चुंबकीय उत्तोलन मोटर रोटर्स का गतिशील संतुलन: G1.0 और G2.5 मानकों और परीक्षण प्रक्रियाओं का एक व्यापक विश्लेषण

चुंबकीय उत्तोलन मोटर्स , संपर्क रहित संचालन, शून्य घर्षण और उच्च दक्षता के अपने फायदे के साथ, धीरे-धीरे उच्च गति घूर्णन मशीनरी के लिए मुख्यधारा की पसंद के रूप में पारंपरिक मोटर्स की जगह ले रहे हैं। हालांकि, हाई-स्पीड ऑपरेशन के दौरान, चुंबकीय उत्तोलन रोटर में थोड़ी सी भी द्रव्यमान विलक्षणता गंभीर असंतुलित कंपन का कारण बन सकती है, जो सीधे मोटर की उत्तोलन सटीकता, परिचालन स्थिरता और सेवा जीवन को प्रभावित करती है। इसलिए, गतिशील संतुलन - घूर्णन मशीनरी के लिए एक महत्वपूर्ण विनिर्माण प्रक्रिया - चुंबकीय उत्तोलन मोटर्स के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

यह आलेख आईएसओ गतिशील संतुलन मानकों में जी1.0 और जी2.5 ग्रेड के बीच अर्थ और अंतर की व्यवस्थित रूप से व्याख्या करता है, और चुंबकीय उत्तोलन मोटर रोटर्स के लिए गतिशील संतुलन परीक्षण प्रक्रियाओं का गहन परिचय प्रदान करता है।

I. आईएसओ डायनेमिक बैलेंसिंग ग्रेड सिस्टम का अवलोकन

गतिशील संतुलन ग्रेड का वर्गीकरण आईएसओ 1940 मानक (अब आईएसओ 21940-11 में अद्यतन) से उत्पन्न होता है, जिसे 1940 में अंतर्राष्ट्रीय मानकीकरण संगठन (आईएसओ) द्वारा स्थापित किया गया था। यह मानक कठोर रोटर्स की संतुलन गुणवत्ता को 11 ग्रेड में विभाजित करता है, उच्चतम परिशुद्धता G0.4 से लेकर न्यूनतम आवश्यकता G4000 तक, प्रत्येक ग्रेड 2.5 के कारक से बढ़ता है।

बैलेंस ग्रेड को अक्षर 'जी' और उसके बाद एक संख्या द्वारा दर्शाया जाता है। इसका भौतिक अर्थ  रोटर सतह पर अधिकतम अनुमेय कंपन वेग है , जिसे मिमी/सेकेंड में व्यक्त किया जाता है, और इसे विशिष्ट असंतुलन (जी·मिमी/किग्रा) के रूप में भी दर्शाया जा सकता है। ग्रेड संख्या जितनी छोटी होगी, आवश्यक संतुलन परिशुद्धता उतनी ही अधिक होगी।

कोर गणना सूत्र

आईएसओ मानक में, बैलेंस ग्रेड जी, रोटर विलक्षणता ई और कोणीय वेग ω के बीच संबंध है:

जी = ω × ई / 1000

कहाँ:

·  जी - संतुलन गुणवत्ता ग्रेड (मिमी/सेकेंड)

·  ω - ऑपरेटिंग कोणीय वेग (रेड/एस)

·  ई - अनुमेय विलक्षणता (μm)

यह सूत्र गतिशील संतुलन के सार को प्रकट करता है:  संतुलन की सटीकता न केवल अवशिष्ट असंतुलन के परिमाण पर निर्भर करती है, बल्कि रोटर की परिचालन गति पर भी निर्भर करती है । गति जितनी अधिक होगी, उसी असंतुलन के कारण होने वाला कंपन उतना ही अधिक होगा, इस प्रकार उच्च संतुलन परिशुद्धता की आवश्यकता होती है।

द्वितीय. G1.0 और G2.5: मानक व्याख्या और अनुप्रयोग परिदृश्य

G2.5 - औद्योगिक मोटर्स का 'वर्कहॉर्स'।

G2.5  सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला बैलेंस ग्रेड है।  छोटे और मध्यम आकार के मोटर उद्योग में इसके मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्यों में शामिल हैं:

• गैस टर्बाइन

• मशीन टूल स्पिंडल

• छोटी और मध्यम आकार की इलेक्ट्रिक मोटरें

पारंपरिक मोटरों के लिए, G2.5 ग्रेड पहले से ही अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों की कंपन और शोर आवश्यकताओं को पूरा करता है। आईईसी मानक स्पष्ट रूप से बताते हैं कि उच्च दक्षता वाली मोटरों के लिए रोटर बैलेंस ग्रेड G2.5 तक पहुंचना चाहिए।

