स्वास्थ्य निगरानी के माध्यम से, बुद्धिमान असर समाधानों के विकास से एयरोइंजन की विश्वसनीयता में सुधार करने में मदद मिलेगी। इस परियोजना का उद्देश्य अल्ट्रा-हाई प्रोपल्शन दक्षता (यूएचपीई) के साथ ग्राउंड टेस्ट सत्यापन मशीन के लिए एक बुद्धिमान असर प्रणाली विकसित करना है, जिसमें अगली पीढ़ी के विमानों के लिए पूरी तरह से एकीकृत स्व-संचालित वायरलेस सेंसर प्रणाली भी शामिल है। यह पेपर इंटेलिजेंट बियरिंग की मौजूदा प्रौद्योगिकियों का एक सिंहावलोकन प्रदान करता है, जो एकीकृत सेंसिंग प्रणाली की संरचना को दर्शाता है, एयरोइंजन द्वारा निगरानी किए जाने वाले मापदंडों और सेंसिंग प्रौद्योगिकियों के चयन तरीकों पर ध्यान केंद्रित करता है। वर्तमान में, विकसित किए गए अधिकांश बुद्धिमान बीयरिंगों का उपयोग ऑटोमोबाइल, रेलवे और अन्य उद्योगों में किया जा सकता है। उनकी उपलब्धता सीमित है और वे जेट इंजन द्वारा अनुभव किए जाने वाले कठोर वातावरण (जैसे उच्च तापमान और उच्च कंपन स्तर) के लिए उपयुक्त नहीं हैं। प्राथमिक निगरानी सामग्री में कंपन, तापमान, भार, धुरी आंदोलन, गति और घिसाव शामिल हैं। इंजन के अंदर चरम वातावरण के तहत स्थायित्व की वर्गीकरण विधि, साथ ही आकार, वजन, संवेदनशीलता, कार्य आवृत्ति बैंड, स्थापना विधि, डेटा प्रोसेसिंग आवश्यकताओं और ऊर्जा संग्रह और वायरलेस ट्रांसमिशन की ऊर्जा खपत के आधार पर उपयुक्त सेंसिंग तकनीक का चयन करें।
Iपरिचय
जेट इंजन में रोलिंग बियरिंग सबसे महत्वपूर्ण भागों में से एक है। जेट इंजन बियरिंग की स्थिति की निगरानी बियरिंग की खराबी का पता लगाने और बियरिंग जीवन की भविष्यवाणी करने में सहायक होती है। विकसित बुद्धिमान एकीकृत सेंसिंग बियरिंग ऑनलाइन स्थिति की निगरानी का एहसास कर सकती है। बियरिंग को इंटेलिजेंट बियरिंग कहा जाता है, जो छोटे कम-शक्ति सेंसर से बना होता है और इसमें वायरलेस संचार और डेटा ट्रांसमिशन के लिए स्वयं ऊर्जा आपूर्ति क्षमता होती है। दृष्टि का बुद्धिमान असर क्षेत्र ऑनलाइन स्थिति निगरानी को एक नए स्तर पर बढ़ावा देगा। हालाँकि, वर्तमान में, अधिकांश मौजूदा बुद्धिमान असर प्रौद्योगिकियों का उपयोग ऑटोमोबाइल, रेलवे, पवन ऊर्जा उपकरण आदि में किया जा सकता है। जटिल और चुनौतीपूर्ण वातावरण और जेट इंजनों की परिचालन स्थितियों के कारण, जिसमें अत्यधिक उच्च स्पिंडल गति, उच्च कंपन आवृत्ति और शामिल हैं। उच्च तापमान, जेट इंजनों में उपयोग किए जा सकने वाले बुद्धिमान बीयरिंगों का विकास बहुत सीमित है। जेट इंजन का मुख्य शाफ्ट और टरबाइन के लिए बीयरिंग क्रमशः 200 डिग्री और 300 डिग्री के तापमान के संपर्क में आते हैं। उच्च तापमान चिकनाई वाला तेल भी सेंसर के लिए एक कठोर वातावरण प्रस्तुत करता है। अन्य चुनौतियों में सीमित इनपुट शक्ति, सीमित स्थान और वायर्ड चैनलों की उपलब्धता, और बाजार पर उच्च तापमान प्रतिरोधी इलेक्ट्रॉनिक घटकों की अनुपलब्धता शामिल है। इसके अलावा, जेट इंजन बीयरिंग के आसपास चुंबकीय सेंसर या सामग्री का उपयोग सख्ती से प्रतिबंधित है, क्योंकि वे धातु के मलबे को सोख सकते हैं और रुकावट का कारण बन सकते हैं। जेट इंजनों में, बियरिंग्स को सीलबंद धातु के मामलों में स्थापित किया जाता है, जो वायरलेस डेटा ट्रांसमिशन को गंभीर रूप से सीमित कर देता है। इसलिए, हालांकि प्रौद्योगिकी ने हाल के वर्षों में महत्वपूर्ण प्रगति की है, जेट इंजनों के लिए बुद्धिमान बीयरिंग का अनुसंधान और विकास अभी भी एक चुनौती है।
