SU-JETİ POMPASI VE DİP TARAMA PROBLEMLERİNE UYGULANMASI

Transkript

1 Türkiye İnşaat Mühendisliği On Yedinci Teknik Kongre ve Sergisi Nisan 2004 Yıldız Teknik Üniversitesi/İSTANBUL SU-JETİ POMPASI VE DİP TARAMA PROBLEMLERİNE UYGULANMASI Bayındır YEŞİLMEN İnşaat Y. Mühendisi Ankara, TÜRKİYE Mustafa GÖĞÜŞ Prof. Dr., ODTÜ Ankara, TÜRKİYE ÖZET Düşey bir düzleme yerleştirilmiş olan su-jeti pompasının dip tarama problemlerine uygulanmasını konu alan bu çalışma iki kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısımda, su jeti pompasının optimum dizaynı ile ilgili deneysel bir araştırma yapılmıştır. Değişken emme nazılı, karışım haznesi ve difüzer boyutlarına sahip beş tip su jeti pompasının her biri iki değişik rezervuar derinliği için, su, motive edici ve emilen sıvı olarak kullanılarak, test edilmiştir. Su jeti pompası ile emme nazılının verimlilikleri ve emilen sıvının motive edici sıvıya oranının değişimi hesaplanarak bunlar arasındaki ilişkiler başka ilgili boyutsuz parametreler de gözönüne alınarak araştırılmıştır. Netice olarak görülmüştür ki, sürükleyici nazıl çapı D p =0.05m, emme nazılı çapı D sn =0.15m, karışım haznesi çapı D mc =0.1124m ve desarj hattı çapı D d =0.15m olan Pompa-I, 2.00m rezervuar derinliğinde, 26% mertebesinde en iyi verimliliği vermiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, bu beş değişik pompanın sediment taşıma kapasiteleri, yine iki değişik rezervuar derinliği için iki farklı katı madde kullanılarak, test edilmiştir. Birinci bölümde en iyi verimliliği veren Pompa-I in burada da; 2.00m rezervuar derinliğinde kum için 25%, çakıl için 26% mertebelerinde, en yüksek verimlilik değerlerini verdiği tespit edilmiştir.

2 GİRİŞ Su-jeti pompaları dönen mekanik parçaları olmayan pompalardır (Şekil 1). Motive edici akışkanın kinetic enerjisini kullanarak emilecek akışkanı sürükler, ikisini karıştırır ve karşı bir basınca desarj eder. Dolayısıyla su-jeti pompası; basınç enerjisini, emilecek akışkanı sürüklemek amacıyla önce hareket enerjisine, ardından da karışan iki akışkanı karşı bir basınca desarj etmek için hareket enerjisini tekrar basınç enerjisine çevirir. Endüstri ve inşaat mühendisliğinde birçok uygulamaları olan su-jeti pompalarının en yaygın olarak kullanıldığı yerler; derin kuyu pompajı, dip tarama, boru hatlarıyla katı madde taşınması, nükleer reaktör soğutması, uçak ve uzay mekiklerine yakıt pompalanması şeklinde ifade edilebilir. Jet pompası ilk olarak 1852 yılında Thomson tarafından kullanılmış ve teorisi 1870 yılında Rankine tarafından geliştirilmiştir (Reddy ve Kar, 1960) lu yıllarda Gasline ve O Brien jet pompası tasarımı üzerine detaylı çalışmalar yaparak tek boyutlu jet pompası teorisini geliştirmişler ve jet pompası içindeki prosesleri tanımlayan denklemleri elde etmişlerdir (Winoto, 2000). Bu çalışmanın amacı, düşey bir düzlemde kullanılacak olan bir su-jeti pompasının en yüksek verimde çalışabilmesi için sahip olması gereken boyutların belirlenmesidir. Karakteristik boyutları Tablo 1 de verilen, değişken emme nazılı, karışım haznesi ve difüzer boyutlarına sahip beş tip su jeti pompasının her biri iki değişik rezervuar derinliği için, su motive edici ve emilen sıvı olarak kullanılarak, test edilmiştir. Daha sonra yine iki farklı rezervuar derinliğinde, emilen akışkan su-sediment karışımı olarak kullanılmış ve testler tekrarlanmıştır. Pompa verimliliğinin hesabında aşağıdaki ifade kullanılmıştır (Yeşilmen, 2002). η jp = Q Q sn p (Hd - Hsn) (Hp - H d) (1) Bu bağıntıdaki η verimliliği, H toplam enerjiyi, jp,p, sn ve d indisleri ise sırasıyla jet pompasını, sürükleyici akım nazılını, emme nazılını ve difüzeri belirtmektedir.

3

4 Tablo 1 Kullanılan su-jeti pompalarının geometrik karakteristikleri Sürükleyici Akım Nazlı Emme Nazılı Karışım Haznesi Difüzer Deşarj Hattı Alan Oranları POMPA D p D sn L sn θ sn (Degree) D mc L mc D ds L ds θ ds (Degree) D d A p / A mc A mc / A sn A p / A sn A mc / A d I II III IV V

