Understanding Torsional Analysis
Torsional analysis என்பது பின்வருவனவற்றின் அளவீடு, மதிப்பீடு மற்றும் மாதிரியாக்கம் ஆகும் முறுக்கு அதிர்வு — அச்சு அச்சைச் சுற்றி நிகழும் முறுக்கல் அலைவுகள் — சுழலும் இயந்திரங்களின் இயக்கத் தொடரிகளில். இதைப் போலல்லாமல் பக்க முறுக்கல் (வளைதல்), இது நிலையான மூலம் நேரடியாகப் படிக்கப்படுகிறது accelerometers ஒரு பேரிங் வீட்டில் (bearing housing) போல்ட் செய்யப்பட்டிருந்தாலும், முறுக்கல் இயக்கம் எந்தவொரு பக்கவாட்டு இடப்பெயர்ச்சியையும் உருவாக்காது; எனவே இது சாதாரண கருவிகளுக்குப் புலப்படாது vibration analysis. Detecting it demands specialised techniques — strain gauges, dual tachometers, or laser vibrometry — முறுக்கல் இயல்பு அதிர்வெண்களைக் கண்டறிந்து மதிப்பிடுவதற்கான பகுப்பாய்வுடன் சேர்ந்து fatigue அச்சுகள், இணைப்புகள் (couplings) மற்றும் கியர்களில் ஆபத்து.
இந்தத் துறை, பின்னோக்கி-முன்னோக்கி இயங்கும் என்ஜின் இயக்கங்கள், நீண்ட இயக்க அச்சுகள், உயர்-திறன் கியர்பாக்ஸ்கள் மற்றும் மாறுபடும்-அதிர்வெண்-இயக்கி (VFD) மோட்டார் அமைப்புகளுக்கு முக்கியமானது; இங்கு பக்கவாட்டு அதிர்வனத் தீவிரம் முற்றிலும் ஏற்கத்தக்கதாகத் தோன்றினாலும், முறுக்கல் அதிர்வு திடீர், பேரழிவுகரமான அச்சு அல்லது இணைப்பு செயலிழப்பை ஏற்படுத்தக்கூடும். சாதாரண கண்காணிப்பு ஒருபோதும் முன்கூட்டியே காண முடியாத வகையான எதிர்பாராத உடைவைத் தடுப்பதற்கான ஒரு சிறப்பு ஆனால் இன்றியமையாத திறன் இது.
1. முறுக்கல் பகுப்பாய்வு ஏன் தேவைப்படுகிறது
Torsional versus Lateral Vibration
இந்த இரண்டு இயக்கங்களும் இயந்திரவியல் ரீதியாக ஒன்றுக்கொன்று சாராதவை, இந்த சார்பின்மையே ஒரு தனி துறை இருப்பதற்கான முழுக் காரணமாகும்:
- Lateral: வளைதல், அதாவது அச்சு மற்றும் தாங்குருளிகளின் பக்கவாட்டு இயக்கம் — இது ஒரு நிலையான ஆக்சிலரோமீட்டர் மூலமாக எளிதில் பதிவு செய்யப்படுகிறது அல்லது 근접 탐침.
- Torsional: சுழற்சி அச்சைச் சுற்றி முறுக்குதல், பக்கவாட்டு இடப்பெயர்ச்சி எதுவும் கண்டறிய இல்லாததால், வழக்கமாகப் பொருத்தப்பட்ட சென்சார்களுக்கு இது கண்ணுக்குத் தெரியாமல் இருக்கிறது.
- Independence: ஒரு இயந்திரம் குறைந்த பக்கவாட்டு அளவுகளைக் காட்டிக்கொண்டிருக்கும்போதே கடுமையான முறுக்கு அதிர்வை அனுபவிக்க முடியும், அதற்கு நேர்மாறாகவும் நிகழலாம் — இவை இரண்டும் ஒன்றையொன்று பின்தொடர்வதில்லை.