इस कार्य का पहला चरण जेट इंजन स्थित कठोर वातावरण में बीयरिंग की स्थिति की निगरानी के लिए उपयोग किए जाने वाले सेंसर घटकों को निर्धारित करना है, साथ ही बुद्धिमान बीयरिंग में सेंसर एकीकरण है जो बीयरिंग की स्थिति को इंगित करने वाले मापदंडों की एक श्रृंखला को माप सकता है। साथ ही, हम एक ऊर्जा संग्रह तकनीक विकसित करते हैं जो वायरलेस तरीके से डेटा एकत्र और संचारित कर सकती है, जो बुद्धिमान बीयरिंग का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।
परियोजना का मुख्य उद्देश्य
*बाजार में उपलब्ध सेंसरों की पहचान करें जो जेट इंजन बीयरिंगों की स्थिति की निगरानी के लिए उपयुक्त हैं, विशेष रूप से वे जो जेट इंजनों के उच्च तापमान और संक्षारक चिकनाई वाले तेल वातावरण में काम कर सकते हैं, और उन्हें जेट इंजनों में उपयोग कर सकते हैं;
*ऊर्जा खपत को कम करने के लिए कम-शक्ति सेंसर की पहचान करें;
*जेट इंजन वातावरण के लिए उपयुक्त ऊर्जा संग्रहण प्रौद्योगिकियों की पहचान करना और उनका विकास करना;
*सेंसर प्रणाली की ऊर्जा खपत को अनुकूलित करें और ऊर्जा वितरण रणनीति विकसित करें;
*जेट इंजन के मेटल चेसिस के माध्यम से डेटा ट्रांसमिशन के लिए वायरलेस संचार प्रणाली विकसित करें।
चयनित प्रौद्योगिकी और बुद्धिमान सेंसर प्रणाली को सत्यापित करने के लिए, प्रयोगशाला में भागों और छोटे असर स्तरों पर परीक्षणों की एक श्रृंखला आयोजित की जाएगी। जेट इंजनों के वास्तविक वातावरण का अनुकरण करने के लिए छोटे बीयरिंगों के परीक्षण बिस्तर के लिए एक परीक्षण सिर डिज़ाइन किया गया है। यह पेपर बुद्धिमान असर सेंसर घटकों के विकास पर केंद्रित है। सबसे पहले, यह पेपर मौजूदा इंटेलिजेंट बियरिंग तकनीक का सारांश प्रस्तुत करता है, और जेट इंजन वातावरण में सेंसर सिस्टम के सामने आने वाली चुनौतियों पर चर्चा करता है। उसके बाद, यह पेपर सेंसर चयन की विधि और बुद्धिमान बीयरिंग की संरचना का वर्णन करता है, और अंत में निष्कर्ष देता है।
बुद्धिमान असर प्रौद्योगिकी का सारांश
पिछले तीन दशकों में, सेंसिंग बियरिंग्स के विकास में बहुत काम किया गया है। प्रारंभ में, अनुसंधान ने उन मापदंडों को मापने के लिए बीयरिंग पर कई सेंसर स्थापित करने पर ध्यान केंद्रित किया जो बीयरिंग की स्थिति का संकेत दे सकते हैं। बीयरिंग की स्थिति की ऑनलाइन निगरानी के लिए कंपन, गति और तापमान को सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर माना जाता है। इसके बाद लोड और स्नेहन निगरानी को शामिल करने के लिए इसका विस्तार किया जाता है।
इंटेलिजेंट बियरिंग्स के विकास में इंटेलिजेंट इकाइयों की स्थापना एक महत्वपूर्ण पहलू है। सेंसर इकाई को सबसे पहले बियरिंग पेडस्टल पर स्थापित किया गया था, जिसे बियरिंग रिंग में सेंसर को एम्बेड करने के लिए विकसित किया गया था। बाज़ार में अधिकांश बीयरिंगों के सेंसर एक वायर्ड रीफर्बिश्ड रिंग सिस्टम के माध्यम से जुड़े हुए हैं। इनमें से अधिकांश बियरिंग्स का उपयोग ऑटोमोटिव और रेलवे उद्योगों में किया जा सकता है, जैसे कि रेलवे उद्योग में एकीकृत सेंसर के साथ एक्सल बॉक्स बियरिंग यूनिट में स्थापित किया जाने वाला स्लीव। एक शब्द में कहें तो सेंसिंग बेयरिंग तकनीक के विकास में काफी प्रगति हुई है। हालाँकि, अब तक, एक्सल बॉक्स बियरिंग्स, एनएसके मोशन और कंट्रोल, सक्रिय सेंसर बियरिंग्स और एकीकृत रोटरी सेंसर बियरिंग्स जैसी उपलब्ध वस्तुओं की संख्या अभी भी सीमित है। अनुसंधान का ध्यान सेंसिंग बियरिंग (वायर्ड सेंसर यूनिट) से इंटेलिजेंट बियरिंग (स्वयं संचालित वायरलेस सेंसर सिस्टम) पर स्थानांतरित हो गया है। बुद्धिमान