जर्नल बियरिंग्स को समझना
ए जर्नल बेयरिंग — जिसे प्लेन बेयरिंग, स्लीव बेयरिंग या फ्लूइड-फिल्म बेयरिंग भी कहा जाता है — रोलिंग एलिमेंट्स के बजाय स्नेहक की एक पतली, दबावयुक्त परत पर घूर्णन शाफ्ट को सहारा देता है। बेयरिंग के भीतर शाफ्ट का घूर्णन भाग है पत्रिका; इसे स्थिर बेयरिंग सतह से हाइड्रोडायनामिक तेल की एक परत द्वारा अलग रखा जाता है, जिसे शाफ्ट स्वयं उत्पन्न करता है जब यह स्नेहक को संकुचित, वेज-आकार के गैप में खींचता है। वह दबावयुक्त वेज पूरा वहन करता है रोटर धातु-से-धातु संपर्क के बिना भार वहन करता है। क्योंकि तेल की फिल्म भी उदारतापूर्वक प्रदान करती है भिगोना, जर्नल बेयरिंग्स उच्च-गति, उच्च-भार वाली मशीनरी — टर्बाइनें, जनरेटर, बड़े कंप्रेसर — के लिए स्वाभाविक विकल्प हैं जहाँ नियंत्रण करना कंपन और रोटर को स्थिर करना सबसे ज़्यादा मायने रखता है।
1. परिभाषा: जर्नल बेयरिंग क्या है?
एक जर्नल बेयरिंग में शाफ्ट चलने की गति पर बेयरिंग को नहीं छूता। इसके बजाय यह थोड़ा केंद्र से हटकर, केवल कुछ दस माइक्रोमीटर मोटी चिकनाई की परत पर तैरता है। यह एकमात्र तथ्य इसे रोलिंग-एलिमेंट बेयरिंग से अलग करता है, जो गेंद या रोलर के माध्यम से हर्ट्ज़ियन संपर्क में भार वहन करता है। जर्नल बेयरिंग की ताकतें सीधे तेल की फिल्म से उत्पन्न होती हैं: बहुत अधिक भार क्षमता, फिल्म स्थापित होने के बाद अत्यंत कम घर्षण, शांत संचालन, और वह डैम्पिंग जो बड़े रोटरों को उनके महत्वपूर्ण गति. शाफ्ट और उसके बेयरिंग्स के संयुक्त व्यवहार का अध्ययन एक के रूप में किया जाता है। रोटर-बेयरिंग प्रणाली, क्योंकि दोनों में से किसी को भी अलग से नहीं समझा जा सकता।
2. संचालन का सिद्धांत: हाइड्रोडायनामिक स्नेहन
तेल की फिल्म कैसे बनती है
जर्नल बेयरिंग हाइड्रोडायनामिक स्नेहन पर निर्भर करता है, जो शाफ्ट के गति पकड़ने पर एक पूर्वानुमेय क्रम में विकसित होता है:
- प्रारंभिक संपर्क: आराम की स्थिति में शाफ्ट अपने वजन से बोअर के तले पर टिका रहता है, जिसमें धातु एक-दूसरे से सटी होती है।
- परिवर्तन शुरू होता है: जैसे ही शाफ्ट घूमना शुरू करता है, आसंजन स्नेधक को क्लियरेंस गैप में खींच ले जाता है।
- वेज संरचना: शाफ्ट और बोर के बीच अभिसारी ज्यामिति उस तेल को एक वेज-आकार के स्थान में निचोड़ देती है।
- दाब उत्पन्न करना: संकुचित हो रहे वेज में जबरदस्ती डाला गया तेल हाइड्रोडायनामिक दबाव उत्पन्न करता है।
- उड़ान भरना: एक बार जब वह दबाव बल शाफ्ट के वजन से अधिक हो जाता है, तो जर्नल स्पष्ट रूप से उठ जाता है और एक पूर्ण फिल्म पर चलता है।
- स्थिर अवस्था: शाफ्ट दबावयुक्त फिल्म पर तैरता है, और बिना किसी धातु संपर्क के, बोर के केंद्र से हटकर एक संतुलित स्थिति में आ जाता है।
जर्नल जिस स्थिति में स्थिर होता है — क्लियरेंस के भीतर इसकी उत्केंद्रता — स्थिर नहीं होती। यह भार और गति के साथ बदलती रहती है, और यह बदलता संतुलन ही नीचे वर्णित बेयरिंग के जटिल गतिशील व्यवहार का मूल कारण है।
तेल फिल्म की मोटाई
- आम तौर पर न्यूनतम फिल्म की मोटाई है 10–100 माइक्रोमीटर (0.0004–0.004 इंच) — अत्यंत पतला, फिर भी सतहों को अलग रखने के लिए पर्याप्त।
