7. SANTRİFÜJ POMPALARIN BOYUTLANDIRILMASI VE ÇİZİMİ

Transkript

1 7. SANTRİFÜJ POMPALARIN BOYTLANIRILMASI VE ÇİZİMİ Bir santrifüj popaya ait ühendislik hesapları ve tasarıı için popanın çalışa koşulları ve buna bağlı olarak karakteristiklerinin bilinesi gerekir. Ancak tasarı için genellikle üç karakteristik büyüklüğün bilenesi yeterli olaktadır. Bunlar; ) Verdi (Q), ) Manoetrik yükseklik (H), 3) Popanın çalışa hızı (n) dır. 7.. Popa Tipinin Saptanası Popa tipinin saptanasında özgül hızdan yararlanılır. Bilindiği gibi özgül hız, n. Q nq eşitliğinden hesaplanaktadır. H 3 / 4 Özgül hıza göre yapılan sınıflandırada, radyal çarklar için özgül hız 0-58 arasındadır. Özgül hız küçüldükçe popa ta radyal tip olur ve çark çapı büyür. Kanatlar uzayacağı için suyun geçtiği kanal daralır ve bu da veri düşesine neden olur. Ayrıca ialat zorlukları da olduğundan düşük özgül hızlı popa yerine, özgül hızı artıra yolları aranarak yüksek veri veren yüksek özgül hızlı popaların projelendirilesi tercih edilelidir. Özgül hız küçük ise popa kadeeli yapılalıdır. Kadeeli popanın oluşturacağı topla yükseklik Ht ve kadee sayısı (i) ise, tek kadeenin anoetrik yüksekliği; H H t i olur ve çark hesabı bir kadee için bulunan anoetrik yükseklik değerine göre yapılır. Buna göre kadee başına özgül hız ¾ kadar artırılış olur. Eğer özgül hız küçültülek istenirse bu taktdirde popa çift girişli yapılır. Özgül hız forülünde verdi yerine yarısı konulduğunda özgül hız; n. nq H Q / 3 / 4 olur ve özgül hız / kadar azalır.

2 7.. Popa Mil Gücünün Hesabı Santrifüj popanın yuttuğu gücün hesabı, daha önceki konularda açıklındığı gibi verdi (Q), anoetrik yükseklik (H), suyun özgül ağırlığı () ve veri değerleri biliniyorsa aşağıdaki eşitliğe göre yapılır. Q. H fbg. 75. p Popanın yuttuğu güç hesabında kullanılan veri değeri daha önceki konularda verilen şekillerden alınabilir. Popayı tarik edecek otor gücü yeterli düzeyde seçilebilesi için bulunan veri değerinin gerçeğe yakın olası için genellikle eniyet payı olarak, diyagralardan bulunan değerden % 5 daha küçük alınası önerilebilir. Yine hesaplanan güç; eniyet açısından fbg<5 BG ise, ~,3 ile, 5<fBG<5 BG ise,~, ile ve fbg>5 BG ise,05~, ile çarpılır Popa Mil Çapının Hesabı Popa ili, iletilecek oent, ile bağlı olarak dönen parçaların ağırlığı, radyal ve aksiyal yükler için hesaplanalıdır. Mil çapı ilin boyunca kadeeli olarak yapılır ve çap ilin ortasında aksiu olur. Bu tip yapı şekli; il üzerine bağlanan çark, rulanlı yataklar ve kavraa gibi çeşitli parçaların il üzerine yerleştirilelerini kolaylaştırır. Mil çapı (d); döndüre oenti (Md) ve eniyet gerilesi () alınarak aşağıdaki eşitliğe göre hesaplanır. d 6.M 3 d. öndüre oentinin d 760 fbg n M değeri ve Adi il çeliği için = 0 kp/c değerleri forülde yerine konur ve gerekli kısaltalar yapılırsa il çapı; fbg d 4,4. 3 olarak bulunur. n ygulaada genellikle il çapı hesabı aşağıda verilen forülden de yapılaktadır. d C. 3 fbg n

