Understanding Recirculation in Pumps
Recirculation என்பது மையவிலக்கு பம்புகள் மற்றும் மின்விசிறிகளில் அவை தங்கள் வடிவமைப்பு புள்ளியான சிறந்த திறன் புள்ளி (BEP) விட மிகவும் குறைந்த ஓட்ட விகிதங்களில் இயங்கும்போது உருவாகும் ஒரு ஓட்ட நிலையற்ற தன்மையாகும். குறைந்த ஓட்டத்தில், திரவத்தின் ஒரு பகுதி திசை மாறி, வெளியேற்றம் பகுதியிலிருந்து உறிஞ்சுதல் நோக்கி பின்னோக்கி பாய்ந்து, இம்பெல்லர் நுழைவாயில் அல்லது வெளியேற்றத்தில் நிலையற்ற மறுசுற்றோட்ட வடிவங்களை உருவாக்குகிறது. இதன் விளைவு குறைந்த அதிர்வெண் vibration துடிப்பு (பொதுவாக இயக்க வேகத்தின் 0.2–0.8× மற்றும் எனவே sub-synchronous), இரைச்சல், திறன் இழப்பு மற்றும் — கடுமையான நிகழ்வுகளில் — சுழற்சி சுமையினால் இயந்திர சேதம், cavitation மற்றும் வெப்பமாதல். இது ஒரு பம்பை இயக்குவதில் மிகவும் அழிவுகரமான வழிகளில் ஒன்றாக கருதப்படுகிறது, மேலும் அதை தவிர்ப்பது pump reliability.
1. Definition: A Low-Flow Hydraulic Instability
ஒரு இம்பெல்லர் BEP-இல் குறிப்பிட்ட கோணங்களில் திரவம் நுழைந்து வெளியேறும் வகையில் வடிவமைக்கப்படுகிறது. அந்த புள்ளிக்கு கீழே ஓட்டத்தை கட்டுப்படுத்தினால் வேக முக்கோணங்கள் இனி இறகு வடிவமைப்பிற்கு பொருந்தாது: உள்வரவு கோணம் பெரிதும் தவறாகிறது, ஓட்டம் இறகுகளிலிருந்து பிரிகிறது, மற்றும் இம்பெல்லர் ஏற்கனவே ஆற்றலளித்த திரவம் பின்னோக்கி சிந்துகிறது. இந்த மாற்றப்பட்ட, சுழலும் நீரோட்டங்கள்தான் மறுசுற்றோட்டம். நிலையற்ற ஹைட்ராலிக் விசைகள் அவை உருவாக்கும் சக்தி மிகப்பெரியதாக இருக்கலாம், மறுசுற்றோட்டம் தாங்கி தோல்விகள், சீல் சேதம், தண்டு fatigue மற்றும் இம்பெல்லரின் கட்டமைப்பு தோல்வி கூட ஏற்படலாம். அதை புரிந்துகொண்டு தடுப்பது பம்பின் நீண்ட ஆயுளுக்கு மிகவும் முக்கியமானது.
2. மறுசுற்றோட்டத்தின் வகைகள்
Suction Recirculation
இம்பெல்லர் நுழைவாயிலில் (உறிஞ்சுதல் பக்கம்) நிகழ்கிறது:
- Mechanism: குறைந்த ஓட்டத்தில், இம்பெல்லர் கண்ணில் நுழையும் திரவம் தவறான ஓட்ட கோணத்தில் வருகிறது.
- Separation: ஓட்டம் இறகுகளின் உறிஞ்சுதல் மேற்பரப்புகளிலிருந்து பிரிகிறது.
- Reverse flow: பிரிந்த திரவம் இம்பெல்லர் கண்ணிலிருந்து பின்னோக்கி சிந்துகிறது.
- Onset: பொதுவாக BEP ஓட்டத்தின் 60–70% இல்.
- Location: இம்பெல்லர் திரையின் அருகே மையப்படுத்தப்பட்டது.
Discharge Recirculation
இம்பெல்லர் வெளியேற்றத்தில் (வெளியீட்டு பக்கம்) நிகழ்கிறது:
- Mechanism: அதிக அழுத்த வெளியேற்ற திரவம் இம்பெல்லர் சுற்றளவுக்கு பின்னோக்கி பாய்கிறது.
- Path: உடைகள் வளையங்கள் மற்றும் பக்க இடைவெளிகள் போன்ற இடைவெளி ஓட்டைகள் வழியாக.
