টারবাইন শ্যাফ্ট ব্যাস গণনা: শক্তি, গতি, শিয়ার স্ট্রেস এবং মোচড়ের সীমা

একটি টারবাইন শ্যাফ্টকে অবশ্যই শক্তি প্রেরণ করতে হবে যখন বিকৃতি প্রতিরোধ করে এবং নির্ভরযোগ্য রটার আচরণ বজায় রাখে। শক্তি এবং ঘূর্ণন গতি প্রেরিত ঘূর্ণন সঁচারক বল স্থাপন করে, কিন্তু টর্ক একা সমাপ্ত শ্যাফ্ট সংজ্ঞায়িত করতে পারে না। প্রকৌশলীরা নমন, ক্লান্তি, তাপমাত্রা এবং রটার গতিবিদ্যা পরীক্ষা করার আগে একটি প্রাথমিক ব্যাস অবশ্যই অনুমোদিত শিয়ার স্ট্রেস এবং টর্সনাল টুইস্ট উভয়কেই সন্তুষ্ট করতে হবে। ব্যবহারিক সূচনা বিন্দু তাই গণনার একটি জোড়া: একটি শক্তির জন্য এবং অন্যটি কঠোরতার জন্য। নীচের পদ্ধতিটি ইলাস্টিক টরশনের অধীনে একটি আদর্শ কঠিন বৃত্তাকার খাদের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য। এটি একটি প্রাথমিক প্রকৌশল অনুমান প্রদান করে, একটি সম্পূর্ণ স্টিম টারবাইন রটার ডিজাইন পদ্ধতি বা একটি উত্পাদন প্রকাশের মাত্রা নয়।

টারবাইন শ্যাফ্টের ব্যাস কেন গুরুত্বপূর্ণ

ব্যাস দৃঢ়ভাবে ঘূর্ণন সঁচারক বল ক্ষমতা এবং মোচড়ের প্রতিরোধকে প্রভাবিত করে। একটি কঠিন বৃত্তাকার অংশের জন্য, টরসিয়াল শিয়ার স্ট্রেস কিউব করা ব্যাসের সাথে বিপরীতভাবে পরিবর্তিত হয়, যখন টুইস্ট চতুর্থ শক্তিতে ব্যাসের সাথে বিপরীতভাবে পরিবর্তিত হয়। একটি পরিমিত মাত্রিক পরিবর্তন তাই যথেষ্ট প্রভাব ফেলতে পারে।

একটি আন্ডারসাইজড টারবাইন শ্যাফ্ট তার স্ট্রেস সীমা অতিক্রম করতে পারে, অতিরিক্ত মোচড় দিতে পারে বা অগ্রহণযোগ্য ইন্টারফেস আচরণ তৈরি করতে পারে। ব্যাস ক্রমবর্ধমান এই নামমাত্র টরসিয়াল চাহিদা হ্রাস করে, কিন্তু এটি উপাদান যোগ করে, ভর বন্টন পরিবর্তন করে, বিয়ারিং এবং কাপলিং ইন্টারফেসকে প্রভাবিত করে এবং রটারের গতিশীল বৈশিষ্ট্যগুলিকে পরিবর্তন করে। আরো উপাদান স্বয়ংক্রিয়ভাবে একটি ভাল সিস্টেম ডিজাইন নয়.

দরকারী প্রশ্ন হল কোন প্রয়োজনীয়তা প্রতিটি খাদ বিভাগ নিয়ন্ত্রণ করে। একটি জার্নাল, কাপলিং সিট এবং রটার বডি অগত্যা অভিন্ন লোড বহন করে না বা অভিন্ন ব্যাসের প্রয়োজন হয় না। প্রাথমিক গণনাগুলি পুরো রটার বরাবর একটি বড় আকারের মাত্রাকে উত্সাহিত করার পরিবর্তে একটি ধাপযুক্ত শ্যাফ্ট লেআউটকে সমর্থন করা উচিত।

