ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

Transkript

1 ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ MAK 41 MAKİNE LABORATUVARI II SERİ/PARALEL SANTRİFÜJ POMPA EĞİTİM SETİ DENEY FÖYÜ 018

2 İÇİNDEKİLER TEORİK BİLGİLER... 3 Verim ()... 3 Özül hız... 3 Kavitasyon (kovuklaşma)... 4 Emmedeki net pozitif yük (ENPY)... 4 Pompaların tesisata bağlanma şekillerine öre durumlar:... 5 a) Tek Pompa Durumunda Karakteristik Özellikler... 5 b) Pompa Seri Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler... 5 c) Pompa Paralel Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler... 5 TESİSATIN TANITIMI... 8 DENEYLER ) Pompa basma yüksekliği-debi ilişkisi (karakteristik eğri) ) Pompa veriminin bulunması ) Pompa özül hızının bulunması ) Pompa ENPKY değerinin bulunması ) Seri pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi ) Paralel pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi ŞEKİLLER Şekil 1. Tek pompa durumunda karakteristik özellikler Şekil. İki pompa seri bağlı durumunda karakteristik özellikler Şekil 3. İki pompa paralel bağlı durumunda karakteristik özellikler... 5 Şekil 4. Bir pompa sisteminin şeması... 6 Şekil 5. Seri/Paralel santrifüj pompa eğitim seti şeması.... 8

3 TEORİK BİLGİLER Verim (): Pompa verimi, sıvıya net olarak aktarılan hidrolik ücün mil ücüne oranıdır. Pompa verimi; pompanın özül hızına, pompa tipine (salyanoz, kademeli, in-line, açık-çarklı, vb.) ve debiye bağlı olup %35 ile %85 arasında bir değerdir. Bir pompanın tavsiye edilen çalışma aralığı; verimin, optimum noktadaki verimin %80 inden büyük olduğu debi aralığıdır. Yani; optimum verim 0,75 olarak hesaplanmışsa, minimum verim 0,8*0.75=0,6 olarak hesaplanır. 0,6 verim katsayısına karşılık elen debi, tavsiye edilen minimum çalışma debisidir. akışkan ücü iriş ücü m H V (1) cos m I m m : Suyun kütlesel debisi [k/s] (yoğunluk*hacimsel debi) : Yer çekim ivmesi 9,81 [m/s ] H : Basma yüksekliği [mss] V m: Motor voltajı [V] I m : Motorun çektiği akım [A] cos : Motorun üç katsayısı Özül hız: Pompa çarkının eometrik olarak biçimini belirlemeye yarayan bir sayı olup pompanın optimum noktadaki değerleri ile hesaplanır. Santrifüj pompalarla yapılan bu deneyde özül hız değeri arasında yer alır. N Nq H. V 0,75..() N = Çarkın dönme hızı (d/d) (900 d/d alınacak). V = Optimum hacimsel akış debisi (m 3 /s). H = Optimum pompa manometrik yüksekliği (m) Nq Pompa Tipi Santrifüj Karışık Akımlı Eksenel