- Mixing: மறுசுற்றோட்ட நீரோட்டம் முக்கிய ஓட்டத்துடன் கலந்து turbulence.
- Onset: பொதுவாக BEP ஓட்டத்தின் 40–60% இல்.
- Severity: generally more damaging than suction recirculation.
Combined Recirculation
- உறிஞ்சுதல் மற்றும் வெளியேற்றம் இரண்டும் ஒரே நேரத்தில் மறுசுற்றோட்டம் செய்கின்றன.
- மிகவும் குறைந்த ஓட்டங்களில், BEP-இன் சுமார் 40%-க்கும் கீழே நிகழ்கிறது.
- மிக கடுமையான அதிர்வை உருவாக்குகிறது மற்றும் அதிகபட்ச சேதம் விளைவிக்கும் திறனை கொண்டுள்ளது.
- Should be avoided through minimum-flow protection.
3. Vibration Signature
Characteristic Pattern
- Frequency: sub-synchronous, typically 0.2–0.8× running speed.
- Example: a 1750 RPM pump showing 10–20 Hz pulsations.
- Amplitude: சாதாரண இயக்க அதிர்வின் 2–5× வரை எட்டலாம்.
- Unstable: அதிர்வெண் மற்றும் வீச்சு இரண்டும் நிலையாக இல்லாமல் அலைகின்றன.
- சீரற்ற கூறு: கொந்தளிப்பிலிருந்து ஒரு பரந்த அலைவரிசை அதிகரிப்பு மேலே தொடர்கிறது.
இந்த அலைந்திரியும், ஒத்திசைவற்ற தன்மையே, மீளோட்டத்தை நிலையான 1× அதிர்வில் இருந்து வேறுபடுத்திக் காட்டுகிறது unbalance மற்றும் இறகு-வீதம் (blade-rate) உச்ச மதிப்பு வெயின் பாஸிங் ஆவர்த்தனம்; இதை கண்டறிய பொதுவாக இரண்டையும் பரிசோதிக்க வேண்டும் spectrum and the time waveform.
Flow Dependence
- High flow: மீளோட்டம் இல்லை, குறைந்த அதிர்வு.
- மிதமான ஓட்டம் (80–100% BEP): குறைந்தபட்ச மீளோட்டம், ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய அதிர்வு.
- குறைந்த ஓட்டம் (50–70% BEP): உறிஞ்சு மீளோட்டம் தொடங்குகிறது மற்றும் அதிர்வு அதிகரிக்கிறது.
- மிகக் குறைந்த ஓட்டம் (< 50% BEP): கடுமையான மீளோட்டம் மற்றும் மிக அதிகமான அதிர்வு.
- Shutoff: அதிகபட்ச மீளோட்டம், அதிகபட்ச அதிர்வு மற்றும் மிக வேகமான சேதம் விகிதம்.
Additional Indicators
- A high அச்சு அதிர்வன component.
- Increased noise — roaring or rumbling.
- செயல்திறன் இழப்பு, ஹெட் மற்றும் ஓட்டம் வளைவுக்கு கீழே வீழ்கின்றன.
- திரவத்தில் கொட்டப்படும் நீரியல் இழப்புகளால் வெப்பநிலை உயர்வு.
4. விளைவுகள் மற்றும் சேதம்
Immediate Effects
- Severe vibration: சில நிமிடங்களிலேயே அலாரம் வரம்புகளை மீறலாம்.
- Noise: உரத்த, கொந்தளிப்பான கர்ஜனை.
- Efficiency loss: உண்மையில் வழங்கப்படும் ஓட்டத்திற்கு அதிக மின்சக்தி நுகர்வு.
- Heating: உறையினுள் வெப்பமாக மாற்றப்படும் நீரியல் இழப்புகள்.
Mechanical Damage
- தாங்கு உறுப்பு தோல்வி: high cyclic loads accelerate bearing wear.
- Seal damage: அதிர்வு மற்றும் அழுத்த துடிப்பு அழிக்கின்றன mechanical seals.
- Shaft fatigue: நிலையற்ற நீரியல் விசைகளால் மாறி மாறி வரும் வளைவு அழுத்தம்.
- இம்பெல்லர் சேதம்: vane fatigue cracking from cyclic loading.
