सेंट्रीफ्यूगल पंप इम्पेलर कैविटेशन का विश्लेषण
2025-12-20 14:541. कैविटेशन की प्रकृति
कैविटेशन, एक संयुक्त भौतिक-रासायनिक विनाशकारी प्रक्रिया है, जो तीन चरणों में होती है:
स्थानीय वाष्पीकरण: जब इम्पेलर इनलेट या निम्न-दबाव क्षेत्र में स्थानीय दबाव, तरल के परिचालन तापमान पर उसके संतृप्त वाष्प दबाव से नीचे गिर जाता है, तो तरल उबलने लगता है, जिससे कई वाष्प के बुलबुले (गुहाएं) उत्पन्न होते हैं।
बुलबुले का टूटना और क्षति: ये बुलबुले प्रवाह द्वारा इम्पेलर के उच्च दबाव वाले क्षेत्र में ले जाए जाते हैं, जहाँ आसपास का दबाव तेजी से बढ़ता है, जिससे वे लगभग तुरंत ही फट जाते हैं। इस विस्फोट से तीव्र शॉक तरंगें और सूक्ष्म जेट उत्पन्न होते हैं, जिनका स्थानीय दबाव सैकड़ों मेगापास्कल तक पहुँच जाता है, और ये प्रभाव कुछ माइक्रोसेकंड के भीतर और माइक्रोन-स्केल क्षेत्रों में उत्पन्न होते हैं।
पदार्थ की थकान और क्षरण: ये झटकेदार तरंगें बार-बार इम्पेलर की धातु की सतह पर टकराती हैं (प्रति सेकंड हजारों बार), जिससे यांत्रिक और संक्षारण थकान उत्पन्न होती है। इससे धीरे-धीरे धातु के कण विस्थापित हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सतह पर गड्ढेदार, मधुकोश जैसी या स्पंजी क्षरण हो जाता है।
2. पंपों के लिए कैविटेशन के विशिष्ट खतरे
प्रदर्शन में गिरावट: वाष्प के बुलबुले प्रवाह चैनलों को अवरुद्ध करते हैं, द्रव की निरंतरता को बाधित करते हैं, और पंप की प्रवाह दर, दबाव और दक्षता में महत्वपूर्ण गिरावट का कारण बनते हैं, जिससे अक्सर प्रदर्शन वक्र में व्यवधान उत्पन्न होता है।
कंपन और शोर: बुलबुलों के हिंसक निर्माण और विघटन से पंप में तीव्र कंपन होता है और विशिष्ट चटकने या फुफकारने जैसी आवाजें आती हैं, जिससे स्थिरता और कार्य वातावरण प्रभावित होता है।
इम्पेलर क्षति:
यांत्रिक गड्ढा बनना: इससे मधुकोश जैसी विशिष्ट अपरदन प्रक्रिया उत्पन्न होती है।
विद्युत रासायनिक संक्षारण: टूटने के दौरान निकलने वाली ऊर्जा इम्पेलर की सुरक्षात्मक निष्क्रिय परत (जो स्टेनलेस स्टील के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है) को नष्ट कर देती है, जिससे रासायनिक संक्षारण की प्रक्रिया तेज हो जाती है। इस संयुक्त हमले के कारण सामग्री का बहुत तेजी से नुकसान होता है।
गंभीर मामलों में इम्पेलर में छेद हो सकता है और पंप पूरी तरह से खराब हो सकता है।
सेवा जीवन में कमी: कंपन के कारण बियरिंग और सील पर तेजी से होने वाले घिसाव के साथ-साथ इंपेलर की क्षति, रखरखाव अंतराल और पंप के समग्र जीवनकाल को काफी कम कर देती है।
3. पहचान और निदान
ध्वनि: पंप से लगातार चटकने, फूटने या फुफकारने जैसी आवाज आती है, जो बजरी पंप करने जैसी होती है।
प्रदर्शन: स्थिर गति और वाल्व की स्थिति में, प्रवाह, डिस्चार्ज दबाव (हेड) और मोटर करंट (पावर ड्रॉ) में अचानक या धीरे-धीरे गिरावट।
कंपन: पंप के कंपन का स्तर असामान्य रूप से अधिक है, विशेष रूप से अक्षीय दिशा में।
दृश्य निरीक्षण: ऑपरेशन के बाद उपकरण को खोलकर देखने पर ब्लेड के इनलेट किनारों के पिछले हिस्से (कम दबाव वाले क्षेत्र) पर मधुकोशनुमा गड्ढे दिखाई देते हैं।
4. प्राथमिक कारण (परिसंचारी जल प्रणालियों में)
अपर्याप्त उपलब्ध एनपीएसएच (एनपीएसएचए): मूल कारण।
पंप की अत्यधिक ऊंचाई: पंप को आपूर्ति तरल स्तर से बहुत अधिक ऊंचाई पर स्थापित किया गया है।