ধাপ 1 — শক্তি এবং গতি থেকে শ্যাফ্ট টর্ক গণনা করুন

বিভাগের মাধ্যমে প্রেরিত যান্ত্রিক শক্তি এবং এর ঘূর্ণন গতি থেকে টর্ক গণনা করুন। প্রয়োজনীয় দক্ষতা এবং ড্রাইভট্রেনের সমন্বয় ছাড়াই বাষ্প থার্মাল ইনপুট বা জেনারেটরের বৈদ্যুতিক আউটপুট নয়, শ্যাফ্ট আউটপুট পাওয়ার ব্যবহার করুন।

T = 9550P/n

• টি: এন·এম-এ প্রেরিত টর্ক।

• P: কিলোওয়াটে যান্ত্রিক শক্তি।

• n: rpm-এ ঘূর্ণন গতি।

গুণনীয়ক 9550 60,000/(2π) থেকে পূর্ণ হয়। এটি P = Tω থেকে অনুসরণ করে, যার শক্তি ওয়াট এবং কৌণিক বেগ ω = 2πn/60 রেডিয়ানে প্রতি সেকেন্ডে। সমীকরণের kW সংস্করণে ওয়াট সন্নিবেশ করবেন না।

কাজের উদাহরণ: 3,000 rpm-এ 1,000 kW

এই উদাহরণের সমস্ত মান হল দৃষ্টান্তমূলক অনুমান। এগুলি একটি প্রকৃত বাষ্প টারবাইনের জন্য নির্দিষ্টকরণ নয়। অনুমান করুন একটি অভিন্ন কঠিন শ্যাফ্ট 3,000 rpm এ 1,000 কিলোওয়াট প্রেরণ করে:

T = 9550 × 1000 / 3000 ≈ 3183 N·m

একই শক্তি এবং 1,500 rpm-এ, টর্ক প্রায় দ্বিগুণ হবে 6,367 N·m। অপরিবর্তিত অনুমোদনযোগ্য শিয়ার স্ট্রেসের অধীনে, শক্তি-ভিত্তিক ব্যাস দুইটির ঘনমূল বা প্রায় 26% দ্বারা বৃদ্ধি পাবে। এটি ব্যাখ্যা করে কেন নিম্ন-গতির ট্রান্সমিশনের জন্য একটি বড় টারবাইন শ্যাফ্ট প্রয়োজন হতে পারে।

সমীকরণটি স্থির পাওয়ার ট্রান্সমিশন বর্ণনা করে। স্টার্টআপ, ট্রিপ, লোড প্রত্যাখ্যান এবং অন্যান্য ট্রানজিয়েন্টের জন্য তাদের নিজস্ব টর্ক মূল্যায়ন প্রয়োজন। শূন্যের কাছাকাছি গতির দ্বারা রেট করা শক্তি ভাগ করা স্টার্টআপ টর্ক পাওয়ার একটি বৈধ উপায় নয়; প্রকৃত অপারেটিং লোড কেস স্থাপন করা আবশ্যক।

ধাপ 2 — অনুমোদিত শিয়ার স্ট্রেসের উপর ভিত্তি করে শ্যাফ্ট ব্যাস গণনা করুন

বিশুদ্ধ, রৈখিক-ইলাস্টিক টর্শনের অধীনে একটি কঠিন বৃত্তাকার খাদের জন্য, বাইরের পৃষ্ঠে সর্বাধিক নামমাত্র শিয়ার স্ট্রেস ঘটে। J = πd ক্ষেত্রফলের মেরু দ্বিতীয় মুহূর্ত ব্যবহার করলে পাওয়া যায়:⁴/32

τ _{সর্বোচ্চ} = 16T / (πd ³)
d _{স্ট্রেস} = [16T / (πτ _{অনুমতি দিন} )] ^1/3

ইউনিটগুলি সামঞ্জস্যপূর্ণ রাখুন। N·m-এ টর্ক এবং Pa-তে অনুমোদিত চাপ সহ, ব্যাস মিটারে। বিকল্পভাবে, সরাসরি মিলিমিটারে ব্যাস পেতে N·mm-এ টর্ক এবং MPa-তে স্ট্রেস, N/mm² এর সমতুল্য ব্যবহার করুন।

