Understanding Cracked Rotors
A cracked rotor is a சுழலி அல்லது ஒரு சோர்வு விரிசலை (fatigue crack) உருவாக்கிய சுழலும் தண்டு — சுழற்சி அழுத்தத்தின் கீழ் பொருளின் வழியாகப் பரவும் ஒரு பிளவு. இது அடிப்படையில் shaft crackபோன்ற அதே குறைபாடுதான், ஆனால் இந்தச் சொல் வெறும் தண்டு உறுப்பைவிட முழுச் சுழலி தொகுப்பை வலியுறுத்துகிறது. விரிசல் கொண்ட சுழலிகள் அனைத்து இயந்திரக் கோளாறுகளிலும் மிகவும் ஆபத்தானவற்றுள் ஒன்றாகும், ஏனெனில் vibration கண்காணிப்பு அதைக் கண்டறியக்கூடிய நிலையை அடைந்தவுடன், ஒரு விரிசல் சிறிய, கண்டறிய முடியாத குறைபாட்டிலிருந்து நாட்கள் அல்லது வாரங்களுக்குள் முழுமையான பேரழிவுகரமான பிளவாக வளரக்கூடும். இதன் தனிச்சிறப்புக் கையொப்பம் ஒரு முக்கியமான 2× (second-harmonic) விரிசல் பரவுவதற்கு ஏற்ப வளரும் கூறு; சுழற்சியின் போது விரிசல் திறந்து மூடும்போது தண்டின் விறைப்பில் ஒரு சுழற்சிக்கு இருமுறை ஏற்படும் மாறுபாட்டால் இது உருவாகிறது.
1. வரையறை மற்றும் விரிசல்கள் ஏன் இவ்வளவு ஆபத்தானவை
சுழலும் தண்டில் ஏற்படும் சோர்வு விரிசல், நிலையான குறைபாட்டிலிருந்து மிகவும் வேறுபட்ட விதத்தில் செயல்படுகிறது. ஒவ்வொரு சுழற்சியும் விரிசல் உள்ள பகுதிக்கு ஒரு முழுமையான இழுவை-அழுத்த வளைவு சுழற்சியை வழங்குகிறது; எனவே ரோட்டர் சுழற்சிகளைக் குவிக்கும் அதே வேகத்தில் சேதத்தையும் குவிக்கிறது — நிமிடத்திற்கு ஆயிரக்கணக்கான அழுத்த சுழற்சிகள். இதன் ஆபத்தான அம்சம் காலக்கெடுவே: விரிசல் பல ஆண்டுகளுக்குத் தீங்கின்றியும் கண்ணுக்குத் தெரியாமலும் இருக்கலாம், பின்னர் விரைவான முடுக்கத்தின் ஒரு கட்டத்திற்குள் நுழைகிறது; இதில் “முதன்முதலில் நம்பகமாகக் கண்டறியக்கூடிய” நிலைக்கும் “முறிவு” நிலைக்கும் இடையேயான இடைவெளி நாட்களில் அளவிடப்படுகிறது. இந்த சுருங்கிய எச்சரிக்கை சாளரமே, உறுதிப்படுத்தப்பட்ட விரிசல் பொதுவாக உடனடி நடவடிக்கைக்கான காரணமாகக் கருதப்படுவதற்குச் சரியான காரணம் shutdown, மேலும் ஏன் தொடர்ச்சியான நிலை கண்காணிப்பு முக்கியமான இயந்திரங்களில் நியாயப்படுத்தப்படுகிறது.
2. ரோட்டர்களில் விரிசல்கள் எவ்வாறு உருவாகின்றன
Crack Initiation Sites
விரிசல்கள் கிட்டத்தட்ட எப்போதும் ஒரு அழுத்தச் செறிவில் தொடங்குகின்றன — உள்ளூர் அழுத்தம் பெயரளவு மட்டத்தைவிட நன்கு பெருக்கப்படும் ஒரு வடிவியல் அல்லது உலோகவியல் அம்சத்தில்:
- Keyways: கீவே முனைகளில் கூர்மையான மூலைகள் — மிகவும் பொதுவான தொடக்க இடம்.
- Diameter changes: தோள்பகுதிகள், படிகள் மற்றும் மாற்றங்கள்.
- Threaded sections: அழுத்தத்தைச் செறிவாக்கும் திருகு வேர்கள்.
- துளைகள் மற்றும் குறுக்கு-துளைகள்: oil passages or mounting holes.
- Press-fit edges: எஞ்சிய அழுத்தத்தை விட்டுச்செல்லும் மற்றும் உராய்வைத் தூண்டும் இடையீட்டுப் பொருத்தங்கள்.