बीयरिंगों की ऑनलाइन निगरानी के लिए बिजली की आपूर्ति को हटाने के लिए, ऊर्जा संग्रह के लिए वायरलेस सेंसर सिस्टम और स्वयं संचालित सेंसर इकाइयां बहुत लोकप्रिय हैं। हालाँकि, स्व-ऊर्जा आपूर्ति और वायरलेस सेंसर प्रणाली के साथ बुद्धिमान असर अभी भी अनुसंधान और विकास चरण में है, और बाजार में अभी तक कोई उत्पाद नहीं है? इसी तरह, पतली फिल्म सेंसर और एमईएमएस के विकास ने अनुसंधान का ध्यान बीयरिंग के आंतरिक और बाहरी रिंगों में सेंसर लगाने पर केंद्रित कर दिया है। सेंसिंग और इंटेलिजेंट बियरिंग प्रौद्योगिकियों का अधिकांश विकास रेलवे और ऑटोमोबाइल उद्योगों में लागू किया गया है, लेकिन जेट इंजन बियरिंग पर कम ध्यान दिया गया है। परंपरागत रूप से, जेट इंजन बीयरिंग की निगरानी कंपन को मापने और तेल मलबे की निगरानी के द्वारा की जाती है। इस शोध का उद्देश्य इंटेलिजेंट बियरिंग तकनीक के मौजूदा ज्ञान और जेट इंजन बियरिंग की परिचालन स्थितियों के आधार पर जेट इंजन की नई पीढ़ी के लिए एक एकीकृत इंटेलिजेंट बियरिंग सिस्टम विकसित करना है।
जेट इंजनों के लिए इंटेलिजेंट बियरिंग्स विकसित करने में चुनौतियाँ
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, हालांकि अन्य क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले स्मार्ट बीयरिंग विकसित किए गए हैं, कुछ प्रमुख चुनौतियों के कारण जेट इंजन के लिए अभी भी कोई स्मार्ट बीयरिंग उपलब्ध नहीं है। इस अध्ययन के प्रारंभिक चरण में, ये चुनौतियाँ स्पष्ट हो गईं, जिससे जेट इंजनों के लिए सेंसर प्रौद्योगिकियों की पहचान करने में मदद मिली।
जेट इंजन बियरिंग उच्च गति (3,000आरपीएम - 10,000आरपीएम), उच्च तापमान (＞ 200 डिग्री) और उच्च कंपन (＞ 100 ग्राम) पर काम करते हैं। इसके अलावा, जेट इंजन गर्मी को संग्रहित करने के लिए तथाकथित गर्म सोख अवस्था में रहता है, जो इंजन के काम करना बंद करने के बाद भी गर्मी को नष्ट नहीं कर पाता है, जिससे असर तापमान 250 डिग्री तक बढ़ जाता है।
जेट इंजनों के वातावरण का अनुकरण करने के लिए, बीयरिंगों का योजनाबद्ध परीक्षण 150 डिग्री से 250 डिग्री पर किया जाएगा। अधिकांश मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए यह एक बड़ी चुनौती है, क्योंकि वे केवल 80 डिग्री तक के वातावरण में ही काम कर सकते हैं। उच्च तापमान वाले वातावरण के लिए उपयुक्त सेंसर और संबंधित प्रौद्योगिकियों को ढूंढना जेट इंजनों के लिए बुद्धिमान बीयरिंग के विकास में मुख्य बाधा है। 90% से अधिक एक्सेलेरोमीटर 80 डिग्री से नीचे के वातावरण में उपयोग के लिए डिज़ाइन और निर्मित किए गए हैं।
दूसरी चुनौती उच्च स्पिंडल गति (3,000आरपीएम - 10,000आरपीएम) है, जो उच्च आयाम के साथ उच्च कंपन वातावरण बनाती है। इससे न केवल सेंसर के स्थायित्व में सुधार करना अधिक कठिन हो जाता है, बल्कि कंपन, पिंजरे की गति और अन्य मूल्यों को मापने के लिए एक बड़ी चुनौती भी पैदा होती है (विवरण के लिए नीचे देखें)। इसके अलावा, जेट इंजन के प्रदर्शन को अनुकरण करने के लिए, परीक्षण बेंच पर छोटे बीयरिंग का उपयोग किया जाता है, इसलिए यह उच्च गति (25,{5}} आरपीएम और 30,{7}} आरपीएम के बीच) तक चलेगा। जेट इंजन के समान पिच व्यास प्राप्त करने के लिए।