- Damage: பக்கவாட்டு அளவீடுகளில் இருந்து எந்த எச்சரிக்கையும் இல்லாமல் முறுக்கு அதிர்வு அச்சுகளையும் இணைப்பிகளையும் முறித்துவிட முடியும், இதனால்தான் இது மிகவும் ஆபத்தானது.
Characteristic Failure Modes
முறுக்கு தூண்டுதல் இயக்கத் தொடரின் மீது சுழற்சிமுறை வெட்டு அழுத்தத்தை ஏற்படுத்துவதால், அதன் தோல்விகளுக்கு ஒரு அடையாளம் காணக்கூடிய தனிக்குறி உள்ளது:
- Shaft fatigue fractures: பொதுவாக அச்சு அச்சைப் பொறுத்து சுமார் 45° கோணத்தில் அமைந்த ஒரு சுத்தமான முறிவு, அதாவது அதிகபட்ச வெட்டு அழுத்தத்தின் தளம்.
- இணைப்பி உறுப்பு தோல்வி: கியர் இணைப்பிகளில் வெடித்த கியர் பற்கள், அல்லது இலாஸ்டோமெரிக் மற்றும் டிஸ்க் இணைப்பிகளில் கிழிந்த நெகிழ்வு உறுப்புகள்.
- கியர் பல் முறிவு: driven by oscillating, reversing tooth loads rather than steady torque.
- கீ மற்றும் கீவே சேதம்: மாறி மாறி நிகழும் முறுக்கால் இணைப்பு முன்னும் பின்னும் இயக்கப்படுவதால் தேய்மானம் மற்றும் தளர்வு ஏற்படுகிறது.
2. Measurement Techniques
சென்சாரை நோக்கி வைக்க வசதியான மேற்பரப்பு எதுவும் இல்லாததால், துல்லியத்தை செலவு மற்றும் அதிர்வெண் வரம்புக்கு எதிராக சமன்செய்யும் நான்கு நடைமுறை முறைகள் உருவாகியுள்ளன.
Strain Gauge Method
மிகவும் நேரடியான வழி — முறுக்கு அழுத்தத்தை அதன் மூலத்திலேயே அளவிடுதல்:
- அதிகபட்ச வெட்டு அழுத்தத்தைப் பதிவுசெய்யும் திசையமைவான அச்சு அச்சைப் பொறுத்து 45° கோணத்தில் ஸ்ட்ரெய்ன் கேஜ்கள் பிணைக்கப்படுகின்றன.
- முறுக்குதலால் உருவாகும் வெட்டு திரிபை அவை வாசிக்கின்றன, இது நேரடியாக முறுக்கு விசை மற்றும் மாறி மாறி நிகழும் அழுத்தமாக மாற்றப்படுகிறது.
- A rotating shaft demands either slip rings or wireless telemetry சுழலும் உறுப்பிலிருந்து சமிக்ஞையை வெளியே எடுப்பதற்காக.
- இது மிகத் துல்லியமான முறை, ஆனால் மிகவும் சிக்கலானதும் விலையுயர்ந்ததும் ஆகும், எனவே இது பெரும்பாலும் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டுப் பணியிலேயே பயன்படுகிறது.
Dual Tachometer Method
- Two optical sensors — typically two laser tachometers — அச்சின் வெவ்வேறு அச்சு வழி இடங்களை நோக்கி குறிவைக்கப்படுகின்றன.
- கருவி உடனடி phase இரண்டு நிலையங்களுக்கு இடையேயான வேறுபாட்டை அளவிடுகிறது.
- அந்த கட்ட வேறுபாடே அவற்றுக்கு இடையேயான அச்சின் கோண முறுக்காகும், இதுவே முறுக்கு அதிர்வாகும்.