- Welds: வெப்பத்தால் பாதிக்கப்பட்ட மண்டலங்கள் மற்றும் வெல்டு விளிம்புகள்.
- Corrosion pits: surface defects from corrosion தயாராக உள்ள விரிசல் தொடக்கங்களாகச் செயல்படுபவை.
- Machining marks: கருவியின் தடயங்கள், குறிப்பாக முதன்மை அழுத்தத்திற்குச் செங்குத்தாக அமைந்திருக்கும்போது.
Crack Growth Process
- நுண்விரிசல் உருவாக்கம்: initiated at a stress concentration, typically under 1 mm.
- Slow propagation: ஒவ்வொரு அழுத்த சுழற்சியிலும் விரிசல் படிப்படியாக வளர்கிறது — இந்தக் கட்டம் பல ஆண்டுகள் ஆகலாம்.
- Acceleration: விரிசல் வளரும்போது, அழுத்தத் தீவிரம் உயர்ந்து வளர்ச்சி வேகம் முடுக்கமடைகிறது.
- Detectable stage: விட்டத்தின் ஏறக்குறைய 10–30% வரை, 2× அதிர்வு தெளிவாகத் தெரியவருகிறது.
- Critical size: மீதமுள்ள இணைப்புப் பகுதி இனி சுமையைத் தாங்க முடியாது.
- Catastrophic fracture: sudden, complete shaft failure.
ஒவ்வொரு கட்டத்திலும் இயக்கும் சக்தி சுழற்சி முறையிலான fatigue, எனவே சுழற்சி வளைவு அழுத்தத்தைக் குறைக்கும் எதுவும் — நல்ல சமநிலை, துல்லியமான சீரமைப்பு — விரிசல் வளர்ச்சியை நேரடியாக மெதுவாக்குகிறது.
3. சிறப்பியல்பு வாய்ந்த 2X அதிர்வுக் கையொப்பம்
விரிசல்கள் ஏன் 2X அதிர்வை உருவாக்குகின்றன
இதன் இயங்குமுறை எனப்படுவது breathing crack:
- Crack closed (compression): விரிசல் உள்ள பகுதி அழுத்தத்திற்குள் சுழலும்போது (கிடைமட்டத் தண்டுக்கு சுழற்சியின் கீழ்ப்பகுதி), விரிசல் முகங்கள் ஒன்றோடொன்று அழுந்துவதால் தண்டின் விறைப்பு அதிகமாகிறது.
- Crack open (tension): விரிசல் இழுவைக்குள் சுழலும்போது (சுழற்சியின் மேற்பகுதி), அது திறந்து தண்டின் விறைப்பு குறைகிறது.
- ஒரு சுழற்சிக்கு இருமுறை: எனவே விறைப்பு ஒரு சுழற்சிக்கு இருமுறை மாறுகிறது — விரிசல் மேல்நோக்கிய நிலையைக் கடக்கும்போது ஒருமுறை, கீழ்நோக்கிய நிலையைக் கடக்கும்போது ஒருமுறை.
- 2× forcing: இயக்க வேகத்தைப் போல இருமடங்கான இந்த விறைப்பு மாறுபாடு ஒரு 2× அதிர்வு பதிலை உருவாக்குகிறது.
- வீச்சு வளர்ச்சி: விரிசல் ஆழமாகும்போது, விறைப்பு சமச்சீரின்மை வளர்ந்து அதனுடன் 2× வீச்சும் வளர்கிறது.
அதிர்வு பண்புகள்
- முதல் குறிப்பு: காலப்போக்கில் வெளிப்பட்டு நிலையாக வளரும் ஒரு 2× கூறு.
- 1× changes: the 1× running-speed விரிசல் ரோட்டரில் ஒரு எஞ்சிய வளைவைத் தூண்டுவதாலும் அதிர்வு உயரக்கூடும்.
- Higher harmonics: 3× and 4× harmonics விரிசல் கடுமையாகும்போது தோன்றக்கூடும்.
- Phase behaviour: தொடக்கம் மற்றும் வேகக் குறைப்பின் போது கட்ட கோணங்கள், தூய ஒன்றிலிருந்து வேறுபட்ட விதத்தில் மாறுகின்றன unbalance response — a key discriminator.
- வெப்பநிலை உணர்திறன்: விரிசல் எவ்வளவு எளிதாகத் திறக்கிறது என்பதைப் பாதிக்கும் தண்டின் வெப்பநிலைக்கேற்ப 2× வீச்சு மாறுபடலாம்.