तापमान सीमा के अलावा, जेट इंजनों के लिए स्मार्ट बियरिंग्स को उचित ऊर्जा संग्रह प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके वायरलेस पावर और डेटा ट्रांसमिशन को सक्षम करने के लिए कम ऊर्जा खपत की आवश्यकता होती है। जेट इंजन वातावरण में और भी प्रतिबंध हैं, जैसे कम ऊर्जा खपत आवश्यकताएं (परिणामस्वरूप सीमित हवाई डेटा प्रसंस्करण और भंडारण), छोटे सेंसर स्थापना स्थान, ग्राहकों की आवश्यकताओं को जोड़ने के बाद अनम्य इंजन डिजाइन, धातु मलबे की रुकावट के कारण चुंबकीय सेंसर का उपयोग करने में असमर्थता , और ऑप्टिकल सेंसर का उपयोग करने में असमर्थता (तेल का उपयोग ऑप्टिकल प्रदर्शन में बाधा डालेगा)।
उच्च तापमान आवश्यकताओं को पूरा करने वाले सेंसर के लिए, उन्हें यह सुनिश्चित करने के लिए भी परीक्षण किया जाना चाहिए कि वे जेट इंजन के उच्च तापमान (जैसे 180 डिग्री) चिकनाई वाले तेल के संपर्क में आ सकते हैं। सामान्य तौर पर, जेट इंजन गैस इंजन तेल और/या उच्च तापीय स्थिरता (एचटीएस) तेल का उपयोग करते हैं। ये तेल आक्रामक होते हैं और लंबे समय तक उच्च तापमान वाले वातावरण में सेंसर को रासायनिक क्षति पहुंचा सकते हैं। स्नेहक इंजन में सेंसर के कनेक्टर और केबल को भी नुकसान पहुंचा सकता है।
उच्च तापमान के संबंध में, यदि सेंसर को बेयरिंग/हाउसिंग से चिपकाना आवश्यक है, तो आपको उपयुक्त चिपकने वाला या एपॉक्सी राल का चयन करना होगा, क्योंकि अधिकांश चिपकने वाले पदार्थों का उपयोग उच्च तापमान में नहीं किया जा सकता है। उपयोग से पहले, चिपकने वाले पर संक्षारक तेल वातावरण के प्रभाव का भी निरीक्षण किया जाएगा। चयनित सेंसर और उसके कनेक्टर और केबल को सत्यापित करने के लिए, इस अध्ययन ने इसे एक छोटे असर वाले परीक्षण बेंच में एकीकृत करने से पहले उच्च तापमान वाले चिकनाई वाले तेल वातावरण में एक पूर्व-परीक्षण किया।
सेंसर का चयन
एकीकृत बुद्धिमान बीयरिंग के विकास में सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक जेट इंजन बीयरिंग की परिचालन स्थितियों के लिए उपयुक्त वाणिज्यिक ऑफ द शेल्फ (सीओटीएस) सेंसर का सावधानीपूर्वक चयन करना है। प्रारंभ में, माउंटेड/एम्बेडेड बियरिंग्स में पूरी तरह से एकीकृत स्मार्ट बियरिंग्स के विकास से पहले, सेंसर को परीक्षण बेंच पर बियरिंग पेडस्टल में लगाया गया था। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, बुद्धिमान बीयरिंगों के विकास के दौरान कंपन, तापमान, पिंजरे की गति, स्पिंडल विस्थापन और भार को मापने में सक्षम सेंसर का उपयोग करने पर विचार किया जाता है।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि स्मार्ट बियरिंग के लिए सबसे उपयुक्त सेंसर का चयन किया गया है, COTS सेंसर का चयन चित्र 1 में दिखाई गई विधि का उपयोग करके किया जाता है। एयरोस्पेस उद्योग में, लागत कम करने के लिए, COTS सेंसर आधारित समाधानों पर अधिक से अधिक ध्यान दिया गया है। जेट इंजनों में तैनात किए जाने वाले किसी भी COTS सेंसर को एयरोस्पेस उद्योग द्वारा उल्लिखित उच्च प्रदर्शन मानकों को पूरा करना होगा। सेंसर का चयन साहित्य और मानकों, असर डिजाइन, असर पर्यावरण और परिचालन स्थितियों और अन्य आवश्यकताओं से प्राप्त बीयरिंग निगरानी की जानकारी और ज्ञान पर आधारित है। चयन प्रक्रिया को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है: क) सही तरीकों और प्रौद्योगिकियों की पहचान; बी) पूर्व कला के लिए सबसे उपयुक्त सेंसर की पहचान। पहला भाग विशिष्ट मापदंडों के मापन के लिए लागू तकनीकों की पहचान करता है। उदाहरण के लिए, असर तापमान को मापने के लिए कई उपलब्ध तरीके हैं, जैसे थर्मोकपल, एमईएमएस तकनीक, आदि। इस एप्लिकेशन के लिए, एमईएमएस तकनीक के बजाय थर्मोकपल का चयन करने का कारण यह है कि थर्मोकपल को विद्युत ऊर्जा इनपुट करने की आवश्यकता नहीं होती है और यह कर सकता है। विस्तृत रेंज में तापमान मापें। पहले भाग में पहचानी गई तकनीकों के आधार पर, दूसरा भाग विशिष्ट सेंसर के चयन (मॉडलिंग और निर्माण) पर केंद्रित है।
