Temel Hidrolik- Karakteristik Eğrilerğ

Transkript

1 Temel Hidrolik- Karakteristik Eğrilerğ Arzu Kulil, KSB A.Ş., İstanbul Hydraulic basics - Characteristic curves 1

2 Bir santrifüj pompanın Karakteristik QH-eğrileriğ Basma yüksekliği H [%] Pompa eğrisi Sistem eğrisi Pompa eğrisi ile sistem eğrisinin kesiştiği nokta işletme noktasıdır. Pompanın gerçek çalışma değerini bu nokta belirler İşletme l t noktası Debi Q [%] Hydraulic basics - Characteristic curves 2

3 Bir santrifüj pompanın Karakteristik QH-eğrileriğ Basma yüksekliği H [m] 80 Sistem eğrisi 70 Pompa eğrisiğ Pompa dizayn aşamasında belirlenen debi-basma yüksekliği etiket değerini belirler. Pompa bu değere göre seçilir. Etiket değeri Debi Q [m3/h] Hydraulic basics - Characteristic curves 3

4 Bir santrifüj pompanın Karakteristik QH-eğrileriğ Basma yüksekliği H [m] Pompa eğrisiğ Etiket değeri Sistem eğrisi Kısık vana Sistem eğrisi Tam açık vana İşletme noktası Debi Q [m3/h] Hydraulic basics - Characteristic curves 4

5 Debi Q Santrifüj pompada Debi Q, bir zaman diliminde pompa basma ağzına gönderilen sıvının faydalı hacmidir. Hacim için sıklıkla kullanlan birimler ; m³/h, m³/s, l/s, l/h Dahili akışların yanında sızıntı dolayısıyla oluşacak kayıplar pompa debisi içerisinde dikkate alınmamaktadır. Santrifüj pompanın debisi pompalanan sıvının yoğunluğundan bağımsızdır. Pompalanan sıvının vizkozitesi santrifüj pompanın debisini etkiler. Vizkozite artarsa debi düşer, vizkozite düşerse debi artar. Debi pompa dönüş hızıyla orantılı olarak değişir. Q 2 =Q 1 *n 2 /n 1 Hydraulic basics - Characteristic curves 5

6 Basma yüksekliği H Bir santrifüj pompanın basma yüksekliği H, pompanın akışkana verdiği faydalı mekanik enerjidir, pompanın giriş ağzı ve çıkış ağzı arasında ölçülür. Birimi [m] olarak ifade edilir (sıvının birim ağırlığı N başına Nm enerji). Bir santrifüj pompa aynı dönme hızında farklı sıvılara, yoğunluklarından bağımsız olarak, aynı yüksekliği verir. Eğer sıvının vizkozitesi değişirse oluşan basma yüksekliği de değişir. 20 o C su 997 kg/m3 1b bar = ,2 m 1 bar Basınç P ve oluşan basma yüksekliği H arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir : (= yoğunluk, g = yerçekimi ivmesi-9,81 m/s 2 ) p = * g * H Oluşan basma yüksekliği dönüş hızının karesi ile orantılı olarak değişir: H 2 =H 1 * (n 2 /n)² 1 Hydraulic basics - Characteristic curves 6

7 Basma yüksekliği H ile p basıncın ilişkisi H= p ρ g H Basma yüksekliği [m] p Basınç [Pa = N/m 2 ] (1 bar = Pa) ρ Yoğunluk [kg/m 3 ] g Yerçekimi ivmesi [m/s 2 ] 20 o C tuzlu su 20 o C su 95 o C su 20 o C mazot Hydraulic basics - Characteristic curves 7

8 Basma yüksekliği H ile p basıncın ilişkisi P= ρ g H H Basma yüksekliği [m] p Basınç [Pa = N/m 2 ] (1 bar = Pa) ρ Yoğunluk [kg/m 3 ] g Yerçekimi ivmesi [m/s 2 ] 20 o C tuzlu su 20 o Csu 95 o Csu 1300 kg/m3 997 kg/m3 960 kg/m3 10 m 10 m 10 m 20 o C mazot 800 kg/m3 10 m 1,28 bar 0,98 bar 0,94 bar 0,78 bar Hydraulic basics - Characteristic curves 8

