कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष: Difference between revisions
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'''कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष''' अक्षीय कम्प्रेसर या [[केन्द्रापसारक कम्प्रेसर]] में वायुगतिकीय अस्थिरता का एक रूप है। यह शब्द कंप्रेसर की अक्षीय दिशा में दोलन करने वाले हिंसक वायु प्रवाह का वर्णन करता है, जो इंगित करता है कि द्रव वेग का अक्षीय घटक समय-समय पर परिवर्तित होता रहता है और ऋणात्मक भी हो सकता है। प्रारंभिक साहित्य में, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष की घटना की पहचान 1 हर्ट्ज़ जैसी निम्न आवृत्तियों पर सुनाई देने वाली थंपिंग और हॉर्निंग, पूर्ण मशीन में दाब स्पंदन और गंभीर यांत्रिक कंपन से की गई थी।<ref>{{Cite journal |author1=H. W. Emmons |author2=C. E. Pearson |author3=H. P. Grant |title=कंप्रेसर उछाल और स्टाल प्रसार|journal=Transactions of the American Society of Civil Engineers |volume=77 |pages=455–469 |year=1955}}</ref> | '''कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष''' अक्षीय कम्प्रेसर या [[केन्द्रापसारक कम्प्रेसर]] में वायुगतिकीय अस्थिरता का एक रूप है। यह शब्द कंप्रेसर की अक्षीय दिशा में दोलन करने वाले हिंसक वायु प्रवाह का वर्णन करता है, जो इंगित करता है कि द्रव वेग का अक्षीय घटक समय-समय पर परिवर्तित होता रहता है और ऋणात्मक भी हो सकता है। इस प्रकार से प्रारंभिक साहित्य में, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष की घटना की पहचान 1 हर्ट्ज़ जैसी निम्न आवृत्तियों पर सुनाई देने वाली थंपिंग और हॉर्निंग, पूर्ण मशीन में दाब स्पंदन और गंभीर यांत्रिक कंपन से की गई थी।<ref>{{Cite journal |author1=H. W. Emmons |author2=C. E. Pearson |author3=H. P. Grant |title=कंप्रेसर उछाल और स्टाल प्रसार|journal=Transactions of the American Society of Civil Engineers |volume=77 |pages=455–469 |year=1955}}</ref> | ||
==विवरण== | ==विवरण== | ||
कंप्रेसर प्रोत्कर्ष को एक गहन प्रोत्कर्ष और हल्के प्रोत्कर्ष में वर्गीकृत किया जा सकता है। ऋणात्मक द्रव्यमान प्रवाह दरों के साथ कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को गहन प्रोत्कर्ष माना जाता है जबकि व्युत्क्रम प्रवाह के बिना कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को सामान्यतः हल्का प्रोत्कर्ष कहा जाता है।<ref>{{Cite book|last1=Fink|first1=D. A.|last2=Cumpsty|first2=N. A.|last3=Greitzer|first3=E. M.|date=1991-06-03|title= Volume 1: Turbomachinery|publisher=ASME|doi=10.1115/91-gt-031|isbn=9780791878989|chapter=Surge Dynamics in a Free-Spool Centrifugal Compressor System}}</ref> प्रदर्शन प्रतिचित्र पर, कंप्रेसर की स्थिर संचालन सीमा प्रोत्कर्ष रेखा द्वारा सीमित होती है। यद्यपि रेखा का नाम प्रोत्कर्ष के नाम पर रखा गया है, तकनीकी रूप से, यह अस्थिरता सीमा है जो कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष या [[कंप्रेसर स्टॉल]] जैसी स्पष्ट प्रवाह अस्थिरताओं के प्रारंभ को दर्शाती है।<ref>{{Cite journal|last1=Paduano|first1=JD|last2=Greitzer|first2=EM|last3=Epstein|first3=AH|date=January 2001|journal=Annual Review of Fluid Mechanics|volume=33|issue=1|pages=491–517|doi=10.1146/annurev.fluid.33.1.491|issn=0066-4189|title=संपीड़न प्रणाली स्थिरता और सक्रिय नियंत्रण|bibcode=2001AnRFM..33..491P}}</ref> जब द्रव्यमान प्रवाह दर एक महत्वपूर्ण मान तक गिर जाती है जिस पर स्पष्ट प्रवाह अस्थिरता होती है, तो नाममात्र रूप से, महत्वपूर्ण मान को स्थिर गति रेखा पर वृद्धि द्रव्यमान प्रवाह दर के रूप में निर्धारित किया जाना चाहिए; यद्यपि, व्यवहार में, प्रदर्शन प्रतिचित्र पर वृद्धि रेखा स्पष्ट प्रवाह अस्थिरताओं को निर्धारित करने के लिए अपनाए गए विशिष्ट मानदंडों से प्रभावित होती है।[[File:Compressor map.gif|thumb|.. विशिष्ट कंप्रेसर प्रदर्शन प्रतिचित्र]] | अतः कंप्रेसर प्रोत्कर्ष को एक गहन प्रोत्कर्ष और हल्के प्रोत्कर्ष में वर्गीकृत किया जा सकता है। ऋणात्मक द्रव्यमान प्रवाह दरों के साथ कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को गहन प्रोत्कर्ष माना जाता है जबकि व्युत्क्रम प्रवाह के बिना कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को सामान्यतः हल्का प्रोत्कर्ष कहा जाता है।<ref>{{Cite book|last1=Fink|first1=D. A.|last2=Cumpsty|first2=N. A.|last3=Greitzer|first3=E. M.