द्रव बेयरिंग: Difference between revisions
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{{Short description|Type of bearings which use pressurized liquid or gas between the bearing surfaces}} | {{Short description|Type of bearings which use pressurized liquid or gas between the bearing surfaces}} | ||
''' | '''द्रव बेयरिंग''' ऐसे [[ असर (यांत्रिक) |बेयरिंग]] होते हैं जिनमें भार को धारक सतहों के बीच तीव्र गतिमान दाबित [[ तरल |द्रव]] या [[ गैस |गैस]] की एक पतली परत द्वारा समर्थित किया जाता है।<ref name="Rowe">{{cite book | ||
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}}</ref> | }}</ref> चूँकि गतिमान भागों के बीच कोई संपर्क नहीं होता है, अतः यहाँ कोई सर्पी घर्षण नहीं होता है, जिससे द्रव बेयरिंगों में कई अन्य प्रकार के बेयरिंगों की तुलना में कम घर्षण, घिसाव और [[ कंपन |कंपन]] होता है। इस प्रकार, सुचारु रूप से संचालित किये जाने पर कुछ द्रव बेयरिंगों के लिए लगभग शून्य घिसाव संभव है।<ref name="Rowe" /> | ||
इन्हें साधारण रूप से दो प्रकारों, '''द्रव गतिक बेयरिंग''' (इसे '''हाइड्रोडाइनैमिक''' '''बेयरिंग''' के रूप में भी जाना जाता है) और '''द्रवस्थैतिक बेयरिंग''' में वर्गीकृत किया जा सकता है। [[ हीड्रास्टाटिक |द्रवस्थैतिक]] बेयरिंग बाह्य दाबित द्रव बेयरिंग होते हैं, जहाँ द्रव सामान्यतः तेल, जल या वायु होता है, और इस पर एक पंप द्वारा दाब आरोपित किया जाता है। [[ हाइड्रोडाइनमिक |द्रवगतिक]] बेयरिंग जर्नल की उच्च गति (द्रव पर स्थित शाफ्ट का हिस्सा) पर निर्भर करते हैं जिससे फलकों के बीच एक कील में द्रव पर दाब आरोपित किया जा सके। द्रव बेयरिंग प्रायः उच्च भार, उच्च गति या उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहाँ साधारण [[ बॉल बियरिंग |बॉल बेयरिंग]] का जीवनकाल छोटा होता है या उच्च ध्वनि और कंपन उत्पन्न करते हैं। लागत कम करने के लिए भी इनका उपयोग तीव्रता से किया गया है। उदाहरण के लिए, [[ हार्ड डिस्क ड्राइव |हार्ड डिस्क ड्राइव]] मोटर द्रव बेयरिंग इनके द्वारा प्रतिस्थापित बॉल बेयरिंग की तुलना में शांत और सस्ते दोनों हैं। इसके अनुप्रयोग बहुत बहुमुखी हैं और यहाँ तक कि इसका उपयोग [[ सीसे का पेंच |लीडस्क्रू]] जैसी जटिल ज्यामिति में भी किया जा सकता है।<ref>{{Cite patent|title=Hydrostatic nut and lead screw assembly, and method of forming said nut|gdate=1994-12-29|url=https://patents.google.com/patent/US5499942A/en}}</ref> | |||
द्रव बेयरिंग का आविष्कार संभवतः फ्रांसीसी सिविल अभियंता एलडी गिरार्ड द्वारा किया गया था, जिन्होंने वर्ष 1852 में रेलवे प्रणोदन की एक प्रणाली का प्रस्ताव रखा था जिसमें जल से भरे हुए द्रवचालित बेयरिंग सम्मिलित थे।<ref name="Girard">{{cite book | |||
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}}</ref><ref name="Rowe" /> | }}</ref><ref name="Rowe" /> | ||
== संचालन == | == संचालन == | ||
[[File:Hydrostatic bearing diagram.svg|thumb|right|एक | [[File:Hydrostatic bearing diagram.svg|thumb|right|एक द्रवस्थैतिक बेयरिंग में दो सतहें होती हैं, जिनमें से एक में एक प्रतिबंधात्मक छिद्र के माध्यम से द्रव को प्रेरित किया जाता है, जिससे यह सतहों के बीच के स्थान को भर दे जिससे यह उन्हें अलग रख सके। यदि सतहों के बीच की दरार कम हो जाती है तो बेयरिंग के किनारों के माध्यम से बहिर्वाह कम हो जाता है और दाब बढ़ जाता है, सतहों को फिर से अलग कर देता है, अंतराल का उत्कृष्ट नियंत्रण देता है और कम घर्षण प्रदान करता है।|252x252px]][[ द्रव |द्रव]] बेयरिंग संपर्कहीन बेयरिंग होते हैं जो गतिमान बेयरिंग सतहों के बीच तीव्र गतिमान दाबित द्रव या गैस तरल की एक पतली परत का उपयोग करते हैं, जो सामान्यतः घूर्णी शाफ्ट के चारों ओर या नीचे बंद होते हैं।<ref name="Rowe" /> यहाँ गतिमान हिस्से संपर्क में नहीं आते हैं, इसलिए कोई सर्पी घर्षण नहीं होता है; भार बल एकल रूप से गतिमान द्रव के दाब द्वारा समर्थित होता है। द्रव को बेयरिंग में लाने की दो मुख्य विधियाँ हैं: | ||
*'''द्रव स्थिर''', ''' | *'''द्रव स्थिर''', '''द्रवस्थैतिक''' और कई '''गैस''' या '''वायु बेयरिंगों''' में, द्रव को छिद्र या छिद्रित सामग्री के माध्यम से उत्तेजित किया जाता है। इस प्रकार के बेयरिंगों को शाफ्ट स्थिति नियंत्रण प्रणाली से सुसज्जित किया जाना चाहिए, जो घूर्णन की गति और शाफ्ट भार के अनुसार द्रव के दाब और खपत को समायोजित करता है।<ref>{{cite journal|url=http://ntv.ifmo.ru/en/article/13909/proektirovanie_elementa_struynoy_sistemyupravleniya_gazostaticheskim_podshipnikom.htm|title=Element design for an inkjet system of hydrostatic gas bearing control.|author= Il’ina T.E., Prodan N.V.|journal=Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics|volume=15|issue=5|pages=921–929|year=2015}}</ref> | ||
*द्रव- | *'''द्रव-गतिक बेयरिंगों''' में, बेयरिंग घूर्णन द्रव पदार्थ का चूषण बेयरिंग की आंतरिक सतह पर करता है, जिससे शाफ्ट के नीचे या उसके चारों ओर एक स्नेहन वेज का निर्माण होता है। | ||
द्रवस्थैतिक बेयरिंग एक बाह्य पंप पर निर्भर करते हैं। इस पंप द्वारा आवश्यक शक्ति, बेयरिंग घर्षण और अन्य जैसी निकाय की ऊर्जा हानि में योगदान देती है। बेहतर सीलें रिसाव दर और पम्पिंग शक्ति को कम कर सकती हैं, लेकिन घर्षण को बढ़ा सकती हैं। | |||
द्रवगतिक बेयरिंग, बेयरिंग में द्रव के चूषण के लिए बेयरिंग की गति पर निर्भर करते हैं, और इनमें संरचना से कम गति पर या प्रारंभ होने और रुकने के दौरान उच्च घर्षण और कम जीवनकाल हो सकता है। द्रवगतिक बेयरिंग को हानि से बचाने के लिए प्रारंभ करने और सुषुप्त (शटडाउन) करने के लिए एक बाह्य पंप या द्वितीयक बेयरिंग का उपयोग किया जा सकता है। द्वितीयक बेयरिंग में उच्च घर्षण और कम संचालन जीवनकाल हो सकता है, लेकिन यदि बेयरिंग बार-बार प्रारंभ होती है और बंद होती है तो इसमें एक अच्छा समग्र सेवा जीवनकाल होता है। | |||
=== | === द्रवगतिक स्नेहन === | ||
