केंद्रीय पंप क्रॉस सेक्शन

नेट पॉजिटिव सक्शन हेड (N.P.S.H) और कैविटेशन

यह लेख नेट पॉजिटिव सक्शन हेड (NPSH) और कैविटेशन के बारे में है। यदि आप केंद्रीय पंप के बारे में जानना चाहते हैं, तो कृपया हमारे मुख्य केंद्रीय पंप लेख को देखें।

उपलब्ध नेट पॉजिटिव सक्शन हेड (NPSHA)

नेट पॉजिटिव सक्शन हेड या NPSH यह निर्धारित करने का एक तरीका है कि क्या एक पंप कम दबाव के साथ सामान्य रूप से काम कर सकता है। कल्पना करें कि एक पंप एक सक्शन टैंक से जुड़ा है जिसमें तरल स्तर गिर रहा है (चित्र 1)। स्तर तब तक गिरता है जब तक तरल केवल सक्शन पाइप को कवर करता है और पंप अभी भी सामान्य रूप से काम कर रहा है (B)। कल्पना करें कि स्तर और गिर सकता है जैसे कि स्तर पंप के केंद्र रेखा के नीचे हो, जैसा कि तब होता है जब एक जमीन के ऊपर पंप एक सुम्प से जुड़ा होता है (C)। यदि स्तर और गिरता है, तो सक्शन पर दबाव वायुमंडलीय से कम होगा। किसी बिंदु पर, यदि स्तर गिरता रहता है, तो पंप अब सामान्य रूप से काम नहीं कर पाएगा और प्रवाह और डिस्चार्ज दबाव में कमी होगी (D)। किसी सुम्प स्तर पर, पंप कैविटेट करना शुरू कर देगा।

चित्र 1 पंप सक्शन स्थितियाँ

नोट: एक पंप जो सुम्प कॉन्फ़िगरेशन में काम करता है, उसे एक फुट वाल्व (नॉन-रिटर्न वाल्व) की आवश्यकता होगी ताकि सक्शन पाइप में तरल को बनाए रखा जा सके और जब पंप बंद हो तो उसे फिर से प्राइम करने की आवश्यकता न हो।

सापेक्ष और पूर्ण दबाव

पंप सक्शन पर दबाव की मात्रा NPSHA से संबंधित है। पूर्ण दबाव स्केल का उपयोग करना आम है (चित्र 2)। हेड को निम्नलिखित संबंध का उपयोग करके पूर्ण दबाव में परिवर्तित किया जाता है:

जहां h: हेड फीट या मीटर में

SG: विशिष्ट गुरुत्व, पानी के सापेक्ष तरल की घनत्व;

p: दबाव kPa या psi में;

h: स्थिर हेड फीट या मीटर में।

सापेक्ष और पूर्ण दबाव स्केल मूल रूप से एक ही स्केल हैं लेकिन 14.7 psi (1 बार) से ऑफसेट हैं। इंपीरियल स्केल पर, सापेक्ष स्केल पर शून्य psi पूर्ण दबाव स्केल पर 14.7 psi के बराबर होता है (चित्र 2)। क्योंकि NPSH की समस्याएं वायुमंडलीय से नीचे के दबाव के क्षेत्र में होती हैं, इसलिए पूर्ण दबाव स्केल का उपयोग करना उपयोगी है।

चित्र 2 सापेक्ष और पूर्ण दबाव स्केल

उपलब्ध नेट पॉजिटिव सक्शन हेड (NPSHA)

NPSHA एक शब्द है जिसे अधिकांश लोग समझने में कठिनाई महसूस करते हैं क्योंकि कुछ उद्योगों में NPSHA शायद ही कभी एक मुद्दा होता है और इसलिए लोगों को यह नहीं पता होता कि इसका मूल्य क्या होना चाहिए। NPSHA के मूल्यों और सटीक परिभाषा पर चर्चा करने से पहले, आइए NPSHA की एक सहज समझ प्राप्त करें। NPSHA पंप सक्शन पर दबाव विशिष्ट ऊर्जा का माप है। दबाव जितना अधिक होगा, NPSHA उतना ही अधिक होगा और पंप उतना ही बेहतर काम करेगा।

