हाइड्रोलिक मोटर्स को पानी द्वारा क्यों संचालित नहीं किया जा सकता?

हाइड्रोलिक प्रणाली के लिए हाइड्रोलिक पंप, हाइड्रोलिक वाल्व, हाइड्रोलिक मोटर और हाइड्रोलिक सिलेंडर जैसे मुख्य घटकों का होना अनिवार्य है। कोई व्यक्ति पूछ सकता है: चूँकि पानी हर जगह उपलब्ध है और सस्ता है, क्या हम सीधे हाइड्रोलिक तेल के स्थान पर पानी का उपयोग कर सकते हैं?

 

उत्तर है: सैद्धांतिक रूप से, यह चल सकता है, लेकिन परिणाम आदर्श नहीं होंगे। यह एक सामान्य साइकिल का उपयोग करके ट्रक को खींचने के समान है—यह कुछ बार तो चल भी सकती है, लेकिन आप प्रदर्शन या जीवनकाल की अपेक्षा नहीं कर सकते। नीचे दिए गए पाँच पहलुओं से कारणों पर एक नज़र डालते हैं।

 

1. अपर्याप्त स्नेहन

सिद्धांत: हाइड्रोलिक तेल धातु की सतह पर एक स्थिर तेल फिल्म बनाता है (तरल पदार्थ स्नेहन/लचीला द्रव स्नेहन), धातुओं के बीच प्रत्यक्ष संपर्क को "तेल तेल" कतरनी में बदल देता है, जो पहनने और गर्मी उत्पादन को बहुत कम करता है। पानी शायद ही कोई फिल्म बनाता है और इसकी सीमा स्नेहन क्षमता शून्य के करीब है।

 

संदर्भ पैमानेः 20 पर पानी की गतिशील चिपचिपाहट ° सी ≈ 1 MPa · s; 40 पर ISO VG 32 हाइड्रोलिक तेल की गतिशील चिपचिपाहट ° C लगभग 25-30 एमपीए है · s (घनत्व के साथ थोड़ा भिन्न होता है) । पानी सामान्य रूप से इस्तेमाल होने वाले हाइड्रोलिक तेल से 20-30 गुना पतला होता है।

 

समस्याग्रस्त क्षेत्रों में:

 

गियर पंप साइड प्लेट/दांत सतह घर्षण, काटने और चिपकने;

 

फ्लाई पंप के ब्लेड टिप और फिक्स्ड रिंग के बीच घर्षण सतह खरोंच और नीली है।

 

पिस्टन पंप पिंपल सिलेंडर बोर युग्मन सतह, झुका डिस्क स्लाइडिंग जूता सतह सूखी घर्षण;

 

वाल्व के कोर और वाल्व के शरीर के बीच का छोटा रिक्त स्थान (कुछ माइक्रोमीटर के क्रम में) स्नेहन खोने के बाद "फ्रेज" हो सकता है और फंस सकता है।

 

 

 

उदाहरण

 

25 एमपीए के निम्न प्रवाह वाले प्लंजर पंप का परीक्षण चलाएं जिसमें साफ पानी का उपयोग किया गया हो; और यहां तक कि बिना किसी भार के भी, कुछ दसियों मिनट से लेकर घंटों के भीतर तापमान में तीव्र वृद्धि और तेज़ असामान्य शोर हो सकता है; निरीक्षण के बाद पाया गया कि स्लाइडिंग शू की सतह पर खरोंचें थीं और प्लंजर के सिरे की सतह पर काले और नीले रंग के धब्बे थे।

 

यदि वेन पंप तेल की फिल्म खो देता है, तो कुछ घंटों के चलने के बाद तीव्र सीटी की आवाज़ आने लगती है और दबाव नाममात्र मान तक नहीं पहुँच पाता है। विघटन के बाद, ब्लेड्स के किनारों पर स्पष्ट "गड्ढे" दिखाई देंगे।

 

 

2. संक्षारण समस्याएँ

सिद्धांत: पानी में घुलित ऑक्सीजन और विद्युत-अपघट्य होते हैं, जो विद्युत-रासायनिक संक्षारण के लिए प्रवण होते हैं; इसके अतिरिक्त, यह गड्ढे वाले संक्षारण (पिटिंग कॉरोजन) और दरारों में संक्षारण (क्रेविस कॉरोजन) को भी बढ़ावा देता है। पानी सामान्य सीलिंग/लोचदार सामग्रियों (जैसे एनबीआर, पीयू, आदि) को भी पानी अवशोषित करने और फूलने के लिए प्रेरित कर सकता है, जिससे उनकी आयु तेज़ी से कम हो जाती है।