3 C 7, 4,9 3,6,8 0,8 gibi alınaktadır. Mil çapı bulunduktan sonra ialat kolaylığı ve eniyet açısından çapın değeri standart çapa dönüştürülür. Standart il çapları 5, 0, 5, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 80, 90 ve 00 olarak verilebilir. Mil çapı hesabı yapılırken devir sayısının kritik devir sayısına göre kontrol edilesi gerekir. Genel olarak kritik devrin noral devir sayısından % 50 kadar fazla olası istenir. Kritik devir sayısı yaklaşık olarak Burada; F n k 300. şeklinde hesaplanır. G nk : Kritik devir sayısı (/in), G : Çark ve il topluluğun ağırlığı (kp), F : Mile c sehin verek için gerekli kuvvet (kp) dir. P kuvveti noral olarak yükleniş illerde sehi forülünden hesaplanabilir. Mile uygulanan kuvvetin eydana getirdiği sehi, f 3 F 5.L. E.I 384 eşitliği ile hesaplanır. Eşitlikte sehi c konursa P kuvveti, 384 E.I F. olur. 5 3 L Forülde; E : Mil alzeesinin elastikiyet odülü (çelikte,.0 6 kp/c ), I : Milin atalet oenti (daire kesit için L : Mil uzunluğu (c), f : Sehi (c) dir Popa Çarkının Boyutlandırılası 4.d Çark giriş koşullarının belirlenesi Çark giriş koşullarının belirlenesinde popanın ee ağzından itibaren çarkın giriş ağzının boyutları ve kanat giriş açısının bulunası gerekir. Şekil 7. de çarkın boyutlandırılasında kullanılan çaplar veriliştir. ),

4 Göbek çapı (dg) Göbek çapı için popanın büyüklüğüne bağlı olarak 0-5 et kalınlığı verilir. Buna göre göbek çapı; dg= d + (0 ~ 30 ) olur. Bazı yazarlar göbek çapı için, dg=,5. d değerini kullanaktadır. Bu forüllerde; dg : Göbek çapı (), d: Mil çapı () dir Çark iç (giriş ağzı) çapı (0) İalat kolaylığı bakıından genellikle çark giriş ağzı çapının ee borusu çapına eşit alınası önerilir. Ee borusu çapı (e) ise ee borusundaki su hızına bağlı olarak aşağıdaki gibi hesaplanır. e 4.Q.V e Bu forüldeki ee borusundaki su hızı (Ve) şekil 7. den verdiye ve devir sayısına bağlı olarak bulunabilir. Giriş çapı saptandıktan sonra giriş ağzındaki hız (C0) tekrar hesaplanır. Buna göre; 4.Q C0. d 0 g olarak bulunur. Bu eşitlikte verdi topla (kayıpsız) verdidir. Çıkış verdisi çizelge 5.7 den alınan voluetrik verie bölünerek kayıpsız verdi bulunur. C0 hızının her zaan ee borusundaki hızdan daha büyük olacağı unutulaalıdır. Genellikle C0, Ve olası istenir. Eğer 0 = e alınazsa bir başka yöntede 0 hesaplanır. Bunun için C0=, Ve alınır ve 0 aşağıdaki forülden bulunur. 4.Q 0 d g C0.

5 Kanat giriş ortalaa çapı () Genellikle bu çap çark giriş ağzı çapından % 5-0 daha düşük alınır Kanat giriş açısı ( ) Çarkın aksiu H değerini veresi için girişteki utlak hız ile çevre hızı arasındaki açının = 90 o olası gerekektedir. Bu açının 90 o olasıyla giriş hız üçgeni dik üçgen olur ve girişteki utlak hız (C) ile utlak hızın düşey bileşeni ya da eridyen hızı (C) birbirine eşit olur (C=C). Kanat kalınlıkları nedeniyle suyun giriş kesiti,. / 4 den küçüktür ve bu nedenle; 0 C= C = (,05 ~,).C0 alınabilir. Girişteki çevre hızı;..n 60 olduğundan kanat giriş açısı aşağıdaki gibi bulunur. tan C Kanat giriş açısının 0 o -0 o arasında olası istenir. Ancak bu açının kavitasyon bakıından en uygun değerinin 7 o olduğu kabul edilir. Yapılan hesaplaalarda giriş açısının sınır değerlerinden farklı çıkası halinde çaplarda değişiklik yapılası gerekir. Kanat giriş kenarı boyunca açısının kontrol edilesi gerekir. i ve d açılarının açısından ± 3 o den fazla farklı olaasına dikkat edilelidir. i ve d açıları kanat giriş kenarı boyunca C hızının değişediği kabul edilerek aşağıdaki gibi hesaplanır. tan tan i d C i C d i d. i.n 60. d.n Çark giriş genişliği (b) Kanat sayısı ve kanat giriş kalınlığı bilinediğinden b giriş genişliği önce yaklaşık olarak hesaplanır. Süreklilik denkleine göre verdi yazılırsa;