हेड

हेड उत्तर अमेरिका में फीट में और लगभग हर जगह मीटर में मापा जाता है। NPSHA का एक बहुत कम मूल्य 3-4 फीट (1 मीटर) होगा। एक सामान्य मूल्य लगभग 36 फीट (11 मीटर) होगा। हम लगभग 20 फीट (6 मीटर) पर चिंतित होने लगते हैं। चिंतित होने का मतलब है कि हमें निर्माता की NPSHR (NPSH Required) सिफारिश की जांच करने की आवश्यकता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि हम उनकी सिफारिश से ऊपर हैं। NPSHA के लिए सूत्र उन संगठनों द्वारा निर्धारित परिभाषा है जो पंप मानकों को प्रकाशित करते हैं, जैसे कि अमेरिका में हाइड्रोलिक इंस्टीट्यूट (http://www.pumps.org/)। यूरोपीय या अन्य देश मानकों के संबंध में, प्रत्येक देश के अपने मानक होते हैं और मैं पाठक को संदर्भित करता हूँ:

https://www.pumpsandsystems.com/understand-european-pump-standards-organizations-processes हाइड्रोलिक इंस्टीट्यूट के सदस्य निर्माता इस परिभाषा का पालन करने के लिए सहमत हुए हैं:

NPSHA = h - h_f + h_a - h_va (1.2)

जहां:

h : सक्शन स्थिर हेड फीट या मीटर में;

H_a: वायुमंडलीय दबाव हेड फीट या मीटर में;

H_f: : घर्षण हेड हानि फीट या मीटर में;

H_va : वाष्प दबाव हेड फीट या मीटर में।

यह एक बहुत ही तार्किक परिभाषा है जिसमें पंप के सक्शन नोजल पर दबाव को प्रभावित करने वाले सभी शब्द शामिल हैं:

• स्थिर हेड (h) - सकारात्मक या नकारात्मक।
• सक्शन पाइप में घर्षण हानि (h_f) (नकारात्मक)।
• वायुमंडलीय दबाव (h_a), जो जोड़ने योग्य है।
• वाष्प दबाव (h_va) (नकारात्मक), जो तरल की प्रकृति और तापमान पर निर्भर करता है (वाष्प दबाव पर लेख में बाद में चर्चा की जाएगी)।

यदि सक्शन टैंक दबावयुक्त है, यानी वायुमंडलीय दबाव से ऊपर काम करता है, तो अतिरिक्त दबाव हेड को सक्शन स्थिर हेड में जोड़ना होगा।

NPSHA = h_pr + h - h_f + h_a - h_va (1.3)

(यदि सक्शन टैंक दबावयुक्त है)

जहां h_pr सक्शन टैंक में तरल की सतह पर अतिरिक्त दबाव हेड है।

चित्र 3 पंप सिस्टम में NPSHA घटक

क्यों वायुमंडलीय या बैरोमेट्रिक दबाव हेड NPSH परिभाषा में शामिल है?

पंप सिस्टम पूरे ग्रह पर चल रहे हैं। वायुमंडलीय दबाव सक्शन टैंक की तरल सतह पर दबाव डाल रहा है और पंप सक्शन को ऊर्जा प्रदान कर रहा है। हालांकि, चूंकि वायुमंडलीय दबाव हर जगह समान नहीं है, हमें अपने NPSHA गणनाओं में इसे ध्यान में रखना होगा। वायुमंडलीय दबाव ऊंचाई के साथ बदलता है। उदाहरण के लिए, जोहान्सबर्ग 5,200 फीट (1,585 मीटर) ऊंचाई पर है और इसका वायुमंडलीय दबाव 12 psia (83 kPaa) है, और मेक्सिको सिटी 8,500 फीट (2,590 मीटर) पर है और इसका वायुमंडलीय दबाव 10.8 psig (74.5 kPaa) है। ये छोटे अंतर कुछ महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण हो सकते हैं (ऊंचाई के मुकाबले बैरोमेट्रिक दबाव पर डेटा के लिए परिशिष्ट देखें)।

क्यों वायुमंडलीय दबाव एक दबावयुक्त सक्शन टैंक के साथ पंप सिस्टम की परिभाषा में शामिल है?

