निष्क्रिय उत्तोलन क्षतिपुर्ति: Difference between revisions
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यांत्रिकी में स्वतंत्रता की '''निष्क्रिय | यांत्रिकी में स्वतंत्रता की '''निष्क्रिय उत्तोलन क्षतिपुर्ति''' ऐसी तकनीक है, जिसका उपयोग ड्रिलिंग जैसे कार्यों पर [[हवा की लहर|वायु तरंग]] के प्रभाव को कम करने के लिए किया जाता है।<ref>Passive and Active heave Compensation, Albers, TU Delft</ref> इसका साधारण पैसिव हेव कम्पेसाटर (पीएचसी) नरम स्प्रिंग का उपयोग करता है, जो परिगमन की क्षमता को कंपन के द्वारा कम करता हैं, इस प्रकार इसका मान 1 से कम करने के लिए [[कंपन अलगाव|कंपन में विरोध]] करने के लिए उपयोग किया जाता है।<ref>Bob Wilde and Jake Ormond: ''Subsea Heave Compensators'', Deep Offshore Technology 2009</ref> इस प्रकार पीएचसी बाहरी विद्युत की खपत न करने के कारण सक्रिय हेव क्षतिपूर्ति से भिन्न है। | ||
==सिद्धांत== | ==सिद्धांत== | ||
पीएचसी में मुख्य सिद्धांत सिस्टम को प्रभावित करने वाली बाहरी पवन तरंग से ऊर्जा को संग्रहीत करना और उन्हें नष्ट करना या बाद में पुन: उपयोग करना है। इस प्रकार शॉक अवशोषक या [[ड्रिल स्ट्रिंग कम्पेसाटर]] पीएचसी के सरल रूप हैं, इतने सरल कि उन्हें सामान्यतः [[हेव कम्पेसाटर]] नाम दिया जाता है, जबकि इस प्रकार [[ निष्क्रियता (इंजीनियरिंग) |निष्क्रियता (इंजीनियरिंग)]] का उपयोग अधिक परिष्कृत हाइड्रोलिक या | पीएचसी में मुख्य सिद्धांत सिस्टम को प्रभावित करने वाली बाहरी पवन तरंग से ऊर्जा को संग्रहीत करना और उन्हें नष्ट करना या बाद में पुन: उपयोग करना है। इस प्रकार शॉक अवशोषक या [[ड्रिल स्ट्रिंग कम्पेसाटर]] पीएचसी के सरल रूप हैं, इतने सरल कि उन्हें सामान्यतः [[हेव कम्पेसाटर]] नाम दिया जाता है, जबकि इस प्रकार [[ निष्क्रियता (इंजीनियरिंग) |निष्क्रियता (इंजीनियरिंग)]] का उपयोग अधिक परिष्कृत हाइड्रोलिक या यांत्रिक प्रणाली के लिए किया जाता है। | ||
इसका विशिष्ट पीएचसी उपकरण में हाइड्रोलिक सिलेंडर और गैस संचायक होता है। जब पिस्टन रॉड का विस्तार होता है तो यह कुल गैस की मात्रा को कम कर देगा और इसलिए गैस को संपीड़ित करेगा जिसके परिणामस्वरूप पिस्टन पर दबाव बढ़ जाएगा। इस प्रकार कम कठोरता को सुनिश्चित करने के लिए संपीड़न अनुपात कम रहता है। इसके लिए अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया पीएचसी इस प्रकार उपकरण का 80 प्रतिशत से अधिक दक्षता प्राप्त कर सकता है।<ref>[http://www.safelink.no/ The Engineers Guide] Safelink AS</ref> | इसका विशिष्ट पीएचसी उपकरण में हाइड्रोलिक सिलेंडर और गैस संचायक होता है। जब पिस्टन रॉड का विस्तार होता है तो यह कुल गैस की मात्रा को कम कर देगा और इसलिए गैस को संपीड़ित करेगा जिसके परिणामस्वरूप पिस्टन पर दबाव बढ़ जाएगा। इस प्रकार कम कठोरता को सुनिश्चित करने के लिए संपीड़न अनुपात कम रहता है। इसके लिए अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया पीएचसी इस प्रकार उपकरण का 80 प्रतिशत से अधिक दक्षता प्राप्त कर सकता है।<ref>[http://www.safelink.no/ The Engineers Guide] Safelink AS</ref> | ||
==आवेदन== | ==आवेदन== | ||
पीएचसी का उपयोग | पीएचसी का उपयोग अधिकांशतः उप-तटीय उपकरणों पर किया जाता है जो समुद्र तल पर होते हैं या उससे जुड़े होते हैं। इस प्रकार बाहरी ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होने पर, पीएचसी को उप-समुद्र संचालन पर लहर के प्रभाव को कम करने वाली असफल-सुरक्षित प्रणाली के रूप में डिजाइन किया जा सकता है।<ref>Passive Heave Compensation, www.huismanequipment.com/en/products/heave_compensation/passive_heave_compensation</ref> इस प्रकार अर्ध-सक्रिय प्रणाली बनाने के लिए पीएचसी का उपयोग सक्रिय हेव क्षतिपूर्ति के साथ किया जा सकता है।<ref>Passive Heave Compensation of Heavy Modules, Sten Magne Eng Jakobsen, 2008, University of Stavanger [http://brage.bibsys.no/uis/bitstream/URN:NBN:no-bibsys_brage_7771/1/Jakobsen%2c%20Sten%20Magne.pdf]</ref> | ||