9 Basma yüksekliği H Debi Q Dinamik basma yük. H dyn Static yük. H st H=H H dyn +H st Hydraulic basics - Characteristic curves 9

10 Basma yüksekliği H P B Dinamik basma yük. H dyn Static yük. H st P E H = (P B -P E )/ρ.g+ H dyn + H st Hydraulic basics - Characteristic curves 10

11 Basma yüksekliği H Static yük. H st Dinamik basma yük. H dyn H = H dyn Hydraulic basics - Characteristic curves 11

12 Basma yüksekliği H 2 Basma statik yüksekliği statik yükseklikk statik yüks eklik 1 statik yükseklikk emme yüksekliği Hydraulic basics - Characteristic curves 12

13 Pompa verimi η Q opt : η-max Q opt pompanın en verimli noktasındaki debidir, EVN (En Verimli Nokta) veya BEP (best efficiency point) olarak da bilinir Verim η, pompanın akış değeri P h ile pompa miline verilen mekanik güç P 2 arasındaki orandır: P h ρ x Q x g x H η = = P 2 P 2 (ρ [kg/dm³], Q [m³/s], g = 9,81 m²/s, H [m], P [kw]) Hydraulic basics - Characteristic curves 13

14 Santrifüj pompanın ideal çalışma aralığı Basma yü üksekliğ i H/H opt Pompa eğrisi Verim eğrisi Q opt Q opt Her bir pompanın gerçek verileri tip kitapçıklarında, kl eğri ğ kitapçıklarında veya EasySelect seçim programında verilmektedir Debi Q/Q opt Q min > 30% EVN (BEP) Q max < 110% EVN (BEP) Tavsiye edilen çalışma aralığı Hydraulic basics - Characteristic curves 14

15 Santrifüj pompanın ideal çalışma aralığı Basma yü üksekliğ i H/H opt Pompa eğrisi Verim eğrisi Q opt Q opt Optimum debiye yaklaşıldıkça pompa mekanik olarak ideal çalışma sergiler Debi Q/Q opt Q min > 70% EVN (BEP) Q max < 110% EVN (BEP) İdeal çalışma aralığı Hydraulic basics - Characteristic curves 15

16 Minimum debi kliği H/H opt Basm ma yüksek Minimum debi Mindes stmeng e Pompa eğrisi Çekilen güç Debi Q/Q opt Minimum debi nedir? pompayı aşırı ısınmaya ve kararsız debi oranına (ses, vibrasyon!) karşı korur Santrifüj pompalarda minimum debi Q opt optimım debinin %15 i dir. Herbir pompanın gerçek verileri tip kitapçıklarında ve EasySelect seçim programında verilmektedir. Hydraulic basics - Characteristic curves 16

17 Çekilen güç eğrisi P 2 P 2- eğrisi Q Debi ile mekanik olarak çekilen güç (hidrolik güç) arasındaki orantıyı gösterir. Eğer Q artarsa P 2 de artar. Önemli : Karakteristik eğri yanlızca P 2 mekanik olarak çekilen gücü (hidrolik güç) gösterir. Toplam şebekeden çekilen güç P1 = P2 / ηmot (motor verimi) formülü ile hesap edilebilir. Kademeli pompalarda P 2 eğrisi tek bir kademe için çekilen gücü gösterir! Hydraulic basics - Characteristic curves 17

18 NPSH-eğrisi NPSH-değeri (NetPositiveSuctionHead) (NPEY-NetPozitifEmmeYüksekliği) buharlaşmayı engellemek için pompa giriş tarafında gerekli olan minimum basınçtır. NPSH-değeri [m] olarak ölçülür ve artan debiye bağlı olarak yükselir. NPSH-değeri her bir pompa için ISO 9906 ta göre tapılan testlerle belirlenir. Önemli: Buharlaşmayı önlemek için sistemin mevcut NPSH-değeri, pompanın NPSHdeğerinden büyük olmalıdır. Hydraulic basics - Characteristic curves 18

19 Kavitasyon Kavitasyon sıvının lokal olarak buharlaşması (hava kabarcığı oluşumu) ve akabinde içe doğru büzüşerek patlamasıdır. Cavitation in Centrifugal Pumps 19