जब टैंक पहली बार दबावयुक्त होता है, तो यह शून्य दबाव या स्थानीय वायुमंडलीय दबाव से शुरू होगा। इसलिए, हमें अभी भी स्थानीय वायुमंडलीय दबाव को शामिल करने की आवश्यकता है ताकि पंप की ऊंचाई को ध्यान में रखा जा सके।

चित्र 4 एक सामान्य स्थिति में NPSHA घटकों के मूल्यों के सापेक्ष आकार को दिखाता है जहां वाष्प दबाव छोटा है।

चित्र 4 NPSHA – विभिन्न NPSHA पैरामीटरों का सापेक्ष आकार

कई अनुप्रयोगों में वाष्प दबाव हेड (h_va) अन्य NPSHA शब्दों की तुलना में छोटा होता है, लेकिन यह हमेशा ऐसा नहीं होता है। घर्षण हानि (h_f) आमतौर पर छोटी होती है क्योंकि सक्शन लाइन आमतौर पर छोटी और उदारतापूर्वक आकार की होती है। सबसे बड़ा घटक आमतौर पर वायुमंडलीय दबाव (h_a) (34 फीट या 10.4 मीटर) होता है, जिसे सक्शन स्थिर हेड में जोड़ा जाता है, अन्य सबसे बड़ा घटक।

स्थिर हेड और घर्षण हानि का संयोजन NPSHA के मुख्य घटकों में से एक है। हम इन शब्दों की गणना कर सकते हैं, या हम पंप सक्शन पर दबाव माप सकते हैं, जो दोनों मूल्यों के प्रभावों को जोड़ देगा। लेकिन पहले यह समझाने के लिए एक विचलन कि हम जो दबाव माप लेते हैं उसका क्या मतलब होगा।

माप बिंदु के बाद पंप के भीतर प्रवाह और दबाव के साथ क्या होता है?

चित्र 5 दिखाता है कि जैसे ही द्रव पंप के इम्पेलर आंख में प्रवेश करता है, दबाव काफी गिर जाता है। ऐसा कई कारणों से होता है:

1. वेग जैसे ही द्रव आंख के पास आता है, बढ़ता है, जैसे ही प्रवाह क्षेत्र बढ़ता है, जो दबाव में कमी का कारण बनता है (बर्नौली का सिद्धांत),
2. घर्षण दबाव को कम करता है।
3. प्रवाह अशांति आगे दबाव को कम करती है।

चित्र 5 द्रव पथ के साथ कई बिंदुओं पर दबाव भिन्नता

यह संभव है कि स्थानीय दबाव इतना कम हो सकता है कि द्रव उबाल सकता है, या फ्लैश कर सकता है, “कम दबाव बिंदु” (D) पर।

द्रव कम दबाव पर उबलेगा?

एक द्रव को उबालने के दो तरीके हैं। एक तरीका है तापमान बढ़ाना जबकि दबाव को स्थिर रखना जब तक कि तापमान वाष्प बुलबुले उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त उच्च न हो। चित्र 6 में, यह वही होता है जब आप द्रव चरण में एक बिंदु लेते हैं और आप क्षैतिज रूप से (यानी स्थिर दबाव पर) तापमान बढ़ाकर चलते हैं। अंततः आप विशेष द्रव की वाष्पीकरण रेखा तक पहुँचते हैं और द्रव उबालना शुरू कर देता है, या वाष्प बुलबुले उत्पन्न करता है। हम हर दिन ऐसा ही करते हैं जब हम एक बर्तन में पानी उबालते हैं। स्थिर दबाव पर मात्रा और तापमान के संबंध के बारे में अधिक जानने के लिए, कृपया चार्ल्स का नियम देखें।