G1.0 - प्रिसिजन मोटर्स के लिए 'उच्च मानक'।

G1.0 एक उच्च परिशुद्धता संतुलन ग्रेड है, जिसकी आवश्यकताएँ G2.5 की तुलना में 2.5 गुना अधिक कठोर हैं। विशिष्ट अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

• पीसने की मशीन चलाती है

• छोटे परिशुद्धता मोटर रोटर्स

• उच्च परिशुद्धता मशीन टूल स्पिंडल

• ऑडियो और वीडियो ड्राइव डिवाइस

मैग्नेटिक लेविटेशन मोटर्स का चयन कैसे करें?

चुंबकीय उत्तोलन मोटर्स आम तौर पर पारंपरिक मोटर्स (हजारों आरपीएम या अधिक) की तुलना में बहुत अधिक गति पर काम करती हैं, और कंपन और उत्तोलन सटीकता के लिए उनकी आवश्यकताएं बेहद मांग वाली होती हैं। इसलिए, चुंबकीय उत्तोलन मोटर्स के लिए गतिशील संतुलन ग्रेड का चयन निम्नलिखित कारकों पर व्यापक रूप से विचार करना चाहिए:

1. परिचालन गति : उच्च गति सख्त संतुलन ग्रेड आवश्यकताओं को लागू करती है।

2. अनुप्रयोग परिदृश्य : सटीक उपकरण (जैसे चुंबकीय उत्तोलन आणविक पंप और फ्लाईव्हील ऊर्जा भंडारण प्रणाली) के लिए अक्सर G1.0 या यहां तक ​​कि G0.4 की आवश्यकता होती है।

3. रोटर कठोरता : लचीले रोटार को उच्च संतुलन परिशुद्धता की आवश्यकता हो सकती है।

व्यावहारिक इंजीनियरिंग में, कई चुंबकीय उत्तोलन मोटरों की संतुलन आवश्यकताएं  पहले ही G2.5 से आगे निकल चुकी हैं और G1.0 या यहां तक ​​कि G0.4 की ओर बढ़ रही हैं.

तृतीय. अनुमेय अवशिष्ट असंतुलन की गणना

संतुलन ग्रेड जी निर्धारित करने के बाद, अगला कदम रोटर के अनुमेय अवशिष्ट असंतुलन की गणना करना है। गतिशील संतुलन परीक्षण में यह सबसे महत्वपूर्ण मात्रात्मक संकेतक है।

गणना सूत्र

आईएसओ मानक के अनुसार, अनुमेय अवशिष्ट असंतुलन U_per की गणना इस प्रकार की जाती है:

यू_पर = 9549 × जी × एम/एन

या

यू_पर = जी × एम / (ω × 1000)

कहाँ:

• U_per - अनुमेय अवशिष्ट असंतुलन (g·mm)

• जी - संतुलन गुणवत्ता ग्रेड (मिमी/सेकेंड)

• एम/एम - रोटर द्रव्यमान (किग्रा)

• एन - ऑपरेटिंग गति (आरपीएम)

• ω - ऑपरेटिंग कोणीय वेग (रेड/एस)

गणना उदाहरण

मान लें कि एक चुंबकीय उत्तोलन मोटर रोटर का द्रव्यमान 50 किलोग्राम है और परिचालन गति 30,000 आरपीएम है:

• यदि  G2.5  चुना गया है: U_per = 9549 × 2.5 × 50 / 30000 ≈  39.8 g·mm

• यदि  G1.0  चुना गया है: U_per = 9549 × 1.0 × 50 / 30000 ≈  15.9 g·mm

यह देखा जा सकता है कि समान परिस्थितियों में, G1.0 के लिए अनुमेय अवशिष्ट असंतुलन G2.5 के लिए केवल 40% है। उच्च गति चुंबकीय उत्तोलन मोटर्स के लिए, इसका मतलब  मिलीग्राम-स्तर वजन-ट्रिमिंग परिशुद्धता है.