- இது தொடாத முறை மற்றும் களத்தில் உண்மையிலேயே நடைமுறைக்கு ஏற்றது, ஆனால் வழக்கமாக சுமார் 100 Hz-க்குக் கீழே உள்ள குறைந்த-அதிர்வெண் முறுக்கு உள்ளடக்கத்திற்கு மட்டுமே வரம்புபடுத்தப்படுகிறது.
Laser Torsional Vibrometer
- அச்சு மேற்பரப்பை நோக்கி குறிவைக்கப்பட்ட ஒரு சிறப்பு லேசர் டாப்ளர் அமைப்பு.
- எந்த அச்சு தயாரிப்பும் இல்லாமல், இது கோண-வேக ஏற்ற இறக்கங்களை நேரடியாக அளவிடுகிறது.
- தொடாதது, பரந்த பயன்படுத்தக்கூடிய அதிர்வெண் வரம்புடன் கூடியது.
- சக்திவாய்ந்தது, ஆனால் கடினமான ஆய்வுகளுக்கு மட்டுமே ஒதுக்கப்பட்ட விலையுயர்ந்த கருவியமைப்பு.
மோட்டார் மின்னோட்ட பகுப்பாய்வு
- மோட்டார் இயக்கும் தொடரின் முறுக்கு அதிர்வு சுமையை மாற்றியமைக்கிறது, அதன் காரணமாக மோட்டார் மின்னோட்டத்தில் சிறிய ஏற்ற இறக்கங்களை உருவாக்குகிறது.
- Analysing the motor-current spectrum reveals those fluctuations indirectly.
- இது முழுமையாக ஊடுருவாதது — எந்த சென்சாரும் அச்சுக்கு அருகில் செல்வதில்லை.
- ஒரு நேரடி முறையின் மூலம் உறுதிப்படுத்த வேண்டிய பிரச்சினையைச் சுட்டிக்காட்டும் ஒரு திரையிடல் கருவியாகவே இது சிறப்பாகக் கருதப்பட வேண்டும்.
3. Analytical Torsional Analysis
ஒரு இயந்திரம் இப்போது என்ன செய்கிறது என்பதை அளவீடு உங்களுக்குச் சொல்கிறது; அதன் முழு வேக வரம்பு முழுவதும் அது என்ன செய்யும் என்பதை மாதிரியாக்கம் சொல்கிறது, மேலும் உலோகம் வெட்டப்படுவதற்கு முன்பே பொறியாளர்கள் பிரச்சினையை வடிவமைப்பில் இருந்து நீக்க இது அனுமதிக்கிறது.
Mathematical Modelling
- இயக்கத் தொடர் ஒரு திரண்ட-நிறை முறுக்கு மாதிரியாகச் சுருக்கப்படுகிறது — முறுக்கு வில்களால் (அச்சுப் பகுதிகள் மற்றும் இணைப்பிகள்) இணைக்கப்பட்ட நிலைமத் தட்டுகள்.
- அதிலிருந்து, முறுக்கு இயல்பு அதிர்வெண்கள் கணக்கிடப்படுகின்றன.
- இம்மாதிரி ஒவ்வொரு தூண்டல் மூலத்திற்கான பதிலையும் முன்கணித்து, முறுக்கு (torsional) அதிர்வுகளை அடையாளம் காண்கிறது முக்கிய வேகங்கள் and resonances.
Excitation Sources
ஏதேனும் ஒன்று சரியான அதிர்வெண்ணில் அவற்றைத் தூண்டும்போது மட்டுமே முறுக்கு ஒத்ததிர்வுகள் (torsional resonances) ஆபத்தானதாக மாறுகின்றன. வழக்கமான காரணிகள்:
- Reciprocating engines: ஒவ்வொரு சிலிண்டரிலிருந்தும் வரும் எரிபொறி துடிப்புகள் (firing pulses) எஞ்சின் ஆர்டர்களில் வலுவான முறுக்குத் தூண்டலை உருவாக்குகின்றன.