जेट इंजनों के स्मार्ट बियरिंग के लिए कंपन, केज गति और भार को मापने में सक्षम सेंसर का चयन करें। निम्नलिखित उपखंड चयन का विवरण प्रदान करते हैं।
01 कंपन
कंपन निगरानी बीयरिंग की स्थिति की निगरानी के लिए सबसे महत्वपूर्ण और आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधियों में से एक है, क्योंकि कंपन निगरानी दोषपूर्ण घटकों की पहचान करने के लिए बीयरिंग की विशिष्ट विशेषता आवृत्ति के अनुसार नैदानिक जानकारी प्रदान कर सकती है। बियरिंग मेटिंग सतह पर छोटे-छोटे दोषों का भी यदि समय पर पता नहीं लगाया गया तो बियरिंग विफलता हो सकती है। ज्यामिति, रोलिंग तत्वों की संख्या और स्पिंडल गति के अनुसार, रोलिंग बीयरिंग के दोष एक विशिष्ट आवृत्ति उत्पन्न करेंगे। अपेक्षित दोष आवृत्ति की गणना संदर्भ 16 में दिए गए सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है। इन आवृत्तियों का पता लगाना जेट इंजन बीयरिंग के जीवन की भविष्यवाणी करने में सहायक है। नियोजित बियरिंग परीक्षणों के लिए, बियरिंग डिज़ाइन और स्पिंडल गति के आधार पर अपेक्षित दोष आवृत्ति की गणना की गई है। ये गणना परीक्षण असर के लिए उपयुक्त सेंसर का चयन करने के लिए जानकारी प्रदान करती हैं।
कंपन को प्रभावी ढंग से मापने के लिए, कंपन को मापने के लिए सेंसर का उपयोग किया जाएगा? इसे संपर्क क्षेत्र (लोड क्षेत्र के पास) के बगल में बेयरिंग पर स्थापित किया जाता है, जहां बेयरिंग का रोलिंग तत्व सीधे रेसवे से संपर्क करता है। लोड के पास का क्षेत्र जहां सेंसर स्थापित है वह जेट इंजन बियरिंग का उच्च तापमान क्षेत्र भी है, और तापमान 250 डिग्री तक हो सकता है। जेट इंजन की तीव्र गति से उच्च दोष आवृत्ति होती है। इसलिए, चार्जिंग मोड एक्सेलेरोमीटर तकनीक आवश्यकताओं को पूरा करती है, जबकि विस्थापन और कंपन आधारित प्रौद्योगिकियां उपयुक्त नहीं हैं।
In addition to the stringent requirements for the accelerometer temperature and frequency range, the sensor resonant frequency is also important. For the required frequency range (>25kHz), गुंजयमान आवृत्ति एक्सेलेरोमीटर ऑपरेटिंग आवृत्ति से कम से कम दोगुनी होनी चाहिए? तिगुना. इसका मतलब है कि एक्सेलेरोमीटर की गुंजयमान आवृत्ति कम से कम 50 kHz है। एक्सेलेरोमीटर की अनुनाद और संचालन आवृत्ति संवेदनशीलता के व्युत्क्रमानुपाती होती है, अर्थात अनुनाद आवृत्ति जितनी अधिक होगी, संवेदनशीलता उतनी ही कम होगी, और इसके विपरीत। इस मामले में, उच्च अनुनाद आवृत्ति को प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि संवेदनशीलता को एम्पलीफायर द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।
सेंसर का चयन करते समय स्थापना विधि एक अन्य कारक है जिस पर विचार किया जाना चाहिए। यह सुनिश्चित करने के लिए कि एक्सेलेरोमीटर उच्च कंपन और उच्च तापमान वाले वातावरण में बेयरिंग पर सुरक्षित रूप से लगा हुआ है, केवल बोल्ट और स्क्रू माउंटेड सेंसर उपलब्ध हैं। चिपकने वाली स्थापना द्वारा एक्सेलेरोमीटर को बीयरिंग पर चिपकाना संभव नहीं है, क्योंकि यह न केवल ऑपरेशन और अनुनाद आवृत्ति को कम करेगा, बल्कि कंपन एटेन्यूएटर के रूप में भी कार्य करेगा। इसके अलावा, उच्च तापमान वाले वातावरण में, चिपकने की क्षमता समय के साथ कम हो जाएगी, जो दीर्घकालिक संचालन की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती है।