|date=1991-06-03|title= Volume 1: Turbomachinery|publisher=ASME|doi=10.1115/91-gt-031|isbn=9780791878989|chapter=Surge Dynamics in a Free-Spool Centrifugal Compressor System}}</ref> प्रदर्शन प्रतिचित्र पर, कंप्रेसर की स्थिर संचालन सीमा प्रोत्कर्ष रेखा द्वारा सीमित होती है। यद्यपि रेखा का नाम प्रोत्कर्ष के नाम पर रखा गया है, तकनीकी रूप से, यह अस्थिरता सीमा है जो कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष या [[कंप्रेसर स्टॉल]] जैसी स्पष्ट प्रवाह अस्थिरताओं के प्रारंभ को दर्शाती है।<ref>{{Cite journal|last1=Paduano|first1=JD|last2=Greitzer|first2=EM|last3=Epstein|first3=AH|date=January 2001|journal=Annual Review of Fluid Mechanics|volume=33|issue=1|pages=491–517|doi=10.1146/annurev.fluid.33.1.491|issn=0066-4189|title=संपीड़न प्रणाली स्थिरता और सक्रिय नियंत्रण|bibcode=2001AnRFM..33..491P}}</ref> इस प्रकार से जब द्रव्यमान प्रवाह दर एक महत्वपूर्ण मान तक गिर जाती है जिस पर स्पष्ट प्रवाह अस्थिरता होती है, तो नाममात्र रूप से, महत्वपूर्ण मान को स्थिर गति रेखा पर वृद्धि द्रव्यमान प्रवाह दर के रूप में निर्धारित किया जाना चाहिए; यद्यपि, व्यवहार में, प्रदर्शन प्रतिचित्र पर वृद्धि रेखा स्पष्ट प्रवाह अस्थिरताओं को निर्धारित करने के लिए अपनाए गए विशिष्ट मानदंडों से प्रभावित होती है।[[File:Compressor map.gif|thumb|.. विशिष्ट कंप्रेसर प्रदर्शन प्रतिचित्र]] | ||
== प्रभाव == | == प्रभाव == | ||
कंप्रेसर में प्रोत्कर्ष कंप्रेसर और पूर्ण मशीन के लिए विनाशकारी है। जब कंप्रेसर में प्रोत्कर्ष होता है, तो कंप्रेसर का संचालन बिंदु, जिसे सामान्यतः द्रव्यमान प्रवाह दर और दाब अनुपात के युग्म द्वारा दर्शाया जाता है, कंप्रेसर प्रदर्शन प्रतिचित्र पर प्रोत्कर्ष चक्र के साथ घूमता है। कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के कारण होने वाला अस्थिर प्रदर्शन उन मशीनों के लिए स्वीकार्य नहीं है जिन पर वायु को प्रसारित करने या घनीभूत करने के लिए कंप्रेसर लगाया जाता है। प्रदर्शन को प्रभावित करने के अतिरिक्त, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के साथ तीव्र ध्वनियाँ भी आती हैं। संपीड़न प्रणाली के विन्यास के आधार पर कंप्रेसर वृद्धि की आवृत्ति कुछ से लेकर दर्जनों हर्ट्ज़ तक हो सकती है।<ref>{{Cite journal|last1=Hafaifa|first1=Ahmed|last2=Rachid|first2=Belhadef|last3=Mouloud|first3=Guemana|date=2014-10-31|title=Modelling of surge phenomena in a centrifugal compressor: experimental analysis for control|journal=Systems Science & Control Engineering|volume=2|issue=1|pages=632–641|doi=10.1080/21642583.2014.956269|issn=2164-2583|doi-access=free}}</ref> यद्यपि हेल्महोल्ट्ज़ अनुनाद आवृत्ति का उपयोग प्रायः हल्के प्रोत्कर्ष की अस्थिरता को चिह्नित करने के लिए किया जाता है; यह पाया गया कि [[हेल्महोल्त्ज़ प्रतिध्वनि]] ने कुछ स्थितियों में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को ट्रिगर नहीं किया था।<ref>{{Cite journal|last=Day|first=I. J.|date=May 1994|title=उछाल के दौरान अक्षीय कंप्रेसर का प्रदर्शन|journal=Journal of Propulsion and Power|volume=10|issue=3|pages=329–336|doi=10.2514/3.23760|issn=0748-4658|bibcode=1994JPP....10..329D}}</ref><ref name=":0">{{Cite journal|last=Day|first=I. J.|date=2015-10-13|title=Stall, Surge, and 75 Years of Research|journal=Journal of Turbomachinery|volume=138|issue=1|pages=011001–011001–16|doi=10.1115/1.4031473|issn=0889-504X}}</ref> कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष का अन्य प्रभाव ठोस संरचना पर होता है। कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष का हिंसक प्रवाह बार-बार कंप्रेसर में ब्लेड से टकराता है, जिसके परिणामस्वरूप ब्लेड थकावट या यहां तक कि यांत्रिक विफलता भी होती है। जबकि पूर्ण रूप से विकसित कंप्रेसर प्रोत्कर्ष अक्ष-सममित है, इसका प्रारंभिक चरण आवश्यक रूप से अक्ष-सममित नहीं है। यद्यपि, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष की गंभीर क्षति प्रायः प्रारंभिक क्षणिक में ब्लेड और आवरण पर बहुत बड़े अनुप्रस्थ भार से संबंधित होती है।<ref>{{Cite book|title=कंप्रेसर वायुगतिकी|last=A.|first=Cumpsty, N.|date=2004|publisher=Krieger Pub|isbn=978-1575242477|oclc=824819843}}</ref> कंप्रेसर प्रोत्कर्ष की श्रृंखला प्रतिक्रिया जेट इंजन का [[ भड़कना |त्वरणिक अपदहन]] है। कंप्रेसर बढ़ने की स्थिति में वायु के सेवन की कमी के कारण, दहन कक्ष में बिना जला हुआ ईंधन होगा, और वह बिना जला हुआ ईंधन जल जाएगा और इंजन के निकास के निकट अग्नि लगने का कारण बनेगा जहां ऑक्सीजन पर्याप्त है। | कंप्रेसर में प्रोत्कर्ष कंप्रेसर और पूर्ण मशीन के लिए विनाशकारी है। जब कंप्रेसर में प्रोत्कर्ष होता है, तो कंप्रेसर का संचालन बिंदु, जिसे सामान्यतः द्रव्यमान प्रवाह दर और दाब अनुपात के युग्म द्वारा दर्शाया जाता है, कंप्रेसर प्रदर्शन प्रतिचित्र पर प्रोत्कर्ष चक्र के साथ घूमता है। इस प्रकार से कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के कारण होने वाला अस्थिर प्रदर्शन उन मशीनों के लिए स्वीकार्य नहीं है जिन पर वायु को प्रसारित करने या घनीभूत करने के लिए कंप्रेसर लगाया जाता है। प्रदर्शन को प्रभावित करने के अतिरिक्त, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के साथ तीव्र ध्वनियाँ भी आती हैं। संपीड़न प्रणाली के विन्यास के आधार पर कंप्रेसर वृद्धि की आवृत्ति कुछ से लेकर दर्जनों हर्ट्ज़ तक हो सकती है।