सेंट्रीफ्यूगल पंपों में अक्षीय बलों को संतुलित करने हेतु कौन-कौन सी संरचनाएँ

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यदि पंखे पर लगने वाले अक्षीय बलों को दूर किया नहीं जाता, या उन्हें संतुलित नहीं किया जाता, तो ये अक्षीय बल रोटर को अक्षीय दिशा में खींचेंगे। इससे रोटर, स्थिर भागों से टकर जाएगा, जिससे पंप के भाग क्षतिग्रस्त हो जाएंगे एवं पंप काम नहीं कर पाएगा। आमतौर पर, पंप के अक्षीय बलों को संतुलित करने हेतु नीचे दिए गए तरीकों का उपयोग किया जाता 1. थ्रस्ट बेयरिंग – उन छोटे पंपों में, जहाँ अक्षीय बल कम होता है, अक्षीय बल को सहन करने हेतु थ्रस्ट बेयरिंगों का उपयोग किया जाता है। यह आमतौर पर एक सरल एवं किफायती तरीका है। भले ही अन्य संतुलन उपकरणों का उपयोग किया जाए, लेकिन चूँकि हमेशा कुछ अवशिष्ट अक्षीय बल मौजूद रहता है, इसलिए कभी-कभी थ्रस्ट बेयरिंग भी लगाए जाते हैं। 2. संतुलन छिद्र या संतुलन पाइप: चित्र 1 में दर्शाए अनुसार, पंखे की पिछली प्लेट पर एक सीलिंग रिंग लगी होती है। इस सीलिंग रिंग का व्यास आमतौर पर पहली सीलिंग रिंग के व्यास के बराबर होता है। साथ ही, पिछली प्लेट के नीचे एक छिद्र भी होता है; या फिर वहाँ एक विशेष संपर्क पाइप लगा होता है, जो आकर्षण-वाले हिस्से से जुड़ा होता है। चूँकि तरल पदार्थ, सीलिंग रिंग के बीच से बहते समय प्रतिरोध का सामना करता है, इस कारण सीलिंग के नीचे मौजूद तरल पदार्थ का दबाव कम हो जाता है। इससे पिछली प्लेट पर लगने वाला अक्षीय बल भी कम हो जाता है। अक्षीय बल को कम करने की मात्रा, छिद्रों की संख्या एवं उनके व्यास पर निर्भर है। ऐसी स्थिति में भी, 10–15% तक का असंतुलित अक्षीय बल बना रहता है। अक्षीय बलों को पूरी तरह संतुलित करने हेतु, सीलिंग रिंग के व्यास को और बढ़ाना आवश्यक है। यह ध्यान देने योग्य है कि सीलिंग रिंग एवं बैलेंसिंग होल एक-दूसरे के पूरक हैं; केवल सीलिंग रिंग होने से अक्षीय बलों को संतुलित नहीं किया जा सकता। ； केवल संतुलन छिद्र ही बनाए गए, सीलिंग रिंगें नहीं लगाई गईं। इसके परिणामस्वरूप लीकेज की मात्रा बहुत अधिक हो गई, एवं अक्षीय बलों को संतुलित करने की क्षमता बहुत कम रह ग http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B1.png
चित्र 1: संतुलन छिद्रों का आरेख।
इस संतुलन विधि का उपयोग करने से शाफ्ट सील पर लगने वाला दबाव कम हो जाता है। लेकिन इसका नुकसान यह है कि द्रव की मात्रा में वृद्धि हो जाती है (संतुलन छिद्रों से होने वाला रिसाव, डिज़ाइन की गई धारा का 2–5% होता है)। इसके अलावा, संतुलन छिद्रों से होने वाला लीकेज प्रवाह, पंप के इंटरनल भाग में आने वाले मुख्य तरल प्रवाह से टकर जाता है; इससे सामान्य प्रवाह-प्रक्रिया बाधित हो जाती है, जिसके कारण पंप की “कार्बोनेशन-प्रतिरोधक क्षमता” कम हो जाती है। इसके लिए, कुछ पंपों में छिद्र बनाए जाते हैं, ताकि वे पाइपलाइनों के माध्यम से इनलेट पाइप से जुड़ सकें; लेकिन ऐसा करने से संरचना जटिल हो जाती है। उपरोक्त संतुलन विधि का उपयोग करने पर, अक्षीय बलों को पूरी तरह से संतुलित नहीं किया जा सकता; शेष अक्षीय बलों को पंप के बीयरिंगों द्वारा ही सहन किया जाना पड़ता है। अक्षीय बलों को संतुलित करने हेतु “संतुलन छिद्रों” का उपयोग व्यापक रूप से किया जाता है; इसका उपयोग न केवल एक-स्तरीय सेंट्रीफ्यूगल पंपों में होता है, बल्कि बहु-स्तरीय सेंट्रीफ्यूगल पंपों में भी होता है। लेकिन चूँकि अक्षीय बलों को पूरी तरह संतुलित नहीं किया जा सकता, इसलिए थ्रस्ट बेयरिंगों की आवश्यकता होती है। साथ ही, एक अतिरिक्त रिंग के कारण पंप के अक्षीय आयामों में वृद्धि हो जाती है; इसलिए इसका उपयोग केवल उन ही पंपों में किया जाता है, जिनकी ऊँचाई कम हो एवं आयाम भी छोटे हों। 