'' | ''द्रवगतिक'' (एचडी) ''स्नेहन (''जिसे ''द्रव-फिल्म स्नेहन'' के रूप में भी जाना जाता है) में निम्न आवश्यक तत्व होते हैं: | ||
#एक स्नेहक, जो एक [[ चिपचिपा | | #एक स्नेहक, जो एक [[ चिपचिपा |श्यान]] द्रव होना चाहिए। | ||
# | #बेयरिंग और जर्नल के बीच द्रव का द्रवगतिक प्रवाह व्यवहार। | ||
#जिन सतहों के बीच द्रव फिल्में | #जिन सतहों के बीच द्रव फिल्में गति करती हैं, उन्हें अभिसारी होना चाहिए। | ||
द्रवगतिक (पूर्ण फिल्म) स्नेहन तब प्राप्त होता है जब स्नेहक की एक ससंजक फिल्म द्वारा दो संगम सतहों को पूर्णतः पृथक किया जाता है। | |||
इस प्रकार फिल्म की मोटाई सतहों की | इस प्रकार फिल्म की मोटाई सतहों की रूक्षता से अधिक हो जाती है। घर्षण गुणांक सीमा-परत स्नेहन की तुलना में कम होता है। द्रवगतिक स्नेहन गतिमान भागों में घिसाव को और धातु से धातु के संपर्क को रोकता है। | ||
द्रवगतिक स्नेहन के लिए पतली, अभिसरण द्रव फिल्मों की आवश्यकता होती है। ये द्रव, तरल या गैस हो सकते हैं, इसलिए ये लम्बे समय तक श्यानता प्रदर्शित करते हैं। कंप्यूटर के पंखे और हार्ड डिस्क ड्राइव के समान घूर्णी उपकरण में, शीर्ष ऐसे द्रवगतिक स्नेहन द्वारा समर्थित होते हैं जिसमें द्रव फिल्म के रूप में वातावरण होता है। | |||
इन फिल्मों | इन फिल्मों की माप माइक्रोमीटर के क्रम में होती है। इनका अभिसरण उन सतहों पर सामान्य दाबों का निर्माण करता है जिनसे ये संपर्क करते हैं, और इन्हें अलग होने के लिए प्रेरित करते हैं। | ||
[[Image:Miba Journal Bearing.jpg|thumb|मीबा | [[Image:Miba Journal Bearing.jpg|thumb|मीबा द्रवगतिक आनमन पैड जर्नल बेयरिंग|218x218px]]तीन प्रकार के बेयरिंगों में सम्मिलित हैं: | ||
*स्व- | *स्व-क्रिया: फिल्म सापेक्ष गति के कारण उपस्थित होती है। उदाहरण, सर्पिल खाँचा बेयरिंग। | ||
* | *निष्पीडन फिल्म: फिल्म सापेक्ष सामान्य गति के कारण उपस्थित होती है। | ||
* | *बाह्य दाब: फिल्म बाह्य दाब के कारण उपस्थित होती है। | ||
वैचारिक रूप से | वैचारिक रूप से बेयरिंगों को दो प्रमुख ज्यामितीय वर्गों के रूप में माना जा सकता है: बेयरिंग-जर्नल (घर्षणरोधी), और समतल-सर्पी (घर्षण)। | ||
[[ रेनॉल्ड्स समीकरण | | [[ रेनॉल्ड्स समीकरण |रेनॉल्ड समीकरण]] का उपयोग द्रव पदार्थों के लिए शासी सिद्धांतों को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। ध्यान दें कि जब गैसों का उपयोग किया जाता है, तो उनकी व्युत्पत्ति अधिक सम्मिलित होती है। | ||
पतली फिल्मों के बारे में | पतली फिल्मों के बारे में यह विचार जा सकता है कि उन पर दाब और श्यान बल कार्य कर रहे हैं। चूँकि वेग में अंतर होता है इसलिए सतह कर्षण सदिशों में भी अंतर होता है। द्रव्यमान संरक्षण के कारण हम दाब में एक वृद्धि भी मान सकते हैं, जिससे पिंड के बल भिन्न हो जाते हैं। | ||
* | *द्रवगतिक स्नेहन - विशेषताएँ: | ||
*# | *#भार बढ़ने पर न्यूनतम मोटाई के बिंदु पर द्रव फिल्म की मोटाई घट जाती है | ||
*#भार के कारण फिल्म की मोटाई घटने से द्रव द्रव्यमान के भीतर | *#भार के कारण फिल्म की मोटाई घटने से द्रव द्रव्यमान के भीतर दाब बढ़ जाता है | ||
*#द्रव द्रव्यमान के भीतर | *#द्रव द्रव्यमान के भीतर दाब, न्यूनतम निष्कासन के समीप पहुँचने वाले किसी बिंदु पर सबसे बड़ा और अधिकतम निष्कासन (विचलन के कारण) के बिंदु पर सबसे कम होता है | ||
*# | *#दाब बढ़ने पर श्यानता बढ़ जाती है (अपरूपण के लिए अधिक प्रतिरोध) | ||
*#अधिक | *#अधिक श्यान द्रव पदार्थों के उपयोग से न्यूनतम निष्कासन के बिंदु पर फिल्म की मोटाई बढ़ जाती है | ||
*#समान भार के साथ द्रव की श्यानता बढ़ने पर दाब बढ़ता है | *#समान भार के साथ द्रव की श्यानता बढ़ने पर दाब बढ़ता है | ||
*#दिए गए भार और द्रव के साथ, गति बढ़ने पर फिल्म की मोटाई | *#दिए गए भार और द्रव के साथ, गति बढ़ने पर फिल्म की मोटाई बढ़ती है | ||
*#स्नेहक की | *#स्नेहक की श्यानता अधिक होने पर द्रव का घर्षण बढ़ जाता है | ||
* | * द्रवगतिक स्थिति - द्रव वेग: | ||
*#द्रव का वेग जर्नल या राइडर के वेग पर निर्भर करता है | *#द्रव का वेग जर्नल या राइडर के वेग पर निर्भर करता है | ||
*# | *# सापेक्ष वेग में वृद्धि जर्नल बियरिंग केंद्रों की उत्केन्द्रता में कमी की ओर प्रवृत्त होती है | ||
*# यह अधिक न्यूनतम फिल्म मोटाई के साथ है | *# यह अधिक से अधिक न्यूनतम फिल्म मोटाई के साथ होता है | ||
* | * द्रवगतिक स्थिति - भार: | ||
*# | *# भार बढ़ने से फिल्म की न्यूनतम मोटाई घट जाती है | ||
*# | *# प्रतिकारी बल प्रदान करने के लिए यह फिल्म द्रव्यमान के भीतर दाब को भी बढ़ाता है | ||
*# | *# दाब सभी दिशाओं में कार्य करता है, इसलिए यह बेयरिंग के सिरों से तेल को निचोड़ता है | ||
*# | *#दाब बढ़ने से द्रव की श्यानता बढ़ जाती है | ||
बेयरिंग अभिलक्षणिक संख्या: चूँकि श्यानता, वेग और भार एक द्रवगतिक स्थिति की विशेषताओं को निर्धारित करते हैं, अतः फिल्म की मोटाई पर इनके प्रभावों के आधार पर एक बेयरिंग अभिलक्षणिक संख्या विकसित की गई थी। | |||
: वेग में वृद्धि | : वेग में वृद्धि फिल्म की न्यूनतम मोटाई में वृद्धि करती है। | ||
: | : श्यानता में वृद्धि फिल्म की न्यूनतम मोटाई में वृद्धि करती है। | ||
: | : भार में वृद्धि फिल्म की न्यूनतम मोटाई को कम करती है। | ||
इसलिए, | इसलिए, | ||
: श्यानता × वेग/इकाई भार = एक | : श्यानता × वेग/इकाई भार = एक विमाहीन संख्या = ''C'' | ||
C को '''' | ''C'' को ''''बेयरिंग अभिलक्षणिक संख्या'''' के रूप में जाना जाता है। | ||
C का मान | कुछ सीमा तक, ''C'' का मान यह संकेत देता है कि यहाँ द्रवगतिक स्नेहन होगा या नहीं। | ||
== संचालन के | == संचालन के अभिलक्षण == | ||
समान | द्रव बेयरिंग, समान भार दर वाले अन्य बेयरिंगों की तुलना में अपेक्षाकृत सस्ते हो सकते हैं। बेयरिंग कार्यकारी द्रव को धारण के लिए सील वाली दो सहज सतहों के रूप में सरल हो सकती है। इसके विपरीत, एक पारंपरिक रोलिंग-तत्व बेयरिंग को जटिल आकार वाले कई उच्च-यथार्थ रोलरों की आवश्यकता हो सकती है। द्रवस्थैतिक और कई गैस बेयरिंगों में बाह्य पंपों की जटिलता और व्यय होता है। | ||