<ref>{{Cite journal|last1=Hafaifa|first1=Ahmed|last2=Rachid|first2=Belhadef|last3=Mouloud|first3=Guemana|date=2014-10-31|title=Modelling of surge phenomena in a centrifugal compressor: experimental analysis for control|journal=Systems Science & Control Engineering|volume=2|issue=1|pages=632–641|doi=10.1080/21642583.2014.956269|issn=2164-2583|doi-access=free}}</ref> यद्यपि हेल्महोल्ट्ज़ अनुनाद आवृत्ति का उपयोग प्रायः हल्के प्रोत्कर्ष की अस्थिरता को चिह्नित करने के लिए किया जाता है; यह पाया गया कि [[हेल्महोल्त्ज़ प्रतिध्वनि]] ने कुछ स्थितियों में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को ट्रिगर नहीं किया था।<ref>{{Cite journal|last=Day|first=I. J.|date=May 1994|title=उछाल के दौरान अक्षीय कंप्रेसर का प्रदर्शन|journal=Journal of Propulsion and Power|volume=10|issue=3|pages=329–336|doi=10.2514/3.23760|issn=0748-4658|bibcode=1994JPP....10..329D}}</ref><ref name=":0">{{Cite journal|last=Day|first=I. J.|date=2015-10-13|title=Stall, Surge, and 75 Years of Research|journal=Journal of Turbomachinery|volume=138|issue=1|pages=011001–011001–16|doi=10.1115/1.4031473|issn=0889-504X}}</ref> कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष का अन्य प्रभाव ठोस संरचना पर होता है। अतः कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष का हिंसक प्रवाह बार-बार कंप्रेसर में ब्लेड से टकराता है, जिसके परिणामस्वरूप ब्लेड थकावट या यहां तक कि यांत्रिक विफलता भी होती है। जबकि पूर्ण रूप से विकसित कंप्रेसर प्रोत्कर्ष अक्ष-सममित है, इसका प्रारंभिक चरण आवश्यक रूप से अक्ष-सममित नहीं है। यद्यपि, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष की गंभीर क्षति प्रायः प्रारंभिक क्षणिक में ब्लेड और आवरण पर बहुत बड़े अनुप्रस्थ भार से संबंधित होती है।<ref>{{Cite book|title=कंप्रेसर वायुगतिकी|last=A.|first=Cumpsty, N.|date=2004|publisher=Krieger Pub|isbn=978-1575242477|oclc=824819843}}</ref> इस प्रकार से कंप्रेसर प्रोत्कर्ष की श्रृंखला प्रतिक्रिया जेट इंजन का [[ भड़कना |त्वरणिक अपदहन]] है। कंप्रेसर बढ़ने की स्थिति में वायु के सेवन की कमी के कारण, दहन कक्ष में बिना जला हुआ ईंधन होगा, और वह बिना जला हुआ ईंधन जल जाएगा और इंजन के निकास के निकट अग्नि लगने का कारण बनेगा जहां ऑक्सीजन पर्याप्त है। | ||
== कारण == | == कारण == | ||
अधिकांश निम्न गति और निम्न दाब वाली स्थितियों में, घूर्णन स्टॉल कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष से पहले आता है;<ref>{{Cite journal|last1=Tan|first1=C.S.|last2=Day|first2=I.|last3=Morris|first3=S.|last4=Wadia|first4=A.|date=January 2010|title=स्पाइक-प्रकार कंप्रेसर स्टाल की स्थापना, जांच और नियंत्रण|journal=Annual Review of Fluid Mechanics|volume=42|issue=1|pages=275–300|doi=10.1146/annurev-fluid-121108-145603|issn=0066-4189|bibcode=2010AnRFM..42..275T}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Sundström |first1=Elias |last2=Semlitsch |first2=Bernhard |last3=Mihăescu |first3=Mihai |title=केन्द्रापसारक कंप्रेसर में घूर्णन स्टाल और उछाल की पीढ़ी तंत्र|journal=Flow, Turbulence and Combustion |date=23 November 2017 |volume=100 |issue=3 |pages=705–719 |doi=10.1007/s10494-017-9877-z|pmid=30069143 |doi-access=free }}</ref> यद्यपि, घूमने वाले स्टॉल और कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के मध्य सामान्य कारण-प्रभाव संबंध अभी तक निर्धारित नहीं किया गया है।<ref name=":0" /> कंप्रेसर की स्थिर गति रेखा पर, कंप्रेसर द्वारा वितरित दाब अधिक होने पर द्रव्यमान प्रवाह दर कम हो जाती है। कंप्रेसर का आंतरिक प्रवाह बहुत बड़े [[प्रतिकूल दबाव प्रवणता|प्रतिकूल दाब प्रवणता]] में होता है जो प्रवाह को अस्थिर कर देता है और [[प्रवाह पृथक्करण]] का कारण बनता है। पूर्ण रूप से विकसित कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को संपीड़न प्रणाली की आयामी वैश्विक अस्थिरता के रूप में तैयार किया जा सकता है जिसमें सामान्यतः इनलेट नलिकाएं, कंप्रेसर, निकास नलिकाएं, गैस जलाशय और उपरोधी वाल्व सम्मिलित होते हैं।