- Gear mesh: பல் இணைப்பு (tooth engagement) இந்த அதிர்வெண்ணில் ஒரு அலைவுறும் முறுக்குவிசையை (torque) உருவாக்குகிறது பல்-வலை அதிர்வெண்.
- VFDs: PWM மாறுதல் (switching) ஒரு முறுக்கு முறைமையில் (torsional mode) வந்து விழக்கூடிய இசைவலைகளை (harmonics) உருவாக்குகிறது.
- Electrical: motor pole-passing and slip frequencies add further torsional forcing.
முறுக்குக்கான கேம்ப்பெல் வரைபடம் (Campbell Diagram)
அதிர்வெண்களை வேகத்துடன் இணைப்பதற்கான நிலையான வரைகலைக் கருவி Campbell வரைபடம்:
- முறுக்கு இயல்பு அதிர்வெண்கள் (torsional natural frequencies) இயங்கும் வேகத்திற்கு எதிராக வரைபடப்படுத்தப்படுகின்றன.
- தூண்டல் ஆர்டர் கோடுகள் (1×, 2×, எரிபொறி வரிசை, பல் இணைப்பு ஆர்டர்) மேல் பொருத்தப்படுகின்றன.
- ஒரு ஆர்டர் கோடு ஒரு இயல்பு அதிர்வெண்ணைக் கடக்கும் இடத்தில், ஒரு முறுக்கு நெருக்கடி வேகம் (torsional critical speed) உள்ளது — தவிர்க்கப்பட வேண்டிய ஒரு குறுக்கீட்டுப் புள்ளி.
- பின்னர் இந்தப் படம் இயக்க வேகங்களின் தேர்வையும் ஏதேனும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட பட்டைகளையும் வழிநடத்துகிறது. கொடுக்கப்பட்ட இயக்கச் சங்கிலிக்கான இதே குறுக்கீட்டு வரைபடத்தை நீங்கள் இதன் மூலம் வரையலாம் கேம்பெல் வரைபட கணக்கி.
4. Critical Applications
முறுக்கு பகுப்பாய்வு எல்லா இடங்களிலும் தேவைப்படுவதில்லை, ஆனால் சில இயந்திரக் குடும்பங்களில் அது உண்மையில் கட்டாயமானதாகும்.
- Reciprocating-engine drives: டீசல் மின்னியற்றி தொகுப்புகள் (generator sets), எரிவாயு-எஞ்சின் அமுக்கிகள் (compressors), மற்றும் கடல்சார் உந்துதல், இங்கு பெரிய முறுக்குவிசை துடிப்புகள் பகுப்பாய்வைத் தவிர்க்க முடியாததாக்குகின்றன.
- Long drive shafts: உருளை-ஆலை இயக்கிகள் (rolling-mill drives), கடல்சார் சுழல்விசை அச்சுகள் (propeller shafts), மற்றும் காகித-இயந்திர இயக்கிகள், இங்கு வெறும் நீளமே முறுக்கு விறைப்பைக் (torsional stiffness) குறைத்து இயல்பு அதிர்வெண்களை இயக்க வரம்பிற்குள் கொண்டுவருகிறது.
- High-power gearboxes: காற்றாலை கியர்பாக்ஸ்கள் மற்றும் சுமார் 1,000 HP-க்கு மேலான தொழில்துறை குறைப்பான்கள் (reducers), இங்கு பல்-இணைப்புத் தூண்டல் (gear-mesh excitation) ஒரு முறுக்கு முறைமையை ஒலிக்கச் செய்யலாம்.
- VFD motor systems: இயக்கிகள் பெருகுவதால் வேகமாக வளர்ந்துவரும் ஒரு கவலை, ஏனெனில் PWM இசைவலைகள், ஒரு நிலையான-வேக மோட்டார் ஒருபோதும் தூண்டாத முறுக்கு ஒத்ததிர்வுகளைத் தூண்டக்கூடும்.