- फिल्म एकसमान नहीं होती: यह परिधि के चारों ओर भिन्न-भिन्न होती है, और जर्नल तथा बोर के बीच निकटतम संपर्क बिंदु पर अपनी न्यूनतम मात्रा तक पहुँचती है।
- मोटाई गति, भार, स्नेहक की श्यानता और असर निकासी — गति या चिपचिपाहट बढ़ाने पर फिल्म मोटी हो जाती है; भार बढ़ाने पर यह पतली हो जाती है।
- चूंकि तेल गर्म होने पर उसकी श्यानता घटती है, इसलिए फिल्म की मोटाई भी संचालन तापमान के प्रति संवेदनशील होती है, और यही कारण है कि बड़ी मशीनों में तेल आपूर्ति का तापमान एक निगरानी किया जाने वाला पैरामीटर होता है।
3. जर्नल बेयरिंग के प्रकार
साधारण बेलनाकार (पूर्ण जर्नल)
- सबसे सरल डिज़ाइन: एक साधारण बेलनाकार छिद्र जिसमें तेल आपूर्ति की खांची और 360° का पूर्ण लपेट कोण हो।
- अच्छी भार क्षमता, लेकिन सममित फिल्म इसे अस्थिरता के प्रति प्रवण बनाती है — तेल भंवर — उच्च गति और हल्के भार पर।
- मोटरों, पंपों और सामान्य औद्योगिक उपकरणों में, जहाँ गति मध्यम होती है, यह आम है।
आंशिक चाप बेयरिंग्स
- बेयरिंग सतह परिधि का केवल एक भाग ही ढकती है, आमतौर पर 120–180°।
- हल्का और कम तेल प्रवाह की मांग करता है, लेकिन पूर्ण जर्नल की तुलना में कम कठोरता प्रदान करता है।
- हल्के भार वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त, जहाँ भार की दिशा स्पष्ट रूप से परिभाषित होती है।
टिल्टिंग-पैड बेयरिंग्स
- सतह कई स्वतंत्र पैडों में विभाजित है, प्रत्येक स्वतंत्र रूप से घूम सकता है।
- प्रत्येक पैड अपना स्वयं का हाइड्रोडायनामिक वेज विकसित करता है, जो तेल के भँवर को चलाने वाले क्रॉस-कपलिंग को दबा देता है।
- स्वभावतः घूर्णन और झटके के प्रति स्थिर, ये उच्च-गति टर्बोमशीनरी के लिए उद्योग मानक हैं।
- अधिक महंगा और जटिल, लेकिन स्पष्ट रूप से बेहतर गतिशील विशेषताओं के साथ।
दबाव-बांध और ऑफसेट बेयरिंग्स
- स्थिरता में सुधार के लिए ज्यामितीय विशेषताओं—नालियाँ, एक सीढ़ीदार “डैम”, या एक ऑफसेट (लेमन-बोर) स्प्लिट—के साथ संशोधित बेलनाकार बेयरिंग्स।
- ये विशेषताएँ जानबूझकर फिल्म पर भार डालती हैं ताकि प्रभावी अवशोषण बढ़ सके।
- वे सरल बेलनाकार बेयरिंग और महंगे टिल्टिंग-पैड डिज़ाइन के बीच एक व्यावहारिक समझौता हैं।
जहाँ एक टिल्टिंग-पैड बेयरिंग भी एक लचीले रोटर के लिए पर्याप्त डैम्पिंग प्रदान नहीं कर सकती, डिजाइनर एक जोड़ सकते हैं स्क्वीज़-फिल्म डैम्पर अतिरिक्त ऊर्जा का क्षय करने के लिए बेयरिंग के साथ श्रृंखला में।
4. गतिशील विशेषताएँ
कठोरता
जर्नल-धारक कठोरता कोई एकल संख्या नहीं है; यह गति- और भार-निर्भर गुणांकों का एक समूह है:
- निम्न गति: कम कठोरता — लोड बदलने के साथ जर्नल की स्थिति बहुत बदलती है।
- उच्च गति: जैसे-जैसे हाइड्रोडायनामिक दबाव क्षेत्र पूरी तरह से विकसित होता है, कठोरता अधिक हो जाती है।
- दिशात्मक परिवर्तन: क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाओं में कठोरता भिन्न होती है, इसलिए बेयरिंग विषमदिशीय रूप से प्रतिक्रिया करता है।
- अंतर-संयोजित कठोरता: एक दिशा में विक्षेपण इसके लंबवत एक बल उत्पन्न करता है। यह क्रॉस-कपलिंग वही तंत्र है जो ऊर्जा को एक घूमती कक्षा में पंप कर सकता है और ट्रिगर कर सकता है। रोटर अस्थिरता.