3. डबल-इनलेट पंप: जब एकल-स्तरीय पंपों में डबल-इनलेट प्रकार के पंखे का उपयोग किया जाता है, तो चूँकि पंखा सममित होता है, इसलिए पंखे के दोनों ओर उत्पन्न होने वाले अक्षीय बल आपस में रद्द हो जाते हैं। लेकिन वास्तव में, पंखे के दोनों ओर की सीलिंगों में अंतर होने के कारण, या पंखे का केंद्र वॉर्टेक्स चैंबर के केंद्र से थोड़ा अलग होने के कारण, एक छोटा सा अवशिष्ट अक्षीय बल तो बन ही जाता है। इस अक्षीय बल को सहन करने का कार्य बेयरिंगों को ही करना पड़ता है। 4. पंप की पिछली पंखुड़ियाँ – पंप की पिछली पंखुड़ियाँ, पिछले कवर के बाहरी हिस्से में लगाई जाती हैं; अर्थात्, मुख्य पंखे के पीछे, चूषण दिशा के विपरीत दिशा में एक अतिरिक्त आधा-खुला पंखा लगाया जाता है, जैसा कि चित्र 2 में दर्शाया गया है। ढलाई को आसान बनाने हेतु, ऐसी पिछली पंखुड़ियाँ आमतौर पर त्रिज्यीय आकार में ही बनाई जाती हैं; कभी-कभी इन्हें घुमावदार आकार में भी बनाया जाता है। इंटरनल व्हील में पिछली पंखुड़ियाँ जोड़ने के बाद, ये पिछली पंखुड़ियाँ तरल पदार्थ को घूमने के लिए मजबूर करती हैं। इससे तरल पदार्थ की घूर्णन गति बढ़ जाती है, जिससे पिछली प्लेट पर लगने वाले दबाव में परिवर्तन होता है, और असंतुलित बल कम हो जाता है। शेष अक्षीय बल को फिर भी बेयरिंगों द्वारा ही सहन किया जाना होता है। http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B2.png
चित्र 2: पिछले पंखों का आरेख। पिछले पंख, अक्षीय बलों को संतुलित करने के अलावा, अक्ष-सील के सामने मौजूद तरल पदार्थ के दबाव को भी कम करने में मदद करते हैं। बैक-प्लेट पंप के उपयोग से पंप की ऊँचाई लगभग 1–2% तक बढ़ जाती है; जिससे पंप की दक्षता 2–3% तक कम हो जाती है। पिछले पत्तों का एक और कार्य, धुरी-सील में अशुद्धियों के प्रवेश को रोकना है; अशुद्धियुक्त तरल पदार्थों को पंप करने हेतु ऐसे पत्तों का उपयोग अक्सर किया जाता है। 5. पंखों की व्यवस्था सममित होती है। इस विधि का उपयोग मुख्य रूप से बहु-स्तरीय पंपों में किया जाता है। पंप के सभी पंखों को दो दिशाओं में समान रूप से व्यवस्थित किया जाता है; वे आमने-सामने या पीछे-पीछे, एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित होते हैं (चित्र 3 देखें)। इससे अक्षीय बल आपस में संतुलित रहते हैं। http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B3.png
पंखों की सममित व्यवस्था का चित्र। पंखों की व्यवस्था करते समय निम्नलिखित सिद्धांतों का पालन किया जाता है: (1) विभिन्न स्तरों के बीच के प्रवाह मार्ग बहुत जटिल नहीं होने चाहिए; ऐसा करने से ढलाई प्रक्रिया आसान हो जाती है, एवं प्रतिरोध में कमी आती है। ； (2) दोनों सिरों पर स्थित एक्सल सीलिंगों के पास कम दबाव वाले स्तर होने चाहिए, ताकि एक्सल सीलिंगों पर लगने वाला दबाव कम हो सके। ； (3) आपस में सटे हुए दो पंखों के बीच का अंतर बहुत अधिक नहीं होना चाहिए; ऐसा करने से पंखों के बीच का दबाव-अंतर कम हो जाता है, और इस प्रकार पंखों के बीच से होने वाला लीकेज भी कम हो जाता है सेगमेंटल पंपों की सममित व्यवस्था से अक्षीय बलों का संतुलन बना रहता है, लेकिन विभिन्न स्तरों के बीच रिसाव बढ़ जाता है सममित रूप से व्यवस्थित पंखे, केवल तभी पूरी तरह संतुलित रह सकते हैं, जब उनकी संरचना पूरी तरह समान हो। जब विभिन्न स्तरों पर स्थित धुरी-अक्षों की लंबाई अलग-अलग होती है, तो एक निश्चित अक्षीय बल भी उत्पन्न होता है। 