5. SANTRİFÜJ POMPALARDA TEORİK ESASLAR

Transkript

1 5. SANTRİFÜJ POMPALARDA TEORİK ESASLAR 5.8. Santrifüj Popalarda Kavitasyon ve Karakteristiklere Etkisi Santrifüj popalarda kavitasyona neden olan aşırı basınç düşesi aşağıdaki etkenlere bağlıdır. 1) Popaj tesisinin kurulduğu yerdeki yüksekliğe bağlı olarak atosfer basıncındaki azala, 2) Popalanan suyun sıcaklığına bağlı buhar basıncı, 3) Statik ee yüksekliğinin fazla olası, 4) Ee borusundaki su hızının yüksek olası, 5) Ee borusundaki kayıpların büyük olası. Yukarıda sıralanan etkenler incelendiğinde, kavitasyon olayının popanın ee koşulları ve ee boru hattındaki düzenlee ile yakından ilgili olduğu görülür. Kavitasyonun oluşasına neden olan etkenlerden ilk ikisi yerel koşullara bağlıdır ve değiştirileez. Diğerleri ise tesise bağlı etkenlerdir. Yeterli bir düzenlee ile en az düzeye indirilebilirler. Bu nedenle kavitasyonu önleek için, popaj tesislerinde ee koşullarının çok iyi bir Şekilde incelenesi gerekir. Şekil 5.38 de bir santrifüj popanın ee boru hattı ve su girişi şeatik olarak görülektedir. Santrifüj popa, (hse) statik ee yüksekliğinde çalışan tek kadeeli bir popadır. Ee borusundaki serbest su düzeyi olan (2) noktası ile suyun çarka girdiği (1) noktası arasında Bernoulli denklei yazılırsa; 2 Pa / hse P1 / hke Ve / 2. g olur. Pa : Atosfer basıncı (kp/c 2 ), P1 : Suyun çarka girişindeki basınç (kp/c 2 ), hse: Statik ee yüksekliği (SS), Ve : Ee borusundaki su hızı (/s), hke: Ee borusundaki kayıplar (SS), : Suyun özgül ağırlığı (kp/d 3 ) dır. Eşitsizliğin sol tarafındaki teri Eedeki Net Pozitif Yük (ENPY) adını alır. Yukarıdaki eşitsizlik içine popanın anoetrik yüksekliği katılarak eşitsizlik aşağıdaki gibi yazılabilir (Özgür 1983). p k 2 2 a hse hke hb Ve / 2. g K. W1 / 2. g 167

2 Sol taraftaki teri Thoa-Moody kavitasyon katsayısı adını alır ve p ile gösterilir. Eşitsizliğin sağ tarafı k ile gösterilen kanat kavitasyon katsayısını gösterir. Santrifüj popalarda kavitasyon eydana geleesi için daia aşağıdaki koşul var olalıdır. p k veya a hse h ke h Thoa-Moody kavitasyon katsayısı değeri içinde atosfer basıncı ve buhar basıncı değerleri tesisin kurulacağı yerdeki koşullara bağlıdır. Santrifüj popaların özgül hızına göre kanat kavitasyon katsayısı bilinirse, suyun sıcaklığı ve tesisin kurulduğu yere göre çizelgelerden bulunacak basınç değerlerine ve ee borusundaki yük kaybına göre tesisin statik ee yüksekliği diğer bir deyile popanın serbest su düzeyinden en fazla ne kadar yukarı kurulabileceği hesaplanabilir. Santrifüj popa tesislerinde, popa serbest su düzeyinden yukarı yerleştirilirken statik ee yüksekliğinin kavitasyon koşullarına göre belirlenesi gerekir. Gerek akarsular gerekse sığ kuyulardan popajda, ee deposundaki su düzeyinin değişesi göz önüne alınalıdır. Bu duruda statik ee yüksekliği kavitasyon koşullarına göre saptandıktan sonra popa, ee deposundaki su düzeyi ne kadar alçalırsa alçalsın hesaplanan statik ee yüksekliği değeri geçileyecek Şekilde yerleştirilir. Santrifüj popalarda kanat kavitasyon katsayısı ile popanın özgül hızı arasında belirli bir ilişki bulunaktadır. Şekil 5.39 da bu ilişki belirtilektedir. Noograda apsiste (ns) özgül hız değerleri, ordinatta ise (k) kanat kavitasyon değerleri veriliştir. Noogradan da görüldüğü gibi k değerleri özgül hızla orantılı olarak artaktadır. Diğer bir deyişle özgül hızı fazla olan popalarda, statik ee yüksekliği değeri azalaktadır. Kanat kavitasyon katsayısı özgül hıza bağlı olarak Şekil 5.39 dan alınabileceği gibi aşağıdaki forülden de hesaplanabilir (Yalçın 1998). b k h se a (h ke h b. k ) eşitsizliğinde yerine konarak popanın kavitasyon eydana geleden çalışabileceği statik ee yüksekliği hesaplanır. Tesisteki statik ee yüksekliği hesaplanan değerden daia küçük olalıdır, diğer bir deyişle hesaplanan değer sınır değeri olaktadır Kavitasyonun belirtileri Ses ve titreşi Kavitasyon olayı sırasında eydana gelen buhar baloncuklarının yüksek basınç bölgesinde parçalanaları ses ve titreşi eydana getirir. Santrifüj popalar yüksek veri noktasının dışındaki koşullarda çalıştırılırken 168