चयन विधि में परिभाषित मानदंडों के अनुसार, विभिन्न निर्माताओं द्वारा प्रदान किए गए सैकड़ों सीओटीएस एक्सेलेरोमीटर की जांच की गई, और केवल आठ सेंसर ऑपरेटिंग आवृत्ति, अनुनाद आवृत्ति और अन्य विशेषताओं की आवश्यकताओं को पूरा करते थे। स्पिंडल गति बहुत तेज़ है (25,000 आरपीएम - 30,000 आरपीएम); इसलिए, यह उम्मीद की जाती है कि दोष आवृत्ति स्पेक्ट्रम के उच्च अंत की ओर भी विकसित होगी। 5 और 10 की हार्मोनिक आवृत्तियों पर, अपेक्षित दोष आवृत्तियाँ क्रमशः 28 kHz और 56 kHz हैं। इन एक्सेलेरोमीटर की ऑपरेटिंग और गुंजयमान आवृत्तियाँ क्रमशः 15kHz और 45kHz से अधिक हैं। उच्चतम गुंजयमान आवृत्ति वाले दो एक्सेलेरोमीटर क्रमशः 90kHz और 100kHz की आवृत्तियों के साथ चुने गए हैं। दोनों एक्सेलेरोमीटर की ऑपरेटिंग आवृत्ति 20kHz है। इसके अलावा, 30kHz तक ऑपरेटिंग फ्रीक्वेंसी वाले सेंसर भी हैं। हालाँकि, दी गई ऑपरेटिंग आवृत्ति अन्य एक्सेलेरोमीटर की तुलना में अधिक है, लेकिन गुंजयमान आवृत्ति असर दोष आवृत्ति द्वारा उत्पन्न हार्मोनिक आवृत्ति के भीतर आती है। इसलिए, इस एक्सेलेरोमीटर का उपयोग अव्यावहारिक है और परीक्षण में इसका उपयोग नहीं किया जाएगा।
02 पिंजरे की गति
जेट इंजनों में, असर वाले घटकों की घूर्णन गति बहुत तेज़ होती है, और रेसवे और रोलिंग तत्वों के बीच फिसलने से जल्दी विफलता हो सकती है। संभोग सतहों के बीच सापेक्ष फिसलन से बड़ी मात्रा में सतह कतरनी तनाव उत्पन्न होगा। हाई-स्पीड रोटेशन में बीयरिंगों के लिए, स्लाइडिंग के कारण रोलिंग तत्व की वास्तविक गति सैद्धांतिक मूल्य से कम हो जाएगी। स्लिप प्रभाव की निगरानी कंपन द्वारा नहीं की जा सकती है, लेकिन पिंजरे की गति को मापकर इसकी निगरानी की जा सकती है।
पिंजरे की घूर्णी गति को गैर-संपर्क तरीकों जैसे एड़ी वर्तमान, कैपेसिटिव सेंसर, चुंबकीय सेंसर और ऑप्टिकल सेंसर द्वारा मापा जा सकता है। हालाँकि, कई कारणों से, जेट इंजन का कठोर वातावरण चुंबकीय, कैपेसिटिव और ऑप्टिकल सेंसर के उपयोग को सीमित करता है। उदाहरण के लिए, एयर ऑयल टैंक में चुंबकीय घटकों को डालने की अनुमति नहीं है, क्योंकि चुंबकीय सेंसर घिसे हुए मलबे को इकट्ठा करेंगे, जिससे खतरा पैदा होगा। ऑप्टिकल सेंसर सटीक माप नहीं कर सकते क्योंकि प्रकाश असर वाले चिकनाई वाले तेल वातावरण में विवर्तित और बिखर जाता है। कैपेसिटिव सेंसर की माप सीमा सीमित है, और चिकनाई वाले तेल का माप सटीकता पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।
एड़ी वर्तमान सेंसर जेट इंजन के असर पिंजरे की घूर्णी गति को मापने के लिए सभी आवश्यकताओं को पूरा करता है, जिसमें उच्च तापमान, उच्च घूर्णी गति और इंजन असर के आसपास उपलब्ध स्थान शामिल है। पिंजरे की गति को प्रत्येक गेंद के एड़ी करंट डिटेक्शन जांच से गुजरने के समय की गणना करके मापा जाता है। जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, हर बार जब गेंद जांच से गुजरती है, तो चुंबकीय क्षेत्र के हस्तक्षेप के कारण एक विकृत वर्ग तरंग उत्पन्न होगी। जब एक निश्चित दर पर पहुंचने पर एक पल्स उत्पन्न होती है, तो इस दर को स्विचिंग आवृत्ति कहा जाता है और इसकी गणना गेंदों की संख्या को पिंजरे की गति से गुणा करके की जा सकती है। कम आकार की परीक्षण बेंच पर असर के लिए, पिंजरे की गति का सैद्धांतिक मूल्य स्पिंडल गति का लगभग आधा है। 12500 आरपीएम और 15000 आरपीएम के बीच, गेंदों की संख्या 20 है। परिणामी स्विचिंग आवृत्ति 250000 और 300000 के बीच है। इस तरह के उच्च स्विचिंग आवृत्ति मान को मापना अधिकांश सीओटीएस सेंसर के लिए एक चुनौती है। तापमान, जांच सीमा और प्रतिक्रिया समय, गेंद सतह क्षेत्र और तेल विसर्जन जैसे अन्य कारकों पर विचार करने की आवश्यकता है, जेट इंजन बीयरिंग के लिए उपयुक्त एड़ी वर्तमान सेंसर का चयन करना चुनौतीपूर्ण हो जाता है।