Hydraulic Damage
- Cavitation: உள்ளூர் அழுத்தம் ஆவி அழுத்தத்திற்கு கீழே இறங்கும்போது மீளோட்ட மண்டலங்கள் குகையாக்கத்திற்கு (cavitation) ஆளாகும்.
- Erosion: high-velocity recirculating flow erodes surfaces.
- சுழல் குகையாக்கம் (Vortex cavitation): மீளோட்ட மண்டலங்களுக்குள்ளான சுழல்கள் தங்கள் குறைந்த அழுத்த மையங்களில் குகையாக்கத்திற்கு (cavitation) உள்ளாகின்றன.
5. கண்டறிதல் மற்றும் நோயறிதல்
சிற்றலை பகுப்பாய்வு
- 0.2–0.8× பட்டையில் துணை-ஒத்திசைவு கூறுகளை தேடுங்கள்.
- நடத்தையை வரைபடமாக்க பல ஓட்ட விகிதங்களில் சோதிக்கவும்.
- துடிப்புகள் தொடங்கும் ஓட்ட விகிதத்தை கண்டறியுங்கள் — மீளோட்டத்தின் தொடக்கம்.
- கண்டுபிடிப்புகளை பம்பின்’ செயல்திறன்-வளைவு கணிப்புகளுடன் ஒப்பிடுங்கள்.
செயல்திறன் சோதனை
- உண்மையான ஹெட்–ஓட்ட வளைவை அளவிடுங்கள்.
- அதை வடிவமைப்பு வளைவுடன் ஒப்பிடுங்கள்.
- A deviation at low flow signals recirculation.
- வளைவு கணிக்கும் அளவை விட அதிக மின்சக்தி நுகர்வு ஆதரவான சாட்சியம் ஆகும்.
Acoustic Monitoring
- A distinctive turbulent roaring sound.
- A broadband noise increase.
- பம்பு உறையில் பொதுவாக செவிக்கு கேட்கக்கூடியது மற்றும் கையால் உணரக்கூடியது.
6. தடுப்பு மற்றும் குறைப்பு
Operating Strategies
Minimum-Flow Protection
- Install an automatic minimum-flow recirculation line.
- ஓட்டம் பாதுகாப்பான குறைந்தபட்சத்திற்கு கீழே (பொதுவாக BEP இன் 60–70%) வரும்போதெல்லாம் ஒரு வால்வு திறக்கிறது.
- இது வெளியேற்றத்தை உறிஞ்சுக்கு அல்லது ஒரு தொட்டிக்கு மீண்டும் சுழற்றுகிறது.
- இது பம்பை மீளோட்ட மண்டலத்தில் இருந்து விலக்கி வைக்கிறது.
Operating-Point Control
- குறைந்தபட்ச தொடர் நிலையான ஓட்டத்திற்கு கீழே இயக்குவதை தவிர்க்கவும்.
- தேவையுடன் பம்பை பொருத்த மாறு-வேக இயக்கி (variable-speed drive) பயன்படுத்தவும், இதனால் affinity laws பல்வேறு இயக்க நிலைகளில் BEP-ஐ பின்பற்றி இயங்க.
- சிறந்த திரும்ப விகிதத்திற்காக ஒரு பெரிய பம்பிற்கு பதிலாக பல சிறிய பம்புகளை விரும்புங்கள்.
- தேவை மாறும்போது இணை பம்புகளை ஒன்றொன்றாக இணைத்து நிறுத்துங்கள்.
Design Solutions
- Inducer: உறிஞ்சும் ஓட்டத்தை நிலைப்படுத்த அச்சு உள்ளீட்டு நிலை.
- Low-flow impellers: குறைந்த ஓட்ட சேவைக்காக வடிவமைக்கப்பட்ட சிறப்பு வடிவமைப்புகள்.
- Proper sizing: பம்பை தேவைக்கு அதிகமாக தேர்வு செய்யாதீர்கள், இது நாள்பட்ட குறைந்த ஓட்ட இயக்கத்தை கட்டாயப்படுத்துகிறது.
- அகலமான இயக்க வரம்பு: ஓட்ட மாறுபாட்டை தாங்கும் தட்டையான வளைவுகள் கொண்ட பம்புகளை தேர்வு செய்யுங்கள்.
System Design
- பம்பு BEP அருகில் இயங்கும்படி அமைப்பை வடிவமைக்கவும்.
