१. इंपेलर गॅपची व्याख्या आणि प्रमुख परिणाम

इम्पेलर गॅप म्हणजे इम्पेलर आणि पंप केसिंग (किंवा गाईड व्हेन रिंग) मधील रेडियल क्लिअरन्स, सामान्यतः 0.2 मिमी ते 0.5 मिमी पर्यंत असते. हे गॅप इंजिनच्या कामगिरीवर लक्षणीय परिणाम करते.  मल्टीस्टेज व्हर्टिकल टर्बाइन पंप दोन मुख्य पैलूंमध्ये:

● हायड्रॉलिक नुकसान: जास्त अंतरांमुळे गळतीचा प्रवाह वाढतो, ज्यामुळे व्हॉल्यूमेट्रिक कार्यक्षमता कमी होते; जास्त लहान अंतरांमुळे घर्षण झीज किंवा पोकळ्या निर्माण होऊ शकतात.

● प्रवाह वैशिष्ट्ये: अंतराचा आकार इंपेलर आउटलेटवरील प्रवाह एकरूपतेवर थेट परिणाम करतो, ज्यामुळे हेड आणि कार्यक्षमता वक्रांवर परिणाम होतो.

२. इम्पेलर गॅप ऑप्टिमायझेशनसाठी सैद्धांतिक आधार

२.१ आकारमानात्मक कार्यक्षमता सुधारणा

व्हॉल्यूमेट्रिक कार्यक्षमता (ηₛ) ही प्रत्यक्ष आउटपुट प्रवाहाचे सैद्धांतिक प्रवाहाशी गुणोत्तर म्हणून परिभाषित केली जाते:

ηₛ = १ − क्यूक्यूलीक

जिथे क्यूलीक म्हणजे इम्पेलर गॅपमुळे होणारा गळतीचा प्रवाह. गॅप ऑप्टिमायझ केल्याने गळती लक्षणीयरीत्या कमी होते. उदाहरणार्थ:

● अंतर ०.३ मिमी वरून ०.२ मिमी पर्यंत कमी केल्याने गळती १५-२०% कमी होते.

● मल्टीस्टेज पंपमध्ये, टप्प्याटप्प्याने एकत्रित ऑप्टिमायझेशन केल्याने एकूण कार्यक्षमता ५-१०% ने वाढू शकते.

२.२ हायड्रॉलिक नुकसान कमी करणे

अंतर ऑप्टिमायझेशन केल्याने इम्पेलर आउटलेटवर प्रवाह एकरूपता सुधारते, टर्ब्युलन्स कमी होते आणि त्यामुळे हेड लॉस कमी होतो. उदाहरणार्थ:

● CFD सिम्युलेशन दर्शविते की ०.४ मिमी ते ०.२५ मिमी पर्यंत अंतर कमी केल्याने अशांत गतिज ऊर्जा ३०% ने कमी होते, ज्यामुळे शाफ्ट पॉवर वापरात ४-६% घट होते.

२.३ पोकळ्या निर्माण करण्याची कार्यक्षमता वाढवणे

मोठ्या अंतरांमुळे इनलेटवर दाब स्पंदने वाढतात, ज्यामुळे पोकळ्या निर्माण होण्याचा धोका वाढतो. अंतर अनुकूलित केल्याने प्रवाह स्थिर होतो आणि NPSHr (नेट पॉझिटिव्ह सक्शन हेड) मार्जिन वाढतो, विशेषतः कमी-प्रवाह परिस्थितीत प्रभावी.

३. प्रायोगिक पडताळणी आणि अभियांत्रिकी प्रकरणे

३.१ प्रयोगशाळेतील चाचणी डेटा

एका संशोधन संस्थेने तुलनात्मक चाचण्या घेतल्या मल्टीस्टेज वर्टिकल टर्बाइन पंप (पॅरामीटर्स: २९५० आरपीएम, १०० मीटर³/तास, २०० मीटर हेड).

३.२ औद्योगिक अनुप्रयोग उदाहरणे

● पेट्रोकेमिकल सर्कुलेशन पंप रेट्रोफिट: एका रिफायनरीने इंपेलर गॅप ०.४ मिमी वरून ०.२८ मिमी पर्यंत कमी केला, ज्यामुळे वार्षिक १२० किलोवॅट तासाची ऊर्जा बचत झाली आणि ऑपरेटिंग खर्चात ८% कपात झाली.