5. முடிவுகளை விளக்குதல்
ஒரு முறுக்கு ஆய்வு, ஒரு இயக்கச் சங்கிலி இயக்குவதற்குப் பாதுகாப்பானதா என்பதை ஒன்றாக முடிவு செய்யும் மூன்று வழங்கீடுகளை உருவாக்குகிறது.
Torsional Natural Frequencies
- அளவீடு, கணக்கீடு, அல்லது இரண்டிலிருந்தும் அடையாளம் காணப்பட்டது.
- Compared against every credible excitation frequency.
- போதுமான பிரிவிற்காகச் சரிபார்க்கப்பட்டது — இயக்க வரம்பு முழுவதும் முறைமைக்கும் தூண்டல் அதிர்வெண்ணுக்கும் இடையே வசதியான இடைவெளி.
Stress Levels
- அளவிடப்பட்ட முறுக்கு வீச்சிலிருந்து (torsional amplitude) மாறுதிசை வெட்டு அழுத்தம் (alternating shear stress) கணக்கிடப்படுகிறது.
- இது பொருளின் சகிப்பு (சோர்வு) வரம்புடன் (endurance / fatigue limit) ஒப்பிடப்படுகிறது.
- ஒரு மணி நேரத்திற்கு அல்லது ஒரு தொடக்கத்திற்கு செலவழிக்கப்படும் சோர்வு ஆயுளின் (fatigue life) பகுதி மதிப்பிடப்படுகிறது.
- ஒரு தீர்ப்பு பின்தொடர்கிறது: தேவையான சேவை ஆயுளுக்கு அழுத்தங்கள் ஏற்கத்தக்கவையா?
Damping
- ஒவ்வொரு முறுக்கு ஒத்ததிர்விலும் பதிலின் கூர்மையிலிருந்து அளவிடப்பட்டது.
- Torsional damping பொதுவாக மிகக் குறைவாக இருக்கும் — பெரும்பாலும் நெருக்கடியில் 1%-க்கும் குறைவாக.
- குறைந்த அமுங்குதல் (damping) என்பது உயரமான, குறுகலான ஒத்ததிர்வு உச்சிகள் மற்றும், ஒரு தூண்டல் ஆர்டர் ஒரு முறைமையுடன் ஒத்துப்போனால் பெரிய பெருக்கத்தைக் (amplification) குறிக்கிறது.
6. Mitigation Strategies
பகுப்பாய்வு ஒரு பிரச்சினையைச் சுட்டிக்காட்டும்போது, மூன்று நெம்புகோல்கள் கிடைக்கின்றன, அவை வழக்கமாக இந்த முன்னுரிமை வரிசையில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
Frequency Separation
- முறுக்கு இயல்பு அதிர்வெண்களை ஒவ்வொரு தூண்டல் அதிர்வெண்ணிலிருந்தும் தெளிவாக நகர்த்தவும்.
- Adjust shaft diameter or length, or change coupling torsional stiffness, முறைமைகளை மறுசீரமைக்க.
- நிலைமங்களை (inertias) மாற்றவும் — எடுத்துக்காட்டாக ஒரு திரும்புசக்கரத்தை (flywheel) சேர்ப்பதன் மூலம் — இயல்பு அதிர்வெண்களை மாற்ற.
Adding Damping
- ஒத்ததிர்விலிருந்து ஆற்றலை வடிகட்ட ஒரு முறுக்கு அமுக்கியை (பாகுநிலை அல்லது உராய்வு வகை) பொருத்தவும்.
- இறுக்கமானவற்றுக்குப் பதிலாக அதிக-அமுங்குதல் கொண்ட நெகிழ்வான இணைப்பிகளைக் (flexible couplings) குறிப்பிடவும்.
- சரியான பிரிவு சாத்தியமில்லாதபோதும் இரண்டுமே ஒத்ததிர்வில் ஏற்படும் பெருக்கத்தைக் குறைக்கின்றன.
Operating-Speed Changes
- Avoid continuous running at identified torsional critical speeds.