5 DENEYSEL ÇALIŞMA Bu çalışmada kullanılan deney düzeneği üç ana bölümden oluşmaktadır; sürükleyici akım hattı, su-jeti pompası ve desarj hattı (Şekil 2). Bu çalışmada, ikisi sisteme giren akım miktarını, biri ise sistemden çıkan akım miktarını ölçmek üzere üç adet savak kullanılmıştır. Bu savaklardan birisi üçgen diğer ikisi ise dikdörtgen kesitlidir. Sürükleyici akım hattında ki debi daha önceden kalibre edilmiş bir adet venturimetre kulanılmıştır. Sistemdeki basınçlar ise su-jeti pompası üzerindeki altı adet kesitte yer alan oniki adet basınç ölçüm noktasında sulu manometreler vasıtasıyla okunmuştur. Çalışmanın ikinci kısmında, sisteme konulan ve sistemin rezervuar dışına taşıdığı sediment miktarını ölçmek için bir adet kantar kullanılmıştır. DENEY SONUÇLARI VE SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Yapılan deneyler neticesinde elde edilen verimlilik değerlerinin, değişik, parametrelere göre değişimi incelenmiş ve bu değişimleri gösteren grafikleri elde edilmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde görülmüştür ki, iki kısımda da, beş pompa arasında en yüksek verimlilik değerine Pompa-I ile ulaşılmıştır. İki farklı rezervuar derinliğinde de benzer sonuçlar elde edildiğinden sadece 2.00 m rezervuar derinliği için çizdirilmiş olan grafiklere yer verilecektir. Şekil 3, su-jeti pompası verimliliğinin, η jp, sürükleyici akım hattında ki Reynolds sayısı, Re p, ile değişimini göstermektedir. Şekilden de görüldüğü gibi beş pompa arasında en yüksek verimlilik değerini Pompa-I vermektedir. 50 Su-jeti Pom pasının Verimliliği, jp % PUMP-I(Amc / Asn =0.63) PUMP-II(Amc / Asn =0.34) PUMP-III(Amc / Asn =0.21) PUMP-IV(Amc / Asn =0.60) PUMP-V(Amc / Asn =0.38) Re p Şekil 3 η jp nin Re p ye göre değişimi

6 Sediment Besleme Kazanı Esnek Boru Destek Savak Su-jeti Pompası Sediment Sepeti Dikdörtgen Savak Pompa Vana Venturimetre Sediment Sehpası Şekil 2 Deney düzeneğinin genel görünümü

7 Şekil 4 te maxsimum su-jeti pompa verimliliğinin karışım haznesinin kesit alanının emme nazılı kesit alanına oranı ile değişimi gösterilmiştir. Buradan da görülmektedir ki test edilen pompalar içerisinde en yüksek verimi Pompa-I vermektedir. Maksimum Su-jeti Pompa Verimliliği, (ηjp) max % PUMP-I(Ap / Amc =0.198) PUMP-II(Ap / Amc =0.198) PUMP-III(Ap / Amc =0.198) PUMP-IV(Ap / Amc =0.111) PUMP-V(Ap / Asn =0.111) 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 A mc / A sn Şekil 4 (η jp ) max nin A mc / A sn ye göre değişimi Şekil 5 te su-jeti pompalarının verimliliklerinin, iki farklı rezervuar derinliği için, pompadaki toplam enerjinin rezervuardaki toplam enerjiye oranına bağlı olarak değişimi gösterilmiştir. Görüldüğü gibi her iki derinlikte de en yüksek verimliliğe Pompa-I ile ulaşılmıştır. Su-jeti Pompası Verimliliği, ηjp % PUMP-I(Amc / Asn =0.63, 2.00 m) PUMP-II(Amc / Asn =0.34, 2.00 m) PUMP-III(Amc / Asn =0.21, 2.00 m) PUMP-IV(Amc / Asn =0.60, 2.00 m) PUMP-V(Amc / Asn =0.38, 2.00 m) PUMP-I(Amc / Asn =0.63, 1.50 m) PUMP-II(Amc / Asn =0.34, 1.50 m) PUMP-III(Amc / Asn =0.21, 1.50 m) PUMP-IV(Amc / Asn =0.60, 1.50 m) PUMP-V(Amc / Asn =0.38, 1.50 m) H p / H r Şekil 5 η jp nin H p / H r ile değişimi

8 SONUÇLAR Bu çalışma neticesinde aşağıdaki sonuçlara varılmıştır. 1. A mc /A sn =0.63 ve A p /A mc =0.198 oranlarına sahip olan Pompa-I, en yüksek verimliliği, (η jp ) max =26%, vermiştir. 2. Rezervuar seviyesi yükseldikçe pompa verimliliğinde yükselme eğilimi gözlenmiştir. 3. Sürükleyici akım hattı ve deşarj hattındaki akımlar yüksek derecede türbülanslı olduklarından, pompa ve emme nazılı verimlilikleri Re p ve Re d ye bağlı olarak çok fazla değişmemektedir. KAYNAKLAR 1. Yeşilmen, B. (2002), Water Jet Pump and Its Application to Dredging Problems, Master Thesis, METU, May, Graf, W. H. (1971), "Hydraulics of Sediment Transport", Mc.Graw Hill Book Company. 3. İnci, G. (1987), "Optimum Design of Water Jet Pumps With Application to Solid Transportation Through Pipeline Systems", Master Thesis, METU, December, Kökpınar, M. A. (1990), "Design Criterions for Water Jet Pumps and Determination of Critical Flow Velocity in Sediment Carrying Pipeline Systems", Master Thesis, METU, September, Reddy, Y. R., Kar, S. (1968), "Theory and Performance of Water Jet Pump", Journal of the Hydraulics Division, ASCE, September, 1968, Wang, D., Wypych, P. W. (1999), "Theoretical Modeling of Central Air-Jet Pump Performance for Pneumatic Transportation of Bulk Solids", Journal of Fluids Engineering, ASME, June, 1999, Winoto, S. H., Li, H., Shah, D. A. (2000), "Efficiency of Jet Pumps", Journal of Hydraulic Engineering, February, 2000,