अधिकांश द्रव | अधिकांश द्रव बेयरिंगों को बहुत कम या किसी प्रबंधन की आवश्यकता नहीं होती है, और इनका जीवनकाल लगभग असीमित होता है। पारंपरिक [[ रोलिंग-तत्व असर |रोलिंग-तत्व बेयरिंग]] का जीवनकाल सामान्यतः कम होता है और इसमें नियमित प्रबंधन की आवश्यकता होती है। उत्तेजित की गईं द्रवस्थैतिक और [[ एरोस्टैटिक (गैस) |वायुस्थैतिक]] (गैस) बेयरिंग संरचनाएँ कम घर्षण को शून्य गति तक बनाए रखती हैं और इसमें प्रारंभ/बंद घिसाव से पीड़ित होने की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन शर्त यह है कि पंप विफल नहीं होता है। | ||
द्रव | द्रव बेयरिंगों में सामान्यतः घर्षण बहुत कम होता है, जो कि यांत्रिक बेयरिंगों की तुलना में अत्यधिक बेहतर है। द्रव बेयरिंग में घर्षण का एक स्रोत गतिमान घर्षण की ओर द्रव की श्यानता है जो गति के साथ बढ़ता है, लेकिन स्थैतिक घर्षण सामान्यतः नगण्य होता है। द्रवस्थैतिक गैस बेयरिंग अतितीव्र गति पर भी सबसे कम घर्षण बेयरिंगों में से हैं। हालाँकि, कम द्रव श्यानता का अर्थ सामान्यतः बेयरिंग वाली सतहों से द्रव पदार्थ का तीव्र रिसाव होता है, इस प्रकार पंपों के लिए बढ़ी हुई शक्ति या सील से घर्षण की आवश्यकता होती है। | ||
जब एक रोलर या बॉल को | जब एक रोलर या बॉल को अत्यधिक भार किया जाता है, तो द्रव बेयरिंग में ऐसे निष्कासन होते हैं जो यांत्रिक बेयरिंग की तुलना में भार ("दृढ़" हैं) के तहत कम परिवर्तित होते हैं। यह देखा जा सकता है कि बेयरिंग की दृढ़ता, औसत द्रव दाब और धारक सतह क्षेत्रफल का एक साधारण फलन होता है, जैसा कि अधिकतम संरचना भार के साथ होता है। व्यवहार में, जब बेयरिंग वाली सतहों को एक साथ दाब दिया जाता है, तो द्रव का बहिर्वाह संकुचित होता है। यह बेयरिंग वाली सतहों के बीच द्रव के दाब को अधिक बढ़ा देता है। चूँकि द्रव धारण करने वाली सतहें रोलिंग सतहों की तुलना में तुलनात्मक रूप से बड़ी हो सकती हैं, अतः यहाँ तक कि छोटे द्रव दाब अंतर भी बड़े प्रत्यानयन बलों का कारण बनते हैं, जो अंतराल को व्यवस्थित रखते हैं। | ||
हालाँकि, डिस्क ड्राइव जैसे हल्के भार वाले बेयरिंगों में, सामान्य बॉल बेयरिंग दृढ़ता ~10^7 एमएन/एम है। तुलनीय द्रव बेयरिंगों में ~10^6 एमएन/एम की दृढ़ता होती है।{{Citation needed|date=September 2009}} इस कारण से, कुछ द्रव बेयरिंग, विशेष रूप से द्रवस्थैतिक बेयरिंग, दृढ़ता को बढ़ाने के लिए बेयरिंग को पूर्व-भारित करने के लिए अभिप्रायपूर्वक संरचित किए गए हैं। | |||
द्रव | द्रव बेयरिंग प्रायः स्वाभाविक रूप से महत्वपूर्ण अवमंदक जोड़ते हैं। यह जर्नल बेयरिंग (इसे कभी-कभी शंक्वाकार या रॉकिंग मोड कहा जाता है) की घूर्णाक्ष आवृत्तियों पर अनुनादों को कम करने में सहायता करता है। | ||
एक यांत्रिक | एक ऐसे यांत्रिक बेयरिंग का निर्माण बहुत कठिन है जो परमाणुविक रूप से चिकना और वृत्ताकार हो; और यांत्रिक बेयरिंग अभिकेन्द्री बल के कारण उच्च गति के संचालन में विरूपित हो जाते हैं। इसके विपरीत, साधारण कमियों और साधारण विकृतियों के लिए द्रव बेयरिंग स्वयं-सही होते हैं। | ||
रोलिंग- | द्रव बेयरिंग, रोलिंग-तत्व बेयरिंग की तुलना में सामान्यतः शांत और चिकनी (अधिक सुसंगत घर्षण) होते हैं। उदाहरण के लिए, द्रव बेयरिंग के साथ निर्मित हार्ड डिस्क ड्राइव में बेयरिंग/मोटर के लिए ध्वनि 20-24 [[ डेसिबल |डेसिबल]] के क्रम पर निर्धारित होती है, जो शांत कक्ष के पीछे की ध्वनि से थोड़ी अधिक है। रोलिंग-तत्व बेयरिंग पर आधारित ड्राइव सामान्यतः कम से कम 4 डेसिबल ध्वनि वाले होते हैं। | ||
बॉल या रोलिंग | द्रव बेयरिंग को बॉल या रोलिंग-तत्व बेयरिंग की तुलना में कम एनआरआरओ (अनावर्ती रन आउट) के साथ निर्मित किया जा सकता है। यह आधुनिक हार्ड डिस्क ड्राइव और अति-यथार्थ स्पिंडल में महत्वपूर्ण हो सकता है। | ||
आनमन पैड बेयरिंग का उपयोग संपीडक में शाफ्ट के समर्थन और अवस्थापन के लिए त्रिज्यीय बेयरिंग के रूप में किया जाता है। | |||
=== | === हानियाँ === | ||
* | *बेयरिंगों को घिसाव से बचाने के लिए दाब व्यवस्थित रखना चाहिए और द्रवस्थैतिक प्रकार दाब हटने पर पूर्णतः स्थिर हो सकते हैं। | ||
* | *समग्र विद्युत-उपभोग सामान्यतः बॉल बेयरिंग की तुलना में अधिक होता है। | ||
* | *विद्युत की खपत और दृढ़ता या अवमंदन ताप के साथ काफी भिन्न होता है, जो व्यापक ताप सीमा स्थितियों में द्रव बेयरिंग की संरचना और संचालन को जटिल बनाते हैं। | ||
*कई प्रकार के द्रव | *कई प्रकार के द्रव बेयरिंग विनाशकारी रूप से आघात की स्थिति या आपूर्ति दाब की अप्रत्याशित हानि के तहत अधिकृत कर सकते हैं। बॉल बेयरिंग अधिक धीरे-धीरे खराब होते हैं और ध्वनिक लक्षण प्रदान करते हैं। | ||
*बॉल बेयरिंग में केज | *एक बॉल बेयरिंग में केज आवृत्ति कम्पन के समान, अर्द्ध-आवृत्ति चक्र एक बेयरिंग अस्थिरता है जो उत्केंद्रित [[ अग्रगमन |अग्रगमन]] उत्पन्न करती है जिससे प्रदर्शन खराब और जीवनकाल कम हो सकता है। | ||
*द्रव का रिसाव; | *द्रव का रिसाव; द्रव प्रकारों के लिए बेयरिंग में द्रव रखना एक चुनौती हो सकती है, कुछ स्थितियों में निर्वात पुनर्प्राप्ति और निस्पंदन की आवश्यकता हो सकती है। | ||
*तेल द्रव | *तेल द्रव बेयरिंग उन वातावरणों में अव्यावहारिक हैं जहाँ तेल रिसाव विनाशकारी हो सकता है या प्रबंधन अधिक खर्चीला है। | ||
* | *बेयरिंग वाले "पैड" का उपयोग प्रायः युग्मों या त्रिकों में करना पड़ता है जिससे बेयरिंग को झुकने और एक ओर से द्रव पदार्थ की हानि को रोका जा सके। | ||
*ग्रीस रहित यांत्रिक | *ग्रीस रहित यांत्रिक बेयरिंगों के विपरीत, द्रव बेयरिंग कुछ विशेष वैज्ञानिक अनुसंधान अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक अत्यधिक कम ताप पर कार्य नहीं कर सकते। | ||
== कुछ द्रव | == कुछ द्रव बेयरिंग == | ||
[[ आइस स्केटिंग | | [[ आइस स्केटिंग |हिम स्केट]] एक ऐसी द्रवगतिक द्रव बेयरिंग का निर्माण करते हैं जहाँ स्केट और बर्फ, जल की एक परत से अलग हो जाते हैं। | ||
=== | === फ़ॉइल बेयरिंग === | ||
{{Main| | {{Main|फ़ॉइल बेयरिंग}} | ||
[[ पन्नी असर |फ़ॉइल | [[ पन्नी असर |फ़ॉइल बेयरिंग]] एक प्रकार का द्रव गतिक वायु बेयरिंग है जिसे वर्ष 1960 के दशक में [[ Garrett AiResearch |गैरेट एआईरिसर्च]] द्वारा उच्च-गति टरबाइन अनुप्रयोगों में प्रस्तुत किया गया था। ये कार्यकारी द्रव के रूप में एक गैस, सामान्यतः वायु का उपयोग करते हैं, और इसमें किसी बाह्य दाब प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन बेयरिंग के भौतिक संपर्क स्थापित करते समय स्पिन-अप और स्पिन-डाउन के दौरान घिसाव से रोकने के लिए सावधानीपूर्वक संरचना की आवश्यकता होती है। | ||