6 Q.k..C. b olur. Bu eşitlikten çark giriş genişliği; b Q.k..C bulunur. Burada, k darala katsayısını gösterir. Kanat uçlarının sivri olup olaasına ve kanat kalınlığına bağlı olarak bu darala % arasında değişir. Buna göre k= 0,6-0,7 olur Çark çıkış koşullarının belirlenesi Çark dış çapı () eneylere dayanarak alçak basınçlı popalarda = (,5-). ve yüksek basınçlı popalarda = (-3). alınır. Bundan farklı olarak Çark dış çapı, çıkış hızından () yararlanılarak ta bulunabilir. Çark çıkışındaki teğetsel hızın () saptanasında Pfleiderer, Kovats ve Schulz gibi araştırıcılar basınç katsayısını () kullanışlardır. Buna göre; H. dir..g Basınç katsayısı () değerinin, özgül hız ile değişii şekil 7.4 de veriliştir. Özgül hız bilindiğine göre grafik yardııyla ve dolayısıyla istenilen anoetrik yüksekliğin sağlanabilesi için gerekli olan teğetsel hızı ve çark çıkış çapı aşağıdaki eşitliklerden bulunur..g.h.60.n Çark çıkış çapının saptanasında öncelikle anoetrik yüksekliğin öneli rol oynadığı unutulaalıdır. olayısıyla hesaplanan çapına göre ial edilecek olan çarkın anoetrik yüksekliği sağlayaaası olasılığı dikkate alınalıdır. Bu nedenle % 0 kadar daha büyük tutulalıdır. Eğer çalışa noktasında istenen yükseklikten fazla değer elde edilirse çark çapı küçültülerek istenilen anoetrik yükseklik elde edilebilir.

7 / çaplar oranının kontrolü Belirli özgül hızlara, belirli çap oranları karşılık gelir. Çarkın boyutlarının uygun düşesi bakıından bu oranın belirli sınırlar arasında kalası gerekir. Şekil 7.4 de verilen diyagrada / oranlarının özgül hıza bağlı alt ve üst sınırları veriliştir. Hesaplanan çaplara göre / oranı bu sınırların dışına çıkıyorsa çapı anoetrik yükseklikle ilgili olduğu için değiştirilez. Ancak çapı üzerinde / oranı belirtilen sınırlar arasında kalacak şekilde değişiklik yapılır. çapı değiştiğinde çark giriş koşullarının tekrar gözden geçirilesi gerekir. çapındaki değişiklik aşağıdaki gibi yapılabilir. ise. üst üst ise. alt alt Kanat çıkış açısı ( ) Santrifüj popada çark çıkışındaki açısı aşağıdaki gibi bulunabilir. tan C C u Buradaki; C hızı genel bir kural olarak, C e eşit veya biraz küçük alınır. Ancak daha uygun bir değer bulak için ikinci yönte şekil 7.5 de verilen diyagra yardııyla kc hız katsayısının bulunası ve C k c..g. H bağıntısından yararlanarak C hızının hesaplanasıdır. aha önce hesaplanış olan C, ve değerleri de aynı diyagradan, özgül hız yardııyla saptanacak olan hız katsayıları yardııyla kontrol edilebilir. Hız katsayıları ile hızlar arasında; C k c..g. H k u..g. H k u..g. H bağıntıları vardır.

8 Teğetsel hız bileşeninin hesaplanasında; C u g.h. h bağıntısı kullanılabilir. Bu bağıntıdaki hidrolik veri aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır. Forülde Q, 3 /s alınalıdır. h 0,07 0,5 Q Burada; Çark çıkış hız üçgeni sonlu kanat halinde kaskat kanat dolayısıyla değişecek çıkış açısı konstrüktif kanat çıkış açısına dönüşecektir. k Konstrüktif kanat çıkış açısı şekil 7.6 da görüldüğü gibi Cu sapası nedeniyle hesaplanan açısından daha büyük olacaktır ( k ). Bir başka değişle suyun çarkı çıkış açısı ile terk etesini sağlaak için k konstrüktif kanat açısını den daha büyük seçek zorunluluğu vardır. Şekil 7.6. Teorik ve gerçek çıkış hız üçgeni (Özgür 983) Bu nedenlerle konstrüktif kanat çıkış açısı teorik hız üçgenindeki açısının belirlenebilesi için sonsuz kanat koşulundaki teğetsel hız C ) a gereksini ( u vardır. Cu hızının bulunabilesi için de açısının bilinesi gerekektedir. Buna göre en uygun çözü k açısının öncelikle bulunasıdır. Öncelikle k açısı seçilir ve seçilen bu değere göre kanat sayısı (z) ve sapa katsayısı (K) aşağıdaki forüllerden hesaplanır.