3 her nekadar, suyun çarka noral şekilde diğer değişle çark kanatlarının büküklüğüne uyacak şekilde gireesinden bir titreşi ve ses eydana gelirse de kavitasyondan dolayı oluşan ses ve titreşi daha çok ekanik bir gürültüyü andırır. Bu duruda bazı hallerde ee borusundan bir iktar havanın giresine izin verilerek ses ve titreşi önlenebilir. Ee borusuna giren hava, buhar baloncuklarının parçalanası sırasında bir yastık görevini yapar Karakteristik eğrilerin değişii Kavitasyonun karakteristik eğriler üzerindeki etkisi popanın özgül hızına bağlı olarak farklılıklar gösterir. Şekil 5.42 de kavitasyonun çeşitli popalarda karakteristikler üzerine olan etkisi görülektedir. Radyal popalarda, kavitasyon koşullarında -Q eğrisinde birden düşe görülür. Eğrinin kırıla noktası hse değeri arttıkça daha küçük verdilere doğru kayar. Popanın özgül hızı arttıkça, kavitasyon nedeni ile -Q eğrisinin bütün boyunca düşe görülür. Şekildeki karışık akışlı bir popaya ait karakteristik eğrilerde düşe, radyal popalardaki gibi ani değil bütün eğri boyuncadır. Aksiyal popalarda ise karakteristik eğrilerdeki düşe daha açıktır. Bu tip popalarda kavitasyon özelilkle veri eğrisi üzerinde büyük düşeler yaratır. Bu nedenle bir çok hallerde aksiyal popalarda kavitasyon olayı incelenirken -Q eğrisi yerine veri eğrisi alınır. Kavitasyonun karakteristik eğriler üzerindeki etkisi çarkın yapısı ile de ilgilidir. Şekil 5.43 de çeşitli çark tipleri görülektedir. 169