উদাহরণের জন্য, গণনাটি প্রদর্শনের জন্য বিশুদ্ধভাবে 40 MPa এর একটি অনুমোদিত শিয়ার স্ট্রেস অনুমান করুন:

d _চাপ = [16 × 3183 / (π × 40 × 10 ⁶)] ^1/3
d _চাপ ≈ 0.0740 m = 74.0 মিমি

এটি একটি আদর্শিক টর্সনাল শক্তি অনুমান। এটি নমন, ক্লান্তি, চাপের ঘনত্ব, তাপীয় প্রভাব এবং রটার গতিবিদ্যা বাদ দেয়। এটি চূড়ান্ত টারবাইন খাদ ব্যাস হিসাবে ব্যবহার করা যাবে না.

ফলাফল গ্রহণ করার আগে গ্রহণযোগ্য চাপ চয়ন করুন

অনুমোদিত শিয়ার স্ট্রেস অবশ্যই নির্দিষ্ট উপাদানের অবস্থা, অপারেটিং তাপমাত্রা, প্রাসঙ্গিক ব্যর্থতার মোড, নকশার ভিত্তি এবং প্রয়োজনীয় মার্জিন প্রতিফলিত করবে। অনুমান করা 40 MPa একটি সর্বজনীন ইস্পাত মান বা প্রস্তাবিত টারবাইন ডিজাইনের সীমা নয়।

মার্জিন কিভাবে প্রয়োগ করা হয় তাও সংজ্ঞায়িত করুন। যদি অনুমোদিত স্ট্রেস ইতিমধ্যেই একটি নিরাপত্তা ফ্যাক্টর অন্তর্ভুক্ত, নকশা পদ্ধতি না বুঝে একটি অতিরিক্ত ফ্যাক্টর সন্নিবেশ করা উচিত নয়. একটি লোড গুণক কিউব-রুট ব্যাস সমীকরণের ভিতরে কাজ করে; গণনাকৃত ব্যাসকে একই সংখ্যা দ্বারা গুণ করলে একটি ভিন্ন মার্জিন উৎপন্ন হয়। এই পার্থক্যটি নথিভুক্ত করা গণনাকে পর্যালোচনাযোগ্য করে তোলে।

বিরক্তিকর রটারের জন্য, J = π(d দিয়ে সলিড-সেকশন এক্সপ্রেশন প্রতিস্থাপন করুন । _o ⁴ − d _i ⁴)/32 এবং τ _max = Td _o /(2J) বোর উপাদান অপসারণ করে এবং চাপ এবং কঠোরতা উভয়ই পরিবর্তন করে। কঠিন-খাদ ফলাফল অপরিবর্তিত স্থানান্তর করা উচিত নয়.

ধাপ 3 — টরসিয়নাল টুইস্ট সীমা চেক করুন

একটি টারবাইন শ্যাফ্ট শিয়ার-স্ট্রেস চেক পাস করতে পারে এবং এখনও খুব বেশি মোচড় দিতে পারে। ধ্রুব টর্ক, দৈর্ঘ্য এবং শিয়ার মডুলাস সহ একটি অভিন্ন কঠিন বৃত্তাকার অংশের জন্য:

θ = TL/(GJ) = 32TL/(πGd ⁴)
d _twist = [32TL/(πGθ _{অনুমতি দিন} )] ^1/4

এখানে θ হল রেডিয়ানে আপেক্ষিক কৌণিক স্থানচ্যুতি, L হল সেগমেন্টের দৈর্ঘ্য এবং G হল উপাদান শিয়ার মডুলাস। মিটার এবং Pa ব্যবহার করুন টর্ক সহ N·m, বা মিলিমিটার এবং N/mm² এন·মিমি টর্ক সহ। θ ব্যবহার করে একটি ডিগ্রি সীমা রেডিয়ানে রূপান্তর করুন ।_rad = θ _deg π/180