4 Kavitasyon (kovuklaşma): Pompa içinde herhani bir bölede statik basınç yerel olarak basılan sıvının buharlaşma basıncının altına düşerse, o böleden eçen sıvı buharlaşır ve çok sayıda çok küçük boyutlarda doymuş sıvı buharı habbecikleri oluşur. Bu sırada sıvı içinde erimiş hava ve azlar da serbest kalarak az kabarcıkları oluştururlar. Akan sıvının dinamik etkisi ile sürüklenen buhar zerreleri yerel statik basıncın, sıvının o sıcaklıktaki buharlaşma basıncından daha yüksek olduğu bir böleye eldiklerinde aniden yoğuşurlar. Sıvının yerel olarak buharlaşması ve yoğuşması çevrimi kavitasyon (kovuklaşma) olarak adlandırılır. Sıvı buhar zerrelerinin yoğuşması sırasında boşaltılan hacimler, bunları çevreleyen sıvı tarafından aniden doldurulur. 0 C de doymuş su buharının hacminin aynı sıcaklık ve kütledeki suyun hacminin katı olduğu dikkate alınırsa yoğuşma sırasında basıncın yerel olarak bar'a kadar artışını da nedeni ortaya çıkar. Sıvının buharlaşması-yoğuşması çevrimi saniyede kez olmaktadır. Sıvı buharı zerrelerinin yoğuşması; pompada titreşim, ürültü ve yoğuşma bölesine yakın katı yüzeylerde "kavitasyon erozyonu"na neden olur. Kavitasyona çalışma süresine bağlı olarak, pompada malzeme aşınması sonucu süner ibi bir malzeme yapısı ortaya çıkar. Kavitasyonun bu mekanik etkisinin dışında pompanın hidrolik performansında da bozulma özlenir. Tam elişmiş kavitasyonda çarkın içindeki akış kesitleri buhar zerreleri tarafından bloke edildiğinden debide artış sağlamak mümkün olmadığı ibi manometrik yükseklikte de ani bir düşme özlenir. Kavitasyon; neden olduğu istenmeyen mekanik ve hidrolik etkilerden dolayı pompaların teknik olarak üvenilir çalışma aralığını, emme yükünü, dönme hızını, pompa boyutlarını ve ekonomikliğini sınırlayan en önemli faktördür. Sistemimize için kavitasyonsuz çalışma bölesinde çalışan bir pompa seçmek için emmedeki net pozitif yük ENPY) değeri hesaplanır. Santrifüj pompalarda kavitasyona karşı en hassas, dolayısıyla kavitasyon erozyonunun en çok olduğu böleler; kanat irişinde emme yüzeyi ve çarkın ön yanağıdır. Kademeli pompalarda enellikle 1. kademede kavitasyonun aşındırma etkisi hissedilir. Ancak elişmiş, şiddetli kavitasyonda salyanoz övdesinde ve dilde kademeli pompalarda difüzörde de kavitasyon erozyonu olmaktadır. Emmedeki net pozitif yük (ENPY): Girişteki mutlak basınç ile pompalanan sıvının buharlaşma basıncı arasındaki farktır. Sistemimize kavitasyonsuz çalışma bölesinde çalışan bir pompa seçmek için emmedeki net pozitif yük, ENPY) değeri hesaplanır. Sıvının pompa emme flanşı kesitindeki hızı (v i) ihmal edildiğinde ENPY formülü aşağıdaki halini alır. 1 mmh : Pa : 0,133 kpa 1 atmosfer basıncı : 760 mmh ENPKY = Emmedeki net pozitif kullanışlı yük (m) p i = Pompa irişindeki mutlak basınç (Pa) p v = Sıvının mutlak buharlaşma basıncı (Pa) pi ENPY ENPKY p p i v v i p v.(3) = Sıvının yoğunluğu (k/m 3 ) Not: P mutlak = P östere + P atm

5 Pompaların tesisata bağlanma şekillerine öre durumlar: a) Tek Pompa Durumunda Karakteristik Özellikler Şekil 1. Tek pompa durumunda karakteristik özellikler. Pompa karakteristik eğrileri, bir pompanın sabit devir sayısında, su (15 o C-0 o C de) basması halinde Manometrik basma yüksekliği (H), Pompa mil ücü (P), Pompa verimi (), Gerekli emmedeki net pozitif yük (ENPY G) değerlerinin debiye (Q) bağlı olarak değişimini österen eğrilerdir. Q,H,P,ENPY G deneysel olarak ölçülür; ise bunlara bağlı olarak hesaplanır. b) Pompa Seri Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler Pompaların seri çalıştırılması, tesisattaki basıncın yetersiz olduğu hallerde basıncını artırmak için uyulanan bir yöntemdir. veya daha çok pompanın aynı boru hattında seri çalışması halinde pompaların ortak H=f(Q) karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı debideki manometrik yükseklikleri toplanır. Seri çalışan pompaların debileri eşittir. Şekil. İki pompa seri bağlı durumunda karakteristik özellikler. c) Pompa Paralel Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler Aynı tesisatta veya daha çok pompanın paralel çalışması halinde pompaların ortak H=f(Q) karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı manometrik yükseklikteki debileri toplanır. Aynı boru hattında parelel çalışan pompaların manometrik yükseklikleri eşittir. Pompaların paralel çalıştırılması, tesisata basılan debinin yetersiz olduğu ve kademeli ayar istenen hallerde toplam debiyi artırmak için uyulanan bir yöntemdir. Şekil 3. İki pompa paralel bağlı durumunda karakteristik özellikler