<ref>{{Cite journal|last=Greitzer|first=E. M.|date=1976|title=Surge and Rotating Stall in Axial Flow Compressors—Part I: Theoretical Compression System Model|journal=Journal of Engineering for Power|volume=98|issue=2|pages=190–198|doi=10.1115/1.3446138|issn=0022-0825}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Greitzer|first=E. M.|date=1976|title=Surge and Rotating Stall in Axial Flow Compressors—Part II: Experimental Results and Comparison With Theory|journal=Journal of Engineering for Power|volume=98|issue=2|pages=199–211|doi=10.1115/1.3446139|issn=0022-0825}}</ref> कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के चक्र को कई चरणों में विभाजित किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Shahin|first1=Ibrahim|last2=Gadala|first2=Mohamed|last3=Alqaradawi|first3=Mohamed|last4=Badr|first4=Osama|date=2015-06-23|title=वैन्ड डिफ्यूज़र के साथ हाई-स्पीड सेंट्रीफ्यूगल कंप्रेसर में डीप सर्ज चक्र के लिए बड़े एड़ी सिमुलेशन|journal=Journal of Turbomachinery|volume=137|issue=10|pages=101007|doi=10.1115/1.4030790|issn=0889-504X}}</ref> यदि उपरोधी वाल्व को बहुत छोटे स्थान में परिवर्तित कर दिया जाता है, तो गैस भंडार में धनात्मक शुद्ध प्रवाह होगा। जलाशय में दाब बढ़ता रहता है और फिर कंप्रेसर निकास पर दाब से अधिक हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप निकास नलिकाओं में प्रतिकूल दाब प्रवणता होती है। यह प्रतिकूल दाब प्रवणता स्वाभाविक रूप से पूर्ण प्रणाली में प्रवाह को मंद कर देती है और द्रव्यमान प्रवाह दर को कम कर देती है। प्रोत्कर्ष रेखा के निकट स्थिर गति रेखा की प्रवणता सामान्यतः शून्य या यहां तक कि धनात्मक होती है, जिसका अर्थ है कि कंप्रेसर द्रव्यमान प्रवाह दर को कम करने के साथ-साथ बहुत अधिक दाब प्रदान नहीं कर सकता है। इस प्रकार, प्रतिकूल दाब प्रवणता को कंप्रेसर द्वारा दबाया नहीं जा सकता है और प्रणाली में तीव्रता से प्रतिकूल दाब प्रवणता का ओवरशूट सम्मिलित होगा जो नाटकीय रूप से बड़े पैमाने पर प्रवाह दर को कम कर देगा या यहां तक कि प्रवाह को व्युत्क्रमित कर देगा। दूसरी ओर, कंप्रेसर द्वारा वितरित निम्न प्रवाह के कारण जलाशय में दाब धीरे-धीरे कम हो जाएगा, इस प्रकार निकास नलिकाओं में अनुकूल दाब प्रवणता का पुनर्निर्माण होगा। और फिर द्रव्यमान प्रवाह दर पुनः प्राप्त हो जाएगी, और कंप्रेसर फिर से स्थिर गति रेखा पर काम करने के लिए वापस आ जाएगा, जो अंततः अग्रिम प्रोत्कर्ष चक्र को ट्रिगर करेगा। इसलिए, कंप्रेसर प्रोत्कर्ष की एक ऐसी प्रक्रिया है जो संपीड़न प्रणाली के प्रवाह पथ को तोड़ती रहती है और उसका पुनर्निर्माण करती रहती है।<ref>{{cite journal |last1=Semlitsch |first1=Bernhard |last2=Mihăescu |first2=Mihai |title=प्रवाह परिघटना के कारण केन्द्रापसारक कंप्रेसर में वृद्धि होती है|journal=Energy |date=May 2016 |volume=103 |pages=572–587 |doi=10.1016/j.energy.2016.03.032|url=https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/301108 }}</ref> उपरोक्त व्याख्या से अंगूठे के कई नियमों का अनुमान लगाया जा सकता है। छोटे गैस भंडार वाली प्रणाली में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष उच्च-आवृत्ति और कम-आयाम वाला होता है जबकि बड़े गैस भंडार वाली प्रणाली में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष कम-आवृत्ति और उच्च-आयाम वाला होता है; अंगूठे का और नियम यह है कि कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष बड़ी बाह्य मात्रा वाले कंप्रेसर में होता है और कंप्रेसर स्टॉल छोटे निकास डक्ट वाली प्रणाली में दिखाई देता है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि कंप्रेसर की प्रोत्कर्ष रेखा में विभिन्न प्रणालियों, जैसे परीक्षण बेंच या इंजन में छोटे परिवर्तन हो सकते हैं।<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=exm5AAAACAAJ|title=टर्बोचार्जिंग के मूल सिद्धांत|last=Baines|first=N. C.|date=2005|publisher=Concepts NREC|isbn=9780933283145}}</ref> | अधिकांश निम्न गति और निम्न दाब वाली स्थितियों में, घूर्णन स्टॉल कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष से पहले आता है;<ref>{{Cite journal|last1=Tan|first1=C.S.|last2=Day|first2=I.|last3=Morris|first3=S.|last4=Wadia|first4=A.