चित्र 2 स्विचिंग आवृत्ति के साथ पिंजरे की घूर्णी गति को मापना
एयर ऑयल ग्रूव में बेयरिंग के आसपास का तापमान 200 डिग्री तक हो सकता है। एक विशिष्ट एड़ी वर्तमान सेंसर में इलेक्ट्रॉनिक घटकों से जुड़ी एक सेंसिंग इकाई होती है, जो 80 डिग्री के उच्च तापमान का सामना कर सकती है। इस समस्या का समाधान सेंसिंग यूनिट को इलेक्ट्रॉनिक घटकों से अलग करने के लिए केबल का उपयोग करना है। दुर्भाग्य से, यह सेंसर के प्रतिक्रिया समय को बहुत धीमा कर देगा और स्विचिंग आवृत्ति को कम कर देगा। उच्च तापमान पर उपयोग किए जा सकने वाले अधिकांश एड़ी वर्तमान सेंसर की स्विचिंग आवृत्ति केवल कुछ सौ हर्ट्ज तक पहुंच सकती है, जबकि जेट इंजन धारक गति माप की स्विचिंग आवृत्ति लगभग कई हजार हर्ट्ज है। एक संभावित समाधान पिंजरे में एक निचोड़ लागू करना है जिसे प्रत्येक चक्र के लिए टरबाइन सेंसर द्वारा मापा जा सकता है। हालाँकि, यह मौजूदा जेट इंजन बियरिंग डिज़ाइन को बदलने की व्यवहार्यता पर आधारित है।
एड़ी वर्तमान जांच की पसंद अक्सर इसकी माप सीमा, जांच क्षेत्र और माप लक्ष्य आकार पर आधारित होती है। इसी तरह, माप सीमा सीधे जांच के आकार से संबंधित होती है, यानी, जब जांच का आकार बढ़ता है, तो माप सीमा भी बढ़ जाएगी, और इसके विपरीत। हालाँकि, किसी दिए गए लक्ष्य के लिए, यह अनुशंसा की जाती है कि जांच का आकार लक्ष्य आकार से कम या उसके बराबर हो (चित्र 2 देखें)। पहचान को अधिकतम करने के लिए, मापने वाली वस्तु (जैसे पिंजरे) का आकार अधिमानतः आयताकार होना चाहिए (चित्र 2 देखें)। यदि यह एक बॉल बेयरिंग है, तो एड़ी वर्तमान जांच का दृश्य सतह क्षेत्र बहुत छोटा है, इसलिए ऐसी जांच चुनना बेहतर है जो छोटी हो। हालाँकि, यह बदले में जांच की माप सीमा को सीमित कर देगा। यदि सेंसर बेयरिंग के बगल में लगा हो तो इसे समायोजित किया जा सकता है। इसके अलावा, उच्च गति पर घूमने वाले पिंजरे में थोड़ी मात्रा में अक्षीय विस्थापन हो सकता है, जिसके लिए ऑपरेशन के दौरान बीयरिंग के संपर्क से बचने के लिए सेंसर को सुरक्षित दूरी पर स्थापित करने की आवश्यकता होती है।
चयन प्रक्रिया में सभी चुनौतियों के साथ, यह पाया गया कि केवल दो एड़ी वर्तमान जांच शर्तों को पूरा करती हैं, और उन्हें बुद्धिमान बीयरिंग के विकास के लिए चुना गया था। बियरिंग अवधारण को मापने के लिए इन दो जांचों का परीक्षण छोटी बियरिंग परीक्षण बेंच पर किया जाएगा? घूर्णन गति की क्षमता का मूल्यांकन किया जाएगा। बाद में परियोजना में विशेष रूप से डिजाइन किए गए पिंजरों की व्यवहार्यता का भी पता लगाया जाएगा।
03 लोड
जेट इंजन बियरिंग अक्षीय और रेडियल दोनों तरह से भार सहन करता है। बेयरिंग पर लोड की वास्तविक समय की निगरानी जटिल परिचालन स्थितियों के तहत इंजन की गतिशील स्थिति को समझने में मदद कर सकती है। लोड सेल का उपयोग आमतौर पर भार को मापने के लिए किया जाता है, लेकिन उनके भारी वजन और आकार के कारण, वे व्यावहारिक नहीं हैं, इसलिए वे जेट इंजन बीयरिंग के लिए उपयुक्त नहीं हैं। इसलिए, इस एप्लिकेशन में, एक स्ट्रेन गेज के साथ निश्चित असर रिंग के लोचदार विरूपण को मापकर लोड का मूल्यांकन करने के लिए एक वैकल्पिक विधि का चयन किया जाता है। तनाव