6 Pompa sistemlerinde özül akış enerjisi ve manometrik basma yüksekliği (H) Bir akışkanı bulunduğu noktadan daha yükseğe çıkarabilmek veya boru sistemi içinde akışkanı hareket ettirebilmek için kayıpları karşılayacak bir enerjiye ihtiyaç vardır. Pompalar dışarıdan aldıkları enerjiyi akış enerjisine dönüştürerek akışkanın hareketini sağlar. Bir pompa sisteminin şeması aşağıdaki ibidir. II Pompa kontrol hacmi Ç H eo I G Z Z 1 Şekil 4. Bir pompa sisteminin şeması. Bir pompa sisteminde; akışkanın sıkıştırılamaz olduğu, akışın sürekli ve sıcaklığın sabit olduğu kabul edilir. Pompa için özül akış enerjisi, pompa ve sistem kontrol hacimlerine enerjinin korunumu denklemi uyulanarak bulunabilir. Pompa kontrol hacmi için enerji denkleminden özül akış enerjisi ve basma yüksekliği Hm aşağıdaki ibi ifade edilir. a p P P ç V ç V.( z ç z ). [J/K] H m a p Pç P ( mss). V V ç ( z ç z )...[mss] Sistem kontrol hacmi için enerji denklemi, H m P P. V V. II I II I ( zıı zı ) H kboru H kb: Emme ve basma borularındaki toplam kayıp

7 Pompalarda, üç, debi ve basınç farkı arasındaki ilişki Bir pompanın akış ücü, basma yüksekliği ve debisi arasında bir ilişki vardır. Bu ilişki, Pompanın iriş ve çıkışları arasında enerjinin korunumu denklemi yazılarak bulunabilir. 1 Birim debiye sahip akışkan için 1 ve noktaları arasında enerji denklemi, P1 V1. z 1. h P V p. z. h k.[j/k] olarak yazılabilir. Pompa iriş ve çıkışında debi eşit ve m olarak kabul edilirse yukarıdaki denklem, P m V 1 1. m. m.. z1 m.. hp m. m. m.. z m.. h k P V [W] olarak yazılabilir. Giriş ve çıkışta hızlar ve konumlar eşit ( V1 V, z1 z ) olduğundan yukarıdaki denklem, P P 1 m ( ) m.. h m.. p h k halini alır. Pompalardaki kayıp enerji miktarı, pompanın verimi ile ifade edileceğinden dolayı yukarıdaki denklemde kayıp enerji ihmal edilebilir. Yani, m.. h k 0 alınabilir. Bu durumda denklem, m ( P P ) m.. h p Q( m 1 3 / s). P( N / m 0 ) m( k/ s). ( m / s ). h p ( m) Bu denklemden örüldüğü ibi hacimsel debi (Q ) ile pompa iriş ve çıkışı arasındaki basınç farkının çarpımı pompanın ücünü ( m.. h ) verir. p Q. P W...[W](4) Pompanın sabit bir üçte çalışması durumunda hacimsel debi ile basınç farkının çarpımı sabit olacaktır. Bu nedenle debinin arttırılması ile basınç farkı azalacak ve bunun sonucu olarak da pompanın basma yüksekliği azalacaktır.

8 TESİSATIN TANITIMI Şekil 5. Seri/Paralel santrifüj pompa eğitim seti şeması. Tesisat; su tankı, borular, vanalar, basınç östereleri, akım ve erilim östereleri, debimetre ve adet santrifüj pompadan oluşmaktadır. Vanalar yardımı ile (V-1,V-,V-3) sistemdeki pompaların seri/paralel veya tekil çalışması ayarlanabilmektedir. Ayrıca debi ayarı da (V-4) vanadan ayarlanmaktadır. Pompa motor ücü Pompa basma yüksekliği(maks.) Pompa debisi (maks.) Hazne hacmi Boru bağlantı çapı : 0,75 kw : 1 mss : L/d : 300x300x400 mm,.7 litre : 3 mm 40mm Debimetre Ölçüm Aralığı : 1,6-16 m 3 /h Pompa devir sayısı : 900 devir/dakika