चित्र 6 वाष्प दबाव बनाम तापमान

द्रव को उबालने का दूसरा तरीका है दबाव कम करना। यदि आप तापमान को स्थिर रखते हैं और दबाव को कम करते हैं, तो द्रव चित्र 6 में दिखाए गए ऊर्ध्वाधर डैश लाइन के रूप में उबाल जाएगा। चित्र 6 में, यह वही होता है जब आप द्रव चरण में एक बिंदु लेते हैं और आप ऊर्ध्वाधर रूप से (यानी स्थिर तापमान पर) दबाव कम करके चलते हैं। फिर से, जैसे ही आप विशेष द्रव की वाष्पीकरण रेखा तक पहुँचते हैं, द्रव उबालना शुरू कर देता है या वाष्प बुलबुले उत्पन्न करता है। और निश्चित रूप से, आप दबाव कम करके और तापमान बढ़ाकर वाष्प दबाव रेखा को पार कर सकते हैं। स्थिर तापमान पर मात्रा और दबाव के संबंध के बारे में अधिक जानने के लिए, कृपया बॉयल का नियम देखें।

यदि बर्तन को ढक दिया गया होता और आपके पास वैक्यूम का स्रोत होता (चित्र 7 देखें), तो बर्तन में दबाव कम करके आप पानी को कम तापमान पर उबाल सकते थे। जब दबाव 7.5 psia (52 kPaa) या (14.7 – 7.5 = 7.2) या 7.2 psi (50 kPa) वायुमंडलीय दबाव से कम होता है तो पानी 180 °F (82 °C) के तापमान पर उबाल जाएगा और जब दबाव 1.5 psia (10.3 kPaa) होता है तो पानी 120 °F (49 °C) के तापमान पर उबाल जाएगा। यह वही होता है जब पंप सक्शन पर दबाव इतना कम होता है कि द्रव द्रव या वाष्पित हो जाता है।

औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए यह असामान्य नहीं है कि वे तापमान पर काम करें जो 120 ^oF के करीब या उससे अधिक हो। इसलिए, यदि तापमान उच्च है और जैसे ही द्रव पंप में प्रवेश करता है दबाव कम हो जाता है, तो यह कैविटेशन होने की संभावना को बढ़ा देगा क्योंकि पंप के अंदर उत्पन्न दबाव में कमी के कारण। यदि कैविटेशन हो रहा है या संदेह है, तो दो संभावित समाधान हैं:

1. पंप इनलेट (सक्शन साइड) पर दबाव बढ़ाएं।
2. द्रव तापमान कम करें।

चित्र 7 कम तापमान पर उबलते द्रव

जिस दबाव पर एक द्रव वाष्पित होता है उसे वाष्प दबाव कहा जाता है और इसे हमेशा एक दिए गए तापमान और एक विशिष्ट द्रव के लिए निर्दिष्ट किया जाता है (परिशिष्ट में विभिन्न द्रवों के लिए वाष्प दबावों का चार्ट देखें)। यदि तापमान बदलता है, तो वाष्प दबाव बदलता है।

वाष्प दबाव क्यों महत्वपूर्ण है?

यदि पंप के इम्पेलर आंख में दबाव द्रव के वाष्प दबाव से नीचे गिरता है, तो कैविटेशन होगा। कैविटेशन तब शुरू होता है जब इम्पेलर आंख पर दबाव में गिरावट के कारण वाष्प बुलबुले बनते हैं। बुलबुले पंप इनलेट पर सबसे कम दबाव की स्थिति में बनते हैं (चित्र 5 देखें), जो कि इम्पेलर वैन द्वारा द्रव पर कार्य करने से ठीक पहले होता है। फिर, जब इम्पेलर वैन बुलबुलों पर दबाव के साथ कार्य करना शुरू करते हैं, तो वे तेजी से विस्फोट करते हैं। अनगिनत वाष्प बुलबुलों का विस्फोट छोटे शॉक वेव्स उत्पन्न करता है जो इम्पेलर सतह पर प्रभाव डालते हैं और धातु को गड्ढा देते हैं। समय के साथ, गड्ढे का संचय क्षतिग्रस्त क्षेत्र बनाता है जो अंततः इम्पेलर विफलता की ओर ले जा सकता है।