अत्यधिक सक्शन लाइन हानि: बहुत लंबी, संकीर्ण, बहुत अधिक एल्बो वाली या अवरुद्ध फिल्टर/स्ट्रेनर/फुट वाल्व वाली सक्शन पाइपिंग से दबाव में कमी बढ़ जाती है।
उच्च द्रव तापमान: सिस्टम में खराब ऊष्मा विनिमय या उच्च तापीय भार के कारण पानी का तापमान और उसका वाष्प दाब बढ़ जाता है, जिससे एनपीएसएचए कम हो जाता है।
निम्न प्रणाली दबाव: बंद प्रणालियों में दबाव में उतार-चढ़ाव या अपर्याप्त आपूर्ति जल के कारण सक्शन वेसल का दबाव कम हो जाता है।
उच्च पंप आवश्यक एनपीएसएच (एनपीएसएचआर):
पंप की अंतर्निहित खराब डिजाइन या इंपेलर इनलेट की अनुपयुक्त ज्यामिति/उच्च इनलेट वेग।
इम्पेलर का घिसना या जाम होना, जिससे मूल हाइड्रोलिक डिजाइन प्रभावित होता है।
5. रोकथाम एवं समाधान
सिस्टम डिज़ाइन को अनुकूलित करें (एनपीएसएचए बढ़ाएँ):
पंप की स्थापना ऊंचाई कम करें; जहां भी संभव हो, फ्लडेड सक्शन (पंप के सेंटरलाइन से ऊपर तरल स्तर) का उपयोग करें।
सक्शन पाइपिंग को अनुकूलित करें: लंबाई कम करें, व्यास बढ़ाएं, फिटिंग/वाल्व कम से कम करें और फिल्टर/स्ट्रेनर को नियमित रूप से साफ करें।
तरल के तापमान को नियंत्रित करें: कूलिंग टावरों, हीट एक्सचेंजरों आदि के कुशल संचालन को सुनिश्चित करें।
सिस्टम के दबाव को स्थिर करें: बंद प्रणालियों में उचित दबाव और क्षतिपूर्ति बनाए रखें।
उचित चयन और संशोधन (एनपीएसएचआर को कम करना):
पर्याप्त मार्जिन वाले पंपों का चयन करें: पर्याप्त सुरक्षा मार्जिन (आमतौर पर ≥ 0.5-1.0 मीटर) के साथ एनपीएसहा श्श्श एनपीएसएचआर सुनिश्चित करें।
कैविटेशन-प्रतिरोधी पंप चुनें: डबल-सक्शन इम्पेलर (कम इनलेट वेग) या इंड्यूसर वैन वाले मॉडल।
इम्पेलर संशोधन: मानक इम्पेलर को एंटी-कैविटेशन मॉडल (जिसमें मोटे इनलेट किनारे और विशेष एयरफ़ॉइल हों) से बदलें या पेशेवर रूप से मानक इम्पेलर इनलेट को अधिक तीखे और पतले प्रोफ़ाइल में नया आकार दें/काटें।
संचालन एवं रखरखाव:
हार्डफेसिंग/कोटिंग: लेजर क्लैडिंग, प्लाज्मा स्प्रे या वेल्ड ओवरले के माध्यम से कैविटेशन-प्रतिरोधी सामग्री (जैसे, कोबाल्ट-आधारित मिश्र धातु, टंगस्टन कार्बाइड) लगाएं।
पॉलिमर कोटिंग्स: कम महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले एपॉक्सी कोटिंग्स का उपयोग करें।
क्षतिग्रस्त इंपेलर की तुरंत मरम्मत या उसे बदल देना चाहिए।
कम प्रवाह पर संचालन से बचें: कम प्रवाह पर आंतरिक पुनर्संचरण से कैविटेशन को बढ़ावा मिलता है। पंप को उसकी पसंदीदा परिचालन सीमा (बीईपी) के भीतर ही संचालित करें।
वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (वीएफडी) का उपयोग करें: पंप की गति को काफी कम करने से इसका एनपीएसएचआर (गति के वर्ग के समानुपाती) काफी कम हो जाता है, जो एक प्रभावी समाधान है।
सतह संरक्षण और मरम्मत:
सारांश
सेंट्रीफ्यूगल पंपों में इम्पेलर कैविटेशन एक प्रणालीगत समस्या है जो असंतुलन के कारण उत्पन्न होती है, जहां सिस्टम से उपलब्ध नेट पॉजिटिव सक्शन हेड (एनपीएसहा) पंप द्वारा आवश्यक नेट पॉजिटिव सक्शन हेड (एनपीएसएचआर) की पूर्ति के लिए अपर्याप्त होता है। इसका समाधान दोहरे दृष्टिकोण में निहित है: आपूर्ति बढ़ाना और मांग घटाना—सिस्टम के एनपीएसहा को बढ़ाते हुए पंप के एनपीएसएचआर को घटाना। व्यवस्थित डिजाइन, चयन, संचालन और रखरखाव के माध्यम से, कैविटेशन को प्रभावी ढंग से रोका और प्रबंधित किया जा सकता है।