দৃঢ়তা পরীক্ষা দিয়ে উদাহরণটি সম্পূর্ণ করুন

তিনটি দৃষ্টান্তমূলক অনুমান যোগ করুন: সেগমেন্টের দৈর্ঘ্য L = 1.0 মিটার, শিয়ার মডুলাস G = 80 GPa, এবং অনুমোদিত মোট টুইস্ট θ _{মঞ্জুরি} = 0.5° সেই অংশ জুড়ে। এগুলি গণনা ইনপুট, টারবাইন গ্রহণযোগ্যতার মানদণ্ড নয়।

θ at d = 74.0 মিমি
= 32 × 3183 × 1.0 / [π × 80 × 10 ⁹ × (0.0740) ⁴]
≈ 0.0135 rad ≈ 0.775°

74.0 মিমি সেকশনটি অনুমানকৃত টুইস্ট সীমাকে ব্যর্থ করে যদিও এটি নামমাত্র শিয়ার-স্ট্রেস সীমা পূরণ করে। দৃঢ়তা-ভিত্তিক ব্যাসের জন্য সমাধান প্রায় 82.6 মিমি দেয়। বৃহত্তর প্রাথমিক প্রয়োজনীয়তা গ্রহণ করা তাই অন্যান্য চেক এবং মাত্রিক বিবরণের আগে 82.6 মিমি দেয়।

একটি স্টেপড টারবাইন শ্যাফ্টের জন্য, প্রতিটি সেগমেন্টের জন্য টুইস্ট গণনা করুন এবং স্বাক্ষরিত অবদানের যোগফল করুন: θ = Σ[T _i L _i /(G _i J _i )]। আসলে প্রতিটি সেগমেন্টের মাধ্যমে প্রেরিত টর্ক ব্যবহার করুন। একটি অভিন্ন বৃহৎ রটার বডির অংশ হিসাবে একটি দীর্ঘ, সরু কাপলিং বিভাগকে চিকিত্সা করা মোট মোচড়কে অবমূল্যায়ন করতে পারে।

ধাপ 4 — রিয়েল-ওয়ার্ল্ড টারবাইন শ্যাফট ডিজাইন ফ্যাক্টর বিবেচনা করুন

বৃহত্তর টর্সনাল অনুমান একটি শুরুর জ্যামিতি, মুক্তির সিদ্ধান্ত নয়। একটি বাস্তব টারবাইন শ্যাফ্টের সম্পূর্ণ লোডিং ইতিহাস, স্থানীয় বৈশিষ্ট্য, সমর্থন ব্যবস্থা এবং অপারেটিং পরিবেশের চেক প্রয়োজন।

• সম্মিলিত লোডিং: রটারের ওজন, স্টিম ফোর্স, কাপলিং লোড এবং সারিবদ্ধ অবস্থা টর্কের পাশাপাশি নমন এবং অক্ষীয় লোডিং প্রবর্তন করতে পারে।

• ক্লান্তি: ঘূর্ণায়মান বাঁকানো এবং বারবার অপারেটিং চক্রের জন্য বিকল্প এবং গড় চাপ, উপাদানের অবস্থা, পৃষ্ঠের অবস্থা এবং স্থানীয় জ্যামিতির মূল্যায়ন প্রয়োজন।

• স্ট্রেস ঘনত্ব: কাঁধ, ফিললেট, খাঁজ, কীওয়ে এবং কাপলিং সংযোগ স্থানীয়ভাবে পরিচালনা করতে পারে এমনকি নামমাত্র চাপ গ্রহণযোগ্য হলেও।

• উপাদান এবং তাপমাত্রা: নির্দিষ্ট তাপ চিকিত্সা এবং পরিষেবা তাপমাত্রার জন্য উপযুক্ত বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করুন; যেখানে প্রাসঙ্গিক সময়-নির্ভর আচরণ মূল্যায়ন করুন।