=== | === जल-स्नेहित रबर बेयरिंग === | ||
जल-स्नेहित रबर बेयरिंग में एक लंबा बेलनाकार धातु का कोश होता है जो अक्षीय खाँचे द्वारा अलग किए गए कई रबर स्टैव को होस्ट करता है। बेयरिंग के उपयोग के तीन प्रमुख लाभ हैं: (i) बेयरिंग के माध्यम से जाने वाले उत्तेजित जल को स्नेहक के रूप में आसानी से उपयोग किया जाता है, जो पंप संचालन लागत को कम करता है; (ii) जल प्रवाह ऊष्मा और सूक्ष्म कणों को बेयरिंग वाले खाँचे से दूर ले जाता है; और (iii) रबर की प्राकृतिक प्रत्यास्थता बेयरिंग को आघात और कंपन अवशोषण एवं घिसाव के प्रतिरोध के लिए अच्छे गुण प्रदान करती है। जल-स्नेहित रबर बेयरिंग मिश्रित स्नेहन की स्थिति में कार्य करते हैं।[[:en:Fluid_bearing#cite_note-5|<sup>[5]</sup>]] | |||
[[File:Collection of air bearings from Specialty Components.jpg|thumb|225x225px|रैखिक और | [[File:Collection of air bearings from Specialty Components.jpg|thumb|225x225px|रैखिक और घूर्णन गति प्रदान करने के लिए प्रयुक्त वायु बेयरिंग]] | ||
=== वायु | === वायु बेयरिंग === | ||
[[File:Luftlagerung einer Hochfrequenz-Spindel für das Leiterplattenbohren.jpg|thumb|225x225px| | [[File:Luftlagerung einer Hochfrequenz-Spindel für das Leiterplattenbohren.jpg|thumb|225x225px|मुद्रित परिपथ बोर्ड के लिए ड्रिल स्पिंडल पर एयर बेयरिंग]] | ||
संपर्क-रोलर | संपर्क-रोलर बेयरिंग के विपरीत, एक वायु बेयरिंग (या वायु कास्टर) सतहों के बीच अत्यधिक कम घर्षण भार-बेयरिंग अंतर्पृष्ठ प्रदान करने के लिए दाबित वायु की एक पतली फिल्म का उपयोग करता है। दो सतहें स्पर्श नहीं करती हैं। गैर-संपर्कित होने के कारण, वायु बेयरिंग घर्षण, घिसाव, कणों और स्नेहक के प्रबंधन की पारंपरिक बेयरिंग संबंधी समस्याओं को परिवर्जित करते हैं, और प्रतिघात एवं चिपकाव की कमी जैसी यथार्थ स्थिति और साथ ही उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में विशिष्ट लाभ प्रदान करते हैं। | ||
बेयरिंग की द्रव फिल्म वह वायु है जो बेयरिंग वाली सतह पर बेयरिंग के माध्यम से प्रवाहित होती है। वायु बेयरिंग की संरचना ऐसी है कि, हालाँकि वायु निरंतर बेयरिंग अंतराल से निकलती है, बेयरिंग की सतहों के बीच का दाब कार्य के भार का समर्थन करने के लिए पर्याप्त है। यह दाब बाह्यतः (वायुस्थैतिक) या आंतरिकतः (वायुगतिक) उत्पन्न हो सकता है। | |||
वायुगतिक बेयरिंग केवल उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में संचालित किए जा सकते हैं, जबकि निम्न गति वाले भार बेयरिंगों के लिए वायुस्थैतिक बेयरिंग की आवश्यकता होती है। दोनों प्रकारों के लिए अत्यधिक तैयार सतहों और यथार्थ निर्माण की आवश्यकता होती है। | |||
==== उदाहरण ==== | ==== उदाहरण ==== | ||
वायु हॉकी, वायुस्थैतिक बेयरिंग पर आधारित एक खेल है जो कम घर्षण प्रदान करने के लिए पक (डिस्क) और खिलाड़ियों के पैडल को निलंबित करता है और इस प्रकार उच्च पक गति को बनाए रखता है। बेयरिंग आवधिक छिद्रों वाले एक समतल का उपयोग करता है जो परिवेशी दाब के ठीक ऊपर वायु प्रदान करता है। पक और पैडल वायु पर टिके रहते हैं। | |||
=== | === मिशेल/किंग्सबरी/मीबा आनमन-पैड द्रव बेयरिंग === | ||
मिशेल/किंग्सबरी | मिशेल/किंग्सबरी द्रवगतिक आनमन-पैड बेयरिंग का आविष्कार ब्रिटिश मूल के ऑस्ट्रेलियाई नागरिक एंथोनी जॉर्ज माल्डन मिशेल और अमेरिकी धातुश्रांतिक अल्बर्ट किंग्सबरी दोनों ने स्वतंत्र रूप से और लगभग एक साथ किया था। पैडों को कीलकित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले दृष्टिकोण में अंतर के अतिरिक्त दोनों संरचनाएँ लगभग समान थीं। मिशेल ने गणितीय रूप से दाब वितरण को व्युत्पन्न किया जहाँ एक स्पैन-वार रेखा कीलक स्थापित किया गया था, जिससे भार को अधिकतम द्रव दाब के बिंदु के माध्यम से कार्य करने की अनुमति मिलती थी। किंग्सबरी पेटेंट में इस गणितीय दृष्टिकोण का अभाव था, और पैड के कीलक बिंदु को बेयरिंग के ज्यामितीय केंद्र में रखा गया था।[[:en:Fluid_bearing#cite_note-6|<sup>[6]</sup>]] मिशेल का पेटेंट (ब्रिटेन और ऑस्ट्रेलिया में) वर्ष 1905 में प्रदान किया गया था, जबकि किंग्सबरी का पहला पेटेंट प्रयास वर्ष 1907 में था। किंग्सबरी का यू.एस. पेटेंट अंततः वर्ष 1911 में प्रदान किया गया था जब इन्होंने प्रदर्शित किया कि ये कई वर्षों से इस अवधारणा पर कार्य कर रहे थे। मिशेल के एक दीर्घकालिक कर्मचारी सिडनी वॉकर के अनुसार, किंग्सबरी का पेटेंट स्वीकरण "एक ऐसा झटका था जिसे स्वीकार करना मिशेल के लिए कठिन था"। | ||
बेयरिंग में कीलकों पर अनुभागीय ''शूज़'' या ''पैड'' होते हैं। जब बेयरिंग संचालन में होता है, तो बेयरिंग का घूर्णन करने वाला हिस्सा स्वच्छ तेल को श्यान कर्षण के माध्यम से पैड क्षेत्र में ले जाता है। द्रव दाब पैड को थोड़ा झुका देता है, जिससे शू और अन्य धारक सतह के बीच एक संकुचित संकीर्णन उत्पन्न हो जाता है। इस संकीर्णन के पीछे दाबित द्रव के एक कील का निर्माण होता है, जो गतिमान भागों को अलग करता है। पैड का झुकाव बेयरिंग भार और गति के साथ अनुकूल रूप से परिवर्तित होता है। विभिन्न संरचना विवरण अतितापन और पैड क्षति से बचने के लिए तेल की निरंतर पुनःपूर्ति सुनिश्चित करते हैं।[[:en:Fluid_bearing#cite_note-SKF_Bearing-7|<sup>[7]</sup>]] | |||
मिशेल/किंग्सबरी | मिशेल/किंग्सबरी द्रव बेयरिंग का उपयोग सैकड़ों टन भार वाले टरबाइनों और जनित्रों को समर्थित करने के लिए जलविद्युत संयंत्रों सहित गुरु-कार्य घूर्णन उपकरणों की एक विस्तृत विविधता में किया जाता है। इनका उपयोग समुद्री प्रणोदन शाफ्ट जैसी अत्यधिक भारी मशीनरी में भी किया जाता है। | ||