9 DENEYLER Aşağıdaki maddelerde bulunan deney hesapları için ereken verileri elde etmek için tabloyu talimatları izleyerek doldurun. I. Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun. II. III. IV. 1 ve nolu vanalar tam kapalı, 3 ve 4 no lu vanaları tam açık konuma etirin.. Ana şalteri açarak, 1 no lu düğme yardımıyla 1. pompayı çalıştırın. Debiyi 10 m 3 /h ten itibaren her defasında m 3 /h düşürerek ilili değerleri her debi için österelerden okuyun ve aşağıdaki tabloya kaydedin. V. 1. ve. basınç österelerinden basma yüksekliği değerlerini okuyun ve kaydedin. VI. VII. VIII. IX. Gösterelerden motor akımı ve voltajını okuyun ve kaydedin. Vakum österesinden vakum değerini mmh olarak tabloya kaydedin. Su akışı tamamen kesildiğinde pompanın basma yüksekliği maksimum olacaktır. Deney verileri ile tabloyu doldurun, deneyi. Pompa için tekrarlayın. Debi (m 3 /h) P1(mSS) P (mss) Akım (I) Gerilim (V) Cos@ Vakum (mmh) Vakum (kpa) Vakum Mutlak (kpa) Vakum (mss) P-Vakum (mss) Sıcaklık ( o C) P buh(tablo)@t o C Yoğunluk K/m Yer Çekimi İvmesi 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 W akış W mil Verim ( ) ENPKY Özül Hız Nq Tablo 1. Hesaplamalarda kullanılmak üzere elde edilen deney verileri Pompa 1.

10 Debi (m 3 /h) P1(mSS) P (mss) Akım (I) Gerilim (V) Cos@ Vakum (mmh) Vakum (kpa) Vakum Mutlak (kpa) Vakum (mss) P-Vakum (mss) Sıcaklık ( o C) P buh(tablo)@t o C Yoğunluk K/m Yer Çekimi İvmesi 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 W akış W mil Verim ( ) ENPKY Özül Hız Nq Tablo 1. Hesaplamalarda kullanılmak üzere elde edilen deney verileri Pompa. 1) Pompa basma yüksekliği-debi ilişkisi (karakteristik eğri) Bir pompanın H manometrik yüksekliği basılan sıvının pompa iriş ve çıkış kesitleri (flanşlar) arasında birim ağırlık başına kazandığı net (faydalı) enerji olarak tanımlanır. Birimi uzunluk boyutunda olup metre dir fakat özel olarak tanımlanan Enerji olduğu unutulmamalıdır. *Tablo 1. deki verileri kullanarak Excel proramında aşağıdaki formatta bir Debi-Basma yüksekliği rafiği elde ediniz. (Debi aralığı 1-11 m 3 /s, Basma yüksekliği aralığı 0-4 mss olsun)

11 ) Pompa veriminin bulunması Pompa verimi, hidrolik ücün pompa mil ücüne oranı olarak açıklanır. Pompalar farklı çalışma şartlarında farklı verimlerde çalışırlar. Bu verim böleleri karakteristik eğri üzerinde adacıklar halinde österilir. Pompa seçiminde maksimum verim eğrilerinin sağ tarafından seçim yapılması önemlidir. Çünkü sistem kirlendikçe basınç kayıpları artacağından çalışma noktası sola kayar ve daha yüksek verimle çalışmış olur. *Tablo 1. deki veriler yardımı ile tablodaki verim ( ) satırını teorik bililer kısmında verilen 1 numaralı formülü kullanarak her debi için hesaplayın, bu verim değerlerini Tablo 1 e aktarın, Excel proramı kullanarak Debi-Verim rafiği çizdirin. (Debi aralığı 1-11 m 3 /s, Verim aralığı 0-45% olsun)