4 Şekil Çark ve gövde üzerinde kavitasyonun etkisi ((Stepanoff 1957) Aşına 170

5 Santrifüj popalar uzun süre kavitasyona aruz kalarak çalışırsa çark üzerinde kavitasyonun şiddeti ve çarkın yapı alzeesine bağlı olan bir aşına eydana gelir. Kavitasyon nedeni ile ortaya çıkan aşına, kiyasal etkilerle eydana gelen korozyon ve katı zerrelerin etkisi ile eydana gelen aşınadan farklıdır (Şekil 5.44). Şekil Kavitasyonun aşındıra etkisi (Tezer 1978). Kavitasyonun yarattığı aşına, eydana gelen buhar baloncuklarının parçalandığı bölgede görülür. Yapılan araştıralar gözenekli alzeelerde kavitasyon aşındırasının daha fazla bulunduğunu, alzeenin olekül büyüklüğü ile sıvı viskozitesinin bu aşınaya etkili olduğunu gösteriştir. Buhar baloncuklarının parçalanasından doğan çekiçlee etkisinin frekansı oldukça yüksek ve basıncın 300 at olduğunu yapılan araştıralar gösteriştir. Çekiçlee etkisi çark ve gövde üzerinde yayılarak titreşie neden olur. Şekil 5.43 de çark ve gövde üzerinde eydana gelen kavitasyon etkilerinin yeri görülektedir. Santrifüj popalarda noral olarak düşük basınç bölgesi ee ağzının biraz ilerisinde ve çark kanadının arkasında oluşur. Kavitasyon aşınası ise buhar baloncuklarının parçalandığı yerde olur. Şekil ve 3 de bu duru görülektedir. Eğer popa devalı olarak proje verdisinin üstündeki verdilerde çalıştırılırsa, çark kanatlarının ee tarafındaki ucunda ve kanadın arka tarafında aşına görülür. Şekil de çark kanatlarına uygun Şekil verileesinden doğan aşına bölgeleri belirtiliştir. Özellikle sivri noktalar en çok aşınaya uğrayan bölgelerdir. Çark üzerinde eydana gelen kavitasyon aşınası nedeni ile çarkın geoetrik ölçüleri küçülür ve perforans değerleri değişir (Şekil 5.45). 171

6 172 Şekil Aşına nedeni ile karakteristiklerin değişii Çark üzerindeki aşına bölgeleri çarkın içindeki sürtüne kayıplarını artırdığından, çarkın hidrolik verii azalır ve dolayısıyla popanın topla verii düşer. Çarkın statik ve dinaik balansı, aşınadan dolayı eydana gelen ağırlık azalası hoojen oladığından bozulur ve sonuçta popada titreşi ortaya çıkar ve yatakların örü kısalır Kavitasyonu önlee yolları Kavitasyon çeşitli önleler alınarak önlenebilir. Bunların başında popaj tesisi kurulurken ee koşullarının çok iyi bir Şekilde etüt edilesi gelektedir. Satın alalar için hazırlanacak şartnaelerde popanın Thoa kavitasyon katsayısının veya statik ee yüksekliğini sınırlandıran tesis koşullarında popanın kavitasyon deneylerinin yaptırılası hükülerinin konulası gerekir. Ee borusunun düzenlenesinde, olabildiğince az basınç kaybı yaratacak Şekilde hareket edilesi halinde kavitasyon yaratadan statik ee yüksekliğini artırak ükün olabilir. Bunun için ee borusu çapı bir kadee büyük seçileli, boru boyu olabildiğince kısa tutulalı ve az sayıda boru parçası kullanılalıdır. Kullanılacak süzgecin delik alanları topla ee borusu alanından en az üç katı büyük olalıdır. Şayet popaj tesisinin koşulları kavitasyonu önleek için elverişli değilse kavitasyonun eydana getirdiği ses ve titreşi ee borusundan çok az iktarda havanın giresine izin verilerek azaltılabilir veya ortadan kaldırılabilir. Kavitasyonun yaratacağı aşına; popa konstrüksiyonu dolayısıyla çark alzeesinin yapısı değiştirilerek azaltılabilir.

7 Kavitasyona dayanıklı alzeeler dayanı sırasına göre; kaynaklı paslanaz çelik (2 kat, 16 Cr-7 Ni), teperli paslanaz çelik (12 Cr), dökü paslanaz çelik (18 Cr-8 Ni), plaka çeliği, dökü çelik, aliinyu, bronz ve döke deirdir. Popaj tesisi kurulduktan sonra kavitasyonu azaltıcı önleler alak çok zordur. Bu nedenle tesis kuruladan önce utlaka kavitasyon göz önüne alınalıdır. Popayı yüksek veri noktasında çalıştırarak da kavitasyon önlenebilir. 173