Cavitation
4.2.15
Cavitation
4.2.15.1
Description of Damage
Cavitation एक प्रकार का erosion है जो liquid के अंदर बनने वाले असंख्य छोटे-छोटे vapor bubbles के बनने और तुरंत collapse होने के कारण उत्पन्न होता है।
जब ये bubbles अचानक collapse होते हैं, तो वे metal surface पर अत्यधिक localized impact
forces उत्पन्न करते हैं। इन impact forces के कारण metal surface से material हटने लगता है, जिसे cavitation damage कहा जाता है।
इन bubbles के अंदर liquid का vapor phase, entrained air, या liquid medium में मौजूद अन्य gases हो सकती हैं। Bubble collapse के समय उत्पन्न होने वाला localized pressure इतना अधिक हो सकता है कि metal surface पर गंभीर pitting और material loss हो जाए।
4.2.15.2
Affected Materials
Cavitation अधिकांश सामान्य construction
materials को प्रभावित कर सकता है, जिनमें copper, brass, cast iron, carbon steel, low alloy steels, 300 Series Stainless Steel,
400 Series Stainless
Steel, तथा nickel base alloys शामिल हैं।
4.2.15.3
Critical Factors
Pump systems
में Net Positive Suction
Head (NPSH)
cavitation का सबसे महत्वपूर्ण factor होता है। Liquid के suction side पर उपलब्ध actual pressure या head और उस liquid के vapor pressure के बीच के अंतर को NPSH Available कहा जाता है। किसी विशेष liquid और flow rate पर cavitation रोकने के लिए जिस minimum head की आवश्यकता होती है उसे NPSH Required कहा जाता है। यदि उपलब्ध NPSH, required NPSH से कम हो जाए, तो cavitation उत्पन्न हो सकती है।
Liquid का temperature यदि उसके boiling point के निकट पहुंच जाता है, तो vapor bubbles बनने की संभावना बढ़ जाती है। इसलिए high temperature
operation में cavitation का जोखिम अधिक होता है।
Cavitation
damage होने के लिए solid या abrasive particles का उपस्थित होना आवश्यक नहीं है, लेकिन यदि ऐसे particles मौजूद हों, तो वे damage की दर को काफी तेज कर देते हैं।
4.2.15.4
Affected Units or Equipment
Cavitation सबसे अधिक pump casings, pump impellers (विशेष रूप से low-pressure side) तथा orifices या control valves के downstream piping में देखी जाती है।
यह damage उन क्षेत्रों में भी पाया जाता है जहां flow restricted हो या turbulent flow के कारण localized pressure
changes तेजी से उत्पन्न होते हों। ऐसे equipment में heat exchanger tubes, venturis, seals, impellers, तथा अन्य restricted-flow
components शामिल हैं।
4.2.15.5
Appearance or Morphology of Damage
Cavitation
damage सामान्यतः sharp-edged pitting के रूप में दिखाई देता है। Rotating equipment में यह damage gouged या खुरचे हुए surface की तरह भी दिखाई दे सकता है।
यह damage पूरे component पर समान रूप से नहीं होता, बल्कि केवल उन localized areas में विकसित होता है जहां pressure बहुत कम हो जाता है और vapor bubbles बनते तथा collapse होते हैं। इसलिए cavitation attack प्रायः low-pressure zones तक सीमित रहता है।
4.2.15.6
Prevention / Mitigation
किसी विशेष environment में केवल material बदलने से cavitation resistance
में हमेशा महत्वपूर्ण सुधार नहीं होता। अधिकांश मामलों में mechanical
modification,
design improvement
या operating condition
changes
की आवश्यकता होती है।
Cavitation को रोकने का सबसे प्रभावी तरीका यह सुनिश्चित करना है कि system में absolute pressure कभी भी liquid के vapor pressure से नीचे न जाए। इसके लिए विभिन्न उपाय अपनाए जा सकते हैं।
Flow path को streamline करके turbulence कम किया जा सकता है। Fluid velocity को कम करने से भी cavitation की संभावना घटती है। Liquid में entrained air को हटाना आवश्यक होता है क्योंकि gas bubbles
cavitation को बढ़ावा दे सकते हैं।
Pumps में suction pressure बढ़ाने से NPSH Available बढ़ता है और cavitation का जोखिम कम होता है। कुछ स्थितियों में additives मिलाकर fluid properties को भी बदला जा सकता है।
Damage
resistance बढ़ाने के लिए hard surfacing या hardfacing का उपयोग किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त harder तथा अधिक corrosion-resistant
alloys का उपयोग भी लाभदायक हो सकता है।
हालांकि cavitation attack
protective corrosion scales या passive films को mechanically destroy कर देता है। इसलिए केवल corrosion-resistant
material का चयन हमेशा पर्याप्त नहीं होता। बहुत अधिक hard materials भी उपयुक्त नहीं हो सकते क्योंकि उनमें bubble collapse से उत्पन्न high localized
pressure और impact loads को सहने के लिए पर्याप्त toughness नहीं होती।
4.2.15.7
Inspection and Monitoring
Cavitating
pumps अक्सर ऐसा sound उत्पन्न करते हैं जैसे उनके अंदर छोटे-छोटे पत्थर (pebbles) तेजी से टकरा रहे हों। यह cavitation की एक सामान्य field indication है।
Monitoring के लिए fluid properties की सीमित निगरानी तथा turbulent flow areas की acoustic monitoring की जा सकती है, जिससे cavitation से संबंधित विशिष्ट sound frequencies का पता लगाया जा सके।
Suspected
areas की Visual Examination
(VT)
की जाती है। इसके अतिरिक्त Ultrasonic Testing
(UT)
तथा Radiographic Testing
(RT)
का उपयोग wall thickness loss और material degradation की निगरानी के लिए किया जाता है।
4.2.15.8
Related Mechanisms
Cavitation का संबंध Liquid Impingement तथा Erosion mechanisms से है। कई मामलों में इनके damage patterns एक-दूसरे से मिलते-जुलते दिखाई देते हैं।
Quick
Summary (Exam / Interview Point of View)
Cavitation = Vapor bubbles का formation और collapse जिसके कारण localized impact
damage और metal loss होता है।
Main
Cause:
Inadequate NPSH,
low pressure zones, high temperature operation।
Most
Affected Equipment: Pumps, impellers, control valves downstream piping, heat
exchanger tubes, venturis और seals।
Typical
Damage:
Sharp-edged pitting, gouging, localized surface attack।
Prevention: Adequate NPSH
maintain करें, suction pressure बढ़ाएँ, velocity कम करें, turbulence कम करें, entrained air हटाएँ।
Inspection: Pump noise
monitoring, VT, UT, RT, acoustic monitoring।
Key
Identification:
Pump के अंदर "pebbles
rattling" जैसी आवाज़ cavitation का प्रमुख संकेत माना जाता है।
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