अवमंदन
फिल्म का महान गुण वह दमन है जो यह प्रदान करती है:
- जर्नल के क्लियरेंस में चलने पर तेल के चिपचिपे काटन से ऊर्जा नष्ट हो जाती है।
- गति और तेल की चिपचिपाहट बढ़ने के साथ डैम्पिंग बढ़ती है।
- यह वही है जो तब कंपन के आयाम को सीमित करता है जब रोटर एक से गुजरता है क्रांतिक गति.
- स्व-उत्तेजित अस्थिरताओं को अनियंत्रित रूप से बढ़ने से रोकने के लिए पर्याप्त डैम्पिंग आवश्यक है।
गति निर्भरता
क्योंकि कठोरता और डैम्पिंग दोनों गति के साथ बदलते हैं, इसलिए उन पर निर्भर सब कुछ भी बदलता है:
- गति बढ़ने के साथ कठोरता बढ़ती है।
- गति बढ़ने के साथ डैम्पिंग बढ़ती है।
- प्रणाली का प्राकृतिक आवृत्तियाँ तेज़ी से उठना.
- इसलिए जैसे-जैसे मशीन की गति बढ़ती है, क्रिटिकल गति ऊपर की ओर खिसकती है — एक प्रभाव जो एक पर दिखाई देता है। कैम्पबेल आरेख.
5. लाभ और सीमाएँ
तेल की फिल्म जर्नल बेयरिंग की उत्कृष्ट शक्तियों और इसकी विशिष्ट आवश्यकताओं दोनों के लिए जिम्मेदार है।
- उच्च भार क्षमता: बहुत भारी रोटरों को सहारा दे सकते हैं जो रोलिंग-एलिमेंट बेयरिंग को कुचल देंगे।
- उच्च-गति क्षमता: 50,000 आरपीएम और उससे अधिक गति के लिए उपयुक्त।
- गति पर कम घर्षण: एक बार जब हाइड्रोडायनामिक फिल्म स्थापित हो जाती है, तो घर्षण गुणांक बहुत कम (लगभग 0.001–0.003) हो जाता है।
- उत्कृष्ट डैम्पिंग: महत्वपूर्ण गतिओं से गुजरते हुए कंपन को नियंत्रित करता है और रोटर को स्थिर करने में मदद करता है।
- शांत संचालन: रोलिंग-एलिमेंट के अभाव का मतलब है कि रोलिंग-एलिमेंट का शोर भी नहीं होगा।
- आघात प्रतिरोध: तेल की फिल्म क्षणिक और आघात भारों को सहजता प्रदान करती है।
- दीर्घायु: सेवा में धातु के संपर्क के बिना, घिसाव न्यूनतम होता है और दशकों तक संचालन संभव है।
- सरल मूलभूत डिज़ाइन: साधारण बेलनाकार प्रकार यांत्रिक रूप से सरल और आर्थिक है।
इनके सामने व्यावहारिक चुनौतियाँ हैं:
- उच्च प्रारंभिक घर्षण: स्थिर अवस्था में कोई फिल्म नहीं होती, इसलिए मशीन को प्रत्येक बार शुरू करते समय ब्रेक-अवे टॉर्क और अल्पकालिक बॉर्डर-ल्यूब्रिकेशन घिसाव को पार करना पड़ता है।
- आवश्यक स्नेहन प्रणाली: स्वच्छ, ठंडे, सही दबाव वाले तेल की निरंतर आपूर्ति अनिवार्य है; बेयरिंग का चिकनाईकरण वैकल्पिक नहीं है, बल्कि डिज़ाइन का केंद्रीय हिस्सा है।
- घुमाव और फेंटने का जोखिम: साधारण बेलनाकार बेयरिंग तेल के भँवर (ऑयल व्हर्ल) के प्रति संवेदनशील होते हैं, और, लगभग किसी क्रांतिक गति (क्रिटिकल स्पीड) के दोगुने के निकट, शाफ्ट व्हिप.
- निम्न धीमी-गति कठोरता: अनुरूप फिल्म कम गति पर रोलिंग-एलिमेंट बेयरिंग की तुलना में बेयरिंग को नरम बनाती है, जिससे प्रतिक्रिया धीमी हो जाती है।
- तापमान संवेदनशीलता: प्रदर्शन, चिपचिपापन पर अपने प्रभाव के माध्यम से तेल के तापमान का अनुसरण करता है।
- दूषित होने की संवेदनशीलता: कठोर कण नरम बेबिट सतह पर खरोंच डाल सकते हैं या तेल मार्गों को अवरुद्ध कर सकते हैं।
- कोई अक्षीय प्रतिबंध नहीं: एक जर्नल बेयरिंग शाफ्ट को केवल त्रिज्यात्मक रूप से ही संरेखित करती है; अक्षीय भारों के लिए एक अलग बेयरिंग की आवश्यकता होती है। जोर असर.