यह संभावना है कि | यह संभावना है कि सेवा में पहला आनमन पैड वर्ष 1907 में जॉर्ज वीमोथ (निजी) लिमिटेड (ए.जी.एम. मिशेल के मार्गदर्शन में) द्वारा निर्मित गया था, जो मरे नदी, विक्टोरिया, ऑस्ट्रेलिया में कोहुना में एक अपकेंद्री पंप के लिए मिशेल द्वारा रेनॉल्ड के समीकरण के अपने त्रि-विमीय समाधान को प्रकाशित और पेटेंट कराने के केवल दो वर्ष बाद प्रकाशित हुआ था। वर्ष 1913 तक, समुद्री अनुप्रयोगों के लिए आनमन-पैड बेयरिंग के महान गुणों को मान्यता दी गई थी। क्रॉस-चैनल भापचालित नाव द ''पेरिस'', बेयरिंग के साथ सुसज्जित होने वाला पहला ब्रिटिश जहाज था, लेकिन प्रथम विश्व युद्ध के दौरान कई नौसैनिक जहाजों को समान रूप से सुसज्जित किया गया था। इसके व्यावहारिक परिणाम शानदार थे, कष्टप्रद क्षेप ब्लॉक प्रभावशाली रूप से छोटा और हल्का, सार्थक रूप से अत्यधिक कुशल, और उल्लेखनीय रूप से प्रबंधन की समस्याओं से मुक्त हो गया। यह अनुमान लगाया गया था कि रॉयल नेवी ने केवल वर्ष 1918 में मिशेल के आनमन-पैड बेयरिंग को स्थापित करने के परिणामस्वरूप 500,000 पाउंड मूल्य के कोयले की बचत की। | ||
एएसएमई (संदर्भ लिंक देखें) के अनुसार, अमेरिका में पहला | एएसएमई (संदर्भ लिंक देखें) के अनुसार, अमेरिका में पहला मिशेल/किंग्सबरी द्रव बेयरिंग वर्ष 1912 में होल्टवुड जलविद्युत शक्ति केंद्र (लैंकेस्टर, पेन्सिलवेनिया, यूएस के पास सुशेखना नदी पर) में स्थापित किया गया था। 2.25-टन बियरिंग लगभग 165 टन के घूर्णन द्रव्यमान के साथ एक जल टरबाइन और विद्युत जनित्र का समर्थन करता है और जल टरबाइन दाब 40 टन भार और जोड़ता है। बेयरिंग वर्ष 1912 से लगभग निरंतर सेवा में है, जिसमें कोई पुर्जा परिवर्तित नहीं किया गया है। एएसएमई ने बताया कि यह वर्ष 2000 तक भी सेवा में था। वर्ष 2002 तक, निर्माता का अनुमान था कि होल्टवुड में बेयरिंग का प्रबंधन-मुक्त जीवनकाल लगभग 1,300 वर्षों का होना चाहिए। | ||
अब तक | अब तक आनमन पैड बेयरिंग विस्तारक, पंप, गैस या भाप टरबाइन या संपीडक जैसे घूर्णन उपकरण के लिए एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं। 20वीं शताब्दी के प्रारम्भ से उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक बैबिट बेयरिंग के बाद मीबा जैसे आधुनिक निर्माता, उदाहरण के लिए बेयरिंग के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए कांस्य या कॉपर-क्रोमियम जैसी अन्य सामग्रियों का उपयोग करते हैं।[[:en:Fluid_bearing#cite_note-8|<sup>[8]</sup>]] | ||
== यह भी देखें == | == यह भी देखें == | ||
* सादे | * सादे बेयरिंग | ||
* | * क्यूगेल फव्वारा | ||
== संदर्भ == | == संदर्भ == | ||
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Latest revision as of 17:36, 3 February 2023
द्रव बेयरिंग ऐसे बेयरिंग होते हैं जिनमें भार को धारक सतहों के बीच तीव्र गतिमान दाबित द्रव या गैस की एक पतली परत द्वारा समर्थित किया जाता है।[1] चूँकि गतिमान भागों के बीच कोई संपर्क नहीं होता है, अतः यहाँ कोई सर्पी घर्षण नहीं होता है, जिससे द्रव बेयरिंगों में कई अन्य प्रकार के बेयरिंगों की तुलना में कम घर्षण, घिसाव और कंपन होता है। इस प्रकार, सुचारु रूप से संचालित किये जाने पर कुछ द्रव बेयरिंगों के लिए लगभग शून्य घिसाव संभव है।[1]
इन्हें साधारण रूप से दो प्रकारों, द्रव गतिक बेयरिंग (इसे हाइड्रोडाइनैमिक बेयरिंग के रूप में भी जाना जाता है) और द्रवस्थैतिक बेयरिंग में वर्गीकृत किया जा सकता है। द्रवस्थैतिक बेयरिंग बाह्य दाबित द्रव बेयरिंग होते हैं, जहाँ द्रव सामान्यतः तेल, जल या वायु होता है, और इस पर एक पंप द्वारा दाब आरोपित किया जाता है। द्रवगतिक बेयरिंग जर्नल की उच्च गति (द्रव पर स्थित शाफ्ट का हिस्सा) पर निर्भर करते हैं जिससे फलकों के बीच एक कील में द्रव पर दाब आरोपित किया जा सके। द्रव बेयरिंग प्रायः उच्च भार, उच्च गति या उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहाँ साधारण बॉल बेयरिंग का जीवनकाल छोटा होता है या उच्च ध्वनि और कंपन उत्पन्न करते हैं। लागत कम करने के लिए भी इनका उपयोग तीव्रता से किया गया है। उदाहरण के लिए, हार्ड डिस्क ड्राइव मोटर द्रव बेयरिंग इनके द्वारा प्रतिस्थापित बॉल बेयरिंग की तुलना में शांत और सस्ते दोनों हैं। इसके अनुप्रयोग बहुत बहुमुखी हैं और यहाँ तक कि इसका उपयोग लीडस्क्रू जैसी जटिल ज्यामिति में भी किया जा सकता है।[2]
द्रव बेयरिंग का आविष्कार संभवतः फ्रांसीसी सिविल अभियंता एलडी गिरार्ड द्वारा किया गया था, जिन्होंने वर्ष 1852 में रेलवे प्रणोदन की एक प्रणाली का प्रस्ताव रखा था जिसमें जल से भरे हुए द्रवचालित बेयरिंग सम्मिलित थे।[3][1]
संचालन
द्रव बेयरिंग संपर्कहीन बेयरिंग होते हैं जो गतिमान बेयरिंग सतहों के बीच तीव्र गतिमान दाबित द्रव या गैस तरल की एक पतली परत का उपयोग करते हैं, जो सामान्यतः घूर्णी शाफ्ट के चारों ओर या नीचे बंद होते हैं।[1] यहाँ गतिमान हिस्से संपर्क में नहीं आते हैं, इसलिए कोई सर्पी घर्षण नहीं होता है; भार बल एकल रूप से गतिमान द्रव के दाब द्वारा समर्थित होता है। द्रव को बेयरिंग में लाने की दो मुख्य विधियाँ हैं:
- द्रव स्थिर, द्रवस्थैतिक और कई गैस या वायु बेयरिंगों में, द्रव को छिद्र या छिद्रित सामग्री के माध्यम से उत्तेजित किया जाता है। इस प्रकार के बेयरिंगों को शाफ्ट स्थिति नियंत्रण प्रणाली से सुसज्जित किया जाना चाहिए, जो घूर्णन की गति और शाफ्ट भार के अनुसार द्रव के दाब और खपत को समायोजित करता है।[4]
- द्रव-गतिक बेयरिंगों में, बेयरिंग घूर्णन द्रव पदार्थ का चूषण बेयरिंग की आंतरिक सतह पर करता है, जिससे शाफ्ट के नीचे या उसके चारों ओर एक स्नेहन वेज का निर्माण होता है।
द्रवस्थैतिक बेयरिंग एक बाह्य पंप पर निर्भर करते हैं। इस पंप द्वारा आवश्यक शक्ति, बेयरिंग घर्षण और अन्य जैसी निकाय की ऊर्जा हानि में योगदान देती है। बेहतर सीलें रिसाव दर और पम्पिंग शक्ति को कम कर सकती हैं, लेकिन घर्षण को बढ़ा सकती हैं।
द्रवगतिक बेयरिंग, बेयरिंग में द्रव के चूषण के लिए बेयरिंग की गति पर निर्भर करते हैं, और इनमें संरचना से कम गति पर या प्रारंभ होने और रुकने के दौरान उच्च घर्षण और कम जीवनकाल हो सकता है। द्रवगतिक बेयरिंग को हानि से बचाने के लिए प्रारंभ करने और सुषुप्त (शटडाउन) करने के लिए एक बाह्य पंप या द्वितीयक बेयरिंग का उपयोग किया जा सकता है। द्वितीयक बेयरिंग में उच्च घर्षण और कम संचालन जीवनकाल हो सकता है, लेकिन यदि बेयरिंग बार-बार प्रारंभ होती है और बंद होती है तो इसमें एक अच्छा समग्र सेवा जीवनकाल होता है।