• সমর্থন এবং গতিশীলতা: বিয়ারিং স্প্যান, ভারবহন বৈশিষ্ট্য, রটার ভর, এবং শ্যাফ্টের দৃঢ়তা বিক্ষেপণ, মোড এবং সমালোচনামূলক-গতির প্রতিক্রিয়াকে প্রভাবিত করে।

• তাপীয় অবস্থা: তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট, প্রসারণ এবং তাপ ধনুকের রটার এবং ক্লিয়ারেন্স ডিজাইনে বিবেচনা করা প্রয়োজন।

প্রতিটি গুরুত্বপূর্ণ বিভাগের জন্য, লোড কেস, গণনার ভিত্তিতে, প্রযোজ্য সীমা এবং অবশিষ্ট যাচাইকরণ রেকর্ড করুন। এটি একটি প্রাথমিক ঘূর্ণন সঁচারক বল গণনাকে সম্পূর্ণ রটার গ্রহণযোগ্য প্রমাণের জন্য ভুল হওয়া থেকে বাধা দেয়।

তাত্ত্বিক খাদ ব্যাস থেকে যথার্থ উত্পাদন পর্যন্ত

বৈধ নকশাকে একটি অনুমোদিত অঙ্কন এবং পরিদর্শন পরিকল্পনায় রূপান্তর করুন। মেটেরিয়াল গ্রেড, হিট ট্রিটমেন্ট, ফোরজিং অ্যাকসেপ্টেন্স, জার্নাল ডাইমেনশন, ডেটাম রিলেশনশিপ এবং সারফেস টেক্সচার একসাথে উল্লেখ করতে হবে; ব্যাস সহনশীলতা একা একটি কার্যকরী টারবাইন শ্যাফ্ট বর্ণনা করে না।

সাংহাই টোটেম মেশিনারি কোং, লিমিটেড একটি প্রস্তুতকারক এবং সরবরাহকারী যা অঙ্কন-ভিত্তিক মেশিনিং এবং নকল সরবরাহ করে বাষ্প টারবাইন রটার shafts . অতিস্বনক পরীক্ষার সঙ্গে এর মেশিনিং ক্ষমতার মধ্যে রয়েছে বাঁক, মিলিং এবং গ্রাইন্ডিং। এই ক্ষমতা সংজ্ঞায়িত প্রয়োজনীয়তা উত্পাদন সমর্থন করে; রটার ডিজাইন কর্তৃপক্ষকে এখনও সম্পূর্ণ যান্ত্রিক এবং গতিশীল নকশা প্রতিষ্ঠা এবং অনুমোদন করতে হবে।

একটি দরকারী উত্পাদন হস্তান্তর উপাদান সনাক্তযোগ্যতা এবং তাপ-চিকিত্সা রেকর্ড, প্রয়োজনীয় ফোরজিং পরীক্ষা, জার্নাল আকার এবং ফর্ম, সমাক্ষীয় সম্পর্ক, ডেটাম-ভিত্তিক রানআউট এবং পৃষ্ঠের রুক্ষতা সনাক্ত করে। সাধারণ শর্ত যেমন নির্ভুলতার উপর নির্ভর না করে গ্রহণযোগ্যতার সীমা এবং পরিমাপের শর্তগুলি সংজ্ঞায়িত করুন।

পরিদর্শন রানআউট থেকে বৃত্তাকার এবং ভারসাম্য থেকে মাত্রিক সামঞ্জস্যের পার্থক্য করা উচিত। একটি জার্নাল একটি জ্যামিতিক প্রয়োজনীয়তা ব্যর্থ হওয়ার সময় তার নামমাত্র ব্যাস পূরণ করতে পারে। প্রাসঙ্গিক টারবাইন অংশ গুণমান পরীক্ষা তাই অনুমোদিত উপাদান ফাংশন এবং অঙ্কন সংশোধন অনুসরণ করা উচিত.