20 Suyun buharlaşma ş basınç diyagramı sıvı gaz 1 atm 1 bar 0,02 bar 15 o C 100 o C Cavitation in Centrifugal Pumps 20

21 Buhar baloncuklarının oluşmasış Emme tarafı (SS) x Basma tarafı (DS) T Çark döndükçe ( basma yüksekliği oluşur), çarkın içerisindeki statik basınç aniden bölgesel olarak p 0 basıncının altında bir değere düşer. Minimum basınç p min çarkın içerisindeki akış hattında daima belli bir noktada oluşur, bu durumda çark kanatlarında meydana gelir. Cavitation in Centrifugal Pumps 21

22 Buhar baloncuklarının oluşmasış SS SS x DS x DS x SS DS l Bl DS p 12 SS DS p 12 DS p 12 p oi p min p oii SS SS p oiii p D p D p min p D x x x l Bl Basılan sıvı basıncının buharlaşma basıncı seviyesine veya daha altına düştüğü bölgede buhar baloncuklarının oluşması ve bunların daha yüksek basınç bölgelerinde aniden yok olması kavitasyon olarak adlandırılır! Cavitation in Centrifugal Pumps 22

23 Baloncukların parçalanma mekanizması Baloncuk ömrü t < s Göçme (içe doğru patlama) süresi t s Bölgesel basınç p 10 5 bar Mikrojet çapı 3-5 m Tek baloncuk Baloncuk yassılaşmaya başlar Yumru Mikrojet Cavitation in Centrifugal Pumps 23

24 Pompa hidroliği ğ - NPSHmevcut NPSH : Net Positive Suction Head NPEY : Net Pozitif Emme Yüksekliği NPSH mevcut : sistemin sağladığı NPSH NPSH istenen : Kavitasyon olmaması için pompanın talep ettiği NPSH Arzu Kulil

25 NPSH (Net Pozitif Emme Yüksekliği) ğ Pompa: NPSH R(equired) = NPSH İ(stenen) Sistem: NPSH A(vailable) = NPSH M(evcut) Genel kural: NPSHA NPSHR D Çark S Cavitation in Centrifugal Pumps 25

26 Belirtiler Kavitasyonu nasıl teşhis ş edersiniz? Gürütülü çalışma (vibrasyon), kavitasyon simetrik olmadığından, aşağıdakilere sebep olur kısa rulman ömrü boşluklarda çarkın sürtünmeli çalışması pompa milinin hasarlanması mekanik salmastra yüzeylerinin hasarlanması Pompanın içerisinde çakıl taşları ş varmış ş gibi bir ses oluşurş Akışın kesintiye uğraması Cavitation in Centrifugal Pumps 26

27 Sonuçlar Çark kanatlarında deliklerin oluşmasına sebep olan kavitasyon veya kavitasyon erezyonu sonuçlu ağır malzeme kaybı Cavitation in Centrifugal Pumps 27

28 Sonuçlar Cavitation in Centrifugal Pumps 28

29 Sonuçlar Cavitation in Centrifugal Pumps 29

30 Sonuçlar Cavitation in Centrifugal Pumps 30

31 Çözüm önerileri Kavitasyonu engellemek için aşağıdaki önlemler alınabilir: Giriş basıncını artırmak Emme tankında su seviyesini yükseltmek Emme tankını yükseltmek veya pompa seviyesini düşürmek Emme borusundaki direnç kayıplarını azaltmak Daha büyük ük boru çapı kullanmak k Emiş şartlarını iyileştirmek Pislik tutucuların temizlenmesi Gereksiz vanaların kaldırılması Az kayıp yaratan ekipmanların tercih edilmesi Akışkan sıcaklığının düşürülmesi Çalışma noktasının düzeltilmesi Q = Q dizayn Cavitation in Centrifugal Pumps 31