9 z 6,5.,. sin K z.sin k k. Bulunan bu değerlerden (z ve K) yararlanarak tekrar kanat çıkış açısı aşağıdaki forülden hesaplanır. tan k C C u Bu forüldeki Cu K. Cu den bulunur. Seçilen kanat çıkış açısı ile hesaplanan kanat çıkış açısı arasındaki fark 3 o den küçükse, gerçek kanat çıkış açısı; (βk secilen βk hesaplanan βk forülüyle hesaplanır. Eğer açılar arasındaki fark 3 o den büyükse, gerçek kanat çıkış açısını bulak için aşağıdaki yönte izlenir. ( k seçilen - k hesaplanan) > 0 ise k= (. seçilen)- ( k seçilen - k hesaplanan) < 0 ise k= ( k.seçilen)+ alınır ve buna göre kanat sayısı ile diğer değerler tekrar hesaplanır Çark çıkış genişliği (b) Çark çıkış genişliği aşağıdaki şekilde hesaplanır; b Q..k.C arala katsayısı k, çark çıkışında kanat kalınlığından dolayı çıkış kesitinin daralasını gösterir ve çark çıkış darala katsayısı adını alır. K katsayısı 0,75 ile 0,98 arasında seçilebilir Çark giriş ve çıkış genişliklerinin kontrolü Kanat sayısı, giriş ve çıkış kanat açıları bulunduğundan k ve k darala katsayıları hesaplanabilir.

10 k z.e..sin k z.e..sin k Hesaplanan bu k ve k katsayılarına göre çark giriş ve çıkış genişlikleri yeniden hesaplanarak öncekilerle kontrol edilir. İalat kolaylığı bakıından kanat kalınlıkları birbirine eşit alınabilir (e=e) Çarkın Çizii Çarkın çizii için gerekli büyüklükler hesaplanış olduğundan, önce çarkın eridyenel kesiti çizilir. aha sonra kanat sayısı, kanat açıları kullanılarak çarkın karşı görünüşü çizilir. Ta santrifüj popalarda, çark kanatlarının çizii, çark küçük çarklar hariç, genellikle çift daire yöntei ile yapılır. Çarkın karşı görünüşünün çizii ve kanatların yerleştirilesi için,, çapları, kanat sayısı, kanat kalınlığı, giriş ve çıkış kanat açılarının bilinesi yeterli olaktadır. Kanat çizii için değişik yazarlar çeşitli çizi yöntelerini önerektedirler. Bu yöntelerden santrifüj popalar için uygun ve pratik olan çift daire yöntei ile kanat çizii verilecektir Çift daire yönteiyle kanat çizii Bu yöntele kanat çizii çark boyutları büyüdüğünde kullanılır. Bu yöntede önce 0 erkezli, ve çaplı daireler çizilir. Kanat sayısı z bilindiğine göre çaplı daire t adıı (veya bölü açısı) yardııyla birbirini izleyen kanatların giriş noktaları olan A, A,...,Az () dairesi üzerinde işaretlenir (şekil 7.7). 0 erkezli ve d=.sin çaplı daire çizilir. z z Şekil 7.7. Çift daire yöntei ile kanat çizii (Yalçın 998) A noktasından d çaplı daireye AT teğeti ve aynı şekilde A noktasından da AT teğeti çizilir. AT teğeti üzerinde ve A den itibaren, e kanat kalınlığı olak üzere e+a. d a z uzunluğu alınarak B noktası bulunur. AB nin orta dikesinin AT teğetini kestiği C noktası kanat iç yüzeyine ait giriş dairesinin erkezidir. CB CA olak üzere C erkezli ve AB den geçen daire yayı çizilirse kanat iç yüzeyine ait kısı belirleniş olur. BC doğrusu ile k açısını yapak üzere BG doğrusu çizilir ve bu doğru üzerinde BG kadar alınarak G noktası belirlenir. OG nin orta dikesi ile BC doğrusunun kesi noktası C, kanat iç yüzeyinin ikinci kısına ait daire yayının erkezi