समस्याओं के लिए प्रवण क्षेत्र: वाल्व कोर और वाल्व बॉडी की मिलान सतह पर गड्ढे वाला संक्षारण (पिटिंग कॉरोजन) → चिपकना और रेंगना; तेल सिलेंडर पिस्टन रॉड पर क्रोम प्लेटेड परत का क्षरण हो गया है, और सीलिंग लिप तेज़ हो गई है; गियर पंप के केसिंग की साइड प्लेट और आंतरिक दीवार पर क्षरण → अपघर्षक कणों का संचार में प्रवेश करना; सीलिंग तत्व (NBR/PU) जल अवशोषित करता है, कठोरता कम कर देता है और आकार में परिवर्तन हो जाता है, जिससे रिसाव में वृद्धि होती है। उदाहरण: यदि बाहरी उपकरण को जल में डूबने के बाद समय पर निकालकर सुखाया नहीं जाता है, तो वाल्व कोर पर तीन से पाँच दिनों के भीतर उथला जंग लग सकता है, जो धीमी प्रतिक्रिया और प्रारंभ के समय कंपन के रूप में प्रकट होता है। कुछ इंजेक्शन मोल्डिंग मशीनों में गलती से शीतलन जल को हाइड्रोलिक सर्किट से जोड़ दिया जाता है, जिससे कुछ दिनों के भीतर सिलेंडर बैरल पर जंग के धब्बे बन जाते हैं, फिर पिटिंग क्षरण के कारण सीलिंग लिप पर खरोंचें आ जाती हैं और तेल के रिसाव में तीव्र वृद्धि हो जाती है।

 

 

3. कैविटेशन का जोखिम

सिद्धांत: जल का क्वथनांक कम होता है और वाष्प दाब उच्च होता है। एक बार जब पंप के आविष्कार (इनलेट) पर स्थानीय दाब जल के वाष्प दाब से कम हो जाता है, तो यह बुलबुलों में वाष्पीकृत हो जाता है; जो उच्च दाब क्षेत्र में तुरंत संकुचित हो जाते हैं, जिससे सूक्ष्म जेट और आघात तरंगें उत्पन्न होती हैं, जो रेत-फेंकने (सैंडब्लास्टिंग) की तरह गड्ढे (कैविटेशन स्पॉट्स) बनाती हैं। संदर्भ मापनी: 60 ° °C पर जल का वाष्प दाब लगभग 20 kPa होता है, जो हाइड्रोलिक तेल के वाष्प दाब से काफी अधिक है; अतः समान आविष्कार (इनहेलेशन) परिस्थितियों के तहत कैविटेशन की संभावना अधिक होती है। समस्याओं के लिए प्रवण क्षेत्र: गियर पंप के दाँत के शीर्ष – साइड प्लेट का आविष्कार क्षेत्र, ब्लेड पंप का आविष्कार कक्ष, प्लंजर पंप की वितरण प्लेट की सूखने की खिड़की; थ्रॉटलिंग पोर्ट्स और तीव्र कोनों पर स्थानीय निम्न-दाब क्षेत्र।

 

उदाहरण

 

30 लीटर/मिनट का गियर पंप, जब 1500 आरपीएम पर जल के साथ संचालित किया जाता है और लंबी सक्शन पाइप/सूक्ष्म फिल्टर तत्व का उपयोग किया जाता है, तो यह "सैंडपेपर की आवाज/बजने की आवाज" उत्पन्न करेगा। कुछ दिनों के बाद, साइड प्लेट पर छोटे-छोटे गड्ढे (पिटिंग) और अर्धचंद्राकार गड्ढे दिखाई देंगे, और आयतनिक दक्षता 90% से घटकर 60–70% हो जाएगी।

 

वाल्व का छोटा खुलना जल माध्यम के प्रवाह को कम कर देता है। उच्च तापमान की स्थिति में, सुई के समान पिटिंग गड्ढे आमतौर पर वाल्व कोर और सीट पर पाए जाते हैं, जिससे आंतरिक रिसाव और शोर में वृद्धि हो जाती है।

 

4. अपर्याप्त श्यानता का सिद्धांत: हाइड्रोलिक प्रणालियों का सीलिंग और रिसाव नियंत्रण माध्यम की श्यानता पर अत्यधिक निर्भर करता है। सरल शब्दों में कहें तो, अंतराल में लेमिनर रिसाव Qleak (Q_{\text{leak}}) लगभग 1/μ के समानुपाती होता है, म्यू 1/μ म्यू (जब ज्यामिति और दाबांतर निश्चित हों)। जब माध्यम को 30 मिलीपास्कल·सेकंड · से 1 मिलीपास्कल·सेकंड · में बदला जाता है, तो सैद्धांतिक रिसाव कई दसियों गुना तक बढ़ सकता है।