चित्र 8 वाष्प बुलबुला विस्फोट

कैविटेशन की आवाज बहुत विशिष्ट होती है और कंक्रीट मिक्सर में बजरी की आवाज की तरह होती है। आप इस आवाज को इस लिंक पर क्लिक करके सुन सकते हैं।

चित्र 9 दिखाता है कि कैविटेशन के दौरान समय के साथ एक प्रोपेलर को क्या नुकसान हो सकता है; दिखाया गया प्रोपेलर कैविटेशन के कारण हल्की क्षरण से पीड़ित है।

चित्र 9 कैविटेशन से क्षतिग्रस्त इम्पेलर

क्योंकि सक्शन टैंक का स्तर पंप सक्शन के संबंध में कहीं भी हो सकता है, यह एक संदर्भ विमान का उपयोग करने के लिए उपयोगी है जो पंप सक्शन के नीचे और यहां तक कि सुम्प के स्तर के नीचे है। इस तरह हम स्थिर हेड (h₁ – h_s) के लिए एक ही परिभाषा का उपयोग कर सकते हैं और फिर भी पंप सक्शन पर स्थिर हेड के लिए उपयुक्त सकारात्मक या नकारात्मक मूल्य प्राप्त कर सकते हैं।

NPSHA = h₁-h_s - h_f + h_a - h_va (1.4)

चित्र 10 ऊपर और नीचे ग्राउंड सक्शन टैंकों के लिए NPSHA के घटक

यह पंप सक्शन पर दबाव माप के आधार पर NPSHA के लिए सामान्य सूत्र है:

जहां:

g : गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण, इंपीरियल इकाइयों में 32.17 ft/s² या मीट्रिक इकाइयों में 9.81 m/s²;

p_s : सक्शन दबाव psia या kPaa में;

v_s : पंप सक्शन पर वेग ft/s या m/s में;

p_a : वायुमंडलीय दबाव psia या kPaa में;

p_va : वाष्प दबाव psia या kPaa में।

भाग 2 में, हम विचार करेंगे कि पंप निर्माता NPSH आवश्यकता (NPSHR) कैसे निर्धारित करते हैं।

NPSH का महत्व

NPSH एक स्थिति है जिसे कई डिजाइनर कभी नहीं मानेंगे क्योंकि कई द्रव जैसे पानी या समान का वाष्प दबाव कम होता है और तापमान कम होता है, उदाहरण के लिए 110 ^oF से नीचे। हालांकि, एक जमीन के नीचे सक्शन टैंक के मामले में एक जमीन के ऊपर पंप के साथ, स्थिर हेड कम होता है और NPSHA को सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए। कोई भी व्यक्ति हाइड्रोकार्बन प्रोसेसिंग या रासायनिक उद्योगों में NPSH उपलब्धता को सावधानीपूर्वक विचार करेगा, क्योंकि रसायनों और हाइड्रोकार्बन द्रवों के गुण पानी की तुलना में काफी भिन्न होते हैं।

पंप निर्माता हमेशा आपके पंप सिस्टम के NPSHA का अनुरोध करेंगे चाहे जो भी मामला हो (जब तक कि आप डूबा हुआ पंप का अनुरोध नहीं कर रहे हैं) आपके संयंत्र में संभावित सक्शन हेड समस्याओं से खुद को बचाने के साधन के रूप में। NPSHA वह अंतिम चीज है जिसे आप अपने पंप सिस्टम को डिजाइन करने और अपने पंप का चयन करने के बाद जांचेंगे।  

चित्र A1 बैरोमेट्रिक दबाव बनाम ऊंचाई

चित्र A2 विभिन्न द्रवों के लिए वाष्प दबाव

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https://www.pumpsandsystems.com/topics/understanding-npsh-npsh-definitions

https://en.wikipedia.org/wiki/Net_positive_suction_head

https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/centrifugal-pump