|date=January 2010|title=स्पाइक-प्रकार कंप्रेसर स्टाल की स्थापना, जांच और नियंत्रण|journal=Annual Review of Fluid Mechanics|volume=42|issue=1|pages=275–300|doi=10.1146/annurev-fluid-121108-145603|issn=0066-4189|bibcode=2010AnRFM..42..275T}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Sundström |first1=Elias |last2=Semlitsch |first2=Bernhard |last3=Mihăescu |first3=Mihai |title=केन्द्रापसारक कंप्रेसर में घूर्णन स्टाल और उछाल की पीढ़ी तंत्र|journal=Flow, Turbulence and Combustion |date=23 November 2017 |volume=100 |issue=3 |pages=705–719 |doi=10.1007/s10494-017-9877-z|pmid=30069143 |doi-access=free }}</ref> यद्यपि, घूमने वाले स्टॉल और कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के मध्य सामान्य कारण-प्रभाव संबंध अभी तक निर्धारित नहीं किया गया है।<ref name=":0" /> कंप्रेसर की स्थिर गति रेखा पर, कंप्रेसर द्वारा वितरित दाब अधिक होने पर द्रव्यमान प्रवाह दर कम हो जाती है। कंप्रेसर का आंतरिक प्रवाह बहुत बड़े [[प्रतिकूल दबाव प्रवणता|प्रतिकूल दाब प्रवणता]] में होता है जो प्रवाह को अस्थिर कर देता है और [[प्रवाह पृथक्करण]] का कारण बनता है। अतः पूर्ण रूप से विकसित कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को संपीड़न प्रणाली की आयामी वैश्विक अस्थिरता के रूप में तैयार किया जा सकता है जिसमें सामान्यतः इनलेट नलिकाएं, कंप्रेसर, निकास नलिकाएं, गैस जलाशय और उपरोधी वाल्व सम्मिलित होते हैं।<ref>{{Cite journal|last=Greitzer|first=E. M.|date=1976|title=Surge and Rotating Stall in Axial Flow Compressors—Part I: Theoretical Compression System Model|journal=Journal of Engineering for Power|volume=98|issue=2|pages=190–198|doi=10.1115/1.3446138|issn=0022-0825}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Greitzer|first=E. M.|date=1976|title=Surge and Rotating Stall in Axial Flow Compressors—Part II: Experimental Results and Comparison With Theory|journal=Journal of Engineering for Power|volume=98|issue=2|pages=199–211|doi=10.1115/1.3446139|issn=0022-0825}}</ref> कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के चक्र को कई चरणों में विभाजित किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Shahin|first1=Ibrahim|last2=Gadala|first2=Mohamed|last3=Alqaradawi|first3=Mohamed|last4=Badr|first4=Osama|date=2015-06-23|title=वैन्ड डिफ्यूज़र के साथ हाई-स्पीड सेंट्रीफ्यूगल कंप्रेसर में डीप सर्ज चक्र के लिए बड़े एड़ी सिमुलेशन|journal=Journal of Turbomachinery|volume=137|issue=10|pages=101007|doi=10.1115/1.4030790|issn=0889-504X}}</ref> यदि उपरोधी वाल्व को बहुत छोटे स्थान में परिवर्तित कर दिया जाता है, तो गैस भंडार में धनात्मक शुद्ध प्रवाह होगा। इस प्रकार से जलाशय में दाब बढ़ता रहता है और फिर कंप्रेसर निकास पर दाब से अधिक हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप निकास नलिकाओं में प्रतिकूल दाब प्रवणता होती है। यह प्रतिकूल दाब प्रवणता स्वाभाविक रूप से पूर्ण प्रणाली में प्रवाह को मंद कर देती है और द्रव्यमान प्रवाह दर को कम कर देती है। प्रोत्कर्ष रेखा के निकट स्थिर गति रेखा की प्रवणता सामान्यतः शून्य या यहां तक कि धनात्मक होती है, जिसका अर्थ है कि कंप्रेसर द्रव्यमान प्रवाह दर को कम करने के साथ-साथ बहुत अधिक दाब प्रदान नहीं कर सकता है। इस प्रकार, प्रतिकूल दाब प्रवणता को कंप्रेसर द्वारा दबाया नहीं जा सकता है और प्रणाली में तीव्रता से प्रतिकूल दाब प्रवणता का ओवरशूट सम्मिलित होगा जो नाटकीय रूप से बड़े पैमाने पर प्रवाह दर को कम कर देगा या यहां तक कि प्रवाह को व्युत्क्रमित कर देगा। दूसरी ओर, कंप्रेसर द्वारा वितरित निम्न प्रवाह के कारण जलाशय में दाब धीरे-धीरे कम हो जाएगा, इस प्रकार निकास नलिकाओं में अनुकूल दाब प्रवणता का पुनर्निर्माण होगा। और फिर द्रव्यमान प्रवाह दर पुनः प्राप्त हो जाएगी, और कंप्रेसर फिर से स्थिर गति रेखा पर काम करने के लिए वापस आ जाएगा, जो अंततः अग्रिम प्रोत्कर्ष चक्र को ट्रिगर करेगा। इसलिए, कंप्रेसर प्रोत्कर्ष की एक ऐसी प्रक्रिया है जो संपीड़न प्रणाली के प्रवाह पथ को तोड़ती रहती है और उसका पुनर्निर्माण करती रहती है।<ref>{{cite journal |last1=Semlitsch |first1=Bernhard |last2=Mihăescu |first2=Mihai |title=प्रवाह परिघटना के कारण केन्द्रापसारक कंप्रेसर में वृद्धि होती है|journal=Energy |date=May 2016 |volume=103 |pages=572–587 |doi=10.1016/j.energy.2016.03.032|url=https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/301108 }}</ref> अतः उपरोक्त व्याख्या से अंगूठे के कई नियमों का अनुमान लगाया जा सकता है। छोटे गैस भंडार वाली प्रणाली में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष उच्च-आवृत्ति और कम-आयाम वाला होता है जबकि बड़े गैस भंडार वाली प्रणाली में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष कम-आवृत्ति और उच्च-आयाम वाला होता है; अंगूठे का और नियम यह है कि कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष बड़ी बाह्य मात्रा वाले कंप्रेसर में होता है और कंप्रेसर स्टॉल छोटे निकास डक्ट वाली प्रणाली में दिखाई देता है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि कंप्रेसर की प्रोत्कर्ष रेखा में विभिन्न प्रणालियों, जैसे परीक्षण बेंच या इंजन में छोटे परिवर्तन हो सकते हैं।