घूर्णन मशीनरी में मरोड़ कंपन को समझना

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परिभाषा: टॉर्सनल कंपन क्या है?

मरोड़ कंपन घूर्णन अक्ष के चारों ओर एक घूर्णन शाफ्ट का कोणीय दोलन है—अनिवार्य रूप से एक घुमाव और घुमाव रहित गति, जहाँ शाफ्ट के विभिन्न भाग किसी भी क्षण थोड़ी भिन्न गति से घूमते हैं। इसके विपरीत पार्श्व कंपन (साइड-टू-साइड गति) या अक्षीय कंपन (आगे-पीछे गति), मरोड़ कंपन में कोई रैखिक विस्थापन शामिल नहीं होता है; इसके बजाय, शाफ्ट को वैकल्पिक सकारात्मक और नकारात्मक कोणीय त्वरण का अनुभव होता है।.

जबकि मरोड़ कंपन का आयाम आमतौर पर पार्श्व कंपन की तुलना में बहुत छोटा होता है और इसका पता लगाना अक्सर कठिन होता है, यह शाफ्ट, कपलिंग और गियर में भारी प्रत्यावर्ती तनाव पैदा कर सकता है, जिससे संभावित रूप से बिना किसी चेतावनी के विनाशकारी थकान विफलताएं हो सकती हैं।.

भौतिक तंत्र

मरोड़ कंपन कैसे होता है

मरोड़ कंपन को निम्न प्रकार से देखा जा सकता है:

• एक लंबे शाफ्ट की कल्पना करें जो एक मोटर को एक संचालित लोड से जोड़ता है
• शाफ्ट एक मरोड़दार स्प्रिंग की तरह काम करता है, जो घूमते समय ऊर्जा को संग्रहित और मुक्त करता है
• जब अलग-अलग टॉर्क से परेशान होते हैं, तो शाफ्ट दोलन करता है, और इसके खंड औसत गति से अधिक तेजी से और धीमी गति से घूमते हैं
• ये दोलन तब बढ़ सकते हैं जब उत्तेजना आवृत्ति मरोड़ प्राकृतिक आवृत्ति से मेल खाती हो

मरोड़ प्राकृतिक आवृत्तियाँ

प्रत्येक शाफ्ट प्रणाली में मरोड़ प्राकृतिक आवृत्तियाँ होती हैं जो निम्न द्वारा निर्धारित होती हैं:

• शाफ्ट मरोड़ कठोरता: शाफ्ट व्यास, लंबाई और सामग्री कतरनी मापांक पर निर्भर करता है
• सिस्टम जड़ता: जुड़े हुए घूर्णन घटकों (मोटर रोटर, कपलिंग, गियर, भार) के जड़त्व आघूर्ण
• एकाधिक मोड: जटिल प्रणालियों में कई मरोड़ प्राकृतिक आवृत्तियाँ होती हैं
• युग्मन प्रभाव: लचीले युग्मन मरोड़ अनुपालन को बढ़ाते हैं, जिससे प्राकृतिक आवृत्तियाँ कम हो जाती हैं

मरोड़ कंपन के प्राथमिक कारण

1. रेसिप्रोकेटिंग इंजन से परिवर्तनशील टॉर्क

कई अनुप्रयोगों में सबसे आम स्रोत:

• डीजल और गैसोलीन इंजन: दहन घटनाएँ स्पंदित टॉर्क उत्पन्न करती हैं
• बाहर निकालने के आदेश: इंजन की गति के हार्मोनिक्स बनाता है
• सिलेंडर संख्या: कम सिलेंडर अधिक टॉर्क भिन्नता उत्पन्न करते हैं
• अनुनाद जोखिम: इंजन परिचालन गति मरोड़ संबंधी महत्वपूर्ण गति के साथ मेल खा सकती है

2. गियर मेष बल

गियर प्रणालियाँ मरोड़ उत्तेजना उत्पन्न करती हैं:

• गियर मेश आवृत्ति (दांतों की संख्या × RPM) दोलनशील टॉर्क उत्पन्न करती है
• दांतों के बीच की दूरी और प्रोफ़ाइल की अशुद्धियाँ योगदान करती हैं
• गियर बैकलैश के कारण प्रभाव लोडिंग हो सकती है
• एकाधिक गियर चरण जटिल मरोड़ प्रणालियाँ बनाते हैं

3. विद्युत मोटर संबंधी समस्याएं

विद्युत मोटर मरोड़ संबंधी गड़बड़ी उत्पन्न कर सकती है:

• ध्रुव पार आवृत्ति: रोटर और स्टेटर के बीच परस्पर क्रिया स्पंदित टॉर्क उत्पन्न करती है
• टूटे रोटर बार: स्लिप आवृत्ति पर टॉर्क पल्स बनाता है
• परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव (VFDs): पीडब्लूएम स्विचिंग टॉर्सनल मोड को उत्तेजित कर सकती है
• प्रारंभिक क्षणिक: मोटर स्टार्ट-अप के दौरान बड़े टॉर्क दोलन

4. प्रक्रिया भार भिन्नताएँ

संचालित उपकरणों पर परिवर्तनशील लोडिंग:

• कंप्रेसर वृद्धि घटनाएँ
• पंप कैविटेशन से टॉर्क स्पाइक्स का निर्माण
• क्रशर, मिल और प्रेस में चक्रीय भार
• पंखों और टर्बाइनों में ब्लेड पासिंग बल

5. कपलिंग और ड्राइवट्रेन संबंधी समस्याएं

• घिसे हुए या क्षतिग्रस्त कपलिंग, जिनमें ढीलापन या बैकलैश हो
• 2× मरोड़ उत्तेजना पैदा करने वाले कोणों पर संचालित सार्वभौमिक जोड़
• बेल्ट ड्राइव स्लिप और चटर
• चेन ड्राइव बहुभुज क्रिया

पता लगाने और मापन की चुनौतियाँ

मरोड़ कंपन का पता लगाना क्यों मुश्किल है?

पार्श्व कंपन के विपरीत, मरोड़ कंपन अद्वितीय माप चुनौतियां प्रस्तुत करता है:

• कोई रेडियल विस्थापन नहीं: बेयरिंग हाउसिंग पर लगे मानक एक्सेलेरोमीटर विशुद्ध रूप से मरोड़ गति का पता नहीं लगाते हैं
• छोटे कोणीय आयाम: विशिष्ट आयाम एक डिग्री के अंश होते हैं
• विशेष उपकरण की आवश्यकता: मरोड़ कंपन सेंसर या परिष्कृत विश्लेषण की आवश्यकता होती है
• अक्सर देखा गया: नियमित कंपन निगरानी कार्यक्रमों में शामिल नहीं

मापन विधियाँ

1. स्ट्रेन गेज

• कतरनी तनाव को मापने के लिए शाफ्ट अक्ष पर 45° पर माउंट किया गया
• घूर्णन शाफ्ट से संकेत प्रेषित करने के लिए टेलीमेट्री प्रणाली की आवश्यकता होती है
• मरोड़ प्रतिबल का प्रत्यक्ष मापन
• सबसे सटीक विधि लेकिन जटिल और महंगी

2. दोहरे-जांच टॉर्सनल कंपन सेंसर

• दो ऑप्टिकल या चुंबकीय सेंसर अलग-अलग शाफ्ट स्थानों पर गति को मापते हैं
• संकेतों के बीच कला अंतर मरोड़ कंपन को इंगित करता है
• गैर-संपर्क माप
• अस्थायी या स्थायी रूप से स्थापित किया जा सकता है

3. लेज़र टॉर्सनल वाइब्रोमीटर

• शाफ्ट कोणीय वेग भिन्नताओं का ऑप्टिकल माप
• गैर-संपर्क, शाफ्ट तैयारी की आवश्यकता नहीं
• महंगा लेकिन समस्या निवारण के लिए शक्तिशाली