உயர் 2× அளவு மட்டுமே ஒரு விரிசலை நிரூபிக்காது என்பதை வலியுறுத்துவது அவசியம் — misalignment and some forms of looseness 2× அளவையும் உயர்த்தும். வேறுபடுத்தும் அம்சங்கள் என்னவென்றால் நிலையான growth காலப்போக்கில் ஏற்படும் வளர்ச்சி மற்றும் அதிர்வுத்திறன் (resonance) வழியே காணப்படும் வழக்கத்திற்கு மாறான கட்ட (phase) நடத்தை ஆகியவையே; இதனால்தான் போக்கு கண்காணிப்பு (trending) மற்றும் இடைநிலை (transient) சோதனை இரண்டும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
4. கண்டறிதல் மற்றும் நோயறிதல்
அதிர்வு கண்காணிப்பு
2X/1X விகிதத்தின் போக்கைக் கண்காணித்தல்
மிகவும் நடைமுறைப் புல குறிகாட்டி என்பது 1× வீச்சுக்கு 2× வீச்சின் விகிதமாகும்; இது காலப்போக்கில் trending:
- Normal machinery: 2×/1× below about 0.2–0.3.
- விரிசல் சந்தேகம்: 2×/1× விகிதம் 0.5-க்கு மேல் இருந்து அதிகரித்துக்கொண்டிருத்தல்.
- Confirmed crack: 2×/1× approaching or exceeding 1.0.
- Emergency: 2×/1× above 2.0 — immediate shutdown recommended.
Transient Testing
- Bode plots தொடக்கம் (startup) மற்றும் நிறுத்தம் (coastdown) ஆகியவற்றின்போது பதிவு செய்யப்பட்டது.
- A cracked rotor shows anomalous 2× behaviour as it passes through resonance.
- ஒவ்வொன்றின் பாதியிலும் இரண்டு உச்சிகள் தோன்றலாம் critical speed, ஏனெனில் 2× தூண்டுவிசை வழக்கமான வேகத்தின் பாதியில் அதிர்வுத்திறனைத் தூண்டுகிறது.
- கட்ட (phase) மாற்றங்கள் சாதாரண சமனின்மை (unbalance) பதிலிலிருந்து வேறுபடுகின்றன.
Non-Destructive Examination
அதிர்வு உங்களைப் பார்க்கச் சொல்கிறது; அ-நாசகர ஆய்வு விரிசலை உறுதிப்படுத்தி அதன் அளவைத் தீர்மானிக்கிறது:
- Magnetic particle inspection (MPI): மேற்பரப்பு மற்றும் மேற்பரப்பு அருகிலுள்ள விரிசல்களைக் கண்டறிகிறது.
- சாயம் ஊடுருவல் (Dye penetrant): மேற்பரப்பில் வெளிப்படும் விரிசல்களின் காட்சி கண்டறிதல்.
- Ultrasonic testing (UT): உள் விரிசல்களைக் கண்டறிந்து அவற்றின் ஆழத்தை அளவிடுகிறது.
- எடி மின்னோட்டம்: surface crack detection without contact.
- Radiography: முக்கியமான கூறுகளில் உள் விரிசல் கண்டறிதல்.
5. Emergency Response
சந்தேகத்திற்குரிய விரிசல் கண்டறியப்பட்டவுடன்
- Increase monitoring: மாதந்தோறும் இருந்து தினந்தோறும், அல்லது தொடர்ச்சியாக மாற்றவும்.
- Reduce operating severity: lower speed or load where feasible.
- Plan immediate inspection: கிடைக்கும் முதல் வாய்ப்பிலேயே NDT பரிசோதனையை திட்டமிடவும்.
- நிறுத்தத்திற்குத் தயாராகுங்கள்: மாற்று அச்சுக்கு (shaft) ஆர்டர் செய்து, பழுதுபார்க்கும் நடைமுறையைத் திட்டமிடவும்.
- Risk assessment: கவனிக்கப்பட்ட வளர்ச்சி வீதத்திலிருந்து சாத்தியமான செயலிழப்பு வரை உள்ள நேரத்தை மதிப்பிடவும்.
விரிசல் உறுதிப்படுத்தப்பட்டால்
- Immediate shutdown — ஒரு குறிப்பிட்ட, வரம்புக்குட்பட்ட காலத்திற்கு பாதுகாப்பான தொடர் இயக்கத்தை முறையான ஆபத்து மதிப்பீடு காட்டினால் ஒழிய.
- No restart அச்சு (shaft) மாற்றப்படும் அல்லது பழுதுபார்க்கப்படும் வரை.
