1. इम्पेलर गैप की परिभाषा और प्रमुख प्रभाव

इम्पेलर गैप का मतलब इम्पेलर और पंप केसिंग (या गाइड वेन रिंग) के बीच रेडियल क्लीयरेंस से है, जो आमतौर पर 0.2 मिमी से 0.5 मिमी तक होता है। यह गैप पंप के प्रदर्शन को काफी हद तक प्रभावित करता है।  बहुस्तरीय ऊर्ध्वाधर टरबाइन पंप दो मुख्य पहलुओं में:

● हाइड्रोलिक नुकसान: अत्यधिक अंतराल रिसाव प्रवाह को बढ़ाते हैं, जिससे वॉल्यूमेट्रिक दक्षता कम हो जाती है; अत्यधिक छोटे अंतराल घर्षण पहनने या गुहिकायन का कारण बन सकते हैं।

● प्रवाह विशेषताएँ: अंतराल का आकार सीधे प्ररित करनेवाला आउटलेट पर प्रवाह की एकरूपता को प्रभावित करता है, जिससे शीर्ष और दक्षता वक्र प्रभावित होते हैं।

2. इम्पेलर गैप अनुकूलन के लिए सैद्धांतिक आधार

2.1 वॉल्यूमेट्रिक दक्षता में सुधार

वॉल्यूमेट्रिक दक्षता (ηₛ) को वास्तविक आउटपुट प्रवाह और सैद्धांतिक प्रवाह के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है:

ηₛ = 1 − क्यूक्यूलीक

जहाँ Qleak इंपेलर गैप के कारण होने वाला रिसाव प्रवाह है। गैप को अनुकूलित करने से रिसाव में काफी कमी आती है। उदाहरण के लिए:

● अंतर को 0.3 मिमी से 0.2 मिमी तक कम करने से रिसाव 15-20% कम हो जाता है।

● बहुस्तरीय पंपों में, विभिन्न चरणों में संचयी अनुकूलन से कुल दक्षता में 5-10% तक सुधार हो सकता है।

2.2 हाइड्रोलिक नुकसान में कमी

अंतर को अनुकूलित करने से प्ररित करनेवाला आउटलेट पर प्रवाह की एकरूपता में सुधार होता है, अशांति कम होती है और इस प्रकार हेड लॉस कम होता है। उदाहरण के लिए:

● सीएफडी सिमुलेशन से पता चलता है कि अंतराल को 0.4 मिमी से 0.25 मिमी तक कम करने से अशांत गतिज ऊर्जा 30% कम हो जाती है, जो शाफ्ट बिजली की खपत में 4-6% की कमी के अनुरूप है।

2.3 कैविटेशन प्रदर्शन संवर्द्धन

बड़े अंतराल इनलेट पर दबाव स्पंदन को बढ़ाते हैं, जिससे कैविटेशन का जोखिम बढ़ जाता है। अंतराल को अनुकूलित करने से प्रवाह स्थिर होता है और NPSHr (नेट पॉजिटिव सक्शन हेड) मार्जिन बढ़ता है, जो विशेष रूप से कम प्रवाह की स्थितियों में प्रभावी होता है।

3. प्रायोगिक सत्यापन और इंजीनियरिंग मामले

3.1 प्रयोगशाला परीक्षण डेटा

एक शोध संस्थान ने तुलनात्मक परीक्षण किया मल्टीस्टेज वर्टिकल टरबाइन पंप (पैरामीटर: 2950 आरपीएम, 100 एम³/घंटा, 200 मीटर हेड)।

3.2 औद्योगिक अनुप्रयोग उदाहरण

● पेट्रोकेमिकल सर्कुलेशन पंप रेट्रोफिट: एक रिफाइनरी ने इम्पेलर गैप को 0.4 मिमी से घटाकर 0.28 मिमी कर दिया, जिससे 120 kW·h की वार्षिक ऊर्जा बचत और परिचालन लागत में 8% की कमी आई।