<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=exm5AAAACAAJ|title=टर्बोचार्जिंग के मूल सिद्धांत|last=Baines|first=N. C.|date=2005|publisher=Concepts NREC|isbn=9780933283145}}</ref> | ||
[[File:Compressor_control.jpg|thumb|कंप्रेसर नियंत्रण उपकरण का योजनाबद्ध]] | [[File:Compressor_control.jpg|thumb|कंप्रेसर नियंत्रण उपकरण का योजनाबद्ध]] | ||
=== प्रोत्कर्ष को रोकना === | === प्रोत्कर्ष को रोकना === | ||
पेट्रोलियम उद्योग में प्रोत्कर्ष की स्थिति में गैस कंप्रेसर के संचालन को कंप्रेसर के निकट उपकरण द्वारा रोका जाता है।<ref>{{Cite web|last=|first=|date=|title=एंटी सर्ज नियंत्रक कार्य सिद्धांत|url=https://instrumentationtools.com/anti-surge-controller-working-principle/|url-status=live|archive-url=|archive-date=|access-date=25 January 2021|website=instrumentation tool}}</ref> कंप्रेसर शोषण रेखा में गैस की मापी गई प्रवाह दर (एफटी) को शोषण दाब (पीटी) के साथ, और कभी-कभी शोषण तापमान (टीटी) और निर्वहन रेखा में दाब (पीटी) को प्रोत्कर्ष नियंत्रक में फीड किया जाता है। नियंत्रक में [[कलन विधि]] मशीन के प्रदर्शन को स्थापित करने के लिए डेटा का उपयोग करता है; डेटा प्रवाह और विकसित शीर्ष के संदर्भ में संचालन बिंदु की पहचान करता है। जब कंप्रेसर का संचालन वृद्धि बिंदु तक पहुंचता है तो नियंत्रक या तो पुनःचक्रण रेखा में [[प्रवाह नियंत्रण वाल्व]] (एफसीवी) को मॉड्यूलेट करता है या कंप्रेसर ड्राइवर की गति (एससी) को समायोजित करता है। एफसीवी निर्वहन से शीत गैस को कंप्रेसर के शोषण में वापस विस्तारित होने की अनुमति देता है, जिससे मशीन के माध्यम से गैस का आगे का प्रवाह बना रहता है। पुनःचक्रण रेखा कंप्रेसर [[ intercooler |अंतराशीतक]] के अधः प्रवाह से शीतित गैस लेने और इसे कंप्रेसर शोषण ड्रम में फ़ीड में निर्वहन करने के लिए आदर्श रूप से स्थित है।<ref>{{Cite web|last=|first=|date=|title=केन्द्रापसारक कंप्रेसर में वृद्धि को नियंत्रित करना|url=https://www.emersonautomationexperts.com/2019/control-safety-systems/controlling-surge-centrifugal-compressors/|url-status=live|archive-url=|archive-date=|access-date=25 January 2021|website=Emerson automation}}</ref> | इस प्रकार से पेट्रोलियम उद्योग में प्रोत्कर्ष की स्थिति में गैस कंप्रेसर के संचालन को कंप्रेसर के निकट उपकरण द्वारा रोका जाता है।<ref>{{Cite web|last=|first=|date=|title=एंटी सर्ज नियंत्रक कार्य सिद्धांत|url=https://instrumentationtools.com/anti-surge-controller-working-principle/|url-status=live|archive-url=|archive-date=|access-date=25 January 2021|website=instrumentation tool}}</ref> कंप्रेसर शोषण रेखा में गैस की मापी गई प्रवाह दर (एफटी) को शोषण दाब (पीटी) के साथ, और कभी-कभी शोषण तापमान (टीटी) और निर्वहन रेखा में दाब (पीटी) को प्रोत्कर्ष नियंत्रक में फीड किया जाता है। नियंत्रक में [[कलन विधि]] मशीन के प्रदर्शन को स्थापित करने के लिए डेटा का उपयोग करता है; डेटा प्रवाह और विकसित शीर्ष के संदर्भ में संचालन बिंदु की पहचान करता है। जब कंप्रेसर का संचालन वृद्धि बिंदु तक पहुंचता है तो नियंत्रक या तो पुनःचक्रण रेखा में [[प्रवाह नियंत्रण वाल्व]] (एफसीवी) को मॉड्यूलेट करता है या कंप्रेसर ड्राइवर की गति (एससी) को समायोजित करता है। अतः एफसीवी निर्वहन से शीत गैस को कंप्रेसर के शोषण में वापस विस्तारित होने की अनुमति देता है, जिससे मशीन के माध्यम से गैस का आगे का प्रवाह बना रहता है। पुनःचक्रण रेखा कंप्रेसर [[ intercooler |अंतराशीतक]] के अधः प्रवाह से शीतित गैस लेने और इसे कंप्रेसर शोषण ड्रम में फ़ीड में निर्वहन करने के लिए आदर्श रूप से स्थित है।<ref>{{Cite web|last=|first=|date=|title=केन्द्रापसारक कंप्रेसर में वृद्धि को नियंत्रित करना|url=https://www.emersonautomationexperts.com/2019/control-safety-systems/controlling-surge-centrifugal-compressors/|url-status=live|archive-url=|archive-date=|access-date=25 January 2021|website=Emerson automation}}</ref> | ||