==पीएचसी की गणना== | ==पीएचसी की गणना== | ||
===अपतटीय उठाने के संचालन के समय उपयोग की जाने वाली पीएचसी के लिए दक्षता=== | ===अपतटीय उठाने के संचालन के समय उपयोग की जाने वाली पीएचसी के लिए दक्षता=== | ||
[[File:PHC sketch.png|thumb|सिस्टम का स्केच]]इस गणना में पीएचसी उपकरण क्रेन हुक से जुड़ा होता है। न्यूटन के गति के नियम | [[File:PHC sketch.png|thumb|सिस्टम का स्केच]]इस गणना में पीएचसी उपकरण क्रेन हुक से जुड़ा होता है। इस प्रकार न्यूटन के गति के नियम या न्यूटन के दूसरे नियम का उपयोग पेलोड के त्वरण का वर्णन करने के लिए किया जाता है:<br /> | ||
<math> (m+m_A) \ddot y =-k_c(y+H \cos \omega t) </math> | <math> (m+m_A) \ddot y =-k_c(y+H \cos \omega t) </math> | ||
जहाँ<br /><math> m </math> - पीएचसी उपकरण के नीचे भार का [[द्रव्यमान]] है।<br /><math> m_A </math> - पीएचसी डिवाइस के नीचे लोड का अतिरिक्त द्रव्यमान है।<br /><math> \ddot y </math> - पीएचसी उपकरण के नीचे भार के द्रव्यमान का [[त्वरण]] है।<br /><math> k_c </math> - पीएचसी डिवाइस की [[कठोरता]] है।<br /><math> y </math> - पीएचसी डिवाइस के नीचे द्रव्यमान की ऊर्ध्वाधर स्थिति है।<br /><math> H </math> - पोत गति आयाम है। | जहाँ<br /><math> m </math> - पीएचसी उपकरण के नीचे भार का [[द्रव्यमान]] है।<br /><math> m_A </math> - पीएचसी डिवाइस के नीचे लोड का अतिरिक्त द्रव्यमान है।<br /><math> \ddot y </math> - पीएचसी उपकरण के नीचे भार के द्रव्यमान का [[त्वरण]] है।<br /><math> k_c </math> - पीएचसी डिवाइस की [[कठोरता]] है।<br /><math> y </math> - पीएचसी डिवाइस के नीचे द्रव्यमान की ऊर्ध्वाधर स्थिति है।<br /><math> H </math> - पोत गति आयाम है। | ||
<math> \omega </math> - कोणीय तरंग आवृत्ति है।<br /><math> t </math> - समय है।<br />यदि हम | <math> \omega </math> - कोणीय तरंग आवृत्ति है।<br /><math> t </math> - समय है।<br />यदि हम आंशिक हल की उपेक्षा करते हैं तो हम इस प्रकार पाएंगे कि भार के आयाम और तरंग आयाम के बीच का अनुपात है।<br /><math> \frac {A}{H} = \frac{ \frac {k_c}{m+m_A}} { \omega^2 - \frac {k_c}{m+m_A}} </math><br /><br />अभिव्यक्ति को सरल बनाने के लिए इसका परिचय देना साधारण बात है, इस प्रकार <math> \omega _0 </math> सिस्टम की प्राकृतिक आवृत्ति के रूप में, इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:<br /><math> \omega _0 = \sqrt {\frac {k_c}{m+m_A}}</math><br /><br />फिर हमें अनुपात के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति मिलती है:<br /><math> \frac {A}{H} = \frac {1}{({\frac {\omega}{\omega_0}})^2-1}</math> | ||
संप्रेषणीयता <math> T_R </math> के रूप में परिभाषित किया गया है:<br /><math> T_R= \left | \frac {1}{({\frac {\omega}{\omega_0}})^2-1} \right |</math><br /><br />अंततः दक्षता को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:<br /><math> \eta_{PHC}= 1-T_R </math> | संप्रेषणीयता <math> T_R </math> के रूप में परिभाषित किया गया है:<br /><math> T_R= \left | \frac {1}{({\frac {\omega}{\omega_0}})^2-1} \right |</math><br /><br />अंततः दक्षता को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:<br /><math> \eta_{PHC}= 1-T_R </math> | ||
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यांत्रिकी में स्वतंत्रता की निष्क्रिय उत्तोलन क्षतिपुर्ति ऐसी तकनीक है, जिसका उपयोग ड्रिलिंग जैसे कार्यों पर वायु तरंग के प्रभाव को कम करने के लिए किया जाता है।[1] इसका साधारण पैसिव हेव कम्पेसाटर (पीएचसी) नरम स्प्रिंग का उपयोग करता है, जो परिगमन की क्षमता को कंपन के द्वारा कम करता हैं, इस प्रकार इसका मान 1 से कम करने के लिए कंपन में विरोध करने के लिए उपयोग किया जाता है।[2] इस प्रकार पीएचसी बाहरी विद्युत की खपत न करने के कारण सक्रिय हेव क्षतिपूर्ति से भिन्न है।