উপসংহার

যান্ত্রিক শক্তি এবং গতি থেকে টর্ক গণনা করে টারবাইন শ্যাফ্ট সাইজিং শুরু করুন, তারপরে অনুমোদিত শিয়ার স্ট্রেস এবং অনুমোদিত মোচড়ের দ্বারা প্রয়োজনীয় ব্যাসের তুলনা করুন। দৃষ্টান্তমূলক উদাহরণে, দৃঢ়তা প্রাথমিক প্রয়োজনীয়তাকে প্রায় 74.0 মিমি থেকে 82.6 মিমিতে উন্নীত করে। কোন ফলাফলই সমাপ্ত রটারের আকার স্থাপন করে না। সম্মিলিত লোড, ক্লান্তি, তাপমাত্রা, স্থানীয় জ্যামিতি, এবং রটার গতিবিদ্যা অপরিহার্য ডিজাইন চেক থেকে যায়। সাংহাই টোটেম মেশিনারি কোং, লিমিটেড, মেশিনযুক্ত উপাদানগুলির একটি প্রস্তুতকারক এবং সরবরাহকারী, অঙ্কন-ভিত্তিক শ্যাফ্ট উত্পাদন সমর্থন করতে পারে। উত্পাদনের প্রয়োজনীয়তাগুলি অনুমোদিত নকশা এবং পরিদর্শন পরিকল্পনা অনুসরণ করা উচিত যাতে সমাপ্ত উপাদানটি সুস্পষ্ট মানদণ্ডের বিরুদ্ধে মূল্যায়ন করা যায়।

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী

কিভাবে টারবাইন শক্তি খাদ ব্যাস প্রভাবিত করে?

স্থির গতিতে, যান্ত্রিক শক্তির অনুপাতে টর্ক বৃদ্ধি পায়। অপরিবর্তিত অনুমোদনযোগ্য শিয়ার স্ট্রেসের সাথে, আদর্শ শক্তি-ভিত্তিক ব্যাস স্কেল এক-তৃতীয়াংশ পাওয়ারের সাথে। অপরিবর্তিত দৈর্ঘ্য, শিয়ার মডুলাস এবং অনুমোদনযোগ্য মোচড়ের সাথে, দৃঢ়তা-ভিত্তিক ব্যাস স্কেল এক-চতুর্থাংশ শক্তিতে।

উচ্চ ঘূর্ণন গতি সবসময় একটি ছোট খাদ প্রয়োজন?

না। উচ্চ গতি স্থির শক্তিতে স্থির ঘূর্ণন সঁচারক বল হ্রাস করে, যা শুধুমাত্র টর্ক-এর অনুমান কম করতে পারে। চূড়ান্ত ব্যাস এখনও রটার গতিবিদ্যা, নমন, ক্লান্তি, ইন্টারফেস, বা ক্ষণস্থায়ী লোড দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হতে পারে। গতি সম্পূর্ণ রটার নকশা মধ্যে মূল্যায়ন করা আবশ্যক.

টারবাইন শ্যাফ্ট শক্তি এবং টরসিয়াল কঠোরতার মধ্যে পার্থক্য কী?

শক্তি বাছাই করা উপাদান এবং নকশা সীমার মধ্যে চাপ থাকে কিনা তা নিয়ে চিন্তা করে। টর্সিয়াল দৃঢ়তা টর্কের অধীনে একটি অংশ অন্যটির তুলনায় কতটা ঘোরে তা উদ্বেগ করে। উপাদান শক্তি বৃদ্ধি অগত্যা শিয়ার মডুলাস একটি তুলনামূলক বৃদ্ধি বা মোচড় কমাতে উত্পাদন করে না.

টর্ক একা কি চূড়ান্ত টারবাইন শ্যাফ্টের ব্যাস নির্ধারণ করতে পারে?

না। টর্ক লোডিং এর শুধুমাত্র অংশ স্থাপন করে। একটি চূড়ান্ত নকশার জন্য শ্যাফটের জ্যামিতি, সমর্থন বিন্যাস, নমন এবং অক্ষীয় লোড, অপারেটিং চক্র, তাপমাত্রার অবস্থা, ইন্টারফেস এবং রটারের গতিশীল প্রয়োজনীয়তাও প্রয়োজন।