4. अप्रत्यक्ष संकेतक

• मोटर करंट सिग्नेचर विश्लेषण (MCSA) से मरोड़ संबंधी समस्याएं सामने आ सकती हैं
• युग्मन और गियर दांत पहनने के पैटर्न
• शाफ्ट थकान दरार स्थान और अभिविन्यास
• असामान्य पार्श्व कंपन पैटर्न जो मरोड़ मोड के साथ युग्मित हो सकते हैं

परिणाम और क्षति तंत्र

थकान विफलताएँ

मरोड़ कंपन का प्राथमिक खतरा:

• शाफ्ट विफलताएँ: थकान दरारें आमतौर पर शाफ्ट अक्ष से 45° पर होती हैं (अधिकतम कतरनी तनाव तल)
• युग्मन विफलताएँ: गियर युग्मन दांतों का घिसना, लचीले तत्व का थकान
• गियर दांत टूटना: मरोड़ दोलनों द्वारा त्वरित
• कुंजी और कुंजीमार्ग क्षति: दोलनशील टॉर्क से झंझट और घिसाव

मरोड़ विफलताओं की विशेषताएं

• अक्सर बिना किसी चेतावनी के अचानक और विनाशकारी
• शाफ्ट अक्ष से लगभग 45° के कोण पर फ्रैक्चर सतहें
• फ्रैक्चर सतह पर समुद्र तट के निशान थकान की प्रगति का संकेत देते हैं
• पार्श्व कंपन स्तर स्वीकार्य होने पर भी हो सकता है

निष्पादन मुद्दे

• परिशुद्धता ड्राइव में गति नियंत्रण समस्याएँ
• गियरबॉक्स और कपलिंग में अत्यधिक घिसाव
• गियर की खड़खड़ाहट और युग्मन के प्रभाव से होने वाला शोर
• विद्युत संचरण अकुशलता

विश्लेषण और मॉडलिंग

डिजाइन के दौरान मरोड़ विश्लेषण

उचित डिजाइन के लिए मरोड़ विश्लेषण की आवश्यकता होती है:

• प्राकृतिक आवृत्ति गणना: सभी मरोड़ संबंधी महत्वपूर्ण गतियों का निर्धारण करें
• बलपूर्वक प्रतिक्रिया विश्लेषण: परिचालन स्थितियों में मरोड़ आयामों की भविष्यवाणी करें
• कैम्पबेल आरेख: मरोड़ प्राकृतिक आवृत्तियों बनाम परिचालन गति दिखाएँ
• तनाव विश्लेषण: महत्वपूर्ण घटकों में प्रत्यावर्ती अपरूपण प्रतिबलों की गणना करें
• थकान जीवन भविष्यवाणी: मरोड़ भार के अंतर्गत घटक जीवन का अनुमान लगाएं

सॉफ्टवेयर उपकरण

विशेष सॉफ्टवेयर टॉर्सनल विश्लेषण करता है:

• बहु-जड़त्व ढेर-द्रव्यमान मॉडल
• परिमित तत्व मरोड़ विश्लेषण
• क्षणिक घटनाओं का समय-डोमेन सिमुलेशन
• आवृत्ति-डोमेन हार्मोनिक विश्लेषण

शमन और नियंत्रण विधियाँ

डिज़ाइन समाधान

• पृथक्करण मार्जिन: सुनिश्चित करें कि मरोड़ प्राकृतिक आवृत्तियाँ उत्तेजना आवृत्तियों से ±20% दूर हों
• अवमंदन: मरोड़ अवमंदक (चिपचिपा अवमंदक, घर्षण अवमंदक) शामिल करें
• लचीली कपलिंग: उत्तेजना सीमा से नीचे प्राकृतिक आवृत्तियों को कम करने के लिए मरोड़ अनुपालन जोड़ें
• मास ट्यूनिंग: प्राकृतिक आवृत्तियों को स्थानांतरित करने के लिए फ्लाईव्हील जोड़ें या जड़त्व को संशोधित करें
• कठोरता में परिवर्तन: शाफ्ट व्यास या युग्मन कठोरता को संशोधित करें