- Shaft replacement மிகவும் நம்பகமான தீர்வாகும்.
- Root-cause analysis விரிசல் ஏன் உருவானது என்பதைத் தீர்மானித்து மீண்டும் ஏற்படுவதைத் தடுக்க.
6. Prevention Strategies
Design
- Eliminate or minimise stress concentrations.
- தாராளமான வளைவு ஆரங்களை (fillet radii) பயன்படுத்தவும் (பயனுள்ள கட்டைவிரல் விதி: R ஆனது 0.1 × விட்டத்தை விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும்).
- Avoid keyways where possible; favour interference fits.
- பொருத்தமான பொருள் மற்றும் வெப்பச் சிகிச்சையைக் குறிப்பிடவும்.
- சோர்வு எதிர்ப்புத்திறனை மேம்படுத்த ஷாட் பீனிங் (shot peening) அல்லது நைட்ரைடிங் (nitriding) போன்ற மேற்பரப்புச் சிகிச்சைகளைப் பயன்படுத்தவும்.
Operation
- Maintain good சமநிலை தரம் சுழற்சி முறை வளைவு அழுத்தத்தை குறைக்க.
- Hold precision தண்ட சதிப்படுத்தல் to reduce bending moments.
- Avoid sustained operation at critical speeds.
- Prevent overspeed events.
- முறையான வெப்பமேற்றல் மற்றும் குளிர்வித்தல் மூலம் வெப்ப அழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்தவும்.
Maintenance
- வெளிப்படையான 2× போக்குக் கண்காணிப்புடன் கூடிய வழக்கமான அதிர்வு கண்காணிப்பு.
- Periodic NDT inspection — annually, or as dictated by risk assessment.
- Prevent corrosion, which protects against pit-initiated cracking.
- சுழற்சி அழுத்தத்தைக் குறைக்க அதிர்வை குறைவாக வைத்திருங்கள்.
நல்ல சமநிலை (balance) இங்கு சிறப்பு குறிப்பிடத் தகுந்தது, ஏனெனில் இது ஒரு பராமரிப்புக் குழு புலத்தில் பயன்படுத்தக்கூடிய ஒரே தடுப்பு நடவடிக்கையாகும். இது போன்ற ஒரு கையடக்க இரண்டு-சேனல் பகுப்பாய்வி Balanset-1A இயந்திரத்தின் சொந்த தாங்குருளிகளில் (bearings) 1× வீச்சு மற்றும் கட்டத்தை (phase) அளவிட்டு, ஒரு-தள அல்லது இரு-தள திருத்தத்தை வழிநடத்துகிறது trial weight, இயக்குகிறது மீதமுள்ள ஏற்றத்தாழ்வு அதன் ISO 21940-11 இலக்கு வரை குறைக்கிறது. குறைந்த 1× விசைகள் என்பது ஒவ்வொரு சாவித்தோடு (keyway) மற்றும் தோள்பகுதியிலும் (shoulder) குறைந்த சுழற்சி வளைவு அழுத்தத்தைக் குறிக்கிறது — ஒரு விரிசல் இல்லையெனில் சேதப்படுத்தியிருக்கும் சோர்வு ஆயுளை நேரடியாக நீட்டிக்கிறது. சுவாசிக்கும் (breathing) விரிசலை சாதாரண சமனின்மையிலிருந்து வேறுபடுத்தும் தொடக்கம் மற்றும் நிறுத்தம் சார்ந்த வீச்சு-மற்றும்-கட்டத் தரவைப் பிடிக்க அதே கருவி மிகவும் மதிப்புமிக்கதாகும்.
விரிசல் கொண்ட சுழலிகள் (rotors) சுழலும் இயந்திரங்களில் மிக முக்கியமான செயலிழப்பு முறைகளில் ஒன்றைக் குறிக்கின்றன. அதிர்வு கண்காணிப்பு — 2× சுவடின் சிறப்பியல்பு வளர்ச்சியைக் கண்டறிதல் — மற்றும் கால இடைவெளியில் செய்யப்படும் அழிவில்லாப் பரிசோதனை ஆகியவற்றின் கலவை, அத்தியாவசிய பாதுகாப்பை வழங்கி, பேரழிவு செயலிழப்புக்கு முன் கண்டறிதலை சாத்தியமாக்கி, விரிவான இரண்டாம்நிலைச் சேதம் மற்றும் கடுமையான பாதுகாப்பு அபாயங்களைத் தவிர்க்கும் திட்டமிடப்பட்ட அச்சு மாற்றத்தை அனுமதிக்கிறது.