को मापने के लिए कई तरीके हैं, और उनमें से तीन जेट इंजन के कठोर वातावरण पर लागू हो सकते हैं, जिनमें प्रतिरोध तनाव गेज, प्रकाश झंझरी और सतह ध्वनिक तरंग उपकरण शामिल हैं। प्रकाश झंझरी माप प्रणाली बहुत बड़ी है और संचालन का समर्थन करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसी प्रकार, जेट इंजनों के कठोर वातावरण में तनाव को मापने में सक्षम होने के लिए SAW सेंसर को और विकसित करने की आवश्यकता है। इसलिए, जेट इंजन बियरिंग के तनाव को मापने के लिए इस परियोजना में प्रतिरोध तनाव गेज का चयन किया गया है।
बाहरी रिंग के लोचदार विरूपण को मापने के लिए, सीधे असर (स्थिर) बाहरी रिंग पर स्ट्रेन गेज स्थापित करने की सिफारिश की जाती है। स्ट्रेन गेज को बेयरिंग के बाहर स्थापित किया जाएगा, और रेडियल और अक्षीय स्ट्रेन को द्वितीयक पक्ष के साथ मापा जाएगा। बाहरी रिंग पर, स्ट्रेन गेज 250 डिग्री सेल्सियस तक के उच्च तापमान के संपर्क में आता है। जैसा कि ऊपर बताया गया है, लंबे समय तक सेंसिंग को पूरा करने के लिए एक उपयुक्त चिपकने वाला (या चिपकने वाला) चुना जाना चाहिए। इसी तरह, कुछ समय के बाद, स्नेहक की रासायनिक आक्रामकता भी बंधन प्रभाव को कमजोर कर देगी। इसलिए, स्ट्रेन गेज को आक्रामक चिकनाई वाले तेल से बचाया जाना चाहिए। जब स्ट्रेन गेज कनेक्टर्स के बीच तेल रिसाव होता है, तो यह तुरंत सेंसर विफलता का कारण बनेगा।
इसके अलावा, ऑपरेशन के दौरान, जेट इंजन बियरिंग की बाहरी रिंग में गंभीर तापमान परिवर्तन होता है, और तनाव माप काफी हद तक उसके वातावरण के तापमान पर निर्भर करता है। सटीक तनाव माप परिणाम प्राप्त करने के लिए, तापमान मुआवजा लागू किया जाना चाहिए। इसे टी-टाइप स्ट्रेन गेज (चित्र 3 देखें) द्वारा महसूस किया जा सकता है, और प्लेट ब्रिज सर्किट स्थापित करके अंतर स्ट्रेन को मापा जा सकता है। हालाँकि, बेयरिंग रिंग्स पर उपलब्ध सीमित स्थान के कारण, विशेष रूप से रेसवे की तरफ, यह एक और चुनौती पेश करता है। चित्र 3 से पता चलता है कि रेडियल स्ट्रेन को मापने के लिए, स्ट्रेन गेज को फेरूल के बाहर स्थापित किया जाना चाहिए। हालाँकि, परीक्षण की जाने वाली बाहरी रिंग की कुल चौड़ाई 5.5 मिमी है। सभी सीमाओं और आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए, यह माना जाता है कि परीक्षण असर पर केवल दो प्रकार के टी-स्ट्रेन गेज लागू होते हैं। इन दोनों स्ट्रेन गेज का आयाम 5.6 मिमी × 5.6 मिमी (आयताकार) × 5.4 मिमी (गोल) है।
Cसमावेशन
प्रारंभिक शोध के माध्यम से, यह स्पष्ट है कि जेट इंजन का कठोर वातावरण बुद्धिमान बीयरिंग के विकास के लिए एक बड़ी चुनौती है। दो मुख्य चुनौतियाँ - उच्च तापमान और उच्च गति, साथ ही कई अन्य चुनौतियाँ भी जेट इंजन बीयरिंग के लिए सेंसर की पसंद को सीमित करती हैं। साहित्य विवरण और उद्योग के अनुभव के आधार पर, जेट इंजन बीयरिंग की निगरानी के लिए चुने गए सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर कंपन, तापमान, पिंजरे की गति, स्पिंडल विस्थापन और भार हैं। विमानन बीयरिंगों के लिए उपयुक्त सेंसिंग तकनीक का चयन करने के लिए एक पद्धति का उपयोग किया जाता है। COTS सेंसरों की व्यापक जांच के बाद, यह पाया गया कि केवल कुछ सेंसर ही आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। भविष्य का काम छोटे असर वाले परीक्षण बिस्तर पर परीक्षण से पहले उच्च तापमान और तेल विसर्जन वातावरण में चयनित सेंसर के पूर्व परीक्षण पर केंद्रित होगा।
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