 

5. तापमान संवेदनशीलता का सिद्धांत: जब जल 0° सेल्सियस पर जम जाता है ° C, इसका आयतन लगभग 9% तक बढ़ जाता है, जिससे पतली दीवार वाले भागों/पाइपलाइनों में दरारें आ जाती हैं; उच्च तापमान पर वाष्पीकरण तीव्र हो जाता है और वाष्प दाब बढ़ जाता है, जिससे गुहिकायन (कैविटेशन) की आवृत्ति बढ़ जाती है और दाब में उतार-चढ़ाव आता है। हाइड्रोलिक तेल में श्यानता-तापमान सुधारक और एंटीऑक्सीडेंट शामिल होते हैं, जिनकी कार्य करने की तापमान सीमा काफी व्यापक होती है।

क्षेत्र में प्रभाव: निम्न तापमान: जमना → पंप के सक्शन/शेल में दरारें; प्रारंभ के क्षण पर प्रभाव महत्वपूर्ण होता है, जिससे सीलिंग लिप 'टूटकर खुल जाती है'; उच्च तापमान: आवृत्ति से होने वाला गुहिकायन (कैविटेशन) और पंप के इनलेट पर गुहिकायन; दाब तरंगें और शोर में वृद्धि होती है, जिससे कार्यकारी घटकों में तीव्र उतार-चढ़ाव आता है।

 

 

उदाहरण

 

उत्तरी क्षेत्र में बाहरी उपकरण रात भर शून्य से नीचे के तापमान पर थे, और पाइपलाइन में शेष जल जम गया। अगले दिन, गियर पंप के हाउसिंग पर सूक्ष्म दरारें दिखाई दीं जब उसे चालू किया गया;

 

60–70°C के वातावरण में धातुकर्मीय निरंतर डालने (कन्टिन्यूअस कास्टिंग) के स्थल पर ° सी, जल को माध्यम के रूप में उपयोग करने वाले परीक्षण सर्किट में अक्सर उच्च तापमान पर पंप के अंत में शोर और दबाव में गिरावट आती है। केवल जल-एथिलीन ग्लाइकॉल में वापस जाने के बाद ही यह लगभग स्थिर हो पाया।

 

 

प्रत्यक्ष परिणाम: आयतनिक दक्षता में महत्वपूर्ण कमी (उच्च दबाव पर अधिक स्पष्ट); धीमा दबाव निर्माण और भार का धीमा बढ़ना; वाल्व कोर का आंतरिक रिसाव बढ़ जाता है, जिससे प्रणाली के स्थैतिक दबाव में अंतर और तापन में वृद्धि होती है। उदाहरण: जल को माध्यम के रूप में उपयोग करने पर, 20 MPa के नाममात्र दबाव वाला एक गियर पंप निरावेश स्थिति में भी घूम सकता है, लेकिन 8–10 MPa के भार के तहत इसे उठाया नहीं जा सकता; VG46 तेल के साथ उसी पंप को प्रतिस्थापित करने के बाद, यह 18–20 MPa तक पुनः प्राप्त कर लिया जा सकता है। सर्वो अनुपातिक वाल्व जैसे घटक, जो छोटे अंतरालों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, कम श्यानता वाले माध्यम के साथ प्रतिस्थापित करने पर गंभीर शून्य स्थिति रिसाव और विस्थापन का अनुभव करते हैं, जिससे स्थिति लूप को स्थिर करना कठिन हो जाता है।

 

 

मेरे द्वारा प्रस्तुत किए गए दृष्टिकोणों के आधार पर, हाइड्रोलिक मोटर्स अभी भी हाइड्रोलिक तेल के साथ अधिक संगत हैं।

 

हालाँकि, यह ध्यान रखना चाहिए कि उद्योग में जल-आधारित हाइड्रोलिक द्रव (HFA/HFB/HFC, जैसे जल एथिलीन ग्लाइकॉल) मौजूद हैं, साथ ही इनके लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए पंप/वाल्व/सील और सामग्री प्रणालियाँ भी हैं (स्टेनलेस स्टील/निकल प्लेटिंग, सिरेमिक, EPDM/PTFE, आदि)। लेकिन यह विशिष्ट प्रणाली इंजीनियरिंग के क्षेत्र में आता है, और मौजूदा तेल प्रणाली को सिर्फ पानी से बदल देना पर्याप्त नहीं है।