द्रवगतिक स्नेहन
द्रवगतिक (एचडी) स्नेहन (जिसे द्रव-फिल्म स्नेहन के रूप में भी जाना जाता है) में निम्न आवश्यक तत्व होते हैं:
- एक स्नेहक, जो एक श्यान द्रव होना चाहिए।
- बेयरिंग और जर्नल के बीच द्रव का द्रवगतिक प्रवाह व्यवहार।
- जिन सतहों के बीच द्रव फिल्में गति करती हैं, उन्हें अभिसारी होना चाहिए।
द्रवगतिक (पूर्ण फिल्म) स्नेहन तब प्राप्त होता है जब स्नेहक की एक ससंजक फिल्म द्वारा दो संगम सतहों को पूर्णतः पृथक किया जाता है।
इस प्रकार फिल्म की मोटाई सतहों की रूक्षता से अधिक हो जाती है। घर्षण गुणांक सीमा-परत स्नेहन की तुलना में कम होता है। द्रवगतिक स्नेहन गतिमान भागों में घिसाव को और धातु से धातु के संपर्क को रोकता है।
द्रवगतिक स्नेहन के लिए पतली, अभिसरण द्रव फिल्मों की आवश्यकता होती है। ये द्रव, तरल या गैस हो सकते हैं, इसलिए ये लम्बे समय तक श्यानता प्रदर्शित करते हैं। कंप्यूटर के पंखे और हार्ड डिस्क ड्राइव के समान घूर्णी उपकरण में, शीर्ष ऐसे द्रवगतिक स्नेहन द्वारा समर्थित होते हैं जिसमें द्रव फिल्म के रूप में वातावरण होता है।
इन फिल्मों की माप माइक्रोमीटर के क्रम में होती है। इनका अभिसरण उन सतहों पर सामान्य दाबों का निर्माण करता है जिनसे ये संपर्क करते हैं, और इन्हें अलग होने के लिए प्रेरित करते हैं।
तीन प्रकार के बेयरिंगों में सम्मिलित हैं:
- स्व-क्रिया: फिल्म सापेक्ष गति के कारण उपस्थित होती है। उदाहरण, सर्पिल खाँचा बेयरिंग।
- निष्पीडन फिल्म: फिल्म सापेक्ष सामान्य गति के कारण उपस्थित होती है।
- बाह्य दाब: फिल्म बाह्य दाब के कारण उपस्थित होती है।
वैचारिक रूप से बेयरिंगों को दो प्रमुख ज्यामितीय वर्गों के रूप में माना जा सकता है: बेयरिंग-जर्नल (घर्षणरोधी), और समतल-सर्पी (घर्षण)।
रेनॉल्ड समीकरण का उपयोग द्रव पदार्थों के लिए शासी सिद्धांतों को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। ध्यान दें कि जब गैसों का उपयोग किया जाता है, तो उनकी व्युत्पत्ति अधिक सम्मिलित होती है।
पतली फिल्मों के बारे में यह विचार जा सकता है कि उन पर दाब और श्यान बल कार्य कर रहे हैं। चूँकि वेग में अंतर होता है इसलिए सतह कर्षण सदिशों में भी अंतर होता है। द्रव्यमान संरक्षण के कारण हम दाब में एक वृद्धि भी मान सकते हैं, जिससे पिंड के बल भिन्न हो जाते हैं।
- द्रवगतिक स्नेहन - विशेषताएँ:
- भार बढ़ने पर न्यूनतम मोटाई के बिंदु पर द्रव फिल्म की मोटाई घट जाती है
- भार के कारण फिल्म की मोटाई घटने से द्रव द्रव्यमान के भीतर दाब बढ़ जाता है
- द्रव द्रव्यमान के भीतर दाब, न्यूनतम निष्कासन के समीप पहुँचने वाले किसी बिंदु पर सबसे बड़ा और अधिकतम निष्कासन (विचलन के कारण) के बिंदु पर सबसे कम होता है
- दाब बढ़ने पर श्यानता बढ़ जाती है (अपरूपण के लिए अधिक प्रतिरोध)
- अधिक श्यान द्रव पदार्थों के उपयोग से न्यूनतम निष्कासन के बिंदु पर फिल्म की मोटाई बढ़ जाती है
- समान भार के साथ द्रव की श्यानता बढ़ने पर दाब बढ़ता है
- दिए गए भार और द्रव के साथ, गति बढ़ने पर फिल्म की मोटाई बढ़ती है
- स्नेहक की श्यानता अधिक होने पर द्रव का घर्षण बढ़ जाता है
- द्रवगतिक स्थिति - द्रव वेग:
- द्रव का वेग जर्नल या राइडर के वेग पर निर्भर करता है
- सापेक्ष वेग में वृद्धि जर्नल बियरिंग केंद्रों की उत्केन्द्रता में कमी की ओर प्रवृत्त होती है
- यह अधिक से अधिक न्यूनतम फिल्म मोटाई के साथ होता है
- द्रवगतिक स्थिति - भार:
- भार बढ़ने से फिल्म की न्यूनतम मोटाई घट जाती है
- प्रतिकारी बल प्रदान करने के लिए यह फिल्म द्रव्यमान के भीतर दाब को भी बढ़ाता है
- दाब सभी दिशाओं में कार्य करता है, इसलिए यह बेयरिंग के सिरों से तेल को निचोड़ता है
- दाब बढ़ने से द्रव की श्यानता बढ़ जाती है
बेयरिंग अभिलक्षणिक संख्या: चूँकि श्यानता, वेग और भार एक द्रवगतिक स्थिति की विशेषताओं को निर्धारित करते हैं, अतः फिल्म की मोटाई पर इनके प्रभावों के आधार पर एक बेयरिंग अभिलक्षणिक संख्या विकसित की गई थी।
- वेग में वृद्धि फिल्म की न्यूनतम मोटाई में वृद्धि करती है।
- श्यानता में वृद्धि फिल्म की न्यूनतम मोटाई में वृद्धि करती है।
- भार में वृद्धि फिल्म की न्यूनतम मोटाई को कम करती है।
इसलिए,
- श्यानता × वेग/इकाई भार = एक विमाहीन संख्या = C
C को 'बेयरिंग अभिलक्षणिक संख्या' के रूप में जाना जाता है।
कुछ सीमा तक, C का मान यह संकेत देता है कि यहाँ द्रवगतिक स्नेहन होगा या नहीं।
संचालन के अभिलक्षण
द्रव बेयरिंग, समान भार दर वाले अन्य बेयरिंगों की तुलना में अपेक्षाकृत सस्ते हो सकते हैं। बेयरिंग कार्यकारी द्रव को धारण के लिए सील वाली दो सहज सतहों के रूप में सरल हो सकती है। इसके विपरीत, एक पारंपरिक रोलिंग-तत्व बेयरिंग को जटिल आकार वाले कई उच्च-यथार्थ रोलरों की आवश्यकता हो सकती है। द्रवस्थैतिक और कई गैस बेयरिंगों में बाह्य पंपों की जटिलता और व्यय होता है।
अधिकांश द्रव बेयरिंगों को बहुत कम या किसी प्रबंधन की आवश्यकता नहीं होती है, और इनका जीवनकाल लगभग असीमित होता है। पारंपरिक रोलिंग-तत्व बेयरिंग का जीवनकाल सामान्यतः कम होता है और इसमें नियमित प्रबंधन की आवश्यकता होती है। उत्तेजित की गईं द्रवस्थैतिक और वायुस्थैतिक (गैस) बेयरिंग संरचनाएँ कम घर्षण को शून्य गति तक बनाए रखती हैं और इसमें प्रारंभ/बंद घिसाव से पीड़ित होने की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन शर्त यह है कि पंप विफल नहीं होता है।
द्रव बेयरिंगों में सामान्यतः घर्षण बहुत कम होता है, जो कि यांत्रिक बेयरिंगों की तुलना में अत्यधिक बेहतर है। द्रव बेयरिंग में घर्षण का एक स्रोत गतिमान घर्षण की ओर द्रव की श्यानता है जो गति के साथ बढ़ता है, लेकिन स्थैतिक घर्षण सामान्यतः नगण्य होता है। द्रवस्थैतिक गैस बेयरिंग अतितीव्र गति पर भी सबसे कम घर्षण बेयरिंगों में से हैं। हालाँकि, कम द्रव श्यानता का अर्थ सामान्यतः बेयरिंग वाली सतहों से द्रव पदार्थ का तीव्र रिसाव होता है, इस प्रकार पंपों के लिए बढ़ी हुई शक्ति या सील से घर्षण की आवश्यकता होती है।