- சுழற்சி மண்டலங்களில் குழிவாக்கத்தை குறைக்க போதுமான NPSH வரம்பை வழங்கவும்.
- உறிஞ்சும் அடைப்பை குறைக்க கட்டுப்பாட்டு வால்வுகளை நிலைப்படுத்தவும்.
- குறைந்தபட்ச ஓட்டத்தை உறுதிப்படுத்த பைபாஸ் அல்லது சுழற்சி அமைப்புகளை சேர்க்கவும்.
7. தொழில் தரநிலைகள் மற்றும் வழிகாட்டுதல்கள்
Minimum Continuous Flow
- API 610: மையவிலக்கு பம்புகளுக்கான குறைந்தபட்ச தொடர் நிலையான ஓட்டத்தை குறிப்பிடுகிறது.
- Typical values: ஆரக் பம்புகளுக்கு BEP ஓட்டத்தில் 60–70%, கலப்பு ஓட்ட வடிவமைப்புகளுக்கு 70–80%.
- Thermal consideration: குறைந்த ஓட்டத்தில் திரவம் தாங்கக்கூடிய வெப்பநிலை உயர்வாலும் குறைந்தபட்ச ஓட்டம் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது.
செயல்திறன் சோதனை
- தொழிற்சாலை சோதனைகள் சுழற்சி தொடக்க புள்ளியை சரிபார்க்கின்றன.
- நிறுவப்பட்ட அமைப்பில் புலக் செயல்திறன் சோதனைகள் அதை உறுதிப்படுத்துகின்றன.
- ஏற்பு அளவுகோல்கள் குறைந்தபட்ச ஓட்டத்தில் அனுமதிக்கக்கூடிய அதிர்வை குறிப்பிடுகின்றன, பெரும்பாலும் குறிப்பிடப்படுவது ISO 20816 severity zones.
சுழற்சி, unbalance, இலை-கடப்பு விளைவுகள் மற்றும் குழிவாக்கம் ஆகியவை அனைத்தும் பம்பு அதிர்வை அதிகரிக்கலாம் என்பதால், நடைமுறை நோயறிதல் படி பல ஓட்ட விகிதங்களில் spectrum அளவிடுவது மற்றும் எந்த கூறு ஓட்டத்தை பின்தொடர்கிறது என்று பார்ப்பது ஆகும். இதுபோன்ற ஒரு இரண்டு-சேனல் நகரும் அலசி Balanset-1A துணை-ஒத்திசைவு துடிப்பு மற்றும் அதன் ஓட்ட சார்பை நேரடியாக பம்பில் பதிவு செய்கிறது, ஒரு rotor தோஷம் இல்லாமல் சுழற்சியை உறுதிப்படுத்த உதவுகிறது — மேலும், அதிகரித்த அதிர்வு 1× ஆக இருக்கும்போது unbalance impeller-இல், பம்பை பிரிக்காமல் நேரடியாக balancing செய்ய தொழில்நுட்பவியலாளருக்கு உதவுகிறது. தொடங்குவதற்கு முன் தொடர்புடைய அதிர்வெண்களை கணக்கிட, ஒரு pump cavitation-frequency estimator and a blade-pass-frequency calculator குழிவாக்க ஆரவாரம் மற்றும் இலை-கடப்பு உச்சங்கள் எங்கே தோன்ற வேண்டும் என்று குறிக்கவும், இதனால் அலைக்கும் துணை-ஒத்திசைவு சுழற்சி மண்டலம் தெளிவாக தெரியும்.
சுழற்சி என்பது மையவிலக்கு பம்பு அனுபவிக்கக்கூடிய மிகவும் கடுமையான இயக்க நிலைகளில் ஒன்றாகும். அதன் அடையாள துணை-ஒத்திசைவு அதிர்வு கையொப்பம், பெரிய துடிப்பு amplitudeகள் மற்றும் விரைவான இயந்திர சேதத்திற்கான திறன் ஆகியவை தொடக்க நிலைகளை புரிந்துகொள்வதற்கும், குறைந்தபட்ச ஓட்ட பாதுகாப்பை பொருத்துவதற்கும், நாள்பட்ட குறைந்த ஓட்ட இயக்கத்தை தவிர்ப்பதற்கும் அவசியமாக்குகின்றன — தொழில்துறை சேவையில் பம்பு நம்பகத்தன்மை மற்றும் நீண்ட ஆயுளுக்கான திறவுகோல்கள்.