● ऑफशोअर प्लॅटफॉर्म इंजेक्शन पंप ऑप्टिमायझेशन: गॅप (±0.02 मिमी) नियंत्रित करण्यासाठी लेसर इंटरफेरोमेट्री वापरल्याने, पंपची व्हॉल्यूमेट्रिक कार्यक्षमता 81% वरून 89% पर्यंत वाढली, ज्यामुळे जास्त गॅपमुळे होणाऱ्या कंपन समस्यांचे निराकरण झाले.

४. ऑप्टिमायझेशन पद्धती आणि अंमलबजावणीचे टप्पे

४.१ गॅप ऑप्टिमायझेशनसाठी गणितीय मॉडेल

केंद्रापसारक पंप समानता कायदे आणि सुधारणा गुणांकांवर आधारित, अंतर आणि कार्यक्षमता यांच्यातील संबंध असा आहे:

η = η₀(१ − k·δD)

जिथे δ हे अंतर मूल्य आहे, D हा इंपेलर व्यास आहे आणि k हा अनुभवजन्य सहगुणक आहे (सामान्यत: 0.1–0.3).

४.२ प्रमुख अंमलबजावणी तंत्रज्ञान

●अचूक उत्पादन: सीएनसी मशीन्स आणि ग्राइंडिंग टूल्स इंपेलर्स आणि केसिंग्जसाठी मायक्रो-मीटर-लेव्हल प्रिसिजन (IT7–IT8) साध्य करतात.

●इन-सिटू मापन: विचलन टाळण्यासाठी असेंब्ली दरम्यानच्या अंतरांचे निरीक्षण करण्यासाठी लेसर अलाइनमेंट टूल्स आणि अल्ट्रासोनिक जाडी गेज वापरतात.

● गतिमान समायोजन: उच्च-तापमान किंवा संक्षारक माध्यमांसाठी, बोल्ट-आधारित फाइन-ट्यूनिंगसह बदलण्यायोग्य सीलिंग रिंग्ज वापरल्या जातात.

4.3 विचार

● घर्षण-पोशाख संतुलन: कमी आकाराच्या अंतरांमुळे यांत्रिक पोकळी वाढते; साहित्याची कडकपणा (उदा., इम्पेलर्ससाठी Cr12MoV, केसिंगसाठी HT250) आणि ऑपरेशनल परिस्थिती संतुलित असणे आवश्यक आहे.

● औष्णिक विस्तार भरपाई: उच्च-तापमानाच्या अनुप्रयोगांसाठी (उदा. गरम तेल पंप) राखीव अंतर (०.०३-०.०५ मिमी) आवश्यक आहे.

5. भविष्यातील ट्रेंड

●डिजिटल डिझाइन: एआय-आधारित ऑप्टिमायझेशन अल्गोरिदम (उदा., अनुवांशिक अल्गोरिदम) इष्टतम अंतर जलदपणे निश्चित करतील.

●अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग: मेटल ३डी प्रिंटिंग एकात्मिक इंपेलर-केसिंग डिझाइन सक्षम करते, ज्यामुळे असेंब्ली त्रुटी कमी होतात.

●स्मार्ट मॉनिटरिंग: डिजिटल ट्विन्ससह जोडलेले फायबर-ऑप्टिक सेन्सर रिअल-टाइम गॅप मॉनिटरिंग आणि कामगिरीच्या ऱ्हासाचा अंदाज घेण्यास सक्षम करतील.

निष्कर्ष

इंपेलर गॅप ऑप्टिमायझेशन ही मल्टीस्टेज व्हर्टिकल टर्बाइन पंप कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी सर्वात थेट पद्धतींपैकी एक आहे. अचूक उत्पादन, गतिमान समायोजन आणि बुद्धिमान देखरेख यांचे संयोजन केल्याने ५-१५% कार्यक्षमता वाढू शकते, ऊर्जेचा वापर कमी होऊ शकतो आणि देखभाल खर्च कमी होऊ शकतो. फॅब्रिकेशन आणि अॅनालिटिक्समधील प्रगतीसह, गॅप ऑप्टिमायझेशन उच्च अचूकता आणि बुद्धिमत्तेकडे विकसित होईल, पंप एनर्जी रेट्रोफिटिंगसाठी एक मुख्य तंत्रज्ञान बनेल.

टीप: व्यावहारिक अभियांत्रिकी उपायांमध्ये मध्यम गुणधर्म, ऑपरेशनल परिस्थिती आणि खर्चाच्या मर्यादा एकत्रित केल्या पाहिजेत, ज्याची पडताळणी जीवन चक्र खर्च (LCC) विश्लेषणाद्वारे केली जाते.