सुधार विमानों को आवंटन

उन रोटरों के लिए जिन्हें दो-प्लेन संतुलन (लंबाई-से-व्यास अनुपात> 0.5) की आवश्यकता होती है, कुल अनुमेय असंतुलन को दो सुधार विमानों के बीच वितरित किया जाना चाहिए। आवंटन अनुपात की गणना आमतौर पर सुधार विमानों से रोटर के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र तक की दूरी के विपरीत अनुपात में की जाती है।

चतुर्थ. चुंबकीय उत्तोलन मोटर रोटर्स के लिए गतिशील संतुलन परीक्षण प्रक्रियाएं

चुंबकीय उत्तोलन मोटर्स का गतिशील संतुलन उनकी अनूठी समर्थन विधि -  चुंबकीय बीयरिंग द्वारा संपर्क रहित उत्तोलन के कारण, पारंपरिक मोटर्स से मौलिक रूप से भिन्न होता है।.

1. पारंपरिक संतुलन विधियों की सीमाएँ

पारंपरिक संतुलन विधियों के लिए एक समर्पित संतुलन मशीन की आवश्यकता होती है जहां रोटर को माप और सुधार के लिए यांत्रिक बीयरिंग (रोलर्स या वी-ब्लॉक) द्वारा समर्थित किया जाता है। हालाँकि, चुंबकीय उत्तोलन रोटर की वास्तविक परिचालन स्थिति चुंबकीय बीयरिंगों के उत्तोलन बलों द्वारा समर्थित होती है। यांत्रिक समर्थन वास्तविक कामकाजी परिस्थितियों का अनुकरण नहीं कर सकता है और अतिरिक्त समर्थन गड़बड़ी पेश कर सकता है।

2. चुंबकीय उत्तोलन रोटर्स के लिए संतुलन विधियाँ

(1) ऑन-लाइन संतुलन

ऑन-लाइन संतुलन से तात्पर्य  चुंबकीय उत्तोलन प्रणाली के सामान्य संचालन के दौरान किए गए संतुलन कार्यों से है । मुख्य अवधारणा रोटर कंपन संकेतों को प्राप्त करने के लिए चुंबकीय असर प्रणाली (विस्थापन सेंसर, वर्तमान सेंसर इत्यादि) में निहित सेंसर का उपयोग करना है, और फिर असंतुलन के परिमाण और चरण को कम करने के लिए एल्गोरिदम का उपयोग करना है, जिससे सुधार रणनीति निर्धारित की जाती है।

यह विधि उपकरण से रोटर को अलग करने की आवश्यकता को समाप्त करती है, जिससे संतुलन दक्षता में काफी सुधार होता है।

(2) परीक्षण-भार-मुक्त संतुलन

पारंपरिक संतुलन विधियों के लिए प्रभाव गुणांक प्राप्त करने के लिए एकाधिक परीक्षण रन (परीक्षण भार जोड़ना → माप → समायोजन) की आवश्यकता होती है, जो अक्षम है। इसे संबोधित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने  चुंबकीय बीयरिंगों की सक्रिय नियंत्रण विशेषताओं के आधार पर परीक्षण-भार-मुक्त संतुलन विधियों का प्रस्ताव दिया है.

यह विधि स्थैतिक उत्तोलन अवस्था में नियंत्रणीय विद्युत चुम्बकीय बल उत्पन्न करने के लिए चुंबकीय बीयरिंगों की सक्रिय नियंत्रणीयता का लाभ उठाती है, केन्द्रापसारक बलों का अनुकरण करती है जो वास्तविक परीक्षण भार रोटेशन के दौरान उत्पन्न होंगे। यह भौतिक रूप से परीक्षण भार स्थापित किए बिना प्रभाव गुणांक की पहचान करने की अनुमति देता है, जिससे प्रक्रिया काफी सरल हो जाती है।

(3) ऑन-साइट संतुलन

ऑन-साइट संतुलन से तात्पर्य उपकरण के वास्तविक स्थापना स्थान पर किए गए संतुलन संचालन से है। पारंपरिक तरीकों के विपरीत जहां रोटर को हटा दिया जाता है और परीक्षण सुविधा में भेज दिया जाता है, ऑन-साइट संतुलन  पूरे सिस्टम के व्यापक प्रभावों  (असर की कठोरता, स्थापना की स्थिति, नींव कंपन इत्यादि सहित) को ध्यान में रखता है, जो संतुलन परिणाम प्रदान करता है जो वास्तविक परिचालन स्थितियों से बेहतर मेल खाता है।

3. विशिष्ट परीक्षण प्रक्रिया

एक उदाहरण के रूप में चुंबकीय उत्तोलन केन्द्रापसारक ब्लोअर लेते हुए, एक विशिष्ट गतिशील संतुलन परीक्षण प्रक्रिया इस प्रकार है:

चरण 1: पूर्व-निरीक्षण
संतुलन बनाने से पहले, रोटर को दृश्य और आयामी निरीक्षण से गुजरना होगा ताकि यह पुष्टि हो सके कि कोई मशीनिंग दोष, गड़गड़ाहट या उस पर चिपका हुआ कोई विदेशी पदार्थ तो नहीं है।

चरण 2: प्रारंभिक माप
एक समर्पित संतुलन मशीन या चुंबकीय उत्तोलन प्रणाली पर, कंपन आयाम और चरण डेटा एकत्र करने के लिए ऑपरेटिंग गति के लगभग 70% पर एक परीक्षण चलाएं।

चरण 3: असंतुलन की पहचान
सिग्नल प्रोसेसिंग के माध्यम से, रोटर के तुल्यकालिक कंपन घटक को निकालें, और असंतुलन के परिमाण और चरण को कम करने के लिए इसे रोटर डायनेमिक्स मॉडल के साथ संयोजित करें।

चरण 4: सुधार और सत्यापन
गणना परिणामों के आधार पर, निर्दिष्ट स्थानों पर वजन जोड़ें या हटाएं, फिर यह सत्यापित करने के लिए फिर से मापें कि लक्ष्य संतुलन ग्रेड हासिल कर लिया गया है।

चरण 5: पूर्ण गति सीमा सत्यापन
यह सुनिश्चित करने के लिए कि सभी गति पर कंपन स्तर आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, ऑपरेटिंग गति सीमा (लगभग महत्वपूर्ण गति सहित) के भीतर कई गति बिंदुओं पर कंपन माप करें।

4. चुंबकीय उत्तोलन संतुलन में तकनीकी चुनौतियाँ

चुंबकीय उत्तोलन रोटर्स को संतुलित करना कई अनूठी चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है:

• लचीले रोटर प्रभाव : उच्च गति वाले चुंबकीय उत्तोलन रोटर अक्सर महत्वपूर्ण गति से ऊपर काम करते हैं और लचीले रोटर होते हैं; उनका असंतुलित वितरण गति के साथ भिन्न हो सकता है, जिसके लिए मल्टी-मोडल संतुलन की आवश्यकता होती है।

• विद्युतचुंबकीय बल हस्तक्षेप : चुंबकीय बीयरिंग के विद्युतचुंबकीय बल स्वयं अतिरिक्त तुल्यकालिक कंपन बल का परिचय दे सकते हैं, जिन्हें एल्गोरिदम में अलग किया जाना चाहिए और मुआवजा दिया जाना चाहिए।

•  सेंसर परिशुद्धता : विस्थापन और वर्तमान सेंसर की सटीकता सीधे असंतुलन पहचान की विश्वसनीयता को प्रभावित करती है।

वी. निष्कर्ष

गतिशील संतुलन वह महत्वपूर्ण कदम है जो चुंबकीय उत्तोलन मोटर को केवल 'घूमने में सक्षम होने' से लेकर 'अच्छी तरह घूमने' तक ले जाता है। G1.0 और G2.5 केवल दो संख्यात्मक लेबल नहीं हैं; वे विभिन्न परिशुद्धता स्तरों और इंजीनियरिंग आवश्यकताओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। चुंबकीय उत्तोलन मोटरों के लिए, जैसे-जैसे गति बढ़ती जा रही है और अनुप्रयोग अधिक परिष्कृत होते जा रहे हैं, G2.5 से G1.0 और यहां तक ​​कि उच्च परिशुद्धता ग्रेड की ओर बढ़ना एक अपरिहार्य प्रवृत्ति बन गया है।

साथ ही, चुंबकीय उत्तोलन मोटर्स की अनूठी समर्थन पद्धति ने ऑन-लाइन संतुलन और परीक्षण-भार-मुक्त संतुलन जैसी नवीन संतुलन प्रक्रियाओं को जन्म दिया है। ये प्रौद्योगिकियाँ न केवल संतुलन दक्षता में सुधार करती हैं बल्कि गतिशील संतुलन को 'पूर्व-शिपमेंट निरीक्षण चरण' से 'पूर्ण-जीवन-चक्र रखरखाव उपकरण' में बदल देती हैं।

मानकों को समझना, तरीकों में महारत हासिल करना और सटीकता के साथ निष्पादित करना - यह चुंबकीय उत्तोलन मोटर रोटर्स के लिए गतिशील संतुलन का मुख्य सार है।