6. संतुलन ड्रम – संतुलन ड्रम एक बेलनाकार आकृति वाला उपकरण है; यह अंतिम पंखे के बाद स्थित होता है, एवं रोटर के साथ ही घूमता रहता है। संतुलन ड्रम की बाहरी सतह एवं पंप के शरीर के बीच त्रिज्यीय अंतराल बन जाता है। संतुलन ड्रम के सामने अंतिम पंखे का पिछला पंप चेंबर होता है, जबकि पीछे वह संतुलन कक्ष होता है जो आकर्षण छिद्र से जुड़ा होता है। इस प्रकार, बैलेंस ड्रम पर लगने वाला दबाव-अंतर, दाईं ओर की दिशा में एक संतुलन बल उत्पन्न करता है; यह बल, रोटर पर लगने वाले अक्षीय बल को संतुलित करने में सहायक होता है। चित्र 47 के अनुसार, संतुलन प्लेटें विभिन्न कार्य-परिस्थितियों में अक्षीय बलों को स्वचालित रूप से पूरी तरह संतुलित कर सकती हैं; इसी कारण इनका उपयोग बहु-स्तरीय सेंट्रीफ्यूज पंपों में व्यापक रूप से किया जाता है। चित्र 5 में दर्शाए अनुसार, शाफ्ट सूट एवं पंप शरीर के बीच एक अंतराल होता है; डिस्क के अंतिम छोर एवं पंप शरीर के बीच भी एक अक्षीय अंतराल bo होता है। बैलेंस डिस्क के पीछे, पंप के इनलेट से जुड़ा हुआ एक बैलेंस चेंबर होता है। रेडियल गैप b के सामने का दबाव, अंतिम इंटरनल वाल्व के पीछे का दबाव p होता है। जब तरल पदार्थ गैप b से गुजरता है, तो उसका दबाव p’ तक घट जाता है। रेडियल गैप में दबाव में होने वाली कमी △p1 = p – p’ होती है। जब तरल पदार्थ एक्सियल गैप b0 से गुजरता है, तो उसका दबाव और भी कम हो जाकर po हो जाता है। एक्सियल गैप के दोनों सिरों पर दबाव में होने वाली कमी △p2 = p’ – po होती है। यहाँ, po, पंप के इनलेट पर के दबाव के बराबर होता है। पूरे बैलेंस डिस्क उपकरण पर लगने वाला दबाव-अंतर △p = △p1 + △p2 होता है। इस प्रकार, संतुलन डिस्क पर एक संतुलन बल लगता है; इस बल की दिशा, पंप के अक्षीय बल की विपरीत दिशा में होती है। http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B5.png
चित्र 5: संतुलन प्लेट का आरेख।
संतुलन प्लेट की कार्यप्रणाली इस प्रकार है – जब अक्षीय बल, संतुलन प्लेट के संतुलन बल से अधिक हो जाता है, तो सेंट्रीफ्यूगल पंप का घूर्णन भाग बाईं ओर खिसक जाता है। इससे अक्षीय अंतराल ‘bo’ कम हो जाता है, जिससे तरल पदार्थ के प्रवाह में बाधा बढ़ जाती है। इस प्रकार, पूरे संतुलन उपकरण का कुल प्रतिरोध गुणांक भी बढ़ जाता है। लेकिन, △p स्थिर रहता है; इसलिए लीकेज की मात्रा q कम हो जाती है। परिणामस्वरूप △p1 कम हो जाता है, जबकि △p2 बढ़ जाता है। इससे संतुलन बल भी बढ़ जाता है। जैसे-जैसे घूर्णन वाला भाग लगातार बाईं ओर जाता रहता है, संतुलन बल भी लगातार बढ़ता रहता है। किसी निश्चित स्थिति पर, संतुलन बल एवं अक्षीय बल आपस में संतुलित हो जाते हैं। जब अक्षीय बल, संतुलन बल से कम होता है, तो घूर्णन वाला भाग बाईं ओर चला जाता है। यह प्रक्रिया ऊपर बताई गई प्रक्रिया के विपरीत है; इससे सेंट्रीफ्यूज पंप भी अक्षीय संतुलन की अवस्था में आ जाता है। इसलिए, बैलेंस डिस्क वाले सेंट्रीफ्यूगल पंपों में आमतौर पर थ्रस्ट बेयरिंग नहीं लगाई जाती है।