जब एक रोलर या बॉल को अत्यधिक भार किया जाता है, तो द्रव बेयरिंग में ऐसे निष्कासन होते हैं जो यांत्रिक बेयरिंग की तुलना में भार ("दृढ़" हैं) के तहत कम परिवर्तित होते हैं। यह देखा जा सकता है कि बेयरिंग की दृढ़ता, औसत द्रव दाब और धारक सतह क्षेत्रफल का एक साधारण फलन होता है, जैसा कि अधिकतम संरचना भार के साथ होता है। व्यवहार में, जब बेयरिंग वाली सतहों को एक साथ दाब दिया जाता है, तो द्रव का बहिर्वाह संकुचित होता है। यह बेयरिंग वाली सतहों के बीच द्रव के दाब को अधिक बढ़ा देता है। चूँकि द्रव धारण करने वाली सतहें रोलिंग सतहों की तुलना में तुलनात्मक रूप से बड़ी हो सकती हैं, अतः यहाँ तक कि छोटे द्रव दाब अंतर भी बड़े प्रत्यानयन बलों का कारण बनते हैं, जो अंतराल को व्यवस्थित रखते हैं।
हालाँकि, डिस्क ड्राइव जैसे हल्के भार वाले बेयरिंगों में, सामान्य बॉल बेयरिंग दृढ़ता ~10^7 एमएन/एम है। तुलनीय द्रव बेयरिंगों में ~10^6 एमएन/एम की दृढ़ता होती है।[citation needed] इस कारण से, कुछ द्रव बेयरिंग, विशेष रूप से द्रवस्थैतिक बेयरिंग, दृढ़ता को बढ़ाने के लिए बेयरिंग को पूर्व-भारित करने के लिए अभिप्रायपूर्वक संरचित किए गए हैं।
द्रव बेयरिंग प्रायः स्वाभाविक रूप से महत्वपूर्ण अवमंदक जोड़ते हैं। यह जर्नल बेयरिंग (इसे कभी-कभी शंक्वाकार या रॉकिंग मोड कहा जाता है) की घूर्णाक्ष आवृत्तियों पर अनुनादों को कम करने में सहायता करता है।
एक ऐसे यांत्रिक बेयरिंग का निर्माण बहुत कठिन है जो परमाणुविक रूप से चिकना और वृत्ताकार हो; और यांत्रिक बेयरिंग अभिकेन्द्री बल के कारण उच्च गति के संचालन में विरूपित हो जाते हैं। इसके विपरीत, साधारण कमियों और साधारण विकृतियों के लिए द्रव बेयरिंग स्वयं-सही होते हैं।
द्रव बेयरिंग, रोलिंग-तत्व बेयरिंग की तुलना में सामान्यतः शांत और चिकनी (अधिक सुसंगत घर्षण) होते हैं। उदाहरण के लिए, द्रव बेयरिंग के साथ निर्मित हार्ड डिस्क ड्राइव में बेयरिंग/मोटर के लिए ध्वनि 20-24 डेसिबल के क्रम पर निर्धारित होती है, जो शांत कक्ष के पीछे की ध्वनि से थोड़ी अधिक है। रोलिंग-तत्व बेयरिंग पर आधारित ड्राइव सामान्यतः कम से कम 4 डेसिबल ध्वनि वाले होते हैं।
द्रव बेयरिंग को बॉल या रोलिंग-तत्व बेयरिंग की तुलना में कम एनआरआरओ (अनावर्ती रन आउट) के साथ निर्मित किया जा सकता है। यह आधुनिक हार्ड डिस्क ड्राइव और अति-यथार्थ स्पिंडल में महत्वपूर्ण हो सकता है।
आनमन पैड बेयरिंग का उपयोग संपीडक में शाफ्ट के समर्थन और अवस्थापन के लिए त्रिज्यीय बेयरिंग के रूप में किया जाता है।
हानियाँ
- बेयरिंगों को घिसाव से बचाने के लिए दाब व्यवस्थित रखना चाहिए और द्रवस्थैतिक प्रकार दाब हटने पर पूर्णतः स्थिर हो सकते हैं।
- समग्र विद्युत-उपभोग सामान्यतः बॉल बेयरिंग की तुलना में अधिक होता है।
- विद्युत की खपत और दृढ़ता या अवमंदन ताप के साथ काफी भिन्न होता है, जो व्यापक ताप सीमा स्थितियों में द्रव बेयरिंग की संरचना और संचालन को जटिल बनाते हैं।
- कई प्रकार के द्रव बेयरिंग विनाशकारी रूप से आघात की स्थिति या आपूर्ति दाब की अप्रत्याशित हानि के तहत अधिकृत कर सकते हैं। बॉल बेयरिंग अधिक धीरे-धीरे खराब होते हैं और ध्वनिक लक्षण प्रदान करते हैं।
- एक बॉल बेयरिंग में केज आवृत्ति कम्पन के समान, अर्द्ध-आवृत्ति चक्र एक बेयरिंग अस्थिरता है जो उत्केंद्रित अग्रगमन उत्पन्न करती है जिससे प्रदर्शन खराब और जीवनकाल कम हो सकता है।
- द्रव का रिसाव; द्रव प्रकारों के लिए बेयरिंग में द्रव रखना एक चुनौती हो सकती है, कुछ स्थितियों में निर्वात पुनर्प्राप्ति और निस्पंदन की आवश्यकता हो सकती है।
- तेल द्रव बेयरिंग उन वातावरणों में अव्यावहारिक हैं जहाँ तेल रिसाव विनाशकारी हो सकता है या प्रबंधन अधिक खर्चीला है।
- बेयरिंग वाले "पैड" का उपयोग प्रायः युग्मों या त्रिकों में करना पड़ता है जिससे बेयरिंग को झुकने और एक ओर से द्रव पदार्थ की हानि को रोका जा सके।
- ग्रीस रहित यांत्रिक बेयरिंगों के विपरीत, द्रव बेयरिंग कुछ विशेष वैज्ञानिक अनुसंधान अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक अत्यधिक कम ताप पर कार्य नहीं कर सकते।
कुछ द्रव बेयरिंग
हिम स्केट एक ऐसी द्रवगतिक द्रव बेयरिंग का निर्माण करते हैं जहाँ स्केट और बर्फ, जल की एक परत से अलग हो जाते हैं।
फ़ॉइल बेयरिंग
फ़ॉइल बेयरिंग एक प्रकार का द्रव गतिक वायु बेयरिंग है जिसे वर्ष 1960 के दशक में गैरेट एआईरिसर्च द्वारा उच्च-गति टरबाइन अनुप्रयोगों में प्रस्तुत किया गया था। ये कार्यकारी द्रव के रूप में एक गैस, सामान्यतः वायु का उपयोग करते हैं, और इसमें किसी बाह्य दाब प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन बेयरिंग के भौतिक संपर्क स्थापित करते समय स्पिन-अप और स्पिन-डाउन के दौरान घिसाव से रोकने के लिए सावधानीपूर्वक संरचना की आवश्यकता होती है।
जल-स्नेहित रबर बेयरिंग
जल-स्नेहित रबर बेयरिंग में एक लंबा बेलनाकार धातु का कोश होता है जो अक्षीय खाँचे द्वारा अलग किए गए कई रबर स्टैव को होस्ट करता है। बेयरिंग के उपयोग के तीन प्रमुख लाभ हैं: (i) बेयरिंग के माध्यम से जाने वाले उत्तेजित जल को स्नेहक के रूप में आसानी से उपयोग किया जाता है, जो पंप संचालन लागत को कम करता है; (ii) जल प्रवाह ऊष्मा और सूक्ष्म कणों को बेयरिंग वाले खाँचे से दूर ले जाता है; और (iii) रबर की प्राकृतिक प्रत्यास्थता बेयरिंग को आघात और कंपन अवशोषण एवं घिसाव के प्रतिरोध के लिए अच्छे गुण प्रदान करती है। जल-स्नेहित रबर बेयरिंग मिश्रित स्नेहन की स्थिति में कार्य करते हैं।[5]
वायु बेयरिंग
संपर्क-रोलर बेयरिंग के विपरीत, एक वायु बेयरिंग (या वायु कास्टर) सतहों के बीच अत्यधिक कम घर्षण भार-बेयरिंग अंतर्पृष्ठ प्रदान करने के लिए दाबित वायु की एक पतली फिल्म का उपयोग करता है। दो सतहें स्पर्श नहीं करती हैं। गैर-संपर्कित होने के कारण, वायु बेयरिंग घर्षण, घिसाव, कणों और स्नेहक के प्रबंधन की पारंपरिक बेयरिंग संबंधी समस्याओं को परिवर्जित करते हैं, और प्रतिघात एवं चिपकाव की कमी जैसी यथार्थ स्थिति और साथ ही उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में विशिष्ट लाभ प्रदान करते हैं।
बेयरिंग की द्रव फिल्म वह वायु है जो बेयरिंग वाली सतह पर बेयरिंग के माध्यम से प्रवाहित होती है। वायु बेयरिंग की संरचना ऐसी है कि, हालाँकि वायु निरंतर बेयरिंग अंतराल से निकलती है, बेयरिंग की सतहों के बीच का दाब कार्य के भार का समर्थन करने के लिए पर्याप्त है। यह दाब बाह्यतः (वायुस्थैतिक) या आंतरिकतः (वायुगतिक) उत्पन्न हो सकता है।