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कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष अक्षीय कम्प्रेसर या केन्द्रापसारक कम्प्रेसर में वायुगतिकीय अस्थिरता का एक रूप है। यह शब्द कंप्रेसर की अक्षीय दिशा में दोलन करने वाले हिंसक वायु प्रवाह का वर्णन करता है, जो इंगित करता है कि द्रव वेग का अक्षीय घटक समय-समय पर परिवर्तित होता रहता है और ऋणात्मक भी हो सकता है। इस प्रकार से प्रारंभिक साहित्य में, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष की घटना की पहचान 1 हर्ट्ज़ जैसी निम्न आवृत्तियों पर सुनाई देने वाली थंपिंग और हॉर्निंग, पूर्ण मशीन में दाब स्पंदन और गंभीर यांत्रिक कंपन से की गई थी।[1]
विवरण
अतः कंप्रेसर प्रोत्कर्ष को एक गहन प्रोत्कर्ष और हल्के प्रोत्कर्ष में वर्गीकृत किया जा सकता है। ऋणात्मक द्रव्यमान प्रवाह दरों के साथ कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को गहन प्रोत्कर्ष माना जाता है जबकि व्युत्क्रम प्रवाह के बिना कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को सामान्यतः हल्का प्रोत्कर्ष कहा जाता है।[2] प्रदर्शन प्रतिचित्र पर, कंप्रेसर की स्थिर संचालन सीमा प्रोत्कर्ष रेखा द्वारा सीमित होती है। यद्यपि रेखा का नाम प्रोत्कर्ष के नाम पर रखा गया है, तकनीकी रूप से, यह अस्थिरता सीमा है जो कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष या कंप्रेसर स्टॉल जैसी स्पष्ट प्रवाह अस्थिरताओं के प्रारंभ को दर्शाती है।[3] इस प्रकार से जब द्रव्यमान प्रवाह दर एक महत्वपूर्ण मान तक गिर जाती है जिस पर स्पष्ट प्रवाह अस्थिरता होती है, तो नाममात्र रूप से, महत्वपूर्ण मान को स्थिर गति रेखा पर वृद्धि द्रव्यमान प्रवाह दर के रूप में निर्धारित किया जाना चाहिए; यद्यपि, व्यवहार में, प्रदर्शन प्रतिचित्र पर वृद्धि रेखा स्पष्ट प्रवाह अस्थिरताओं को निर्धारित करने के लिए अपनाए गए विशिष्ट मानदंडों से प्रभावित होती है।
प्रभाव
कंप्रेसर में प्रोत्कर्ष कंप्रेसर और पूर्ण मशीन के लिए विनाशकारी है। जब कंप्रेसर में प्रोत्कर्ष होता है, तो कंप्रेसर का संचालन बिंदु, जिसे सामान्यतः द्रव्यमान प्रवाह दर और दाब अनुपात के युग्म द्वारा दर्शाया जाता है, कंप्रेसर प्रदर्शन प्रतिचित्र पर प्रोत्कर्ष चक्र के साथ घूमता है। इस प्रकार से कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के कारण होने वाला अस्थिर प्रदर्शन उन मशीनों के लिए स्वीकार्य नहीं है जिन पर वायु को प्रसारित करने या घनीभूत करने के लिए कंप्रेसर लगाया जाता है। प्रदर्शन को प्रभावित करने के अतिरिक्त, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के साथ तीव्र ध्वनियाँ भी आती हैं। संपीड़न प्रणाली के विन्यास के आधार पर कंप्रेसर वृद्धि की आवृत्ति कुछ से लेकर दर्जनों हर्ट्ज़ तक हो सकती है।[4] यद्यपि हेल्महोल्ट्ज़ अनुनाद आवृत्ति का उपयोग प्रायः हल्के प्रोत्कर्ष की अस्थिरता को चिह्नित करने के लिए किया जाता है; यह पाया गया कि हेल्महोल्त्ज़ प्रतिध्वनि ने कुछ स्थितियों में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को ट्रिगर नहीं किया था।[5][6] कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष का अन्य प्रभाव ठोस संरचना पर होता है। अतः कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष का हिंसक प्रवाह बार-बार कंप्रेसर में ब्लेड से टकराता है, जिसके परिणामस्वरूप ब्लेड थकावट या यहां तक कि यांत्रिक विफलता भी होती है। जबकि पूर्ण रूप से विकसित कंप्रेसर प्रोत्कर्ष अक्ष-सममित है, इसका प्रारंभिक चरण आवश्यक रूप से अक्ष-सममित नहीं है। यद्यपि, कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष की गंभीर क्षति प्रायः प्रारंभिक क्षणिक में ब्लेड और आवरण पर बहुत बड़े अनुप्रस्थ भार से संबंधित होती है।[7] इस प्रकार से कंप्रेसर प्रोत्कर्ष की श्रृंखला प्रतिक्रिया जेट इंजन का त्वरणिक अपदहन है। कंप्रेसर बढ़ने की स्थिति में वायु के सेवन की कमी के कारण, दहन कक्ष में बिना जला हुआ ईंधन होगा, और वह बिना जला हुआ ईंधन जल जाएगा और इंजन के निकास के निकट अग्नि लगने का कारण बनेगा जहां ऑक्सीजन पर्याप्त है।
कारण
अधिकांश निम्न गति और निम्न दाब वाली स्थितियों में, घूर्णन स्टॉल कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष से पहले आता है;[8][9] यद्यपि, घूमने वाले स्टॉल और कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के मध्य सामान्य कारण-प्रभाव संबंध अभी तक निर्धारित नहीं किया गया है।[6] कंप्रेसर की स्थिर गति रेखा पर, कंप्रेसर द्वारा वितरित दाब अधिक होने पर द्रव्यमान प्रवाह दर कम हो जाती है। कंप्रेसर का आंतरिक प्रवाह बहुत बड़े प्रतिकूल दाब प्रवणता में होता है जो प्रवाह को अस्थिर कर देता है और प्रवाह पृथक्करण का कारण बनता है। अतः पूर्ण रूप से विकसित कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष को संपीड़न प्रणाली की आयामी वैश्विक अस्थिरता के रूप में तैयार किया जा सकता है जिसमें सामान्यतः इनलेट नलिकाएं, कंप्रेसर, निकास नलिकाएं, गैस जलाशय और उपरोधी वाल्व सम्मिलित होते हैं।