12 3) Pompa özül hızının bulunması Pompa özül hızı, farklı pompaları benzerlik bağıntılarına öre karşılaştırma imkânı verir; aynı zamanda çark tipinin bir fonksiyonudur. Pompa çark tipleri maksimum verimdeki özül hızlarına öre sınıflandırılır. Pompa özül hızının deneysel olarak bulunması bu bililerin pekiştirilmesini sağlayacaktır. *Tablo 1. deki veriler yardımı ile deneyde ölçülen her debi için. formülü kullanarak pompa özül hızını hesaplayın, verimin en üst seviyede olduğu noktadaki özül hızın santrifüj pompa tipi aralığında olup olmadığını kontrol edin. 4) Pompa ENPKY değerinin bulunması Pompa irişindeki basınç neatif olduğunda veya pompalanan sıvı sıcaklığı yükseldiğinde kovuklaşmadan (kavitasyondan) korunmak için emmedeki net pozitif kullanışlı yükün, ENPY den daha büyük olduğu kontrol edilmelidir. *Tablo 1. deki veriler yardımı ile ENPKY hesabınızı yapınız, Tablo 1 e bu sonuçları kaydediniz. 1 mmh=13,6/1000 mss 1 mmh=0,133 kpa Patm=101,3 kpa Buh. sıcaklığı, T b [C] Buh. basınç P b [kpa] Buh.sıcaklığı, T b [C] Buh. basınç P b [kpa] Buh. sıcaklığı, T b [C] Buh. basınç P b [kpa] 16 1,816,64 8 3,778 18,06 4, ,41 0, , ,753 Tablo. Sıcaklığa bağlı suyun buharlaşma basınçlarını österir tablo (Geniş aralık için Tablo 3.)

13 5) Seri pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi Pompaların seri çalıştırılması, tesisattaki basıncın yetersiz olduğu hallerde basıncını artırmak için uyulanan bir yöntemdir. veya daha çok pompanın aynı boru hattında seri çalışması halinde pompaların ortak H=f(Q) karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı debideki manometrik yükseklikleri toplanır. Seri çalışan pompaların debileri eşittir. 1) Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun. ) 1 ve 3 nolu vanalar tam kapalı, ve 4 no lu vanaları tam açık konuma etirin. 3) Ana şalteri açarak, her iki pompayı da çalıştırın. 4) 4 no lu vanayı 10 mss basma yüksekliğinden başlayarak 5 şer mss arttırarak 40 mss na kadar kademeli olarak kısın ve her kademedeki basma ve debi değerlerini aşağıdaki tabloya kaydedin. Ölçülen özellik/ölçüm sayısı Basma yüksekliği [mss] Debi [m 3 /h] 6) Paralel pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi Aynı tesisatta veya daha çok pompanın paralel çalışması halinde pompaların ortak H=f(Q) karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı manometrik yükseklikteki debileri toplanır. Aynı boru hattında parelel çalışan pompaların manometrik yükseklikleri eşittir. Pompaların paralel çalıştırılması, tesisata basılan debinin yetersiz olduğu ve kademeli ayar istenen hallerde toplam debiyi artırmak için uyulanan bir yöntemdir. 1) Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun. ) no lu vanayı kapatıp diğerlerini açın. 3) Ana şalteri açarak, her iki pompayı da çalıştırın. 4) 4 no lu vanayı 10 mss basma yüksekliğinden itibaren şer mss arttırarak mss na kadar kademeli olarak kısın ve her kademedeki basma ve debi değerlerini tabloya kaydedin. 5) Tablo değerlerini aşağıdaki rafiğe benzer formatta Excel proramında oluşturulmuş bir rafiğe aktarıp üzerinde seri bağlı pompa karakteristik eğrisini, paralel bağlı pompa karakteristik eğrisini, 1. Pompa karakteristik eğrisini ve. Pompa karakteristik eğrisini çizdirin. Ölçülen özellik/ölçüm sayısı Basma yüksekliği [mss] Debi [m 3 /h]

14 0 Basma yüksekliği [mss] Debi 14. EK Buh. sıcaklığı, T b [C] Buh. basınç P b [kpa] Buh.sıcaklığı, T b [C] Buh. basınç P b [kpa] Buh. sıcaklığı, T b [C] Buh. basınç P b [kpa] 0 0,611 4, ,164 0, , , , , , , , , ,07 3 4, , ,7 34 5, ,95 1 1, , , , , , , , ,558 18,06 4 8, ,369 0, , ,81, , ,116 Tablo 3. Suyun farklı basınçlarda buharlaşma sıcaklığı