सिद्धांत
पीएचसी में मुख्य सिद्धांत सिस्टम को प्रभावित करने वाली बाहरी पवन तरंग से ऊर्जा को संग्रहीत करना और उन्हें नष्ट करना या बाद में पुन: उपयोग करना है। इस प्रकार शॉक अवशोषक या ड्रिल स्ट्रिंग कम्पेसाटर पीएचसी के सरल रूप हैं, इतने सरल कि उन्हें सामान्यतः हेव कम्पेसाटर नाम दिया जाता है, जबकि इस प्रकार निष्क्रियता (इंजीनियरिंग) का उपयोग अधिक परिष्कृत हाइड्रोलिक या यांत्रिक प्रणाली के लिए किया जाता है।
इसका विशिष्ट पीएचसी उपकरण में हाइड्रोलिक सिलेंडर और गैस संचायक होता है। जब पिस्टन रॉड का विस्तार होता है तो यह कुल गैस की मात्रा को कम कर देगा और इसलिए गैस को संपीड़ित करेगा जिसके परिणामस्वरूप पिस्टन पर दबाव बढ़ जाएगा। इस प्रकार कम कठोरता को सुनिश्चित करने के लिए संपीड़न अनुपात कम रहता है। इसके लिए अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया पीएचसी इस प्रकार उपकरण का 80 प्रतिशत से अधिक दक्षता प्राप्त कर सकता है।[3]
आवेदन
पीएचसी का उपयोग अधिकांशतः उप-तटीय उपकरणों पर किया जाता है जो समुद्र तल पर होते हैं या उससे जुड़े होते हैं। इस प्रकार बाहरी ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होने पर, पीएचसी को उप-समुद्र संचालन पर लहर के प्रभाव को कम करने वाली असफल-सुरक्षित प्रणाली के रूप में डिजाइन किया जा सकता है।[4] इस प्रकार अर्ध-सक्रिय प्रणाली बनाने के लिए पीएचसी का उपयोग सक्रिय हेव क्षतिपूर्ति के साथ किया जा सकता है।[5]
पीएचसी की गणना
अपतटीय उठाने के संचालन के समय उपयोग की जाने वाली पीएचसी के लिए दक्षता
इस गणना में पीएचसी उपकरण क्रेन हुक से जुड़ा होता है। इस प्रकार न्यूटन के गति के नियम या न्यूटन के दूसरे नियम का उपयोग पेलोड के त्वरण का वर्णन करने के लिए किया जाता है:
जहाँ
- पीएचसी उपकरण के नीचे भार का द्रव्यमान है।
- पीएचसी डिवाइस के नीचे लोड का अतिरिक्त द्रव्यमान है।
- पीएचसी उपकरण के नीचे भार के द्रव्यमान का त्वरण है।
- पीएचसी डिवाइस की कठोरता है।
- पीएचसी डिवाइस के नीचे द्रव्यमान की ऊर्ध्वाधर स्थिति है।
- पोत गति आयाम है।
- कोणीय तरंग आवृत्ति है।
- समय है।
यदि हम आंशिक हल की उपेक्षा करते हैं तो हम इस प्रकार पाएंगे कि भार के आयाम और तरंग आयाम के बीच का अनुपात है।
अभिव्यक्ति को सरल बनाने के लिए इसका परिचय देना साधारण बात है, इस प्रकार सिस्टम की प्राकृतिक आवृत्ति के रूप में, इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
फिर हमें अनुपात के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति मिलती है:
संप्रेषणीयता के रूप में परिभाषित किया गया है:
अंततः दक्षता को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
पीएचसी कठोरता की गणना
पीएचसी उपकरण की कठोरता निम्न द्वारा दी गई है:[6]
जहाँ
- संतुलन स्ट्रोक पर गैस का दबाव है
- पिस्टन क्षेत्र है
- स्ट्रोक की लंबाई है
- संपीड़न अनुपात है
- रुद्धोष्म गुणांक है
इस प्रकार किसी उत्पाद के लिए पेलोड के जलमग्न भार से मेल खाता है। जैसा कि इस प्रकार अभिव्यक्ति से देखा जा सकता है, यह स्पष्ट है कि कम संपीड़न अनुपात के साथ-साथ लंबी स्ट्रोक लंबाई कम कठोरता देती है।
संदर्भ
- ↑ Passive and Active heave Compensation, Albers, TU Delft
- ↑ Bob Wilde and Jake Ormond: Subsea Heave Compensators, Deep Offshore Technology 2009
- ↑ The Engineers Guide Safelink AS
- ↑ Passive Heave Compensation, www.huismanequipment.com/en/products/heave_compensation/passive_heave_compensation
- ↑ Passive Heave Compensation of Heavy Modules, Sten Magne Eng Jakobsen, 2008, University of Stavanger [1]
- ↑ Peter Albers: Motion Control in Offshore and Dredging, Springer, 2010. ISBN 978-9048188024