वायुगतिक बेयरिंग केवल उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में संचालित किए जा सकते हैं, जबकि निम्न गति वाले भार बेयरिंगों के लिए वायुस्थैतिक बेयरिंग की आवश्यकता होती है। दोनों प्रकारों के लिए अत्यधिक तैयार सतहों और यथार्थ निर्माण की आवश्यकता होती है।
उदाहरण
वायु हॉकी, वायुस्थैतिक बेयरिंग पर आधारित एक खेल है जो कम घर्षण प्रदान करने के लिए पक (डिस्क) और खिलाड़ियों के पैडल को निलंबित करता है और इस प्रकार उच्च पक गति को बनाए रखता है। बेयरिंग आवधिक छिद्रों वाले एक समतल का उपयोग करता है जो परिवेशी दाब के ठीक ऊपर वायु प्रदान करता है। पक और पैडल वायु पर टिके रहते हैं।
मिशेल/किंग्सबरी/मीबा आनमन-पैड द्रव बेयरिंग
मिशेल/किंग्सबरी द्रवगतिक आनमन-पैड बेयरिंग का आविष्कार ब्रिटिश मूल के ऑस्ट्रेलियाई नागरिक एंथोनी जॉर्ज माल्डन मिशेल और अमेरिकी धातुश्रांतिक अल्बर्ट किंग्सबरी दोनों ने स्वतंत्र रूप से और लगभग एक साथ किया था। पैडों को कीलकित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले दृष्टिकोण में अंतर के अतिरिक्त दोनों संरचनाएँ लगभग समान थीं। मिशेल ने गणितीय रूप से दाब वितरण को व्युत्पन्न किया जहाँ एक स्पैन-वार रेखा कीलक स्थापित किया गया था, जिससे भार को अधिकतम द्रव दाब के बिंदु के माध्यम से कार्य करने की अनुमति मिलती थी। किंग्सबरी पेटेंट में इस गणितीय दृष्टिकोण का अभाव था, और पैड के कीलक बिंदु को बेयरिंग के ज्यामितीय केंद्र में रखा गया था।[6] मिशेल का पेटेंट (ब्रिटेन और ऑस्ट्रेलिया में) वर्ष 1905 में प्रदान किया गया था, जबकि किंग्सबरी का पहला पेटेंट प्रयास वर्ष 1907 में था। किंग्सबरी का यू.एस. पेटेंट अंततः वर्ष 1911 में प्रदान किया गया था जब इन्होंने प्रदर्शित किया कि ये कई वर्षों से इस अवधारणा पर कार्य कर रहे थे। मिशेल के एक दीर्घकालिक कर्मचारी सिडनी वॉकर के अनुसार, किंग्सबरी का पेटेंट स्वीकरण "एक ऐसा झटका था जिसे स्वीकार करना मिशेल के लिए कठिन था"।
बेयरिंग में कीलकों पर अनुभागीय शूज़ या पैड होते हैं। जब बेयरिंग संचालन में होता है, तो बेयरिंग का घूर्णन करने वाला हिस्सा स्वच्छ तेल को श्यान कर्षण के माध्यम से पैड क्षेत्र में ले जाता है। द्रव दाब पैड को थोड़ा झुका देता है, जिससे शू और अन्य धारक सतह के बीच एक संकुचित संकीर्णन उत्पन्न हो जाता है। इस संकीर्णन के पीछे दाबित द्रव के एक कील का निर्माण होता है, जो गतिमान भागों को अलग करता है। पैड का झुकाव बेयरिंग भार और गति के साथ अनुकूल रूप से परिवर्तित होता है। विभिन्न संरचना विवरण अतितापन और पैड क्षति से बचने के लिए तेल की निरंतर पुनःपूर्ति सुनिश्चित करते हैं।[7]
मिशेल/किंग्सबरी द्रव बेयरिंग का उपयोग सैकड़ों टन भार वाले टरबाइनों और जनित्रों को समर्थित करने के लिए जलविद्युत संयंत्रों सहित गुरु-कार्य घूर्णन उपकरणों की एक विस्तृत विविधता में किया जाता है। इनका उपयोग समुद्री प्रणोदन शाफ्ट जैसी अत्यधिक भारी मशीनरी में भी किया जाता है।
यह संभावना है कि सेवा में पहला आनमन पैड वर्ष 1907 में जॉर्ज वीमोथ (निजी) लिमिटेड (ए.जी.एम. मिशेल के मार्गदर्शन में) द्वारा निर्मित गया था, जो मरे नदी, विक्टोरिया, ऑस्ट्रेलिया में कोहुना में एक अपकेंद्री पंप के लिए मिशेल द्वारा रेनॉल्ड के समीकरण के अपने त्रि-विमीय समाधान को प्रकाशित और पेटेंट कराने के केवल दो वर्ष बाद प्रकाशित हुआ था। वर्ष 1913 तक, समुद्री अनुप्रयोगों के लिए आनमन-पैड बेयरिंग के महान गुणों को मान्यता दी गई थी। क्रॉस-चैनल भापचालित नाव द पेरिस, बेयरिंग के साथ सुसज्जित होने वाला पहला ब्रिटिश जहाज था, लेकिन प्रथम विश्व युद्ध के दौरान कई नौसैनिक जहाजों को समान रूप से सुसज्जित किया गया था। इसके व्यावहारिक परिणाम शानदार थे, कष्टप्रद क्षेप ब्लॉक प्रभावशाली रूप से छोटा और हल्का, सार्थक रूप से अत्यधिक कुशल, और उल्लेखनीय रूप से प्रबंधन की समस्याओं से मुक्त हो गया। यह अनुमान लगाया गया था कि रॉयल नेवी ने केवल वर्ष 1918 में मिशेल के आनमन-पैड बेयरिंग को स्थापित करने के परिणामस्वरूप 500,000 पाउंड मूल्य के कोयले की बचत की।
एएसएमई (संदर्भ लिंक देखें) के अनुसार, अमेरिका में पहला मिशेल/किंग्सबरी द्रव बेयरिंग वर्ष 1912 में होल्टवुड जलविद्युत शक्ति केंद्र (लैंकेस्टर, पेन्सिलवेनिया, यूएस के पास सुशेखना नदी पर) में स्थापित किया गया था। 2.25-टन बियरिंग लगभग 165 टन के घूर्णन द्रव्यमान के साथ एक जल टरबाइन और विद्युत जनित्र का समर्थन करता है और जल टरबाइन दाब 40 टन भार और जोड़ता है। बेयरिंग वर्ष 1912 से लगभग निरंतर सेवा में है, जिसमें कोई पुर्जा परिवर्तित नहीं किया गया है। एएसएमई ने बताया कि यह वर्ष 2000 तक भी सेवा में था। वर्ष 2002 तक, निर्माता का अनुमान था कि होल्टवुड में बेयरिंग का प्रबंधन-मुक्त जीवनकाल लगभग 1,300 वर्षों का होना चाहिए।
अब तक आनमन पैड बेयरिंग विस्तारक, पंप, गैस या भाप टरबाइन या संपीडक जैसे घूर्णन उपकरण के लिए एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं। 20वीं शताब्दी के प्रारम्भ से उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक बैबिट बेयरिंग के बाद मीबा जैसे आधुनिक निर्माता, उदाहरण के लिए बेयरिंग के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए कांस्य या कॉपर-क्रोमियम जैसी अन्य सामग्रियों का उपयोग करते हैं।[8]
यह भी देखें
- सादे बेयरिंग
- क्यूगेल फव्वारा
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Rowe, W. Brian (2012). Hydrostatic, Aerostatic and Hybrid Bearing Design. Butterworth-Heinemann. pp. 1–4. ISBN 0123972396.
- ↑ [1], "Hydrostatic nut and lead screw assembly, and method of forming said nut", issued 1994-12-29
- ↑ Girard, L. Dominique (1852). Hydraulique appliquée. Nouveau système de locomotion sur les chemins de fer (Applied hydraulics. New locomotion system for railways). Ecole Polytechnique.
- ↑ Il’ina T.E., Prodan N.V. (2015). "Element design for an inkjet system of hydrostatic gas bearing control". Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 15 (5): 921–929.