11 olur. C erkezli ve B den başlaak üzere BC yarıçaplı BC daire yayı ile kanat iç yüzeyine ait kanatların ikinci bölüü çizilir. Böylece ABC yayı belirleniş olur. Ayrıca e kanat kalınlığı dışa doğru alınarak kanat çizii taalanış olur. aha sonra diğer A, A3,...,Az noktalarında aynı yaylar çizilerek çark çizii taalanır veya şeffaf bir kağıt üzerine kanat başlangıç, biti noktaları ve erkezleri işaretlenerek kağıt (0) erkezi etrafında döndürülerek çizilebilir ifizör Gerekliliğinin Kontrolü Popalarda, hız enerjisinin basınç enerjisine dönüştürülesi ve popa içindeki akışkanın yönlendirilesi için difizör kullanılaktadır. Kadeeli popalarda difizör kullanıı zorunlu olaktadır. Kadeesiz popalarda genellikle difizör yoktur. Ancak bazı özel koşullarda çıkış hız üçgenindeki () açısı çok küçük değerler alabilir. Bu duruda utlak hızda büyüyecek ve dolayısıyla da kayıplar hızın karesiyle orantılı olarak artacağından, bir difizyon yardııyla hız enerjisinin basınç enerjisine dönüştürülesi gerekebilir. Bu nedenle çıkış açısı () kontrol edilelidir. Bu açı 0 0 den küçük ise difizöre gereksini duyulaktadır Salyangoz Boyutlarının Belirlenesi Salyangoz içindeki akışın, serbest vorteks kanununa uyduğu kabul edilerek boyutlar saptanaktadır. Herhangi bir kesitteki teğetsel hız bileşeni Cux ve kesit erkezinin popa ekseninden uzaklığı rx ise; çark çıkışındaki (Cu.r) değeri hesaplanabileceğinden, salyangoz kesitleri aşağıdaki şekilde bulunabilektedir. Cu.r..r x Qx.r x Qw.(r3 t) Bu eşitlik şekil 7.8 de görüldüğü gibi 8 kesit için tekrarlanarak, salyangoz boyutları saptanaktadır. Salyangoz eşit dililere bölünür ve Q verdisinin çevre boyunca eşit iktarda salyangoza girdiği kabul edilir. 8. kesitten verdinin taaının geçtiği göz önünde tutulalıdır. 3 salyangoz giriş çapı, çark çapından -5 büyük alınır. Çıkış borusunun konikliği arasında seçilir. Başlangıç ağzının çapı ise uygulaada df<(0,-0,3)3 seçilir. Gövde dilinin 3 çaplı daireye uzaklığı e=/60 olalıdır. Herhangi bir kesitteki Qx verdisi şu şekilde verilebilir. Şekildeki. kesitte Q/8,. kesitte Q/4, 3. kesitte 3Q/8, 4. kesitte Q/, 5. kesitte 5Q/8, 6. kesitte 3Q/4, 7. kesitte 7Q/8 ve 8. kesitte Q verdisinin geçtiği kabul edilir. Boğaz yüksekliği t= 6-0 seçilebilir. Salyangozun boyutlandırılasında ikinci yönte sabit ortalaa hız yönteidir. Bu yöntede her bir bölgedeki dairesel kesitten suyun aynı ortalaa hız ile geçtiği kabul edilir. Bu ortalaa hız V 0 k v..g. H forülü ile

12 Şekil 7.8. Salyangozun radyal kesiti (Yalçın 998) hesaplanır. Bu forüldeki kv hız katsayısı olup özgül hıza bağlı olarak Şekil 7.9 dan okunur. Şekil 7.9. Salyangoz içindeki ortalaa hıza ait hız katsayısının ve çap oranlarının özgül hıza bağlı olarak değişii (Yalçın 998)

13 Sabit ortalaa hız yönteinde salyangozun herhangi bir kesitindeki verdi (Qx). ile gösterilirse; süreklilik denkleinden bilindiği gibi Q x x A.V0. V0 4 olduğundan her bir kesitteki çap; x 4.Q.V x 0 bağıntısıyla hesaplanır. 3, df ve t birinci yöntedeki gibi hesaplanır.