- இயந்திரம் விரைவாகக் கடந்து செல்லும் தடைசெய்யப்பட்ட வேக வரம்புகளை வரையறுத்து அமல்படுத்துங்கள்.
- VFD-ல், சிக்கலான ஹார்மோனிக்குகளில் தூண்டுதலைக் குறைக்க டிரைவை சீரமைக்கவும்.
7. Torsional Analysis Within a Field Programme
டார்ஷனல் பணி சிறப்புத் தன்மை வாய்ந்தது, ஆனால் அது தனித்து நிற்பதில்லை — ஒரு டிரைவ் டிரெயினை ஆரோக்கியமாக வைத்திருக்கும் வழக்கமான பேலன்சிங் மற்றும் லேட்டரல்-வைப்ரேஷன் சோதனைகளுடன் சேர்ந்தே அது அமைகிறது, மேலும் ஒரு தெளிவான லேட்டரல் சித்திரமே, ஒரு டார்ஷனல் முரண்பாடு தனித்து தெரிவதற்கான அடிப்படையாக அமைகிறது. அன்றாட களப் பயிற்சியில் ஒரு பொறியாளர் முதலில் ரோட்டர் நன்கு பேலன்ஸ் செய்யப்பட்டுள்ளதா என்பதையும் 1× unbalance கட்டுப்பாட்டில் உள்ளதா என்பதையும் உறுதிசெய்கிறார், ஏனெனில் எஞ்சிய அன்பேலன்ஸ் மற்றும் misalignment தங்கள் சொந்த டார்க் மாறுபாட்டை வரிசையில் சேர்க்கிறது. போன்ற ஒரு போர்ட்டபிள் இரு-சேனல் கருவி Balanset-1A அந்த லேட்டரல் பக்கத்தை களத்திலேயே கையாள்கிறது — 1× அலைவீச்சு மற்றும் கட்டத்தை அளவிடுதல், ரோட்டரை அதன் சொந்த பேரிங்குகளில் பேலன்ஸ் செய்தல், மேலும் மீதமுள்ள ஏற்றத்தாழ்வு — சரிபார்த்தல், இதனால் எஞ்சியிருக்கும் எந்த முறுக்கு ஆற்றலும், ஒரு லேட்டரல் கோளாறு டார்ஷனல் போல மாறுவேடம் அணிவதை விட, உண்மையான டார்ஷனல் மூலங்களுக்குத் தெளிவாகக் காரணம் காட்டப்படும். ரோட்டர் பேலன்ஸ் செய்யப்பட்டு அலைன் செய்யப்பட்ட நிலையில், ஒரு பிரத்யேக டார்ஷனல் அளவீடு (இரட்டை டாக்கோமீட்டர் அல்லது ஸ்ட்ரெய்ன் கேஜ்) உண்மையான டார்ஷனல் நடத்தையை தனிமைப்படுத்த முடியும்.
சுருக்கமாக, டார்ஷனல் பகுப்பாய்வு என்பது நிலையான லேட்டரல் கண்காணிப்புக்குப் புலப்படாத பேரழிவு தோல்விகளை ஏற்படுத்தக்கூடிய முறுக்கு அலைவுகளை இலக்காகக் கொண்ட ஒரு சிறப்பு வைப்ரேஷன் துறையாகும். இது நோக்கத்திற்காகவே கட்டமைக்கப்பட்ட அளவீடு மற்றும் மாடலிங் தேவைப்பட்டாலும், டார்ஷனல் வைப்ரேஷன் உண்மையான நம்பகத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பு அபாயத்தைக் கொண்டுவரும் ரெசிப்ரோகேட்டிங்-என்ஜின் டிரைவ்கள், நீண்ட ஷாஃப்ட்கள், அதிக சக்தி கியர்பாக்ஸ்கள் மற்றும் VFD அமைப்புகளுக்கு இது இன்றியமையாததாகும்.