6. जहाँ जर्नल बेयरिंग्स का उपयोग किया जाता है
जर्नल बेयरिंग्स वहाँ मानक होते हैं जहाँ रोटर बड़े, तेज़, या दोनों होते हैं:
- भाप और गैस टर्बाइन: मल्टी-मेगावाट विद्युत उत्पादन इकाइयाँ।
- बड़े जनरेटर: बिजली घरों में समकालिक (सिंक्रोनस) जनरेटर।
- केन्द्रापसारी कम्प्रेसर: उच्च-गति, उच्च-भार वाली औद्योगिक मशीनें।
- बड़े विद्युत मोटर: 500 एचपी से ऊपर के मोटर अक्सर इनका उपयोग करते हैं।
- समुद्री प्रेरण: प्रोपेलर-शाफ्ट और स्टर्न-ट्यूब बेयरिंग्स।
- कागज़ की मशीनें: वे बड़े रोल जो वेब (कागज़ की पट्टी) को ले जाते हैं।
- आंतरिक-दहन इंजन: क्रैंकशाफ्ट मुख्य और कनेक्टिंग-रॉड बेयरिंग्स।
7. रोटर गतिशीलता और क्षेत्र संतुलन के साथ संबंध
चूंकि उनकी कठोरता और डैम्पिंग एक रोटर के व्यवहार का बहुत बड़ा हिस्सा निर्धारित करती हैं, जर्नल बेयरिंग्स इसके केंद्र में स्थित होते हैं। रोटर गतिकी:
- आलोचनात्मक-गति प्लेसमेंट: बेयरिंग की कठोरता और डैम्पिंग यह तय करती हैं कि क्रिटिकल स्पीड कहाँ पड़ती है और वहाँ कंपन की चोटियाँ कितनी ऊँची होती हैं।
- स्थिरता: बेयरिंग का प्रकार काफी हद तक तेल भँवर और शाफ्ट व्हिप के प्रति संवेदनशीलता निर्धारित करता है; इनके द्वारा उत्पन्न विशिष्ट उप-समकालिक आवृत्तियों का अनुमान जर्नल-बेयरिंग दोष-आवृत्ति कैलकुलेटर से लगाया जा सकता है। जर्नल-बेयरिंग दोष-आवृत्ति कैलकुलेटर.
- आवृत्ति मानचित्रण: एक कैम्पबेल आरेख दिखाता है कि बेयरिंग की कठोरता बदलने पर प्राकृतिक आवृत्तियाँ गति के साथ कैसे स्थानांतरित होती हैं।
- प्रतिक्रिया का संतुलन: बेयरिंग की विशेषताएँ आकार देती हैं प्रभाव गुणांक जो नियंत्रित करते हैं कि रोटर एक सुधार भार (करेक्शन वेट) के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करता है।
वह अंतिम बिंदु वह है जहाँ बेयरिंग का दैनिक रखरखाव जुड़ता है। जब जर्नल बेयरिंग्स में चल रही टर्बाइन या कंप्रेसर में 1× का उच्च मान दिखाई देता है असंतुलित होना प्रतिक्रिया में, इसे उसके अपने ही बेयरिंग्स में, संचालन गति पर, यथास्थान संतुलित किया जाता है। एक पोर्टेबल दो-चैनल विश्लेषक जैसे कि Balanset-1A समकालिक आयाम को मापता है और चरण प्रत्येक बेयरिंग पर, एक परीक्षण रन से रोटर के प्रभाव गुणांकों की गणना करता है, और आवश्यक सुधार भारों की गणना करता है — जो असेंबल्ड रोटर-बेयरिंग सिस्टम की वास्तविक प्रतिक्रिया को कैप्चर करता है, जिसमें वह फिल्म कठोरता और डैम्पिंग भी शामिल है जिसे एक बैलेंसिंग मशीन कभी भी पुन: उत्पन्न नहीं कर सकती। उपयुक्त ISO 21940-11 बैलेंस ग्रेड के विरुद्ध सत्यापित, यह परिणाम दर्शाता है कि मशीन वास्तव में सेवा में कैसे व्यवहार करती है।
जर्नल बेयरिंग्स एक परिपक्व, परिष्कृत तकनीक है जो महत्वपूर्ण उच्च-प्रदर्शन मशीनरी में अपरिहार्य बनी हुई है। लोड क्षमता, गति क्षमता और डैम्पिंग का उनका अनूठा संयोजन उनकी स्नेहन और गतिशील व्यवहार की जटिलता को उचित ठहराता है, और बड़े घूर्णन उपकरणों का निदान या संतुलन करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए उस व्यवहार की कार्यशील समझ आवश्यक है।