32 Pompa hidroliği - NPSHmevcut Sistemin mevcut NPSH aşağıdaki formülle hesaplanır. NPSH mevcut = NPSH mevcut P e + P b -P D + g x ρ V e 2 2g +_ H s _ Hv H s H v P e Emme tankındaki manometrik basınç N/m 2 P b Mutlak atmosfer basıncı N/m 2 P 2 D Buharlaşma basıncı N/m ρ Yoğunluk kg/m 3 g Yerçekimi ivmesi m/s 2 V e H s Emme tankındaki hız m/s Emme tankı sıvı seviyesi ile pompa emme ağzı ekseni arasındaki kot farkı m H v Emme hattındaki sürtünme kayıpları, m Arzu Kulil

33 Pompa hidroliği ğ - NPSHmevcut NPSH mevcut çeşitli parçalardan oluşur. + H s Emme tarafındaki statik yükseklik, kot farkı - H v Emme tarafındaki sürtünme kayıpları + P b Atmosferik basınç Pb + P e Tank basıncı + - V 2 /2g Emme haznesindeki hız yüksekliği Bu çoğunlukla ihmal edilir. P D Buharlaşma basıncı, m, pompalanan sıvı sıcaklığında Arzu Kulil

34 Pompa hidroliği - NPSHmevcut Aşağıdaki örnekte emme borusundaki kayıplar ihmal edilmiştir. Pompa emme tarafındaki yükseklik Açık tankta atmosferik basınç* + 2 m (Hs) + 10 m (Pe) * Atmosferik basınç, soğuk su ve deniz seviyesi için yaklaşık 10 m Basılan sıvı, temiz su 10 o C m* (P D ) NPSH mevcut = = m 10 o C su ; buharlaşma basıncı 0,01227 bar, yoğunluğu 999,6 kg/m 3 P=ρ x g x h x 10-5 formülünden, h= 0,125 m hesaplanabilir. Pompanın talep ettiği NPSHr= 6 m ise??? P e H s Arzu Kulil

35 Pompa hidroliği - NPSHmevcut Aynı örnek 90 o C deki su için yapılırsa ; Pompa emme tarafındaki yükseklik Açık tankta atmosferik basınç* + 2 m (Hs) + 10 m (Pe) * Atmosferik basınç, soğuk su ve deniz seviyesi için yaklaşık 10 m Basılan sıvı, temiz su 90 o C m* (P D ) NPSH mevcut = = 4.59 m 90 o C su ; buharlaşma basıncı 0,7011 bar, yoğunluğu 965,3 kg/m 3 P=ρ x g x h x 10-5 formülünden, h= 7,41 m hesaplanabilir. Pompanın talep ettiği NPSHr=6 m ise??? P e H s Arzu Kulil

36 Santrifüj pompa karakteristik eğrisi Debi / Basma yüksekliği eğrisi NPSH eğrisi Güç eğrisi Hydraulic basics - Characteristic curves 36

37 Santrifüj pompa karakteristik eğrisi Verim Q min Q max Çark çapı Q min Q max Maksimum çalışma alanı Hydraulic basics - Characteristic curves 37

38 Santrifüj pompa karakteristik eğrisi Pompanın NPSH-değeri Hydraulic basics - Characteristic curves 38

39 Santrifüj pompa karakteristik eğrisi Gerekli pompa giriş gücü Hydraulic basics - Characteristic curves 39

40 Borularda Tavsiye Edilen Su Hızları Soğuk su için ; Emiş borusu 075 0,75 15m/s 1,5 Basma borusu 1 2 m/s Sıcak su için ; Emiş borusu Basma borusu 0,5 1 m/s 1,5 3,5 m/s Katı madde içeren atıksular için ; Yatay borularda min. 12 1,2 m/s* Dikey borularda min. 2 m/s* *Çökelmeyi engellemek için DİKKAT! Emme hattında hiçbir şekilde 3 m/s üzerine çıkmayınız Hydraulic basics - Characteristic curves 40

41 Pompa performans değerlerinin değiştirilmesiğ ş Çark çaplarının ayarlanması D r D t 2 Q Q r t H H r t ØD D r ØD D t Hydraulic basics - Characteristic curves 41

42 Çarkın tornalanması : ISO 9906 ya göre (D r2 D 12 )/(D t2 D 12 ) = H r /H t = (Q r /Q t ) 2 ISO 9906 formula ØD 1 ØD r ØD t Hydraulic basics - Characteristic curves 42