमेशा "पृथक्करण मार्जिन" के साथ संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है, जिसका अर्थ है कि इसकी सामान्य चलने की गति को जानबूझकर किसी भी महत्वपूर्ण गति से सुरक्षित दूरी पर रखा जाता है।

कठोर बनाम लचीले रोटर

महत्वपूर्ण गति की अवधारणा ही एक "कठोर" रोटर को एक "लचीले" रोटर से अलग करती है:

• कठोर रोटर: एक रोटर जो अपनी पहली महत्वपूर्ण गति से *कम* गति पर संचालित होता है। संचालन के दौरान इसका शाफ्ट ज़्यादा मुड़ता नहीं है। ये आमतौर पर धीमे और मोटे रोटर होते हैं।
• लचीला रोटर: एक रोटर जिसे अपनी पहली (और कभी-कभी दूसरी या तीसरी) महत्वपूर्ण गति से *ऊपर* संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसकी शाफ्ट स्टार्टअप और शटडाउन के दौरान महत्वपूर्ण गति से गुजरते समय मुड़ेगी और मुड़ेगी। टर्बाइनों और कंप्रेसरों में पाए जाने वाले उच्च गति वाले, पतले रोटर लचीले रोटर होते हैं।

मशीन संचालन में महत्वपूर्ण गति का प्रबंधन

चूंकि उच्च गति वाली मशीन को डिजाइन करना अक्सर व्यावहारिक नहीं होता है जो अपनी पहली महत्वपूर्ण गति से नीचे रहती है, इसलिए इंजीनियर उन्हें प्रबंधित करने के लिए कई रणनीतियों का उपयोग करते हैं:

1. पृथक्करण मार्जिन

सबसे आम रणनीति यह सुनिश्चित करना है कि मशीन की निरंतर संचालन गति किसी भी महत्वपूर्ण गति के बहुत करीब न हो। एक विशिष्ट पृथक्करण मार्जिन ±20-30% है। उदाहरण के लिए, यदि महत्वपूर्ण गति 3,000 RPM पर है, तो मशीन को 2,400 RPM और 3,600 RPM के बीच लगातार संचालित नहीं किया जाना चाहिए।

2. तीव्र त्वरण/मंदन

लचीले रोटरों के लिए जिन्हें महत्वपूर्ण गति से गुजरना ज़रूरी है, स्टार्टअप और शटडाउन प्रक्रियाएँ महत्वपूर्ण गति सीमाओं से जितनी जल्दी हो सके गुजरने के लिए डिज़ाइन की गई हैं। महत्वपूर्ण गति पर रुकने से कंपन आयाम खतरनाक स्तर तक पहुँच सकते हैं। तेज़ पास-थ्रू इस प्रवर्धन के होने के समय को कम करता है।

3. अवमंदन

अवमंदन कंपन ऊर्जा का अपव्यय है, और यही अनुनाद पर शिखर आयाम को सीमित करता है। बेयरिंग, विशेष रूप से द्रव-फिल्म बेयरिंग, रोटर प्रणालियों में अवमंदन का एक प्रमुख स्रोत हैं। बेयरिंग डिज़ाइन को अनुकूलित करके, इंजीनियर महत्वपूर्ण गति पर कंपन शिखर को सुरक्षित और प्रबंधनीय स्तर तक नियंत्रित कर सकते हैं।

4. सटीक संतुलन

क्रांतिक गति पर कंपन असंतुलन की एक प्रवर्धित प्रतिक्रिया है। रोटर जितना बेहतर संतुलित होगा, बल क्रिया उतनी ही कम होगी, और इसलिए क्रांतिक गति से गुजरते समय शिखर कंपन उतना ही कम होगा। लचीले रोटरों के लिए, विशेष बहु-तलीय संतुलन तकनीकों की आवश्यकता होती है।

महत्वपूर्ण गति की पहचान कैसे की जाती है?

महत्वपूर्ण गति की पहचान कई विधियों का उपयोग करके की जाती है:

• रोटर डायनेमिक विश्लेषण (आरडीए): रोटर की महत्वपूर्ण गति और मोड आकृतियों का पूर्वानुमान लगाने के लिए डिजाइन चरण के दौरान कंप्यूटर मॉडल (अक्सर परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग करके) बनाए जाते हैं।
• रन-अप/कोस्ट-डाउन टेस्ट: सबसे आम प्रयोगात्मक विधि। मशीन के चालू या बंद होने पर कंपन के आयाम और कला को गति के विरुद्ध आलेखित किया जाता है। एक महत्वपूर्ण गति की पहचान आयाम में एक विशिष्ट शिखर द्वारा की जाती है जिसके साथ एक विशिष्ट 180-डिग्री कला परिवर्तन होता है। ये परीक्षण इस प्रकार के निदानात्मक आलेख उत्पन्न करते हैं: बोड प्लॉट and झरना प्लॉट.
• प्रभाव परीक्षण (बम्प टेस्ट): जब रोटर स्थिर अवस्था में हो तो उस पर हथौड़े से प्रहार करने से उसकी प्राकृतिक आवृत्तियाँ उत्तेजित हो सकती हैं, जो महत्वपूर्ण गति के अनुरूप होती हैं।

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