परिचालन समाधान

• गति प्रतिबंध: मरोड़युक्त महत्वपूर्ण गति पर निरंतर संचालन से बचें
• तीव्र त्वरण: स्टार्टअप के दौरान महत्वपूर्ण गति को शीघ्रता से पार करें
• लोड प्रबंधन: ऐसी स्थितियों से बचें जो मरोड़ मोड को उत्तेजित करती हैं
• वीएफडी ट्यूनिंग: मरोड़ उत्तेजना को न्यूनतम करने के लिए ड्राइव पैरामीटर समायोजित करें

घटक चयन

• उच्च-अवमंदन युग्मन: इलास्टोमेरिक या हाइड्रोलिक कपलिंग जो मरोड़ ऊर्जा को नष्ट करते हैं
• टॉर्सनल डैम्पर्स: रेसिप्रोकेटिंग इंजन ड्राइव के लिए विशेष उपकरण
• गियर गुणवत्ता: सख्त सहनशीलता वाले सटीक गियर उत्तेजना को कम करते हैं
• शाफ्ट सामग्री: मरोड़-महत्वपूर्ण शाफ्टों के लिए उच्च थकान-शक्ति सामग्री

उद्योग अनुप्रयोग और मानक

महत्वपूर्ण अनुप्रयोग

टॉर्सनल विश्लेषण विशेष रूप से निम्नलिखित के लिए महत्वपूर्ण है:

• रेसिप्रोकेटिंग इंजन ड्राइव: डीजल जनरेटर, गैस इंजन कंप्रेसर
• लंबी ड्राइव शाफ्ट: समुद्री प्रणोदन, रोलिंग मिलें
• उच्च-शक्ति गियरबॉक्स: पवन टर्बाइन, औद्योगिक गियर ड्राइव
• परिवर्तनीय गति ड्राइव: VFD मोटर अनुप्रयोग, सर्वो प्रणालियाँ
• बहु-शरीर प्रणालियाँ: कई जुड़ी मशीनों के साथ जटिल ड्राइव ट्रेन

प्रासंगिक मानक

• एपीआई 684: मरोड़ विश्लेषण प्रक्रियाओं सहित रोटर गतिशीलता
• एपीआई 617: केन्द्रापसारक कंप्रेसर मरोड़ आवश्यकताएँ
• एपीआई 672: पैकेज्ड रेसिप्रोकेटिंग कंप्रेसर टॉर्सनल विश्लेषण
• आईएसओ 22266: घूर्णन मशीनरी का मरोड़ कंपन
• वीडीआई 2060: ड्राइव सिस्टम में मरोड़ कंपन

अन्य कंपन प्रकारों से संबंध

पार्श्व और अक्षीय कंपन से अलग होते हुए भी, मरोड़ कंपन उनके साथ जुड़ सकता है:

• पार्श्व-मरोड़ युग्मन: कुछ ज्यामितियों में, मरोड़ और पार्श्व मोड परस्पर क्रिया करते हैं
• गियर मेष: मरोड़ कंपन भिन्न-भिन्न दाँत भार उत्पन्न करता है जो पार्श्व कंपन को उत्तेजित कर सकता है
• यूनिवर्सल जोड़: कोणीय मिसलिग्न्मेंट टॉर्सनल इनपुट को पार्श्व आउटपुट से जोड़ता है
• निदान चुनौती: जटिल कंपन संकेतों में कई प्रकार के कंपन का योगदान हो सकता है

विद्युत पारेषण प्रणालियों के विश्वसनीय संचालन के लिए मरोड़ कंपन को समझना और प्रबंधित करना आवश्यक है। हालाँकि नियमित निगरानी में पार्श्व कंपन की तुलना में इस पर कम ध्यान दिया जाता है, उच्च-शक्ति या परिशुद्धता ड्राइव प्रणालियों के डिज़ाइन और समस्या निवारण के दौरान मरोड़ कंपन विश्लेषण महत्वपूर्ण होता है, जहाँ मरोड़ विफलताओं के भयावह परिणाम हो सकते हैं।.

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