[10][11] कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष के चक्र को कई चरणों में विभाजित किया जा सकता है।[12] यदि उपरोधी वाल्व को बहुत छोटे स्थान में परिवर्तित कर दिया जाता है, तो गैस भंडार में धनात्मक शुद्ध प्रवाह होगा। इस प्रकार से जलाशय में दाब बढ़ता रहता है और फिर कंप्रेसर निकास पर दाब से अधिक हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप निकास नलिकाओं में प्रतिकूल दाब प्रवणता होती है। यह प्रतिकूल दाब प्रवणता स्वाभाविक रूप से पूर्ण प्रणाली में प्रवाह को मंद कर देती है और द्रव्यमान प्रवाह दर को कम कर देती है। प्रोत्कर्ष रेखा के निकट स्थिर गति रेखा की प्रवणता सामान्यतः शून्य या यहां तक कि धनात्मक होती है, जिसका अर्थ है कि कंप्रेसर द्रव्यमान प्रवाह दर को कम करने के साथ-साथ बहुत अधिक दाब प्रदान नहीं कर सकता है। इस प्रकार, प्रतिकूल दाब प्रवणता को कंप्रेसर द्वारा दबाया नहीं जा सकता है और प्रणाली में तीव्रता से प्रतिकूल दाब प्रवणता का ओवरशूट सम्मिलित होगा जो नाटकीय रूप से बड़े पैमाने पर प्रवाह दर को कम कर देगा या यहां तक कि प्रवाह को व्युत्क्रमित कर देगा। दूसरी ओर, कंप्रेसर द्वारा वितरित निम्न प्रवाह के कारण जलाशय में दाब धीरे-धीरे कम हो जाएगा, इस प्रकार निकास नलिकाओं में अनुकूल दाब प्रवणता का पुनर्निर्माण होगा। और फिर द्रव्यमान प्रवाह दर पुनः प्राप्त हो जाएगी, और कंप्रेसर फिर से स्थिर गति रेखा पर काम करने के लिए वापस आ जाएगा, जो अंततः अग्रिम प्रोत्कर्ष चक्र को ट्रिगर करेगा। इसलिए, कंप्रेसर प्रोत्कर्ष की एक ऐसी प्रक्रिया है जो संपीड़न प्रणाली के प्रवाह पथ को तोड़ती रहती है और उसका पुनर्निर्माण करती रहती है।[13] अतः उपरोक्त व्याख्या से अंगूठे के कई नियमों का अनुमान लगाया जा सकता है। छोटे गैस भंडार वाली प्रणाली में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष उच्च-आवृत्ति और कम-आयाम वाला होता है जबकि बड़े गैस भंडार वाली प्रणाली में कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष कम-आवृत्ति और उच्च-आयाम वाला होता है; अंगूठे का और नियम यह है कि कम्प्रेसर प्रोत्कर्ष बड़ी बाह्य मात्रा वाले कंप्रेसर में होता है और कंप्रेसर स्टॉल छोटे निकास डक्ट वाली प्रणाली में दिखाई देता है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि कंप्रेसर की प्रोत्कर्ष रेखा में विभिन्न प्रणालियों, जैसे परीक्षण बेंच या इंजन में छोटे परिवर्तन हो सकते हैं।[14]
प्रोत्कर्ष को रोकना
इस प्रकार से पेट्रोलियम उद्योग में प्रोत्कर्ष की स्थिति में गैस कंप्रेसर के संचालन को कंप्रेसर के निकट उपकरण द्वारा रोका जाता है।[15] कंप्रेसर शोषण रेखा में गैस की मापी गई प्रवाह दर (एफटी) को शोषण दाब (पीटी) के साथ, और कभी-कभी शोषण तापमान (टीटी) और निर्वहन रेखा में दाब (पीटी) को प्रोत्कर्ष नियंत्रक में फीड किया जाता है। नियंत्रक में कलन विधि मशीन के प्रदर्शन को स्थापित करने के लिए डेटा का उपयोग करता है; डेटा प्रवाह और विकसित शीर्ष के संदर्भ में संचालन बिंदु की पहचान करता है। जब कंप्रेसर का संचालन वृद्धि बिंदु तक पहुंचता है तो नियंत्रक या तो पुनःचक्रण रेखा में प्रवाह नियंत्रण वाल्व (एफसीवी) को मॉड्यूलेट करता है या कंप्रेसर ड्राइवर की गति (एससी) को समायोजित करता है। अतः एफसीवी निर्वहन से शीत गैस को कंप्रेसर के शोषण में वापस विस्तारित होने की अनुमति देता है, जिससे मशीन के माध्यम से गैस का आगे का प्रवाह बना रहता है। पुनःचक्रण रेखा कंप्रेसर अंतराशीतक के अधः प्रवाह से शीतित गैस लेने और इसे कंप्रेसर शोषण ड्रम में फ़ीड में निर्वहन करने के लिए आदर्श रूप से स्थित है।[16]
यह भी देखें
- कंप्रेसर स्टॉल
संदर्भ
- ↑ H. W. Emmons; C. E. Pearson; H. P. Grant (1955). "कंप्रेसर उछाल और स्टाल प्रसार". Transactions of the American Society of Civil Engineers. 77: 455–469.
- ↑ Fink, D. A.; Cumpsty, N. A.; Greitzer, E. M. (1991-06-03). "Surge Dynamics in a Free-Spool Centrifugal Compressor System". Volume 1: Turbomachinery. ASME. doi:10.1115/91-gt-031. ISBN 9780791878989.
- ↑ Paduano, JD; Greitzer, EM; Epstein, AH (January 2001). "संपीड़न प्रणाली स्थिरता और सक्रिय नियंत्रण". Annual Review of Fluid Mechanics. 33 (1): 491–517. Bibcode:2001AnRFM..33..491P. doi:10.1146/annurev.fluid.33.1.491. ISSN 0066-4189.
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- ↑ 6.0 6.1 Day, I. J. (2015-10-13). "Stall, Surge, and 75 Years of Research". Journal of Turbomachinery. 138 (1): 011001–011001–16. doi:10.1115/1.4031473. ISSN 0889-504X.
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