● अपतटीय प्लेटफ़ॉर्म इंजेक्शन पंप अनुकूलन: अंतराल (± 0.02 मिमी) को नियंत्रित करने के लिए लेजर इंटरफेरोमेट्री का उपयोग करके, पंप की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता 81% से 89% तक सुधरी, जिससे अत्यधिक अंतराल के कारण होने वाली कंपन की समस्या का समाधान हुआ।

4. अनुकूलन विधियां और कार्यान्वयन चरण

4.1 गैप अनुकूलन के लिए गणितीय मॉडल

केन्द्रापसारक पम्प समानता नियमों और सुधार गुणांकों के आधार पर, अंतराल और दक्षता के बीच संबंध है:

η = η₀(1 − k·δD)

जहाँ δ अंतराल मान है, D प्ररितक व्यास है, और k एक अनुभवजन्य गुणांक है (आमतौर पर 0.1-0.3)।

4.2 प्रमुख कार्यान्वयन प्रौद्योगिकियाँ

●परिशुद्धता विनिर्माण: सीएनसी मशीनें और पीसने वाले उपकरण प्ररितकों और आवरणों के लिए माइक्रो-मीटर-स्तर की परिशुद्धता (आईटी7-आईटी8) प्राप्त करते हैं।

●इन-सीटू मापन: लेजर संरेखण उपकरण और अल्ट्रासोनिक मोटाई गेज विचलन से बचने के लिए संयोजन के दौरान अंतराल की निगरानी करते हैं।

● गतिशील समायोजन: उच्च तापमान या संक्षारक मीडिया के लिए, बोल्ट-आधारित फाइन-ट्यूनिंग के साथ बदली जा सकने वाली सीलिंग रिंग का उपयोग किया जाता है।

4.3 विचार

● घर्षण-पहनना संतुलन: छोटे आकार के अंतराल यांत्रिक घिसाव को बढ़ाते हैं; सामग्री की कठोरता (जैसे, प्ररितकों के लिए Cr12MoV, आवरणों के लिए HT250) और परिचालन स्थितियों को संतुलित किया जाना चाहिए।

● थर्मल विस्तार मुआवजा: उच्च तापमान अनुप्रयोगों (जैसे, गर्म तेल पंप) के लिए आरक्षित अंतराल (0.03-0.05 मिमी) आवश्यक हैं।

5. भविष्य के रुझान

●डिजिटल डिजाइन: एआई-आधारित अनुकूलन एल्गोरिदम (जैसे, आनुवंशिक एल्गोरिदम) तेजी से इष्टतम अंतराल का निर्धारण करेंगे।

●योगात्मक विनिर्माण: धातु 3डी मुद्रण एकीकृत प्ररितक-आवरण डिजाइन को सक्षम बनाता है, जिससे संयोजन त्रुटियां कम हो जाती हैं।

●स्मार्ट मॉनिटरिंग: डिजिटल ट्विन्स के साथ जोड़े गए फाइबर-ऑप्टिक सेंसर वास्तविक समय अंतराल की निगरानी और प्रदर्शन में गिरावट की भविष्यवाणी को सक्षम करेंगे।

निष्कर्ष

इम्पेलर गैप ऑप्टिमाइज़ेशन मल्टीस्टेज वर्टिकल टर्बाइन पंप दक्षता को बढ़ाने के लिए सबसे प्रत्यक्ष तरीकों में से एक है। सटीक विनिर्माण, गतिशील समायोजन और बुद्धिमान निगरानी के संयोजन से 5-15% की दक्षता लाभ प्राप्त किया जा सकता है, ऊर्जा की खपत कम हो सकती है और रखरखाव लागत कम हो सकती है। निर्माण और विश्लेषण में प्रगति के साथ, गैप ऑप्टिमाइज़ेशन उच्च परिशुद्धता और बुद्धिमत्ता की ओर विकसित होगा, जो पंप ऊर्जा रेट्रोफिटिंग के लिए एक मुख्य तकनीक बन जाएगा।

नोट: व्यावहारिक इंजीनियरिंग समाधानों में माध्यम के गुणों, परिचालन स्थितियों और लागत बाधाओं को एकीकृत किया जाना चाहिए, जिन्हें जीवन चक्र लागत (एलसीसी) विश्लेषण के माध्यम से सत्यापित किया जाना चाहिए।